1 Laboratorium Laboratorium Elektronika Elektronika Analog Analog II Osilator LC
PERCOBAAN 5 OSILATOR LC I.
TUJUAN Mena Menam mpilk pilkan an bent bentuk uk tega tegang ngan an inpu inputt dan dan outp output ut pada pada osiloskop dan mengukur frekuensi resonansi untuk beberapa nilai kapasitor yang berbeda.
II.
DASAR TEORI
Pengoperasian Rangkaian LC Frek Frekue uens nsii osila osilato torr deng dengan an umpa umpanb nbali alik k bias biasan anya ya diten ditentu tuka kan n dengan dengan mengguna menggunakan kan jaringan jaringan induktor induktor kapasitor kapasitor (LC). LC). Jaringan LC sering ing disebut sebagai “rangkaian tang angki”, i”, karena kem kemampu ampuan anny nya a menam enampu pung ng tega tegang ngan an AC pada pada “fre “freku kuen ensi si resonansi”. Untuk melihat bagaimana isyarat AC dapat dihasilkan dari dari isyara isyaratt DC, DC, marilah arilah kita kita lihat lihat rangka rangkaian ian tangki tangki LC seperti terli terliha hatt pada pada gam gambar bar 1. Pada Pada saat saat sakl saklar ar ditu ditutu tup p sem sementa entara ra (gam (gamba barr 1-a) 1-a),, maka aka kapa kapasi sito torr akan akan teris terisii sebe sebesa sarr tega tegang ngan an baterai. Perhatikan arah arus pengisian. Gambar 1-c memperlihatkan memperlihatkan kapasitor telah secara penuh termuati. Sela Selan njut jutnya nya akan akan kit kita lih lihat bagai agaim mana ana rang rangka kaia ian n tangk angkii menghasilkan tegangan dalam bentuk gelombang sinus. Pertama, kita berasumsi kapasitor pada gambar 2-a telah termuati. Gambar 2-b memp memperli erlihat hatkan kan kapasi kapasito torr dilucut dilucutii melalu melaluii indukt induktor. or. Arus Arus pelucutan pelucutan melewati melewati L menyebab menyebabkan kan terjadinya terjadinya elektrom elektromagnet agnet yang membesar disekitar induktor. Gambar 2-c memperlihatkan kapa kapas sito itor tela telah h terl terluc ucu uti bera beraki kib bat terj terjad adin inya ya pen penurun urunan an elektr elektrom omagn agnet et di sekita sekitarr indukt induktor. or. Ini menye menyebab babkan kan arus arus akan akan tetap mengalir lir dalam lam waktu yang singkat. Gamb ambar 2-d memperlihatkan proses pengisian kapasitor melalui arus induksi dari hasil penurunan medan magnet. Selanj Selanjutn utnya ya kapasit kapasitor or mulai mulai dilucut dilucutii lagi lagi melalu melaluii L. Perhat Perhatika ikan n pada pada gam gambar bar 2-e, 2-e, arah arah aru arus pelu peluc cutan utan berke rkebalik alika an dari ari sebe sebelu lum mnya. nya. Elek Elektr trom omag agne nett mulai mulai memb membes esar ar lagi lagi (pol (polar arit itas as terbalik). Gambar 2-f menunjukkan kapasitor telah terlucuti dan term termua uati ti lagi lagi melal elalui ui arus arus indu induks ksii (gam (gamba barr 2-g) 2-g).. Dem Demikia ikian n seterusnya proses ini akan berulang dan menghasilkan tegangan AC. AC. Frekue Frekuensi nsi tegang tegangan an AC yang yang dibang dibangkitk kitkan an oleh oleh rangk rangkaian aian tangki akan tergantung dari harga L dan C yang digunakan. Ini yang disebut sebagai “frekuensi resonansi” dengan harga fr
Dimana :
1 =
2π LC
( Hz ))
2 Laboratorium Elektronika Analog II Osilator LC
fr L C
: adalah frekuensi resonansi dalam hertz (Hz), : adalah induktasi dalam henry : adalah kapasitansi dalam farad.
Resonansi terjadi saat reaktansi kapasitif (Xc ) besarnya sama dengan reaktansi induktif (Xl ). Rangkaian tangkai akan berosilasi pada frekuensi ini.
Saklar ‘OFF’
VDC
C
L
C
L
C
L
(a) Saklar ‘ON’ + ++ +
VDC
--- -
Arus pengisian
(b)
Saklar ‘OFF’
VDC
+++ + --
--
(c)
Gambar 1 Rangkaian tangki LC dalam proses pengisian: a) Rangkaian dasar, b) Pengisian dan c) Kapasitor terisi.
3 Laboratorium Elektronika Analog II Osilator LC Aru s pel ucutan
+
+
-
-
(a)
Medan elektromagnet membesar
(b)
+
- - --
-
++ + +
M edan elektromagnet mengecil
(d)
(c) Arus peluc utan
+
Medan elektromagnet membesar
-
(e)
+ -
(f)
+
Medan elektromagnet mengecil
-
(g)
Gambar 2. Proses pengisian dan pelucutan rangkaian LC. Pada frekuensi osilasi rangkaian tangki LC tentunya memiliki resistansi yang akan mengganggu aliran arus pada rangkaian. Akibatnya, tegangan AC akan cenderung menurun setelah melakukan beberapa putaran osilasi. Gambar 3-a memperlihatkan hasil gelombang rangkaian tangki. Perhatikan bagaimana amplitudo gelombang mengalami penurunan yang biasa disebut sebagai gelombang sinus teredam (damped sine wave). Dalam hal ini, rangkaian telah terjadi kehilangan energi yang diubah dalam bentuk panas. Osilasi rangkaian tangki dapat dibuat secara kontinu jika kita menambahkan energi secara periodik dalam rangkaian. Energi ini akan digunakan untuk mengganti energi panas yang hilang. Gambar 3-b menunjukkan gelombang kontinu (continuous wave-CW ) pada rangkaian tangki yang secara periodik ditambahkan energi pada rangkaian.
4 Laboratorium Elektronika Analog II Osilator LC
(a)
(b)
Gambar 3 Tipe gelombang: a) Osilator teredam dan b) Gelombang kontinu Tambahan energi pada rangkaian tangki dengan menghubungkan kapasitor dengan sumber DC, tidak mungkin dilakukan secara manual. Proses pemutusan dan penyambungan dengan kapasitor dilakukan secara elektronik dengan menggunakan jasa transistor. Perlu diingat bahwa induktasi dari kumparan akan tergantung pada frekuensi pengoperasian. Osilator LC biasanya dioperasikan pada daerah RF .
III. DAFTAR ALAT DAN KOMPONEN 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.
IV.
Resistor 5,6 KΩ Resistor 1 KΩ Resistor Variabel 1 KΩ Kapasitor 1 uF Kapasitor 0,47 uF Kapasitor 4,7 uF Kapasitor 10 uF Transformator 1 : 1 Transistor BC 550 Catu Daya DC Osiloskop Dual Trace Multimeter BNC Probe dan penghubung
1 buah 1 buah 1 buah 2 buah 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah kabel
LANGKAH PERCOBAAN 1.
Susun rangkaian seperti gambar 4, dengan nilai C = 0,47 uF
5 Laboratorium Elektronika Analog II Osilator LC -
A
+
+ 6V
1:1 R1
L
5K6
C
V A
Cx 1uF
BC
VB
550
R2
Rv
1K
1K
Gambar 4. Rangkaian Osilator LC Hubungkan dengan osiloskop, Kanal A : Keluaran penguat (VA) dan Kanal B : Penguat (VB)
Masukan
Atur potensiometer RV hingga diperoleh osilasi tanpa cacat pada osiloskop. Ukur juga arus I. Catat dan gambar hasil pengukuran yang telah saudara lakukan! 2.
Ganti kapasitor C dengan nilai seperti tertera pada tabel di bawah ini. Ukur kembali periode dari osilasi yang terjadi. Perhatikan : setiap kali mengganti kapasitor, atur kembali penguatan dengan mengatur RV sehingga diperoleh osilasi yang tidak cacat. C (uF)
0,47
1
4,7
10
T (mS) I (mA) V.
TUGAS DAN PERTANYAAN 1.
Hitung penguatan tegangan
2.
Hitung nilai induktansi L (dari nilai C = 0,47 uF) dengan persamaan L
1 =
2
4π 2 f O .C
, dan hitung frekuensi osilasi (fr)
untuk beberapa nilai C seperti table di atas. 3.
Gambar grafik f r = f (C)
6 Laboratorium Elektronika Analog II Osilator LC
4.
Buat kesimpulan dari percobaan ini
