LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DASARUNIT VJUDUL : OSILATOR GESER FASE

Nama: Ahmad FathurrohmanNo. Mahasiswa: 40906Kelompok / Hari: VI / Selasa Siang

LABORATORIUM ELEKTRONIKA DASARJURUSAN TETI FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS GADJAH MADAYOGYAKARTA2014A. PENDAHULUAN1. Tujuan Praktikum Mengamati dan mempelajari prinsip kerja osilator geser fase. Mengamati perbedaan masing-masing gelombang ouput osilator geser fase. Mengamati dan menganalisis gelombang Lissajous yang terbentuk dari osilator geser fase. Menganalisis grafik beda fase yang terbentuk.

2. Landasan Teori OsilatorRangkaian osilator merupakan sebuah rangkaian listrik yang mampu menghasilkan output tegangan yang sifatnya berulang, seperti gelombang sinusoidal maupun gelombang kotak. Rangkaian osilator banyak digunakan di berbagai bidang, seperti dalam transmitter pada radio dan televisi serta sinyal clock pada computer.Rangkaian osilator mampu menghasilkan output tegangan AC dari inputan DC baik dengan frekuensi tinggi maupun frekuensi rendah. Osilator yang mengubah tegangan input DC menjadi tegangan input AC berdaya tinggi sering disebut inverter. Rangkaian osilator dibagi menjadi dua macam: Osilator sinusoidal yang menghasilkan gelombang output sinusoidal Osilator Relaxation yang menghasilkan gelombang output berbentuk gergaji, kotak, ataupun segitigaOsilator sinusoidal memakai rangkaian amplifier yang dihubungkan dengan loop umpan balik (feedback), yaitu menghubungkan tegangan outputnya ke tegangan input kembali. Saat dihubungkan dengan sumber, noise muncul pada tegangan output dan kembali dihubungkan ke input untuk mengalami proses penguatan oleh amplifier, dan seterusnya hingga tegangan noise yang semula kecil menjadi dapat diamati sehingga dalam waktu singkat menjadi gelombang sinusoidal dengan frekuensi tertentu. Gambar bagan umum rangkaian osilator dapat dilihat pada gambar 1.

Bagan Umum OsilatorAda banyak macam osilator sinusoidal, tetapi pada bahasan ini, kita hanya akan membahas osilator geser fase. Osilator geser fase adalah osilator gelombang sinusoidal yang tegangan outputnya mengalami pergeseran fase sebesar 1800 dibandingkan gelombang output dari hasil penguatan amplifier. Rangkaian osilator geser fase terdiri dari rangkaian operasional amplifier (op-amp), tiga kapasitor, dan empat buah resistor yang dirangkai seperti pada gambar 2. Terlihat bahwa rangkaian menggunakan sistem umpan balik, yaitu menggunakan hasil output sebagai input proses selanjutnya, untuk menghasilkan tegangan output yang berubah secara periodis. Keberadaan sistem kapasitor-resistor yang disusun secara cascade seperti pada gambar memungkinkan fase gelombang yang keluar dari amplifier bergeser. Karena itulah, osilator ini disebut osilator geser fase.Penghitungan secara matematis rangkaian osilator geser fase cukup rumit, karena keberadaan sistem kapasitor-resistor kedua akan membebani input dari sistem kapasitor-resistor pertama, dan seterusnya. Untuk mempermudah perhitungan, semua kapasitor diberi nilai yang sama (C1 = C2 = C3) dan semua resistor diberi nilai yang sama (R1 = R2 = R3). Untuk kasus khusus tersebut, nilai frekuensi gelombang output yang akan dimunculkan oleh rangkaian dinyatakan dengan persamaan:

Untuk menghindari proses pembebanan di atas, diantara pasangan kapasitor-resistor dapat diselipkan sistem op-amp buffer. Persamaan di atas berlaku untuk rangkaian amplifier yang tersusun atas transistor FET (Field Effect Transistor).

Rangkaian Umum Osilator Geser Fase

Untuk penggunaan transistor BJT (Bipolar Junction Transistor), digunakan persmaan:

Rangkaian Umum osilator geser fase dengan menggunakan transistor BJT pada rangkaian amplifier dapat dilihat pada gambar 3.

Osilator Geser Fase dengan Transistor BJT

LissajousDalam ilmu matematika, kurva atau grafik Lissajous menyatakan grafik y fungsi x dari suatu sistem persamaan parametris seperti persamaan gerak harmonis berikut:

Bentuk-bentuk grafik yang dimunculkan bergantung pada nilai-nilai konstanta pada kedua persamaan. Rasio a/b = 1 akan menghasilkan gambar elips, termasuk kasus khusus untuk A = B dan = 900 yang akan berbentuk lingkaran, = 0 yang akan berbentuk garis, serta a/b = 2 dan = 900 yang akan berbentuk parabola. Disimpulkan bahwa gambar grafik lissajous dapat memberitahu kita perbandingan frekuensi antara dua buah sinyal serta beda fasenya.Beberapa gambar grafik lissajous dapat dilihat pada gambar :

Grafik Lissajous untuk =900 Perbandingan a:b masing-masing 1:2, 3:2, 3:4, 5:4, dan 5:6Lissajous juga dapat digunakan untuk mencari beda fase dan beda amplitude antara dua buah sinyal yang memiliki frekuensi yang sama. Untuk frekuensi sama, pada layar akan muncul gambar oval / elips yang nilai eksentrisitasnya merupakan fungsi dari beda fase antara kedua sinyal. Untuk eksentrisitas 1, beda fasenya 900 dan untuk eksentrisitas beda fasenya 1800. Beda fase dapat dihitung dengan mengukur perbandingan antara titik potong oval terhadap sumbu vertical (Y0) dan titik tertinggi dari oval yang terbentuk (Ym) dengan persamaan:

Beberapa gambar oval lissajous dapat dilihat pada gambar 6.

Salah satu grafik Lissajous pada layar CRO

Beberapa pola elips lissajous

B. ALAT DAN BAHAN PRAKTIKUM Bread Board Resistor 68 k, 12 k , 1,5 k , 270 , 1 k(2 buah) Kapasitor 100 nF (3 buah) dan Kapasitor 47 F / 25 Volt Transistor FCS 9013 dengan Hfe 203 Osiloskop (CRO) Multimeter AFG Kabel Jumper Panel PS 445

C. ANALISA GAMBAR RANGKAIAN1. Pengujian gelombang Osilator Geser Fase

Pada praktikum kali ini, komponen yang sudah disediakan dirangkai di bread board sehingga menjadi seperi rangkaian diatas. Kemudian diukur Vpp dari Vout 1, Vout 2 & Vout 3 dan dicari Vcc maksimal dan Vcc minimalnya.Output dari rangkaian di atas akan dihubungkan dengan sistem kapasitor-resistor yang disusun seperti gambar di bawah untuk menghasilkan gelombang yang fasenya bergeser terhadap fase gelombang inputnya

Rangkaian penggeser fase

Dengan mengabaikan pembebanan, maka nilai tegangan diantara resistor pertama diberikan oleh persamaan:

Untuk resistor kedua pun berlaku persamaan yang sama dengan catatan nilai V1 diganti menjadi V2 dan nilai V2 diganti menjadi V3 dan seterusnya dengan pergeseran fase masing-masing sinyal tegangan sebanyak terhadap fase sinyal tegangan sebelumnya. Persamaan di atas sebenarnya hanya merupakan pendekatan dengan menganggap pengaruh pembebanan terhadap input tegangan cukup kecil. Untuk hasil yang lebih eksak, rangkain perlu ditinjau sebagai satu sistem secara keseluruhan.

1. Pengujian Lissajous Osilator Geser Fase

Pengujian kali ini di lakukan denga cara menghubungkan antara CRO, AFG dan rangkaian osilator yang di rangkai. Pengujian di sini di lakukan untuk mencari nilai frekuensi yang di hasilkan dari AFG agar terbentuk gambar Lissajous yang disediakan, yaitu :Pengujian pertama

1 : 1Pengujian kedua

1 : 3

Pengujian ketiga

2 : 3Pengujian keempat

3 : 4

Frekuensi yang tercipta pada osilator tersebut di pengaruhi oreh Resistor dan Kapasitor nya. Sehingga, frekuensi osilator dapat di cari dengan persamaan sebagai berikut:6,928(Hz)

1. Pengujian Beda Fase Osilator Geser Fase

Bila salah satu Vout di hubungkan dengan channel 2 pada CRO ( dengan channel satu terhubung pada Vout 1 dan ground) lalu pada gambar pada CRO di ubah menjadi gambar dengan bentuk X-Y, maka akan terbentuk pola elips.Elips kedua akan berubah bentuk dan sudut posisinya dari elips pertama. Bentuk dan sudut tertentu akan muncul untuk pergeseran fase tertentu. Dari gambar yang di hasilkan, akan muncul Ym dan Yo. Ym adalah nilai pada elips yang menjadi titik maksimal di tinjau dari koordinat Y. Sedangkan Yo adalah nilai pada elips dimana saat memotong garis Y. Pengukuran nilai beda fasenya dapat di cari dengan mencari arcsin dari Yo/Ym.

D. HASIL PENGUJIANVcc Minimal= 16,4 mVoltVcc Maksimal= 5,28VoltVcc yang dipakai pengujian= 9 Volt1. Pengujian Gelombang Osilator Geser FaseV Out 1

V Out 1 dan V Out 2

V Out 1 dan V Out 3

2. Pengujian Lissajous Geser FaseNo.Gambar dan PerbandinganFrekuensi AFG

1.1 Banding 1342 Hz

2.1 Banding 3135 Hz

3.2 Banding 3241 Hz

4.3 Banding 4255 Hz

3. Pengujian Beda Fase Osilator Geser FaseGambar Vout 1 Vout 1Gambar Vout 1 Vout 2Gambar Vout 1 Vout 3

Yo = 0Ym = 40Yo = 7Ym = 9Yo = 1,2Ym = 1,6

E. ANALISA HASIL PENGUJIAN1. Pengujian Gelombang Osilator Geser FaseSebelum pengujian ini, dilakukan dahulu pengujian untuk mengetahui Vcc maksimal dan Vcc minimal dari rangkaian. Vcc maksimal diukur pada Vout 1. Hal ini karena Vcc melewati lebih sedikit komponen daripada Vout 2 dan Vout 3, sehingga drop tegangannya paling sedikit. Sedangkan Vcc minimal terdapat di Vout 3, karena tegangan Vout 3 melewati lebih banyak komponen sehingga drop tegangannya turun lebih banyak.Pada pengujian gelombang osilator geser fase, terlihat bahwa nilai Vpp dari Vout 1 sampai Vout 3 semakin kecil. Ini terjadi karena nilai impedans pada kapasitor, sehingga ketika melewati kapasitor, nilai tegangan akan turun. Pada gambar gelombang juga terlihat bahwa titik awal gelombang mengalami pergeseran (perbedaan fase), hal ini terjadi karena rangkaian kapasitor-resistor yang memiliki kemampuan menggeser fase.

2. Pengujian Lissajous Geser FasePengujian ini dilakukan dengan mencari nilai frekuensi dari pola Lissajous yang ada. Pola lissajous ini menggunakan perbandingan antara frekuensi AFG dengan frekuensi CRO.Pada pengujian yang pertama, dicari gambar Lissajous dengan perbandingan 1:1. Polanya terbentuk pada frekuensi 342 Hz. Sedangkan melalui perhitungan, nilai frekuensi osilator dapat dicari dengan persamaan :(Hz)Dari hasil perhitungan, didapat hasil fosc = 459,44 Hz. Terlihat ada perbedaan cukup besar antara hasil perhitungan dengan hasil pengujian.Pada pengujian kedua, yaitu perbandingan 1:3, diperoleh hasil 135 Hz. Frekuensi ini juga dapat dicari dengan persamaan :

Terlihat ada perbedaan antara hasil pengujian dengan hasil perhitungan. Perbedaan ini dapat terjadi karena kesalahan saat pengukuran atau kurang akuratnya alat ukur, dalam hal ini CRO.Pada pengujian ketiga, yaitu perbandingan 2:3, diperoleh hasil 241 Hz. Frekuensi ini juga dapat dicari dengan persamaan :

Terlihat bahwa hasil pengujian mendekati hasil perhitunganPada pengujian keempat, yaitu perbandingan 3:4, diperoleh hasil 255 Hz. Frekuensi ini juga dapat dicari dengan persamaan :

Pada pengujian ini juga terlihat bahwa hasil perhitungan hampir sama dengan hasil pengukuran.

3. Pengujian Beda Fase Osilator Geser FasePengujian ini menghasilkan 3 buah grafik dengan Y0 dan YM masing-masing. Beda fase dari masing-masing grafik dapat dicari dengan perbandingan dua buah sinyal yang sama frekuensinya pada tegangan output. Kedua sinyal tersebut adalah titik singgung grakfik dengan sumbu vertical dan nilai tegangan maksimum dari grafik tersebut. Persamaannya :

Pada pengujian Vout 1 dengan Vout 1 ini, didapat hasil Y0 = 0 V dan YM = 40 V. Beda fasenya dapat dihitung dengan persamaan diatas, yaitu :

Beda fase dari Vout 1 dan Vout 1 adalah 0o. Ini terjadi karena kedua sumber gelombangnya sama. Gambarnya sama seperti pada teori, yaitu garis diagonal dari kiri bawah ke kanan atas.Pada pengujian Vout 1 dengan Vout 2 ini, didapat hasil Y0 = 7 V dan YM = 9 V. Beda fasenya dapat dihitung dengan persamaan diatas, yaitu :

Beda fase dari Vout 1 dan Vout 2 adalah 51,26o. Gambar yang dihasilkan adalah oval dengan ujung oval mengarah ke kanan atas (kuadran 1).Pada pengujian Vout 1 dengan Vout 3 ini, didapat hasil Y0 = 1,2 V dan YM = 1,6 V. Beda fasenya dapat dihitung dengan persamaan diatas, yaitu :

Beda fase dari Vout 1 dan Vout 3 adalah 48,59o. Gambar yang dihasilkan adalah oval dengan ujungnya mengarah ke kiri atas.Bedrasarkan teori, nilai beda fase pengujian Vout 1 - Vout 2 dan pengujian Vout 1 - Vout 3 harusnya sama. Pada hasil pengujian, hasilnya menunjukan nilai beda fase yang hampir sama, perbedaannya cukup kecil. Perbedaan ini dapat terjadi karena kesalahan pada CRO maupun kesalahan pengukuran.

F. KESIMPULAN Osilator merupaka rangkaian penguat umpan balik dan dapat membangkitkan sinyal AC dari sinyal DC. Rangkaian resistor-kapasitor pada osilator geser fase menyebabkan terjadinya perbedaan fase. Pola Lissajous adalah pola perbandingan frekuensi AFG dan CRO. Pola Lissajous bisa digunakan untuk mencari beda fase. Frekuensi Osilator dapat dicari dengan persamaan :

Beda fase dapat dicari dari besar Yo dan Ym nya dengan menggunakan persamaan :

G. LAMPIRAN1. Jawaban Pertanyaan1) Sebutkan beberapa penguat menurut jenisnya.a. Rangkaian Penguat Kelas APenguat transistor ini mempunyai titik kerja efektif setengah tegangan Vcc. Agar rangkaian siap bekerja menerima signal input maka penguat ini memerlukan bias awal. Penguat kelas A adalah penguat dengan efesiensi terendah tetapi memiliki cacat signal terkecil. Titik kerjanya diatur agar seluruh fase sinyal input diatur sedemikian rupa seehingga seluruh fase output selalu mengalir. Untuk mendapatkan titik kerja transistor tepat setengah tegangan Vcc, maka harus dilakukan sedikit perhitungan melalui pembagi tegangan yang terdiri dari dua buah resistor. Karena memiliki distorsi kecil, maka penguat kelas A dapat digunakan sebagai penguat awal sebuah sistem (Pre Amp).

b. Rangkaian Penguat Kelas B Titik kerja penguat kelas B berada dititik Cut-Off transistor dan bekerja berdasarkan tegangan bias dari sinyal input yang masuk. Penguat kelas B akan berada dalam kondisi OFF jika tidak ada signal input oleh karena itu maka penguat kelas B ini mempunyai efesinsi tinggi tetapi tidak dapat bekerja jika tegangan input kurang dari 0,6 Volt. Hal inilah yang menyebabkan signal cacat (distorsi). Karena bekerja pada level tegangan yang relatif tinggi (diatas 1 Volt), maka penguat kelas B cocok dipakai pada penguat akhir audio. Penguat kelas B ini dalam aplikasinya menggunakan sistem konfigusipush-pull yang dibangun oleh dua transistor.

c. Rangkaian Penguat Kelas CTitik kerja penguat kelas C berada di daerah Cut-Off transistor (mirip dengan penguat kelas B) tetapi hanya membutuhkan satu transistor untuk bekerja normal. Penguat kelas C dipakai untuk menguatkan signal pada satu sisi atau bahkan hanya puncak-puncak (peak to peak) signal saja. Penguat ini tidak memerlukan fidelitas, yang dibutuhkan adalah frekuensi kerja sinyal dan tidak memperhatikan bentuk sinyal. Penguat kelas C dipakai pada penguat frekuensi tinggi. Untuk membantu kerja biasanya sering ditambahkan sebuah rangkaian resonator LC yang terdiri dari induktor dan condensator. Penguat kelas C mempunyai efisiensi yang tinggi sampai 100 % namun dengan fidelitas yang rendah.

2) Dalam unit praktikum ini termasuk penguat kelas..... karena ..... jelaskan.Penguat kelas A karena seluruhfase arus outputnya terus mengalir.3) Faktor apa saja yang mempengaruhi frekuensi pada osilator?Faktor faktor yang mempengaruhi frekuensi pada osilator :a. Nilai resistansi R pada sistem kapasitor-resistorDengan menggunakan persamaan untuk mencari nilai f pada bagian dasar teori dapat diamati bahwa nilai f berbanding terbalik dengan R. Artinya, semakin besar nilai R yang digunakan akan semakin kecil frekuensinya, dan demikian jugab sebaliknya.b. Nilai kapasistansi C pada sistem kapasitor-resistorDengan menggunakan persamaan untuk mencari nilai f pada bagian dasar teori dapat diamati bahwa nilai f berbanding terbalik dengan R. Artinya, semakin besar nilai R yang digunakan akan semakin kecil frekuensinya, dan demikian jugab sebaliknya.c. Nilai geseran fase akhir yang diinginkanDapat diamati juga bahwa pergeseran fase dari sinyal tegangan juga bergantung pada frekuensi. Artinya, berapa nilai frekuensi yang dihasilkan rangkaian akan ikut andil dalam menggeser fase rangkaian osilator geser fase ini.

4) Buatlah beberapa contoh rangkaian pembangkit frekuensi.

Osilator BJT

Osilator Armstrong

Osilator Clapp

Osilator Hartley