Amplifier 20W dengan tone control merupakan solusi ideal bagi penggemar audio DIY yang menginginkan suara jernih dengan pengaturan bass dan treble yang fleksibel. Dengan daya keluaran 20 watt, rangkaian ini mampu menghasilkan kualitas audio yang stabil untuk penggunaan rumahan, speaker aktif, maupun sistem audio sederhana tanpa distorsi berlebih.
Amplifier ini dilengkapi dengan rangkaian tone control untuk pengaturan bass dan treble, sehingga pengguna dapat menyesuaikan karakter suara sesuai selera. Setiap kanal stereo mampu menghasilkan daya hingga 20W, dan perangkat ini dapat dioperasikan dengan catu daya 12V, termasuk dari aki mobil, sehingga praktis untuk penggunaan portabel maupun di kendaraan. Rangkaian tone control ini juga fleksibel dan bisa diterapkan pada amplifier lain sesuai kebutuhan.
Tone Control Stereo
Rangkaian tone-control ini memanfaatkan IC op-amp low-noise yang berisi dua penguat operasional dalam satu kemasan, sehingga sangat praktis untuk aplikasi stereo. Selain mudah diperoleh di pasaran, karakteristik noise yang rendah membuatnya ideal untuk pengolahan sinyal audio.
Pada bagian input non-inverting (pin 3 IC1), tegangan bias ditetapkan melalui resistor R7 dan R8 pada level sekitar 6V. Dengan adanya pembiasan ini, input inverting (pin 2) serta output op-amp (pin 1) ikut berada di level tegangan yang sama. Kapasitor C1 ditempatkan pada jalur input untuk menahan komponen DC—tanpa C1, tegangan 6V dapat masuk ke sumber sinyal. Namun demikian, C1 tetap memungkinkan sinyal AC audio melewati tahap ini menuju rangkaian tone-control.
Sinyal keluaran dari pin 1 kemudian dikembalikan ke input inverting melalui jaringan resistor–kapasitor yang terhubung ke potensiometer VR1 dan VR2. Kombinasi ini membentuk umpan balik negatif yang menentukan karakteristik tone-control. Peran kapasitor pada jaringan ini adalah mengatur respons frekuensi sehingga penguatan bass dan treble dapat diatur sesuai keinginan.
Secara prinsip, kapasitor akan menghalangi arus DC, namun pada sinyal AC ia bersifat seperti resistor yang nilai reaktansinya bergantung pada frekuensi. Pada frekuensi rendah, reaktansi kapasitor tinggi sehingga sinyal sulit melewati kapasitor, sedangkan pada frekuensi tinggi reaktansinya turun membuat sinyal lebih mudah mengalir. Kapasitor berkapasitansi besar akan lebih responsif terhadap frekuensi rendah, sementara kapasitor kecil lebih dominan bekerja pada frekuensi tinggi.
Deskripsi Rangkaian
Karena rangkaian ini menggunakan suplai tunggal, tegangan DC pada jalur sinyal harus ditetapkan di titik tengah suplai agar sinyal AC dapat berosilasi secara simetris. Dengan demikian, level DC rata-rata ditempatkan pada setengah dari tegangan suplai. Akibatnya, sinyal audio pada sisi kiri C1 berosilasi terhadap 0V, sedangkan setelah melewati C1, sinyal tersebut berayun di sekitar level bias 6V.
Resistor R7 dan R8 berfungsi sebagai pembagi tegangan yang menjaga input non-inverting (pin 3) IC1 tetap berada pada 6V. Kondisi ini menyebabkan input inverting (pin 2) dan output (pin 1) dari IC1 ikut stabil di titik kerja (bias) yang sama, sehingga op-amp dapat mengolah sinyal AC secara linear.
Kapasitor C1 ditempatkan di jalur input untuk mencegah tegangan DC sebesar 6V mengalir kembali ke sumber sinyal, namun tetap memungkinkan sinyal AC melewatinya tanpa hambatan yang berarti. Dengan kata lain, C1 berperan sebagai pemisah (coupling capacitor) antara sinyal AC dan DC.
Sinyal keluaran dari pin 1 kemudian dikembalikan ke input inverting (pin 2) melalui rangkaian resistor–kapasitor yang dihubungkan ke potensiometer VR1 dan VR2. Susunan ini membentuk umpan balik negatif yang menentukan karakteristik kontrol nada. Dengan mengubah posisi VR1 dan VR2, jumlah sinyal pada jalur umpan balik berubah sehingga mempengaruhi respons frekuensi sesuai pengaturan bass dan treble.
Secara teori, kapasitor menghalangi komponen DC namun menahan sinyal AC dengan besaran yang bergantung pada frekuensinya. Pada frekuensi rendah, reaktansi kapasitor tinggi sehingga sinyal sulit melewatinya. Ketika frekuensi meningkat, reaktansi menurun sehingga sinyal AC lebih mudah mengalir. Kapasitor yang bernilai besar lebih mampu melewatkan frekuensi rendah dibandingkan kapasitor kecil.
Karakteristik inilah yang membuat rangkaian tone-control bekerja: frekuensi rendah terhambat oleh kapasitor C2 dan C3, sementara frekuensi tinggi melewati jalur RC dengan lebih mudah. Hasilnya, pengguna dapat mengatur peningkatan atau pengurangan respons bass dan treble secara efektif melalui kontrol tone yang tersedia.
Kontrol Nada Bass
Jika pengaruh resistor R2 diabaikan, maka saat kontrol bass (VR1) diputar ke arah R3 atau posisi minimum (0%), penguatan pada frekuensi rendah akan ditentukan oleh perbandingan antara R3 dan total resistansi pada jalur umpan balik, yaitu (R1 + VR1). Sebagai contoh, rasio 10k/(100k + 10k) menghasilkan faktor sekitar 1:11. Hal ini menunjukkan bahwa pada frekuensi rendah, penguatannya menjadi kecil. Kondisi ini terjadi karena pada frekuensi sangat rendah, kapasitor C2 memiliki reaktansi tinggi sehingga hampir tidak menghantarkan sinyal — secara praktis bersifat seperti rangkaian terbuka.
Ketika frekuensi mulai meningkat, reaktansi C2 menurun sehingga sebagian sinyal mulai melewati kapasitor tersebut. Pada frekuensi yang cukup tinggi, C2 menjadi hampir sepenuhnya konduktif terhadap sinyal AC dan dapat dianggap sebagai hubungan langsung. Dalam kondisi ini, penguatan untuk frekuensi tinggi ditentukan oleh rasio R3 terhadap R1. Dengan nilai keduanya sama, misalnya 10k/10k, maka didapatkan penguatan sebesar 1 (unity gain).
Jika VR1 diputar ke arah R1 (posisi maksimum atau 100%), maka penguatan pada area frekuensi tinggi tidak berubah, tetap stabil, karena C2 pada frekuensi tinggi bersifat konduktif. Namun, pada frekuensi rendah — saat C2 kembali bersifat terbuka — penguatan akan bergantung pada rasio (R3 + VR1) terhadap R1. Dengan nilai perbandingan misalnya 10k/10k, hasilnya tetap menunjukkan penguatan sebesar 1.
Kontrol Nada Treble
Kapasitor C3 berperan penting dalam mencegah sinyal berfrekuensi rendah mempengaruhi kinerja rangkaian kontrol nada bagian treble. Dengan demikian, hanya frekuensi tinggi yang dapat diproses oleh bagian ini tanpa adanya interaksi yang tidak diinginkan dari sinyal bass.
Ketika potensiometer VR2 diatur ke arah R5 (posisi minimum atau 0%), penguatan pada frekuensi tinggi ditentukan oleh perbandingan antara nilai R5 dan jumlah resistansi R4 + VR2. Sebagai contoh, rasio 3,3kΩ terhadap 473kΩ menghasilkan penguatan yang sangat kecil untuk frekuensi tinggi.
Sebaliknya, ketika VR2 diputar ke arah R4 (posisi maksimum atau 100%), penguatan frekuensi tinggi dihitung dari rasio (VR2 + R5) terhadap R4. Misalnya 473kΩ/3,3kΩ, yang menghasilkan peningkatan penguatan (boost) treble yang signifikan. Nilai gain aktual ini juga dipengaruhi oleh posisi kontrol nada bass dan resistor R2, meskipun pengaturan VR1 sendiri tidak memberikan pengaruh langsung pada kontrol treble.
Apabila kedua kontrol nada (bass dan treble) diatur pada posisi maksimum (100%), maka pada frekuensi menengah sekitar 630Hz, nilai gain akan tetap mendekati unity (tidak terjadi boost maupun cut). Namun pada frekuensi rendah, sekitar 20Hz, sinyal dapat diperkuat atau dipotong hingga sekitar 7–8 kali lipat. Efek serupa juga terjadi pada frekuensi tinggi di sekitar 20kHz, yang juga dapat mengalami boost atau cut dalam rentang nilai yang sama.
Rangkaian juga dilengkapi dengan elemen stabilisasi frekuensi tinggi. Resistor R6 bersama kapasitor C4 bertindak untuk menurunkan penguatan pada frekuensi sangat tinggi, sehingga mencegah osilasi yang dapat mengganggu kestabilan op-amp.
Keluaran dari pin 1 IC1a memiliki level DC sekitar 6V. Kapasitor kopling C6 bertugas untuk menghilangkan komponen DC ini sehingga level keluaran kembali ke 0V, memungkinkan sinyal AC berayun simetris sebelum masuk ke tahap selanjutnya. Untuk menjaga agar sisi negatif C6 tetap berada pada level 0V, resistor R9 disertakan sebagai beban semu (dummy load).
Sementara itu, kapasitor C13 dan C14 berfungsi sebagai kapasitor decoupling pada suplai daya. Keduanya bertugas menjaga kestabilan tegangan dan meminimalkan noise atau gangguan yang dapat mempengaruhi sensitivitas rangkaian audio.
Hum
Pada kondisi ideal, rangkaian tone control tidak akan menimbulkan dengung (hum), baik ketika disuplai menggunakan aki maupun catu daya yang memiliki regulasi baik. Aki bahkan cenderung menghasilkan suplai yang sangat bersih karena tidak terhubung ke jaringan listrik AC.
Namun, dengung dapat muncul apabila sistem grounding tidak dirancang dengan benar. Ground yang kurang efektif—misalnya jalur ground terlalu panjang, penggunaan kabel yang tidak tepat, atau adanya ground loop—dapat menyebabkan noise masuk ke rangkaian sinyal audio dan terdengar sebagai hum pada output.
Power Amplifier
Rangkaian amplifier ini memanfaatkan IC TDA2004 atau TDA2005, yang memang dirancang untuk bekerja pada tegangan suplai 12V. Hal ini menjadikannya pilihan ideal untuk aplikasi audio di kendaraan, khususnya pada sistem audio mobil. Sumber daya dari aki mobil mampu menyediakan arus yang memadai dan dapat menopang penggunaan amplifier selama beberapa jam tanpa masalah.
IC ini juga telah dilengkapi dengan sistem proteksi internal yang akan memutus kerja IC secara otomatis ketika terjadi kondisi overload atau hubung singkat pada output. Fitur ini membantu mencegah kerusakan akibat beban berlebih. Namun, penting untuk diperhatikan bahwa penggunaan IC tanpa beban speaker tetap berpotensi menimbulkan kerusakan. Oleh karena itu, pastikan selalu bahwa speaker telah terhubung ke output IC sebelum rangkaian diberi daya, untuk menjaga kestabilan kerja dan mencegah kerusakan pada komponen.
Desain dan Pengaturan Mode Bridge
IC TDA2004/TDA2005 berisi dua penguat daya internal yang dapat dikonfigurasi dalam mode bridge-tied load (BTL). Dengan konfigurasi jembatan ini, kedua amplifier bekerja saling berlawanan fasa sehingga menghasilkan ayunan tegangan output yang lebih besar pada speaker dibandingkan mode single–ended. Hasilnya, IC mampu memberikan daya keluaran yang tinggi meskipun hanya menggunakan suplai 12V, seperti dari aki kendaraan.
Konfigurasi bridge tidak hanya meningkatkan efisiensi pemanfaatan tegangan suplai, tetapi juga memberikan performa audio yang lebih kuat dan bersih pada loudspeaker. Hal ini menjadikan IC ideal untuk sistem audio mobil yang mengandalkan tegangan rendah namun membutuhkan daya keluaran yang cukup besar.
Untuk sistem stereo, dibutuhkan dua modul power-booster yang sama—masing-masing untuk kanal kiri dan kanan—beserta komponen pendukungnya. Dengan pengaturan ini, pengguna dapat menikmati kualitas audio stereo yang lebih dinamis, jernih, dan bertenaga di dalam kendaraan.
Rangkaian Mono dan Stereo
Rangkaian amplifier menggunakan IC TDA2004/TDA2005 ini dapat dilihat pada diagram yang menampilkan kebutuhan tegangan suplai beserta konfigurasi dasar rangkaiannya. Diagram tersebut menunjukkan pengaturan mode mono, di mana satu unit rangkaian digunakan untuk menguatkan satu saluran audio saja.
Apabila dibutuhkan sistem stereo, maka diperlukan dua rangkaian amplifier yang identik—masing-masing berfungsi sebagai kanal kiri dan kanan. Dengan menggunakan dua unit yang sama, sistem dapat menghasilkan audio stereo yang lebih imersif dan natural.
Dengan desain yang sederhana namun efektif, amplifier berbasis IC TDA2004/TDA2005 ini menjadi pilihan praktis dan ekonomis untuk aplikasi audio di kendaraan. Selain mudah diinstalasi dan tidak memerlukan banyak komponen eksternal, IC ini juga dibekali fitur proteksi internal untuk mencegah kerusakan, menjadikannya solusi audio yang andal dan tahan lama untuk penggunaan di mobil.
Sinyal audio masuk ke rangkaian melalui potensiometer VR1a yang berfungsi sebagai pengatur level volume. Setelah level sinyal diatur, sinyal diteruskan ke kapasitor kopling C1, yang bertugas menghilangkan komponen DC agar hanya sinyal AC audio yang masuk ke tahap penguat berikutnya. Dari C1, sinyal kemudian dipasok ke input IC1 pada pin 1.
Loudspeaker (LS1) dikendalikan oleh dua output IC1 yang bekerja secara bridge-tied load (BTL), di mana kedua amplifier internal beroperasi dalam kondisi berlawanan fasa. Ketika salah satu output berada pada level tegangan tinggi, output lainnya berada pada level rendah. Konfigurasi ini menghasilkan ayunan tegangan yang lebih besar pada speaker, sehingga meningkatkan daya output secara efisien. Dengan rancangan ini, amplifier mampu menghasilkan daya hingga 20W pada speaker impedansi 2Ω.
Penggunaan speaker dengan impedansi lebih tinggi tetap memungkinkan amplifier beroperasi dengan baik, meskipun daya keluaran akan sedikit menurun. Kendati demikian, sistem masih mampu meredam noise dengan efektif, terutama bila dipasangkan dengan speaker ber-efisiensi tinggi.
Untuk menjaga stabilitas kerja dan mencegah gangguan frekuensi tinggi, kapasitor C3, C8, dan C11 berfungsi sebagai kapasitor decoupling lokal. Komponen-komponen ini membantu menekan kemungkinan osilasi, meminimalkan gangguan pada suplai daya lokal, serta menjaga performa amplifier tetap optimal.
Catu Daya
Amplifier ini dapat disuplai langsung dari aki 12V, dengan catatan harus dipasang sekering (fuse) yang sesuai untuk mencegah kerusakan akibat arus berlebih. IC masih mampu beroperasi dengan stabil hingga tegangan sekitar 16V. Namun, penggunaan tegangan yang lebih tinggi berisiko meningkatkan tingkat noise, terutama karena gangguan listrik dari sistem pengapian mesin atau sumber interferensi lainnya.
Untuk memperoleh performa yang optimal dan meminimalkan potensi noise, disarankan menggunakan catu daya yang dirancang sesuai dengan skema yang disertakan pada diagram rangkaian. Penggunaan catu daya yang tepat akan menjaga kestabilan tegangan, meningkatkan kualitas reproduksi suara, serta memastikan amplifier bekerja secara andal dalam berbagai kondisi penggunaan.
Trafo T1 harus memiliki output sebesar 9Vac, yang kemudian akan disearahkan oleh penyearah bridge REC1 menjadi tegangan DC. Setelah proses penyearahan, tegangan disaring oleh kapasitor C23 dan C24 sehingga menjadi sekitar 12Vdc yang dibutuhkan untuk mensuplai rangkaian amplifier.
Untuk hasil yang optimal, disarankan agar trafo mampu menyediakan arus 1 hingga 4 kali lebih besar dari kebutuhan arus amplifier. Kapasitas arus yang lebih besar memberikan cadangan (headroom) untuk mengatasi lonjakan arus sesaat dan menjaga kestabilan catu daya, sehingga kinerja amplifier tetap maksimal dan bebas gangguan selama beroperasi.
Trafo yang direkomendasikan untuk rangkaian amplifier ini adalah trafo 50VA dengan tegangan keluaran 9V. Lilitan primer trafo harus disesuaikan dengan tegangan listrik standar di negara tempat amplifier akan digunakan, agar trafo dapat beroperasi dengan aman dan efisien.
Untuk performa terbaik, trafo jenis toroidal sangat disarankan. Meskipun harganya sedikit lebih tinggi dibandingkan dengan trafo EI (konvensional), trafo toroidal memiliki keunggulan utama berupa medan magnet bocor yang sangat rendah. Keunggulan ini mengurangi risiko interferensi elektromagnetik terhadap rangkaian audio, sehingga kualitas sinyal tetap bersih, stabil, dan bebas noise.
