Laporan 4.docx

Laporan Praktikum Elektronika Telekomunikasi “Praktikum Osilator Op-Amp”

Dosen Pengajar: Isa Mahfudi, S.S.T

OLEH : NAMA NIM

: Annisa Puspita R.H. ISA MAHFUDI : 1731130037 NIM. 1141160018

KELOMPOK

:2

KELAS

: TT-2E

PROGRAM STUDI D-III TEKNIK TELEKOMUNIKASI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI MALANG 2018

OSILATOR OP-AMP

1.1.Tujuan : 

Menghubungkan osilator jembatan Wien.



Menghitung dan mengukur frekuensi osilator.

1.2.Alat dan Bahan : Op-Amp 741 Resistor 1 kΩ

2 buah

Resistor 10 kΩ

2 buah

Resistor 270Ω

1 buah

Variabel resistor 1 kΩ

1 buah

Kapasitor 0,1 µF

2 buah

Kapasitor 0,001 µF

2 buah

Dual Power Supply Digital multimeter Osiloskop Generator sinyal Kabel Penghubung

1.3.Teori Dasar Salah satu osilator gelombang sinus paling sederhana yang menggunakan jaringan RC menggantikan rangkaian tangki tuned LC konvensional untuk menghasilkan bentuk gelombang keluaran sinusoidal, disebut Osilator Jembatan Wien . Osilator Jembatan Wien disebut demikian karena rangkaiannya didasarkan pada bentuk selektif frekuensi rangkaian Jembatan Wheatstone. Osilator Jembatan Wien adalah rangkaian penguat RC dua tahap yang memiliki stabilitas yang baik pada frekuensi resonannya, distorsi rendah dan sangat mudah disesuaikan sehingga menjadikan rangkaian ini populer sebagai osilator frekuensi audio namun pergeseran fasa dari sinyal keluarannya sangat jauh. Berbeda dengan pergeseran sebelumnya Osilator RC . Osilator Jembatan Wien menggunakan rangkaian umpan balik yang terdiri dari rangkaian RC seri yang dihubungkan dengan RC paralel dari komponen nilai yang sama yang menghasilkan fase penundaan atau rangkaian fasa di muka bergantung pada frekuensi. Pada frekuensi resonansi ƒr pergeseran fasa adalah 0o . Perhatikan rangkaian di bawah ini.

Jaringan Pergeseran Fasa RC

Gambar 4.1 Jaringan Pergeseran Fasa RC Jaringan RC di atas terdiri dari rangkaian RC seri yang terhubung ke RC paralel yang pada dasarnya membentuk High Filter Pass yang terhubung ke Low Filter Pass yang menghasilkan frekuensi orde kedua yang sangat selektif Band Filter Pass dengan faktor Q yang tinggi pada frekuensi yang dipilih, ƒr . Pada frekuensi rendah reaktansi dari kapasitor seri ( C1 ) sangat tinggi sehingga bekerja sedikit seperti rangkaian terbuka, menghalangi sinyal input di Vin yang menghasilkan hampir tidak ada sinyal output, Vout . Demikian juga, pada frekuensi tinggi, reaktansi kapasitor paralel, ( C2 ) menjadi sangat rendah, jadi kapasitor paralel yang terhubung ini bekerja sedikit seperti arus pendek di seluruh output, jadi sekali lagi tidak ada sinyal output. Jadi harus ada titik frekuensi antara dua ekstrem C1 yang menjadi rangkaian terbuka dan C2 dihubungkan arus pendek dimana tegangan outputnya, V OUT mencapai nilai maksimumnya. Nilai frekuensi dari bentuk gelombang input di mana ini terjadi disebut Osilator Frekuensi Resonan , ( ƒr ). Pada frekuensi resonansi ini, reaktansi rangkaian sama dengan resistansinya, yaitu: Xc = R, dan perbedaan fasa antara input dan output sama dengan nol derajat. Besarnya tegangan output maksimal dan sama dengan sepertiga (1/3) dari tegangan input seperti yang ditunjukkan.

Output Gain dan Pergeseran Fasa Osilator

Gambar 4.2 Gambar Output Gain dan Pergeseran Fasa Osilator Dapat dilihat bahwa pada frekuensi sangat rendah, sudut fasa antara sinyal input dan output adalah "Positif" (Phase Advanced), sedangkan pada frekuensi sangat tinggi, sudut fase menjadi "Negatif" (Phase Delay). Di tengah dua titik ini rangkaian berada pada frekuensi resonannya, ( ƒr ) dengan dua sinyal menjadi "in-phase" atau 0o . Oleh karena itu kita dapat menentukan titik frekuensi resonansi ini dengan ungkapan berikut. Frekuensi Osilator Jembatan Wien

Dimana: -

ƒr adalah Frekuensi Resonansi di Hertz

-

R adalah Resistansi di Ohm

-

C adalah Kapasitansi di Farad

Kami mengatakan sebelumnya bahwa besarnya tegangan output, Vout dari jaringan RC berada pada nilai maksimum dan sama dengan sepertiga (1/3) dari tegangan input , Vin untuk memungkinkan terjadinya osilasi.

Tapi kenapa sepertiga dan bukan nilai lain. Untuk memahami mengapa output dari rangkaian RC di atas perlu sepertiga, yaitu 0.333xVin , kita harus mempertimbangkan impedansi kompleks ( Z = R ± jX ) dari dua rangkaian RC yang terhubung.

Kita tahu dari tutorial Teori AC kami bahwa bagian nyata dari impedansi kompleks adalah Resistansi, R sedangkan bagian imajiner adalah Reaktansi, X . Saat kita berhadapan dengan kapasitor disini, bagian reaktansi akan menjadi reaktansi kapasitif, Xc .

Jaringan RC

Gambar 4.3 Jaringan RC Jika kita menggambar ulang jaringan RC di atas seperti yang ditunjukkan, kita dapat dengan jelas melihat bahwa itu terdiri dari dua rangkaian RC yang dihubungkan bersamaan dengan output yang diambil dari persimpangan mereka. Resistor R1 dan Kapasitor C1

Oleh karena itu total DC impedansi dari kombinasi seri ( R1C1 ) kita dapat memanggil, ZS dan impedansi total kombinasi paralel ( R2 C2 ) kita dapat memanggil, ZP . Karena ZS dan ZP terhubung secara efektif bersama secara seri melintasi input, VIN , mereka membentuk jaringan pembagi tegangan dengan keluaran yang diambil dari seluruh ZP seperti yang ditunjukkan.

Mari kita berasumsi kemudian bahwa nilai-nilai komponen R1 dan R2 adalah sama di: 12kΩ , kapasitor C1 dan C2 adalah sama di: 3.9nF dan frekuensi supply , ƒ adalah 3.4kHz . Rangkaian Seri Total impedansi dari kombinasi seri dengan resistor, R1 dan Kapasitor, C1 adalah sederhana:

Kita sekarang tahu bahwa dengan frekuensi supply, 3.4kHz, reaktansi kapasitor sama dengan resistansi resistor pada 12kΩ . Ini kemudian memberi kita impedansi seri atas ZS dari 17kΩ. Untuk impedansi paralel bawah ZP , karena kedua komponen secara paralel, kita harus memperlakukan ini secara berbeda karena impedansi rangkaian paralel dipengaruhi oleh kombinasi paralel ini. Rangkaian Paralel Impedansi total dari kombinasi paralel yang lebih rendah dengan resistor, R2 dan kapasitor, C2 diberikan sebagai:

Pada frekuensi supply 3400Hz, atau 3,4 kHz, impedansi DC gabungan dari rangkaian paralel RC menjadi 6kΩ (R|| Xc) dengan jumlah vektor dari impedansi paralel yang dihitung sebagai:

Jadi kita sekarang memiliki nilai untuk jumlah vektor dari impedansi seri: 17kΩ , (ZS=17kΩ) dan untuk impedansi paralel: 8.5kΩ , (ZP = 8.5kΩ). Oleh karena itu total impedansi output, Zout dari jaringan pembagi tegangan pada frekuensi yang diberikan adalah:

Kemudian pada frekuensi osilasi, besarnya tegangan output, Vout akan sama dengan Zout x Vin yang seperti yang ditunjukkan sama dengan sepertiga (1/3) dari tegangan input, Vin

dan

ini

adalah

jaringan

selektif

frekuensi

RC

yang terbentuk

dasar

rangkaian Osilator Jembatan Wien . Jika sekarang kita menempatkan jaringan RC ini di penguat non-pembalik yang memiliki gain 1+R1/R2 rangkaian osilator jembatan wien dasar berikut dihasilkan.

Rangkaian Osilator Jembatan Wien Sederhana

Gambar 4.4 Rangkaian Osilator Jembatan Wien Sederhana Output penguat operasional diberi umpan balik ke input penguat. Salah satu bagian dari sinyal umpan balik dihubungkan ke terminal input pembalik (umpan balik negatif atau degeneratif) melalui jaringan pembatas resistor R1 dan R2 yang memungkinkan penguatan gain-tegangan disesuaikan dalam batas sempit.

Bagian lain, yang membentuk kombinasi seri dan paralel R dan C membentuk jaringan umpan balik dan diberi umpan balik ke terminal input non-pembalik (umpan balik positif atau regeneratif) melalui jaringan jembatan RC Wien dan kombinasi umpan balik positif inilah yang menimbulkan osilasi.

Jaringan RC terhubung di jalur umpan balik positif penguat dan memiliki pergeseran fasa nol satu frekuensi saja. Kemudian pada frekuensi resonansi yang dipilih, ( ƒr ) tegangan yang diterapkan pada input pembalik dan non-pembalik akan sama dan "dalam fase" sehingga umpan balik positif akan membatalkan sinyal umpan balik negatif yang menyebabkan rangkaian berosilasi.

Gain tegangan dari rangkaian penguat HARUS sama juga atau lebih besar dari tiga "Gain = 3" untuk osilasi dimulai karena seperti yang telah kita lihat di atas, inputnya 1/3 dari output. Nilai ini, ( Av ≥ 3 ) diatur oleh jaringan resistor umpan balik, R1 dan R2 dan

untuk penguat non-pembalik ini diberikan sebagai rasio 1+ (R1/R2) . Juga, karena keterbatasan gain loop terbuka dari penguat operasional, frekuensi di atas 1MHz tidak dapat dicapai tanpa menggunakan frekuensi tinggi op-amp khusus. 1.4. Skema Rangkaian

Gambar 4.5 Rangkaian Osilator Jembatan Wien

1.5.Langkah Kerja A. Jaringan Lead Lag 1. Hubungkan rangkaian seperti gambar berikut ini :

Gambar 4.6 Rangkaian Pengujian Lead-lag 2. Hitung besar frekuensi osilasi dengan menggunakan 𝑓0 =

1 2𝜋𝑅𝐶

3. Gambar bentuk sinyal yang terjadi pada Vout 4. Hubungkan channel A oscilloscope ke Vin serta channel B ke Vout. Set generator frekuensi ke f0. Amati apa yang terjadi. Jelaskan. 5. Ubah besar frekuensi pada generator frekuensi sampai diperoleh gambar yang berimpit. Ukur besar f0 = .................. kHz.

6. Ubah keluaran frekuensi generator beberapa ribu kHz di atas dan di bawah f0. Apa yang terjadi.

B. Osilator Jembatan Wien 1. Hubungkan rangkaian seperti gambar berikut :

Gambar 4.7 Rangkaian Pengujian Osilator Jembatan Wien 2. Amati dan ukur keluaran osilator dengan oscilloscope dengan mengubah VR1 untuk maksimum undisorted gelombang sinus, gambar bentuk sinyal tersebut 3. Gunakan oscilloscope dan frekuensi counter untuk mengukur frekuensi keluaran, f = ........... Hz 4. Hitung besar keluaran Osilator Jembatan Wien tersebut secara teori, f = .........Hz

6.1.Hasil Analisa Tabel 4.1 Tabel Hasil Percobaan Jaringan Lead Lag Langkah ke

3

4

Bentuk Signal

Pengukuran

Frekuensi

Vpp (Volt)

AV (dB)

4 kHz

2,8

-11

3 kHz

3,2

-9,8

2,5 kHz

3,4

-9,3

2,3 kHz

3,4

-9,3

2 kHz

3,6

-8,8

1,7 kHz

3,6

-8,8

1,5 kHz

3,6

-8,8

1,2 kHz

3,6

-8,8

1 kHz

3,2

-9,8

800 Hz

3,2

-9,8

500 Hz

2,8

-11

Atas

6

Bawah

-

Grafik frekuensi terhadap AV dB

AV (dB) 0 0 -2 -4 -6 -8 -10 -12

1000

2000

3000

4000

5000

Tabel 4.2 Tabel Hasil Percobaan Osilator Jembatan Wien Langkah ke

Bentuk Signal

2

Teori

Oscilloscope

15 kHz

103,7 MHz

3

ANALISA 

Perhitungan AV (dB) pada Percobaan Jaringan Lead Lag 𝐴𝑉 =

𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑉𝑖𝑛

𝐴𝑉 (𝑑𝐵) = 20 log 𝐴𝑉

1. Frekuensi 4 kHz : 𝐴𝑉 =

𝑉𝑜𝑢𝑡 2,8 = = 0,28 𝑉𝑖𝑛 10

𝐴𝑉 (𝑑𝐵) = 20 log 0,28 = −11 𝑑𝐵 2. Frekuensi 3 kHz : 𝐴𝑉 =

𝑉𝑜𝑢𝑡 3,2 = = 0,32 𝑉𝑖𝑛 10

𝐴𝑉 (𝑑𝐵) = 20 log 0,32 = −9,8 𝑑𝐵 3. Frekuensi 2,5 kHz : 𝐴𝑉 =

𝑉𝑜𝑢𝑡 3,4 = = 0,34 𝑉𝑖𝑛 10

𝐴𝑉 (𝑑𝐵) = 20 log 0,34 = −9,3 𝑑𝐵 4. Frekuensi 2,3 kHz : 𝐴𝑉 =

𝑉𝑜𝑢𝑡 3,4 = = 0,34 𝑉𝑖𝑛 10

𝐴𝑉 (𝑑𝐵) = 20 log 0,34 = −9,3 𝑑𝐵

5. Frekuensi 2 kHz : 𝐴𝑉 =

𝑉𝑜𝑢𝑡 3,6 = = 0,36 𝑉𝑖𝑛 10

𝐴𝑉 (𝑑𝐵) = 20 log 0,36 = −8,8 𝑑𝐵 6. Frekuensi 1,7 kHz : 𝐴𝑉 =

𝑉𝑜𝑢𝑡 3,6 = = 0,36 𝑉𝑖𝑛 10

𝐴𝑉 (𝑑𝐵) = 20 log 0,36 = −8,8 𝑑𝐵 7. Frekuensi 1,5 kHz : 𝐴𝑉 =

𝑉𝑜𝑢𝑡 3,6 = = 0,36 𝑉𝑖𝑛 10

𝐴𝑉 (𝑑𝐵) = 20 log 0,36 = −8,8 𝑑𝐵

8. Frekuensi 1,2 kHz : 𝐴𝑉 =

𝑉𝑜𝑢𝑡 3,6 = = 0,36 𝑉𝑖𝑛 10

𝐴𝑉 (𝑑𝐵) = 20 log 0,36 = −8,8 𝑑𝐵 9. Frekuensi 1 kHz : 𝐴𝑉 =

𝑉𝑜𝑢𝑡 3,2 = = 0,32 𝑉𝑖𝑛 10

𝐴𝑉 (𝑑𝐵) = 20 log 0,32 = −9,8 𝑑𝐵 10. Frekuensi 800 Hz : 𝐴𝑉 =

𝑉𝑜𝑢𝑡 3,2 = = 0,32 𝑉𝑖𝑛 10

𝐴𝑉 (𝑑𝐵) = 20 log 0,32 = −9,8 𝑑𝐵 11. Frekuensi 500 Hz : 𝐴𝑉 =

𝑉𝑜𝑢𝑡 2,8 = = 0,28 𝑉𝑖𝑛 10

𝐴𝑉 (𝑑𝐵) = 20 log 0,28 = −11 𝑑𝐵 

Perhitungan Teori Osilator Jembatan Wien 𝟏

fosc = 𝟐𝝅𝑹𝑪 𝟏

= 𝟐𝝅(𝟏.𝟏𝟎𝟑 𝒙𝟎,𝟏.𝟏𝟎−𝟔 ) 𝟏

= 𝟔,𝟐𝟖.𝟏𝟎−𝟓 𝟏𝟎𝟓

= 𝟔,𝟐𝟖 = 15,923.56 𝐻𝑧 = 15 𝑘𝐻𝑧

Analisa Percobaan Jaringan Lead Lag Pada percobaan jaringan lead lag tidak akan ditemukan titik cut off 0,707 atau -3 dB. Titik terendah akan selalu berada pada nilai output 2,8 V yang menghasilkan nilai AV dB sebesar -11 dB, dimana pada titik ini grafik akan berada pada titik tertinggi dan output tertinggi akan berada pada titik 3,6 V yang menghasilkan nilai AV dB sebesar -8,8 dB, dimana pada titik ini grafik akan berada pada titik terendah.

Analisa Percobaan Osilator Jembatan Wien Nilai frekuensi fo adalah sebesar 15 kHz, sedangkan pada osiloskop sebesar 103,7 Mhz. Hal ini dikarenakan adanya osilasi pada rangkaian yang ditimbulkan dari perputaran potensiometer. 1.1.Kesimpulan Pada percobaan jaringan lead lag, nilai cut off tidak bisa mencapai titik -3 dB dikarenakan terdapat proses penguatan tegangan yang secara teori sebesar 0,33. Pada percobaan osilator jembatan wien juga mengalami penguatan, dimana menyebabkan hasil perhitungan teori akan sangat berbeda dengan nilai output oscillator karena penguatannya bisa diatur dengan potensiometer hingga mencapai titik osilasi. Pada percobaan osilator jembatan wien juga mendapat pengaruh penguatan dari inputan 15V pada komponen op-amp.

LAMPIRAN 1. Gambar Hasil Percobaan

Gambar 4.11 Modul Osilator Jembatan Wien Diberi jumper untuk menjadikan ke rangkaian osilator jembatan wien

Jumper untuk menghubungkan rangkaian jaringan lead lag

Input positif 15V dari power supply (rangkaian osilator jembatan wien)

Input dari function generator (rangkaian jaringan lead lag)

Output menuju oscilloscope (rangkaian jaringan lead lag)

Input negatif 15V dari power supply (rangkaian osilator jembatan wien)

Gambar 3.12 Modul Osilator Jembatan Wien Setelah Dirangkai

Output menuju oscilloscope (rangkaian osilator jembatan wien)

Tabel 4.1 Pengukuran Vr Sebelum Ber-osilasi

Pengukura

Frekuens

n

i

AV Vpp (Volt)

(dB )

4 kHz

2,8

-11

3 kHz

3,2

-9,8

Atas

2,5 kHz

-9,3

2,3 kHz

-9,3

2 kHz

-8,8

Bawah

1,7 kHz

-8,8

1,5 kHz

-8,8

1,2 kHz

-8,8

1 kHz

-9,8

800 Hz

-9,8

500 Hz

-11

Tabel 4.2 Tabel Hasil Percobaan Osilator Jembatan Wien Langkah ke

Bentuk Signal Teori

3 15 kHz

Oscilloscope