Chapter 14 - Feedback and oscillator circuits
Rangkaian osilator adalah suatu sistem elektronik yang dapat menghasilkan sinyal periodik tanpa adanya masukan sinyal eksternal yang terus-menerus. Osilator memainkan peran penting dalam berbagai perangkat elektronik seperti radio, komputer, instrumen pengukuran, dan peralatan komunikasi. Dalam praktiknya, osilator menghasilkan sinyal berupa gelombang sinusoidal, gelombang persegi, atau bentuk gelombang lainnya.
Osilator bekerja berdasarkan prinsip umpan balik (feedback), di mana sebagian dari sinyal output dikembalikan ke input. Jika kondisi tertentu terpenuhi, osilator dapat menghasilkan sinyal dengan frekuensi dan amplitudo tertentu secara berkelanjutan. Dua tipe osilator yang sering digunakan dan menjadi fokus dalam praktikum ini adalah Phase-Shift Oscillator dan Wien Bridge Oscillator.
Simulasi menggunakan software Proteus memungkinkan visualisasi sinyal dan pemahaman lebih mendalam terhadap perilaku dan karakteristik masing-masing osilator. Melalui simulasi ini, kita juga dapat mengamati pengaruh komponen terhadap frekuensi osilasi dan kestabilan sinyal yang dihasilkan.
Menganalisis prinsip kerja rangkaian osilator dengan umpan balik positif.
Mendesain dan mensimulasikan Phase-Shift Oscillator dan Wien Bridge Oscillator menggunakan Proteus.
Mengamati bentuk gelombang keluaran dari masing-masing osilator.
Menentukan frekuensi osilasi yang dihasilkan berdasarkan nilai komponen.
Membandingkan karakteristik kedua jenis osilator.
- LM-741
- Diode
- Oscilloscope
- Ground
- Capacitor
- Resistor
- Battery
4.1 Prinsip Umpan Balik Positif
Osilator bekerja dengan menggunakan prinsip umpan balik positif, yaitu pengembalian sebagian output ke input dengan fasa yang tepat (0° atau kelipatan 360°). Menurut kriteria Barkhausen, untuk menciptakan osilasi:
Total pergeseran fasa dalam loop tertutup harus 0° atau 360°.
Penguatan loop (loop gain) harus ≥ 1.
Jika kedua kondisi ini terpenuhi, rangkaian akan mulai menghasilkan osilasi bahkan dengan gangguan kecil dari noise.
4.2 Phase-Shift Oscillator
Phase-Shift Oscillator menggunakan tiga jaringan RC seri yang masing-masing menghasilkan pergeseran fasa sebesar 60°, total 180°. Jaringan ini dihubungkan ke input inverting dari op-amp yang memberikan tambahan pergeseran fasa 180°, menghasilkan total 360° yang dibutuhkan.
Frekuensi osilasi ditentukan oleh:
Rangkaian ini stabil dan sederhana, tetapi memerlukan penguatan minimum agar osilasi bisa dipertahankan (sekitar 29 kali dari op-amp).
4.3 Wien Bridge Oscillator
Wien Bridge Oscillator menggunakan dua jaringan RC yang terdiri dari high-pass dan low-pass filter. Rangkaian ini menghasilkan umpan balik maksimum hanya pada satu frekuensi tertentu, di mana fasa dan penguatan berada dalam kondisi optimal.
Frekuensi osilasi:
Agar osilasi terjadi, penguatan op-amp harus diatur agar sama atau sedikit lebih dari 3. Untuk menjaga amplitudo stabil, digunakan metode pengaturan gain otomatis seperti dengan bohlam atau NTC thermistor yang responsif terhadap arus dan suhu.
Phase-Shift Oscillator
- Tegangan noise dari catu daya atau lingkungan akan diproses oleh rangkaian.
- Jaringan RC menghasilkan pergeseran fasa total 180°.
- Op-amp memberikan penguatan dan tambahan fasa 180°.
- Total pergeseran fasa menjadi 360°, dan sinyal dikembalikan ke input.
- Jika penguatan cukup, sinyal akan diperkuat dan berosilasi terus-menerus.
- Frekuensi tergantung pada nilai R dan C.
- Tegangan noise dari catu daya atau lingkungan akan diproses oleh rangkaian.
- Jaringan RC menghasilkan pergeseran fasa total 180°.
- Op-amp memberikan penguatan dan tambahan fasa 180°.
- Total pergeseran fasa menjadi 360°, dan sinyal dikembalikan ke input.
- Jika penguatan cukup, sinyal akan diperkuat dan berosilasi terus-menerus.
- Frekuensi tergantung pada nilai R dan C.
5.2 Wien Bridge Oscillator
- Rangkaian mulai dari noise kecil yang muncul di input.
- Jaringan RC menyeleksi satu frekuensi untuk umpan balik maksimum.
- Op-amp memberikan penguatan yang sesuai (>3), menyebabkan sinyal mulai tumbuh.
- Pengatur gain otomatis (bohlam atau NTC) menyesuaikan penguatan agar tidak berlebih.
- Output menjadi gelombang sinusoidal yang stabil.
- Frekuensi bergantung pada kombinasi RC.
- Rangkaian mulai dari noise kecil yang muncul di input.
- Jaringan RC menyeleksi satu frekuensi untuk umpan balik maksimum.
- Op-amp memberikan penguatan yang sesuai (>3), menyebabkan sinyal mulai tumbuh.
- Pengatur gain otomatis (bohlam atau NTC) menyesuaikan penguatan agar tidak berlebih.
- Output menjadi gelombang sinusoidal yang stabil.
- Frekuensi bergantung pada kombinasi RC.
- Tidak terjadi osilasi akibat nilai penguatan op-amp yang tidak memenuhi syarat Barkhausen.
- Frekuensi output tidak sesuai dengan perhitungan karena toleransi komponen atau kesalahan dalam konfigurasi jaringan RC.
- Amplitudo output tidak stabil pada Wien Bridge Oscillator karena tidak adanya pengatur gain otomatis.
Hitunglah frekuensi osilasi dari Phase-Shift Oscillator dengan R = 10 kΩ dan C = 0.01 µF.
Jawaban:
Menggunakan rumus:
f = 1 / (2πRC√6)
f = 1 / (2 × 3.14 × 10 × 10³ × 0.01 × 10⁻⁶ × √6)
f ≈ 649 HzTentukan nilai kapasitor yang dibutuhkan agar Wien Bridge Oscillator menghasilkan frekuensi 1 kHz dengan R = 10 kΩ.
Jawaban:
f = 1 / (2πRC) → C = 1 / (2πfR)
C = 1 / (2 × 3.14 × 1000 × 10 × 10³) ≈ 1.59 × 10⁻⁸ F
C ≈ 15.9 nFJelaskan mengapa penguatan lebih dari 3 diperlukan pada Wien Bridge Oscillator untuk memulai osilasi, dan bagaimana menjaga amplitudo agar tetap stabil.
Jawaban:
Karena jaringan umpan balik Wien Bridge hanya memberikan penguatan maksimum sebesar 1/3, maka op-amp harus memiliki penguatan lebih dari 3 untuk memenuhi syarat Barkhausen. Agar amplitudo tetap stabil, digunakan pengatur gain otomatis seperti lampu bohlam atau thermistor NTC yang menyesuaikan resistansi berdasarkan arus/suhu.
.png){kind=logo}
Komentar
Posting Komentar