07-osilator-novia Arifa N.docx

LAPORAN TUGAS PERANCANGAN ELEKTRONIKA 2

NO

: 07

JUDUL : OSILATOR COLPITTS, CLAPP, HARLEY, KRYSTAL NAMA : NOVIA ARIFA NINGSIH

PROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI JAKARTA 2018

DAFTAR ISI DAFTAR ISI .................................................................................................. i

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................. 1 1.1 Latar Belakang ............................................................................ 1 1.2 Tujuan ......................................................................................... 2

BAB II DASAR TEORI ............................................................................... 3 2.1 Pengertian Osilator ..................................................................... 3 2.2 Penggolongan Osilator ............................................................... 3 2.3 Prinsip Kerja Osilator ................................................................. 4 2.4 Op-Amp sebagai Osilator ........................................................... 4 2.5 Osilator Colpitts.......................................................................... 5 2.6 Osilator Hartley...........................................................................6 2.7 aOsilator Clapp............................................................................7 2.8 Osilator Kristal............................................................................8

BAB III PERANCANGAN.......................................................................... 7 3.1 Deskripsi dan Spesifikasi ............................................................. 7 3.2 Diagram Blok ............................................................................. 7 3.3 Penentuan Komponen ................................................................. 7 3.4 Diagram Skematik Rangkaian .................................................... 8 3.5 Simulasi Rangkaian .................................................................... 8

BAB IV ANALISIS ...................................................................................... 9

BAB V PENUTUP ...................................................................................... 10 5.1 Simpulan ................................................................................... 10 5.2 Saran ......................................................................................... 10

i

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................. 11

ii

BAB I PENDAHULUAN 1.1

Latar Belakang Dengan perkembangan dan kemajuan teknologi modern pada saat ini yang begitu pesat, membuat semua orang selalu ingin mencari tahu, mempelajari serta membuat alat-alat bisa digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan bermanfaat

bagi

orang

banyak,

bahkan

tak

sedikit

orang

yang

mengembangkan alat yang sudah ada menjadi lebih canggih lagi. Hal ini turut berpengaruh pada dunia pendidikan. Osilator adalah elemen penting dalam berbagai peralatan elektronik. Pada jam digital, osilator berfungsi untuk memastikan waktu yang ditunjukkan adalah waktu yang tepat. Pada komputer, rangkaian osilator berguna sebagai penyedia sinyal dengan frekuensi yang stabil untuk menentukan seberapa cepat prosesornya bekerja. Dalam komunikasi wireless yang banyak dikembangkan oleh ilmuwan dan industry saat ini, osilator pun sangat berperan penting. Pada stasiun pemancar dan penerima radio AM, osilator berfungsi untuk menghasilkan gelombang pembawa dan mengolah sinyal yang diterima sehingga siaran bisa terlaksana. Osilator sejatinya adalah rangkaian penghasil berbagai bentuk gelombang tanpa sumber sinyal eksternal. Satu-satunya input adalah sumber tegangan DC/searah sehingga dengan demikian osilator dapat dianggap sebagai pembangkit signal generator. Sinyal yang dihasilkan dapat disesuaikan bentuk dan frekuensinya, tergantung desain rangkaian dan komponen yang digunakan dengan tetap memperhatikan kestabilan dan sinyal distorsi. Banyak sistem elektronik menggunakan rangkaian yang mengubah energi DC menjadi berbagai bentuk AC yang bermanfaat. Osilator, generator, lonceng elektronika termasuk kelompok rangkaian ini. Pada penerima radio misalnya, isyarat DC diubah menjadi isyarat AC frekuensi-tinggi. Kita dapat mengelompokkan osilator berdasarkan metode pengoperasiannya menjadi

1

dua kelompok, yaitu osilator balikan dan osilator relaksasi. Masing-masing kelompok memiliki keistimewaan tersendiri. Pada osilator balikan, sebagian daya keluaran dikembalikan kemasukan yang miasalnya dengan menggunakan rangkaian LC. Osilator biasanya dioperasikan pada frekuensi tertentu. Osilator gelombang sinus biasanya termasuk kelompok osilator ini dengan frekuensi operasi dari beberapa Hz sampai jutaan Hz. Osilator balikan banyak digunakan pada rangkaian penerima radio dan TV dan pada transmiter.

1.2

Tujuan 

Mampu mengetahui apa itu osilator



Mampu mengatahui penggolongan oscilator



Mampu mengatahui prinsip kerja osilator



Mampu mengatahui apa itu osilator colpitts

2

BAB II DASAR TEORI 2.1 Pengertian Osilator Osilator yaitu suatu rangkaian elektronika yang dapat membangkitkan getaran listrik dengan frekuensi tertentu dan amplitudonya tetap. Dasar dari sebuah osilator yaitu sebuah rangkaian penguat dengan sistem feedback, yaitu sebagian sinyal keluaran yang dikembalikan lagi ke masukan dengan phase dan tegangan yang sama sehingga terjadi osilasi yang terus menerus. Adapun beberapa bagian yang menjadi syarat untuk sebuah osilator supaya terjadi osilasi yaitu adanya rangkaian penguat, rangkaian feedback, dan rangkaian tank circuit. Osilator dapat dianggap sebagai penguat (amplifier) yang outputnya umpan balik (feed-back) ke input. Maka seluruh input dari penguat berasal dari outputnya. Pada osilator tidak ada tegangan input sehingga osilasi dimulai dari suatu tegangan kecil yaitu tegangan “noise”. Tegangan yang sangat kecil ini (orde-mikro volt) diperbesar dan dikembalikan kembali ke input dengan fase yang sama, diperbesar lagi dan seterusnya dikehendaki.sampai terjadi getaran atau gelombang sinus yang dikehendaki.

2.2 Penggolongan Osilator Penggolongan Osilator berdasarkan frekuensi keluaran : 

Osilator Frekuensi Rendah (Low Frequency Oscilator), yaitu Osilator yang dapat membangkitkan frekuensi rendah dibawah 20Hz.



Osilator Audio (Audio Oscilator), yaitu Osilator yang dapat membangkitkan frekuensi Audio diantara 16Hz hingga 20kHz.



Osilator Frequency Radio (Radio Oscilator), yaitu Osilator yang dapat membangkitkan Frekuensi Radio diantara 100kHz hingga 100GHz.

3

2.3 Prinsip Kerja Osilator Sebuah Rangkaian Osilator sederhana terdiri dari Dua bagian utama, yaitu Penguat (Amplifier) dan Umpan Balik (Feedback). Berikut ini Blok Diagram dasar sebuah RangkaianOsilator.

Pada dasarnya, Osilator menggunakan sinyal kecil atau desahan kecil yang berasal dari Penguat itu sendiri. Pada saat Penguat atau Amplifier diberikan arus listrik, desah kecil akan terjadi, desah kecil tersebut kemudian diumpanbalik ke Penguat sehingga terjadi penguatan sinyal, jika keluaran (output) penguat sefasa dengan sinyal yang diumpanbalik (masukan) tersebut, maka Osilasi akan terjadi.

2.4. Op-Amp sebagai Osilator Operational amplifier atau disingkat op-amp merupakan salah satu komponen analog yang populer digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. Aplikasi opamp populer yang paling sering dibuat antara lain adalah rangkaian inverter, non-inverter, integrator, differensiator, oscilator dll. Pada pokok bahasan kali ini akan dijelaskan aplikasi op-amp sebagai pembangkit sinyal (Oscilator). Untuk lebih jelasnya perhatikan Spesifikasi OP-AMP 741

4

Keterangan : 

Kaki 1 & 5

: offset null



Kaki 2

: masukan membalik (inverting input)



Kaki 3

: masukan tak membalik (non inverting input)



Kaki 4

: tanah (ground)



Kaki 6

: keluaran



Kaki 7

: catu tegangan positif



Kaki 8

: tak digunakan

2.5 Osilator Colpits Osilator Colpitts sangat mirip dengan osilator Shunt-fed Hartley. 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 berikut memperlihatkan rangkaian osilator Colpitts :

5

Gambar 3. Rangkaian osilator Colpits Osilator Collpits adalah salah satu topologi osilator yang efektif digunakan untuk pembangkit gelombang sinus pada rentang frekuensi antara 10 kHz hingga 10 MHz. Osilator ini menggunakan rangkaian tertala LC dan umpan balik positif melalui suatu pembagi tegangan kapasitif dari rangkaian tertala. Frekuensi osilasi ditentukan oleh rumus : F0 =

1

1

1

1

1

𝐶2

√ ( + 2𝜋 𝐿 𝐶

)

dan penguatan transistor yang dibutuhkan oleh osilator untuk memelihara osilasi adalah hfc = -(

−𝑗𝑤0 𝐿 1 𝑗𝑊0 𝐶1

+ 1)

Kelebihan osilator colpitts peningkatan performa pada area frekuensi tinggi. Ini disebabkan karena kapasitor memberikan jalur reaktansi yang kecil pada sinyal frekuensi tinggi dengan demikian sinyal output pada frekuensi tinggi akan lebih sinusoidal/lebih halus. Karena performanya yang bagus pada frekuensi tinggi, osilator colpitts bahkan bisa diaplikasikan untuk microwave Cara mencari frekuensi resonansi : 1

fr = 2𝜋√𝐿𝐶

𝐶 𝑋𝐶

C = 𝐶1 𝑋 𝐶2 1

2

Cara menentukan bagian umpan balik : 𝐶

B = 𝐶2 3

6

2.7 Osilator Hartley Osilator Harley adalah sebuah osilator yang banyak digunakan pada rangkaian penerima radio AM dan FM. osilator jenis ini mempunyai sifat khusus yaitu adanya tapped oil. Sehingga jumlah variasi rangkaian dimungkinkan pada rangkaian osilator Hartley. Berikut adalah gambar rangkaian osilator Hartley.

Gambar Rangkaian osilator Hartley Persamaan osilator Hartley adalah sebagai berikut :

2.8 Osilator Clapp Osilator ini diciptakan oleh James Kilton Clapp pada tahun 1948. Menurut Vackár, osilator dari jenis ini dikembangkan sendiri oleh beberapa penemu, dan satu dikembangkan oleh Gouriet telah beroperasi di BBC sejak tahun 1938. Osilator Clapp adalah salah satu dari beberapa jenis osilator elektronik dibangun dari transistor (atau tabung vakum ) dan umpan balik positif jaringan, dengan menggunakan kombinasi dari induktansi (L) dengan kapasitor (C) untuk penentuan frekuensi, demikian juga disebut osilator LC . Osilator Clapp termasuk jenis osilator LC. Berikut adalah gambar rangkaian osilator clapp.

7

Gambar Rangkaian osilator Clapp Secara perhitungan frekuensi yang dibangkitkan oleh osilator Clapp adalah sebagai berikut :

2.9 Osilator Kristal Kristal adalah sebuah komponen yang dapat menghasilkan kestabilan frekuensi yang sangat tinggi. Kristal dapat digabungkan dengan rangkaian osilator lain. Salah satunya adalah dengan menggabungkan Kristal dengan rangkaian osilator Hartley. Berikut adalah gambar rangkaian gabungan antara Kristal dan rangkaian osilator Hartley.

Gambar Rangkaian osilator Hartley dengan Kristal

8

BAB III PERANCANGAN

3.1 Deskripsi dan Spesifikasi Osilator Colpits Rangkaian yang akan dibuat adalah rangkaian osilator colpitts menggunakan transistor NPN tipe BC547BP pada aplikasi multisim dan eagle. Rangkaian osilator colpitts merupakan pembangkit gelombang sinus pada rentang frekuensi antara 10 kHz hingga 10 MHz. Osilator ini menggunakan rangkaian tertala LC.

3.2 Diagram Blok

Input

Osilator Colpitts

Output

3.3 Penentuan Komponen 9

Komponen-kompomen yang dibutuhkan untuk Oscillator Colpitts : 

Transistor NPN

= 1 buah



Resistor 10 kΩ

= 1 buah



Resistor 10 Ω

= 1 buah



Resistor 1 kΩ

= 1 buah



Resistor 2kΩ

= 1 buah



Kapasitor 100 nF

= 3 buah



Kapasitor 10 nF

= 1 buah



Kapasitor 1 nF

= 1 buah



Inductor 15uH

= 1 buah

Komponen-kompomen yang dibutuhkan untuk Oscillator Harley : 

Transistor NPN

= 1 buah



Resistor 10 kΩ

= 1 buah



Resistor 10 Ω

= 1 buah



Resistor 2kΩ

= 1 buah



Kapasitor 100 nF

= 3 buah



Kapasitor 1 nF

= 1 buah



Inductor 15uH

= 3 buah

Komponen-kompomen yang dibutuhkan untuk Oscillator Clapp : 

Transistor NPN

= 1 buah



Resistor 10 kΩ

= 1 buah



Resistor 10 Ω

= 1 buah



Resistor 2kΩ

= 1 buah



Kapasitor 100 nF

= 3 buah



Kapasitor 1 nF

= 1 buah



Inductor 15uH

= 2 buah

Komponen-kompomen yang dibutuhkan untuk Oscillator Krystal :

10



Transistor NPN BC547BP

= 1 buah



Resistor 10 kΩ

= 1 buah



Resistor 10Ω

= 1 buah



Resistor 2kΩ

= 1 buah



Kapasitor 100 nF

= 3 buah



Inductor 15uH

= 1 buah



Crystal Virtual

3.4 Diagram Skematik Rangkaian Rangkaian Oscilator Collpits :

Rangkaian Oscilator Hartley :

Rangkaian Oscilator Crystall.

11

Rangkaian Oscilator Clapp

3.5 Simulasi Rangkaian Simulasi Rangkaian Oscilator Collpits 12

Frekuenasi 1.3 MHz jika menggunakan resistor 1k

Simulasi Rangkaian Oscilator Hartley Simunlasi Oscilator Hartley pada saat frekuensi 50.038 kHz.

Simulasi Rangkaian Oscilator Crystall. Simulasi rangkaian pada saat frekuensi 42.259 kHz.

13

Simulasi Rangkaian Oscilator Clapp Simulasi rangkaian pada saat frekuensi 39.138 khz.

14

BAB IV ANALISIS 

Rangkaian Oscilator Colpitts. Hasil antara perhitungan manual dan simulasi didapatkan frekuensi osilasi yang tidak sama disebabkan karena pada perhitungan manual merupakan hasil pendekatan frekuensi osilasinya, kemungkinan ada beberapa kesalahan pada simulasi yang dikerjakan. Selain itu, pada perhitungan manual berdasarkan teori yang ada, komponen yang dihitung hanya L3, C1 dan C2. Sedangkan pada rangkaian simulasi digunakan pula R1, R2, R3, R4 dan +V yang tidak turut diperhitungkan dalam perhitungan manual.



Rangkaian Oscilator Hartley. Hasil antara perhitungan manual dan simulasi didapatkan frekuensi osilasi yang tidak sama disebabkan karena pada perhitungan manual merupakan hasil pendekatan frekuensi osilasinya, kemungkinan ada beberapa kesalahan pada simulasi yang dikerjakan. Selain itu, pada perhitungan manual berdasarkan teori yang ada, komponen yang dihitung hanya L1, L2, dan C. Sedangkan pada rangkaian simulasi digunakan pulaC1, C2, CE, R1, R2, R3, R4 dan +V yang tidak turut diperhitungkan dalam perhitungan manual.



Rangkaian Oscilator Crystall. Pada oscilator, kristal yang berfungsi sebagai rangkaian resonansi seri, kristal seolah-olah memiliki induktansi (L), kapasitansi (C) dan resistansi (R). Nilai L ditentukan oleh massa kristal, harga C ditentukan oleh kemampuannya berubah secara mekanik dan R berhubungan dengan gesekan mekanik. Berikut adalah contoh oscilator menggunakan tank cirkuit kristal sebagai resonansi seri. Kristal ini dapat dioperasikan pada rangkaian tangki dengan fungsi sebagai penghasil frekuensi resonansi paralel. Kristal sendiri dapat dioperasikan sebagai rangkaian tangki. Jika kristal diletakkan sebagai jaringan umpan balik, kristal akan merespon sebagai piranti penghasil resonansi seri. Kristal sebenarnya merespon sebagai tapis yang tajam. Kristal dapat difungsikan sebagai umpan balik pada suatu frekuensi tertentu saja. Oscilator Hartley dan Colpitts dapat dimodifikasi dengan memasang kristal ini. Stabilitas oscilator akan meningkat dengan pemasangan kristal. 15



Rangkaian Oscilator 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).

16

BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan Berdasarkan pembahasan dan analisa, dapat disimpulkan bahwa: 

Osilator Collpits adalah osilator yang digunakan untuk pembangkit gelombang sinus pada rentang frekuensi antara 10 kHz hingga 10 MHz, yang menggunakan rangkaian tertala LC.



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.



Osilator hartley merupakan osilator rangkaian LC dimana rangkaian terdiri dari dua komponenL(induktor)

yang diserikan kemudian untuk

komponen

C(kapasitor) diparalelkan dengan kedua induktor yang telah diserikan. 

Osilator Clapp tersusun dari tiga buah kapasitor dan satu buah induktor



Pada oscilator, kristal yang berfungsi sebagai rangkaian resonansi seri 5.2 Saran Meskipun penulis menginginkan kesempurnaan dalam penyusunan makalah ini tetapi kenyataannya masih banyak kekurangan yang perlu penulis perbaiki. Hal ini dikarenakan masih minimnya pengetahuan yang penulis miliki. Oleh karena itu kritik dan saran yang membangun dari para pembaca sangat penulis harapkan untuk perbaikan ke depannya.

17

DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR PUSTAKA Anonim. 2015. Oscilator Armstrong. http://elektronika-dasar.web.id [30 Mei 2017] Anonim. 2016. Oscilator Colpitss. http://elektronika-dasar.web.id [30 Mei 2017] Anonim. 2015. Oscilator Hartley. http://elektronika-dasar.web.id [30 Mei 2017] Anonim. 2015. Oscilator Pierce. http://elektronika-dasar.web.id [30 Mei 2017] Muhammad, Ali Hanafiyah. 2013. Osilator. http://electrozone94.blogspot.co.id [30 Mei 2017] Sabrina,Abi. 2010. Osilator. https://abisabrina.wordpress.com [30 Mei 2017]

18