EL3109_4_13213060

MODUL IV OSILATOR Rosana Dewi Amelinda (13213060) Asisten : Fikri Abdul Aziz (13212127) Tanggal Percobaan: 11/11/2015 EL3109-Praktikum Elektronika II

Laboratorium Dasar Teknik Elektro - Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB Abstrak Abstrak Pada praktikum Modul IV ini dilakukan beberapa percobaan antara lain rangkaian osilator RC, rangakaian osilator dengan resonator, rangkaian pembangkit gelombang segitiga, pembangkit gelombang persegi, dan osilator cincin. Pada rangkaian osilator RC dilakukan dua pengamaran yaitu pengamatan osilasi dan kriteria osilasi (untuk osilator jembatan wien, osilator penggeser fasa, dan osilator kuadratur) serta pengendalian amplitude (pada osilator penggeser fasa). Pada rangkaian osilator dengan resonator dilakukan pengamatan osilator LC (osilator Collpitts, Osilator Clapp dan Osilator Hartley). Pada setiap rangkaian osilator haruslah memenuhi kriteria Barkhausen, perbedaanya yaitu terletak pada frekuensi sinyal yang dibangkitkan dan amplitude output yang dihasilkan. Kata kunci: Osilator. 1.

PENDAHULUAN

Banyak sistem elektronik menggunakan rangkaian yang mengubah energi DC menjadi berbagai bentuk AC yang bermanfaat. Osilator, generator, lonceng elektronika termasuk kelompok rangkaian ini. Pada penerima radio misalnya, isyarat DC diubah menjadi isyarat AC frekuensitinggi. Osilator juga digunakan untuk menghasilkan isyarat horizontal dan vertikal untuk mengontrol berkas elektron pada pesawat TV. Masih banyak lagi penerapan rangkaian ini pada sistem lain seperti kalkulator, komputer dan transmiter RF. Osilator adalah suatu rangkaian yang menghasilkan keluaran yang amplitudonya berubah-ubah secara periodik dengan waktu. Keluarannya bisa berupa gelombang sinusoida, gelombang persegi, gelombang pulsa, gelombang segitiga atau gelombang gigi gergaji. Osilator bisa dibangun dengan menggunakan beberapa teknik dasar, yaitu : a. Menggunakan komponen-komponen yang memperlihatkan karakteristik resistansi negatif, dan lazimnya menggunakan diode terobosan dan UJT b. Menggunakan umpanbalik positif pada penguat. Umpanbalik positif menguatkan desah internal yang terdapat pada penguat. Jika keluaran penguat sefasa dengan masukkannya, osilasi akan terjadi

Banyak rangkaian yang dapat dipakai untuk membangkitkan gelombang sinus. Dan yang paling populer adalah Osilator Clapp, Osilator Colpitt, Osilator kristal, dan jembatan Wien. Setiap tipe mempunyai keuntungan khusus dan daerah penerapan masing-masing. Jembatan Wien banyak dipakai dalam osilator frekuensi audio terutama karena kemantapan frekuensinya yang baik dan relatif mudah dibuat Berdasarkan metode pengoperasiannya osilator dapat dikelompokan menjadi dua kelompok, yaitu osilator balikan/feedback dan osilator relaksasi. Pada osilator balikan, sebagian daya keluaran dikembalikan ke masukan yang miasalnya dengan menggunakan rangkaian LC. Osilator biasanya dioperasikan pada frekuensi tertentu. Osilator gelombang sinus biasanya termasuk kelompok osilator ini dengan frekuensi operasi dari beberapa Hz sampai jutaan Hz. Osilator balikan banyak digunakan pada rangkaian penerima radio dan TV dan pada transmiter. Osilator relaksasi merespon piranti elektronik dimana akan bekerja pada selang waktu tertentu kemudian mati untuk periode waktu tertentu. Kondisi pengoperasian ini berulang secara mandiri dan kontinu. Osilator ini biasanya merespon proses pemuatan dan pengosongan jaringan RC atau RL. Osilator ini biasanya membangkitkan isyarat gelombang kotak atau segitiga. Aplikasi osilator ini diantaranya pada generator penyapu horizontal dan vertikal pada penerima TV. Osilator relaksasi dapat merespon aplikasi frekuensi-rendah dengan sangat baik. Osilator Hartley banyak digunakan pada rangkaian penerimaradio AM dan FM. Frekuensi resonansi ditentukan oleh harga T1 dan C1. Kapasitor C2 berfungsi sebagai penggandeng AC ke basis Q1. Tegangan panjar Q1 diberikan oleh resistor R2 dan R1. Kapasitor C4 sebagai penggandeng variasi tegangan kolektor dengan bagian bawah T1 . Kumparan penarik RF (L1) menahan AC agar tidak ke pencatu daya. L1 juga berfungsi sebagai beban rangkaian. Q1 adalah dari tipe n-p-n dengan konfigurasi emitor bersama. Osilator Colpitts sangat mirip dengan osilator Shunt-fed Hartley. Perbedaan yang pokok adalah pada bagian rangkaian tangkinya. Pada osilator Colpitts, digunakan dua kapasitor sebagai pengganti kumparan yang terbagi. Balikan

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

1

dikembangkan dengan menggunakan “medan elektrostatik” melalui jaringan pembagi kapasitor. Frekuensi ditentukan oleh dua kapasitor terhubung seri dan induktor. Osilator Clapp adalah versi modifikasi osilator Colpitt dengan kemantapan frekuensi lebih baik. Tujuan praktikum modul 2 ini diantaranya : Mengamati dan mengenali prinsip pembangkitan sinyal sinusoidal dengan rangkaian umpan balik Mengamati dan menganalisa rangkaianrangkaian osilator umpan balik resistor dan kapasitor (RC) dan induktor dan kapasitor (LC) Mengamati dan menganalisa keadaan untuk menjamin terjadinya osilasi Mengamati dan menganalisa pengaturan amplituda output osilator Mengamati dan mengenali prinsip pembangkitan sinyal nonsinusoidal dengan umpan balik rangkaian tunda dan komparator Merancang dan mengimplementasikan pembangkit gelombang segitiga dan persegi Mengamati dan menganalisa osilator cincin (ring oscillator)

2.

kriteria tersebut dilihat dari total penguatan loop terbuka L sebagai berikut :

Osilator dengan Opamp, Resistor dan Kapasitor 

Implementasi Kriteria Osilasi

Ada banyak cara untuk mencapai kriteria terjadinya osilasi di atas, namun untuk kemudahannya dalam perancangan sering kali dipilih keadaan-keadaan berikut :

Contoh implementasi untuk ketiga keadaan tersebut di atas, secara berurutan adalah Osilator Jembatan Wien, Osilator Penggeser Fasa, dan Osilator Kuadratur yang rangkaian umumnya tampak pada Gambar 2. Gambar 2 Contoh implementasi kriterisa Osilasi (a) Jembatan Wien (b) Pergeseran Fasa (c) Kuadratur

STUDI PUSTAKA

Osilator dan Umpan Balik Positif Sistem dengan umpan balik secara umum dapat digambarkan dengan diagram blok pada Gambar 1 berikut Gambar 1 Diagram Blok Sistem dengan Umpan Balik

Blok A merupakan fungsi transfer maju dan blok merupakan fungsi transfer umpan baliknya. Pada sistem dengan umpan balik ini dapat diturunkan penguatan tegangannya:

Secara umum persamaan di atas menunjukkan adanya tiga keadaan yang ditentukan oleh denominatornya. Salah satu keadaan tersebut adalah saat denominator menjadi nol. Saat itu nilai Af menjadi tak hingga. Secara matematis pada keadaan ini bila diberikan sinyal input nol atau vi=0 ini, akan menjadikan tegangan vo dapat bernilai berapa saja. Keadaan seperti inilah yang menjadi prinsip pembangkitan sinyal atau osilator sinusoidal dengan umpan balik yang disebut sebagai Kriteria Barkhausen. Dalam rangkaian

Osilator Jembatan Wien secara umum mempunyai frekuensi osilasi dan penguatan yang diperlukan untuk terjadinya osilasi sebagai berikut :

Dalam realisasinya, dalam merancang Osilator Jembatan Wien sering kali dipilih R1=R2=R dan C1=C2=C sehingg frekuensi osilasinya menjadi =1/CR dan penguatan yang diperlukan Am=3. Nilai lain yang juga sering digunakan adalah R1=R, R2=10R, C1=C/10, dan C2=10C dengan frekuensi osilasi yang sama yaitu =1/CR namun penguatan hanya Am=1,2. Untuk Osilator Penggeser Fasa frekuensi osilasi dan penguatan yang diperlukan adalah


2

Sedangkan untuk osilator kuadratur frekuensi osilasinya adalah

dan untuk masing-masing integrator (inverting dan noninverting) penguatannya adalah

Dalam perancangannya bila dipilih R1=R2=R, R3=R4 dan C3=C4 maka diperoleh penguatan pada masing-masing opamp 1 (satu) dan penguatan loop terbuka juga 1 (satu). 

Pengendalian Amplituda

Kriteria osilasi sangat ketat, bila maka maka rangkaian umpan balik menjadi tidak stabil dan bila

Osilator Clapps memberikan frekuensi osilasi

osilasi tidak akan terjadi. Oleh

karena itu, penguat pada osilator menjamin saat mulai dioperasikan dan kemudian dibatasi pada nilai saat beroperasi. Cara yang umum digunakan untuk kendali tersebut adalah dengan rangkaian pembatas amplituda (clipper) atau pengendali penguatan otomatis (automatic gain control, AGC). Prinsip kerja rangkaian pembatas amplituda adalah memanfaatkan dioda pada resistor penentu penguatan rangkaian penguat operasional. Dioda akan konduksi dan mempertahankan nilai tegangannya bila memperoleh tegangan lebih dari tegangan cut-in. Prinsip kerja pengendali penguatan otomatis adalah dengan menggantikan resistor penentu penguatan rangkaian penguat operasional dengan transistor (FET). Tegangan output disearahkan dan digunakan untuk mengendalikan resistansi transistor. Cara lain adalah dengan menggunakan Piece Wise Linear Limiter. Prinsip cara ini adalah menjadikan penguat memberikan penguatan pada amplituda yang berbeda yang ditentukan dengan dioda dan resistor. Osilator dengan Resonator 

tersebut tidak dapat terjadi dengan sendirinya. Untuk menjamin terjadinya osilasi tersebut, maka rangkaian LC harus mendapat mekanisme kompensasi terhadap redaman. Pada implementasinya maka induktor dan kapasitor ditempatkan dalam rangkaian umpan balik guna menjaga resonansi berkelanjutan. Ada beberapa rangkaian osilator LC yang terkenal, tiga diantaranya adalah Colpitts, Clapp, dan hartley. Prinsip rangkaian penguat dan umpan balik untuk ketiganya tampak pada Gambar 3. Frekuensi osilasi rangkaian ini ditentukan oleh rangkaian resonansinya. Untuk Osilator Collpits frekuensi resonansinya dalah sebagai berikut.

Osilator Penguat, Induktor dan Kapasitor (LC Oscillator)

Osilator dengan penguat, induktor dan kapasitor pada dasarnya merupakan osilator yang memanfaatkan rangkaian resonansi seri induktor dan kapasitor (LC). Secara teoritis, induktor dan kapasitor akan mengalami self resonance. Akan tetapi adanya redaman akibat resistansi pada induktor dan konduktansi pada kapasitor osilasi

Osilator Hartley memberikan frekuensi osilasi

Pada persamaan di atas digunakan tanda mendekati karena frekuensi akan bergeser sedikit bila resistansi input dan resistansi output penguat masuk dalam perhitungan. Gambar 3 Osilator LC (a) Colpitts(b) Clapp (c) Hartley

 Osilator Kristal Prinsip osilator dengan kristal mirip dengan osilator LC. Osilator kristal menggunakan kristal untuk rangkaian resonansi sekaligus rangkaian umpan baliknya. Banyak alternatif penggunaan osilator sinusoidal dengan kristal adalah dengan memanfaatkan resonansi seri atau resonansi paralel kristal tersebut Prinsip Pembangkit Gelombang Nonsinusoidal  Prinsip Umum Secara umum osilator nonsinusoidal atau juga dikenal sebagai astable multivibrator dapat memanfaatkan fungsi penunda sinyal, inverting, dan/ atau komparasi dengan histeresis atau bistable multivibrator. Bagian-bagian tersebut dapat Bagianbagian tersebut dirangkai dalam loop tertutup dengan keseluruhan loop bersifat inverting. Alternatif pembentukan loop tersebut ditunjukkan pada 4.


3

Gambar 4 Prinsip Dasar Pembangkitan Gelombang

dapat dibangun dengan rangkaian resistor dan kapasitor orde satu (RC orde 1 sebagai filter frekuensi rendah LPF). Penggunaan integrator memberikan skala waktu tunda linier sedangkan rangkaian RC orde 1 memberikan waktu tunda mengikuti fungsi eksponensial negatif.

Fungsi komparator dengan histeresis atau bistable multivibrator adalah mempertahankan keadaan pada status tertentu sehingga ada sinyal luar yang memaksa perubahan status tersebut. Fungsi penunda adalah untuk memberikan selisih waktu antara perubahan pada output komparator atau multivibrator kembali ke input komparator atau multivibrator tersebut. Secara keseluruhan fungsi dalam satu loop haruslah bersifat inverting atau membalikkan sinyal.  Komparator dengan Histeresis Alternatif cara untuk memperoleh komparator dengan histeresis adalah dengan menggunakan penguat operasional dan resistor pembagi tegangan. Gambar 5 menunjukkan rangkaian komparator dengan histeresis non inverting berikut kurva karakteristik alih tegangan (VTC)-nya. Rangkaian komparator dengan histeresis inverting berikut kurva karakteristik alih tegangan (VTC)nya ditunjukkan pada Gambar 6. Pada kedua gambar tersebut VS menyatakan tegangan saturasi keluaran penguat operasional. Gambar 5 (a) Komparator dengan Histeresis (b) Kurva Karakteristik Alih Tegangannya

Gambar 6 (a) Komparator dengan Histeresis Inverting (b) Kurva Karakteristik Alih Tegangannya

 Rangkaian Tunda Rangkaian tunda dapat diimplementasikan dengan beberapa cara. Rangkaian tunda inverting dapat dibangun dengan integrator dengan penguat operasional dan rangkaian tunda noninverting

Rangkaian Pembangkit Gelombang Nonsiusoidal  Pembangkit Gelombang Segitiga Rangkaian pembangkit gelombang segitiga dapat dibangun dengan memanfaatkan komparator dengan histeressis noninverting dan rangkaian integrator. Rangkaian ini tampak pada Gambar 7. Gambar 7 Pembangkit Gelombang Segitiga

Rangkaian pembangkit gelombang segitiga ini akan memberikan sinyal dengan frekuensi dan amplituda pada persamaan berikut.

Untuk memastikan komparator berfungsi baik maka nilai harus dipenuhi resistansi R2>R1. Selain menghasilkan gelombang segitiga, rangkaian tersebut juga mengahsilkan gelombang persegi pada output komparatornya dengan tegangan +Vs dan –Vs. Pembangkit Gelombang Persegi Rangkaian pembangkit gelombang segitiga dapat dibangun dengan memanfaatkan komparator dengan histeressis inverting dan rangkaian RC orde 1. Rangkaian ini tampak pada Gambar 8. Gambar 8 Pembangkit Gelombang Persegi

Rangkaian pembangkit gelombang segitiga ini akan memberikan sinyal dengan frekuensi sbb.:

Gelombagn persegi yang mempunyai tegangan +Vs dan –Vs.

dihasilkan


4

Osilator Cincin (Ring Oscillator) Osilator cincin dapat dibangun dengan sejumlah ganjil inverter CMOS dan penunda waktu yang disusun dalam satu loop. Secara alamiah setiap inverter juga mempunyai waktu tunda dengan demikian sejumlah ganjil inverter yang disusun dalam satu loop juga akan membentuk osilator seperti ditunjukkan pada Gambar 9. Untuk memperoleh frekuensi yang lebih rendah waktu tunda tiap inverter dapat diperbesar dengan menambahkan kapasitor yang terhubung dengan ground pada output inverter. Gambar 9 Osilatpr Cincin

Frekuensi sinyal yang dihasilkan oleh osilator cincin ini adalah

Dalam hal ini n adalah jumlah inverter dan td adalah delay rata-rata inverter. Pengaturan Duty Cycle Rangkaian osilator di atas menghasilkan gelombang simetris dengan duty cycle 50%. Untuk menghasilkan gelombang asimetris atau duty cycle bukan 50% dapat dengan mudah dilakukan dengan mengatur nilai waktu tunda yang berbeda saat naik dan saat turun. Cara ini dapat dilakukan dengan menggantikan resistor rangkaian tunda pada integrator atau rangkaian RC orde 1 dengan dua buah resistansi yang berbeda masing-masing terhubung seri dengan dioda yang berlawanan arah. Contoh untuk pembangkit gelombang segitiga dengan waktu naik dan turun berbeda tampak pada Gambar 10. Resistansi Ra akan mementukan waktu tunda naik dan resistansi Rb menentukan waktu tunda turun. Gambar 10 Pembangkit Gelombang Asimetrik (a) Segitiga (b) Persegi

Prinsip yang sama dapat digunakan pada rangkaian pembangkit sinyal persegi dengan menggantikan resistansi rangkaian orde 1 dengan dua resistansi masing-masing terhubung seri dengan dioda yang berlawanan arah. Pada rangkaian pembangkit segitiga resistor Ra menentukan lama sinyal naik dan tegangan negetif pada output komparator. Sedangkan resistor Rb menentukan lama sinyal turun atau tegangan positif pada komparator. Dengan merujuk duty cycle pada output sinyal persegi dari komparator rangkaian pada Gambar 10 (a), nilai resistansi tersebut dapat ditentukan dengan persamaan berikut:

dengan D duty cycle dan f frekuensi gelombang yang dibangkitkan. Sedangkan untuk rangkaian pada Gambar 10 (b) nilai resistansi dapat ditentukan dengan persamaan berikut:

3.

METODOLOGI

Pada percobaan 4 ini, alat dan bahan yang digunakan yaitu : 1.

Kit praktikum Osilator Sinusoidal

2.

Generator Sinyal GW Instek SFG-2110

3.

Osiloskop GW Instek GDS-806S

4.

Multimeter Digital Sanwa (1 buah)

5.

Catu daya Ter-regulasi (2 buah)

6.

Kabel dan asesori pengukuran ( 5 buah kabel BNC dan 18 kabel banana)

7.

Aerosol udara terkompresi

8.

Breadboard


5

9.

Komponen aktif Opamp 741 dan Inverter CMOS 4007

10. Komponen pasif Resistor dan Kapasitor 11. Kabel AWG 22 Memulai percobaan

Sebelum memulai percobaan, isi dan tanda tangani lembar penggunaan meja yang tertempel pada masing-masing meja praktikum Osilator RC 

Pengamatan Osilasi dan Kriteria Osilasi

Disusun rangkaian osilator jembatan Wien pada gambar 11 berikut dengan nilai resistansi R = 1.8 kΩ, kapasitansi C = 18 nF, resistansi Ri = 10 kΩ, dan resistansi Rf sedikit diatas 20 kΩ. Tegangan catu daya penguat operasional Vcc = 15 V dan Vcc = -15 V

Hubungkan terminal output vO dengan kanal 2 osiloskop. Atur resistansi Rf sehingga diperoleh rangkaian yang berosilasi dengan output sinyal sinusoid yang baik. Amati dan catat ampitudo dan frekuensi sinyal keluarannya, serta ukur resistansi Rf.

Putuskan rangkaian pada simpul P dan hubungkan simpul input rangkaian umpan balik dengan generator sinyal dengan frekuensi sesuai pengamatan atau perhitungan (Gambar 12). Hubungkan juga sinyal dari generator sinyal ini ke input kanal 1 osiloskop. Amati dan catat amplituda dan fasa penguatan total loop.

Pindahkan input kanal 2 osiloskop vX. Amati dan catat amplituda dan fasa peredaman pada rangkaian umpan balik.

Susun rangkaian osilator penggeser fasa seperti pada Gambar 13. Gunakan nilai resistansi R=1,8k , kapasitansi C=18nF, dan resistansi Rf sedikit di atas 52,2k . Tegangan catu daya penguat operasional VCC=15V dan –VCC=-15V.

Ulangi langkah 2-4 di atas untuk rangkaian osilator penggeser fasa ini.

Susun rangkaian osilator kuadratur seperti pada Gambar 2(c). Gunakan nilai resistansi R=1,8k , kapasitansi C=18nF, resistansi Ri=10k , dan Resistansi Rf sekitar 10k .

Ulangi langkah 2-4 di atas untuk rangkaian osilator penggeser fasa ini.


6

Gambar 11 Osilator Jembatan Wien dengan Penguat Operasional

Gunakan rangkaian osilator penggeser fasa dan atur resistansi Rf sehingga ouput osilator diperoleh 18Vpp (atau nilai lain yang lebih rendah yang dapat diperoleh dengan mudah).

Gunakan udara terkompresi untuk mendinginkan penguat operasional dan amati apa yang terjadi pada amplituda output osilator

Atur kembali resistansi resistansi Rf sehingga ouput osilator diperoleh sekitar 25Vpp atau lebih. Gambar 12 Pengukuran Penguat Open Loop Osilator Jembatan Wien

Hubungkan penguat dengan pembatas amplituda seperti pada gambar 14. Gunakan pembatas amplituda dengan resistansi RA 5,6k dan RB 3,3k . Gunakan udara terkompresi untuk mendinginkan penguat operasional dan amati apa yang terjadi pada amplituda output osilator. Gambar 14 Osilator Penggeser Fasa dengan Pembatas Amplituda Gambar 13 (a) Osilator Penggeser Fasa (b) Pengukuran Penguatan Open Loop nya

Osilator dengan Resonator 



Osilator LC



7

Gambar 16 Osilator Hartley

Susunlah rangkaian osilator seperti digambarkan pada Gambar 15 (kiri). Untuk rangkaian penguat gunakan nilai komponen R1 = 10k , R2 = RC =3,3k , Re = 82 , RE = 1k , CC1 = CC2 = CB = 1 F, dan Q1 = 2N2222, serta catu daya rangkaian VCC = 12V. Komponen rangkaian umpan balik untuk osilator Colpitts ini L = 100 H, C1 = 18nF, dan C2 = 22nF.

Amati dan catat amplituda dan frekuensi sinyal ouput osilator tersebut.

Lakukan kembali untuk rangkaian Osilator Clapp seperti pada Gambar 15 (kanan) dengan komponen rangkaian umpan balik L = 2,5mH, C1 = 220nF, C2 = 330nF dan C3 = 470nF

Susunlah rangkaian Osilator Hartley seperti digambarkan pada Gambar 16. Untuk rangkaian penguat gunakan nilai komponen R1 = 15k , R2 = 1k , RE = 22 , CC1 = CC2 = CB = 1 F, dan Q1 = 2N2222, serta catu daya rangkaian VCC = 12V. Komponen rangkaian umpan balik untuk osilator Hartley ini C = 18nF, L1 = 33 H, dan L2 = 82 H.

Amati dan catat amplituda dan frekuensi sinyal ouput osilator tersebut.

Gunakan udara terkompresi untuk mendinginkan beberapa komponen secara bergiliran transistor, kapasitor dan induktor rangkaian resonansi. Amati amplituda dan frekuensi sinyal outputnya



Osilator Kristal

Susunlah rangkaian osilator kristal seperti digambarkan pada Gambar 17 (a). Osilator ini menggunakan inverter CMOS 4007 sebagai penguat inverting. Gunakan resistansi bias RB = 1M untuk menetapkan titik bias inverter dan kapasitor kopling CC = 1nF serta kapasitor Cf = 33pF bersama dengan kristal untuk umpan balik tegangan.

Amati amplituda dan frekuensi sinyal outputnya.

Gunakan udara terkompresi untuk mendinginkan secara bergiliran inverter CMOS dan kristal. Amati amplituda dan frekuensi sinyal outputnya

Lakukan kembali untuk Osilator Kristal Pierce seperti pada Gambar 17 (b) dengan nilai komponen RB = 1MΩ Cf = 33pF, RLP = 10kΩ dan CLP = 33pF. Gambar 17 Osilator Kristal

Gambar 15 (kiri) Osilator Collpitts (kanan) Osilator Clapp

Pembangkit Gelombang segitiga


8

Susunlah rangkaian pembangkit gelombang segitiga sesuai rangkaian yang telah dipersiapkan.

Susunlah rangkaian osilator cincin dengan 3 (tiga) inverter.

Gunakan kanal 1 osiloskop dan mode waktu untuk mengamati keluaran integrator pada pembangkit sinyal yang telah disusun. Amati dan catat bentuk sinyal, amplituda dan frekuensinya. Pada saat yang sama amati juga sinyal tegangan pada output komparatornya pada kanal 2

Bacalah pada kanal input BNC osiloskop nilai beban kapasitif osilokop dan baca juga data sheet untuk probe osiloskop yang digunakan terkait beban kapasitifnya.

Gunakan salah satu kanal osiloskop untuk mengamati sinyal output salah satu inverter. Catat frekuensi sinyal yang dihasilkannya.

Putuskan hubungan antara komparator dan integrator. Hubungkan input komparator dengan generator sinyal. Berikan sinyal segitiga dengan amplituda mendekati 15Vpp. Hubungkan input komparator dengan kanal 1 osiloskop dan ouput komparator dengan kanal 2 osiloskop. Gunakan osiloskop pada mode xy untuk memperoleh kurva karakteristik alih tegangan (VTC) komparator

Secara bersamaan gunakan juga kanal osiloskop lainnya untuk mengamati sinyal input pada inverter di atas dan perhatikan frekuensi yang dihasilkan.

Pembangkit Gelombang Persegi Susunlah rangkaian pembangkit gelombang persegi sesuai rangkaian yang telah dipersiapkan.

Gunakan kanal 1 osiloskop dan mode waktu untuk mengamati keluaran komparator pada pembangkit sinyal yang telah disusun. Amati dan catat bentuk sinyal, amplituda dan frekuensinya. Pada saat yang sama amati juga sinyal tegangan pada input komparatornya pada kanal 2.

Dengan hanya mengamati satu sinyal dengan osiloskop, amati dan catat frekuensi yang dihasilkan untuk osilator cincin dengan 3, 5 dan 7 buah inverter.

4.

HASIL DAN ANALISIS

Percobaan 1 : Osilator RC 

Pengamatan Osilasi dan Kriteria Osilasi

Pada percobaan 1 ini dilakukan pengamtan osilasi pada rangkaian osilator Jembatan Wien. Perhitungan

Putuskan hubungan antara komparator dan rangkaian RC orde 1. Hubungkan input komparator dengan generator sinyal. Berikan sinyal segitiga dengan amplituda mendekati 15Vpp. Hubungkan input komparator dengan kanal 1 osiloskop dan ouput komparator dengan kanal 2 osiloskop. Gunakan osiloskop pada mode xy untuk memperoleh kurva karakteristik alih tegangan (VTC) komparator. Osilator Cincin

𝑓= =

1 2𝜋√𝑅1. 𝑅2. 𝐶1. 𝐶2 1 2𝜋√(18𝑘)(18𝑘)(18𝑛)(18𝑛)

𝒇 = 𝟒. 𝟗𝟏𝟐 𝒌𝑯𝒛 𝐴𝑚 = 1 +

𝐶2 𝑅1 18𝑛 18𝑘 + =1+ + 𝐶1 𝑅2 18𝑛 18𝑘 𝐴𝑚 = 3 … . (1)

𝐴𝑚 = 1 +

𝑅𝑓 𝑅𝑖

3=1+

…(2)

𝑅𝑓 10𝑘

𝑹𝒇 = 𝟐𝟎 𝒌Ω


9

Berikut hasil percobaan yang diperoleh :

yang diperoleh tidak akan sama dengan 1 dan beda fasanya pun akan tidak sama dengan 00

Table 1 Hasil pengukuran Osilator Jembatan Wien

Selanjutnya dilakukan pengamatan yang sama untuk rangakaian penggeser fasa dan kuadratur. Berikut hasil yang diperoleh :

Penguatan Operasional Frekuenis kHz

4.833

Perhitungan Pangakaian Penggeser Fasa

Amplituda 13.7 V

𝑓=

Rf = 21 kΩ 5 V/div, 50µs/div

=

Penguatan Open Loop

1 2𝜋√6𝑅𝐶 1 2𝜋√6 (1.8𝑘)(18𝑛)

𝒇 = 𝟐. 𝟎𝟎𝟓 𝒌𝑯𝒛 Frekuenis kHz

4.833

𝐴𝑚 = 29 … . . (1) 𝑅𝑓 … . . (2) 𝑅 𝑅𝑓 29 = 1 + 1.8𝑘

Amplituda 0.98 V

𝐴𝑚 = −

∅ = 00 50 mV/div, 50µs/div

𝑹𝒇 = 𝟓𝟐. 𝟐 𝒌Ω

Tegangan pada Vx Frekuenis kHz

4.833

Table 2 Hasil pengamatan Osilator Penggeser Fasa

Penguatan Operasional

Amplituda 328 mV

Frekuenisi 1.931 kHz

∅ = 00

Amplituda 324 mV

100 mV/div, µs/div

50

Rf = 53.2 kΩ 200 mV/div, 250 µs/div

Osilator jembatan wien yang dipakai pada percobaan ini yaitu menggunakan feedback rangkaian RC (RC seri-sebagai HPF yang dihubungkan dengan RC parallel-sebagai LPF). Kedua rangkaiana RC ini akan menghasilkan frekuensi orde 2 yang bergantung pada frekuensi resonansinya. Pada frekuensi resonansi inilah akan diperoleh beda fasa input dan otput sama dengan 0 dan penguatan yang maksimumnya. Berdasarkan hasil pengamatan, diperoleh nilai frekuensi yang menyebabkan output berosilasi (tanpa adanya input) yaitu sebesar 4.833 kHz. Nilai ini terbukti sesuai dengan nilai frekuensi yang diperoleh dari hasil perhitungan yaitu 4.912 kHz. Begitu pula dengan nilai Rf yang digunakan. Pada pengamatan rangkaian openloop osilator wien, dibuktikan pula bahwa pada frekuensi resonansi yang diperoleh penguatan A 𝛽 = 1 dengan bedan fasa sebesar 00. Hal ini sesuai dengan teori osilator dimana osilasi hanya terjadi pada satu nilai frekuensi saja sehingga apabila frekuensi input dinaikkan atau diturunkan maka penguatan

Penguatan Open Loop Frekuenis 1.931 kHz Amplituda 1.06 V ∅ = 00 20 mV/div, 250 µs/div

Tegangan pada Vx Frekuenis 1.931 kHz Amplituda 41 mV ∅ = 1800 20 mV/div, 250 µs/div


1 0

Agar diperoleh feedback positif maka digunakan 3 rangkaian RC yang dihubungkan dengan penguat non inverting. Ketiga rangakaian feedback RC ini akan menghasilkan beda fasa sebesar 1800 (masing-masing menghasilkan beda fasa < 900, yaitu sekitar 600) dan pada penguat invertingnya akan dihasilkan beda fasa 180 0 juga sehingga dihasilkan beda fasa total sebesar 360 0. Maka diperolehlah feedback positif. Agar kriteria bakhausen terpenuhi maka untuk penguatan A𝛽 = 1, penguatan inverting haruslah bernilai A = -29 = 29∠1800. Oleh karena itu digunakan nilai Rf sebesar 52.2 kΩ. Berdasarkan hasil yang diperoleh dari percobaan, terbukti bahwa nilai frekuensi dan Rf hampir sama (mendekati) nilai yang didapat dari hasil perhitungan. Adanya sedikit perbedaan kemungkinan dikarenakan nilai toleransi yang ada pada setiap komponen yang digunakan. Pada frekuensi dan penguatan yang diperoleh dari rangkaian close loop, terbukti bahwa saat percobaan open loop didapatkan nilai penguatan Vo/Vi (pada f input = f osilasi) = A𝛽 ≈ 1 dan beda fasanya = 00. Sama seperti pada osilator jembatan wien, apabila frekuensi input dinaikkan atau diturunkan maka penguatan yang diperoleh tidak akan sama dengan 1 dan beda fasanya pun akan tidak sama dengan 00. Namun perbedaannya yaitu apabila frekuensi dinaikan, maka penguatannya akan membesar (tidak mengecil seperti pada jembatan wien) begitu pula sebaliknya. Hal ini disebabkan karena penguatan A𝛽 pada penggeser fasa berbanding lurus dengan frekuensinya. Pada percobaan rangkaian osilator kuadratur , praktikan tidak sempat melakukan pengamatan di lab sehingga data diperoleh dari hasil simulas. Hasilnya sebagai berikut : Gambar 18 Tegangan output integrator sinus (merah) dan Tegangan output integrator cosinus (biru)

merupakan integral (gradien) dari Vo cosinus. Hal ini sesuai dengan hasil simulasi yang diperoleh yaitu berupa dua buah sinyal sinusoidal yang berbeda fasa 900. 


Pada percobaan ini awalnya diminta output sebesar 18 Vpp dengan manaikkan nilai Rf dari nilai yang sebelumnya digunakna pada rangkaian osilaot penggeser fasa. Namun setelah dilakukan perubahan pada nilai Rf bahkan hingga Rf max, tetap tidak diperoleh nilai tegangan output sebesar 18 Vpp. Oleh karena itu dilakukan perubahan pada nilai input sehingga diperoleh tegangan output 18 Vpp sebagai berikut : Gambar 19 Pengamatan pengendali amplituda

Selanjutnya diminta mengamati perubahan dari sinyal output yang dihasilkan apabila kapasitor ataupun inductor diberi udara kompresi (aerosol). Dengan pemberian aerosol seharusnya menghasilkan osilasi yang lebih stabil, terutama jika adanya ketidakstabilan yang disebabkan akibat kenaikan suhu. Akan tetapi pada saat diberikan aerosol pada rangkaian, tidak terjadi perubahan yang disignifikan. Hal ini kemungkinan disebabkan karena suhu aerosol yang digunakan sudah sama dengan suhu kamar (= suhu op amp) Percobaan 2 : Osilator dengan Resonator 

Osilator LC

Perhitungan Osilator Collpitts 𝐶𝑇 =

(180𝑛)(220𝑛) 𝐶1. 𝐶2 = 𝐶1 + 𝐶2 180𝑛 + 220 𝑛 𝐶𝑇 = 99 𝑛𝐹

𝑓= Rangakain ini dimanakan kuadratur karena dilakukan 2 buah integral, dengan output integral kedua akan mengintegralkan output dari integral pertama (integral kuadrat). Osilator kuadratur bekerja dengan menggunakan Opamp integrator yang menghasilkan gelombang sinusoidal dengan pergesaran fasa sebesar 900. Penggunaan integerator mengakibatkan output pada Vo sinus

1 2𝜋√𝐿𝐶𝑇

=

1 2𝜋√(2.5𝑚)(99𝑛)

𝒇 = 𝟏𝟎. 𝟏𝟏𝟔 𝒌𝑯𝒛 Osilator Clapp 𝐶𝑇 =

𝐶1. 𝐶2. 𝐶3 𝐶1𝐶2 + 𝐶1𝐶3 + 𝐶2𝐶3 𝐶𝑇 = 103.056 𝑛𝐹


11

𝑓=

1 2𝜋√𝐿𝐶𝑇

=

1

dua osilasi yang berosilasi pada frekuensi yang sama pada pengumpan balik. Umpan balik ini akan mengoreksi input sehingga menghasilkan output gelombang sinusoid yang stabil.

2𝜋√(2.5𝑚)(103.056𝑛)

𝒇 = 𝟗. 𝟗𝟏𝟓 𝒌𝑯𝒛 Osilator Hartley 𝐿 𝑇 = 𝐿1 + 𝐿2 = 22µ + 27µ 𝐿 𝑇 = 49 µ𝐻 𝑓=

1 2𝜋√𝐶𝐿 𝑇

=

1 2𝜋√(18𝑛)(49µ)

𝒇 = 𝟐𝟏𝟗. 𝟓𝟑 𝒌𝑯𝒛 Pada percobaan ini dilakukan pengamaan pada 3 rangkaian osilator yaitu Collpitts, Clipp, dan Hartley. Saat percobaan praktikan tidak memperoleh sinyal output yang hanya berupa noise untuk osilator Collpitts dan Clipp. Sehingga dilakukan simulasi untuk kedua osilator tersebut. Sedangakan untuk osilator Hartley, output yang dihasilkan berupa sinyal sinusoidal (bukan noise). Berikut datanya : Osilator Collpitts Frekuenisi 9.84 kHz Amplituda 1.96 V 2 V/div, 50 µs/div

Osilator Clapp Frekuenis 8.24 kHz Amplituda 1.035 V 1 V/div, 50 µs/div

Osilator Collpitts adalah salah satu konfigurasi osilator dengan resonansi yang umum digunakan. Berdasarkan data yang diperoleh, diketahui bahwa pada saat awal osilasi, L>1 amplituda terus membesar. Setelah beberapa waktu kemudian, L menjadi menurun dan gelombang output menjadi stabil dan amplitude nya konstan. Penurunan ini terjadi akibat adanya feedback yang mengoreksi input dan menurunkan penguatan L. Nilai frekuensi osilator collpitts yang menyebabkan terjadinya resonansi sesuai antara hasil yag diperoleh dari simulasi dengan hasil perhitungan. Apabila diperhatikan dari hasil simulasi, terlihat bahwa Vo dan Vf yang dihasilkan memiliki beda fasa sebesar 1800 (sudut fasa 𝛽). Hal ini terjadi karena pada rangakaian feddback A digununakan Common emitter dengan Re yang kita ketahui bahwa rangakaian tersebut akan mengakibatkan perbedaan fasa sebesar 1800. Sehingga apabila diakumulasikan sudut fasa A 𝛽 akan diperoleh beda fasa 3600 yang berarti feedback yang digunakan adalah feedback positif (sesuai dengan syarat agar terjadi osilasi). Osilator Clapp pada dasarnya merupakan osilator Collpitts yang diberi tambahan kapasitor yang diseri dengan induktornya. Pada saat dilakukan simulasi, teramati perilaku yang sama dengan osilator collpitt dimana sinyal tidak stabil ketika awal terjadinya osilasi. Namun setelah beberapa saat kemudian feedback dari resonansi memperkecil penguatan dan membuat osilasi menjadi stabil. Nilai frekuensi osilator clapp yang menyebabkan terjadinya resonansi sesuai antara hasil yag diperoleh dari simulasi dengan hasil perhitungan.

Osilator Hartley Frekuenisi 5.431 kHz Amplituda 9.9 V 5 V/div, 250 µs/div

Osilator dengan resonator menggunakan resonansi yang terjadi akibat adanya penjumlahan

Apabila diperhatikan dari hasil simulasi, terlihat bahwa Vo dan Vf yang dihasilkan memiliki beda fasa sebesar 1800 (sudut fasa 𝛽). Hal ini terjadi karena pada rangakaian feddback A digununakan Common emitter dengan Re yang kita ketahui bahwa rangakaian tersebut akan mengakibatkan perbedaan fasa sebesar 1800. Sehingga apabila diakumulasikan sudut fasa A 𝛽 akan diperoleh beda fasa 3600 yang berarti feedback yang digunakan adalah feedback positif (sesuai dengan syarat agar terjadi osilasi). Osilator Hartley merupakan dual dari konfigurasi Collpitts. Osilator ini menggunakan


12

prinsip dasar yang sama dengan osilator Collpitts, yaitu memanfaatkan self resonance dengan menggunakna rangkaian feedback untuk menstabilkan gelombang output sinusoidal. Prinsip dual ini juga seharusnya terlihat dari frekuenis resonansi yang dihasilkan yaitu frekuensi Hartley merupakan frekuensi tinggi sedangakan frekuensi Collpittd merupakan frekuensi rendah. Namun nilai frekuensi resonansi yang diperoleh dari hasil percobaan lumayan jauh berbeda dengan hasil perhitungan. Dimana seharusnya diperoleh nilai frekuensi resonansi dalam orde ratusan kHz (sesuai perhitungan). Sedangkan nilai frekuensi yang diperoleh dari hasil percobaan hanya sebesar 5.431kHz. Hal ini kemungkinan disebabkan karena adanya nilai toleransi kapasitor dan induktor yang cukup besar sehingga kurang sesuai dengan nilai komponen sebenarnya. Pada dunia nyata, osilator Hartley lebih jarang digunakan daripada osilator Collpitts. Hal ini karena osilator Hartley menggunakan lebih banyak inductor yang memiliki dimensi lebih besar dan factor kualitas yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan kapasitor sehingga akan lebih sulit untuk diprediksi dan dianalisis secara presisi. Percobaan 3 : Pembangkit Gelombang Segitiga Untuk perhitungan pada pembangkit gelombang segitiga ini dapat dilihat pada Lampiran. Pada percobaan ini praktikan mendapat tugas untuk membuat pembangkit gelombang segitiga dengan spesifikasi frekuensi 1 kHz dan amplitude 9 Vpp. Hasil pembangkit sinyal yang diperoleh : Sinyal output integrator Frekuensi 872.1 Hz Amplituda 4.2 V 5 V/div, 500 µs/div

Sinyal output komparator Frekuensi 872 Hz Amplituda 7.2 V 5 V/div, 250 µs/div

Kurva VTC Ch1 : 5 V/div, Ch2 : 5 V/div, 250 µs/div

Berdasarkan data diatas, diketahui bahwa nilai frekuensi dan amplitude yang dihasilkan telah sesuai dengan spesifikasi yang diberikan. Dimana nilai frekuensi yang diperoleh yaitu 872.2 Hz dan yang diinginkan yaitu 1 kHz serta amplitude hasil percobaan 4.2 Vp dan yang diinginkan yaitu 4.5 Vp. Dapat dilihat bahwa nilai tersebut telah mendekati nilai spesifikasi yang diinginkan. Adanya sedikit perbedaan kemungkinan disebabkan karena adanya nilai toleransi pada komponen-komponen yang digunakan (kapasitor dan resistor). Output integrator yang dihasilkan yaitu berupa gelombang segitiga diperoleh dari prinsip transien (waktu tunda) oleh rangkaian integrator. Karena input integrator nya berupa gelombang persegi, maka dengan adanya waktu tunda ini akan menyebabkan gelombang outputnya berbentuk segitiga. Hal ini sesuai dengan prinsip rangkaian integrator yang akan mengintegralkan tegangan input menjadi tegangan output (integral dari persegi adalah segitiga). Pada output komparator diperoleh data yang lebih kecil dari nilai yang seharusnya diperoleh (yaitu sama dengan Vs = 15 V). hal ini kemungkinan disebabkan karena adalnya efek slew rate dan transien pada op amp serta nilai toleransi pada komponen yang digunakan dalam rangakaian. Untuk kurva VTC rangkaian komparator yang dihasilkan telah mendekati bentuk kurva yang sesuai dengan referensi. Kedua garis horizontal yang dihasilkan berada pada nilai yang merupakan batas gelombang persegi dan segitiga (yaitu Vo / Vs = 15 V dan V.in = 4.2V). Batas tegangan input yang lebih lebar ini disebabkan efek slew rate yang cukup berpengaruh pada nilai frekuensi 5 kHz. Shingga untuk menguranginya maka perlu digunakan frekuensi tegangan input yang lebih kecil. Percobaan 4 : Pembangkit Gelombang Persegi Untuk perhitungan pada pembangkit gelombang persegi ini dapat dilihat pada Lampiran.


13

Pada percobaan ini praktikan mendapat tugas untuk membuat pembangkit gelombang persegi dengan spesifikasi frekuensi 1 kHz. Hasil pembangkit sinyal yang diperoleh : Sinyal output komparator Frekuensi 1.674 Hz

Pada kurva VTC rangkaian komparator yang diperoleh, terlihat bahwa batas tegangan output berkisar antara ±12V dan batas tegangan input sekitar ±7 V. Batas tegangan input ini masih sedikit lebih besar dikarenakan adanya efek slewrate dan nilai toleransi komponen yang digunakan pada percobaan . Percobaan 5 : Osilator Cincin

Amplituda 12.1 V

Untuk Vdd = 10 V dan CL = 15 pF, diketahui dari datasheet

5 V/div, 250µs/div

tdmin = 20 ns dan tdmax = 50 ns Berdasarkan persamaan 𝑓 =

1 2𝑛𝑡𝑑

, makan untuk 3

inverter memiliki frekuensi osilasi minimum sebesar 3,33 MHz dan frekuensi osilasi maksimum sebesar 8.33 MHz.

Sinyal input komparator Frekuensi 1.656 Hz

Gambar 20 Sinyal output 3 inverter (2 V/div, 25 µs/div)

Amplituda 3.2 V 5 V/div, 250 µs/div

Kurva VTC Ch1 : 5 V/div, Ch2 : 5 V/div, 250 µs/div

Nilai frekuensi yang diperoleh sedikit berbeda dengan nilai frekuansi hasil perhitungan. Dimana pada percobaan diperoleh osilasi terjadi pada fekuensi bernilai 1.674 kHz sedangkan pada soal dminta untuk menghasilkan frekuensi resonansi sebesar 1 kHz. Perbedaan ini kemungkinan disebabkan karena adanya nilai toleransi pada komponen yang digunakan. Namun untuk bentuk tegangan pada output komparator yang dihasilkan telah sesuai yaitu berbentuk persegi. Adanya sedikit kemiringan pada garis vertical kemungkinan disebabkan karena op amp memiliki slewrate dan transien yang menyebabkan gelombang tidak persegi sempurna. Untuk tegangan input komparator yang diperoleh sedikit berbeda dengan hasil yang diharapkan. Seharusnya diperoleh gelombang segitiga karena tegangan pada input komparator merupakan tegangan output pada rangakaian tunda RC orde satu dengan input berasal dari output komparator sehingga diperoleh bentuk gelombang segitiga.

F = 7.4 kHz, Amplituda = 1.96 V (*data dari M.Fadhil Ginting/13213071)

Pada percobaan kali ini, rangakaian osilator cincin yang dibuat praktikan tidak berhasil mengeluarkan output yang semestinya (hanya muncul noise), sehingga gambar diatas diperoleh dari praktikan lain. Berdasarkan data tersebut diperoleh nilai waktu tunda sebesar 𝑓=

1 = 7.4 𝑘𝐻𝑧 2𝑛𝑡𝑑

𝑡𝑑 = 0.225 µ𝑠 Nilai ini cukup jauh lebih besar dibandingkan dengna nilai referensi dari data sheet dimana pada pada data sheet seharusnya waktu tunda berada dalam orde puluhan ns. Hal ini dikarenakan besarnya frekuensi osilasi yang diperoleh jauh lebih kecil dari nilai frekuensi osilasi referensi. Untuk osilator cincin ini seharusnya diperoleh nilai frekuensi osilasi yang sangat besar yaitu dalam orde MegaHerzt, namun data yang diperoleh praktikan frekuensinya hanya dalam orde kiloHerzt. Sehingga apabila orde frekuensi osilasi dalam orde MegaHerzt maka akan menghasilkan nilai tegangan tunda pada orde puluhan ns yang sesuai referensi. Perbedaan nilai ini kemungkinan disebabkan karena nilai CL yang digunakan pada datasheet berbeda dengan CL yang terdapat pada osiloskop praktikum. Sesuai dengan teori yang


14

menyatakan bahwa frekuensi akan semakin rendah jika CL semakin besar. Karena td berbanding terbalik dengan f makan semakin besar CL akan menyebabkan semakin besarnya nilai td. Pada praktikum kali ini hanya diperoleh data dari 3 buah inverter. Apabila dilakukan pengamatan pada 5 dan 7 buah inverter, akan dapat dibuktikan bahwa semakin banyak inverter yang digunakan maka akan diperoleh frekuensi osilasi yang semakin rendah dan waktu tunda pun semakin kecil pula. Namun akan didapatkan rentang nilai frekuensi yang semakin kecil (jika diperbanyak inverter). Apabila diamati kurva VTC yang dihasilkan, untuk inverter 3, 5, dan 7, maka akan dapat dibuktikan bahwa semakin banyak inverter maka bentuk sinyal input akan semakin menjauhi bentuk sinusoidal yang mengakibatkan kurva VTC semakin lonjong menyerupai bentuk lemon dibanding bentuk lingkaran. Namun secara umum akan tetap diperoleh pergeseran fasa sebesar 900.

5.

KESIMPULAN

Berdasarkan percobaan yang dilakukan pada praktikum modul IV ini maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut : Prinsip pembangkitan sinyal sinusoidal adalah dengan menggunakan rangkaian umpan balik positif. Rangkaian tersebut haruslah memenuhi kriteria barkhausen yaitu A(Ѡ)β(Ѡ)=1∠00, yang berarti penguatan openloop sama dengan 1 dan beda fasa input dan output yang dihasilkan adalah 00 atau 3600. Osilasi akan terjadi pada frekuensi ketika kedua kriteria berkhausen tersebut terpenuhi. Rangkaian osilator umpan balik RC yang digunakan pada praktikum kali ini yaitu rangkaian jembatan wien, penggeser fasa dan kuadratur. Pada percobaan digunakan resistansi variabel Rf agar dapat dilakukan pengaturan nilai penguatan sehingga dapat sesuai dengan kriteria berkhausen. Sedangkan osilator umpan balik LC yang digunakan yaitu rangkaian Collpitts, Clapp, dan Hartley. Prinsip yang digunakan yaitu frekuensi resonansi dari resonator berfungsi untuk menciptakan dan mempertahankan kestabilan osilsi dengan melakukan umpan balik positif. Pengendalian amplituda bertujuan untuk menjaga kestabilan osilasi dengan mempertahankan nilai amplituda pada berbagai nilai penguatan. Sehingga dapat

dikatakan bahwa untuk menjamin terjadinya osilasi dapat dilakukan dengan rangakaian pengendalian amplituda. Penurunan suhu akan meningkatkan kestabilan dengan cara menurunkan tegangan output. Namun dengan tegangan output yang menurun ini, frekuensi osilasi yang dibangkitkan menjadi semakin dekat dengan frekuensi osilasi ideal. Prinsip pembangkitan sinyal nonsinusoidal pada osilator yaitu dengan mengguankan rangkaian umpan balik negatif. Rangkaian yang dapat digunakan yaitu rangkaian komparator dengan histeresis dan rangakaian tunda. Rangkaian komparator berfungsi untuk mempertahankan keadaan pada status tertentu sedangkan rangkaian tunda akan memaksa perubahan status tersebut dan memberikan selisih waktu ketika perubahannya. Rangakaian tunda yang dapat digunakan yaitu rangkaian integrator dengan opamp (inverting) dan rangkaian RC orde 1 (non inverting). Gelombang segitiga dibangkitkan dengan memanfaatkan transien dari rangkaian tunda sehingga terbentuk gelombang sinyal segitiga yang merupakan kombinasi dari fungsi eksponensial negatif. Gelobang persegi dibangkitkan dengan mengambil tegangan output komparator yang besarnya selalu ± Vs. Osilator cincin merupakan rangkaian loop tertutup dani n jumlah inverter (dengan n bilangan ganjil). Frekuensi yang dihasilkan berbanding terbalik dengan banyaknya inverter yang digunakan. Berarti semakin banyaknya inverter maka rentang frekuensi yang dihasilkan menjadi semakin kecil dan delay rata-rata juga semakin kecil. Duty cylce pada gelombang segitiga dan persegi diatur dengan mengganti resistor rangkaian tunda menggunakan 2 resistor yang masing-masing dihubungkan dengan dioda. Satu resistor akan mengatur waktu tunda naik dan resistor lain mengatur waktu tunda turun. Transien dan slewrate dari opamp akan berpengaruh pada bentuk gelombang, frekuensi, dan amplituda outputnya.


15

DAFTAR PUSTAKA [1]. Mervin T Hutabarat, Praktikum Elektronika II Laboratorium Dasar Teknik Elektro ITB,Bandung, 2015. [2]. Adel S. Sedra and Kennet C. Smith, Microelectronic Circuits, Oxford University Press, USA, 2004. [3]. https://id.wikipedia.org/wiki/Osilator, November 2015, 06.27 WIB

12

[4]. http://kambing.ui.ac.id/onnopurbo/oraridiklat/teknik/elektronika/elektronika-dasar-IIuniv-negeri-jember/bab17-rangkaianoscillator.pdf, 11 November 2015, 06.09 WIB [5]. http://en.wikipedia.org/wiki/Slew_rate, 12 November 2015, 10.45 WIB


16

Lampiran Datasheet CD4007 Waktu tunda : tdmin = 20 ns dan tdmax = 50 ns

Pembangkit Gelombang Segitiga Diminta frekuensi 1 kHz dan Amplituda 9 Vpp.

𝑓=

(Vs = 15 V; Vm = Vpp/2 = 4.5 V)

1 1 … . . (1) 4 𝑅𝐶 ln(2 𝑅2 + 1) 𝑅 1

𝑅1 𝑉𝑠 … . . (2) 𝑅2

𝑉𝑚 =

𝑉𝑚 𝑅1 = 𝑉𝑠 𝑅2 Perhitungan :

𝑓=

4.5 𝑅1 = 15 𝑅2

1 𝑅2 1 … . . (1) 4 𝑅1 𝑅𝐶

𝑉𝑚 =

𝑅1 = 0.3 𝑅2

𝑅1 𝑉𝑠 … . . (2) 𝑅2

Berdasarkan perbandingan diatas, dipilih nilai R1 = 3.3 kΩ dan R2 = 10 kΩ. Selanjutnya dipilih nilai C = 100 nF dan dilakukan perhitugan untuk nilai R.

𝑉𝑚 𝑅1 = 𝑉𝑠 𝑅2

𝑓=

4.5 𝑅1 = 15 𝑅2

2

1𝑘 =

𝑅1 = 0.3 𝑅2 Berdasarkan perbandingan diatas, dipilih nilai R1 = 3.3 kΩ dan R2 = 10 kΩ. Selanjutnya dilakukan perhitungan untuk R dan C.

1 𝑅2 1 𝑓= 4 𝑅1 𝑅𝐶 1𝑘 =

1 1 4 𝑅𝐶 ln (2 𝑅1 + 1) 𝑅

1 1 4 𝑅(100𝑛) ln(2. 3 + 1) 10 𝑹 = 𝟓. 𝟑𝟏𝟗 𝒌Ω

Pengaturan Duty Cycle Gelombang segitiga : Diminta D = 20% = 0.2 ; Amplituda = 9 Vpp. (f = 5 kHz; Vs = 15 V; Vm = Vpp/2 = 4.5 V)

1 10 1 4 3 𝑅𝐶

𝑅𝐶 = 8.33 𝑥 10−4 Maka dipilih C = 100 nF dan nilai R = 8.3 kΩ

Pembangkit Gelombang Persegi Diminta frekuensi osilasi 1 kHz. (Vpp = 9V; Vs = 15 V; Vm = Vpp/2 = 4.5 V)

Diperoleh perbandingan R1 dan R2 yang sama seperti perhitungan sebelumnya yaitu R1:R2 = 3:10. Dipilih nilai C = 100 nF. Lalu nilai tegangan dioda (VD)= 0.7 V. Maka

𝑅𝐴 =

2 𝑅2 𝑉𝑆 − 𝑉𝐷 1 − 𝐷 𝐶 𝑅1 𝑉𝑆 𝑓


17

𝑅𝐴 =

2 10 15 − 0.7 1 − 0.2 100𝑛 3 15 5𝑘 𝑹𝑨 = 𝟏𝟎. 𝟏𝟔𝟖 𝒌Ω

𝑅𝐴 = 𝑅𝐴 =

2 𝑅2 𝑉𝑆 − 𝑉𝐷 𝐷 𝐶 𝑅1 𝑉𝑆 𝑓

2 10 15 − 0.7 0.2 100𝑛 3 15 5𝑘 𝑹𝑨 = 𝟐. 𝟓𝟒𝟐 𝒌Ω

Gelombang persegi : Diminta D = 20% = 0.2 ; Amplituda = 9 Vpp. (f = 5 kHz; Vs = 15 V; Vm = Vpp/2 = 4.5 V)

Diperoleh perbandingan R1 dan R2 yang sama seperti perhitungan sebelumnya sehingga dipilih R1 = 3.3 kΩ dan R2 = 10 kΩ. Dipilih nilai C = 100 nF. Lalu nilai tegangan dioda (VD)= 0.7 V. Maka

𝑅𝐴 =

𝑅𝐴 =

𝐷 2(𝑅1 + 𝑅2 )(𝑉𝑆 − 𝑉𝐷 ) 𝑓𝐶 ln( ) 𝑅1 𝑉𝑆 − (𝑅1 + 𝑅2 )𝑉𝐷

0.2 2(3.3𝑘 + 10𝑘)(15 − 0.7) (5𝑘)(100𝑛) ln( ) 3.3𝑘. 15 − (3.3𝑘 + 10𝑘)0.7 𝑹𝑨 = 𝟏𝟕𝟕. 𝟗 Ω 𝑅𝐵 =

𝑅𝐵 =

1−𝐷 2(𝑅1 + 𝑅2 )(𝑉𝑆 − 𝑉𝐷 ) 𝑓𝐶 ln( ) 𝑅1 𝑉𝑆 − (𝑅1 + 𝑅2 )𝑉𝐷

1 − 0.2 2(3.3𝑘 + 10𝑘)(15 − 0.7) (5𝑘)(100𝑛) ln( ) 3.3𝑘. 15 − (3.3𝑘 + 10𝑘)0.7 𝑹𝑩 = 𝟕𝟏𝟏. 𝟖 Ω


18

EL3109_4_13213060

Recommend Documents