Modifikasi OCL 150 Watt

Modifikasi untuk meningkatkan linieritas, meningkatkan kualitas suara, bukan daya. Untuk membuat bass lebih nendang, silahkan Boost setting EQUALIZER pada band (freq) 40Hz-120Hz!

Bagian Input

Modifikasi pertama ada di bagian High Pass Filter (HPF) oleh komponen C1 dan R2. Sedangkan R1 berfungsi untuk mengurangi noise.

Sebelum di modif, nilai C1 adalah 100nF (0,1µF), dan R2=33k, seharusnya, titik potong frekuensi HPF [-3dB];

f = 1/(2·π·C1·R2)

f = 1/(2·π·0,1µ·33k)

f = 48 Hz [-3dB]

Perhitungan menjadi tidak akurat karena R2 terhubung antara R3 dan C2, bukan dengan Gnd. Ini disebut bootstrap input.

rujukan : High Impedance Amplifier (ESP)

Catatan: Pada skema modifan, jalur R2 dan R3 sekarang dipisah, R2 disambungkan ke Ground sinyal, jika tidak, maka akan menghasilkan input impedance meninggi, yang dapat mengakibatkan peningkatan amplitudo pada frekuensi bawah (sub) secara berlebihan sehingga loud speaker bergerak terlalu liar. Hal ini seperti penguatan Bass pada tone control, namun pada frekuensi yang sangat-sangat rendah, sehingga menjadi pemborosan, karena daya terbuang percuma pada frekuensi yang tak dapat kita dengar (<20Hz).

Terjadi penguatan +10dB pada 12Hz (+3dB pada 20Hz). Ini tidak diperlukan dan dapat menyebabkan daun speaker bergerak terlalu liar-tanpa menghasilkan suara dan daya terbuang percuma. Khususnya efek ini akan sangat terasa apabila bass juga di-boost pada Tone Control maupun Equalizer.

Untuk mengantisipasi hal ini, bisa dengan menaikkan nilai C1 sehingga C2 atau C4 yang akan melakukan pemotongan freq.

Mengganti C1 dengan 10µF atau lebih tinggi, dapat menghilangkan efek ini, tapi suara "Dug" saat dinyalakan bisa lebih keras. Atau cara umumnya, dengan menghubungkan R2 dengan Gnd dan mengganti nilai C1-dengan nilai yang lebih umum seperti 1µF.

Update : Bisa juga dengan membiarkan nilai C1 dan jalur R2 apa adanya. Namun C2 di-seri dengan resistor, katakanlah 220R, dan ganti nilai R3 ke 330R agar penguatan tegangannya tetap serupa sebelumnya.
R3= 560R vs 220R+330R.

Jika kita mengatasi boost berlebihan pada input menggunakan cara: mengganti C1 ke nilai besar (seperti 10uF) atau menseri C2 dengan resistor, maka titik potong HPFnya adalah berdasarkan input impedance bootstrap.

Untuk menndapatkan nilai impedance bootstrap kita perlu mendapatkan nilai OpenLoopGain dari amplifier, ribet, mending disimulasi aja biar cepet🤣.

Secara sederhana, cara kerja bootstrap input impedance ini adalah dengan memanfaatkan C2. C2 itu mencerminkan tegangan dari base Q2 ke kaki R3. Karena perbedaan tegangan antara base Q1 dan base Q2 sangat kecil, maka arus yang mengalir di R2 juga sangat minim. Karenanya, dalam keadaan AC, nilai R2 akan tampak jauh jauh lebih tinggi. Karena R2 (dalam keadaan AC) nilainya sangat tinggi, maka walaupun C1 hanya bernilai 100nF tapi titik potong HPF-nya sangat rendah. Metoda seperti ini bisa dipakai untuk menghemat biaya produksi sekaligus meminimalisir penggunaan elektrolitik di sana. Dalam banyak parameter, kapasitor jenis film lebih superior daripada jenis elektrolitik. Kekurangan metode input-bootstrap yaitu ada efek boost pada freq' infrasonik.

Pendekatannya, nilai impedance(AC) R2 dapat diketahui dengan rumus sederhananya seperti ini :

Kembali ke masalah input-HPF , cara yang umum tentunya dengan menghubungkan R2 ke Gnd, dan itu yang saya pilih. Karena C1 adalah 100nF dan R2 adalah 33k, maka akan mempunyai titik potong HPF yang tinggi. Jadi, kita perlu merendahkan batas bawah (titik potong) HPF ke nilai yang lebih umum. misalnya 10Hz [-3dB], jadi:

C1 = 1/(2·π·fo·R2)

C1 = 1/(2·π·10Hz·33k)

C1 = 0,482µ = Gunakan 470nF (10,3Hz).

* tidak terlalu masalah jika HPF mau dibuat lebih rendah lagi, sudah tidak ada boost seperti sebelumnya.
C1 bisa menggunakan tipe MKM atau elco Bipolar/Non-polar.

Kemudian kita harus menentukan titik potong frekuensi HPF di bagian negative feedback (NFB) dan bootstrap berturut-turut dengan nilai titik potong frekuensi yang lebih rendah supaya tidak terjadi distorsi sinyal AC karena tidak mampu melewatkan frekuensi sinyal (input) yang lebih rendah.

Misalnya HPF input ≥ 2x HPF NFB ≥ 2x HPF Bootstrap.

Komponen bagian negative feedback terdiri dari R6, C2 dan R3. Dan yang menentukan HPF hanya C2 dan R3.

misalnya HPF negative feedback kita ambil setengah dari 10Hz, maka :

C2 = 1/(2·π·fo·R3)

C2 = 1/(2·π·5Hz·1k)

C2 = 31,8µF = Gunakan 33µF (4,8Hz).

kemudian untuk bagian bootstrap (R8, R9 dan C4) kita gunakan setengah dari 5Hz(atau 4,8Hz) yaitu 2,5Hz

C4 = 1/(2·π·fo·(R8||R9))       >>  R8(2k2) paralel R9(4k7) = 1k498 = 1k5

C4 = 1/(2·π·2,5Hz·1k5)

C4 = 42,4µF = Gunakan 47µF (2,25Hz).

Untuk bagian Constant Current Source input atau CCS (Q4, D1, D2, dan R4) terdapat beberapa perubahan, diantaranya:

• Q4 diganti dengan 2N5401

• Memparalel D1 dan D2 dengan C7 untuk membantu mengurangi noise dari D1 dan D2 serta menurunkan impedance dioda.

• R4 diganti dengan 1W atau 2W, karena disipasi dayanya cukup tinggi, sekitar 472mW @±35V atau 684mW @±42V.

Penguatan tegangan (Voltage gain Gv) telah diturunkan, dari sebelumnya 60x (35,5dB) menjadi 34x (30,6dB).

Hal ini mempunyai beberapa keuntungan, salah satunya, amplifier mempunyai loop-gain yang lebih tinggi, sehingga dapat mengontrol pergerakan speaker sedikit lebih baik.

Di samping itu, gain yang terlalu tinggi cenderung menimbulkan lebih banyak noise. Dan, banyak orang keluhkan "bukaan Volume baru sedikit tapi suaranya sudah sangat kencang", itu juga karena gainnya terlalu tinggi.

R5 sebaiknya diganti dengan sebuah trimpot 2k, atau lebih baiknya, sebuah trimpot 1k diseri dengan resistor 560Ω. Hal ini supaya kita dapat mengatur arus kolektor Q1 dan Q2. Apabila arus kolektor Q1 dan Q2 nilainya ±sama, maka amplifier mempunya DC Offset yang lebih rendah (lebih mendekati 0V), dan Slew Rate (+) dan (-) lebih seimbang/simetris.

Mengatur DC Offset ini diperlukan juga jika kita mengganti tipe transistor VAS (Q3), karena pada umumnya beda transistor beda karakteristik VBE dan hFE (DC Current Gain).

Berikut adalah efek dari nilai R5 terhadap slew rate, (Square Wave 20kHz 38V) :

Ic : Arus Kolektor
DCO : DC Offset voltage (pada output)
SR : Slew Rate

R5 di kebanyakan skema padahal bernilai 1k, tapi kalau saya ingat-ingat kebanyakan yang saya temui di PCB seringnya diisi 560Ω. 🤷‍♂️

Bagian VAS dan Bootstrap

Tidak ada perubahan signifikan untuk VAS, karena saya rasa sudah cukup. Kalaupun ada modifikasi, paling mengganti Q3 dengan transistor Video. Ya, transistor video (transistor RGB TV), karena umumnya transistor video punya FT tinggi dan Cob yang rendah, cocok untuk digunakan sebagai VAS.

Cmiller (C3) diganti dengan 68pF untuk sedikit meningkatkan SlewRate, dan untuk menjaga stabilitas ditambahkan Clag (C10). Meningkatkan Slew Rate mempunyai keuntungan berupa suara high lebih detail dan tidak mudah pecah (jika didukung dengan transistor-transistor yang cepat (fT tinggi)). Jika Slew Rate dibuat terlalu tinggi juga membuat amplifier kurang stabil dan mudah terjadi osilasi. Jika ingin merakit power ampli yang "sedap" silahkan merakit Project 18 atau Project 19, bagaimanapun suaranya jauh lebih dinamis daripada OCL 150W modifan. Jika saya dengarkan suara OCL 150W standar untuk musik akustik, suara gitar serasa tumpul(ibarat gitar senarnya basah?). Mungkin karena OCL 150W punya open-loop-gain yang sangat rendah, jadi tidak sanggup mengeluarkan suara yang detail? 🤷‍♂️.

C3 sebaiknya menggunakan kapasitor keramik 100V keatas, karena tegangan di sana bisa mendekati tegangan antarsupply. Kalau menggunakan Ceramic generik, biasanya tegangan kerjanya hanya 50VDC. Kalau supplynya +42V dan -42V berarti total tegangan supplynya 94V. Kalau ampli dimainkan sampai sering clipping, C3 bakal sering kelebihan-tegangan, itu akan memperpendek umur C3(jika menggunakan ceramic generik 50V). Dan hindari menggunakan kapasitor kelas-2 atau 3 seperti X7R atau Y7R (ceramic biru), karena nilai kapasitannya akan turun drastis jika dikenai tegangan. Sebaiknya gunakan ceramic NP0 / C0G, Silver mica, atau Polysterene. kapasitannya sangat stabil terhadap perubahan tegangan dan temperatur. Kadang kapasitor tipe film (MKS dsb) juga ada yang nilainya rendah (misal MKS 100pF kalau nemu), cuman ESR-nya biasanya tidak sebagus ceramic.

Sekarang juga ada capacitor jenis SL, TempCo-nya tidak sebagus jenis NP0 (Class-I) tapi juga tidak seburuk Class-II. Jadi kurasa masih cukup bagus digunakan untuk Cmiller. Harganya juga murah.

Untuk bagian bootstrap (R8, R9, C4) tidak ada masalah. Kalau mau, nilai C4 bisa coba ditingkatkan lebih tinggi lagi. Itu akan membantu meregulasi arus keluaran bootstrap lebih stabil lagi. Misalnya, 100µF-220µF. Kalau nilai C4 terlalu tinggi, misal 1000µF, kemungkinan nanti suara "Dug" saat ampli baru dinyalakan akan semakin keras atau makin lama. Gunakan nilai yang wajar-wajar saja!

Bagian Output

Untuk mengatur Quiescent Current(Iq) D3 dilepas, R12 di ganti dengan trimpot (P1) 200Ω atau 500Ω dan menambah C11 untuk membantu menstabilkan tegangan bias. Untuk menyeting Iq, pertama posisikan input dengan Ground (atau Volume terendah). Atur nilai trimpot dari nilai terendah terlebih dahulu, kemudian putar trimpot sampai mendapatkan tegangan sekitar 0,025V (50mA) pada R16, atau R15. Arus bias (Iq) tidak perlu terlalu tinggi(lebih panas), 30~60mA sudah termasuk cukup.

Usahakan menyetel Iq pada DC Offset kecil (0V). Kalau ada DC offset tinggi, nilai Iq atas dan bawah akan berbeda. Seperti yang saya katakan sebelumnya, R5 dapat mengatur DC Offset, silakan Anda otak-atik nilai R5 (di seri atau di paralel dengan resistor tambahan) atau diganti dengan trimpot.

R14 dan R13 diganti dengan sebuah resistor, resistor ini dihubungkan langsung dari base Q8 ke base Q7, tanpa melalui jalur output. Dengan begitu proses "off " Q8 dan Q7 akan lebih cepat sehingga meningkatkan kinerja transistor pada frekuensi tinggi. Nilainya sekitar R14 + R13.

Untuk transistor output ada baiknya kita gunakan transistor yang mempunya hFE alias beta alias penguatan arus lebih tinggi dari 2N3055/2955. Seperti misalnya Sanken 2SC2922/2SA1216, atau 2SC5200/2SA1943, atau NJW0302/NJW0281. Transistor itu juga mempunya FT yang jauh lebih tinggi daripada 2N3055/2955. Saya pribadi lebih memilih NJW0302/0281 (PD 150W) maupun NJW1302/3281 (PD 200W) karena penguatan arusnya sangat merata dari arus kecil sampai besar, dan memiliki FT tinggi. Perbedaan hFE antara NPN dan PNP juga sangat minim. Harganya juga tidak semahal MJL21194/3 bahkan MJL4302/4281. Termasuk "ideal" sebagai transistor output "murah" & bagus. Hanya saja NJW0302/0281 disipasi dayanya tidak setinggi yang lainnya, jadi, kalau bukan dua pasang, saya khawatir transistor akan mudah jebol (katakanlah supply ±42V dan beban 4Ω) karena kadang orang suka menyiksa power amplifier. 😔

Saya juga menambahkan Boucherot Cell atau Zobel network (Rz 10Ω & Cz 100nF) pada output untuk membantu menjaga kestabilan amplifier. Anda bisa memasangnya di bawah PCB atau pada konektor output/speakon.

Sebenarnya nilai optimum untuk Rz adalah mendekati nilai impedance speaker yang digunakan, misalnya untuk speaker 4Ω gunakan Rz 3.9Ω, untuk speaker 6Ω gunakan resistor 5.6Ω dan untuk speaker 8Ω gunakan Rz 8.2Ω. Tapi normalnya tidak memiliki dampak yang signifikan, jadi bisa dipukul rata sebagai Rz 10Ω 🤭

Normalnya, Rz akan tetap dingin walaupun ampli dalam keadaan diam maupun sedang mengeluarkan output (musik). Jika Rz sampai hangat atau bahkan panas, kemungkinan besar amplifier ada osilasi. Bisa karena kabel-kabel semrawut, terlalu panjang dsb.

Semua modifan itu bisa dilakukan pada PCB aslinya, entah dengan cara memotong jalur PCB, menyolder komponen tambahan di bawah PCB, atau disolder dari satu kaki ke kaki lainnya di atas PCB. Tergantung kreatifitas Anda. Asal tetap memperhatikan agar tidak ada short/kongslet dengan komponen/jalur lain.

Capacitance Multiplier

Custom PCB

Ukuran PCB 65x80mm, Download [282kB] dari :

Selamat Mencoba!

selalu cek & re-cek semua sudah sesuai sebelum mencoba menyalakan! Jika ada keraguan, silakan bertanya.

Update terakhir :
11 Juli 2021; Efek R5
12 Juli 2021; Selesai
16 Juli 2021; PCB
16 Nov 2023; Capacitance Multiplier.