RANGKAIAN UMPAN BALIK (FEEDBACK) DAN OSILATOR

1. Konsep Umpan Balik

Rangkaian umpan balik adalah sebuah rangkaian dimana sinyal output diumpan balikkan

ke input, contoh rangkaian ini sudah pernah kita pelajari saat membahas mengenai rangkaian-

rangkaian op-amp. Ada dua macam jenis umpan balik, yaitu umpan balik negatif dan umpan

balik positif. Umpan balik negarif menghasilkan pengurangan /pelemahan pada penguatan

tegangan sedangkan umpan balik positif menjadikan rangkaian berosilasi. Gambar 1

menunjukkan sebuah rangkaian umpan balik negatif .

Gambar 1. Rangkaian umpan balik negatif

Sinyal input Vs, dihubungkan ke rangkaian pencampur, dimana sinyal input ini di

kombinasikan dengan sinyal umpan balik Vf. Selisih dari dua sinyal tersebut Vi adalah tegangan

input untuk amplifier (A). Keluaran amplifier (Vo) dihubungkan ke umpan balik (), yang akan

menyediakan pengurangan sebagai sinyal umpan balik ke input rangkain pencampur.

2. Jenis Hubungan Umpan Balik

Ada empat jenis cara dasar yang digunakan untuk menghubungkan sinyal umpan balik,

tegangan dan arus dapat diumpan balikkan ke input dalam bentuk rangkaian seri ataupun pararel.

Ke-empat jenis hubungan umpan balik tersebut adalah sebagai berikut :

a. Umpan balik tegangan seri (Gambar 2a)

b. Umpan balik tegangan shunt (Gambar 2b)

c. Umpan balik arus seri (Gambar 2c)

d. Umpan balik arus shunt (Gambar 2d)

Gambar 2 menunjukkan empat jenis hubungan umpan balik.

Hubungan umpan balik seri cenderung akan meningkatkan resistansi masukan, sementara

hubungan  umpan balik  shunt (pararel) cenderung akan menurunkan resistansi masukan. Umpan

balik tegangan cenderung akan menurunkan impedansi output, sementara  umpan balik arus arus

cenderung akan meningkatkan impedansi output.

3. Pengaruh Umpan Balik Pada Penguatan dan Impedansi

Pada tabel 1 dibawah ini, ditunjukkan penguatan dengan dan tanpa umpan balik.

Tabel 1. Ringkasan penguatan dengan dan tanpa umpan balik

Pada Tabel 2 ditunjukkan pengaruh umpan balik pada impedansi rangkaian

4. Umpan Balik Positif dan Osilasi

Umpan balik positif merupakan suatu kondisi dimana tegangan keluaran dari rangkaian

penguat (amplifier) dimasukkan kembali ke bagian input dengan tanpa pergeseran fasa sehingga

menghasilkan sinyal keluaran secara berulang-ulang. Sebagaimana dalam gambar berikut ini

tegangan umpan balik (Vf) dikuatkan untuk menghasilkan tegangan keluaran (Vout) yang

kemudian menghasilkan kembali tegangan umpan balik melalui rangkaian umpan balik

(feedback circuit). Dengan demikian sebuah proses yang berputar berulang-ulang terjadi dan

sinyal sinus keluaran terus-menerus dihasilkan. Fenomena ini yang disebut sebagai osilasi.

Gambar 3. Rangkaian umpan balik positif

5. Persyaratan Osilator

Sebagaimana telah diketahui bahwa rangkaian osilasi umpan-balik menggunakan bagian

rangkaian umpan-balik (feedback circuit). Sesuai definisi, penguatan (gain) yang dihasilkan oleh

rangkaian penguat dengan umpan-balik, dirumuskan:

……………………………………………….. (1)

dengan:

G = gain dengan umpan-balik (tanpa satuan)

A = gain tanpa umpan-balik (tanpa satuan)

= faktor umpan-balik (tanpa satuan)

Agar rangkaian dapat berosilasi terus-menerus maka G harus bernilai tak terhingga. Supaya

kondisi ini terpenuhi maka bagian penyebut haruslah bernilai nol.

Jadi,

|1-A| = 0 …………………………………………………. (2)

Dengan kata lain, |A| = 1 , dan sudut fasa dari A = 0o.

Jika rangkaian menggunakan beberapa impedansi, sebagai contoh Z1, Z2 dan Z3, maka

agar sudut fasa tersebut bernilai 0o, jumlah seluruh reaktansi yang ada (X1, X2 dan X3) haruslah

bernilai 0.

Bila dirumuskan :

X1 + X2 + X3 = 0 ………………………………………….. (3)

Jadi dapat disimpulkan bahwa syarat agar terjadi osilasi adalah:

a. Sudut fasa dalam rangkaian umpan-balik haruslah 0o.

b. Hasil perkalian antara faktor umpan-balik dengan gain tanpa umpan-balik haruslah

sebesar 1.

6. Rangkaian Osilator

a. Osilator Hartley

Oscillator ini menggunakan OP-AMP sebagaimana diilustrasikan dalam Gambar 4.

Gambar 4 . Rangkaian osilator Hartley

Gain dari Vi ke Vo diberikan oleh persamaan berikut:

……………………………………………... (4)

Reaktansi yang terdapat dalam rangkaian:

Memasukkkan ketiga reaktansi tersebut ke dalam persamaan (3) diperoleh:

…………………………………… (5)

Maka diperoleh frekuensi osilasi:

……………………………….. (6)

Gain minimum yang dihasilkan dari rangkaian ini adalah sebesar perbandingan antara L3

dan L2:

…………………………………………….. (7)

Pada gambar 4, C-coupling adalah kapasitor kopling yang berfungsi seperti saklar tertutup

saat beroperasi pada frekuensi osilasi dengan tegangan AC, sekaligus memblok tegangan

sumber DC.

b. Osilator Colpitts

Oscillator ini pada prinsipnya sama dengan Osilator Collpits, dengan perbedaan terletak

pada penggunaan C2, C3 dan L1 sebagaimana dalam Gambar 5.

Gambar 5 . Rangkaian osilator colpitts

Gain dari Vi ke Vo diberikan oleh persamaan berikut:

………………………………………………. (8)

Reaktansi pada rangkaian:

Memasukkan ke dalam persamaan (3) dan dengan ω = 2f didapatkan frekuensi osilasi:

…………………………………………. (9)

dengan CS adalah kapasitansi seri antara C2 dan C3:

…………………………………………… (10)

Gain minimum untuk rangkaian ini adalah sebesar perbandingan antara C3 dan C2 sebagai

berikut:

…………………………………………………. (11)

Ringkasan :