Material Keramik

PENDAHULUAN 

     Material teknik dewasa ini mengalami perkembangan yang begitu pesat. Perkembangan tersebut meliputi di dalam struktur, komposisi, sifat-sifat fisik dan mekanik. Sifat-sifat fisik yaitu berkaitan dengan berat jenis material tersebut, manakala sifat mekanik berkaitan dengan kemampuannya untuk digunakan di dalam produk teknik. Para engineer material dewasa ini sedang giat-giatnya mengadakan penelitian terhadap bahan-bahan yang terbuat daripada non metal. Salah satunya adalah keramik. Keramik adalah sejenis bahan yang telah lama di gunakan, yaitu sejak 4000 SM. Barang –barang yang di buat dari keramik adalah pot bunga dan bata. Dalam industri otomotive modern, keramik telah di gunakan sejak berpuluh-puluh tahun yang lalu, yaitu untuk menghasilkan ignition park di dalam proses pembakaran otomotif. Keramik juga berfungsi sebagai isolator listrik. Dewasa ini bahan keramik menjadi bahan yang penting di dalam mesin. Karena sifatnya yang kuat dan dapat merintangi kehausan pada temperatur yang tinggi. Keramik pada dasarnya terbuat dari tanah liat dan umumnya di gunakan untuk perabot rumah tangga dan bata untuk pembangunan perumahan. Pada masa kini keramik tidak lagi hanya terbatas penggunaanya untuk keperluan tradisional seperti tersebut di atas, malah sekarang keramik telah mengalami kemajuan dan di kenal dengan bahan keramik termaju. Bahan keramik sudah di gunakan dalam bidang Teknik Elektro, Sipil, Mekanik, Nuklir bahkan bahan keramik ini di gunakan juga dalam bidang Kedokteran. Bahan keramik sebagian sudah di gunakan dalam motor bakar seperti untuk komponen-komponen mesin diesel misalnya untuk turbo charge, klep dan kepala piston. Pada kesempatan ini kami akan membahas cara pembuatan salah satu komponen mesin yang termasuk kedalam kategori keramik ini, yaitu kepala piston.

II PEMBAHASAN 

A. Pengertian dan Sejarah Keramik Keramik berasal dari perkataan greek yaitu keramos, yang bermaksud lempung yang di bakar pada temperatur tinggi (lebih 1500oC). Ada pendapat lainnya menyatakan bahwa keramik berasal dari perkataan keramikos yaitu segala hasil yang di perbuat dari lempung (tanah liat). Berdasarkan pengertian yang di beri oleh Kingery, keramik merupakan suatu seni dan pengetahuan dalam membuat dan menggunakan hasil padat yang sebahagian besar komponennya ialah bahan non organik yang bukan logam, hal ini selaras dengan pengertian yang di beri oleh Horslay di dalam concise encylopedia. Berdasarkan pengertian ini, keramik adalah suatu bidang ilmu yang luas merangkumi bidang seperti tembikar, porselin, refraktori, lempung struktur, pelincir, semen, kaca, bahan bermagnet bukan logam, feroelektrik, superkonduktor dan berbagai bahan tak organik lainnya. Sedangkan sejarah pembuatan keramik merupakan salah satu proses industri yang paling tua dalam sejarah manusia. Barang – barang yang ditemukan ada yang berasal dari tahun 15.000 sebelum Masehi, dan cukup maju di masa 10 abad kemudian. Akhir-akhir ini dikembangkan pula proses baru untuk pembuatan bata dari limbah penambangan, kerak tanur, dan berbagai ragam bahan lain yang sekarang menumpuk.
B. Sifat Fisik Keramik Keramik memiliki karakteristik yang memungkinkannya digunakan untuk berbagai aplikasi termasuk : - Kapasitas panas yang baik dan konduktivitas panas yang rendah. - Tahan korosi - Sifat listriknya dapat insulator, semikonduktor, konduktor bahkan superkonduktor - Sifatnya dapat magnetik dan non-magnetik - Keras dan kuat, namun rapuh. Sifat termal penting bahan keramik adalah kapasitas panas, koefisien ekspansi termal, dan konduktivitas termal. Kapasitas panas bahan adalah kemampuan bahan untuk mengabsorbsi panas dari lingkungan. Panas yang diserap disimpan oleh padatan antara lain dalam bentuk vibrasi (getaran) atom/ion penyusun padatan tersebut. Keramik biasanya material yang kuat, dan keras dan juga tahan korosi. Sifat-sifat ini bersama dengan kerapatan yang rendah dan juga titik lelehnya yang tinggi, membuat keramik merupakan material struktural yang menarik. Keterbatasan utama keramik adalah kerapuhannya, yakni kecenderungan untuk patah tiba-tiba dengan deformasi plastik yang sedikit. Ini merupakan masalah khusus bila bahan ini digunakan untuk aplikasi struktural. Perbedaan dan kelebihan diantara keramik dengan logam dan bahan polimer adalah seperti berikut: - Keramik: Bahan bukan organic (bukan metalik), keras, kuat, tidak bertindak balas dengan bahan kimia, titik cair tinggi. - Logam: Bahan-bahan organic (metalik), kekerasan dan kekuatan berbeda-beda, tidak stabil terhadap bahan kimia, Titik cair berbeda-beda. - Polimer: Bahan organic, kebiasaan lembut dan lemah, tidak stabil terhadap bahan kimia, temperatur cair rendah.
C. Bahan Baku Keramik Ada tiga bahan utama yang digunakan untuk membuat produk keramik klasik, yaitu lempung, feldspar, dan pasir. Lempung adalah aluminium silikat hidrat yang tidak terlalu murni yang terbentuk sebagai hasil pelapukan dari bahan beku yang mengandung feldspar sebagai salah satu mineral asli yang penting. Reaksinya dilukiskan sebagai berikut : K2CO3 + Al2O3.2SiO2.2H2O + 4 SiO2K2 O.Al2O3.6SiO2 + CO2 + 2H2O Feldspar potas Kaolinit Silika Terdapat tiga jenis lempung/tanah liat utama yang di bedakan oleh warna, ukuran partikel, sifat keliatan dan komposisi kimianya yaitu : - Tanah liat kaolin berwarna putih, berukuran partikel sederhana, kurang keliatannya/sifat plastis. Dan mengandungi komposisi besi yang kurang dari 1%. - Tanah liat bola (ball clay) berwarna hitam atau kelabu, berukuran partikel halus, keliatan yang tinggi, dan kandungan besi oksida diantara 0 – 2 %. - Tanah liat api (fire clay) berwarna kemerahan, berukuran partikel antara sederhana dan besar dan komposisi besi oksida yang tinggi. Kedua-dua tanah liat kaolin ini kebanyakan di gunakan dalam industri keramik konvensional seperti industri pembuatan piring, mangkuk, peralatan kamar mandi, lantai dan dinding, perhiasaan rumah seperti pot bunga porselin, peralatan listrik untuk voltan rendah dan tinggi. Beraneka ragamnya sifat fisik lempung dan kandungan tak kemurniannya, sehingga biasanya harus ditingkatkan mutunya terlebih dahulu melalui prosedur benafisiasi, yaitu menyingkirkan pasir dan mika dari lempung. Ada tiga jenis feldspar yang umum, yaitu potas (K2O. Al2O3.SiO2), soda (NaO. Al2O3.6SiO2), dan gamping (CaO. Al2O3.6SiO2), yang kesemuanya dipakai dalam produk keramik. Feldspar sendiri berfungsi sebagai pemberi sifat fluks dalam formulasi keramik. Bahan – bahan ini termasuk bahan mentah yang di gunakan dalam pembuatan barang keramik konvensional seperti, feldspar, silicon, kalsium karbonat. Selain dari pada bahan di atas, berbagai mineral lain, seperti garam dan oksida juga digunakan sebagai bahan fluks dan perawis refraktori. Seperti Alumina, Zirkonia, Silicon karbida, Silicon nitrida, Barium titanat adalah merupakan sebahagian barangan keramik berteknologi tinggi. Bahan mentah ini mempunyai kemurnian yang tinggi, mahal dan kegunaannya tertumpu kepada industri teknik, mekanik, biological, elektronik dan listrik. Bahan-bahan ini mempunyai potensi dan reputasi masa depan yang tinggi bagi menggantikan bahan-bahan yang telah ada seperti besi dan baja. Hasil penggunaan bahan mentah ini dapat membentuk komponen atau produk yang mempunyai sifat-sifat kekuatan yang amat tinggi, kekerasan yang kuat, tidak bertindak balas dengan bahan kimia, kadar kehalusan yang rendah, mempunyai unsur ketahanan panas dan temperatur cair yang tinggi. Diantara bahan fluks yang biasa digunakan untuk menurunkan suhu vitrifikasi, suhu lebur, dan suhu reaksi adalah boraks (Na2B4O7. 10H2O), soda abu (Na2CO3), tulang kalsinasi, fluorspar (CaF2), kriolit (Na3AlF6), oksida besi, mineral litium, dll. Sedangkan beberapa bahan perawis refraktori khusus misalnya alumina (Al2O3), magnesit (MgCO3), zirnkonia (ZrO2), titania, alumunium silikat, dll. Banyak lagi bahan baku lain yang digunakan daalam berbagai susunan, sedikitnya 450 macam yang sudah diklasifikasi.
D. Pembuatan Keramik Semua produk keramik dibuat dengan mencampurkan berbagai kuantitas bahan baku yang sudah disebutkan di atas, membentuknya lalu memanaskan sampai suhu pembakaran. Suhu ini mungkin hanya 7000C untuk beberapa glasir luar, tetapi banyak pula vitrifikasi yang dilakukan pada suhu 2000oC. Berikut ini contoh aplikasi keramik dalam bidang teknik :
1. Komponen Dapur/Oven (furnace) : Refraktori padat, Isulator, Refraktori cor, Penanganan logam cair, Elemen pemanas, Perkakas oven;
2. Komponen Mesin Otomotif : Busi, Sil pompa, Katup, Rotor turbocharger, piston;
3. Komponen Gas Turbin : Ruang Bakar, Sudu-sudu turbin, Pemindah panas;
4. Penahan Panas : Dinding pesawat ulang alik, Isolator panas, Lapisan penahan panas, Bahan tahan api;
5. Komponen tahan aus : Alat-alat potong, Penempa (die), Kran (nozzle), Sil dan plunyer pompa, Lining dan alat Miling, Abrasif, Pelumas padat, Alat ukur standar;
6. Keramik Tangguh : benang (fiber), Whisker (fiber), Peralatan golf, Lempengan tahan peluru, Bantalan, pisau dan gunting;
7. Keramik Optik : benang optic, Lensa, Laser, Alumina translusen, Dioda, Keramik luminesen;
8. Pelapis Keramik: Tahan aus, Tahan korosi, Penghalang panas, Dielektrik, Pelumas, Katalis;
9. Keramik Elektromagnetik: Elemen magnet, Kapasitor, Resistor, IC substrat, Sensor oksigen, Sel bahan baker, Pompa oksigen, Superkonduktor, Elektroda, Varistor, Pizoelektrik, Isulator, Termistor, Semikonduktor, Konduktor ion;
10. Keramik Bangunan : Atap, lantai, Kaca jendela, Semen dan Beton, Gelas keramik, Terakota, Gerabah, Batu bata;
11. Biokeramik: Pengganti tulang, Pengganti gigi, Katup jantung, Porselin gigi;
12. Saringan dan Selaput Keramik : Selaput pemisah cairan, Selaput pemisah gas, Saringan logam cair;
13. Keramik Nuklir : Bahan bakar nuklir, Moderator, Pelindung, Kapsul gelas, Pembungkus bahan bakar nuklir.

III CONTOH PEMBUATAN SALAH SATU KOMPONEN MESIN 

Piston dalam bahasa Indonesia juga dikenal dengan istilah torak adalah komponen dari mesin pembakaran dalam yang berfungsi sebagai penekan udara masuk dan penerima hentakan pembakaran pada ruang bakar silinder. Piston mempunyai pembebanan tugas yang berat, antara lain Menerima tekanan dan temperatur gas pembuangan yang tinggi, Menerima gaya percepatan yang tinggi dan Menerima gaya gesek dan gaya samping. Karena tugasnya yang berat, piston wajib memenuhi persyaratan , seperti : Kuat terhadap tekanan tinggi, Tahan terhadap temperatur tinggi dan Mempunyai koefisien muai panas yang kecil. Bahan yang biasanya menjadi bahan campuran almunium dalam pembuatan piston adalah : (a) Silikon, makin tinggi kadar silikon maka makin kecil pemuaian akibat panas dan gesekan tetapi makin sulit dalam pembuatannya. (b) Tembaga, lebih tahan terhadap karat dan kemampuan penyaluran panas lebih baik. (c) Nikel, memiliki kekenyalan yang tinggi, tahan terhadap temperatur tinggi, tingkat pemuaian rendah dan tahan terhadap karat. Proses pembuatan piston 1) Design (Gambar) Langkah pertama dalam proses pengecoran logam adalah mendesign atau menggambar, dimana proses menggambar tersebut menggunakan software Autocad atau Catia. 2) Design piston Kebanyakan bahan piston terbuat dari aluminium yang diambil langsung dari Jepang.agar kualitasnya tidak turun, biarpun pembuatannya hanya dengan sistem Cor Bahan baku aluminium. Pembuatan Cetakan Pasir Jenis pengecoran logam yang digunakan untuk membuat handle kopling dilakukan dengan menggunakan metode pengecoran cetakan pasir Co2 (Sand Casting), Maka hal-hal yang perlu dipersiapkan antara lain ialah : Pasir Silika, Water glass,air,Cup.&.Drag,.gas.Co2. . Langkah pertama yaitu menentukan berapa banyak pasir silika yang kita butuhkan sesuai dengan cup & drag yang ada. Lalu kita campurkan waterglass ke dalam pasir kemudian diaduk hingga rata. Waterglass yang dipakai sekitar 3-6% berat pasir. Setelah pasir dan waterglass rata, kemudian dimasukan kedalam cup & drag yang telah dimasukan terlebih dahulu pola coran dan pada saat pasir dimasukan. 3). kedalam cup kita pasang cawan tuang yang langsung dilengkapi dengan saluran turun dan memasang saluran penambah pada samping kiri dan kanan dari pola coran. Setelah terisi penuh kita tembakan gas Co2 hingga pasir mengeras. Kemudian pola bisa kita lepas dari cetakan dan selanjutnya pola tersebut kita coating dengan bahan coating yaitu grafit yang dicampur dengan spirtus dicampur menjadi satu didalam wadah, selanjutnya disemprotkan pada pola yang terbentuk pada pasir cetak yang bertujuan agar logam cair tidak menempel pada cetakan sehingga mempermudah dalam pembongkaran dan pengambilan coran dari cetakan. Selain itu proses couting juga dilakukan terhadap ladel dan tempat yang disiapkan sebagai wadah jika ada logam cair yang tersisa. 4) Proses Peleburan Logam yang dilebur adalah logam alumunium yang dimasukan kedalam tungku yang kemudian dipanaskan hingga mencair menggunakan burner. Proses Tapping Yaitu proses penuangan logam cair dari tungku ke dalam ladel yang dilakukan setelah logam alumunium mencair dan telah ditaburi flux pada permukaan alumunium agar gas hydrogen tidak dapat masuk ke dalam alumunium cair. Proses Pouring Proses pouring adalah proses penuangan logam cair dari ladel ke dalam cetakan. Dalam proses penuangan logam cair ke dalam cetakan ini tidak boleh terputus sampai cetakan. 5) pasir tersebut benar-benar penuh oleh logam cair dan jika ada sisa, logam cair tersebut dituang ke dalam wadah yang telah dipersiapkan dan sudah dicouting. Setelah selesai penuangan, logam cair tersebut tunggu sampai membeku dengan waktu ± 30 menit. 6) Pembongkaran Cetakan Setelah logam cair membeku dalam cetakan, baut penyambung antara cup dan drag di buka, kemudian cup dan drag kita pisahkan, cup diangkat bersama coran dan menyingkirkan pasir dari cup, drag dan coran dengan cara memukul pasir tersebut menggunakan palu. Setelah terpisah, coran kita angkat kemudian cawan turun dan penambah dipisahkan dari coran dan akhirnya sirip-sirip dipangkas serta permukaan coran dibersihkan. 7) Proses pemeriksaan produk coran terdiri dari beberapa proses pemeriksaan yaitu : Pemeriksaan rupa , Pemeriksaan Cacat dalam, dan Pemeriksaan material. 8) Proses pemesinan Setelah proses pemeriksaan selesai dan dipilih benda coran dengan hasil yang baik, selanjutnya benda kerja tersebut dilakukan proses pemesinan menggunakan mesin milling dan mesin turning setelah proses pemesinan kemudian dilakukan proses pengamplasan sampai halus. 9) Pemeriksaan terakhir dan Packing Setelah melakukan proses penghalusan maka dilakukan pemeriksaan terakhir baik dari dimensinya dan juga kondisi fisiknya.apabila sudah dilakukan pemeriksaan dan hasilnya standar maka siap untuk di bungkus selanjutnya di distribusikan. Proses pemeriksaan terakhir (b) Proses pembentukan piston dengan cara diForging.

VI PENUTUP

1 KESIMPULAN 

 Keramik merupakan campuran dari beberapa unsur, baik unsur logam maupun non logam. - Keramik tradisional adalah keramik yang berdasarkan lempung. - Keramik modern adalah keramik yang mempunyai sifat-sifat fisik, mekanik, kimia dan listrik yang istimewa. - Bahan keramik tradisional adalah tembikar, lempung, semen, refraktori dan berbagai hasil berkaitan dengan silikat. - Bahan keramik modern terdiri daripada keramik oksida (Al2O3, ZrO2, TiO2, BaTiO2, dan sebagainya) dan keramik bukan oksida (Si3N4, TiN, SiC, B4C dan sebagainya).

DAFTAR PUSTAKA

anonim.2007.keramik.http://studiokeramik.blogspot.com/2007/10/membuat-keramik.html. Di akses pada tanggal 28 September 2013 pukul 13.35 WITA

Berusaha sebisa mungkin hingga akhirnya mencapai sukses.. :)

LAPORAN PRAKTIKUM ELDAS II "OSILATOR"

“ O S I L A T O R ”

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Pada praktikum kali ini akan di percobakan tentang “osilator”. Praktikum osilator adalah suatu konsep pendalaman tentang elektronika analog yang mencakup beberapa aspek pengetahuan dasar tentang impedansi, reaktansi, resistansi, penguatan, umpan balik, penapisan, daerah kerja, stabilitas, kontrol dan distorsi, baik elektronis, linieritas, harmonik bahkan multiplikatif serta teori gelombang dalam elektronika.

Osilator merupakan piranti elektronika yang dapat membangkitkan getaran listrik dengan frekuensi tertentu dan amplitudonya tetap serta menghasilkan keluaran berupa isyarat tegangan.  Osilator berbeda dengan penguat , karena penguat memerlukan isyarat penguat untuk menghasilkan isyarat keluaran. Tetapi pada osilator tak ada isyarat masukan, hanya ada isyarat keluaran saja, yang frekuensi dan amplitudo dapat dikendalikan.

I.2 Ruang Lingkup

Adapun pada percobaan ini menitikberatkan pada nilai perbandingan frekuensi gelombang dari rangkaian osilator dan signal generatir dengan resistor yang berbeda-beda.

I.3 Tujuan percobaan

Adapun tujuan dari percobaan ini adalah :

1.      Memahami pengaturan dan mpan balik

2.      Memahami penapisan dan penalaan frekuensi isyarat suatu gelombang

3.      Mengukur stabilitas osilasi dan titik kerja serta daerah kerja suatu penguat

4.      Mengetahui adanya distorsi harmonik yang terdapat pada suatu sistem osilasi

I.4 Waktu dan Tempat

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Osilator merupakan piranti elektronik yang menghasilkan keluaran berupa isyarat tegangan. Bentuk isyarat tegangan terhadap waktu ada bermacam-macam, yaitu bentuk sinusoida, persegi, segitiga, gigi gergaji atau denyut. Osilator berbeda dengan penguat, oleh karena penguat memerlukan isyarat masukan untuk menghasilkan isyarat keluaran. Pada osiltaor, tak ada isyarat masukan, hanya ada isyarat keluaran saja, yang frekuensi dan amplitudo dapat dikendalikan. Seringkali suatu penguat secara tak disengaja menghasilkan keluaran tanpa masukan dengan frekuensi yang nilainya tak dapat dikendalikan. Dalam hal ini penguat dikatakan berosilasi.

Osilator adalah suatu alat yang merupakan gabungan elemen-elemen aktif dan pasif untuk menghasilkan bentuk gelombang sinusoidal atau bentuk gelombang periodik lainnya. Suatu osilator memberikan tegangan keluaran dari suatu bentuk gelombang yang diketahui tanpa penggunaan sinyal masuk dari luar. Osilator mengubah daya arus seaarh (dc) dari catu daya ke daya arus bolak-balik (ac) dalam beban. Dengan demikian fungsi osilator berlawanan dengan penyearah yang mengubah daya searah ke daya bolak-balik.
Suatu osilator dapat membangkitkan bentuk gelombang pada suatu frekuensi dalam batas beberapa siklus tiap jam sampai beberapa ratus juta siklus tiap detik. Osilator dapat hamper secara murni menghasikan gelombang sinusoidal dengan frekuensi tetap, ataupun gelombang yang hanya dengan harmonic. Osilator umumnya digunakan dalam pemancar dan penerima radio dan televisi, dalam radar dan dalam berbagai sistem komunikasi.

Osilator digunakan secara luas sebagai sumber isyarat untuk menguji suatu rangkaian elektronik. Osilator seperti ini disebut pembangkit isyarat, atau pembangkit fungsi jika isyarat keluarannya dapat mempunyai berbagai bentuk.

Osilator juga digunakan pada pemancar radio dan televisi, dan juga dalam komunikasi radio, gelombang mikro, maupun optik untuk menghasilkan gelombang elektromagnet yang dapat ditumpangi berbagai infosmasi.

Pesawat penerima radio dan televisi juga menggunakan osilator untuk mengolah isyarat yang datang. Isyarat yang datang ini dicampur dengan isyarat dari osilator lokal sehingga menghasilkan isyarat pembawa informasi dengan frekuensi lebih rendah. Isyarat yang terakhir ini dikenal sebagai isyarat if(intermediate frequency).

Osilator juga digunakan untuk mendeteksi dan menentukan jarak dengan gelombang mikro (radar) ataupun gelombang ultrasonik (sonar). Selain itu hampir semua alat digital seperti jam tangan, digital kalkulator, komputer, alat-alat pembantu komputer, dan sebagainya menggunakan osilator. Jelaslah osilator memegang peranan amat penting dalam dunia elektronik.

Pada dasarnya ada tiga macam osilator, yaitu osilator RC, osilator LC, dan osilator relaksasi. Dua yang pertama menghasilkan  isyarat berbentuk sinusoida sedangkan osilator relaksasi menghasilkan isyarat persegi, segitiga, gigi gergaji atau pulsa.

Untuk memahami kerja osilator terlebih dahulu kita harus faham tentang umpan balik, terutama umpan balik positif. Selanjutnya akan mudah memahami macam-macam osilator.

II.1 Umpan Balik

Umpan balik (feedback) ialah usaha untuk mengembalikan sebagian isyarat keluaran kepada isyarat masukan. Balikan yang dipasang untuk memperlemah isyarat masukan disebut balikan negatif. Sedang balikan yang dipasang untuk memperkuat masukan disebut balikan positif.

Balikan negatif akan membuat sistem menjadi lebih mantap. Suatu penguat dikatakan tidak mantap, jika mudah berosilasi. Dalam keadaan osilasi penguat menghasilkan isyarat keluaran walaupun masukan tak diberi isyarat. Ini tak diinginkan terjadi pada penguat. Dengan menggunakan balikan negatif akan diperoleh tanggapan frekuensi yang lebih lebar, dan cacat yang lebih kecil pada bentuk isyarat keluaran.

Balikan positif digunakan bila kita ingin membuat osilator yaitu rangkaian elektronik yang menghasilkan isyarat yang terkendali tanpa adanya isyarat masukan.

II.2 osilator RC

Osilaor RC menggunakan hambatan R dan kapasitansi C untuk mengatur frekuensi. Isyarat yang dihasilkan dapat diusahakan agar berbentuk sinusoida. Osilator ini menggunakan balikan positif yang bersifat reaktif, sehingga kondisi osilasi, yaitu β_V G_V( ) = 1 hanya berlaku untuk satu nilai frekuensi, yang berakibat isyarat keluaran berbentuk sinusoida.

Ada beberapa macam osilator RC, yaitu :

a.       Osilator Jembatan Wien

Gambar II.1 osilator jembatan Wien

Osilator ini termasuk jenis osilator RC.  Osilator jembatan Wien disebut juga osilator  “Twin-T” karena menggunakan dua “T” sirkuit RC beroperasi secara paralel.Satu rangkaian adalah sebuah RCR “T” yang bertindak sebagai filter low-pass. Rangkaian kedua adalah CRC “T” yang beroperasi sebagai penyaring bernilai tinggi. Bersama sama, sirkuit ini membentuk sebuah jembatan yang disetel pada frekuensi osilasi yang diinginkan. Sinyal di cabang CRC dari filter Twin-T yang maju, di RCR itu – tertunda, sehingga mereka dapat melemahkan satu sama lain pada frekuensi tertentu.

b.      Osilator pergeseran Fasa

Gambar II.2 Osilator Pergeseran Fasa

Osilator pergeseran fasa termasuk jenis osilator RC. Pada osilator pergeseran fasa terdapat sebuah pembalik fasa total 180 derajat. Pembalik fasa ini di menggeser fasa sinyal output sebesar 180 derajat dan memasukkan kembali ke input sehingga terjadi umpan balik positif. Rangkaian pembalik fasa ini biasanya dibentuk oleh tiga buah rangkaian RC.

II.3 Dasar-dasar Osilator

Diagram blok osilator balikan diperlihatkan pada gambar II.3. Terlihat osilator memiliki perangkat penguat, jaringan balikan, rangkaian penentu frekuensi dan catu daya. Isyarat masukan diperkuat oleh penguat (amplifier) kemudian sebagian isyarat yang telah diperkuat dikirim kembali ke masukan melalui rangkaian balikan. Isyarat balikan harus memiliki fase dan nilai yang betul agar terjadi osilasi.

II.4 Pengoperasian Rangkaian LC

Frekuensi osilator balikan biasanya ditentukan dengan menggunakan jaringan induktorkapasitor (LC). Jaringan LC sering disebut sebagai “rangkaian tangki”, karena kemampuannya menampung tegangan AC pada “frekuensi resonansi”. Untuk melihat bagaimana isyarat AC dapat dihasilkan dari isyarat DC, marilah kita lihat rangkaian tangki LC seperti terlihat pada gambar II.4. Pada saat saklar ditutup sementara (gambar II.4-a), maka kapasitor akan terisi sebesar tegangan baterai. Perhatikan arah arus pengisian. Gambar II.4-c memperlihatkan kapasitor telah secara penuh termuati.

Selanjutnya akan kita lihat bagaimana rangkaian tangki menghasilkan tegangan dalam bentuk gelombang sinus. Pertama, kita berasumsi kapasitor pada gambar II.5-a telah termuati. Gambar II.5-b memperlihatkan kapasitor dilucuti melalui induktor. Arus pelucutan melewati L menyebabkan terjadinya elektromagnet yang membesar di sekitar induktor. Gambar II.5-c memperlihatkan kapasitor telah terlucuti berakibat terjadinya penurunan elektromagnet di sekitar induktor.

Ini menyebabkan arus akan tetap mengalir dalam waktu yang singkat. Gambar II.5-d memperlihatkan proses pengisian kapasitor melalui arus induksi dari hasil penurunan medan magnet. Selanjutnya kapasitor mulai dilucuti lagi melalui L. Perhatikan pada gambar II.5-e, arah arus pelucutan berkebalikan dari sebelumnya. Elektromagnet mulai membesar lagi (polaritas terbalik). Gambar II.5-f menunjukkan kapasitor telah terlucuti dan termuati lagi melalui arus induksi (gambar II.5-g). Demikian seterusnya proses ini akan berulang dan menghasilkan tegangan AC.

Frekuensi tegangan AC yang dibangkitkan oleh rangkaian tangki akan tergantung dari harga L dan C yang digunakan. Ini yang disebut sebagai “frekuensi resonansi” dengan harga

dimana r f adalah frekuensi resonansi dalam hertz (Hz), L adalah induktasi dalam henry dan C adalah kapasitansi dalam farad. Resonansi terjadi saat reaktansi kapasitif C X besarnya sama dengan reaktansi induktif L X . Rangkaian tangkai akan berosilasi pada frekuensi ini.

Gambar II.5 Proses pengisian dan pelucutan rangkaian LC.

Pada frekuensi osilasi rangkaian tangki LC tentunya memiliki resistaansi yang

akan mengganggu aliran arus pada rangkaian. Akibatnya, tegangan AC akan cenderung menurun setelah melakukan beberapa putaran osilasi. Gambar II.6-a memperlihatkan hasil gelombang rangkaian tangki. Perhatikan bagaimana omplitudo 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 tangkai dapat dibuat secara kontinu jika kita menambahkan energi secara periodik dalam rangkaian. Energi ini akan digunakan untuk mengganti energi panas yang hilang. GambarII.6-b menunjukkan gelombang kontinu (continuous wave-CW) pada rangkaian tangki yang secara periodik ditambahkan energy pada rangkaian.

Gambar II.6 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. Bentuk kumparan osilator pada daerah RF. Induktansi kumparan biasanya dapat diubah dengan menggeser batang “ferit” yang ada di dalam kumparan. Ini akan membantu mengatur frekuensi dari rangkaian tangki.

Gambar II.7 Osilator Armstrong: a) Rangkaian dasar dan b) Kurva karakteristik

a.       Osilator Armstrong

Osilator Armstrong seperti diperlihatkan pada gambar II.7 merupakan hasil penerapan osilator LC. Rangkaian dasar dibuat dengan memberikan panjar maju pada sambungan emitor-basis dan panjar mundur pada kolektor. Pemberian panjar dilakukan lewat resistor R3 . Resistor R1 dan 2 R berlaku sebagai pembagi tegangan. Saat awal transistor diberi daya, resistor 1 R dan 2 R membawa transistor ke titik pengoperasian Q pada bagian tengah garis beban (lihat gambar II.7-b).

Keluaran transistor (pada kolektor) secara ideal adalah 0 volt. Saat terjadi hantaran arus awal pada saat dihidupkan, terjadi darau (noise) yang akan terlihat pada kolektor. Namun biasanya berharga sangat kecil. Misalnya kita mempunyai isyarat -1 mV yang Nampak pada kolektor. Transformator T1 akan membalik tegangan ini dan menurunkannya dengan faktor 10 (nisbah primer-sekunder 1:10). Isyarat sebesar +0,1 mV akan Nampak pada C1 pada rangkaian basis.

b.      Osilator Hartley

Osilator Hartley termasuk jenis osilator LC. Osilator Hartley tersusun dari dua buah induktor yang disusun seri dan sebuah kapasitor tunggal. Kelebihan osilator hartley adalah mudahnya mengatur nilai frekuensi yaitu dengan menempatkan sebuah kapasitor variabel pada komponen kapasitornya. Selain itu amplitudo output osilator juga relatif tetap pada range frekuensi kerja penguat osilator.

c.       Osilator Colpits

Osilator Colpits termasuk jenis osilator LC. Osilator colpits tersusun dari dua buah kapasitor yang disusun seri dan sebuah induktor tunggal. Kelebihan osilator colpits adalah mudahnya mengatur nilai frekuensi yaitu dengan menempatkan sebuah induktor variabel pada komponen induktornya seperti halnya penggunaan kapasitor variabel pada osilator hartley. Amplitudo output osilator juga relatif tetap pada range frekuensi kerja penguat osilator.

d.      Osilator Clapp

Osilator Clapp termasuk jenis osilator LC. Osilator Clapp tersusun dari tiga buah kapasitor dan satu buah induktor. Konfigurasi osilator clapp sama dengan osilator colpits namun ada penambahan kapasitor yang disusun seri dengan induktor (L). Osilator Clapp diperkenalkan oleh James K. Clapp pada tahun 1948.

II.5 Osilator Kristal

Osilator Kristal adalah osilator yang rangkaian resonansinya tidak menggunakanan LC atau RC melainkan sebuah kristal kwarsa. Rangkaian dalam kristal mewakili rangkaian R, L dan C yang disusun seri. Osilator Pierce ditemukan oleh George W. Pierce. Osilator Pierce banyak dipakai pada rangkaian digital karena bentuknya yang simpel dan frekuensinya yang stabil.

II.6 Osilator Relaksasi

Osilator Relaksasi adalah osilator yang memanfaatkan prinsip saklar secara terus menerus dengan periode tertentu yang menentukan frekuensi output. Osilator relaksasi menghasilkan beberapa bentuk gelombang non sinus, yaitu : Gelombang kotak, segitiga, pulsa dan gigi gergaji.

Osilator relaksasi sederhana adalah sebuah multivibrator / flip-flop. Prinsipnya adalah mensaklar tagangan suply oleh sebuah komponen transistor atau FET.

Osilator relaksasi juga ada yang menggunakan IC yaitu yang terkenal adalah dengan IC 555.

 

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

 

III.1 Alat dan Bahan

III.1.1 Alat beserta fungsi dan gambarnya

Adapun alat yang digunakan dalam percobaan ini adalah :

a.       Multimeter

Berfungsi untuk mengukur tegangan, arus, dan hambatan pada rangkaian.

b.      Catu daya

Berfungsi sebagai sumber tegangan dalam rangkaian.

c.       Osiloskop

Berfungsi mengamati sinyal output yang dihasilkan oleh rangkaian setelah diberikan frekuensi tertentu.

d.      Signal generator

Berfungsi sebagai pembangkit sinyal pada rangkaian dan pengatur frekuensi.

e.       Kit praktikum

Berfungsi sebagai tempat merangakai rangkaian percobaan.

f.         Kabel jumper

Berfungsi sebagai penghubung rangkaian.

III.1.2 Bahan beserta Fungsi dan Gambarnya

Adapun bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah :

a.       Resistor

  Berfungsi sebagai penghambat arus listrik. 

b.      Kapasitor

Berfungsi menyimpan muatan listrik dalam bentuk medan listrik.

c.       Induktor

Berfungsi sebagai tempat terjadinya gaya magnet, pelipat ganda tegangan dan pembangkit getaran.

III.2 Prosedur Percobaan

Adapun prosedur yang dilakukan dalam percobaan ini adalah :

1.      Menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan

2.      Mengkalibrasi alat seperti multimeter dan osiloskop

3.      Menyusun rangkaian seperti pada gambar di bawah ini

4.      Menghubungkan rangkaian dengan catu daya dan osiloskop serta signal generator pada rangkaian yang telah dibuat, dan kabel positif pada input sedang kabel yang negative pada outputnya.

5.      Setelah catu daya dan osiloskop di On maka dapat dilihat gelombang sinusoida yang dihasilkan pada layar osiloskop untuk mencari nilai frekuensinya.

6.      Mengganti kapasitor dengan kapasitor C₂ yang nilainya berbeda dengan kapasitor pertama sebanyak 2 kali dan mengulang prosedur 2-3;

7.      Mengganti resistir R_e dengan resistansi yang berbeda sebanyak 2 kali dan mengulang prosedur 2-3.

8.      Mencatat nilia frekuensi sesuai pada osiloskop.

DAFTAR PUSTAKA

Dwihono, 1996, Rangkaian Elektronika Analog, PT.Elax Media; Jakarta.

Malvino, 1992. Prinsip-prinsip Elektronika(Edisi Terjemahan). Erlangga; Jakarta

Reka, S. Rio, 1999, Fisika dan teknologi semikonduktor, PT. Pradnya Paramita; Jakarta.

Sutrisno, 1985. Elektonika 2 Teori dan Penerapannya. ITB ; Bandung.

Yohanes, H. C. 1979. Dasar-dasar Elektronika. Ghalia Indonesia; Jakarta.