Penguat Mikropon Dua Kabel

Ide rancangan ini berawal dari kejadian ketika temanku sedang memasang perangkat sejenis interkom (maaf karena alasan etika aku tak sebut merek produk tersebut) dan mengalami kesulitan terutama permasalahan noise yang disebabkan oleh induksi listrik. Dari pengamatan di lapangan aku menemukan bahwa ada beberapa hal yang menjadi biang keladi permasalahan tersebut yaitu:

1.    Sinyal audio yang dihasilkan dari perangkat pengubah sinyal suara menjadi listrik sangat kecil di mana pada sistem yang dipasang tidak menggunakan mikropon standar tetapi menggunakan sebuah speaker yang difungsikan menjadi mikropon saat transmit sekaligus berfungsi sebagai pengeras suara saat receive. Pada dasarnya kekuatan sinyal ini bukan merupakan masalah pokok karena sistem penguat mampu untuk menguatkan sinyal tersebut sehingga dapat didengar pada ruang kendali (central monitoring). Namun secara praktik, sinyal yang sedemikian kecil ini sangat rentan terhadap gangguan dari adanya induksi yang mengakibatkan kekuatan sinyal tenggelam oleh noise yang mengganggu.

2.    Penggunaan kabel audio dengan kualitas rendah sehingga mengakibatkan induksi listrik yang terjadi di sepanjang jalur instalasi yang berjarak cukup jauh hingga beberapa puluh meter bahkan mencapai ratusan dapat menembusnya. Meskipun kualitas kabel diganti dengan yang lebih baik dan pada selubung kabel audio tersebut ditanahkan (grounding) ternyata tidak memberikan efek yang berarti di mana gangguan noise tetap ada. Selidik punya selidik ternyata kondisi grounding di gedung tersebut ternyata juga kurang baik.

Dari kedua permasalahan tersebut di atas maka aku mencoba mencari solusi agar kendala dapat teratasi. Lalu muncullah ide untuk membuat sebuah penguat mikropon yang tahan terhadap gangguan noise dan tetap menggunakan 2 kabel sebagai penghubung dengan unit penguat di pusat kendali. Maka kenapa tidak? Sinyal audio dari penguat dapat ditumpangkan pada jalur pencatu daya. Bukan ide baru tetapi dapat mengatasi masalah, itu yang utama.

Ide dasar penguat mikropon ini adalah penguat satu tingkat namun menggunakan 2 buah transistor yang dirangkai secara kaskade. Gambar rancangan yang dibuat dapat dilihat berikut ini:

Rancangan penguat mikropon di atas dibuat dan diuji menggunakan sebuah aplikasi bernama Elecronic Workbench Versi 4.0. Rancangan rangkaian tersebut dapat dianalisa baik dari sisi perhitungan secara DC maupun AC. Untuk menguji rangkaian aku menggunakan beberapa fitur pendukung dari aplikasi yaitu Fungsi Generator, Osciloscope dan AVO Meter.

Keluaran dari Signal Generator yang aku gunakan berbentuk gelombang sinusoida dengan frekuensi 1kHz dan 100mVp-p (tegangan puncak ke puncak).

Parameter lainnya yang penting ditetapkan adalah hfe dari masing-masing transistor adalah 50 jadi total penguatan kedua transistor yang dikaskade di atas adalah 2500. Potensial barrier dari masing-masing transistor Vbe adalah 0,75 volt jadi potensial barrier total menjadi 1,5 volt.

Dari rangkaian di atas jika diukur dalam DC di mana tidak diberikan sinyal masukan maka diperoleh rincian data sebagai berikut:

§  Tegangan V_DIODA pada kapasitor 470uF atau keluaran dioda adalah 4,929 volt.

§  Tegangan V_B pada basis transistor yang merupakan pertemuan resistor 47k ohm dan 33k ohm ke tanah adalah 1,826 volt.

§  Tegangan V_E pada emitor transistor atau resistor 10 ohm ke tanah adalah 266mV, maka diketahui V_BE dari transistor kaskade adalah 1,56 volt (secara teoritis biasanya 1,4 volt).

§  Tegangan V_C pada kolektor transistor yang merupakan pertemuan dengan resistor 10k ohm ke tanah adalah 6,127 volt,.

§  Dengan menggunakan sumber tegangan V_CC 12 volt maka arus I_CC yang mengalir pada seluruh rangkaian adalah 26,7mA.

Seperti itulah hasil pengukuran tegangan yang diperoleh dari aplikasi Electronic Workbench Versi 4.0 yang digunakan. Nilai-nilai komponen tersebut di atas adalah dari beberapa kali pergantian hingga mendapatkan hasil yang diinginkan.

Dari pengamatan menggunakan osiloskop maka diperoleh penguatan sebesar 20 kali di mana pada tampilan layar osiloskop dengan sinyal masukan 100mVp-p menghasilkan keluaran sebesar 2Vp-p.

Dari analisa menurut aplikasi Electronic Workbench sebenarnya dapat langsung diimplementasikan. Namun di sini aku akan menganalisa secara teoritis yang mungkin hasilnya akan berbeda namun untuk sekedar menambah wawasan dan pengetahuan maka ada baiknya dilakukan. Di samping merupakan hobi juga untuk tidak sekedar merancang, mengotak-atik dan corat-coret rumusan.

Sebelum memulai perhitungan, rangkaian penguat di atas perlu disederhanakan seperti berikut ini:

Yang akan kita cari adalah tegangan-tegangan V_DIODA atau V_REF, V_RB, V_E atau V_RE dan V_C atau V_C0 juga I_CC yang nilainya setara dengan I_RC.

Seperti diketahui bahwa:

 I_RC = I_RE

Di sini nilai I_B diabaikan karena sangat kecil. Kemudian rumus tersebut dapat dikembangkan menjadi:

V_RC/R_C = V_RE/R_E

V_RC = (V_RE . R_C ) / R_E

Berdasarkan gambar di atas kita masukkan nilai-nilai yang sudah ada:

V_RC = (V_RE . R_C ) / R_E = (V_RE . 220 ) / 10 = 22V_RE

V_RC = 22V_RE

Ini setara dengan nilai penguatan dari rangkaian secara DC.

V_RB = V_RE + V_BE

V_RB = (V_REF . R_B)/(R_A+R_B)

Dari kedua rumus mencari V_RB di atas dapar kita uraikan menjadi:

V_RE + V_BE = (V_REF . R_B)/(R_A+R_B)

V_RE + 1,4 = (V_REF . 33000)/(57000+33000)

V_RE + 1,4 = (V_REF . 33000)/(90000)

V_RE + 1,4 = 11V_REF / 30

Karena

V_REF =  V_CC – 0,7 – V_RC

V_REF =  12 – 0,7 – V_RC

V_REF =  11,3 – V_RC

Maka

V_RE + 1,4 = 11V_REF / 30

V_RE + 1,4 = 11(11,3 – V_RC) / 30

30V_RE + 42 = 124,3 – 11V_RC

30V_RE + 42 = 124,3 – (11 . 22V_RE)

30V_RE + 242V_RE = 124,3 – 42

272V_RE = 82,3

V_RE = 82,3 = 0,303 = 303mV

Selanjutnya nilai lainnya dapat dicari

V_RC = 22V_RE = 22 . 0,303 = 6,666 volt

V_RB = 0,303 + 1,4 = 1,703 volt

V_REF =  11,3 – 6,666 = 4,634 volt

Secara teoritis hasilnya sedikit berbeda namun dapat dipertanggung-jawabkan dan dapat dijadikan pendekatan praktis. Perbedaan tersebut lenih kepada nilai-nilai h_FE dan potensial barrier dari komponen aktif seperti dioda dan transistor.

Sekarang kita perhatikan rangkaian lengkap dari penguat mikropon 2 kabel kita.

Dari gambar yang dibuat dandiuji dengan EWB 4.0 di atas kemudian dibagi menjadi 2 bagian. Gambar sebelah kiri adalah rangkaian penguat yang sudah dilengkapi dengan mikropon. Bagian ini nantinya akan dipasang di beberapa lokasi di mana jaraknya cukup jauh hingga lebih dari 100 meteran. Nah, gambar bagian kanan adalah pengatur volume sekaligus pencatu daya.

Catatan:

Pada dasarnya jenis penguat mikropon apapun dapat dimodifikasi seperti di atas sehingga di samping dapat menghemat kabel yang bisa mencapai ratusan meter instalasinya. Dari pengalaman pemasangan di lapangan, jenis dan kualitas kabel tidak terlalu riskan digunakan. Jika perlu tingkatkan saja penguatannya hingga beberapa tingkat. Bahkan jika perlu bisa ditambahkan dengan kompresor hingga sinyal keluarannya bisa stabil. Untuk hal tersebut mungkin akan kita bahas lagi sesuai kebutuhan.

Udah ya, makasih udah baca postingan aku. Semoga bisa bermanfaat, sukur-sukur bisa diterapkan oleh sobat semua. Selamat mencoba ....

Salam....