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.