Nama : Rizqi Dias Kurniawati
NIM : 091810201011
Tugas Elektronika 2
Osilator
Banyak sistem elektronik menggunakan rangkaian yang mengubah energi DC menjadi berbagai bentuk AC yang bermanfaat. Osilator, generator, lonceng elektronika termasuk kelompok rangkaian ini. Osilator merupakan piranti elektronik yang menghasilkan keluaran berupa isyarat tegangan. Bentuk isyarat tegangan terhadap waktu ada bermacam – macam yaitu bentuk sinus, kotak, segitiga dll. Pada osilator tidak ada isyarat masukan, hanya ada isyarat keluaran saja yang frekuensi dan amplitude dapat dikendalikan.
Osilator bisa dibangun dengan menggunakan beberapa teknik dasar, yaitu:
1. Menggunakan komponen-komponen yang memperlihatkan karakteristik resistansi negatif, dan lazimnya menggunakan dioda terobosan dan UJT
2. Menggunakan umpan balik positif padapenguat. Umpanbalik positif menguatkan desah internal yang terdapat pada penguat. Jika keluaran penguat sefasa dengan masukkannya, osilasi akan terjadi.
Secara umum prinsip rangkaian osilator dibagi dua, yaitu Osilator Harmonisa (Osilator LC,Osilator RC) dan Osilator Relaksasi.
1. Osilator Harmonisa
Osilator harmonisa menghasilkan bentuk gelombang sinusoida. Osilator harmonisa disebut juga dengan Osilator Linear. Bentuk dasar osilator harmonisa terdiri dari sebuah penguat dan sebuah filter yang membentuk umpan balik positif yang menentukan frekuensi output.
Persyaratan utama bagi osilator sinus adalah,
1. Frekuensi spesifik yang dapat dicapai
2. Amplitudo keluaran
3. Kemantapan frekuensi
4. Kemurnian keluaran, yaitu perbandingan banyaknya cacat harmonic dalam bentuk gelombang keluaran.
Amplitudo yang benar dan cacat yang sedikit dapat diperoleh dengan mengendalikan penguatan penguat sedemikian rupa sehingga tepat cukup untuk mengganti kerugian-kerugian dalam kalang penentu frekuensi. Dalam beberapa penerapan, kemantapan frekuensi menjadi prioritas. Perubahan-perubahan dalam frekuensi keluaran dapat disebabkan oleh beberapa faktor. Untuk jangka panjang, hanyutan harga komponen dan parameter karena penuaan menjadi sebab utama. Perubahan jangka pendek dara disebabkan oleh:
1. Variasi beban, hal ini dapat dikurangi dengan menggunakan penguat penyangga pada keluaran.
2. Pencatu daya, perubahan-perubahan dalam tegangan pencatu daya akan merubah parameter-parameter dalam kalang, pencatu daya dimantapkan menyelesaikan masalah ini.
3. Perubahan harga komponen karena suhu, hal ini terutama mempengaruhi komponen penentu frekuensi. Semua komponen pasif berubah harganya karena suhu
Prinsip osilator ini dimulai dengan adanya noise/desah saat pertama kali power dinyalakan. Noise/desah ini kemudian dimasukkan kembali ke input penguat dengan melalui filter tertentu. Karena hal ini terjadi berulang-ulang, maka sinyal noise akan menjadi semakin besar dan membentuk periode tertentu sesuai dengan jaringan filter yang dipasang. Periode inilah yang kemudian menjadi nilai frekuensi sebuah osilator.
Macam-macam osilator harmonisa/ sinus :
a). Osilator Hartley
Osilator Hartley seperti pada gambar 1 banyak digunakan pada rangkaian penerima radio 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 R 2 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.
Gambar 1 Rangkaian Osilator Hartley
Saat daya DC diberikan pada rangkaian, arus mengalir dari bagian negatif dari sumber lewat R1 ke emitor. Kolektor dan basis keduanya dihubungkan ke bagian positif dari VCC . Ini akan memberikan panjar maju pada emitor-basis dan panjar mundur pada kolektor. Pada awalnya E I , B I dan C I mengalir lewat Q1 . Dengan C I mengalir lewat L1 , tegangan kolektor mengalami penurunan. Tegangan ke arah negative ini diberikan pada bagian bawah T 1 oleh kapasitor C4. Ini mengakibatkan arus mengalir pada kumparan bawah. Elektromagnet akan membesar di sekitar kumparan. Ini akan memotong kumparan bagian atas dan memberikan tegangan positif mengisi kapasitor C1. Tegangan ini juga diberikan pada Q1 melalui C2 . Q1 akhirnya sampai pada titik jenuh dan mengakibatkan tidak terjadinya perubahan pada VC . Medan di bagian bawah T1 akan dengan cepat habis dan mengakibatkan terjadinya perubahan polaritas tegangan pada bagian atas. Keping C1 bagian atas sekarang menjadi negative sedangkan bagian bawah menjadi positif. Muatan C1 yang telah terakumulasi akan mulai dilucuti melalui T1 melalui proses rangkaian tangki.
Tegangan negatif pada bagian atas C1 menyebabkan Q 1 berubah ke negatif menuju cut off. Selanjutnya ini akan mengakibatkan V C membesar dengan cepat. Tegangan ke arah positif kemudian ditransfer ke bagian bawah T1 oleh C4, memberikan balikan. Tegangan ini akan tertambahkan pada tegangan C 1 . Perubahan pada VC beragsur-angsur berhenti, dan tidak ada tegangan yang dibalikkan melalui C4. C1 telah sepenuhnya terlucuti. Medan magnet di bagian bawah L1 kemudian menghilang. C1 kemudian termuati lagi, dengan bagian bawah berpolaritas positif dan bagian atas negatif. Q1 kemudian berkonduksi lagi. Proses ini akan berulang terus. Rangkaian tangki menghasilkan gelombang kontinu dimana hilangnya isi tangki dipenuhi lagi melalui balikan. Sifat khusus osilator Hartley adalah adanya tapped coil. Sejumlah variasi rangkaian dimungkinkan. Kumparan mungkin dapat dipasang seri dengan kolektor. Variasi ini biasa disebut sebagai osilator Series-fed Hartley.
b). Osilator Collpits
Perbedaan yang pokok adalah pada bagian rangkaian tangkinya. Pada osilator Colpitts, digunakan dua kapasitor sebagai pengganti kumparan yang terbagi. Balikan dikembangkan dengan menggunakan “medan elektrostatik” melalui jaringan pembagi kapasitor. Frekuensi ditentukan oleh dua kapasitor terhubung seri dan induktor. Gambar 2 memperlihatkan rangkaian osilator Colpitts. Tegangan panjar untuk basis diberikan oleh R1 dan R2 sedangkan untuk emiitor diberikan oleh R4. Kolektor diberi panjar mundur dengan menghubungkan ke bagian positif dari VCC melalui R3 . Resistor ini juga berfungsi sebagai beban kolektor.
Gambar 2 Osilator Collpits
Transistor dihubungkan dengan konfigurasi emitor-bersama. Ketika daya DC diberikan pada rangkaian, arus mengalir dari bagian negatif V CC melalui R4, Q1 dan R3 . Arus IC yang mengalir melalui R3 menyebabkan penurunan tegangan VC dengan harga positif. Tegangan yang berubah ke arah negatif ini dikenakan ke bagian atas C1 melalui C3. Bagian bawah C2 bermuatan positif dan tertambahkan ke tegangan basis dan menaikkan harga IB. Transistor Q1 akan semakin berkonduksi sampai pada titik jenuh. Saat Q1 sampai pada titik jenuh maka tidak ada lagi kenaikan IC dan perubahan VC juga akan terhenti. Tidak terdapat balikan ke bagian atas C2 . C1 dan C 2 akan dilucuti lewat L1 dan selanjutnya medan magnet di sekitarnya akan menghilang.
Arus pengosongan tetap berlangsung untuk sesaat. Keping C2 bagian bawah menjadi bermuatan negatif dan keping C1 bagian atas bermuatan positif. Ini akan mengurangi tegangan maju Q1 dan IC akan menurun. Harga VC akan mulai naik. Kenaikan ini akan diupankan kembali ke bagian atas keping C1 melalui C3 . C1 akan bermuatan lebih positif dan bagian bawah C 2 menjadi lebih negatif. Proses ini terus berlanjut sampai Q1 sampai pada titik cut off. Saat Q1 sampai pada titik cut off, tidak ada arus IC . Tidak ada tegangan balikan ke C1 . Gabungan muatan yang terkumpul pada C1 dan C2 dilucuti melalui L1 . Arus pelucutan mengalir dari bagian bawah C2 ke bagian atas C1 . Muatan negatif pada C2 secepatnya akan habis dan medan magnet di sekitar L1 akan menghilang. Arus yang mengalir masih terus berlanjut. Keping C2 bagian bawah menjadi bermuatan positif dan keping C1 bagian atas bermuatan negatif. Tegangan positif pada C2 menarik Q1 dari daerah daerah cut off . Selanjutnya IC akan mulai mengalir lagi dan proses dimulai lagi dari titik ini. Energi balikan ditambahkan ke rangkaian tangki sesaat pada setiap adanya perubahan. Besarnya balikan pada rangkaian osilator Colpitts ditentukan oleh “nisbah kapasitansi” C1 dan C2 . Harga C1 pada rangkaian ini jauh lebih kecil dibandingkan dengan C2 atau C1 C2 X > X . Tegangan pada C 1 lebih besar dibandingkan pada C2 . Dengan membuat C2 lebih kecil akan diperoleh tegangan balikan yang lebih besar. Namun dengan menaikkan balikan terlalu tinggi akan mengakibatkan terjadinya distorsi. Biasanya sekitar 10-50% tegangan kolektor dikembalikan ke rangkaian tangki sebagai balikan.
c). Osilator Amstrong
Gambar 3
Osilator amstrong dinamai sesuai dengan nama penemunya Edwin Amstrong. Osilator amstrong terdiri dari sebuah penguat dan sebuat umpan balik rangkaian LC. Rangkaian dasar dibuat dengan memberikan panjar maju pada sambungan emitor-basis dan panjar mundur pada kolektor. Pemberian panjar dilakukan lewat resistor 3 R . Resistor 1 R 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.
Dengan tanpa adanya perubahan pada VC pada kumparan primer T1 , tegangan pada kumparan sekunder secepatnya akan menjadi nol. Tegangan basis secapatnya akan kembali pada titik Q. Penurunan tegangan basis ke arah negatif ini (dari jenuh ke titik Q) membawa V C ke arah positif. Melalui transformator, ini akan nampak sebagai tegangan ke arah positif pada basis. Proses ini akan berlangsung melewati titik Qsampai berhenti pada saat titik cut off dicapai. Transformator selanjutnya akan berhenti memberikan masukan tegangan ke basis. Transistor segera akan berbalik arah. R1 dan R 2 menyebabkan tegangan basis naik lagi ke titik Q. Proses ini akan terus berulang: Q 1 akan sampai di titik jenuh – kembali ke titik Q – ke cutoff - kembali ke titik Q. Dengan demikian tegangan AC akan terjadi pada kumparan sekunder dari transformator.
Keluaran dari osilator Armstrong seperti pada gambar 3 dapat diubah dengan mengatur harga R3 . Penguatan akan mencapai harga tertinggi dengan memasang R 3 pada harga optimum. Namun pemasangan 3 R yang terlalu tinggi akan mengakibatkan terjadinya distorsi, misalnya keluaran akan berupa gelombang kotak karena isyarat keluaran terpotong.
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.
e). 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.
f). 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.
g). 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.
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.
2. 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.
Multivibrator
Osilator relaksasi juga ada yang menggunakan IC yaitu yang terkenal adalah dengan IC 555.
