LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKA 5

LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKA

UNIT : V

OSILATOR GESER FASE

Nama : Hamdan Prakoso

No. Mhs : 39251

Kel. /Hari : II/Jum’at

Tanggal : 8 November 2013

LABORATORIUM ELEKTRONIKA DASAR

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN TEKNOLOGI INFORMASI

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2013

A. PENDAHULUAN

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 searah (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.

Secara garis besar, cara kerja rangkaian ini adalah sebagai berikut. Setiap saat, pasti ada

noise pada rangkaian. Noise ini bentuknya bermacam-macam dan tidak beraturan. Walaupun

bentuk gelombanganya tidak beraturan, sebenarnya gelombang tersebut merupakan

penjumlahan dari banyak sekali gelombang dan semua gelombang tersebut merupakan

gelombang sinusoidal dengan frekuensi yang bermacam-macam pula. Dari bermacam-macam

gelombang itu, lalu hanya satu gelombang dengan frekuensi yang kita inginkan saja yang

nantinya akan digunakan. Gelombang noise biasanya amplitudonya sangat kecil. Oleh karena

itu, selanjutnya gelombang tersebut diperkuat secara terus menerus (menggunakan Feedback

Amplifier) sehingga amplitudo gelombang yang dikeluarkan menjadi besar. Tetapi, penguatan ini

ada batasnya. Penguatan akan berhenti saat transistor telah mencapai keadaan saturasi. Osilator ini

dapat digunakan sebagai frekuensi referensi untuk menghitung frekuensi suatu gelombang lain.

Caranya adalah dengan melihat pola Lissajous yang dihasilkan (seperti pada bagian B

percobaan berikut). Dua gelombang sinusoidal dengan frekuensi masing-masing akan

menghasilkan pola-pola yang khas tergantung pada perbandingan frekuensi kedua gelombang

tersebut. Dengan melihat pola yang dihasilkan dan dengan mengetahui frekuensi osilator, maka kita

dapat menentukan frekuensi gelombang lain tersebut.

Berdasarkan mode pengoperasiannya osilator sendiri dibagi menjadi dua yaitu:

1. Feedback oscillator

a. Osilator LC

b. Osilator Armstrong

c. Osilator Colpitt

d. Osilator Pierce

e. Osilator Kristal

f. Osilator Hartley

2. Relaxation oscillator

Osilator relaksasi merespon piranti elektronik dimana akan bekerja pada selang waktu

tertentu kemudian mati untuk periode waktu tertentu. Kondisi pengoperasian ini berulang

secara mandiri dan kontinu. Osilator ini biasanya merespon proses pemuatan dan

pengosongan jaringan RC atau RL.

Pengukuran beda fase antara dua buah gelombang dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu:

a. Osiloskop Dual Trace

Yaitu dengan mengukur delta waktu dari gelombang dan perbandingannya terhadap

periodenya, θ=(Δt/T)x360.

b. Dengan Metoda Lissajous

Dengan menggunakan osiloskop, maka fase dapat diukur sebagai berikut,

B. ALAT DAN BAHAN

a. Alat

1. Multimeter digital atau analog

2. Osiloskop digital atau analog

3. AFG

4. Jepit buaya

5. Probe

6. Penyedia daya ( papan PS445)

7. Papan Breadboard

b. Bahan

1. Rangkaian , dengan komponen sbb :

i. Resistor

1) R1 = 82 KΩ

2) R2 = 15 KΩ

3) RC = 3300 Ω

4) RE = 220 Ω

5) R = 1 KΩ

6) R = 1 KΩ

ii. Kapasitor

1) C1 = 50 nF

2) C2 = 50 nF

3) C3 = 50 nF

4) CE = 47 µF/25V

iii. Transistor

1) Transistro Fcs 9013

iv. Kabel Jumper

C. GAMBAR RANGKAIAN DAN ANALISA

1. Rangkaian Osilator Geser Fase

Rangkaian yang dibuat pada breadboard adalah rangkaian osilator geser fase dengan

rangkaian penguat common emitter atau Voltage-Divider Bias. Transistor yang dipakai

dalam voltage-divider bias diatas adalah transistor Fcs 9013 dengan Hfe 211 kali. Pada

transistor Fcs 9013 emitor diberi tegangan lebih rendah daripada kolektor. Karena penguat yang

digunakan (common emitter) menghasilkan perputaran fase 180°, maka rangkaian pengumpan

baliknya (RC), harus juga memutar sebesar itu. Yaitu dibuat dengan memasang dua buah

pasangan R dan C (1K Ω dan 50 nF).

Terlihat, untuk rangkaian penguatnya, emitornya di-groundkan. Inputnya berasal dari

masukan di basis dan outputnya ada pada kaki kolektor. Secara umum lebih sering digunakan

daripada amplifier BJT lain karena sifatnya lebih mendekati sifat amplifier ideal.

Terdapat R1 82K Ω dan R2 15K Ω sebagai Rinput, RC (resistor pada kolektor) 3300 Ω,

dan RE (resistor pada emitor) 220 Ω yang terhubung dengan ground. Terdapat Bypass capasitor

pada kaki emitor, yaitu kapasitor yang digunakan untuk menghubung-singkatkan nilai AC

ke ground. Karena ditempatkan pada kaki emitor, maka bypass berfungsi untuk

menghubungsingkatkan sinyal AC emitor ke ground. Kapasitor tersebut dihubungkan secara

paralel dengan resistor yang ada pada emitor agar resistor emitor tidak mempengaruhi operasi

AC dari rangkaian. Sinyal yang ada pada kaki emitor nantinya adalah sinyal DC murni,

berbentuk garis lurus bila dilihat pada osiloskop.

2. Pengujian Tegangan DC dan Bentuk Gelombang Osilator Geser Fase

Rangkaian osilator geser fase yang digunakan pada praktikum ini adalah gabungan dari

rangkaian voltage divider bias yang dihubungkan dengan 3 buah kapasitor dan

diumpanbalikkan (feedback) ke basis transistor. Dalam analisis DC, kapasitor pada

rangkaian akan berperan sebagai blocking arus DC. Hal ini dapat dijelaskan dari

reaktansi kapasitif yang didapat dari rumus :

XC= 12 πfC

Sinyal DC memiliki frekuensi sebesar 0, bila kita masukkan pada persamaan, kapasitor

akan memiliki reaktansi yang sangat besar (tak terhingga). Sinyal DC tidak bisa melewatinya.

Pengukuran tegangan bagian pertama dilakukan dengan multimeter digital, dipasang ke

mode Voltmeter. Vcc adalah tegangan sumber, yaitu tegangan yang berasal dari penyedia

daya. VDC+ dihubungkan ke port positif penyedia daya dan VDC- dihubungkan ke

ground. Vcc diatur untuk tegangan yang menghasilkan gambar sinusoidal yang bagus pada

layar osiloskop. Vcc akan mensuplai tegangan untuk kolektor. Vc adalah tegangan yang

melewati kolektor sampai ke ground, tidak melalui Rc. Sedang Vce adalah selisih tegangan

yang terukur Vc dan Ve. V1 adalah tegangan yang melalui R1 dan V2 adalah tegangan yang

melalui R2.

Pengukuran tegangan bagian kedua dilakukan dengan osiloskop. Untuk mengukur

Vout1, Vout2, Vout3, dan Vout4, kita hubungkan probe positif osiloskop (CRO) ke titik output

yang akan diukur (Vout1 sambungan antara kaki kolektor dengan kapasitor C1 , Vout2

sambungan antara kaki kapasitor C1, C2 dengan resistor R, Vout3 sambungan antara kapasitor

C2, C3 dengan resistor R , dan Vout4 sambungan kaki basis pada transistor dengan

kapasitor C3)dan probe negatif osiloskop ke ground. Akan didapat nilai Voutput maksimum

(peak to Peak.

3. Pengujian Lissajous Osilator Geser Fase

Bila kita melakukan analisa AC dari rangkaian osilator yang digunakan pada praktikum

kali

ini (menggunakan transistor BJT) menggunakan rangkaian pengganti dengan menggunakan

parameter y untuk transistor dari teori dua gerbang (gerbang dua penguat dan gerbang dua

pengumpan balik), dapat dihitung frekuensi yang dihasilkan oleh osilator

f = 12πRC

∙1

√6+4 kdengank= Rc

R

Bila kita hubungkan pembangkit frekuensi AFG ke channel 2 osiloskop (dengan

frekuensi bangkitan osilator pada channel 1 osiloskop) lalu kita ubah mode osiloskop menjadi

both channel dan X-Y, muncul pola-pola gelombang yang berbentuk seperti gelombang

melingkar-lingkar. Pola-pola tertentu akan muncul untuk perbandingan frekuensi tertentu. Kita

ubah-ubah frekuensi dari AFG agar nilai frekuensinya merupakan perbandingan bulat tertentu

dengan frrekuensi bangkitan osilator.

4. Pengujian Beda Fase Osilator Geser Fase

Bila kita hubungkan salah satu Vout ke channel 2 osiloskop (dengan Vout 1pada channel 1

osiloskop dan kedua kabel ground pada V DC -) lalu kita ubah mode osiloskop menjadi both

channel/ dual dan X-Y, muncul pola bentukan elips. Elips yang kedua akan berubah bentuk dan

sudut posisinya terhadap elips yang pertama. Bentuk dan sudut tertentu akan muncul untuk

pergeran fase tertentu. Dari gambar yang muncul pada tampilan osiloskop, dapat diukur

Yo (nilai pada sumbu y dimana gambar yang dihasilkan memotong sumbu y) dan Ym (nilai

yang tertinggi (puncak) dari gambar yang dihasilkan).

Nilai diukur untuk masing-masing Vout1, Vout2, Vout3, dan Vout4

Nilai beda fase dari tegangan-tegangan yang diukur bisa didapat dengan rumus

φ=arcsinYoYm

D. HASIL PENGUJIAN

Pengukuran Hfe Transistor Fcs 9013 = 211 kali


a. Pengujian Tegangan DC Osilator Geser Fase

Pengujian Nilai (Volt)Vcc 5,68V1 4,81V2 0,811VC 2,63VE 0,181

b. Pengujian Gelombang Osilator Geser Fase

Pengujian Nilai V Out 1 320 mVppV Out 2 50,4 mVppV Out 3 31,20 mVppV Out 4 36,00 mVpp

c. Gambar Gelombang

2. Pengujian Lissajous Osilator Geser Fase

No. Gambar dan Perbandingan Nilai (Volt)1.

1 banding 1

372 Hz

2.

1 banding 3

124 Hz

3.

2 banding 3

251 Hz

4.

3 banding 4

281 Hz

Frekuensi osilator yang dibuat 374,8 Hz


a. Gambar V Out1 - VOut1

Yo = 0

Ym = 2,2

b. Gambar V Out1 - Vout2

Yo = 1,00

Ym = 1,48

c. Gambar V Out1 – Vout3

Yo = 1,00

Ym = 1,48

E. ANALISA HASIL PENGUJIAN


a. Pengujian Tegangan DC Osilator Geser Fase

Tujuan dari pengujian ini adalah untuk mengukur tegangan-tegangan di beberapa titik

pada rangkaian untuk mengetahui status/keadaan rangkaian elektronik. Tegangan yang

diukur meliputi tegangan V1 yaitu tegangan R1, tegangan V2 yaitu tegangan R2, tegangan

Vc yaitu tegangan kaki Collector transistor dengan ground, dan VE, yaitu tegangan antara

kaki emitor dengan ground. Untuk Vcc didapatkan nilai 5,68 Volt. Untuk V1, V2, VC dan

VE dapat dicari dengan pendekatan persamaan seperti di bawah ini :

Besar Tegangan V1

V 1= R 1R1+R 2

Vcc

¿82 K

82 K+15 K∙5,68

¿4,802 V

Dari hasil persamaan di atas terdapat selisih sebesar 0,098 Volt dengan hasil yang

didapat dari hasil pengukuran. Hal ini diperkirakan disebabkan karena adanya ketidaktepatan

resistor sebesar toleransi 5% dan tidak stabilnya tegangan input.

Besar Tegangan V2

V 1= R 2R1+R 2

Vcc

¿ 15 K82 K+15 K

∙5,68

¿0,878 VSelisih antara V2 yang didapat secara teori dengan V2 yang didapat saat melakukan

pengukuran relatif kecil yaitu hanya sekitar 0,067 V. Apabila tegangan V1 dan V2 yang terukur dengan multimeter dijumlahkan maka hasil pengjumalah kedua tegangan tersebut mendekati dengan tegangan Vcc yang terukur sebesar 5,68 Volt.

V CC=V 1+V 2

¿4,802+0,878 ¿5,68 VKarena nilai Vb tidak lain adalah nilai tegangan V2, dan nilai hasil pengukuran VB dan

VE masing-masing 0,878 V dan 0,181 V, maka dapat diketahui keadaan transistor yaitu: Besar Tegangan VBE

V BE=V B−V E

¿0,878−0,181 ¿0,697 V

Nilai VBE ini hampir mendekati nilai VBE pada umumnya yang berada di sekitar nilai 0,7 Volt.

Untuk menghitung nilai tegangan 𝑉𝐶, terlebih dahulu praktikan menghitung nilai arus 𝐼𝐸 dengan persamaan :

I E=V E

RE

¿0,181220

¿8,227 ×10−4 ANilai IE mendekati nilai IC karena IE = IB + IC dan nilai IB sangat kecil sehingga IE ~ IC, kemudian

V C=V CC−I C ∙ RC

¿5,68− (8,227 ×10−4 ∙3300 ) ¿ 2,962 V

Besar Tegangan VCE

V CE=V C−V E

¿2,962−0,181 ¿2,781 V

Terlihat dari hasil pengukuran dan hasil perhitungan hanya terdapat sedikit selisihnya. Oleh karena itu, hasil pengukuran bisa dikatakan sudah valid.

b. Pengujian Gelombang Osilator Geser Fase

Data hasil pengukuran nilai Vpp output terlihat nilai V Output 1 > V Output 2 > V

Output 4 > V Output 3. Menurut teori seharusnya, V Output 1 > V Output 2 > V Output 3 >

V Output 4. Hal ini disebabkan oleh nilai kapasitor yang dipasang paralel dan pengujian di

percabangan Antar kapasitor. Selain nilai penurunan tegangan Vpp, adanya kapasitor

ini mempengaruhi nilai beda fase yang grafiknya terlihat di osiloskop digital.

c. Gambar Fase

Pada Pengujian gambar gelombang output osilator, gambar yang dihasilkan

menampilkan pergeseran fase secara konstan. Untuk pengujian dengan input hanya Vout1,

tampak bahwa gelombang dimulai dari puncak gelombang pada fase positif. Kemudian pada

pengujian Vout1 dengan Vout2, tampak bahwa gelombang Vout1 dimulai dari puncak,

sedangkan gelombang Vout2 dimulai dari titik nol, sehingga dapat diketahui gelombang

Vout2 mendahului 900 terhadap gelombang Vout1. Selanjutnya, pada pengujian Vout1

dengan Vout3 tampak bahwa Vout1 dimulai dari puncak gelombang fase positif, sedangkan

Vout3 dimulai dari puncak gelombang fase positif. Saat gelombang Vout1 berada pada

puncak gelombang suatu fase, gelombang Vout3 juga berada pada puncak gelombang di fase

yang berlainan. Dari hal ini, dapat dikatakan bahwa terdapat beda fase sebesar 180° antara

gelombang Vout1 dengan Vout3. Yang terakhir, untuk pengujian gelombang Vout1 dengan

Vout4, gelombang Vout1 dimulai dari puncak gelombang menuju fase negatif, sedangkan

Vout4 dimulai dari titik nol menuju fase positif. Dari informasi tersebut dapat diketahui

bahwa gelombang Vout4 mendahului 270° terhadap gelombang Vout1. Dari percobaan yang

telah dilakukan, terlihat bahwa Vpp gelombang keluaran semakin mengecil yang diakibatkan

karena rangkaian RC yang terpasang.

2. Pengujian Lissajous Geser Fase

Dari hasil pengujian kali ini akan dapat diketahui frekuensi osilator. Frekuensi osilator

tersebut dapat diperoleh dari rata-rata frekuensi osilator dari hasil keempat pengujian

No. Gambar dan Perbandingan Hasil Pengukuran Frekuensi yang dibangkitkan AFG (teori)

1.

1 banding 1

372 Hz

Frekuensi yang dibangkitkan AFG=frekuensi osilatorSehingga frekuensi osilator adalah 372 Hz

2.

1 banding 3

124 Hz Frekuensi AFG = (1/3) x 372 = 124 Hz

3.

2 banding 3


4.

3 banding 4


Ketidakakurantan hasil pengukuran ini mungkin disebabkan oleh rangkaian kami yang

sangat rentang terhadap gerakan sehingga saat terjadi pergeseran kabel probe AFG ke

rangkaian, nilainya juga berubah


Bila kita hubungkan salah satu Vout ke channel 2 osiloskop (dengan Vout 1pada

channel 1 osiloskop dan kedua kabel ground pada V DC -) lalu kita ubah mode osiloskop

menjadi both channel/ dual dan X-Y, muncul pola bentukan elips. Elips yang kedua akan

berubah bentuk dan sudut posisinya terhadap elips yang pertama. Bentuk dan sudut tertentu

akan muncul untuk pergeran fase tertentu. Dari gambar yang muncul pada tampilan

osiloskop, dapat diukur Yo (nilai pada sumbu y dimana gambar yang dihasilkan memotong

sumbu y) dan Ym (nilai yang tertinggi (puncak) dari gambar yang dihasilkan).

Yo (V) Ym (V) Geser fase

φ=arcsinY o

Y m

Vout1 – Vout1 0 2,2 0Vout1 – Vout2 1,00 1,48 60,81Vout1 – Vout3 1,00 1,48 60,81

Terdapat kesalahan pengukuran pada pengujian ke-3, mungkin dikarenakan

kekurantelitian praktikan dalam mengukur Yo dan Ym nya.

Bentuk yang dan sudut yang diharapkan seharusnya kurang lebih seperti berikut ini :

Vout1 – Vout1 Vout1 – Vout2 Vout1 – Vout3

φ (°) ±0 ±60 ±180

F. KESIMPULAN

1. Osilator merupakan salah satu bentuk rangkaian penguat umpan balik.

2. Osilator dapat digunakan sebagai referensi saat menentukan frekuensi suatu gelombang.

3. Jenis penguat yang digunakan pada osilator geser fase untuk praktikum ini adalah jenis penguat

common emitor dengan bypass capasitor.

4. Fase dan amplitudo gelombang yang dihasilkan oleh masing-masing terminal output berbeda

satu sama lain. Perbedaan fase gelombang antara dua terminal yang berdekatan adalah 60°.

5. Untuk mengetahui frekuensi suatu gelombang tertentu, dapat menggunakan Lissajous,

yaitu dengan mencari pola-pola tertentu yang menggambarkan perbandingan frekuensi

antara dua gelombang tersebut.

6. Untuk mengetahui beda fase dua gelombang, dapat diketahui dengan cara melihat pola

yang dihasilkan oleh kedua gelombang tersebut saat dilihat pada osiloskop.

7. Beda fase dapat dicari dengan mengukur Yo dan Ym pada pengujian beda fase osilator geser

fase.

8. Beda fase dapat dicari dengan

φ=arcsinYoYm

G. LAMPIRAN

a.

b. Jawaban Pertanyaan

1. Faktor apa saja yang mempengaruhi frekuensi pada osilator yang Anda uji?

Jawab :

Frekuensi pada osilator dipengaruhi oleh besarnya kapasitansi (C) dari kapasitor dan besar

resistensi (R) dari resistor. Hal ini diperoleh dari persamaan sebagai berikut

f = 1

2 π √6 RC

Diana R adalah resistensi resistor dan C adalah kapasitansi kapasitor.

2. Sebutkan beberapa osilator yang Anda ketahui!

Jawab :

a. Osilator Balikan (feedback oscillator)

1) Osilator geser fase

2) Osilator jembatan wijen

3) Osilator hartley

4) Osilator colpits

5) Osilator clapp

6) Osilator Armstrong

7) Osilaotr Crystal

b. Osilator relaksasi

1) Flip-flop

3. Sebutkan komponen elektronis yang dapat menimbulkan frekuensi sesuai dengan speknya!

Komponen elektronis yang dapat menimbulkan frekuensi sesuai dengan speknya adalah

resistor, induktor dan kapasitor

4. Rancanglah osilator dengan frekuensi 1500 Hz..

Asumsikan osilator yang digunakan adalah harmonik dengan tipe phase shift. Misalnya

nilai kapasitor yang akan digunakan adalah 50 nF, maka diperlukan sirkuit feedback

dengan resistor sebesar:

fosc= 1

2 π √6 RC

1500= 1

2 π √6 R 50. 10−9

R=866 Ω

Gambar rangkaian:

LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKA 5

Documents

Transcript of LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKA 5