SOLUSI PERMASALAHAN CLASS D200 VERSI LAMA PANAS PADA TRANSISTOR DRIVER

 

Dari skema, Q1 (MPSA42) dan Q2 (MPSA92) berfungsi sebagai driver/VAS (Voltage Amplifier Stage) yang langsung mengendalikan pasangan transistor output MOSFET IRFP9530 dan IRF630. Jika Q1 dan Q2 cepat panas, biasanya penyebabnya ada pada beberapa bagian berikut:

1.      Tegangan bias terlalu besar (paling sering terjadi)

Perhatikan bagian:

·         D5 = Zener 12V

·         D6 = Zener 12V

·         R5 = 1k

·         R6 = 1k

Rangkaian ini membentuk bias untuk Q1 dan Q2.

Jika:

·         D5 atau D6 bocor/rusak

·         Nilai zener tidak sesuai

·         Salah pemasangan kaki transistor

maka arus kolektor Q1 dan Q2 akan meningkat drastis sehingga panas. Cek tegangan:

Titik	Tegangan normal
Kolektor Q1	sekitar +12V sampai +15V
Kolektor Q2	sekitar -12V sampai -15V
Basis Q1	sekitar +0,6V terhadap emitternya
Basis Q2	sekitar -0,6V terhadap emitternya

 

2.      MOSFET IRFP9530 atau IRF630 rusak

Jika salah satu MOSFET:

·         short Gate-Source

·         short Drain-Source

·         bocor

maka Q1/Q2 dipaksa menyuplai arus besar ke gate MOSFET.

Akibatnya:

·         Q1 dan Q2 menjadi sangat panas.

·         Kadang MOSFET sendiri tidak terasa panas karena driver sudah lebih dulu terbebani.

Lepas MOSFET terlebih dahulu, kemudian nyalakan rangkaian.

Jika Q1/Q2 tidak panas lagi:

masalah ada pada MOSFET atau rangkaian bias output.

 

3.      Tidak ada resistor emitter pada Q1 dan Q2

Pada skema:

·         Q1 emitter langsung ke R7

·         Q2 emitter langsung ke R8

Nilai:

·         R7 = 220Ω

·         R8 = 220Ω

Jika transistor MPSA42/MPSA92 memiliki hFE tinggi, arus bisa cukup besar.

Coba ukur tegangan pada:

·         R7

·         R8

Hitung:

Jika terdapat:

·         2V pada R7

maka:

masih normal.

Kalau ada:

·         10V pada R7

maka:

Q1 akan panas.

 

4.      Op-Amp TL074 offset

Perhatikan output U1B melalui R10 (470Ω).

Jika output TL074 tidak berada di sekitar 0V tetapi misalnya:

·         +4V

·         -4V

maka basis Q1 atau Q2 akan terus aktif.

Akibatnya kedua transistor driver panas.

Ukur pin 7 TL074 (U1B)

Normalnya:

·         0V ±100mV

Jika lebih dari ±1V:

ada masalah pada rangkaian feedback.

5.      Nilai R9 terlalu kecil akibat kerusakan

R9 = 22k

Jika:

·         R9 putus

·         solder retak

feedback output hilang.

Akibatnya op-amp saturasi penuh dan Q1/Q2 bekerja maksimal sehingga panas.

 

6.      Tegangan supply terlalu tinggi

Skema ini dirancang sekitar:

·         ±40VDC

Jika supply naik menjadi:

·         ±50V

·         ±55V

daya disipasi Q1 dan Q2 meningkat.

Contoh:

Jika Q1 mengalirkan 20mA:

P=40V×0.02A

P=0.8W

Untuk MPSA42 tanpa heatsink, 0.8W sudah cukup membuatnya sangat panas.

 

Langkah pengecekan cepat

1.      Lepas IRFP9530 dan IRF630.

2.      Nyalakan amplifier.

3.      Ukur:

o    Pin 7 TL074

o    Basis Q1

o    Basis Q2

o    Tegangan pada R7 dan R8.

4.      Jika Q1/Q2 tetap panas:

o    cek D5 dan D6.

5.      Jika setelah MOSFET dilepas Q1/Q2 dingin:

o    MOSFET rusak atau bias output terlalu besar.

Kemungkinan penyebab dari skema ini adalah MOSFET output bocor/rusak atau tegangan output TL074 tidak berada di 0V, sehingga Q1 dan Q2 terus mengalirkan arus besar.

 

Perhitungan arus teoritis maksimum dan memperkirakan penyebab panasnya.

Analisis Q1 (MPSA42)

Supply = +40V

Kolektor Q1 terhubung ke node bias melalui R5 = 1k dan Zener D5 = 12V.

Arus maksimum yang dapat mengalir melalui R5:

 

Daya pada Q1 kira-kira:

P_Q1=V_CE×I_C

 

Jika VCE sekitar 25V:

P_Q1=25×0.028

P_Q1​=0.7W

 

MPSA42 dalam kemasan TO-92 biasanya mulai sangat panas di atas 0,5W.

 

Analisis Q2 (MPSA92)

Sama seperti Q1:

Daya:

 

Jadi secara desain saja, jika bias bekerja penuh, Q2 juga dapat mencapai sekitar 0,7W.

 

Analisis R7 dan R8

R7 = 220Ω

R8 = 220Ω

 

Jika jatuh tegangan pada R7 misalnya 6V:

Maka arus Q1 sekitar 27mA.

Jika jatuh tegangan 10V:

 

Pada arus sebesar ini MPSA42 akan sangat panas.

 

Skema ini adalah desain lama yang menggunakan:

·         MPSA42

·         MPSA92

·         IRF630

·         IRFP9530

 

Driver Q1-Q2 bekerja dalam kelas AB dengan arus diam relatif besar.

Dengan supply ±40V, arus diam 20–30mA saja menghasilkan:

40V×0.025A=1W

untuk transistor TO-92.

Jadi Q1 dan Q2 memang akan terasa panas walaupun rangkaian normal.

Jika Q1 (MPSA42) dan Q2 (MPSA92) panas padahal amplifier bekerja normal, ada beberapa solusi yang bisa dicoba. Namun sebelum mengubah rangkaian, pastikan terlebih dahulu bahwa offset output mendekati 0V dan MOSFET tidak rusak.

Solusi 1: Naikkan nilai R5 dan R6

Saat ini:

·         R5 = 1kΩ

·         R6 = 1kΩ

Arus bias teoritis:

Coba naikkan menjadi:

·         R5 = 2,2kΩ

·         R6 = 2,2kΩ

Maka:

 

Panas Q1 dan Q2 akan turun cukup banyak.

Mulailah dari 1,5kΩ lalu cek kualitas suara dan stabilitas.

 

Solusi 2: Tambahkan resistor emitter

Tambahkan resistor:

·         47Ω – 100Ω seri emitter Q1

·         47Ω – 100Ω seri emitter Q2

 

Tujuannya membatasi arus dan meningkatkan stabilitas termal.

Contoh:

Q1 emitter --- 68Ω --- R7

Q2 emitter --- 68Ω --- R8

 

Ini sering dipakai pada amplifier MOSFET untuk mengurangi panas driver.

 

Solusi 3: Gunakan transistor driver yang lebih besar

MPSA42/MPSA92 hanya TO-92.

Ganti dengan:

·         KSC3503 (pengganti MPSA42)

·         KSA1381 (pengganti MPSA92)

atau

·         MJE340

·         MJE350

Pasangan MJE340/MJE350 jauh lebih kuat dan bisa dipasang heatsink kecil.

 

Solusi 4: Turunkan tegangan supply

Skema ini menggunakan ±40V.

Jika tujuan tidak mengejar daya penuh:

·         ±35V

atau

·         ±30V

akan sangat mengurangi disipasi daya pada Q1 dan Q2.

 

Solusi 5: Pasang heatsink kecil

Jika arus kerja memang normal dan hanya terasa panas:

·         Pasang clip heatsink TO-92 pada MPSA42/MPSA92.

·         Atau ganti ke MJE340/MJE350 dan pasang heatsink aluminium kecil.

 

Solusi 6: Cek MOSFET IRF630 dan IRFP9530

Sering terjadi:

·         IRF630 bocor Gate-Source

·         IRFP9530 bocor Gate-Source

 

Akibatnya Q1/Q2 terus mengalirkan arus besar.

Ukur tegangan gate:

·         Gate IRF630 terhadap Source

·         Gate IRFP9530 terhadap Source

 

Saat idle seharusnya hanya beberapa volt.

 

Modifikasi yang paling aman

Urutan berikut:

1. Ganti R5 dan R6 dari 1kΩ → 2,2kΩ.
2. Tambahkan resistor emitter 68Ω pada Q1 dan Q2.
3. Jika masih panas, ganti Q1/Q2 dengan MJE340/MJE350.

Modifikasi tersebut biasanya menurunkan suhu driver secara signifikan tanpa mengubah karakter amplifier secara drastis.