LAPORAN PRAKTIKUM OSILATOR

LAPORAN

ELEKTRONIKA FISIS DASAR 2

PRAKTIKUM OSILATOR

NAMA                      : HARIATI

NIM                         : H211 10 255

KELOMPOK               : V (LIMA)

TGL. PRAKTIKUM        : 16 APRIL 2012

ASISTEN                  : YONATHAN SAPAN

LABORATORIUM ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS HASANUDDIN

2012

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Osilator merupakan piranti elektronik yang menghasilkan keluaran berupa isyarat tegangan. Bentuk isyarat tegangan terhadap waktu ada bermacam-macam, yaitu bentuk sinusoidal, persegi, segitiga gigi gergaji, atau denyut. Osilator berbeda dengan penguat, oleh karena penguat memerlukan isyarat masukan untuk menghasilkan isyarat keluaran. Pada osilator, tak ada isyarat masukan, hanya ada isyarat keluaran saja, yang frekuensi dan amplitudonya dapat dikendalikan. Seringkali suatu penguat secara tak disengaja menghasilkan keluaran tanpa masukan dengan frekuensi yang nilainya tak dapat dikendalikan. Dalam hal ini, penguat dikatakan berosilasi.

Osilator bisa 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 umpan balik positif.

Rangkaian osilator menghasilkan arus bolak-balik (ac) dengan daya kurang dari satu watt sampai dengan ribuan watt. Bila diperlukan tegangan ac, frekuensi daya dan berdaya besar (10 sampai dengan 100 Hz), dapat digunakan berbagai jenis alternator elektromagnetik. Untuk frekuensi-frekuensi yang lebih tinggi di dalam daerah frekuensi-radio, digunakan rangkaian osilator transistor atau tabung.

I.2 Ruang Lingkup

Ruang lingkup pada praktikum ini meliputi pengukuran resistansi pada resistor berdasarkan warna cincin yang tertera pada resistor, membuat rangkaian osilator, mengamati isyarat keluaran dan mengukur frekuensi ( apabila nilai hambatan dan kapasitor pada rangkaian diganti, serta mengukur tegangan masukan dan keluaran.

I.3 Tujuan

Setelah melakukan praktikum ini, diharapkan telah mampu menguasai pengetahuan tentang:

-          Pengaturan penguatan dan umpan balik.

-          Penapisan dan penalaan frekuensi isyarat suatu gelombang.

-          Stabilitas osilasi dan titik kerja serta daerah kerja suatu penguat.

-          Adanya distorsi harmonik yang terdapat pada suatu sistem osilasi.

I.4 Waktu dan Tempat Praktikum

Praktikum Osilator ini dilakukan pada hari Senin, 16 April 2012, pukul 13.30-15.30 WITA, di Laboratorium Elektronika dan Instrumentasi, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Hasanuddin, Makassar.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Pendahuluan

Osilator adalah suatu rangkaian yang menghasilkan keluaran yang amplitudonya berubah-ubah secara periodik dengan waktu. Osilator merupakan piranti elektronik yang menghasilkan keluaran berupa isyarat tegangan. Bentuk isyarat tegangan terhadap waktu ada bermacam-macam, yaitu bentuk sinusoidal, persegi, segitiga, gigi gergaji, atau denyut. Osilator berbeda dengan penguat, oleh karena penguat memerlukan isyarat masukan untuk menghasilkan isyarat keluaran. Pada osilator tak ada isyarat masukan, hanya ada isyarat keluaran saja, yang frekuensi dan amplitudonya dapat dikendalikan. Seringkali suatu penguat secara tak disengaja menghasilkan keluaran tanpa masukan dengan frekuensi yang nilainya tak dapat dikendalikan. Dalam hal ini penguat dikatakan berosilasi.

Osilator digunakan secara luas sebagai sumber isyarat untuk menguji suatu rangkaian elektronik. Osilator seperti ini disebut pembangkit isyarat, atau pembangkit fungsi jika isyarat keluarannya dapat mempunyai berbagai bentuk.
Osilator juga digunakan untuk mendeteksi dan menentukan jarak dengan gelombang mikro (radar) ataupun gelombang ultrasonic (sonar). Selain itu, hampir semua alat digital seperti jam tangan, digital kalkulator, komputer, alat-alat pembantu komputer, dan sebagainya menggunakan osilator.

Pesawat penerima radio dan televisi juga menggunakan osilator untuk mengolah isyarat yang datang. Isyarat yang datang ini dicampur dengan isyarat dari osilator lokal sehingga menghasilkan isyarat pembawa informasi dengan frekuensi lebih rendah. Isyarat yang terakhir ini dikenal sebagai isyarat if (intermediate frequency).

            Pada dasarnya, ada tiga macam osilator, yaitu osilator RC, osilator LC, dan osilator relaksasi. Dua yang pertama menghasilkan isyarat berbentuk sinusoidal sedangkan osilator relaksasi menghasilkan isyarat persegi, segitiga, gigi gergaji atau pulsa.

II.2 Prinsip Rangkaian Osilator

Secara umum prinsip rangkaian osilator dibagi dua, yaitu Osilator Harmonisa dan Osilator Relaksasi.

A.    Osilator Harmonisa

Osilator harmonisa menghasilkan bentuk gelombang sinusoida. Osilator harmonisa disebut juga dengan Osilator Linear. Bentuk dasar osilator harmonisa terdiri dari sebuah penguat dan  sebuah filter yang membentuk umpan balik positif yang menentukan frekuensi output.

Prinsip osilator ini dimulai dengan adanya noise/desah saat pertama kali power dinyalakan. Noise/desah ini kemudian dimasukkan kembali ke input penguat dengan melalui filter tertentu. Karena hal ini terjadi berulang-ulang, maka sinyal noise akan menjadi semakin besar dan membentuk periode tertentu sesuai dengan jaringan filter yang dipasang. Periode inilah yang kemudian menjadi nilai frekuensi sebuah osilator.

Macam-macam osilator harmonisa/ sinus :

1. Osilator Amstrong

Osilator Amstrong

Osilator amstrong dinamai sesuai dengan nama penemunya Edwin Amstrong. Osilator amstrong terdiri dari sebuah penguat dan sebuat umpan balik rangkaian LC.

2. Osilator Hartley

Osilator Hartley

Osilator Hartley termasuk jenis osilator LC. Osilator Hartley tersusun dari dua buah induktor yang disusun seri dan sebuah kapasitor tunggal. Kelebihan osilator hartley adalah mudahnya mengatur nilai frekuensi yaitu dengan menempatkan sebuah kapasitor variabel pada komponen kapasitornya. Selain itu, amplitudo output osilator juga relatif tetap pada range frekuensi kerja penguat osilator.

3. Osilator Colpits

Osilator Colpits

Osilator Colpits termasuk jenis osilator LC. Osilator colpits tersusun dari dua buah kapasitor yang disusun seri dan sebuah induktor tunggal. Kelebihan osilator colpits adalah mudahnya mengatur nilai frekuensi yaitu dengan menempatkan sebuah induktor variabel pada komponen induktornya seperti halnya penggunaan kapasitor variabel pada osilator hartley. Amplitudo output osilator juga relatif tetap pada range frekuensi kerja penguat osilator.

4. Osilator Clapp

Osilator Clapp

Osilator Clapp termasuk jenis osilator LC. Osilator Clapp tersusun dari tiga buah kapasitor dan satu buah induktor. Konfigurasi osilator clapp sama dengan osilator colpits namun ada penambahan kapasitor yang disusun seri dengan induktor (L). Osilator Clapp diperkenalkan oleh James K. Clapp pada tahun 1948.

5. Osilator pergeseran Fasa

Osilator Pergeseran Fasa

Osilator pergeseran fasa termasuk jenis osilator RC. Pada osilator pergeseran fasa terdapat sebuah pembalik fasa total 180 derajat. Pembalik fasa ini di menggeser fasa sinyal output sebesar 180 derajat dan memasukkan kembali ke input sehingga terjadi umpan balik positif. Rangkaian pembalik fasa ini biasanya dibentuk oleh tiga buah rangkaian RC.

6. Osilator Kristal

Osilator Kristal

Osilator Kristal adalah osilator yang rangkaian resonansinya tidak menggunakanan LC atau RC melainkan sebuah kristal kwarsa. Rangkaian dalam kristal mewakili rangkaian R, L dan C yang disusun seri. Osilator Pierce ditemukan oleh George W. Pierce. Osilator Pierce banyak dipakai pada rangkaian digital karena bentuknya yang simpel dan frekuensinya yang stabil.

7. Osilator Jembatan Wien

Osilator Jembatan Wien

Osilator ini termasuk jenis osilator RC.  Osilator jembatan Wien disebut juga osilator  “Twin-T” karena menggunakan dua “T” sirkuit RC beroperasi secara paralel. Satu rangkaian adalah sebuah RCR “T” yang bertindak sebagai filter low-pass. Rangkaian kedua adalah CRC “T” yang beroperasi sebagai penyaring bernilai tinggi. Bersama-sama, sirkuit ini membentuk sebuah jembatan yang disetel pada frekuensi osilasi yang diinginkan. Sinyal di cabang CRC dari filter Twin-T yang maju, di RCR itu – tertunda, sehingga mereka dapat melemahkan satu sama lain pada frekuensi tertentu.

B.     Osilator Relaksasi

Osilator Relaksasi adalah osilator yang memanfaatkan prinsip saklar secara terus menerus dengan periode tertentu yang menentukan frekuensi output. Osilator relaksasi menghasilkan beberapa bentuk gelombang non sinus, yaitu : Gelombang kotak, segitiga, pulsa dan gigi gergaji.

Osilator relaksasi sederhana adalah sebuah multivibrator / flip-flop. Prinsipnya adalah mensaklar tagangan suply oleh sebuah komponen transistor atau FET.

Multivibrator

Osilator RC

Osilator ini menggunakan tahanan dan kapasitor sebagai penentu frekuensinya. Osilator ini sangat mudah untuk dibangun namun memiliki ketelitian frekuensi yang rendah. Rangkaian osilator RC yang paling sederhana dapat dibangun dengan menggunakan satu gerbang seperti yang diperlihatkan pada gambar.

Gambar Rangkaian osilator RC dengan inverter

Inverter yang digunakan adalah inverter yang dilengkapi dengan Schmitt Trigger. Fungsi Schmitt Trigger disini adalah untuk mempercepat transisi tegangan keluaran dan memberi efek hysteresis pada tegangan masukan.   Efek hysteresis ini dapat dilihat pada Gambar

Gambar Efek hysteresis pada inverter

Osilator Kristal

Seperti telah dinyatakan sebelumnya, pada beberapa aplikasi dibutuhkan clock dengan frekuensi yang sangat teliti. Clock seperti ini tidak dapat dibangkitkan dengan menggunakan osilator RC karena tingkat ketelitian osilator ini sangat rendah. Sebagai gantinya digunakan osilator kristal.  Disebut osilator kristal karena osilator ini menggunakan kristal kwarsa sebagai komponen penentu frekuensinya.  Kristal kwarsa memiliki frekuensi resonan yang ditentukan oleh ketebalannya. Umumnya frekuensi resonannya berbanding terbalik dengan ketebalannya.

Kelebihan dari kristal ini ialah frekuensi resonannya sangat akurat dan hanya sedikit terpengaruh oleh suhu ataupun komponen eksternal.  Oleh karena itu kristal ini sangat banyak digunakan pada peralatan yang membutuhkan osilator dengan frekuensi yang teliti.  Salah satu alat yang paling sering mengunakan osilator kristal adalah jam.  Ketelitian dari jam ditentukan oleh ketelitian frekuensi clock yang meng-increment-nya.  Jika frekuensi clock keitnggian maka jam akan menjadi terlalu cepat.  Sebaliknya jika frekuensi clock terlalu rendah maka jam akan terlalu lambat.  Oleh karena itu dibutuhkan osilator yang dapat membangkitkan pulsa clock yang sangat teliti agar jam tidak terlalu cepat atau terlalu lambat.

Osilator kristal dapat dibangun dengan menggunakan gerbang TTL ataupun CMOS.  Pada penggunaannya sebagai osilator kristal, gerbang-gerbang yang digunakan dipaksa untuk bekerja didaerah liniernya yang umumnya harus dihindari jika gerbang-gerbang ini digunakan sebagai perangkat logika.   Agar dapat berosilasi gerbang-gerbang ini harus bersifat sebagai penguat linier. Hal ini dapat dicapai dengan memberikan umpanbalik dari keluaran ke masukan suatu gerbang melalui sebuah tahanan, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 8.16.

Gambar Contoh penggunaan umpanbalik pada suatu inverter

Jika keluaran inverter rendah maka arus akan mengalir dari masukan ke keluaran melalui R sehingga memaksa masukan untuk turun ke logika-0.  Sebaliknya jika keluaran tinggi maka arus akan mengalir dari keluaran ke masukan melalui R sehingga memaksa masuka untuk naik ke logika-1.  Demikian seterusnya sampai tercapai keadaan steady state dimana masukan tidak rendah dan tidak tinggi, sehingga gerbang bekerja pada daerah liniernya.

Nilai tahanan umpanbalik harus disesuaikan dengan jenis gerbang yang digunakan. Nilai ini harus dipilih agar tegangan keluaran gerbang kira-kira setengah tegangan catu. Dengan demikian maka kisar naik dari tegangan keluaran akan sama dengan kisar turunnya.  Contoh rangkaian osilator kristal dengan gerbang TTL dapat dilihat pada Gambar 8.17.

Gambar Osilator kristal dengan gerbang TTL

Pada contoh ini digunakan dua buah inverter untuk mendapatkan umpanbalik positip. Masing-masing inverter diberi umpanbalik negatip melalui sebuah tahanan. Kristal kwarsa dihubungkan seri dengan sebuah kapasitor variabel antara keluaran dengan masukan osilator. Fungsi kapasitor variabel disini ialah untuk menala frekuensi agar benar-benar sesuai dengan yang diinginkan dan sekaligus membatasi arus eksitasi dari kristal.

BAB III

METODOLOGI PRAKTIKUM

III.1 Alat dan Bahan

III.1.1 Alat

Peralatan yang digunakan dalam praktikum ini adalah sebagai berikut.

-          Multimeter

Multimeter berfungsi sebagai alat ukur resistansi, kuat arus, dan tegangan.

-          Papan Rangkaian

Papan rangkaian berfungsi sebagai tempat untuk membuat rangkaian.

-          Catu Daya

Catu daya berfungsi sebagai sumber tegangan AC dan DC.

-          Osiloskop

Osiloskop berfungsi untuk mengukur dan menampilkan tegangan sinusoidal, dan berbagai bentuk gelombang yang ditemukan dalam rangkaian yang dibuat.

-          Signal Generator

Signal generator berfungsi sebagai piranti pembangkit isyarat.

-          Kabel Jumper

Kabel jumper berfungsi sebagai penghubung dalam suatu rangkaian.

III.1.2 Bahan

Bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah sebagai berikut.

-          Transistor

Transistor adalah komponen elektronika aktif yang berfungsi sebagai penguat tegangan dan penguat arus.

-          Resistor

Resistor adalah komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk menghambat aliran arus listrik.

-          Kapasitor

Kapasitor adalah komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk menyimpan muatan listrik dalam bentuk medan listrik.

-          Induktor

Induktor adalah komponen elektronika pasif yang dapat menyimpan arus listrik dalam bentuk induksi listrik.

III.2 Prosedur Praktikum

Adapun prosedur pada praktikum osilator ini yaitu:

1.      Melakukan kalibrasi terhadap peralatan yng akan digunakan.

2.      Mencatat harga/nilai dari komponen yang digunakan.

3.      Membuat rangkaian osilator seperti pada gambar, dimana kabel (+) dan (-) dari catu daya, masing-masing disambungkan ke  dan ke ground. Sementara itu, kabel (+) dan (-) dari signal generator dan osiloskop, masing-masing disambungkan ke ground dan ke , serta ke ground dan ke  (kolektor sebagai titik pengamatan).

4.      Mengamati isyarat keluaran yang terjadi pada layar osiloskop.

5.      Mengukur dan mencatat nilai dari hasil yang diperlihatkan pada osiloskop.

6.      Mengganti kapasitor    dengan  dan

7.      Mengamati isyarat keluaran yang terjadi pada osiloskop, kemudian mencatat nilai  nya.

8.      Mengembalikan rangkaian ke bentuk semula (sebelum nilai C₂ diganti).

9.      Mengganti resistor  dengan  dan

10.  Mengamati isyarat keluaran yang terjadi pada osiloskop, kemudian mencatat nilai  nya.

11.  Mengubah posisi kabel (+) dan (-) dari signal generator dan osiloskop, yaitu menyambungkan kabel (+) dan kabel (-) dari signal generator dan osiloskop masing-masing ke output dan input, serta ke basis dan ground (basis sebagai pengamatan).

12.  Mengamati isyarat keluaran yang terjadi pada osiloskop, kemudian mencatat nilai  nya.

13.  Mengubah posisi kabel (+) dan (-) dari signal generator dan osiloskop (emitter sebagai titik pengamatan).

14.  Mengamati isyarat keluaran yang terjadi pada osiloskop, kemudian mencatat nilai  nya.

15.  Mengukur dan mencatat nilai  dan .

 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

IV.1 Hasil

IV.1.1 Tabel Pengamatan

a.       Tabel 1

Komponen praktikum

Resistor ( )			Kapasitor ( )
			100	0,1	0,1

b.      Tabel 2

Basis-kolektor

-          Penggantian nilai kapasitor  

Nilai kapasitor  ( )	( )
330	50
22	20

-          Penggantian nilai hambatan resistor

Nilai hambatan resistor  ( )	( )
	2
	50
	10

c.       Tabel 3

Basis-emiter

(Hz)
	4,5 volt	4,5 volt

IV.1.2 Pengolahan Data

a.       Frekuensi ( ) untuk kolektor sebagai titik pengamatan

Frekuensi untuk kapasitor  

Frekuensi untuk kapasitor 330

Frekuensi untuk kapasitor 22

Frekuensi untuk resistor

Frekuensi untuk resistor

Frekuensi untuk resistor

b.      Frekuensi ( ) untuk basis dan emiter sebagai titik pengamatan

Basis sebagai titik pengamatan

Emiter sebagai titik pengamatan

IV.1.3 Gambar bentuk isyarat keluaran

-          Gambar untuk kapasitor  

-          Gambar untuk kapasitor 22

-          Gambar untuk resistor

-          Gambar untuk resistor

-          Gambar untuk resistor

-          Gambar untuk basis dan emitter sebagai titik pengamatan

IV.2 Pembahasan

Pada praktikum osilator ini digunakan transistor, resistor, kapasitor, dan induktor. Kapasitor yang digunakan adalah kapasitor bernilai ,  dan . Adapun resistor yang digunakan adalah resistor dengan nilai hambatan  dan  

Pada praktikum ini, sebuah rangkaian osilator dirangkai di mana dalam pengamatan, digunakan 3 titik pengamatan, yaitu pada kolektor, basis dan emitter. Selanjutnya, dari masing-masing titik pengamatan dilakukan pengamatan terhadap isyarat keluaran dan menghitung frekuensi osilasinya ( .

Pada saat kolektor sebagai titik pengamatan, yang pertama kali dilakukan adalah dengan mengganti  dengan  dan , kemudian mengamati isyarat keluarannya. Dari isyarat keluaran tersebut, dapat diperoleh frekuensi osilasi. Adapun frekuensi osilasi yang diperoleh dari penggantian kapasitor tersebut adalah masing-masing senilai , 50 , dan 20 . Setelah itu, dilakukan penggantian resistor  dengan  dan , dengan catatan, kapasitor yang dipakai adalah kapasitor . Adapun frekuensi osilasi yang diperoleh dari penggantian resistor tersebut adalah masing-masing senilai 2 , 50 , dan 10 .

Pada saat basis dan emitter sebagai titik pengamatan, diperoleh isyarat keluaran yang sama untuk keduanya, sehingga diperoleh pula frekuensi osilasi yang sama, yaitu 50 . Dengan adanya hasil ini, dapat dilihat perbandingan frekuensi osilasi dari ketiga macam titik pengamatan tersebut, yaitu 2 : 50 : 50 atau 1 : 25 : 25. Dari hasil yang diperoleh, terlihat bahwa frekuensi osilasi saat emitter dan basis menjadi titik pengamatan adalah lebih besar dibandingkan saat kolektor menjadi titik pengamatan.

Di dalam praktikum osilator, dijumpai beberapa kekurangan, salah satunya adalah isyarat keluaran yang tidak dapat terdeteksi dengan baik pada osiloskop. Adanya kekurangan ini bisa saja disebabkan oleh kelalaian praktikan, ataupun oleh peralatan yang kurang baik.

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 :
, dimana  adalah frekuensi yang digunakan dalam signal generator dan  adalah waktu yang digunakan untuk memperoleh siyarat keluaran yang baik pada osiloskop.

-          Kapasitansi kapasitor yang digunakan pada rangkaian osilator berbanding lurus dengan frekuensi osilasi yang dihasilkannya.

-          Adanya distorsi harmonik adalah salah satu persyaratan utama bagi osilator gelombang sinus.

V.2 Kritik dan Saran

V.2.1 Laboratorium Elektronika dan Instrumentasi

Kritik dan saran untuk laboratorium elektronika dan instrumentasi, yaitu:

-          Alat dan bahan praktikum sudah cukup banyak, akan tetapi sebaiknya perlu ditambah lagi.

-          Alat yang tidak dapat berfungsi dengan baik sebaiknya diperbaiki atau diganti.

V.2.2. Asisten

Kritik dan saran untuk asisten yaitu :

-          Sikap asisten sudah cukup baik dalam membimbing praktikan selama praktikum berlangsung, akan tetapi perlu ditingkatkan lagi.

-          Banyak pengetahuan yang sudah terlupakan, tapi diingatkan kembali oleh asisten, saya mengucapkan banyak terima kasih.

DAFTAR PUSTAKA

Adibaduts. 2009. Elektronika. http://adibaduts.wordpress.com/elektronika/. Diakses pada 18 April 2012. Makassar.

Chanshue. 2010. Rangkaian Osilator. http://chanshue.wordpress.com/2010/04/15/ rangkaian-osilator/. Diakses pada 17 April 2012. Makassar.

Malang, Telkompoltek. 2010. Osilator Armstrong. http://elkakom.telkompoltek. net / 2010/07/osilator-armstrong.html. Diakses pada 17 April 2012.  Makassar.

Sabrina, Abi. 2010. Osilator. http://abisabrina.wordpress.com/category/ elektronika-dasar/page/3/. Diakses pada 17 April 2012. Makassar.

Sutrisno. 1987. Elektronika Teori dan penerapannya. Jilid 2. Bandung: Penerbit ITB.