RSS

Safe Operating Area (SOA) (Bagian I)

18 Nov

Setiap transistor memiliki keterbatasan. Besarnya arus kolektor terbatas. Besarnya tegangan antara kolektor dan emitor terbatas. Besarnya tegangan antara basis dan emitor terbatas. Besarnya arus basis terbatas. Besarnya disipasi daya terbatas. Besarnya suhu terbatas. Dan sebagainya. Jadi kita tidak bisa bisa sesuka hati memakai transistor tanpa melihat keterbatasannya. Semua data ini bisa kita dapatkan di datasheet yang dibuat oleh pabrik pembuatnya. Datasheet ini bisa di download secara gratis. Mungkin bagi sebagian pembaca masih awam terhadap disipasi daya. Disipasi daya (power dissipation) adalah daya yang terbuang menjadi panas saat transistor bekerja. Satuannya adalah watt yang didapat dari perkalian arus kolektornya dengan tegangan antara kolektor dan emitornya ditambah tegangan antara basis dan emitor dikali arus basis. Disipasi daya (PD) maksimal, arus kolektor (IC) maksimal, dan tegangan antara kolektor dan emitor (VCE) maksimal ini dinamakan Safe Operating Area (SOA). Ada bagian pada SOA yang rumus di atas tidak berlaku yaitu pada daerah second breakdown yang hanya ada pada transistor bipolar. Di bawah ini grafik SOA transistor 2SC5200 yang diambil pada datasheetnya.

SOA_C5200

Penggunaan transistor untuk apa saja harus memperhatikan SOA ini agar transistor tidak rusak. Khusus untuk perancangan amplifier terutama transistor finalnya, bisa dilihat grafik garis kerjanya (load line) pada beban yang kita inginkan. Misalkan kita ingin memakai transistor 2SC5200 dan 2SA1943 dengan power supply +-35V dan beban 8 Ohm. Maka kita simulasikan transistor tersebut dengan konfigurasi emitter follower push-pull di bawah ini.

SOA_Sim

Tegangan basis ke ground diatur dari -35V sampai 35V. Lalu diukur arus kolektor, tegangan antara kolektor dan emitor, dan disipasi daya pada transistor 2SC5200. Gambarnya di bawah ini. Garis hijau adalah arus kolektornya, garis biru adalah tegangan antara kolektor dan emitor, dan kurva merah adalah disipasi dayanya.

LoadLine8Ohm

Pada gambar tersebut terlihat bahwa IC maksimal adalah 4,225A, VCE maksimal adalah 67,66V dan disipasi daya maksimalnya adalah 36,41W. Karena ini adalah rangkaian push-pull maka VCE maksimal mendekati 2x tegangan power supplynya (berkurang sedikit karena adanya tegangan saturasi). Jadi jika memakai power supply ganda 35V maka tegangan VCE maksimal adalah mendekati 70V. Lalu kita bandingkan data ini dengan datasheetnya.

Biar lebih mudah memahaminya, saya sertakan grafik arus kolektor terhadap VCE dan disipasi daya terhadap VCE.

LoadLine8Ohm1

Kurva hijau adalah arus kolektornya sedangkang kurva biru adalah disipasi dayanya. Grafik hubungan antara arus kolektor dengan tegangan antara kolektor dan emitor (VCE) sering disebut sebagai grafik beban atau load line.

Di bawah ini saya sertakan perbadingan grafik beban dengan SOA -nya. Karena grafik SOA VCE -nya logaritmik, maka saya samakan agar memudahkan pemahaman.

LoadLineVsSOA

Kurva hijau adalah grafik bebannya, sedangkan kurva biru adalah grafik SOA -nya. Perlu diingat bahwa grafik SOA dibuat dengan suhu transistor (junction) pada 25ᵒ C. Tentu saja sulit kita mempertahankan suhu transistor pada 25ᵒ C dengan pendingin biasa. Maka pada datasheet ada penurunan kemampuan disipasi daya transistor jika suhunya naik. Ini disebut power derating.

powerderating

Misalkan kita menginginkan suhu transistor tersebut tidak melebihi dari 80ᵒ C maka pada grafik di atas, disipasi dayanya adalah 80 Watt. Jadi grafik beban tidak boleh melebihi grafik dengan power derating sebesar 80 Watt.

LoadlineVSPowerDerating

Kurva hijau adalah grafik beban, kurva biru adalah grafik power derating, sedangkan kurva merah adalah grafik SOA.

Untuk memperkirakan kebutuhan pendingin/heatsink agar suhu transistor tidak melebihi kemampuannya, maka kita cari disipasi daya rata-rata. Hal ini disebabkan karena transistor diberi sinyal bolak-balik, bukan sinyal searah. Maka tegangan basis ke ground kita ganti dengan tegangan bolak-balik berupa sinyal sinus. Gambar simulasinya ada di bawah ini.

SOA_Ave_Sim

Disipasi daya rata-rata tertinggi pada rangkaian push-pull kelas AB terjadi saat daya pada beban adalah 1/3 dari daya maksimalnya. Pada rangkaian ini daya maksimalnya sekitar 76W sehingga untuk mendapatkan sepertiga dayanya dibutuhkan gelombang sinus dengan tegangan puncak 20V. Hasil simulasinya ada di bawah ini.

Disipasiaverage8Ohm

Daya rata-rata tertingi sebesar 14,158Watt. Namun sayangnya, impedansi speaker tidak berupa resistansi murni tapi mengandung induktansi sehingga arus kolektor maksimal akan lebih besar dari simulasi di atas. Demikian juga disipasi dayanya. Untuk artikel berikutnya akan di bahas simulasi dengan beban yang berupa speaker yang sesungguhnya.

 
3 Komentar

Ditulis oleh pada 18 November 2014 in Audio

 

Tag: , , ,

3 responses to “Safe Operating Area (SOA) (Bagian I)

  1. gedexs

    16 Januari 2015 at 22:15

    nah ini ulasan yang saya tunggu tunggu !! makasih pak Bimo..

     
  2. bay

    1 November 2015 at 08:42

    Untuk pemakaian transistor 2sa1216 dengan pasangannya, tegangan 90 ct 90 VDC beban 4 ohm. Agar sesuai SOA harus pakai berapa pasang transistor om? Terimakasih

     
    • anistardi

      1 November 2015 at 09:56

      VCEO maksimal 2SA1216 adalah 180VDC, untuk rangkaian push-pull bisa memakai tegangan power supply maksimal +-90VDC. Namun pada perancangan harus memperhatikan safety karena umumnya power supply tidak teregulasi, jadi ada kemungkinan naik. Untuk amannya pakai powersupply maksimal +-80VDC. Untuk beban 4 ohm pada powersupply +-80VDC cukup memakai 5 pasang. Akan lebih mudah memakai power supply +-77VDC karena trafo 55VCT mudah didapat.

       

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

 
%d blogger menyukai ini: