Paper Osilator

DISUSUN OLEH :

TRI HARRY INDRAH

(A 241 14 068)

RIZKY EKA SAPUTRA

(A 241 14 071)

TRIYANI T.(A 241 14 066)

Osilator 2016This paper describes the working principle of the oscillator along with the types of oscillators

OSILATOR

I. TUJUAN1. Menjelaskan Apa itu Osilator2. Mengetahui Klasifikasi Osilator Berdasarkan Prinsip Kerjanya

II. TEORI SINGKAT

1. Apa itu OsilatorOsilator adalah pembangkit sinyal dengan periode tertentu . Osilator

menghasilkan beberapa bentuk gelombang, yaitu : sinus, kotak, segitiga, gigi

gergaji dan pulsa. Osilator terbentuk dari beberapa model rangkaian sesuai

dengan bentuk gelombang yang dihasilkannya.

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.

2. Klasifikasi 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.

Kristal oscilator berfungsi untuk menghasilkan sinyal dengan tingkat

kestabilan frekuensi yang sangat tinggi. Kristal pada oscilator ini terbuat dari

quartz atau Rochelle salt dengan kualitas yang baik. Material ini memiliki

kemampuan mengubah energi listrik menjadi energi mekanik berupa getaran

atau sebaliknya. Kemampuan ini lebih dikenal dengan piezoelectric effect.

Rangkaian Internal Kristal Gambar diatas memperlihatkan rangkaian setara

kristal. Rangkaian setara resonansi seri akan berubah jika kristal ditempatkan

pada suatu wadah atau “pemegang”. Kapasitansi akibat adanya keping logam

akan terhubung paralel dengan rangkaian setara kristal. Dalam hal ini kristal

memiliki kemampuan untuk memberikan resonansi paralel dan resonansi seri.

Pada oscilator, kristal yang berfungsi sebagai rangkaian resonansi seri, kristal

seolah-olah memiliki induktansi (L), kapasitansi (C) dan resistansi (R). Nilai L

ditentukan oleh massa kristal, harga C ditentukan oleh kemampuannya

berubah secara mekanik dan R berhubungan dengan gesekan mekanik. Berikut

adalah contoh oscilator menggunakan tank cirkuit kristal sebagai resonansi

seri.

Rangkaian Oscilator Hartley Dengan Kristal Rangkaian Oscilator Colpitts

Dengan Kristal Kristal ini dapat dioperasikan pada rangkaian tangki dengan

fungsi sebagai penghasil frekuensi resonansi paralel. Kristal sendiri dapat

dioperasikan sebagai rangkaian tangki. Jika kristal diletakkan sebagai jaringan

umpan balik, kristal akan merespon sebagai piranti penghasil resonansi seri.

Kristal sebenarnya merespon sebagai tapis yang tajam. Kristal dapat

difungsikan sebagai umpan balik pada suatu frekuensi tertentu saja. Oscilator

Hartley dan Colpitts dapat dimodifikasi dengan memasang kristal ini.

Stabilitas oscilator akan meningkat dengan pemasangan kristal.

Rangkaian Internal Kristal

Rangkaian Oscilator Hartley Dengan Kristal

Rangkaian Oscilator Colpitts Dengan Kristal

Semua peralatan komunikasi modern menggunakan osilator kristal kuarsa

karena osilator ini tidak akan bergeser lebih dari beberapa hertz dari frekuensi

dasarnya. suatu oscillator frekuensi-variabel atau osilator “terangsang-

sendiri” (self-exited) dapat bergeser cukup besar. Suatu kristal kuarsa dapat

berupa seperti pecahan kaca jendela tipis yang berukuran 1/4 sampai 1-inchi

persegi. Untuk menggunakannya sebagai suatu oscillator, maka crystal kuarsa

harus dipotong dalam irisan yang tipis dan digosok halus.

Kristal kuarsa demikian ini mempunyai sifat-sifat tertentu. Jika sebuah kristal

dipegang di antara dua pelat logam yang datar dan kedua pelat tersebut ditekan

bersama, maka akan timbul suatu ggl yang kecil di antara kedua pelat tersebut,

seolah-olah kristal tersebut menjadi baterai saat pada itu. Bila pelat dilepas,

crystal melenting kembali ke bentuk semula dan suatu ggl dengan polaritas-

berlawanan akan timbul di antara kedua pelat. Dengan cara ini, energi

mekanik diubah menjadi energi listrik oleh kristal. Juga, bila suatu ggl

diberikan pada kedua pelat, maka kristal akan berubah bentuknya. Jika

diberikan ggl dengan polaritas berlawanan, kristal akan berubah bentuk

dengan arah berlawanan. Dengan cara ini, energi listrik akan diubah menjadi

energi mekanik oleh kristal. Kedua aksi yang berbalikan pada kristal ini

dikenal sebagai efek piezoelektrik. Kristal-kristal buatan-manusia seperti

lithium tantalit, timah sirkonat, dan timah titanat dalam beberapa hal lebih

unggul dari kristal kuarsa alam.

Jika kristal yang terletak di antara dua pelat logam dirangsang-kejut baik

dengan tekanan secara fisik maupun dengan muatan listrik, maka kristal

tersebut akan bergetar secara mekanik pada frekuensi alamnya dalam waktu

singkat dan pada saat yang sama menghasilkan ggl ac di antara kedua pelat.

Peristiwa ini menyerupai osilasi elektron teredam pada rangkaian LC yang

dirangsang-kejut. Suatu kristal yang bergetar akan menghasilkan ggl ac jauh

lebih lama daripada rangkaian LC bila dirangsang-kejut, karena kristal

mempunyai Q yang jauh lebih tinggi (rugi-rugi lebih kecil) daripada rangkaian

LC.

Suatu oscillator crystal penalaan-gerbang penalaan-salur (Tuned-Gate Tuned-

Drain = TGTD) menggunakan kristal sebagai pengganti tangki LC pada

rangkaian gerbangnya. Seperti gambar di bawah ini :

Gambar Rangkaian osilator

Dalam rangkaian oscillator di atas ini kristal bekerja sebagai sebuah rangkaian

resonansi-paralel Q-tinggi. Kapasitor penghalang kebocoran-gerbang tidak

diperlukan, karena kristal merupakan suatu isolator dan tidak akan

menghubung-singkatkan resistor sebagaimana yang terjadi pada kumparan

LC. Bila saklar ditutup, tangki LC di dalam rangkaian salur akan dirangsang-

kejut menjadi berosilasi oleh suatu gejolak arus ID yang tiba-tiba. Tegangan ac

yang timbul pada rangkaian LC tersebut dibalikkan ke pelat atas kristal

melalui kapasitansi dalam CDG, dan ke pelat bawah kristal melalui Cbp.

Kristal mulai bergetar dan bekerja sebagai sebuah generator ac dengan

sendirinya. Tegangan gll yang dibangkitkan oleh kristal akan menimbulkan

variasi ID pada rangkaian LC.

Dengan kedua rangkaian kristal dan LC berosilasi dan saling mengumpan

dengan fasa yang tepat, maka keseluruhan rangkaian akan berosilasi sebagai

suatu sumber ac yang sangat mantap. Rangkaian LC-nya harus ditala pada

frekuensi yang sedikit lebih tinggi dari frekuensi kristal untuk menghasilkan

hubungan fasa yang sesuai di antara kedua rangkaian supaya osilasi tetap

terpelihara. Pada keadaan tanpa osilasi, pada rangkaian tidak akan timbul

prategangan pada resistor kebocoran-gerbang dan ID  akan membesar. Jenis

osilator ini dapat ditala sambil mengamati miliampere-meter yang dipasang

pada rangkaian. Penurunan ID pada waktu rangkaian LC ditala merupakan

suatu petunjuk bahwa rangkaian sedang berosilasi dan menimbulkan

prategangan (bias). Semakin baik kristal berosilasi, semakin besar

prategangannya dan semakin kecil ID. Osilator Kristal.

Bila sedang menala suatu tahap oscillator crystal, pada waktu tangki LC

membesar frekuensinya, rangkaian tiba-tiba akan berosilasi sangat kuat dan

IDtiba-tiba turun sampai nilai minimumnya sewaktu frekuensi resonansi kristal

tercapai. akan tetapi, jika rangkaian LC berkurang frekuensinya pada waktu

ditala, ID pelan-pelan berkurang sampai pada nilai minimumnya dan kemudian

melonjak ke maksimal pada waktu rangkaian berhenti berosilasi. Hal ini

merupakan karakteristik penalaan dari semua rangkaian TGTD. Suatu nilai

minimum ID tidak berarti menunjukkan keadaan kerja yang optimum. Agar

osilator kristal bekerja dalam keadaan paling baik, nilai ID sebaiknyasekitar

20% di atas minimumnya. Saat rangkaian LC di atur, frekuensi osilasi dapat

berubah sampai sebesar sekitar satu kilo hertz.

Frekuensi osilasi kristal ditentukan oleh bahannya, ketebalannya, ukuran fisik,

sudut potongan, tekanan pada pelat, jenis rangkaian, dan suhu. Frekuensi

osilasi dapat juga diubah dengan memasang kapasitor variabel kecil secara

paralel atau menserikannya dengan induktansi yang kecil. Kristal seringkali

bersepuh-perak pada kedua permukaan datarnya, dengan kawat penghubung

yang disolder di tengah-tengah masing-masing permukaan perak tersebut.

Kristal dapat juga bergetar dengan melentur bolai-balik (flexullary),

memuntir(torsionally), atau pada waktu bersamaan bergetar dengan kedua cara

tersebut.

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 relaksasi juga ada yang menggunakan IC yaitu yang terkenal adalah

dengan IC 555.

Osilator IC 555

Histeresis umpanbalik positif

Rangkaian-1 berikut adalah rangkaian osilator dengan satu komparator. Mari

kita analisa rangkaian ini bagian perbagian. Bagian pertama adalah rangkaian

umpanbalik (feedback) positif yang terdiri dari resistor R1 dan R2. Kedua

resistor ini tidak lain merupakan pembagi tegangan yang meng-umpanbalik-

kan sebagian porsi dari tegangan output komparator. Tengangan umpanbalik

ini diumpankan kembali pada masukan referensi positif komparator LM393.

Kita sebut saja titik masukan ini titik referensi positif atau dengan notasi

+vref. Karena tegangan output komparator op-amp bisa mecapai titik tertinggi

(+Vsat) dan bisa juga ada pada titik terendah (-Vsat), maka tegangan titik

referensi ini juga akan berubah-ubah.

Jika tegangan keluaran op-amp ada pada titik tertinggi (+Vsat) maka

tengangan referensi op-amp pada saat ini adalah +vref = +BVsat. B diketahui

adalah porsi tegangan umpanbalik yaitu B = (R1/R2+R1). Kita sebut tegangan

ini titik UTP (upper trip point). Sebaliknya jika tegangan keluaran komparator

ada pada titik terendah (-Vsat), maka tegangan referensi positif pada saat ini

adalah +vref = -BVsat dan kita namakan tegangan tersebut titik LTP (lower

trip point). Ini dikenal dengan histeresis.

gambar-1 : rangkaian osilator relaksasi dengan op-amp

Osilasi relaksasi

Bagian lain dari rangkaian gambar-1 adalah rangkaian umpanbalik negatif

yang terdiri dari resistor R dan kapasitor C. Sama halnya seperti rangkain

umpanbalik positif, tegangan referensi negatif pada bagian ini juga akan

berubah-ubah tergantung dari tegangan keluaran pada saat itu. Kita sebut saja

titik referensi komparator ini -vref. Bedanya, pada rangkaian umpanbalik

negatif ada komponen C yang sangat berperan dalam pembentukan osilasi.

Tegangan -vref akan berbentuk eksponensial sesuai dengan sifat pengisian

kapasitor. Dari keadaan kapasitor C yang kosong, tegangan akan menaik

secara ekponensial. Namun pada rangkaian ini tegangan -vref tidak akan dapat

mencapai tegangan tertinggi +Vsat. Karena ketika tegangan -vref sudah

mencapai titik UTP maka keluaran komparator op-amp akan relaks menjadi -

Vsat.

Demikian juga sebaliknya ketika tegangan keluaran op-amp relaks pada titik

saturasi terendah -Vsat, kapasitor C kembali kosong secara eksponensial.

Tentu saja pengosongan kapasitor C tidak akan sampai menyebabkan

tegangan -vref mencapai -Vsat. Ingat jika tegangan keluaran op-amp pada titik

saturasi terendah (-Vsat), tegangan referensi positif berubah menjadi titik LTP,

sehingga ketika -vref < LTP tegangan keluaran op-amp kembali relaks ke titik

saturasi tertinggi (+Vsat). Demikian seterusnya sehingga terbentuk osilasi

pada keluaran komparator.

Frekuensi osilator 

Demikian prinsip kerja osilator ini dan dinamakan osilator relaksasi sebab

tegangan keluarannya relaks pada titik saturasi tertinggi dan terendah. Berapa

frekuensi osilator yang dapat dibuat, bisa dihitung dari kecepatan pengisian

dan pengosongan kapasitor C melalui resistasi R. Pada gambar diagram waktu

gambar-2, hendak ditentukan berapa perioda T dari osilator. Karena T = 2t

maka dihitung saja berapa nilai t. Pada contoh ini t = t2-t1.

gambar2 : diagram waktu frekuensi osilator

Masing-masing pada saat t2 dan t1 tengangan kapasitor adalah

Vt2 = Vsat (1-e-t2/RC) dan

Vt1 = Vsat (1 - e-t1/RC)

Perhatikan bahwa Vt2 = +BVsat dan Vt1 = -BVsat.

Dengan mengaplikasikan persamaan matematika eksponensial dari persamaan

di atas akan diperoleh :

t = t2-t1 = RC ln [( 1+B)/(1-B)]

dan

T = 2t = 2RC ln [( 1+B)/(1-B)]

Tentu frekuensi osilator dapat dihitung dengan f = 1/T. Sebagai contoh pada

rangkaian gambar 1, jika dihitung maka akan didapat T = 589 us atau f = 1.7

kHz.

III. KESIMPULAN

1. Osilator adalah suatu alat yang merupakan gabungan elemen-elemen aktif dan

pasif untuk menghasilkan bentuk gelombang sinusoidal atau bentuk

gelombang periodik lainnya. Suatu osilator memberikan tegangan keluaran

dari suatu bentuk gelombang yang diketahui tanpa penggunaan sinyal masuk

dari luar. Osilator mengubah daya arus seaarh (dc) dari catu daya ke daya arus

bolak-balik (ac) dalam beban. Dengan demikian fungsi osilator berlawanan

dengan penyearah yang mengubah daya searah ke daya bolak-balik.

2. Prinsip kerja Osilator Harmonisa yaitu 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. Osilator harmonisa antara lain Osilator RC, Osilator LC dan Osilator

Kristal. Sedangkan Prinsip Kerja Osilator Relaksasi yaitu 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.

IV. DAFTAR PUSTAKA

Adibaduts. 2009. Elektronika. http://adibaduts.wordpress.com/elektronika/. (Di akses 19 Februari 2016)

Faizal. 2013. Rangkaian Osilator. Online. Faizalnizbah.blogspot.co.id/2013/06/rangkaian-osilator.html (Di akses 19 Februari 2016)

Sabrina, Abi. 2010. Osilator. Online. http://abisabrina.wordpress.com/category/ elektronika-dasar/page/3/. (Di akses 19 Februari 2016)