laporan praktikum osilator

BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang

Osilator merupakan piranti elektronik yang menghasilkan keluaran berupa isyarat tegangan. Bentuk isyarat tegangan terhadap waktu ada bermacam-macam, yaitu bentuk sinusoidal, persegi, segitiga gigi gergaji, atau denyut. Osilator berbeda dengan penguat.Pada  penguat memerlukan isyarat masukan untuk menghasilkan isyarat keluaran,sedangkan osilator tak ada isyarat masukan, hanya ada isyarat keluaran saja, yang frekuensi dan amplitudonya 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 bisa dibangun dengan menggunakan komponen yang memperlihatkan karakteristik resistansi-negatif dan lazimnya hal ini adalah dioda terobosan dan transistor satu lapis. Namun demikian, sebagian besar rangkaian osilator didasarkan pada penguat dengan umpan balik positif. Rangkaian osilator menghasilkan arus bolak-balik (ac) dengan daya kurang dari satu watt sampai dengan ribuan watt. Bila diperlukan tegangan ac, frekuensi daya dan berdaya besar (10 sampai dengan 100 Hz), dapat digunakan berbagai jenis alternator elektromagnetik. Untuk frekuensi-frekuensi yang lebih tinggi di dalam daerah frekuensi-radio, digunakan rangkaian osilator transistor atau tabung. I.2 Ruang Lingkup Ruang lingkup pada praktikum ini meliputi pengukuran resistansi pada resistor  berdasarkan warna cincin yang tertera pada resistor, membuat rangkaian osilator, mengamati isyarat keluaran dan mengukur frekuensi ( apabila nilai hambatan dan kapasitor pada rangkaian diganti, serta mengukur tegangan masukan dan keluaran. I.3 Tujuan Setelah melakukan praktikum ini, diharapkan telah mampu menguasai pengetahuan tentang: -

Pengaturan penguatan dan umpan balik.

-

Penapisan dan penalaan frekuensi isyarat suatu gelombang.

I.4 Waktu dan Tempat Praktikum Praktikum Osilator ini dilakukan pada hari Senin, Juli 2014, pukul 07.00-15.00 WIB, di Laboratorium Audio Visual, Politeknik Kota Malang.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Pendahuluan Osilator merupakan piranti elektronik yang menghasilkan keluaran berupa isyarat tegangan. Bentuk isyarat tegangan terhadap waktu ada bermacam-macam, yaitu bentuk sinusoidal, persegi, segitiga gigi gergaji, atau denyut. Osilator berbeda dengan penguat.Pada  penguat memerlukan isyarat masukan untuk menghasilkan isyarat keluaran,sedangkan osilator tak ada isyarat masukan, hanya ada isyarat keluaran saja, yang frekuensi dan amplitudonya 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 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 untuk mendeteksi dan menentukan jarak dengan gelombang mikro (radar) ataupun gelombang ultrasonic (sonar). Selain itu, hampir semua alat digital seperti jam tangan, digital kalkulator, komputer, alat-alat pembantu komputer, dan sebagainya menggunakan osilator. 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). Pada dasarnya, ada tiga macam osilator, yaitu osilator RC, osilator LC, dan osilator relaksasi. Dua yang pertama menghasilkan isyarat berbentuk sinusoidal sedangkan osilator relaksasi menghasilkan isyarat persegi, segitiga, gigi gergaji atau pulsa.

II.2 Prinsip Rangkaian Osilator Secara umum prinsip rangkaian osilator dibagi du a, yaitu Osilator Harmonisa dan Osilator Relaksasi. A. 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. Prinsip osilator ini dimulai dengan adanya noise/desah saat pertama k ali 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 : 1. Osilator Amstrong

Osilator amstrong dinamai sesuai dengan nama  penemunya Edwin Amstrong. Osilator amstrong terdiri dari sebuah penguat dan sebuat umpan balik rangkaian LC.

2. 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.

3. 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. 4. 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. 5. 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.

6. 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. 7. 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 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 RC

Osilator ini menggunakan tahanan dan kapasitor sebagai penentu frekuensinya. Osilator ini sangat mudah untuk dibangun namun memiliki ketelitian frekuensi yang rendah. Rangkaian osilator RC yang paling sederhana dapat dibangun dengan menggunakan satu gerbang seperti yang diperlihatkan pada gambar.

Gambar Rangkaian osilator RC dengan inverter Inverter yang digunakan adalah inverter yang dilengkapi dengan Schmitt Trigger.  Fungsi Schmitt Trigger disini adalah untuk mempercepat transisi tegangan keluaran dan memberi efek hysteresis pada tegangan masukan. Efek hysteresis ini dapat dilihat pada Gambar

Gambar Efek hysteresis pada inverter Osilator Kristal

Seperti telah dinyatakan sebelumnya, pada beberapa aplikasi dibutuhkan clock dengan frekuensi yang sangat teliti. Clock seperti ini tidak dapat dibangkitkan dengan menggunakan osilator RC karena tingkat ketelitian osilator ini sangat rendah. Sebagai gantinya digunakan osilator kristal.  Disebut osilator kristal karena osilator ini menggunakan kristal kwarsa sebagai komponen penentu frekuensinya. Kristal kwarsa memiliki frekuensi resonan yang ditentukan oleh ketebalannya. Umumnya frekuensi resonannya berbanding terbalik dengan ketebalannya. Kelebihan dari kristal in i ialah frekuensi resonannya sangat akurat dan hanya

sedikit terpengaruh oleh suhu ataupun komponen eksternal. Oleh karena itu kristal ini sangat banyak digunakan pada peralatan yang membutuhkan osilator dengan frekuensi yang teliti. Salah satu alat yang paling sering mengunakan osilator kristal adalah jam. Ketelitian dari jam ditentukan oleh ketelitian frekuensi clock yang meng-increment-nya. Jika frekuensi clock keitnggian maka jam akan menjadi terlalu cepat. Sebaliknya jika

frekuensi clock terlalu rendah maka jam akan terlalu lambat. Oleh karena itu dibutuhkan osilator yang dapat membangkitkan pulsa clock yang sangat teliti agar jam tidak terlalu cepat atau terlalu lambat. Osilator kristal dapat dibangun dengan menggunakan gerbang TTL ataupun CMOS. Pada penggunaannya sebagai osilator kristal, gerbang-gerbang yang digunakan dipaksa untuk bekerja didaerah liniernya yang umumnya harus dihindari jika gerbanggerbang ini digunakan sebagai perangkat logika. Agar dapat berosilasi gerbang-gerbang ini harus bersifat sebagai penguat linier. Hal ini dapat dicapai dengan memberikan umpanbalik dari keluaran ke masukan suatu gerbang melalui sebuah tahanan, seperti yang diperlihatkan pada Gambar.

Gambar Contoh penggunaan umpanbalik pada suatu inverter Jika keluaran inverter rendah maka arus akan mengalir dari masukan ke keluaran melalui R sehingga memaksa masukan untuk turun ke logika-0. Sebaliknya jika keluaran tinggi maka arus akan mengalir dari keluaran ke masukan melalui R sehingga memaksa masuka untuk naik ke logika-1. Demikian seterusnya sampai tercapai keadaan steady state dimana masukan tidak rendah dan tidak tinggi, sehingga gerbang bekerja pada daerah liniernya.  Nilai tahanan umpanbalik harus disesuaikan dengan jenis gerbang yang digunakan. Nilai ini harus dipilih agar tegangan keluaran gerbang kira-kira setengah tegangan catu. Dengan demikian maka kisar naik dari tegangan keluaran akan sama dengan kisar turunnya. Contoh rangkaian osilator kristal dengan gerbang TTL dapat dilihat pada Gambar 8.17.

Gambar Osilator kristal dengan gerbang TTL

Pada contoh ini digunakan dua buah inverter untuk mendapatkan umpanbalik positip. Masing-masing inverter diberi umpanbalik negatip melalui sebuah tahanan. Kristal kwarsa dihubungkan seri dengan sebuah kapasitor variabel antara keluaran dengan masukan osilator. Fungsi kapasitor variabel disini ialah untuk menala frekuensi agar benar-benar sesuai dengan yang diinginkan dan sekaligus membatasi arus eksitasi dari kristal.

BAB III METODOLOGI PRAKTIKUM III.1 Alat dan Bahan III.1.1 Alat Peralatan yang digunakan dalam praktikum ini adalah sebagai berikut. -

Multimeter Multimeter berfungsi sebagai alat ukur resistansi, kuat arus, dan tegangan.

-

Papan Rangkaian Papan rangkaian berfungsi sebagai tempat untuk membuat rangkaian.

-

Catu Daya Catu daya berfungsi sebagai sumber tegangan AC dan DC.

-

Osiloskop Osiloskop berfungsi untuk mengukur dan menampilkan tegangan sinusoidal, dan berbagai bentuk gelombang yang ditemukan dalam rangkaian yang dibuat.

-

Signal Generator Signal generator berfungsi sebagai piranti pembangkit isyarat.

-

Kabel Jumper Kabel jumper berfungsi sebagai penghubung dalam suatu rangkaian.

III.1.2 Bahan Bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah sebagai berikut. -

Transistor Transistor adalah komponen elektronika aktif yang berfungsi sebagai penguat tegangan dan penguat arus.

-

Resistor Resistor

adalah

komponen

elektronika

pasif

yang

berfungsi

untuk

menghambat aliran arus listrik. -

Kapasitor Kapasitor adalah komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk menyimpan muatan listrik dalam bentuk medan listrik.

-

Induktor Induktor adalah komponen elektronika pasif yang dapat menyimpan arus listrik dalam bentuk induksi listrik.

III.2 Prosedur Praktikum Adapun prosedur pada praktikum osilator ini yaitu: 1. Melakukan kalibrasi terhadap peralatan yng akan digunakan. 2. Mencatat harga/nilai dari komponen yang digunakan. 3. Membuat rangkaian osilator seperti pada gambar, dimana kabel (+) dan (-) dari catu daya, masing-masing disambungkan ke dan ke ground. Sementara itu, kabel (+) dan (-) dari signal generator dan osiloskop, masing-masing disambungkan ke ground dan ke , serta ke ground dan ke (kolektor sebagai titik pengamatan). 4. Mengamati isyarat keluaran yang terjadi pada la yar osiloskop. 5. Mengukur dan mencatat nilai dari hasil yang diperlihatkan pada osiloskop. 6. Mengganti kapasitor

dengan dan

7. Mengamati isyarat keluaran yang terjadi pada osiloskop, kemudian mencatat nilai nya. 8. Mengembalikan rangkaian ke bentuk semula (sebelum nilai C2 diganti). 9. Mengganti resistor dengan dan 10. Mengamati isyarat keluaran yang terjadi pada osiloskop, kemudian mencatat nilai nya. 11. Mengubah posisi kabel (+) dan (-) dari signal generator dan osiloskop, yaitu menyambungkan kabel (+) dan kabel (-) dari signal generator dan osiloskop masingmasing ke output dan input, serta ke basis dan ground (basis sebagai pengamatan).

12. Mengamati isyarat keluaran yang terjadi pada osiloskop, kemudian mencatat nilai nya. 13. Mengubah posisi kabel (+) dan (-) dari signal generator dan osiloskop (emitter sebagai titik pengamatan). 14. Mengamati isyarat keluaran yang terjadi pada osiloskop, kemudian mencatat nilai nya. 15. Mengukur dan mencatat nilai .

BAB V PENUTUP V.1 Kesimpulan Adapun kesimpulan yang dapat diperoleh dari praktikum ini yaitu: Pengaturan penguatan dan umpan balik merupakan persyaratan bagi rangkaian osilator agar menghasilkan osilasi secara terus-menerus. Frekuensi isyarat suatu gelombang dapat dihitung dengan persamaan, dimana adalah frekuensi yang digunakan dalam signal generator dan adalah waktu yang digunakan untuk memperoleh siyarat keluaran yang baik pada osiloskop. Kapasitansi kapasitor yang digunakan pada rangkaian osilator berbanding lurus dengan frekuensi osilasi yang dihasilkannya. Adanya distorsi harmonik adalah salah satu persyaratan utama bagi osilator gelombang sinus.