Fig. 14.40

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan bahan

4. Dasar Teori

5. Prinsip Kerja

6. Problem

7. Soal Latihan

8. Percobaan

9. Download File

 

1. Pendahuluan (kembali)

Rangkaian osilator adalah suatu sistem elektronik yang dapat menghasilkan sinyal periodik tanpa adanya masukan sinyal eksternal yang terus-menerus. Osilator memainkan peran penting dalam berbagai perangkat elektronik seperti radio, komputer, instrumen pengukuran, dan peralatan komunikasi. Dalam praktiknya, osilator menghasilkan sinyal berupa gelombang sinusoidal, gelombang persegi, atau bentuk gelombang lainnya.

Osilator bekerja berdasarkan prinsip umpan balik (feedback), di mana sebagian dari sinyal output dikembalikan ke input. Jika kondisi tertentu terpenuhi, osilator dapat menghasilkan sinyal dengan frekuensi dan amplitudo tertentu secara berkelanjutan. Dua tipe osilator yang sering digunakan dan menjadi fokus dalam praktikum ini adalah Phase-Shift Oscillator dan Wien Bridge Oscillator.

Simulasi menggunakan software Proteus memungkinkan visualisasi sinyal dan pemahaman lebih mendalam terhadap perilaku dan karakteristik masing-masing osilator. Melalui simulasi ini, kita juga dapat mengamati pengaruh komponen terhadap frekuensi osilasi dan kestabilan sinyal yang dihasilkan.

2. Tujuan (kembali)

1. Menganalisis prinsip kerja rangkaian osilator dengan umpan balik positif.

2. Mendesain dan mensimulasikan Phase-Shift Oscillator dan Wien Bridge Oscillator menggunakan Proteus.

3. Mengamati bentuk gelombang keluaran dari masing-masing osilator.

4. Menentukan frekuensi osilasi yang dihasilkan berdasarkan nilai komponen.

5. Membandingkan karakteristik kedua jenis osilator.

3. Alat dan Bahan (kembali)

• LM-741

• Diode

• Oscilloscope

• Ground

• Capacitor

• Resistor

• Battery

• AC Generator

4. Dasar Teori (kembali)

4.1 Prinsip Umpan Balik Positif

Osilator bekerja dengan menggunakan prinsip umpan balik positif, yaitu pengembalian sebagian output ke input dengan fasa yang tepat (0° atau kelipatan 360°). Menurut kriteria Barkhausen, untuk menciptakan osilasi:

• Total pergeseran fasa dalam loop tertutup harus 0° atau 360°.

• Penguatan loop (loop gain) harus ≥ 1.

Jika kedua kondisi ini terpenuhi, rangkaian akan mulai menghasilkan osilasi bahkan dengan gangguan kecil dari noise.

4.2 Phase-Shift Oscillator

Phase-Shift Oscillator menggunakan tiga jaringan RC seri yang masing-masing menghasilkan pergeseran fasa sebesar 60°, total 180°. Jaringan ini dihubungkan ke input inverting dari op-amp yang memberikan tambahan pergeseran fasa 180°, menghasilkan total 360° yang dibutuhkan.

Frekuensi osilasi ditentukan oleh:

Rangkaian ini stabil dan sederhana, tetapi memerlukan penguatan minimum agar osilasi bisa dipertahankan (sekitar 29 kali dari op-amp).

4.3 Wien Bridge Oscillator

Wien Bridge Oscillator menggunakan dua jaringan RC yang terdiri dari high-pass dan low-pass filter. Rangkaian ini menghasilkan umpan balik maksimum hanya pada satu frekuensi tertentu, di mana fasa dan penguatan berada dalam kondisi optimal.

Frekuensi osilasi:

Agar osilasi terjadi, penguatan op-amp harus diatur agar sama atau sedikit lebih dari 3. Untuk menjaga amplitudo stabil, digunakan metode pengaturan gain otomatis seperti dengan bohlam atau NTC thermistor yang responsif terhadap arus dan suhu.

5. Prinsip Kerja [kembali]

Noise awal internal dalam rangkaian diperkuat oleh op-amp. Output op-amp ini kemudian masuk ke jaringan 3 buah RC seri (masing-masing memberikan pergeseran fasa ±60°), dan sinyal umpan balik ini kembali ke input non-inverting op-amp. Karena jumlah pergeseran fasa dari tiga tahap RC adalah sekitar 180°, ditambah 180° dari pembalikan op-amp, maka syarat fasa terpenuhi. Rangkaian juga disetel agar gain op-amp cukup besar (biasanya A ≥ 29) untuk menggantikan rugi-rugi dalam jaringan RC dan memastikan osilasi berkelanjutan.

Sebagai hasilnya, rangkaian ini akan menghasilkan sinyal sinusoidal kontinu pada output op-amp, tanpa perlu sumber input eksternal. Frekuensi osilasi ditentukan oleh nilai resistor dan kapasitor dalam jaringan RC, sesuai dengan rumus:

$$f = \frac{1}{2\pi RC\sqrt{6}}$$

Dengan demikian, rangkaian ini bekerja sepenuhnya otomatis dan stabil sebagai sumber gelombang sinus pada frekuensi tertentu.

6. Problem [kembali]

1. Tidak terjadi osilasi akibat nilai penguatan op-amp yang tidak memenuhi syarat Barkhausen.
2. Frekuensi output tidak sesuai dengan perhitungan karena toleransi komponen atau kesalahan dalam konfigurasi jaringan RC.
3. Amplitudo output tidak stabil pada Wien Bridge Oscillator karena tidak adanya pengatur gain otomatis.

7. Soal Latihan [kembali]                                                                                                           

1. Hitunglah frekuensi osilasi dari Phase-Shift Oscillator dengan R = 10 kΩ dan C = 0.01 µF.
   Jawaban:
   Menggunakan rumus:
   f = 1 / (2πRC√6)
   f = 1 / (2 × 3.14 × 10 × 10³ × 0.01 × 10⁻⁶ × √6)
   f ≈ 649 Hz

2. Tentukan nilai kapasitor yang dibutuhkan agar Wien Bridge Oscillator menghasilkan frekuensi 1 kHz dengan R = 10 kΩ.
   Jawaban:
   f = 1 / (2πRC) → C = 1 / (2πfR)
   C = 1 / (2 × 3.14 × 1000 × 10 × 10³) ≈ 1.59 × 10⁻⁸ F
   C ≈ 15.9 nF

3. Jelaskan mengapa penguatan lebih dari 3 diperlukan pada Wien Bridge Oscillator untuk memulai osilasi, dan bagaimana menjaga amplitudo agar tetap stabil.
   Jawaban:
   Karena jaringan umpan balik Wien Bridge hanya memberikan penguatan maksimum sebesar 1/3, maka op-amp harus memiliki penguatan lebih dari 3 untuk memenuhi syarat Barkhausen. Agar amplitudo tetap stabil, digunakan pengatur gain otomatis seperti lampu bohlam atau thermistor NTC yang menyesuaikan resistansi berdasarkan arus/suhu.

8. Percobaan [kembali]

Video Simulasi

9. Download File [kembali]

Download Rangkaian [disini]

Datasheet op-amp [disini]

Datasheet resistor [disini]

Datasheet baterai [disini]

Datasheet LED [disini]

Datasheet Kapasitor [disini]