LAPRAK LIMAA

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. PENDAHULUAN1. Tujuan Praktikuma. Mengetahui prinsip kerja osilator geser fase.b. Mengetahui perbedaan masing-masing gelombang ouput osilator geser fase.c. Mengetahui dan dapat melakukan analisis gelombang Lissajous yang terbentuk dari osilator geser fase.d. Mampu melakukan analisis terhadap grafik beda fase yang terbentuk.2. Landasan TeoriRangkaian 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 :1. Osiloskop (CRO)2. Multimeter3. AFG (Frequency Generator)4. Power Supply PS4455. Capit buaya6. Kabel probe7. Lima buah resistor dengan beban sebagai berikut :R1=82K, R2=15K, RC =3300, RE =220, R =1200 8. Empat buah kapasitor dengan spesifikasi sebagai berikut :3 buah kapasitor 50nF, satu buah kapasitor CE 47F//25V9. Transistor FCS9013 (1 buah)10. Kabel jumper11. Papan bread boardIII. ANALISIS RANGKAIAN

Rangkaian yang kami uji disini adalah rangkaian osilator geser fase dengan rangkaian penguat Common Emitter atau Voltage Divider Bias. Transistor yang kami gunakan adalah Fcs 9013. Tegangan yang diberikan di emitter lebih rendah daripada yang diberikan pada kolektor. Hambatan R1, R2, RC, RE, Ce membentuk penguat pembalik Common Emitter. Resistor R1 dan R2 di rangkaian berguna sebagai pembagi tegangan dan juga bisa sebagai R input. Apabila dikombinasikan dengan kapasitor, C1/R1 dan C2/R2 akan berguna untuk elemen penggeseran dan menghasilkan pergeseran sejauh 180o. Kapasitor C3 berguna sebagai feedback atau umpan balik keluarankembali ke basis transistor. Resistor Rc digunakan untuk 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.Pengukuran tegangan Vcc dilakukan dengan probe pada multimeter dihubungkan dengan Vinput positif dan negatif. Nilai Vcc akan diatur sedemikian rupa sehingga bentuk gelombang Vout 4 harus terbentuk sinus. Pengukuran tegangan pada V1 yaitu dengan menghubungkan probe multimeter antara kaki basis dengan kaki pada R1 yang terhubung pada VDC+. Serta untuk pengukuran tegangan V2 di lakukan dengan menghubungkan probe multimeter antara kaki basis dengan kaki pada R2 yang terhubung pada VDC-. Selanjutnya pengukuran tegangan VC dapat dilakukan dengan menghubungkan probe multimeter pada kaki Colector dengan ground. Kemudian pengukuran tegangan VE, dilakukan dengan menghubungkan probe multimeter pada kaki Emittor dan ground.Pengujian Voutput ini menghasilkan gelombang sinus. Saat Voutput dilewatkan pada kapasitor, maka tegangannya aka menjadi lebih kecil, gelombangnya bergeser dan berbentuk sinus yang belum sempurna. Maka dari itu, untuk membuat gelombang sinus yang sempurna pada Voutput yang terletak pada setelah melewati kapasitor, nilai Vcc di ubah ubah hingga Voutput membentuk sinusoidal. Hal itu di lakukan hingga Voutput 4, sehingga nilai Vcc yang di gunakan pada rangkaian di dapat setelah di lakukan pengujian gelombang.Analisis menurut gambar yang tersedia :

Loop abcdea :

I2 . R2 + I1 .R1 Vcc = 0I2 . R2 + I1 .R1 = Vcc (I)

Loop abcBEa

I2 . R2 VBE IE . RE = 0I2 . R2 = VBE + IE . RE (II)Pada titik C :

I2 + IB - I1 = 0 I2 + IB = I1 (III)

Pada titik B

IE IB IC = 0 IE = IB + IC (IV)

Hubungan antara IB dan IC IC = hfe . IB (V)

Substitusikan persamaan V ke persamaan IVIE = IB . (1 + hfe ) (VI)

Substitusikan persamaan III ke persamaan I (VII)

Substitusikan persamaan III danVI ke persamaan II (VIII)

Selanjutnya dari persamaan VII dan VIII didapat persamaan berikut

Tegangan pada Emittor adalah

Dari persamaan tersebut akan menjadi :

Jika

1. Pengujian Lissajous Osilator Geser Fase

Pengujian yang kami lakukan adalah untuk melihat grafik lissajous yang dihasilkan oleh beberapa gelombang. Pengujian kali ini di lakukan denga cara menghubungkan antara CRO, AFG dan rangkaian osilator yang di rangkai. Pengujian di sini di lakukan untuk mencari nilai frekuensi yang di hasilkan dari AFG agar terbentuk gambar Lissajous yang di inginkan. Terdapat 4 gambar lissajous dengan beberapa perbandingan yang akan di cari nilai frekuensi. Gambar pola lissajous yang akan di cari nilai frekuensi nya adalah sebagai berikut:

Percobaan pertamaPercobaan Kedua

1:1 1:3

Percobaan ketigaPercobaan keempat

2:33:4

Frekuensi yang dihasilkan pada osilator dipengaruhi oleh resistor dan juga kapasitor. Frekuensi osilator yang terbentuk sama dengan frekuensi yang pada saat terbentuk gambar lissajous dengan perbandingan 1 : 1. Karena frekuensi osilator di pengaruhi oleh resistor dan kapasitor, maka frekuensi osilator dapat di cari dengan persamaan sebagai berikut:(Hz)

2. Pengujian Beda Fase Osilator Geser Fase

Kami menguji perbedaan fase disini adalh membandingkan keluaran Vout1 dengan Vout lainnya yang ditampilkan pada CRO. Pada CRO mode yang dihunakan menjadi gambar dengan bentuk X-Y, maka akan terbentuk pola elips. Elips kedua akan berubah bentuk dan sudut posisinya dari elips pertama. Bentuk dan sudut tertentu akan muncul untuk pergeseran fase tertentu. Dari gambar yang di hasilkan, akan muncul Ym dan Yo. Ym adalah nilai pada elips yang menjadi titik maksimal di tinjau dari koordinat Y. Sedangkan Yo adalah nilai pada elips dimana saat memotong garis Y. Pengukuran nilai beda fasenya dapat di cari dengan perhitungan arcsin dari Yo/Ym.

IV. HASIL PENGUJIAN

1. Pengujian tegangan DC Osilator Geser Fase (dengan Multimeter)Vcc minimal = 1,08 VVcc maksimal = 7,84 VVcc yang dipakai pengujian = 4,46 V

2. 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 VppV Out 1

V Out 1V Out 2

V Out 1

V Out 3

3. Pengujian Lissajous Osilator Geser Fase

NoGambar dan PerbandinganFrekuensi AFG

1

1 banding 1

324 Hz

21 banding 3812 Hz

32 banding 3455 Hz

43 banding 4411 Hz

Frekuensi osilator yang dibuat = 324 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

Ym2,20,60

V. ANALISA PENGUJIAN1. Pengujian Gelombang Osilator Geser Fase (dengan CRO)Pada pengujian ini, dilakukan dahulu pengujian untuk mengetahui Vcc maksimal dan Vcc minimal dari rangkaian. Vcc maksimal diukur pada Vout 1. Hal ini karena Vcc melewati lebih sedikit komponen daripada Vout 2 dan Vout 3, sehingga drop tegangannya paling sedikit. Sedangkan Vcc minimal terdapat di Vout 3, karena tegangan Vout 3 melewati lebih banyak komponen sehingga drop tegangannya turun lebih banyak.Hasil yang kami peroleh, dapat disimpulkan bahwa nilai Vpp dari Vout1 sampai Vout3 semakin kecil. Hal ini dikarenakan adanya impedans dari kapasitor, sehingga ketika melewati kapasitor, nilai tegangan akan turun. Pada gambar gelombang juga terlihat bahwa titik awal gelombang mengalami pergeseran (perbedaan fase), hal ini terjadi karena pada rangkaian terdapat kapasitor dan resistor yang memiliki kemampuan menggeser fase.2. Pengujian Lissajous Osilator Geser FasePada 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 :

Frekuensi osilator :

Pada hasil perhitungan diatas, dapat dilihat bahwa hasil perhitungan sangat jauh dari yang kami ujikan. Ini dapat disebabkan oleh kesalahan rangkaian, kabel probe yang tidak terpasang dengan sempurna serta kelalaian praktikan . 3. Pengujian Beda Fase Osilator Geser Fase

Pada pengujian ini, praktikan mengukur beda fase Vout1, Vout2, dan Vout3 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. KESIMPULAN1. 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. LAMPIRAN

JAWABAN PERTANYAAN 1. Sebutkan beberapa penguat menurut jenisnya!2. Dalam unit praktikum ini termasuk penguat kelas..... karena ..... jelaskan!3. Faktor apa saja yang mempengaruhi frekuensi pada osilator?4. Buatlah beberapa contoh rangkaian pembangkit frekuensi!Jawaban :1. a. Rangkaian Penguat Kelas APenguat transistor ini mempunyai titik kerja efektif setengah tegangan Vcc. Agar rangkaian siap bekerja menerima signal input maka penguat ini memerlukan bias awal. Penguat kelas A adalah penguat dengan efesiensi terendah tetapi memiliki cacat signal terkecil. Titik kerjanya diatur agar seluruh fase sinyal input diatur sedemikian rupa seehingga seluruh fase output selalu mengalir. Untuk mendapatkan titik kerja transistor tepat setengah tegangan Vcc, maka harus dilakukan sedikit perhitungan melalui pembagi tegangan yang terdiri dari dua buah resistor. Karena memiliki distorsi kecil, maka penguat kelas A dapat digunakan sebagai penguat awal sebuah sistem (Pre Amp).

b. Rangkaian Penguat Kelas B Titik kerja penguat kelas B berada dititik Cut-Off transistor dan bekerja berdasarkan tegangan bias dari sinyal input yang masuk. Penguat kelas B akan berada dalam kondisi OFF jika tidak ada signal input oleh karena itu maka penguat kelas B ini mempunyai efesinsi tinggi tetapi tidak dapat bekerja jika tegangan input kurang dari 0,6 Volt. Hal inilah yang menyebabkan signal cacat (distorsi). Karena bekerja pada level tegangan yang relatif tinggi (diatas 1 Volt), maka penguat kelas B cocok dipakai pada penguat akhir audio. Penguat kelas B ini dalam aplikasinya menggunakan sistem konfigusipush-pull yang dibangun oleh dua transistor.

c. Rangkaian Penguat Kelas CTitik kerja penguat kelas C berada di daerah Cut-Off transistor (mirip dengan penguat kelas B) tetapi hanya membutuhkan satu transistor untuk bekerja normal. Penguat kelas C dipakai untuk menguatkan signal pada satu sisi atau bahkan hanya puncak-puncak (peak to peak) signal saja. Penguat ini tidak memerlukan fidelitas, yang dibutuhkan adalah frekuensi kerja sinyal dan tidak memperhatikan bentuk sinyal. Penguat kelas C dipakai pada penguat frekuensi tinggi. Untuk membantu kerja biasanya sering ditambahkan sebuah rangkaian resonator LC yang terdiri dari induktor dan condensator. Penguat kelas C mempunyai efisiensi yang tinggi sampai 100 % namun dengan fidelitas yang rendah.

2. Termasuk kedalam penguat kelas A karena seluruh fase arus outputnya terus mengalir.3. Frekuensi osilator dipengaruhi oleh faktor-faktor sebagai berikut : Resistansi resistor R Kapasitansi kapasitor C1, C2 dan C3 Ripple Voltage Power SupplySesuai dengan rumus : 4. Contoh rangkaian pembangkit frekuensi :

Osilator BJT

Osilator Armstrong

Osilator Clapp

Osilator Hartley