LAPORAN OSILATOR ,ELDAS II

LAPORAN PRAKTIKUM

ELEKTRONIKA FISIS DASAR II

“OSILATOR”

                                  OLEH

                   ADRIADIPA SAIDIN T

                             H211 10 008

                                 KEL. II

           ASISTEN: JONATHAN SAPAN

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR

2012

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 LATAR BELAKANG

                Praktikum osilator kali ini adalah suatu konsep pendalaman tentang elektronika analog yang mencakup beberapa aspek pengetahuan dasar tentang impedansi, reaktansi, resistansi, penguatan, umpan balik, penapisan, daerah kerja, stabilitas, control dan distorsi, baik elektronis, linieratis, harmonic, bahkan multiplikatif serta teori gelombang di dalam elektronika.

            Osilator elektronis adalah suatu rangkaian penguat yang dikondisikan agar dapat menghasilkan isyarat listrik periodic. Bentuk gelombang yang memegang peranan penting dewasa ini adalah sinusoida, gigi gergaji dan pulsa. Osilator bias 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 loop umpan balik positif. Jika sebagian dari keluaran penguat diumpan balikkan sefasa dengan masukan, maka masukan efektifnya ditingkatkan dan dengan demikian penguatan keseluruhannya semakin tinggi. Penguatan yang tinggi timbul dari penggunaan umpan balik positif dapat dipakai untuk memelihara amplitudo osilasi dengan penggantian kerugian-kerugian yang terjadi dalam jaringan penentu frekuensi.

Banyak rangkaian yang dapat dipakai untuk membangkitkan gelombang sinus. Dan yang paling populer adalah Osilator Clapp,Osilator Colpitt,Osilator kristal, dan jembatan Wien. 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.

I.2 RUANG LINGKUP

            Percobaan osilator ini meliputi beberapa pokok persoalan, yakni bagaimana pengaturan dalam penguatan dan umpan balik, bagaimana penapisan dan penalaan frekuensi isyarat suatu gelombang, bagaimana stabilitas suatu osilasi dan titik kerja serta daerah kerja sutu penguat, dan bagaimana mengetahui adanya distorsi harmonik yang terdapat pada suatu sistem osilasi.

I.3 TUJUAN PERCOBAAN

            Setelah melakukan percobaan ini, maka praktikan diharapkan mampu menguasai pengetahuan tentang:

1.      Pengaturan penguatan dan umpan balik

2.      Penapisan dan penalaan frekuensi isyarat suatu gelombang

3.      Stabilitas osilasi dan titik kerja serta daerah kerja sutu penguat

4.      Mengetahui adanya distorsi harmonik yang terdapat pada suatu sistem osilasi.

I.4 WAKTU DAN TEMPAT PERCOBAAN

Percobaan  ini dilaksanakan pada hari rabu tanggal 25 April 2012, pada pukul 13.30-16.30 WITA. Percobaan ini berlangsung di laboratorium Elektronika Fisis Dasar , Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Hasanuddin.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

            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. Osilator juga digunakan untuk menghasilkan isyarat horizontal dan vertikal untuk mengontrol berkas elektron pada pesawat TV. Masih banyak lagi penerapan rangkaian ini pada sistem lain seperti kalkulator, komputer dan transmiter RF.

Kita dapat mengelompokkan osilator berdasarkan metode pengoperasiannya menjadi dua kelompok, yaitu osilator balikan dan osilator relaksasi. Masing-masing kelompok memiliki keistimewaan tersendiri.

Pada osilator balikan, sebagian daya keluaran dikembalikan ke masukan 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.

Osilator relaksasi merespon piranti elektronik dimana akan bekerja pada selang waktu tertentu kemudian mati untuk periode waktu tertentu. Kondisi pengoperasian ini berulang secara mandiri dan kontinu. Osilator ini biasanya merespon proses pemuatan dan pengosongan jaringan RC atau RL. Osilator ini biasanya membangkitkan isyarat gelombang kotak atau segitiga. Aplikasi osilator ini diantaranya pada generator penyapu horizontal dan vertikal pada penerima TV. Osilator relaksasi dapat merespon aplikasi frekuensi-rendah dengan sangat baik.

Dasar-dasar Osilator

Diagram blok osilator balikan diperlihatkan pada gambar di bawah. 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.

Osilator Hartley

Osilator Hartley seperti pada gambar di bawah banyak digunakan pada rangkaian penerima radio AM dan FM. Frekuensi resonansi ditentukan oleh harga 1 T dan 1 C . Kapasitor 2 C berfungsi sebagai penggandeng AC ke basis 1 Q . Tegangan panjar 1 Q diberikan oleh resistor 2 R dan 1 R . Kapasitor 4 C sebagai penggandeng variasi tegangan kolektor dengan bagian bawah 1 T . Kumparan penarik RF ( 1 L ) menahan AC agar tidak ke pencatu daya. 1 L juga berfungsi sebagai beban rangkaian. 1 Q adalah dari tipe n-p-n dengan konfigurasi emitor bersama.

                                

           

Saat daya DC diberikan pada rangkaian, arus mengalir dari bagian negatif dari sumber lewat 1 R ke emitor. Kolektor dan basis keduanya dihubungkan ke bagian positif dari CC V . Ini akan memberikan panjar maju pada emitor-basis dan panjar mundur pada kolektor. Pada awalnya E I , B I dan C I mengalir lewat 1 Q . Dengan C I mengalir lewat 1 L , tegangan kolektor mengalami penurunan. Tegangan ke arah negative ini diberikan pada bagian bawah 1 T oleh kapasitor 4 C . 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 1 C . Tegangan ini juga diberikan pada 1 Q melalui 2 C . 1 Q akhirnya sampai pada titik jenuh dan mengakibatkan tidak terjadinya perubahan pada C V . Medan di bagian bawah 1 T akan dengan cepat habis dan mengakibatkan terjadinya perubahan polaritas tegangan pada bagian atas. Keping 1 C bagian atas sekarang menjadi negative sedangkan bagian bawah menjadi positif.

Muatan 1 C yang telah terakumulasi akan mulai dilucuti melalui 1 T melalui proses rangkaian tangki. Tegangan negatif pada bagian atas 1 C menyebabkan 1 Q berubah ke negatif menuju cutoff. Selanjutnya ini akan mengakibatkan C V membesar dengan cepat. Tegangan ke arah positif kemudian ditransfer ke bagian bawah 1 T oleh 4 C , memberikan balikan. Tegangan ini akan tertambahkan pada tegangan 1 C . Perubahan pada C V beragsur-angsur berhenti, dan tidak ada tegangan yang dibalikkan melalui 4 C . 1 C telah sepenuhnya terlucuti. Medan magnet di bagian bawah 1 L kemudian menghilang. 1 C kemudian termuati lagi, dengan bagian bawah berpolaritas positif dan bagian atas negatif. 1 Q 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. Rangkaian seperti pada gambar 17.8 termasuk osilator Shunt-fed Hartley.

Osilator Colpitts

                                    

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 inductor

Gambar di atas memperlihatkan rangkaian osilator Colpitts. Tegangan panjar untuk basis diberikan oleh 1 R dan 2 R sedangkan untuk emiitor diberikan oleh 4 R . Kolektor diberi panjar mundur dengan menghubungkan ke bagian positif dari CC V melalui 3 R . Resistor ini juga berfungsi sebagai beban kolektor. Transistor dihubungkan dengan konfigurasi emitor-bersama.

Ketika daya DC diberikan pada rangkaian, arus mengalir dari bagian negatif CC V melalui 4 R , 1 Q dan 3 R . Arus C I yang mengalir melalui 3 R menyebabkan penurunan tegangan C V dengan harga positif. Tegangan yang berubah ke arah negatif ini dikenakan ke bagian atas 1 C melalui 3 C . Bagian bawah 2 C bermuatan positif dan tertambahkan ke tegangan basis dan menaikkan harga B I . Transistor 1 Q akan semakin berkonduksi sampai pada titik jenuh.

Saat 1 Q sampai pada titik jenuh maka tidak ada lagi kenaikan C I dan perubahan C V juga akan terhenti. Tidak terdapat balikan ke bagian atas 2 C . 1 C dan 2 C akan dilucuti lewat 1 L dan selanjutnya medan magnet di sekitarnya akan menghilang. Arus pengosongan tetap berlangsung untuk sesaat. Keping 2 C bagian bawah menjadi bermuatan negatif dan keping 1 C bagian atas bermuatan positif. Ini akan mengurangi tegangan maju 1 Q dan C I akan menurun. Harga C V akan mulai naik. Kenaikan ini akan diupankan kembali ke bagian atas keping 1 C melalui 3 C . 1 C akan bermuatan lebih positif dan bagian bawah 2 C menjadi lebih negatif. Proses ini terus berlanjut sampai 1 Q sampai pada titik cutoff.

Saat 1 Q sampai pada titik cutoff, tidak ada arus C I . Tidak ada tegangan balikan ke 1 C . Gabungan muatan yang terkumpul pada 1 C dan 2 C dilucuti melalui 1 L . Arus pelucutan mengalir dari bagian bawah 2 C ke bagian atas 1 C . Muatan negatif pada 2 C secepatnya akan habis dan medan magnet di sekitar 1 L akan menghilang. Arus yang mengalir masih terus berlanjut. Keping 2 C bagian bawah menjadi bermuatan positif dan keping 1 C bagian atas bermuatan negatif. Tegangan positif pada 2 C menarik 1 Q dari daerah daerah cutoff . Selanjutnya C I 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” 1 C dan 2 C . Harga 1 C pada rangkaian ini jauh lebih kecil dibandingkan dengan C2 atau C1 C2 X > X . Tegangan pada 1 C lebih besar dibandingkan pada 2 C . Dengan membuat 2 C 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.

Osilator Kristal

            Kristal osilator digunakan untuk menghasilkan isyarat dengan tingkat kestabilan frekuensi yang sangat tinggi. Kristal pada osilator ini terbuat dari quartz atau Rochelle salt dengan kualitas yang baik. Material ini memiliki kemampuan mengubah energy listrik menjadi energi mekanik berupa getaran atau sebaliknya. Kemampuan ini lebih dikenal dengan piezoelectric effect.

            Kristal untuk osilator ini dilekatkan di antara dua pelat logam. Kontak dibuat pada masing-masing permukaan kristal oleh pelat logam ini kemudian diletakkan pada suatu wadah. Kedua pelat dihubungkan ke rangkaian melalui soket.

            Pada osilator ini, kristal berperilaku sebagai rangkaian resonansi seri. Kristal seolah-olah memiliki induktansi (L), kapasitansi (C) dan resistansi (R). Gambar osilator Kristal di atas memperlihatkan rangkaian setara dari bagian ini. Harga L ditentukan oleh massa kristal, harga C ditentukan oleh kemampuannya berubah secara mekanik dan R berhubungan dengan gesekan mekanik.

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

III.1 ALAT DAN BAHAN BESERTA FUNGSINYA

     Adapun alat dan bahan yang digunakan pada percobaan ini yaitu:

1.                  Catu daya berfungsi sebagai sumber tegangan arus searah.

2.                  Multimeter, digunakan untuk mengukur hambatan, arus dan tegangan

3.                  Papan PCB,digunakan sebagai wadah atau tempat memasang suatu rangkaian.

4.                  Kabel jumper, sebagai penghubung rangkaian jika letaknya jauh.

 

5.                  Sinyal generator, fungsinya untuk membangkitkan sinyal sebagai input pada osiloskop.

6.                  Osiloskop, fungsinya untuk menampilkan sinyal keluar dari rangkaian.

          

7.                  Resistor (sebagai hambatan) dan kapasitor (sebagai penyimpan muatan)

                      

8.                  Induktor Berfungsi sebagai lilitan kawat pada suatu wadah  yang dapat berintikan udara, besi ataupun ferit.

            

III.2  PROSEDUR PERCOBAAN

            Adapun prosedur percobaan yang dilakukan pada praktikum ini yaitu:

1)      Membuat rangkian Osilator dengan menggunakan komponen dan alat praktikum yang telah persiapkan.

2)      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.

3)      Setelah catu daya dan osiloskop di On maka dapat dilihat gelombang sinusoida yang dihasilkan pada layar osiloskop untuk mencari nilai frekuensinya.

4)      Mengganti kapasitor dengan kapasitor C₂ yang nilainya berbeda dengan kapasitor pertama sebanyak 2 kali dan mengulang prosedur 2-3,

5)      Mengganti resistir R_e dengan resistansi yang berbeda sebanyak 2 kali dan mengulang prosedur 2-3.

6)      Mencatat nilia frekuensi sesuai pada osiloskop.

7)      Menentukan nilai A sesuai dengan V_in dan V_out  nya.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

IV.1 HASIL

IV.1.1 Gambar Hasil Percobaan

1.      Gambar rangkaian

             

2.      Gelombang pada Osiloskop

a.       Kapasitor C₁                         b. Kapasitor C₂                  c. Kapasitor C₃

                                  

d. Resistor R₁                                  e. Resistor R₂                 f. Resistor R₃

                               

IV.1.2  Tabel Pengamatan

1.      Kapasitor

Kapasitor	Frekuensi osilasi
C1 = 10 µF	2 × 5.10-4  = 10-3 Hz
C2 = 47 µF	1,5 × 5.10-4  = 7,5.10-4 Hz
C3 = 100 µF	1,5 × 5.10-4  = 7,5.10-4 Hz

2.      Resistor

Resistor (KΩ)	Frekuensi osilasi
R1 = 10	2 × 5.10-4  = 10-3 Hz
R2  = 68	1,5 × 5.10-4  = 7,5.10-4 Hz
R3 =  22	1,5 × 5.10-4  = 7,5.10-4 Hz

3.      Tegangan keluaran dan tegangan masukan

Vin (volt)	Vout (volt)
4,5	10
6	15
7,5	17.5
9	20

IV.1.3 Pengolahan Data

            A = 20 log

Ø  A₁ = 20 log  = 20 log 2,22 = 20 × 0,34 = 6,8

Ø  A₂ = 20 log  = 20 log 2,5 = 20 × 0,39 = 7,9

Ø  A₃ = 20 log  = 20 log 2,33 = 20 × 0,36 = 7,35

Ø  A₄ = 20 log  = 20 log 2,22 = 20 × 0,34 = 6,8

IV.1.4 Grafik Hubungan Antara V_in dan V_out

IV.1.4 Pembahasan

            Pada praktikum ini menggunakan transistor, kapasitor, resistor, dan induktor sebagai komponen penyusun dalam rangkaian osilator yang dibuat. Adapun kapasitansi dari kapasitor yang digunakan yaitu 10 μ F, 47 µF, dan 100 µF. Sedangkan resistansi dari resistor yang digunakan yaitu 10 kΩ, 68 kΩ dan 22 kΩ. Rangkaian osilator yang pertama dibuat adalah rangkaian yang menggunakan kapasitor 10 µF, dimana dari rangkaian tersebut diperoleh frekuensi terjadinya osilasi sebesar f = 10^-3 Hz. Rangkaian osilator yang kedua dibuat adalah rangkaian yang menggunakan kapasitor 10µF, dimana dari rangkaian tersebut diperoleh frekuensinya sebesar f = 10^-3 Hz.  Sedangkan untuk kapasitor dan resistor kedua yang dipasang pada rangkaian menghasilkan frekuensi yang sama, yaitu sebesar   f = 7,5.10^-4 Hz .Bentuk isyarat keluaran dari kedua rangkaian osilator tersebut yaitu sama-sama berupa gelombang sinusoida. Akan tetapi, besarnya osilasi yang terlihat di osiloskop dari kedua rangkaian berbeda karena kapasitansi dari kapasitor yang digunakan berbeda pula. Semakin besar kapasitansi kapasitor yang digunakan pada rangkaian osilator, maka semakin besar frekuensi osilasi yang dihasilkannya. Tetapi pada percobaan ini tidak terlihat perbedaan yang signifikan, karena kapasitor dan resistor yang digunakan tidak berbeda jauh kapasitansi dan resistansinya.

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 f = 1/T . Kapasitansi kapasitor yang digunakan pada rangkaian osilator berbanding lurus dengan frekuensi osilasi yang dihasilkannya. Adanya distorsi harmonik adalah salah satu persyaratan utama bagi osilato rgelombang sinus.

V.2 SARAN

V.2.1 Laboratorium

            V.2. 1 Saran untuk laboraturium

·         Sebaiknya alat dan bahan di laboraturium diganti karena sudah banyak alat dan bahan yang tidak layak digunakan, agar hasil praktikum lebih akurat .

·         Sirkulasi udaranya perlu diperhatikan.

V.2. 2 saran untuk asisten

·         Cara menjelaskan sudah sangat bagus, penguasaan materi juga sudah bagus, sabar, perlu ditingkantkan,

·        Respon yang diberikan sudah sesuai waktunya

DAFTAR PUSTAKA

Dwihono, 1996, Rangkaian Elektronika Analog, PT.Elax Media; Jakarta.

Malvino, Albert Paul. 1996. Prinsip-prinsip Elektronika. Jakarta : Erlangga.

Reka, S. Rio, 1999, Fisika dan teknologi semikonduktor, PT. Pradnya Paramita;      Jakarta.

Suarga H, Bidayatul A, 2012, Penuntun Praktikum Elektronika Dasar 2. Universitas Hasanuddin : Makassar

Turner, Rufus. Rutherford, Brinton. 1995. 133 Rangkaian Elektronika. Jakarta : Gramedia.