Argi Kartika Candri

LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKAUNIT 5: OSILATOR GESER FASE

Nama: NIM: Kel. Hari/ Jam:

LABORATORIUM ELEKTRONIKA DASARJurusan Teknik Elektro & Teknologi InformasiFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS GADJAH MADA2013I. PENDAHULUANRangkaian osilator adalah sebuah rangkaian yang digunakan untuk menghasilkan sebuah gelombang (sinusoidal atau bukan) dengan frekuensi tertentu, dengan menggabungkan elemen-elemen aktif dan pasif. Suatu osilator memberikan tegangan keluaran dari suatu bentuk gelombang yang diketahui tanpa penggunaan sinyal masuk dari luar. Osilator mengubah daya arus searah (dc) dari catu daya ke daya arus bolak-balik (ac) dalam beban. Dengan demikian fungsi osilator berlawanan dengan penyearah yang mengubah daya DC ke daya AC.Suatu osilator dapat membangkitkan bentuk gelombang pada suatu frekuensi dalam batas beberapa siklus tiap jam sampai beberapa ratus juta siklus tiap detik. Osilator dapat hampir secara murni menghasikan gelombang sinusoidal dengan frekuensi tetap, ataupun gelombang yang hanya dengan harmonic. Osilator umumnya digunakan dalam pemancar dan penerima radio dan televisi, dalam radar dan dalam berbagai sistem komunikasi. Osilator bekerja dengan membandingkan frekuensi suatu gelombang dengan frekuensi referensi, dan melihat pola yang dihasilkan untuk kemudian memperkuat gelombang tersebut dengan feedback amplifier sehingga amplitudonya meningkat. Osilator digunakan sebagai frekuensi referensi dengan melihat pola Lissajous yang dihasilkan. Dua gelombang sinusoidal dengan frekuensi masing-masing akan menghasilkan pola-pola yang khas tergantung pada perbandingan frekuensi kedua gelombang tersebut. Dengan melihat pola yang dihasilkan dan dengan mengetahui frekuensi osilator, kita dapat menentukan frekuensi gelombangnya.Dalam suatu osilator, suatu resistansi negatif diberikan untuk kompensasi kehilangan-kehilangan (kebocoran) dalam rangkaian. Dalam osilator umpan-balik, umpan-balik positif dari luar cukup untuk membuat perolehan keseluruhan menjadi tidak terhingga dan memberikan resistansi negatif yang diperlukanuntuk menanggulangi peredaman alami dari osilator. Dalam osilator resistansi negatif terjadi umpan-balik positif dan berperan menghasilkan resistansi negatif yang diperlukan.Pada osilator, tidak ada sinyal yang diberikan dari luar. Sinyal awal untuk menyulut (trigger) osilasi biasanya diberikan oleh tegangan derau. Tegangan derau muncul sewaktu catu daya dihidupkan. Karena spektrum frekuensi derau sangat lebar, osilator selalu memiliki tegangan komponen pada frekuensi yang benar untuk bekerjanya osilator.Ada dua macam osilator berdasarkan bentuk gelombang yang dibangkitkan, yaitu : Osilator sinusoidal menghasilkan bentuk gelombang sinusoidal atau mendekati sinusoidal pada frekuensi tertentu.Contoh: osilator Colpitt, osilator Hartley, osilator Clapp, osilator geser fase dan osilator kristal. Osilator relaksasi (nonsinusoidal) adalah osilator dimana kondensator diisi sedikit demi sedikit dan dikosongkan dengan cepat. Osilator jenis ini menghasilkan bentuk gelombang bukan sinusoidal seperti gelombang segiempat dan gelombang gigi-gergaji.Contoh: osilator gelombang kotak, osilator gelombang segi tiga dan osilator gigi gergaji.Pada praktikum ini, praktikan merangkai dan menguji rangkaian osilator geser fase. Osilator geser fase terdiri atas rangkaian RC cascade sebagai rangkaian feedback-nya dan sebuah amplifier. Rangkaian feedback tersusun atas beberapa resistor dan kapasitor yang disusun secara kaskade untuk menghasilkan osilasi. Agar suatu amplifier dapat bekerja sebagai osilator, amplifier tersebut harus memenuhi kriteria sbb :1) Sinyal umpan balik dari keluaran ke masukan berada pada fase yang sama dengan masukan sebenarnya2) AB = 1, dimana A adalah nilai penguatan amplifier (gain) dan B adalah nilai umpan baliknya.Penguat umpan balik (feedback amplifier) adalah rangkaian penguat dimana sinyal output diumpankan kembali ke input. Osilator geser fase menghasilkan umpan balik positif dengan menggunakan penguat common emitter dan menambahkan pergeseren fase 180o umumnya dengan tiga rangkaian RC identik, yang berfungsi sebagai tapis lewat tinggi. Osilator ini menghasilkan pergeseran fase 180o hanya pada satu frekuensi :

Keuntungan dari osilator geser fase adalah : Mudah dan murah Stabilitas frekuensinya dapat diperbaiki (penambahan rangkaian RC) Tidak ada komponen induktif Modulasi dan demodulasi fase dan frekuensi mudahSedangkan, kekurangannya adalah : Keluarannya kecil karena umpan baliknya juga lebih kecil Rangkaian sulit untuk memulai osilasi di awal (trigger) Memerlukan Vcc yang tinggi untuk umpan balik yang besarOsilator geser fase banyak digunakan pada alat-alat musik, voice synthesis, piranti GPS, dan bekerja pada semua frekuensi audio.

II. ALAT DAN BAHANAlat dan bahan yang digunakan pada praktikum ini adalah sebagai berikut :Alat :1. Osiloskop (CRO)2. Multimeter digital3. SFG (Frequency Generator)4. Power Supply PS4455. Capit buaya6. Kabel probeBahan :1. Lima buah resistor dengan beban sebagai berikut :R1=82K, R2=15K, RC =3300, RE =220, R =1200 2. Empat buah kapasitor dengan spesifikasi sebagai berikut :3 buah kapasitor 50nF, satu buah kapasitor CE 47F//25V3. Transistor FCS9013 (1 buah)4. Kabel jumper5. Papan bread board

III. ANALISA RANGKAIAN

Rangkaian yang diuji oleh praktikan disini adalah rangkaian osilator geser fase dengan rangkaian penguat Common Emitter atau Voltage Divider Bias. Transistor yang digunakan adalah Fcs9013 dengan Hfe 194 kali. Pada transistor, emitter diberi tegangan lebih rendah dari kolektor. Hambatan R1, R2, RC, RE, dan Ce membentuk penguat pembalik Common Emitter (Common Emitter Inverting Amplifier). Hambatan R1, R2 membentuk sirkuit untuk memisahkan voltage (voltage divider network) dan juga sebagai R input. Apabila dikombinasikan dengan kapasitor, C1/R1 dan C2/R2 berfungsi sebagai elemen penggeseran (phase lead network) dan menghasilkan pergeseran 180o. C3 berfungsi mengumpankan balik keluaran kembali ke basis transistor (menunjukkan fungsi penguat sebagai penguat umpan balik). RC berfungsi menyediakan prasikap kolektor dan sebagai tempat diumpankannya stabilisasi suhu oleh Re (dihubungkan ke kolektor). CE adalah emitter bypass capacitor, yang berfungsi untuk melewatkan komponen frekuensi yang dihasilkan pada emitter ke ground. Kapasitor ini sangat berperan untuk menstabilkan besar penguatan karena jika komponen-komponen frekuensi diperbolehkan melewati resistor Re, tegangan di Re akan menurun; sehingga terjadi umpan balik negatif dan nilai penguatan menjadi lebih kecil. Karena dihubungkan ke kaki emitor, CE berfungsi menghubungsingkatkan sinyal AC emitor ke ground. Kapasitor tersebut dihubungkan secara paralel dengan resistor yang ada pada emitor agar Re tidak mempengaruhi operasi AC pada rangkaian. Dengan pemasangan kapasitor ini, sinyal pada kaki emitor nantinya adalah sinyal DC murni yang berbentuk garis lurus bila dilihat osiloskop.

IV. HASIL PENGUJIAN 1. Pengujian tegangan DC Osilator Geser Fase (dengan Multimeter)Vcc = 5,62 VV1 = 4,83 VV2 = 0,79 VVc = 2,89 VVe = 0,16V2. Pengujian Gelombang Osilator Geser Fase (dengan CRO)

V out 1 = 3,6 VppV out 2 = 0,64 Vpp V out 3 = 0,11 VppV out 4 = 0,08 Vpp

V Out 1

V Out 1V Out 2

V Out 1V Out 3

V Out 1V Out 4

3. Pengujian Lissajous Osilator Geser Fase

NoGambar dan PerbandinganFrekuensi AFG

1

1 banding 1

49,956 Hz

21 banding 317,8 Hz

32 banding 334,1 Hz

43 banding 436,6 Hz

Frekuensi osilator yang dibuat = 49,956 Hz (diambil dari frekuensi 1 banding 1)

4. Pengujian Beda Fase Osilator Geser Fase

Gambar V Out 1 V Out 1Gambar V Out 1 V Out 2Gambar V Out 1 V Out 3

Yo00,60,2

Ym0,680,80,4

V. ANALISA PENGUJIAN1. Pengujian Tegangan DC dan Bentuk Gelombang Osilator Geser Fase Pada pengujian ini, digunakan tegangan masukan 6 Volt pada Power Supply. Dengan demikian, dapat dihitung nilai tegangan maksimum = . Kemudian dari pengukuran, dapat dilihat nilai Vcc = 5,62 V. Secara teoritis nilai Vcc sama dengan tegangan masukan yang diberikan (6 V), tetapi terjadi galat pengukuran sehingga nilai yang terukur 5,62V. Ini dapat dikarenakan berbagai faktor teknis, seperti kesalahan pada power supply dan efisiensi rangkaian yang rendah. Karena Vcc < Vmaksimum, pengukuran dianggap benar. Untuk menghitung Ve, dapat digunakan rumus :

Dengan asumsi

Dari hasil pengujian, didapatkan hasil . Terdapat galat sebesar 6,5%.

Kemudian dilakukan perhitungan pada Ib, Ic, Ie, I1, I2, V1, V2 dengan penurunan hukum Kirchoff :

atau

Nilai V1 yang diperoleh dari pengujian = 4,83 VGalat = 1,66 %

Nilai V2 yang diperoleh dari pengujian = 0,79 VGalat = 10 %

Untuk menghitung Vc, pertama-tama akan dihitung nilai .

Nilai Ic dianggap mendekati Ie sehingga Ic Ie Vcc dapat dihitung dengan rumus :

Nilai Vc yang diperoleh dari pengujian = 2,89 VGalat = 11,42 %

Dari perhitungan diatas terlihat bahwa nilai I dan V tidak sesuai dengan hasil pengujian (terdapat galat). Ini dikarenakan sifat osilator geser fase yang memberikan keluaran kecil karena umpan baliknya juga kecil dan pengaruh loading effect pada rangkaian.

2. Pengujian Gelombang Osilator Geser Fase (dengan CRO)Dari pengamatan menggunakan osiloskop dapat diketahui nilai tegangan peak to peak masing-masing gelombang output sebagai berikut :V out 1V out 2V out 3V out 4

3,6 Vpp0,64 Vpp0,11 Vpp0,08 Vpp

Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa tegangan keluaran semakin kecil. V out 1 adalah tegangan darisambungan kaki kolektor dan kapasitor C1. V out2 adalah tegangan dari sambungan antara kaki kapasitor C1, C2 dan resistor R, dimana Vout2 < V out1. Vout3 adalah tegangan dari sambungan antara kapasitor C2, C3 dengan resistor R, dengan hubungan Vout3 < Vout2 < Vout1. V out 4 adalah tegangan dari sambungan antara kaki basis dan kapasitor C2, dengan besar tegangannya V out4 < Vout3 < Vout2 < Vout1. Dengan demikian disimpulkan bahwa semakin banyak kapasitor yang dilalui semakin kecil pula tegangan yang diukur setelah melalui kapasitor tersebut. Pemasangan kapasitor juga mempengaruhi nilai beda fase yang grafiknya terlihat pada CRO sehingga terjadi pergeseran gelombang bila dibandingkan dengan V out 1.

3. Pengujian Lissajous Osilator Geser Fase

Pada pengujian ini, praktikan menguji frekuensi osilator dengan menggunakan CRO. Frekuensi tersebut dihitung dari rata-rata frekuensi osilator pada hasil pengujian. Frekuensi pembangkit dapat dihitung ulang dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

Dengan demikian frekuensi pembangkit untuk , , dapat dihitung menjadi :Galat = 7,87%Galat = 2,4%Galat = 2,13%

Frekuensi osilator :

Pada hasil perhitungan diatas, dapat dilihat bahwa hasil perhitungan tidak akurat. Ini dapat disebabkan oleh kesalahan rangkaian, kabel probe yang tidak terpasang dengan sempurna serta kelalaian praktikan . 4. Pengujian Beda Fase Osilator Geser Fase

Pada pengujian ini, praktikan mengukur beda fase V out 1, V out2, dan V out3 dengan menggunakan CRO seperti pada lampiran. Pengujian dilakukan dengan dua keluaran sekaligus, untuk melihat pergeseran fase dari Vout1. Pergeseran fase tersebut dapat dihitung secara teoritis dengan menggunakan rumus :

Dimana Yo adalah nilai pada sumbu y dimana gambar yang dihasilkan memotong sumbu y dan Ym adalah nilai puncak dari gambar yang dihasilkan.

Dengan demikian nilai pergeseran fase untuk tegangan keluaran dapat dihitung menjadi :

Dari perhitungan diatas, dapat dilihat bahwa hasil pengukuran tidak akurat karena nilai pergeseran fase dan tidak sesuai dengan harapan. Nilai sesuai karena entitas yang diuji sama ( Vout1 dengan V out1) sehingga memang tidak ada pergeseran fase. Seharusnya, menggeser sebesar 60o dan bergeser sebesar 180o sehingga gambarnya menjadi : V out 1 V out 1V out 1 V out 2V out 1 V out 3

Perbedaan hasil pengukuran ini dapat disebabkan oleh kelalaian praktikan dalam membaca alat ukur, karena pengukuran Yo dan Ym tidak menggunakan kursor sehingga tidak akurat.

VI. KESIMPULANKesimpulan yang dapat diambil dari praktikum ini adalah sebagai berikut :1. Osilator adalah salah satu rangkaian penguat umpan balik yang digunakan sebagai referensi saat menentukan frekuensi suatu gelombang.2. Rangkaian osilator geser fase menggunakan penguat common emitter dengan bypass capacitor.3. Tegangan dan arus pada suatu rangkaian dapat dihitung dengan menganalisis tegangan DC rangkaian.4. Nilai Vpp dan beda fase gelombang dipengaruhi oleh sambungan resistor dan kapasitor yang bersesuaian, dimana semakin banyak kapasitor yang dilalui tegangan keluarannya semakin kecil. 5. Pergeseran fase pada osilator geser fase dapat dihitung dengan rumus :

Fase dan amplitudo gelombang yang dihasilkan setiap terminal keluaran berbeda satu sama lain, dan fase gelombang dua terminal yang berdekatan adalah 60o. Beda fase kedua gelombang dapat diketahui dengan melihat pola yang dihasilkan kedua gelombang tersebut saat dilihat dengan osiloskop.6. Pendekatan Lissajous adalah pendekatan dengan mencari pola-pola tertentu yang menggambarkan perbandingan frekuensi antar dua gelombang.Frekuensi pembangkit osilator dapat dihitung dengan rumus :

7.

VII. JAWABAN PERTANYAAN 1. Faktor apa saja yang mempengaruhi frekuensi pada kapasitor yang anda uji?2. Sebutkan beberapa osilator yang anda ketahui?3. Sebutkan komponen elektronis yang dapat menimbulkan frekuensi sesuai dengan speknya?4. Rancanglah osilator dengan frekuensi 1500 Hz.Jawaban :1. Frekuensi osilator dipengaruhi oleh faktor-faktor sebagai berikut : Resistansi resistor R Kapasitansi kapasitor C1, C2 dan C3 Ripple Voltage Power SupplySesuai dengan rumus : 2. Jenis-jenis osilator berdasarkan bentuk gelombang yang dihasilkan : Osilator Sinusoidal : Osilator jenis ini menghasilkan bentuk gelombang keluaran sinusioidal atau mendekati sinusoidal pada frekuensi tertentu.Contoh: Osilator Armstrong, Osilator Hartley, Osilator Colpits, Osilator Clapp, Osilator Geser Fase, Osilator Kristal dan Osilator Jembatan Wien Osilator Relaksasi : Osilator jenis ini menghasilkan bentuk gelombang bukan sinusoidal seperti gelombang segiempat dan gelombang gigi gergajiContoh: Multivibrator, IC5553. Komponen yang mempengaruhi frekuensi osilator antara lain : Nilai resistansi resistor R Nilai kapasitansi kapasitor C1, C2 dan C3 Induktor4. Pertama-tama dilakukan penghitungan RC sebagai berikut :, sehingga dan