Osilator

Assalamualaikum Electrical Engineer, senang bisa bejumpa lagi pada blog ini. Pada kesempatan kali ini saya akan berbagi mengenai rangkaian osilator, dimana osilator adalah suatu rangkaian elektronika yang dapat membangkitkan getaran listrik dengan frekuensi tertentu dan amplitudonya tetap. Untuk lebih jelasnya silahkan simak artikel di bawah ini.

Pengertian Osilator

Osilator yaitu suatu rangkaian elektronika yang dapat membangkitkan getaran listrik dengan frekuensi tertentu dan amplitudonya tetap. Dasar dari sebuah osilator yaitu sebuah rangkaian penguat dengan sistem feedback, yaitu sebagian sinyal keluaran yang dikembalikan lagi ke masukan dengan phase dan tegangan yang sama sehingga terjadi osilasi yang terus menerus. Adapun beberapa bagian yang menjadi syarat untuk sebuah osilator supaya terjadi osilasi yaitu adanya rangkaian penguat, rangkaian feedback, dan rangkaian tank circuit.

Rangkaian feedback yaitu suatu rangkaian umpan balik yang sebagian sinyal keluarannya dikembalikan lagi ke masukan, hal ini salah satu sistem supaya terjadinya tegangan dan phase yang sama antara input dan output, juga menjadi salah satu syarat penting terjadinya osilasi pada sebuah rangkaian osilator. Pada umumnya rangkaian feedback menggunakan komponen pasif R dan C ( Malvino, 1993).

Tank circuit yaitu rangkaian yang menentukan frekuensi kerja dari osilator frekuensi pembawa (carrier), yang digunakan pada aplikasi ini digunakan komponen L dan C karena semakin tinggi frekuensi yang digunakan maka makin kecil harga komponen yang digunakan lain halnya menggunakan R dan C karena frekuensi yang dihasilkan tidak akan bisa mencapai harga yang paling tinggi karena terbatasnya harga Resistor. Tinggi rendahnya frekuensi bisa ditentukan pada komponen L dan C pada Tank Circuit dan besarnya frekuensi dapat ditentukan dengan perhitungan sebagai berikut: fosc = (Hz) dimana f merupakan frekuensi yang dihasilkan dan C merupakan kapasitor (Floyd, 1993).

Jenis-Jenis Osilator

Kita dapat mengelompokkan osilator berdasarkan metode pengoperasiannya menjadi dua kelompok, yaitu osilator balikan dan osilator relaksasi. Pada Osilator Balikan terjadi balikan pada sistem-suara yang digunakan pada suatu pertemuan. Jika mikropon terletak terlalu dekat dengan speaker, maka sering terjadi proses balikan dimana suara dari speaker terambil kembali oleh mikropon diteruskan ke amplifier menghasilkan dengung. Kondisi ini dikenal dengan balikan mekanik. Terjadinya balikan pada sistem ini sangat tidak diharapkan, namun sistem balikan pada osilator sangat diperlukan.

Osilator ralaksasi utamanya digunakan sebagai pembangkit gelombang sinusosidal, Gelombang gigi gergaji, gelombang kotak dan variasi bentuk gelombang tak beraturan. Pada dasarnya osilator ini tergantung pada proses pengosongan dan pengisian jaringan kapasitor dan resistor. Perubahan tegangan pada jaringan digunakan untuk mengubah-ubah konduksi piranti elektronika. Untuk pengontrol, pada osilator dapat digunakan transistor atau IC (integrated circuit) (Sutrisno, 1987).

Teori rangkaian

Osilator bisa dibangun dengan menggunakan beberapa teknik dasar, yaitu:
  1. Menggunakan komponen-komponen yang memperlihatkan karakteristik resistansi negatif, dan lazimnya menggunakan diode terobosan dan UJT.
  2. Menggunakan umpanbalik positif pada penguat. Umpanbalik positif menguatkan desah internal yang terdapat pada penguat. Jika keluaran penguat sefasa dengan masukkannya, osilasi akan terjadi.
Topologi kalang osilator sinus

Banyak rangkaian yang dapat dipakai untuk membangkitkan gelombang sinus. Dan yang paling populer adalah Osilator Clapp,Osilator Colpitt,Osilator kristal, dan jembatan Wien. Setiap tipe mempunyai keuntungan khusus dan daerah penerapan masing-masing. Jembatan Wien banyak dipakai dalam osilator frekuensi audio terutama karena kemantapan frekuensinya yang baik dan relatif mudah dibuat.

Persyaratan osilator sinus

Persyaratan utama bagi osilator sinus adalah,
  1. Frekuensi spesifik yang dapat dicapai
  2. Amplitudo keluaran
  3. Kemantapan frekuensi
  4. Kemurnian keluaran, yaitu perbandingan banyaknya cacat harmonik dalam bentuk gelombang keluaran.
Amplitudo yang benar dan cacat yang sedikit dapat diperoleh dengan mengendalikan penguatan penguat sedemikian rupa sehingga tepat cukup untuk mengganti kerugian-kerugian dalam kalang penentu frekuensi. Dalam beberapa penerapan, kemantapan frekuensi menjadi prioritas. Perubahan-perubahan dalam frekuensi keluaran dapat disebabkan oleh beberapa faktor. Untuk jangka panjang, hanyutan harga komponen dan parameter karena penuaan menjadi sebab utama. Perubahan jangka pendek dara disebabkan oleh:
  1. Variasi beban, hal ini dapat dikurangi dengan menggunakan penguat penyangga pada keluaran.
  2. Pencatu daya, perubahan-perubahan dalam tegangan pencatu daya akan mengubah parameter-parameter dalam kalang, pencatu daya dimantapkan menyelesaikan masalah ini.
  3. Perubahan harga komponen karena suhu, hal ini terutama memengaruhi komponen penentu frekuensi. Semua komponen pasif berubah harganya karena suhu
Klasifikasi osilator didasarkan pada daerah frekuensi yang dihasilkan.

  1. Osilator Frekuensi Audio (AF) beberapa hz -20 KHz
  2. Osilator Frekuensi Radio (RF) 20 KHz - 30MHz
  3. Osilator Frekuensi Sangat Tinggi (VHF) 30MHz - 300MHz
  4. Osilator Frekuensi Ultra Tinggi (UHF) 300MHz - 3GHz
  5. Osilator Gelombang Mikro 3 GHz - Beberapa GHz

Contoh-contoh osilator

  1. Osilator harmonik 
  2. Osilator Armstrong
  3. Osilator Clapp
  4. Osilator Colpitt
  5. Osilator Hartley
  6. Osilator Pierce/kristal
  7. Osilator geseran-fasa
  8. Osilator saluran-tunda
  9. Osilator jembatan Wien
  10. Osilator T
  11. Osilator Vackar
  12. Osilator relaksasi 
  13. Osilator UJT
  14. Osilator Sumbatan
  15. Osilator 555 (Timer)
Osilator Armstrong 
Osilator Armstrong

Osilator Armstrong seperti diperlihatkan pada gambar 17.7 merupakan hasil penerapan osilator LC. Rangkaian dasar dibuat dengan memberikan panjar maju pada sambungan emitor-basis dan panjar mundur pada kolektor.  Pemberian panjar dilakukan lewat resistor 3 R .  Resistor 1 R dan 2 R berlaku sebagaipembagi tegangan. Saat awal transistor diberi daya, resistor 1 R dan 2 R membawa transistor ke titik pengoperasian Q pada bagian tengah garis beban (lihat gambar 17.7-b).  Keluaran transistor (pada kolektor) secara ideal adalah 0 volt.  Saat terjadi hantaran arus awal pada saat dihidupkan, terjadi darau (noise) yang akan terlihat pada kolektor. Namun biasanya berharga sangat kecil.  Misalnya kita mempunyai isyarat -1 mV yang nampak pada kolektor.  Transformator T1 akan membalik tegangan ini dan menurunkannya dengan faktor 10 (nisbah primer-sekunder 1:10).  Isyarat sebesar +0,1 mV akan nampak pada C1  pada rangkaian basis. Perhatikan bahwa transistor memiliki β= 100.  Dengan +0,1 mV berada pada basis, 1 Q akan memberikan isyarat keluaran sebesar -10 mV pada kolektor.  Perubahan polaritas dari + ke – pada keluaran akibat adanya karakteristik dasar penguat emitor-bersama. Tegangan keluaran sekali lagi akan mengalami penurunan oleh transformator dan diberikan pada basis 1 Q .  Isyarat kolektor sebesar -10 mV sekarang akan menyebabkan terjadinya tegangan sebesar + 1 mV pada basis.  Melalui penguatan transistor, tegangan kolektor akan segera menjadi -100 mV.  Proses ini akan berlangsung, menghasilkan tegangan kolektor sebesar -1 V dan akhirnya -10 V.  Pada titik ini, transistor akan membawa garis beban sampai mencapai kejenuhan (perhatikan daeran ini pada garis beban).  Sampai pada titik ini tegangan kolektor tidak akan berubah. Dengan tanpa adanya perubahan pada C V pada kumparan primer 1 T ,  tegangan pada kumparan sekunder secepatnya akan menjadi nol.  Tegangan basis secapatnya akan kembali pada titik Q.  Penurunan tegangan basis ke arah negatif ini (dari jenuh ke titik Q) membawa C V ke arah positif.  Melalui transformator, ini akan nampak sebagai tegangan ke arah positif pada basis.  Proses ini akan berlangsung melewati titik Q sampai berhenti pada saat titik cutoff dicapai.   Transformator selanjutnya akan berhenti memberikan masukan tegangan ke basis.  Transistor segera akan berbalik arah.  1 R dan 2R menyebabkan tegangan basis naik lagi ke titik Q.  Proses ini akan terus berulang: 1Q akan sampai di titik jenuh – kembali ke titik Q – ke cutoff  - kembali ke titik Q.  Dengan demikian tegangan AC akan terjadi pada kumparan sekunder dari transformator.Frekuensi osilator Armstrong ditentukan oleh nilai 1 C dan S (nilai induktasi diri kumparan sekunder) dengan mengikuti persamaan frekuensi resonansi untuk LC.  
Perhatikan 1 C dan S membentuk rangkaian tangki dengan mengikutkan sambungan emitor-basis dari 1 Q dan 1 R .   Keluaran dari osilator Armstrong seperti pada gambar 17.7 dapat diubah dengan mengatur harga 3 R . Penguatan akan mencapai harga tertinggi dengan memasang 3 R pada harga optimum. Namun pemasangan 3 R yang terlalu tinggi akan mengakibatkan terjadinya distorsi, misalnya keluaran akan berupa gelombang kotak karena isyarat keluaran terpotong.

Osilator Hartley 

Osilator Hartley seperti pada gambar 17.8 banyak digunakan pada rangkaian penerima radio AM dan FM. Frekuensi resonansi ditentukan oleh harga 1 T dan 1 C .  Kapasitor 2C berfungsi sebagai penggandeng AC ke basis 1 Q .  Tegangan panjar 1 Q diberikan oleh resistor 2 R dan 1 R .  Kapasitor 4 C sebagai penggandeng variasi tegangan kolektor dengan bagian bawah 1 T .  Kumparan penarik RF ( 1 L ) menahan AC agar tidak ke pencatu daya.  1 L juga berfungsi sebagai beban rangkaian.  1 Q adalah dari tipe n-p-n dengan konfigurasi emitor bersama.  

 Rangkaian Osilator Hartley

Saat daya DC diberikan pada rangkaian, arus mengalir dari bagian negatif dari sumber lewat 1 R ke emitor. Kolektor dan basis keduanya dihubungkan ke bagian positif dari CC V .  Ini akan memberikan panjar maju pada emitor-basis dan panjar mundur pada kolektor.  Pada awalnya E I , B I dan C I mengalir lewat 1 Q . Dengan C I mengalir lewat 1 L , tegangan kolektor mengalami penurunan.  Tegangan ke arah negatif ini diberikan pada bagian bawah 1 T oleh kapasitor 4 C .  Ini mengakibatkan arus mengalir pada kumparan bawah.  Elektromagnet akan membesar di sekitar kumparan.  
Ini akan memotong kumparan bagian atas dan memberikan tegangan positif mengisi kapasitor 1 C . Tegangan ini juga diberikan pada 1 Q melalui 2 C .  1 Q akhirnya sampai pada titik jenuh dan mengakibatkan tidak terjadinya perubahan pada C V .  Medan di bagian bawah 1 T akan dengan cepat habis dan mengakibatkan terjadinya perubahan polaritas tegangan pada bagian atas.  Keping 1 C bagian atas sekarang menjadi negatif sedangkan bagian bawah menjadi positif.   
Muatan 1 C yang telah terakumulasi akan mulai dilucuti melalui 1 T melalui proses rangkaian tangki. Tegangan negatif pada bagian atas 1 C menyebabkan 1 Q berubah ke negatif menuju cutoff.  Selanjutnya ini akan mengakibatkan C V membesar dengan cepat.  Tegangan ke arah positif kemudian ditransfer ke bagian bawah 1 T oleh 4C , memberikan balikan.  Tegangan ini akan tertambahkan pada tegangan 1 C . Perubahan pada C V beraNgsur-angsur berhenti, dan tidak ada tegangan yang dibalikkan melalui 4 C .  1 C telah sepenuhnya terlucuti.  Medan magnet di bagian bawah 1 L kemudian menghilang.  1 C kemudian termuati lagi, dengan bagian bawah berpolaritas positif dan bagian atas negatif.  1 Q kemudian berkonduksi lagi.  Proses ini akan berulang terus.  Rangkaian tangki menghasilkan gelombang kontinu dimana hilangnya 
isi tangki dipenuhi lagi melalui balikan.  Sifat khusus osilator Hartley adalah adanya tapped coil.  Sejumlah variasi rangkaian dimungkinkan.  Kumparan mungkin dapat dipasang seri dengan kolektor.  Variasi ini biasa disebut sebagai osilator Series-fed Hartley.  Rangkaian seperti pada gambar 17.8 termasuk osilator Shunt-fed Hartley.   

Osilator Colpitts 
Osilator Cilpitts

Osilator Colpitts sangat mirip dengan osilator Shunt-fed Hartley.  Perbedaan yang pokok adalah pada bagian rangkaian tangkinya.  Pada osilator Colpitts, digunakan dua kapasitor sebagai pengganti kumparan yang terbagi.  Balikan dikembangkan dengan menggunakan “medan elektrostatik” melalui jaringan pembagi kapasitor.  Frekuensi ditentukan oleh dua kapasitor terhubung seri dan induktor.   Gambar 17.9 memperlihatkan rangkaian osilator Colpitts.  Tegangan panjar untuk basis diberikan oleh 1 R dan 2 R sedangkan untuk emiitor diberikan oleh 4 R .  Kolektor diberi panjar mundur dengan menghubungkan ke bagian positif dari CC V melalui 3 R .  Resistor ini juga berfungsi sebagai beban kolektor.  Transistor dihubungkan dengan konfigurasi emitor-bersama.  Ketika daya DC diberikan pada rangkaian, arus mengalir dari bagian negatif CC V melalui 4 R , 1 Q dan 3 R .  Arus C I yang mengalir melalui 3 R menyebabkan penurunan tegangan C V dengan harga positif.  Tegangan yang berubah ke arah negatif ini dikenakan ke bagian atas 1 C melalui 3 C .  Bagian bawah 2 C bermuatan positif dan tertambahkan ke tegangan basis  dan menaikkan harga B I .  Transistor 1 Q akan semakin berkonduksi sampai pada titik jenuh.  Saat 1 Q sampai pada titik jenuh maka tidak ada lagi kenaikan C I dan perubahan CV juga akan terhenti.  Tidak terdapat balikan ke bagian atas 2 C .  1 C dan 2 C akan dilucuti lewat 1 L dan selanjutnya medan magnet di sekitarnya akan menghilang.  Arus pengosongan tetap berlangsung untuk sesaat.  Keping 2 C bagian bawah menjadibermuatan negatif dan keping 1 C bagian atas bermuatan positif.  Ini akan mengurangi tegangan maju 1 Q dan C I akan menurun.  Harga C V akan mulai naik.  Kenaikan ini akan diupankan kembali ke bagian atas keping 1 C melalui 3 C .  1 C akan bermuatan lebih positif dan bagian bawah 2 C menjadi lebih negatif.  Proses ini terus berlanjut sampai 1 Q sampai pada titik cutoff.  Saat  1 Q sampai pada titik cutoff, tidak ada arus C I .  Tidak ada tegangan balikan ke 1 C .  Gabungan muatan yang terkumpul pada 1 C dan 2 C dilucuti melalui 1 L .  Arus pelucutan mengalir dari bagian bawah 2 C ke bagian atas 1 C .  Muatan negatif pada 2 C secepatnya akan habis dan medan magnet di sekitar 1 L akan menghilang.  Arus yang 
mengalir masih terus berlanjut.  Keping 2 C bagian bawah menjadi bermuatan positif dan keping 1 C bagian atas bermuatan negatif.  Tegangan positif pada 2 C menarik 1 Q dari daerah daerah cutoff .  Selanjutnya C I akan mulai mengalir lagi dan proses dimulai lagi dari titik ini.  Energi balikan ditambahkan ke rangkaian tangki sesaat pada setiap adanya perubahan.   
Besarnya balikan pada rangkaian osilator Colpitts ditentukan oleh “nisbah kapasitansi” 1 C dan 2 C . Harga 1 C pada rangkaian ini jauh lebih kecil dibandingkan dengan 2 C atau 2 1 CC XX > .  Tegangan pada 1 C lebih besar dibandingkan pada 2 C .  Dengan membuat 2 C lebih kecil akan diperoleh tegangan balikan yang lebih besar.  Namun dengan menaikkan balikan terlalu tinggi akan mengakibatkan terjadinya distorsi. Biasanya sekitar 10-50% tegangan kolektor dikembalikan ke rangkaian tangki sebagai balikan. 

Osilator Kristal 
 Rangaian setara kristal : a) resonansi seri dan b) resonansi paralel. 

Kristal osilator digunakan untuk menghasilkan isyarat dengan tingkat kestabilan frekuensi yang sangat tinggi. Kristal pada osilator ini terbuat dari quartz atau Rochelle salt dengan kualitas yang baik.  Material inimemiliki kemampuan mengubah energi listrik menjadi energi mekanik berupa getaran atau sebaliknya.  Kemampuan ini lebih dikenal dengan piezoelectric effect.   
Kristal untuk osilator ini dilekatkan di antara dua pelat logam.  Kontak dibuat pada masing-masing permukaan kristal oleh pelat logam ini kemudian diletakkan pada suatu wadah.  Kedua pelat dihubungkan ke rangkaian melalui soket. Pada osilator ini, kristal berperilaku sebagai rangkaian resonansi seri.  Kristal seolah-olah memiliki induktansi (L), kapasitansi (C) dan resistansi (R).  Gambar 17.10-a memperlihatkan rangkaian setara dari bagian ini.  Harga L ditentukan oleh massa kristal, harga C ditentukan oleh kemampuannya berubah secara mekanik dan R berhubungan dengan gesekan mekanik.   
 Osilator dengan kristal pengontrol: a) Hartley dan b) Colpitts
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.  Gambar 17.10-b memperlihatkan rangkaian setara kristal yang dilekatkan pada pemegang.  Jadi pada hal ini kristal memiliki kemampuan untuk memberikan resonansi paralel dan resonansi seri.   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 balikan, ia akan merespon sebagai piranti penghasil resonansi seri.  Kristal sebenarnya merespon sebagai tapis yang tajam.  Ia dapat difungsikan sebagai balikan pada suatu frekuensi tertentu saja.  Osilator Hartley dan Colpitts dapat dimodifikasi dengan memasang kristal ini.  Stabilitas osilator akan meningkat dengan pemasangan kristal.  Gambar 17.11 memperlihatkan pemasangan kristal pada osilator Hartley dan Colpitts. 

Osilator Pierce 
Osilator Pierce 

Osilator Pierce seperti diperlihatkan pada gambar 17.12 menggunakan kristal sebagai rangkaian tangkinya.  Pada osilator ini kristal merespon sebagai rangkaian resonansi paralel.  Jadi osilator ini adalah merupakan modifikasi dari osilator Colpitts.   Pengoperasian osilator Pierce didasarkan pada balikan yang dipasang dari 
kolektor ke basis melalui 1 C dan 2 C .  Kedua transistor memberikan kombinasi pergeseran fase sbesar180o.  Keluaran dari emitor-bersama mengalami pembalikan agar sefase atau sebagai balikan regeneratif.  Nilai 1 C dan 2 C menentukan besarnya tegangan balikan.  Sekitar 10 – 50 % dari keluaran dikirim kembali sebagai balikan untuk memberikan energi kembali ke kristal.  Jika kristal mendapatkan energi yang tepat, frekuensi resonansi yang dihasilkan akan sangat tajam.  Kristal akan bergetar pada selang frekuensi yang sangat sempit.  Keluaran pada frekuensi ini akan sangat stabil.  Namun keluaran osilatorPierce adalah sangat kecil dan kristal dapat mengalami kerusakan dengan strain mekanik yang terus-menerus.     

Osilator Relaksasi 

Osilator ralaksasi utamanya digunakan sebagai pembangkit gelombang sinusosidal.  Gelombang gigi gergaji, gelombang kotak dan variasi bentuk gelombang tak beraturan termasuk dalam kelas ini.  Pada dasarnya pada osilator ini tergantung pada proses pengosongan-pengisian jaringan kapasitor-resistor.  Perubahan tegangan pada jaringan digunakan untuk mengubah-ubah konduksi piranti elektronik.  Untuk pengontrol, pada osilator dapat digunakan transistor, UJT (uni junction transistors) atau IC (integrated circuit).   

Osilator UJT 


Pengisian dan pengosongan kapasitor melalui resistor dapat digunakan untuk menghasilkan gelombang gergaji.  Saklar pengisian dan pengosongan pada rangkaian gambar 17.13 dan 17.14 dapat diganti dengan saklar elektronik, yaitu dengan menggunakan transistor atau IC.  Rangkaian yang terhubung dengan cara ini 
dikelompokkan sebagai osilator relaksasi.  Saat piranti berkonduksi disebut “aktif” dan saat tidak berkonduksi disebut “rileks”.  Gelombang gergaji akan terjadi pada ujung kaki kapasitor. Pada gambar 17.15 diperlihatkan penggunaan UJT untuk osilator relaksasi.  Jaringan RC terdiri atas 1 R dan 1 C . Sambungan dari jaringan dihubungkan dengan emitor dari UJT.  UJT tidak akan berkonduksi sampai pada harga tegangan tertentu dicapai.  Saat terjadi konduksi sambungan E-B1 menjadi beresistansi rendah.  Ini memberikan proses pengosongan C dengan resistansi rendah.  Arus hanya mengalir lewat 3 R saat UJT berkonduksi.  Pada rangkaian ini sebagai 3 R adalah speaker. Saat awal diberi catu daya, osilator UJT dalam kondisi tidak berkonduksi Sambungan E- 1 B berpanjar mundur.  Dalam waktu singkat muatan pada 1 C akan terakumulasi (dalam hal ini ukuran waktu adalah C R × ).  Dengan termuatinya 1 C akan menyebabkan sambungan E- 1 B menjadi konduktif atau memiliki resistansi rendah.  Selanjutnya terjadi pelucutan 1 C lewat sambungan E- 1 B yang memiliki resistansi rendah.  Ini akan menghilangkan panjar maju pada emitor.  UJT selanjutnya menjadi tidak berkonduksi dan  1 C mulai terisi kembali melalui 1 R .  Proses ini secara kontinu akan berulang. Osilator UJT dipakai untuk aplikasi yang memerlukan tegangan dengan waktu kenaikan (rise time) lambat dan waktu jatuh (fall time) cepat. Sambungan E- 1 B dari UJT memiliki keluaran tipe ini.  Antara 1 B dan “tanah” pada UJT menghasilkan pulsa tajam (spike pulse).  Keluaran tipe ini biasanya digunakan untuk rangkaian pengatur waktu dan rangkaian penghitung.  Sebagai kesimpulan osilator UJT sangat stabil dan akurat untuk konstanta waktu satu atau lebih rendah.  

Astable Multivibrator 


Multivibrator merupakan jenis osilator relaksasi yang sangat penting.  Rangkaian osilator ini menggunakan jaringan RC dan menghasilkan gelombang kotak pada keluarannya.  Astabel multivibrator biasa digunakan pada penerima TV untuk mengontrol berkas elektron pada tabung gambar.  Pada komputer rangkaian ini digunakan untuk mengembangkan pulsa waktu. Multivibrator difungsikan sebagai piranti pemicu (trigerred device) atau free-running.  Multivibrator pemicu memerlukan isyarat masukan atau pulsa.  Keluaran multivibrator dikontrol atau disinkronkan (sincronized) oleh isyarat masukan.  Astable multivibrator termasuk jenis free-running. Sebuah multivibrator terdiri atas dua penguat yang digandeng secara silang.  
Keluaran penguat yang satu dihubungkan dengan masukan penguat yang lain.  Karena masing-masing penguat membalik isyarat masukan, efek dari gabungan ini adalah berupa balikan positif.  Dengan adanya (positif) balikan, osilator akan “regenerative” (selalu mendapatkan tambahan energi) dan menghasilkan keluaran yang kontinu. Gambar 17.16 memperlihatkan rangkaian multivibrator menggunakan dua buah transitor bipolar dengan konfigurasi emitor bersama.  1 R dan 2 R memberikan tegangan panjar maju pada basis masing-masing transistor.  Kapasitor 1 C menggandeng kolektor 1Q ke basis 2 Q .  Kapasitor 2 C menggandeng kolektor 2 Q ke basis 1 Q .   Akibat adanya gandengan silang, satu transistor akan konduktif dan yang lainnya cutoff.  Kedua transistor secara bergantian akan hidup dan mati sehingga keluaran diberi label Q atau Q .  Ini menunjukkan bahwa keluaran mempunyai polaritas berkebalikan. Saat daya diberikan pada multivibrator pada gambar 17.16, satu transistor misalnya 1 Q berkonduksi terlebih dahulu.  Dengan 1 Q berkonduksi terjadi penurunan tegangan pada 1 R dan C V menjadi berharga lebih rendah dari CC V . Ini mengakibatkan terjadinya tegangan ke arah negatif pada 1 C dan tegangan basis positif 1 Q akan berkurang. Konduksi 2 Q akan berkurang dan tegangan kolektornya akan naik ke harga CCV .  Tegangan ke arah positif dikenakan pada 2 C .  Tegangan ini akan ditambahkan pada basis 1 Q dan membuatnya lebih berkonduksi.  Proses ini berlanjut sampai 1 Q mencapai titik jenuh dan 2 Q mencapai cutoff.   
Saat tegangan keluaran masing-masing transistor mencapai kestabilan, maka tidak terdapat tegangan balikan. 2 Q akan kembali berpanjar maju melalui 2 R .  
Konduksi pada 2 Q akan mengakibatkan penurunan pada C V . Tegangan ke arah negatif  ini akan akan diberikan pada basis 1 Q melalui 2 C .  Konduksi 1 Q menjadi berkurang. CV pada 1 Q naik ke harga CC V .  Ini akan tergandeng ke basis 2 Q melalui 1 C .  Proses ini berlangsung terus sampai 2 Q mencapai titik jenuh dan 1 Q mencapai cutoff.  
Tegangan keluaran kemudian menjadi stabil dan proses akan berulang. Frekuensi osilasi dari multivibrator ditentukan oleh konstanta waktu 2 R dan 1 C dan 3 R dan 2 C .  Nilai 2 R dan 3 R dipilih sedemikian sehingga masing-masing transistor dapat mencapai titik jenuh.  1 C dan 2 C dipilih untuk mendapatkan frekuensi pengoperasian yang dikehendaki.  Jika 1 C sama dengan 2 C dan 2 R sama dengan 3 R maka keluaran akan simeteris.  Berarti kedua transistor akan hidup dan mati dalam selang waktu yang sama dengan frekuensi sebesarer.

Monostable Multivibrator 


Monostable multivibrator memiliki satu kondisi stabil sehingga sring juga disebut sebagai multibrator one-shot.  Saat osilator terpicu untuk berubah ke suatu kondisi pengoperasian, maka pada waktu singkat akan kembali ke titik awal pengoperasian.  Konstanta waktu RC menentukan periode waktu perubahan keadaan. Monostable multivibrator termasuk jenis osilator triggered. Skema rangkaian monostable multivibrator diperlihatkan pada gambar 17.17.  Rangkaian memiliki dua kondisi yaitu kondisi stabil dan kondisi tak stabil.  Rangkaian akan rileks pada kondisi stabil saat tidak ada pulsa.  Kondisi tak stabil diawali dengan pulsa pemicu pada masukan.  Setelah selang waktu 1 27,0 C R× , rangkaian kembali ke kondisi stabil.  Rangkaian tidak mengalami perubahan sampai ada pulsa pemicu yang datang pada masukan. Kita lihat sekaraang pengoperasian monostable multivibrator saat daya diberikan ke rangkaian.  Awalnya tidak ada pulsa masukan pemicu.  2 Q berpnjar maju dari jaringan pembagi terdiri atas 2 R , 1 D dan 5 R .  Harga 2 R dipilih agar 2 Q mencapai titik jenuh.  Resistor 1 R dan 3 R masing-masing membuat kolektor berpanjar mundur.  Dengan basis 2 Q berpanjar maju, ini secepatnya akan membawa transistor ke titik jenuh.  Tegangan kolektor 2 Q jatuh ke harga yang sangat rendah.  Tegangan ini terhubung ke basis 1 Q melalui 4 R .  Namun B V tidak cukup besar untuk membawa 1 Q berkonduksi.  Karenanya rangkaian akan tetap berada pada kondisi ini selama daya masih diberikan.  Rangkaian berada pada kondisi stabil. Untuk mengawali suatu perubahan, pulsa pemicu harus diberikan pada masukan. Gambar 17.18 memperlihatkan pulsa pemicu dan keluaran yang dihasilkan multivibrator.  2 C dan 5 R pada rangkaian masukan membentuk jaringan deferensiator.  Tepi kenaikan (leading edge) dari pulsa pemicu menyebabkan terjadinya aliran arus yang besar melalui 5 R .  Setelah 2 C mulai termuati arus lewat 5 R mulai menurun.  Saat pulsa pemicu sampai pada tepi penurunan (trailing edge), tegangan 2 C jatuh ke nol.  Dengan tidak adanya sumber tegangan yang dikenakan pada 2 C , kapasitor akan terkosongkan melalui 5 R .  Karenannya pulsa dengan polaritas kebalikannya terjadi pada tepi penurunan pulsa masukan.  Pulsa masukan kemudian berubah ke positif dan suatu pulsa negatif tajam (negative spike) muncul pada 5 R .  1 D hanya berkonduksi selama terjadi negative spike dan diumpankan pada basis 2 Q .  Ini mengawali terjadinya 
perubahan pada multivibrator.   

 Saat basis 2 Q menerima negative spike, ini akan membawa transistor ke arah cutoff.  Ini akan mengakibatkan tegangan kolektor 2 Q naik dengan cepat ke harga + CC V dan membuat basis 1 Q menjadi positif.  Saat 1 Q berkonduksi, resistansi sambungan kolektor-basis menjadi sangat rendah.  Arus pengisian mengalir melewati 1 Q , 1 C dan 2R .  Kaki 2 R bagian bawah menjadi negatif akibat pengisian 1 C dan mengakibatkan basis 2 Q negatif.  2 Q tetap berada pada keadaan cutoff.  Proses ini akan tetap berlangsung sampai 1 C terisi.  Arus pengisian lewat 2 R kemudian akan menurun dan bagian atas 2 R menjadi positif.  2 Q secepatnya menjdi berkonduksi dan membawa 1 Q cutoff.  Karenanya rangkaian kembali berubah pada kondisi stabil dan akan terus dipertahankan sampai ada pulsa masukan pemicu berikutnya datang.    


Bistable Multivibrator 

Bistable multivibrator mempunyai dua keadaan stabil.  Pulsa pemicu masukan akan menyebabkan rangkaian diasumsikan pada salah satu kondisi stabil.  Pulsa kedua akan menyebabkan terjadinya pergeseran ke kondisi stabil lainnya.  Multivibraator tipe ini hanya akan berubah  keadaan jika diberi pulsa pemicu.  Multivibrator ini sering disebut sebagai flip-flop.  Ia akan lompat ke satu kondisi (flip) saat dipicu dan bergeser kembali ke kondisi lain (flop) jika dipicu.  Rangkaian kemudian menjadi stabil pada suatu kondisi dan tidak akan berubah atau toggle sampai ada perintah dengan diberi pulsa pemicu.  Gambar 17.19 memperlihaatkan skema rangkaian muldivibrator bistable dengan menggunakan BJT. 
 Saat awal catu daya diberikan pada rangkaian, maka multivibrator diasumsikan berada pada suatu kondisi stabil.  Salah satu transistor akan berkonduksi lebih cepat dibandingkan yang lain.  Marilah kita asumsikan 1 Q pada rangkaian pada gambar 17.19 berkonduksi lebih dahulu dibandingkan 2 Q .  Tegangan kolektor 1 Q akan turun dengan cepat.  Sambungan langsung antara kolektor dan basis menyebabkan penurunan tegangan pada 2 Q dan turunnya arus B I dan C I .   C V dari 2 Q naik ke harga CC V+ .  Tegangan ke arah positif ini tersambung kembali ke basis 1 Q lewat 3 R .  Ini menyebabkan 1 Q semakin berkonduksi dan sebaliknya mengurangi konduksi 2 Q .  Proses ini berlangsung terus sampai 1 Q jenuh dan 2 Q cutoff. Rangkaian akan tetap pada kondisi stabil ini. Untuk mengawali perubahan kondisi diperlukan pulsa pemicu. Pulsa negatif yang diberikan pada basis 1 Q akan membuatnya menjadi cutoff.  Pulsa positif yang diberikan pada basis 2 Q menyebabkan transistor ini berkonduksi.  Polaritas di atas khusus untuk transistor n-p-n.  
Pada rangkaian, kita berasumsi bahwa pulsa negatif diberikan pada basis 1 Q .  Saat ini terjadi, B I dan C I dari 1 Q akan turun secepatnya.  C V dari 1 Q naik ke harga CCV+ .  Tegangan ke arah positif ini tersambung kembali ke basis 2 Q .  B I dan C I dari 2Q akan naik dengan cepat.  Ini menyebabkan turunnya C V dari 2 Q .  Sambungan langsung C V melalui 3 R menyebankan turunnya B I dan C I dari 1 Q .  Proses ini berlangsung terus sampai 1 Q cutoff dan 2 Q jenuh.  Rangkaian akan tetap pada kondisi ini sampai ada perintah untuk berubah atau catu daya dilepas. 

Pembangkit Gelombang 

IC NE/SE 555 adalah piranti multiguna yang telah secara luas digunakan.  Piranti ini dapat difungsikan sebagai astable multivibrator. Rangkaian khusus ini dapat dibuat dengan komponen dan daya yang minimal. Rangkaian dapat dengan mudah dibuat dan sangat reliabel.  Chip khusus ini telah banyak diproduksi oleh beberapa pabrik.  Sebagai tanda, semua produksi terdapat angka 555 misalnya SN72555, MC14555, SE555, LM555 dan CA555.  

Rangkaian internal IC 555 biasanya dilihat dalam sebagai blok-blok.  Dalam hal ini, chip memiliki dua komparator, sebuah bistable flip-flop, sebuah pembagi resistif, sebuah transistor pengosong dan sebuah keluaran.  Gambar 17.20 memperlihatkan blok fungsional IC 555.    Pembagi tegangan pada IC terdiri dari tiga resistor 5 kΩ.  Jaringan dihubungkan secara internal ke CC V+ dan “tanah” dari sumber.  Tegangan yang ada di resistor bagian bawah adalah sepertiga CC V .  Tegangan pada titik tengah pembagi tegangan sebesar dua pertiga harga CC V . Sambungan ini berada pada pin 5 dan titik ini didesain sebagai pengontrol tegangan.   Dua buah komparator pada IC 555 merespon sebagai rangkaian saklar.  Tegangan referensi dikenakan pada salah satu masukan pada masing-masing komparator.  Tegangan yang dikenakan pada masukan lainnya memberikan awalan terjadinya perubahan pada keluaran jika tegangan tersebut berbeda dengan harga referensi.  Komparator bereda pada dua pertiga CC V dimana pin 5 dihubungkan ke tengah resistor pembagi.  Masukan lain ditandai dengan pin 6 disebut sebagai ambang pintu (threshold).  Saat tegangan pada pin 6 naik melebihi dua pertiga CC V , keluaran komparator akan menjadi positif.  Ini kemudian dikenakan pada bagian reset dari masukan flip-flop. Komparator 2 adalah sebagai referensi sepertiga dari CC V .  Masukan positif dari komparator 2 dihubungkan dengan bagian bawah jaringan pembagi resistor.  Pin 2 eksternal dihubungkan dengan masukan negatif komparator 2.  Ini disebut sebagai masukan pemicu (trigger).  Jika tegangan pemicu jatuh di bawah sepertiga CC V , 
keluaran komparator akan berharga positif.  Ini akan dikenakan pada masukan set dari flip-flop. Flip-flop IC 555 termasuk jenis bistable multivibrator, memiliki masukan set  dan reset dan satu keluaran.  Saat masukan reset positif maka keluaran akan positif.  Tegangan positif pada set akan memberikan keluaran menjadi negatif.  Keluaran flip-flop tergantung pada status dua masukan komparator. Keluaran flip-flop diumpankan ke keluaran dan transistor pengosong.  Keluaran dihubungkan dengan pin 3 dan transistor pengosongan dihubungkan dengan pin 7.  Keluaran adalah berupa penguat daya dan pembalik isyarat.  Beban yang dipasang pada terminal 3 akan melihat apakah keluaran berada pada CC V+ atau “tanah”, tergantung kondisi isyarat masukan.  Arus beban sebesar sampai pada harga 200 mA dapat dikontrol oleh terminal keluaraan.  Beban yang tersambung pada CC V+ akan mendapat energi saat pin 3 berubah ke “tanah”.  Beban yang terhubung ke “tanah” akan “hidup” saat keluaran berubah ke CC V+ .  Kemudian akan mati saat keluaran berubah ke “tanah”.   Transistor 1 Q disebut transistor pengosongan (discharge transistor). Keluaran flip-flop dikenakan pada basis 1 Q .  Saat flip-flop reset (positif), akan membuat 1 Q berpanjar maju.  Pin 7 terhubung ke “tanah” melalui 1 Q . Saat flip-flop set (negatif),  akan membuat 1 Q berpanjar mundur.  Ini akan membuat pin 7 menjadi tak terhingga atau terbuka terhadap “tanah”.  Karenanya pin 7 mempunyai dua kondisi, terhubung singkat atau terbuka.  Kita selanjutnya akan melihat bagaimana respon rangkaianinternal IC 555 sebagai sebuah multivibrator.  

IC Astable Multivibrator 

Jika digunakan sebagai astable multivibrator, IC 555 berlaku sebagai Osolator RC.  Bentuk gelombang dan frekuensi keluaran utamannya ditentukan oleh jaringan RC.  Gambar 17.21 memperlihatkan rangkaian astable multivibrator menggunakan IC LM555.  Biasanya rangkaian ini digunakan sebagai pembangkit waktu (time base generator) untuk rangkaian lonceng (clock) dan pada komputer.   Pada rangkaian ini diperlukan dua resistor, sebuah kapasitor dan sebuah sumber daya.  Keluaran diambil dari pin 3.  Pin 8 sebagai CC V+ dan pin 1 adalah “tanah”.  Tegangan catu DC dapat berharga sebesar 5 – 15 V.  Resistor A R dihubungkan antara CCV+ dan terminal pengosongan (pin 7).  Resistor B R dihubungkan antara pin 7 dengan terminal ambang (pin 6).  Kapasitor dihubungkan antara ambang pintu dan “tanah”.  Pemicu (pin 2) dan ambang pintu (pin 6) dihubungkan bersama.   Saat daya mula-mula diberikan, kapasitor akan terisi melalui A R dan B R . 
Ketika tegangan pada pin 6 ada sedikit kenaikan di atas dua pertiga CC V , maka terjadi perubahan kondisi pada komparator 1.  Ini akan me-reset flip-flop dan keluarannya akan bergerak ke positif.  Keluaran (pin 3) bergerak ke “tanah” dan basis 1 Q berprategangan maju.  1 Q mengosongkan C lewat B R ke “tanah”.


   Ketika tegangan pada kapasitor C turun sedikit di bawah sepertiga CC V , ini akan memberikan energi ke komparator 2.  Antara pemicu (pin 2) dan pin 6 masih terhubung bersama.  Komparator 2 menyebabkan tegangan positif ke masukan set dari flip-flop dan memberikan keluaran negatif.  Keluaran (pin 3) akan bergerak ke harga CC V+ .  Tegangan basis 1 Q berpanjar mundur.  Ini akan membuka proses pengosongan (pin7).  C mulai terisi lagi ke harga CC V lewat A R dan B R .  Proses akan berulang mulai titik ini.  Kapasitor C akan terisi dengan harga berkisar antara sepertiga dan dua pertiga CC V .  
Perhatikan gelombang yang dihasilkan pada gambar 17.22.  Frekuensi keluaran astable multivibrator dinyatakan sebagai T f / 1= .  Ini menunjukkan sebagai total waktu yang diperlukan untuk pengisian dan pengosongan kapasitor C.  Waktu pengisian ditunjukkan oleh jarak 1 t dan 3 t .  Jika dinyatakan dalam detik ( )C RRt B A += 693,01 .  Waktu pengosongan diberikan oleh 2 t dan 4 t .  Dalam detik, C Rt B 693,02 =.  Dalam satu putaran atau satu periode pengoperasian waktu yang diperlukan adalah sebesar  


Dengan menggunakan harga 1 t dan 2 t atau 3 t dan 4 t , maka persamaan frekuensi dapat 
dinyataakan sebagai  
  
Nisbah resistansi A R dan B R sangat penting untuk pengoperasian astable multivibrator.  Jika B R lebih dari setengah harga A R , rangkaian tidak akan berosilasi.  Harga ini menghalangi pemicu untuk jatuh dari harga dua pertiga CC V ke sepertiga CC V .  Ini berarti IC tidak mampu untuk memicu kembali secara mandiri atau tidak siap untuk operasi berikutnya.  Hampir semua pabrik pembuat IC jenis ini menyediakan data pada pengguna untuk memilih harga A R dan B R yang sesuai terhadap harga C.  

Penerapan Osilator

  1. Oscillators digunakan untuk menghasilkan sinyal, misalnya
  2. Digunakan sebagai osilator lokal untuk mengubah sinyal RF ke IF sinyal di penerima;
  3. Digunakan untuk menghasilkan pembawa RF pemancar
  4. Digunakan untuk menghasilkan jam di sistem digital;
  5. Digunakan sebagai sirkuit menyapu di TV dan CRO.

0 Response to "Osilator"

Post a Comment

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel