Osilator

Osilator adalah piranti elektronik yang menghasilkan keluaran berupa isyarat tegangan. Bentuk isyarat tegangan terhadap waktu ada bermacam-macam, yaitu bentuk sinusoida, persegi (square), segitiga (triangular), gigi gergaji (sawtooth), atau denyut (pulsa). Osilator berbeda dengan penguat, oleh karena penguat perlu ada isyarat masukan untuk menghasilkan isyarat keluaran. Pada osilator tak ada isyarat masukan, hanya ada isyarat keluaran saja, yang frekuensi dan amplitudonya dapat dikontrol. Sering kali suatu penguat secara tak disengaja menghasilkan keluaran walaupun tak diberi isyarat masukan. Penguat ini dikatakan berosilasi dengan frekuensi yang nilainya tak dapat dikontrol.

Osilator digunakan secara luas sebagai sumber isyarat yang menguji suatu rangkaian elektronik. Osilator seperti ini disebut generator isyarat, atau generator fungsi bila isyarat keluarannya dapat mempunyai berbagai bentuk.

Osilator juga digunakan pada pemancar radio dan televisi, dan juga dalam komunikasi radio, gelombang mikro, maupun optik untuk menghasilkan gelombang elektromagnetik yang dapat ditumpangi berbagai informasi.

Pesawat penerima radio dan televisi juga menggunakan osilator untuk memprosesisyarat yang datang dengan mencampurnya dengan isyarat dari osilator lokal sehingga dihasilkan isyarat pembawa informasi dengan frekuensi lebih rendah. Isyarat yang terakhir ini dikenal sebagai  isyarat i.f (Intermediate Frequensi).

Osilator juga digunakan untuk deteksi dan menentukan jarak (detection and ranging) dengan gelombang mikro (radar) ataupun gelombang ultrasonik (sonar).

Selanjutnya hampir semua alat-alat digital dari jam tangan, kalkulator, komputer, alat-alat pembantu komputer, dan sebagainya menggunakan osilator.

Jelaskan bahwa osilator memegang peranan amat penting dalam dunia elektronik. Pada dasarnya ada tiga macam osilator, yaitu osilator RC, Osilator LC, dan osilator relaksasi. Dua yang pertama menghasilkan isyarat berbentuk sinusoida sedangkan osilator relaksasi menghasilkan isyarat persegi, segitiga, gigi gergaji atau pulsa.

1.      Tujuan Instruksional Umum

Setelah selesai mengerjakan seluruh modul ini, anda diharapkan telah memiliki kemampuan-kemampuan berikut:

a.       Menganalisis kerja rangkaian osilator dengan menyatakan fungsi komponen-komponen yang digunakan

b.      Menentukan frekuensi osilator, menentukan besar isyarat keluaran dari frekuensi yang ada.

2.      Tujuan Instruksional Khusus

Secara lebih terinci, setelah mengerjakan modul ini Anda, akan memiliki kemampuan-kemampuan berikut:

a.       Menganalisis kerja berbagai rangkaian osilator RC, yaitu osilator jembatan RC, osilator jembatan Wien, osilator T- Kembar.

b.      Menganalisis kerja berbagai rangkaia\n osilator LC, yaitu osilator Colpitt, Osilator Hartley, dan osilator kristal.

c.       Menganalisis kerja berbagai rangkaian osilator relaksasi, yaitu osilator lampu neon, osilator , dan osilator picu Schmitt.

3.      Kegiatan Belajar

3.1  Kegiatan Belajar 1

OSILATOR RC

3.1.1        Uraian dan Contoh

3.1.1.1  Pengantar

Osilator RC menggunakan hambatan (R) dan kapasitor (C) untuk menghasilkan isyarat berbentuk sinusoida. Frekuensi isyarat bergantung pada nilai R dan C. Orang biasanya menggunakan potensiometer untuk mengubah nilai frekuensi.

Untuk memahami kerja osilator terlebih dahulu kita harus faham tentang umpan balik, terutama umpan balik positif. Selanjutnya akan mudah memahami berbagai osilator seperti; osilator jembatan RC, Osilator Wien, dan osilator T-kembar.

3.1.1.2  Umpan Balik

Umpan balik adalah suatu cara untuk membuat agar penguat mempunyai perilaku tertentu dengan mengembalikan sebagian dar isyarat keluaran kepada masukan. Secara lambang hal ini dilukiskan pada gambar 1.

Kita lihat bahwa sebagian dari tegangan syarat keluaran, yaitu isyarat sebesar

Dimana:

Jadi,

Dengan:

Dikembalikan ke masukan. Besarnya  disebut faktor umpan balik. Apabila isyarat  lebih lemah dari , umpan balik disebut negatif, yaitu:

Apabila isyarat  lebih kuat , yaitu  umpan balik disebut positif.

Umpan balik negatif digunakan agar penguat lebih mantap, yaitu tak mudah berosilasi. Kita sudah menjumpai umpan balik negatif dalam penguat op-amp. Umpan balik juga digunakan pada penguat transistor.

Pada osilator digunakan umpan balik positif. Marilah kita periksa lebih jauh. Hubungan antara  dan  adalah melalui , atau penguat lingkar terbuka, yaitu:

Sedang perbandingan  dan  disebut penguat lingkar tertutup, yaitu

Untuk umpan balik positif

Sedang

Maka

Atau

Sehingga

Jika , maka

Apa artinya ini? Tanpa ada isyarat masukan akan dihasilkan isyarat keluaran. Peristiwa ini disebut osilasi. Hal ini sering juga terjadi pada penguat, yaitu sesuatu yang harus dihindari, oleh karena akan mengganggu fungsi penguat.

Namun kalau kita ingin membuat osilator keadaan di atas, justru diusahakan agar terjadi. Adanya umpan balik positif dan keadaan di mana  disebut kondisi osilasi.

3.1.1.3  Osilator Jembatan RC

Satu bentuk osilator jembatan RC adalah seperti pada gambar 2.

Gambar 2

Tampak bahwa ,  dan ,  membentuk rangkaian umpan balik positif yang reaktif, sehingga faktor umpan balik bergantung pada frekuensi. Pada osilator jembatan RC digunakan  dan . Frekuensi dapat diubah dengan mengubah   dan  .

Dimana impedansi pada rangkaian R-C seri (Z₁) adalah sebagai berikut:

pada rangkaian R-C seri, C tertingal 90^o dari R atau Xc tertingal 90^o dari R sehingga jika dinyatakan dengan diagram fasor menjadi:

sehingga impedansinya menjadi :

jika ,  sehingga .

.......................................................................(1)

Pada prinsipnya rangkaian paralel R-C sama dengan rangkaian seri R-C namun nilai impedansinya berbeda. Nilai inpedansi rangkaian paralel R-C (Z₂) adalah:

Dapat ditunjukkan bahwa pada nilai frekuensi sudut ,

sehingga  jadi

..........................................................................(2)

maka faktor umpan balik, yaitu:

Bila  dan   dapat ditunjukkan bahwa faktor umpan balik

  
 bila

 

Bila penguat lingkar terbuka  dibuat agar mempunyai nilai sama dengan 3, maka . Oleh  karena umpan balik bersifat positif, rangkaian elektronik ini akan berosilasi pada satu nilai frekuensi, yaitu . Penguatan lingkar terbuka  dapat diatur dengan mengubah potensiometer , sehingga kondisi osilasi terpenuhi.

3.1.1.4  Osilator Jembatan Wien

Suatu perbaikan dari osilator jembatan RC seperti yang baru dibahas adalah osilator jembatan Wien. Osilator jembatan Wien dapat dikontrol dengan menggunakan pengatur penguatan otomatik (Automatic Gain Control-AGC) agar mempunyai amplitudo yang konstan terhadap waktu.

Jembatan Wien adalah rangkaian seperti pada gambar 3, dan suatu osilator jembatan Wien dengan menggunakan op-amp.

Mustofa Abi Hamid

e-mail :abi.sma4@gmail.com

              abi.unila@yahoo.co.id