MACAM-MACAM OSILATOR RELAKSASI

macam-macam osilator relaksasi, pengertian osilator relaksasi, osilator sumbatan, multivibrator tak stabil

MACAM-MACAM OSILATOR RELAKSASI

Rangkaian Osilator Relaksasi dengan Op-Amp

OSILATOR RELAKSASI :

Bagian lain dari rangkaian Gambar 1 adalah rangkaian umpanbalik negatif yang terdiri dari resistor R dan kapasitor C. Sama halnya seperti rangkaian umpanbalik positif, tegangan referensi negatif pada bagian ini juga akan berubah-ubah tergantung dari tegangan keluaran pada saat itu. Kita sebut saja titik referensi komparator ini -vref. Bedanya, pada rangkaian umpanbalik negatif ada komponen C yang sangat berperan dalam pembentukan osilasi. Tegangan -vref akan berbentuk eksponensial sesuai dengan sifat pengisian kapasitor. Dari keadaan kapasitor C yang kosong, tegangan akan menaik secara ekponensial. Namun pada rangkaian ini tegangan -vref tidak akan dapat mencapai tegangan tertinggi +Vsat. Karena ketika tegangan -vref sudah mencapai titik UTP maka keluaran komparator op-amp akan relaks menjadi -Vsat.

            Demikian juga sebaliknya ketika tegangan keluaran op-amp relaks pada titik saturasi terendah -Vsat, kapasitor C kembali kosong secara eksponensial. Tentu saja pengosongan kapasitor C tidak akan sampai menyebabkan tegangan -vref mencapai -Vsat. Ingat jika tegangan keluaran op-amp pada titik saturasi terendah (-Vsat), tegangan referensi positif berubah menjadi titik LTP, sehingga ketika -vref < LTP tegangan keluaran op-amp kembali relaks ke titik saturasi tertinggi (+Vsat). Demikian seterusnya sehingga terbentuk osilasi pada keluaran komparator.

FREKUENSI OSILATOR

            Demikian prinsip kerja osilator ini dan dinamakan osilator relaksasi sebab tegangan keluarannya relaks pada titik saturasi tertinggi dan terendah. Berapa frekuensi osilator yang dapat dibuat, bisa dihitung dari kecepatan pengisian dan pengosongan kapasitor C melalui resistasi R. Pada gambar diagram waktu gambar-2, hendak ditentukan berapa perioda T dari osilator. Karena T = 2t  maka dihitung saja berapa nilai t. Pada contoh ini t = t2-t1.

Gambar2 : Diagram Waktu Frekuensi Osilator

Masing-masing pada saat t2 dan t1 tengangan kapasitor adalah

Vt2 = Vsat (1-e-t2/RC) dan

Vt1 = Vsat (1 - e-t1/RC)

Perhatikan bahwa Vt2 = +BVsat dan Vt1 = -BVsat.

 Dengan mengaplikasikan persamaan matematika eksponensial dari persamaan di atas akan diperoleh :

t = t2-t1 = RC ln [( 1+B)/(1-B)]

dan 

T = 2t = 2RC ln [( 1+B)/(1-B)]

Tentu frekuensi osilator dapat dihitung dengan f = 1/T. Sebagai contoh pada rangkaian gambar 1, jika dihitung maka akan didapat T = 589 us atau f = 1.7 kHz.

MACAM - MACAM OSILATOR RELAKSASI :

1. OSILATOR SUMBATAN

Osilator sumbatan adalah salah satu osilator yang paling efektif untuk memproduksi pulsa-pulsa umur pendek dengan tepi-tepi cepat dan siklus aktif rendah. Salah satu penerapannya adalah sebagai generator pulsa clock dalam sistem digital. Transistor daya rendah dapat dipakai untuk membangkitkan pulsa-pulsa berdaya relatif tinggi karena siklus aktifnya rendah. Daya yang diboroskan rata-rata adalah kecil karena transistor hanya hidup sebentar selama periode siklus. Umpanbalik positif osilator adalah melalui transformator pulsa kecil diantara kalang kolektor dan kalang basis.

      CARA KERJA

            Bila untuk pertamakalinya daya dihidupkan, Transistor akan mati sampai tegangan yang membentangi kondensator naik sedikit diatas 0.6 V. Transistor mulai menghantar dan arus kolektor mengalir melalui lilitan primer transformator. Karena ada umpanbalik positif, arus kolektor yang berubah menginduksikan gaya elektromotif dalam lilitan sekunder yang memaksa transistor menghantar lebih lanjut. Dengan cepat sekali transistor hidup dan jenuh, tegangan kolektornya jatuh sampai sekitar 0.1 V (V_CE(sat)). Setelah berlangsung sebentar, arus kolektor berhenti berubah, disebabkan oleh penguatan transistor atau kejenuhan transformator. Bila hal ini terjadi, medan magnet dalam transformator runtuh dan gaya elektromotif basis jatuh. Transistor mulai mati dengan tegangan kolektornya naik menuju +V_CC. Umpanbalik dengan cepat mematikan transistor dan gelombang basis menuju negatif, tegangan puncak yang membentangi kondensator kira-kira nV_CC dengan n adalah perbandingan lilitan transformator. Transistor masih tetap mati sementara kondensator mengisi muatan secara eksponensial melalui resistor. Segera setelah tegangan kondensator mencapai +0.6 V, transistor menghantar lagi dan siklus diulang. Sebuah dioda dipasang membentangi primer transformator untuk menindas gaya elektromotif lawan yang ditimbulkan ketika transistor mulai mati.

2. MULTIVIBRATOR TAKSTABIL

Rangkaian osilator ini berada dalam kelompok osilator relaxation, yang terdiri dari 3 bentuk, yaitu, bistable (BMV), monostable (MMV), dan astable (AMV). Jenis yang merupakan generator gelombang persegi adalah, astable multivibrator. Nama lain AMV adalah, free running multivibrator.

Gambar 3 Rangkaian Multivibrator Takstabil

Mempunyai rangkaian seperti ditunjukkan pada gambar 3. Nampak pada gambar 3, bahwa rangkaian disusun oleh dua rangkaian transistor yang simetri yang tersambung saling mengumpan balik. Output sinyal yang berbentuk gelombang persegi dapat diperoleh, baik dari kolektor transistor T1 (=v_c1) maupun dari kolektor transistor T2 (=v_c2). Bentuk gelombang dimaksud ditunjukkan pada gambar 4.

Gambar 4 Diagram bentuk gelombang persegi, output multivibrator takstabil

       Terlihat pada diagram bentuk gelombang output AMV sebagai fungsi waktu, bahwa lebar pulsa positif dan lebar perioda nol, masing-masing sebesar,

       sehingga waktu perioda sinyal persegi tersebut adalah,

      Bila lama perioda t1 dan t2 dirancang sama, maka persamaan di atas menjadi,

  

      dimana R₁ = R₂ = R dan C₁ = C₂ = C.

                  Nilai waktu perioda t₁ ataupun t₂ dapat diturunkan sebagai berikut. Sebetulnya waktu perioda tersebut, adalah waktu yang diperlukan untuk megisi kapasitor dari –Vcc sampai nol melalui transistor yang sedang on. Gambar 5 menunjukkan proses tersebut ketika transistor T₁ yang on. Polaritas muatan awal kapasitor C₂ ditunjukkan pada gambar, yaitu sebesar – Vcc yang cukup untuk membuat transistor T₂ off. Kondisi off transistor T₂ berlangsung terus sampai muatan kapasitor C₂ mencapai nol volt (atau +V_BEcutin). Ketika muatan kapasitor C₂ mencapai nol volt, maka transistor T₂ menjadi on yang kemudian dapat membuat transistor T1 off karena muatan –Vcc pada kapasitor C₁.

Gambar 5 Proses pengisian kapasitor pada multivibrator takstabil

      Kurva pengisian kapasitor C₁ atau C₂ ditunjukkan pada Gambar 6. Kurva   pengisian mengikuti fungsi exponensial sebagai berikut,

    

      Untuk kondisi muatan kapasitor sama dengan nol, maka persamaan menjadi           sebagai berikut,

  

Gambar 6 Kurva pengisian kapasitor

Read More

JENIS-JENIS RANGKAIAN OSILATOR HARMONIK

macam-macam osilator harmonik, osilator armstrong, osilator clapp, osilator collpit, osilator kristal atau pierce, osilator hartley, osilator geseran-fasa, osilator jembatan wien, osilator-t, osilator relaksasi, 

JENIS-JENIS RANGKAIAN OSILATOR

jenis jenis rangkaian osilator harmonik armstrong

MACAM – MACAM  OSILATOR HARMONIK :

1.      OSILATOR ARMSTRONG

Gambar 4 Rangkaian Osilator Armstrong

  Umpan balik untuk osilator tidak perlu datang dari sambungan listrik . Dalam rangkaian yang ditunjukkan di atas, umpan balik yang berasal dari gandengan magnet antara kumparan di dalam tangki rangkaian dan sebuah pengingat kumparan, T.

                        Frekuensi osilasi masih dikendalikan terutama oleh rangkaian tangki, sehingga ω = 2πf = 1 /  . Namun, dalam rangkaian ini terdapat beberapa faktor yang membuat persamaan ini hanya perkiraan. Tentu saja, kita memiliki kapasitansi sesaat dalam transistor dan induktansi kecil dari komponen terdahulu. Tapi kali ini kami juga memiliki pengingat bahwa koil, yang bertindak sebagai beban L karena induktansi. Semua faktor ini menarik frekuensi dari sedikit.

C dapat dibuat variabel untuk mengatur baik frekuensi ke nilai tertentu, atau untuk membuat rentang variabel.

2.      OSILATOR CLAPP

Gambar 5 Rangkaian Osilator Clapp

Osilator Clapp adalah versi modifikasi osilator Colpitt dengan kemantapan frekuensi lebih baik. Frekuensi ditentukan oleh deret kondensator Co dan induktor Lo dan bukan oleh kondensator jajar C1 dan C2 seperti dalam rangkaian osilator Colpitt standar. Untuk osilator Clapp :

      dan umpan balik positif diadakan oleh C₁ dan C₂. Kondensator-kondensator          ini harus jauh lebih tinggi harganya daripada C_o.

3.      OSILATOR COLLPIT

Gambar 6 Rangkaian dasar osilator Collpit

Osilator Colpitt adalah salah satu topologi osilator yang efektif digunakan untuk pembangkit gelombang sinus pada rentang frekuensi antara 10 kHz hingga 10 MHz. Osilator ini menggunakan rangkaian tertala LC dan umpanbalik positif melalui suatu pembagi tegangan kapasitif dari rangkaian tertala. Umpanbalik ini bisa ditopankan deret maupun jajar.

      FREKUENSI OSILASI

            Frekuensi osilasi ditentukan oleh rumus

            dan penguatan transistor yang dibutuhkan oleh osilator untuk memelihara   osilasi adalah

      KALANG UMPAN BALIK

            Setiap kombinasi kondensator dapat dipakai untuk menala rangkaian resonansi. Tetapi susunan yang biasa adalah C₂ dibuat jauh lebih besar daripada C₁. Dalam hal ini, C₁, kondensator yang lebih rendah harganya menentukan frekuensi, sedangkan C₂ yang lebih rendah reaktansinya menentukan umpanbalik. Jika C₁ dibuat jauh lebih besar daripada C₂, rangkaian masih akan berosilasi dengan umpanbalik dari C₁. Namun amplitudo keluaran rendah karena kalang resonansi memiliki faktor-Q rendah, disebabkan C₂ terkena efek jajaran impedansi masukan transistor(h_ib) yang relatif rendah. Stabilitas rangkaian osilator Colpitt adalah cukup baik, tetapi rangkaian terumpani deret yang menggunakan tunggal-basis memberikan kualitas terbaik.

      VARIASI

Untuk mendapatkan stabilitas frekuensi yang lebih baik, osilator Colpitt dapat diubah menjadi osilator Clapp dengan menambahkan kondensator harga kecil dalam deret dengan induktor.

4.      OSILATOR PIERCE ATAU KRISTAL

  C1: 100 pF keramik disc atau perak mika 

  C2: 680 pF keramik disc atau perak mika 
  C3: uf ,01 keramik disc 
  C4: keramik ,001 disc UF 
  Q1: 2N3904 
  R1: 220 K 
  R2: 1 K 

Gambar 7 Macam-macam rangkaian osilator Kristal

Osilator kristal adalah osilator yang menggunakan kristal sebagai kalang penentu frekuensi osilator frekuensi tetap jika dibutuhkan stabilitas yang tinggi. Bahan dari kristal tertentu memperlihatkan efek piezoelektrik apabila dikenai tegangan listrik. Jika osilator kristal ditahan pada suhu terkendali, maka stabilitas sebesar 1 ppm dapat dicapai.

Sebuah kristal dibuat dari bahan tertentu, yaitu diantaranya adalah, rochellesalt, quartz, tourmaline. Karena berkembangnya teknologi bahan, maka belakangan telah dibuat bahan sintetisnya seperti ADP (ammonium dihydrogen phospate), atau EDT (ethylene diamine tartrate).

Sebagai komponen rangkaian osilator, bahan kristal mengalami proses yang disebut dengan piezoelectric effect, yaitu, bila pada terminalnya diberikan tegangan listrik (energi listrik), maka akan dihasilkan tegangan mekanis dalam kristal. Tegangan mekanis ini kemudian menghasilkan satu medan elektrostatis (energi listrik), yang selanjutnya dari energi itu menghasilkan tenaga mekanik lagi, dst. Proses ini mirip dengan osilasi yang terjadi pada satu tank-circuit yang diuraikan di depan. Hanya perbedaannya, pada piezoelectric effect, terjadi siklus perubahan energi, yaitu dari energi mekanik ke energi listrik.

Rangkaian pengganti satu kristal, serta karakteristik impedansinya ditunjukkan pada Gambar 8. Pada grafik karakteristiknya, nampak adanya dua frekuensi resonansi, yaitu frekuensi resonansi seri (ω_s) dan frekuensi paralel (ω_p), yang saling berdekatan. Perbedaan kedua nilai frekuensi resonansi tersebut < 1 % dari frekuensi resonansi seri. Dan oleh karena nilai kapasitansi C sangat kecil dibandingkan dengan nilai kapasitansi C’, maka praktis kedua nilai frekuensi tersebut mendekati sama atau ω_s ≈ ω_p.

Pada Gambar 8(a) nampak terdapat nilai-nilai L, R, C, dan C’, yang masing-masing mewakili, masa bahan kristal, sifat hambatan listrik kristal, sifat elastis kristal, dan nilai kapasitansi antara kedua elektroda (terminal) kristal.

Gambar 8 Rangkaian pengganti kristal piezoelectric

(a) rangkaian pengganti  (b) karakteristik

Dengan sifat piezoelectric effect tersebut maka penempatannya dalam satu rangkaian osilator akan mempengaruhi nilai frekuensi yang dihasilkan rangkaian. Penempatan kristal dapat secara seri pada jalur umpan balik rangkaian, atau merupakan komponen tank circuit. Penempatan secara seri seperti ditunjukkan rangkaiannya pada Gambar 9, akan memberikan frekuensi osilasi di luar frekuensi resonansinya.

\

Gambar 9 Rangkaian osilator kristal seri

Kristal yang menghasilkan osilasi dengan frekuensi di luar frekuensi serinya dikatakan sebagai overtone. Kapasitor C₃ dan C₄ di set untuk memberikan sinyal umpan-balik dari kolektor ke emitter. Kristal ditempatkan di jalur umpan-balik yang bekerja pada mode seri. Induktor L₁ adalah bagian rangkaian yang ditune untuk mendapatkan frekuensi overtune. L₁ akan beresonansi bersama-sama C₃, C₄, dan C₅ yang membentuk satu tank circuit. Pengaturan pertama dilakukan pada induktor L₁ sedemikian sehingga osilator mulai berosilasi, kemudian baru kapasitor C₂ diatur untuk mendapatkan frekuensi yang tepat.

Disamping kristal tersebut bekerja dengan mode seri seperti diatas, kristal juga dapat dikerjakan dalam mode paralel-nya. Rangkaian ang bekerja dalam mode paralel ditunjukkan pada Gambar 10, yaitu yang sebetulnya adalah rangkaian osilator Colpitts yang diganti komponen induktor tank-circuitnya. Dalam hal ini, kapasitor C₁ dan C₂ tidak lagi menentukan besar frekuensi osilasinya, namun hanya menentukan besar nilai sinyal yang diumpan-balikkan, yaitu ratio keduanya seperti dijelaskan di depan. Frekuensi osilasi ditentukan oleh nilai frekuensi mode paralel kristal yang biasanya tertulis pada fisik kristal tersebut.

Gambar 10 Rangkaian osilator kristal mode paralel

      FREKUENSI RESONANSI

                        Rangkaian ekuivalen kristal menunjukkan ada dua kemungkinan     keadaan resonansi, yaitu:

      Resonansi deret

      Resonansi jajar

      Namun karena , kedua frekuensi saling berdekatan sekali.

  

5.      OSILATOR HARTLEY

Gambar 10 Rangkaian osilator Hartley

Mempunyai rangkaian seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Pada rangkaian dc-nya, dimana titik kerja ditempatkan di tengah-tengah kurva karakteristiknya, atau penguat bekerja sebagai penguat kelas A. Selanjutnya, nilai-nilai induktansi dan kapasitansi tank-circuit ditentukan sesuai dengan frekuensi osilasi yang dikehendaki. Biasanya nilai kapasitansi dulu yang dipilih bebas sesuai dengan nilai yang tersedia di pasaran.

Gambar 11 Rangkaian osilator Hartley

Frekuensi osilasi osilator Hartley ini ditentukan oleh rumus berikut ini :

Dimana, L_t = induktansi tank-circuit = L₁ + L₂, henry

              C = kapasitansi tanck-circuit, farad

Kapasitansi C₁ dan C₂ berfungsi sebagai jalan bebas bagi komponen ac (RF) disamping mencegah hubungan dc. Begitu juga kapasitor C_E berfungsi sebagai jalan bebas komponen ac dengan mem-bypass resistor R_E. Sementara resistor R_B dan R_E digunakan untuk memberikan prategangan pada rangkaian, yaitu agar bekerja pada kelas A. RFC (radio frequency choke) digunakan untuk mencegah sinyal RF masuk ke baterai.

  

6.      OSILATOR GESERAN-FASA (PHASE-SHIFT OSCILLATOR)

Gambar 12 Rangkaian osilator geseran fasa

Osilator geseran-fasa adalah sebuah osilator gelombang sinus sederhana. Osilator ini memiliki sebuah penguat pembalik, dan sebuah tapis umpanbalik yang menggeser 180° fasa dari frekuensi osilasi. Filter elektronik harus didesain sedemikian rupa sehingga isyarat diatas dan dibawah frekuensi osilasi yang diinginkan digeser kurang ataupun lebih dari 180°. Ini menghasilkan superposisi membangun bagi isyarat pada frekuensi osilasi dan superposisi merusak pada frekuensi lainnya. Jalan paling umum untuk mendapatkan tapis jenis ini adalah dengan menyambungkan deret tiga tapis resistor-kondensator, yang memberikan geseran fasa sebesar 270°. Pada frekuensi osilasi, setiap tapis memproduksi geseran fasa sebesar 60° sehingga keseluruhan tapis forsoduksi geseran fasa 180°.

IMPLEMENTASI PENGUAT OPERASI

Salah satu implementasi osilator geseran-fasa yang paling sederhana adalah dengan menggunakan penguat operasi, tiga kondensator dan empat resistor seperti pada diagram. Perhitungan frekuensi osilasi untuk sirkuit ini ternyata sangat rumit karena setiap tingkat R-C membebani tingkat sebelumnya. Perhitungan dapat disederhanakan dengan menggunakan kondensator dan resistor dengan harga yang sama, kecuali untuk resistor umpanbalik negatif. Pada diagram, jika R₁ = R₂ = R₃ = R, dan C₁ = C₂ = C₃ = C, maka:

      dan persyaratan osilasi adalah:

Tanpa menjadikan semua resistor dan kondensator berharga sama, perhitungan menjadi sangat rumit

      Persyaratan osilasi:

Versi lain dari sirkuit ini dapat dibuat dengan menggunakan penyangga penguatan tunggal diantara setiap tingkat R-C sehingga menghindari pembebanan dan mempermudah perhitungan.

7.      OSILATOR JEMBATAN WIEN

      Osilator Jembatan Wien mempunyai karakteristik sebagai berikut :

·        Pada frekuensi osilasi tegangan output vo dan input V+ sefasa pada 0 derajat

·        Sinyal akan berbentuk segi empat dan frekuensi akan turun apabila penguatan terlalu besar

·        Perbandingan nilai kapasitor dan resistor menentukan tingkat kestabilan frekuensi

Gambar 13 Rangkaian osilator Jembatan Wien

8.      OSILATOR T

                        Rangkaian ini menghasilkan distorsi gelombang sinus,yang sangat rendah meskipun perangkat non-linear yang digunakan untuk membatasi amplitudo (D1 dan D2). Alasannya adalah pertama bahwa distorsi (harmonik) adalah minus diumpankan ke masukan dari opamp dengan jauh lebih sedikit kerugian daripada positifnya masukan, dimana sangat melemahkan mereka. Kedua, osilator ini membawa keseimbangan antara umpan balik positif dan negatif. Ini berarti bahwa hanya sejumlah kecil non-linearitas yang diperlukan untuk menstabilkan amplitudo. Untuk meminimalkan distorsi, R5 harus nilai tinggi. Meskipun sedikit lebih kompleks daripada osilator jembatan Wien, amplitudo dari jenis osilator ini bermacam-macam.

Read More

PENGERTIAN DAN PENJELASAN OSILATOR

pengertian dan penjelasan osilator

PENGERTIAN DAN PENJELASAN OSILATOR

Diagram Rangkaian Osilator Secara Umum

PENGERTIAN OSILATOR 

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 seaarh (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. Suatu osilator dapat membangkitkan bentuk gelombang pada suatu frekuensi dalam batas beberapa siklus tiap jam sampai beberapa ratus juta siklus tiap detik. Osilator dapat hamper secara murni menghasikan gelombang sinusoidal dengan frekuensi tetap, ataupun gelombang yang hanya dengan harmonic. Osilator umumnya digunakan dalam pemancar dan penerima radio dan televise, dalam radar dan dalam berbagai sistem komunikasi.

TEORI RANGKAIAN

Osilator bisa dibangun dengan menggunakan beberapa teknik dasar, yaitu:

1. Menggunakan komponen-komponen yang memperlihatkan karakteristik resistansi negatif, dan lazimnya menggunakan dioda 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.

PRINSIP DASAR OSILATOR

            Dalam suatu osilator, suatu resistansi negatif diberikan untuk kompensasi kehilangan-kehilangan (kebocoran) dalam rangkaian. Dalam osilator umpan-balik, umpan-balik positif dari luar cukup untuk membuat perolehan keseluruhan menjadi tidak terhingga dan memberikan resistansi negatif yang diperlukan untuk menanggulangi peredaman alami dari osilator. Dalam osilator resistansi negatif terjadi umpan-balik positif dalam dan berperan menghasilkan resistansi negatif yang diperlukan. Dalam suatu osilator tidak ada sinyal yang diberikan dari luar. Sinyal awal untuk menyulut (trigger) osilasi biasanya diberikan oleh tegangan derau. Tegangan derau muncul sewaktu catu daya dihidupkan. Karena spektrum frekuensi derau sangat lebar, osilator selalu memiliki tegangan komponen pada frekuensi yang benar untuk bekerjanya osilator.

            Seluruh osilator umpan balik memerlukan beberapa devais atau mekanisme yang menyediakan penguatan (gain) yang dikombinasikan dengan sebuah susunan umpan balik. Gambar di bawah ini, menunjukkan diagram rangkaian osilator secara umum.

            Sebuah penguat (amplifier) yang mempunyai penguatan tegangan yang output dan inputnya dihubungkan melalui rangkaian umpan balik. Ini mengembalikan sebuah fraksi, dari tegangan output ke input penguat. Catatlah bahwa gain dari penguat dan faktor umpan balik tergantung frekuensi. Secara umum, baik penguat maupun rangkaian umpan balik akan mengubah besar dan fasa dari sinyal.
Misal sebuah sinyal fluktuasi:

maka output dari penguat

yang akan menghasilkan sinyal input baru ("echoed")

yang kembali ke input penguat. Ini akan menjadi input baru dimana input baru ini akan dikuatkan dan akan menghasilkan echo baru pada input dan seterusnya. Setelah beberapa kali mengelilingi loop, amplitudo dari echo terbaru akan menjadi:

Dengan melihat persamaan diatas, maka jika:

Echo akan berangsur-angsur menghilang. Namun jika kita mengatur :

Ukuran echo cenderung bertambah dengan waktu, atau paling tidak akan tetap konstan jika kita mengatur

sebagai hasilnya kita menemukan bahwa sebuah sinyal inisial menghasila]kan sebuah sinyal yang berulang terus-menerus yang amplitudonya tidak hilang:

memberikan bahwa:

dua persamaan terakhir disebut juga "Kriteria Barkhausen" . Beberapa sistem yang memenuhi kriteria ini dapat berosilasi pada frekuensi dimana kedua persamaan diatas dapat terpenuhi.

JENIS - JENIS OSILATOR

            Osilator dapat diklasifikasikan dalam berbagai cara. Berdasarkan pembangkitannya, osilator dibedakan menjadi dua:

1. Self sustaining ( free running oscillator )
2. Nonself sustaining ( triggered oscillator )

Untuk "free running oscillator" terdapat empat kebutuhan agar osilator umpan balik bekerja:

1. Amplification (penguatan)
2. Umpan balik positif
3. Pembentuk frekuensi
4. Power supply

            Tergantung kepada alam bentuk gelombang yang dibangkitkan, osilator dapat dibagi menjadi dua kategori : osilator sinusoidal atau osilator harmonic dan osilator relaksasi. Osilator sinusoidal menghasilkan bentuk gelombang sinusoidal atau mendekati sinusoidal pada frekuensi tertentu. Osilator relaksasi menghasilkan bentuk gelombang bukan sinusoidal seperti gelombang segiempat dan gelombang gigi-gergaji.

            Osilator dapat pula digolongkan pada alat-alat tertentu yang menghasilkan osilasi. Pada penggolongan ini, osilator dapat merupakan jenis resistansi negatif atau jenis umpan balik. Osilator resistansi negatif menggunakan alat aktif yang memproses lengkung karakteristik arus tegangan dengan kemiringan negatif dalam daerah operasinya. Dioda kanal merupakan alat resistansi negatif yang digunakan dalam resistor. Osilator umpan-balik sebaliknya, mempunyai penguat umpan-balik regeneratif (positif), dimana perolehan lingkar juga diatur sedemikian sehingga perolehan keseluruhan menjadi tidak terhingga.

            Baik osilator sinusoidal maupun osilator relaksaasi dapat merupakan jenis resistansi negatif dan jenis umpan-balik. Osilator sinusoidal jenis umpan-balik dapat digolongkan lebih lanjut menjadi osilator LC (indktor-kapasitor) dan RC (tahanan kapasitor).
            Osilator sinusoidal kadang-kadang digolongkan menurut frekuensi sinyal yang dihasilkan. Jadi osilator yang membangkitkan sinyal dalam daerah frekuensi audio dikenal sebagai osilator frekuensi audio. Demikian pula, osilator yang menghasilkan sinyal-sinyal daerah frekuensi radio dinamakan osilator frekuensi radio, dan seterusnya.
            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

1.      OSILATOR HARMONIK atau OSILATOR SINUSOIDAL

Bentuk gelombang sinusoidal periodik mempunyai fenomena yang sangat mirip gerakan bandul-mekanik atau bandul-matematis yang akan berayun ke kiri dan kemudian ke kanan melalui titik diamnya dengan frekuensi yang tertentu dari:

 (Persamaan 1)

            Secara teori, bandul akan terus berayun dengan simpangan yang tetap tanpa diperlukan energi tambahan dari luar berbentuk dorongan yang searah ayunan. Tetapi pada kenyataannya, ayunan tersebut makin lama makin mengecil simpangannya sampai akahirnya berhenti di titik setimbangnya. Hal ini disebabkan karena sistem bandul mengalami gaya gesekan dengan udara selama dia mengayun yang akhirnya tentu mengurangi energi bandul sampai menjadi nol.

      Dalam hal ayunan elektronis, yaitu yang terjadi pada rangkaian osilator, tepatnya pada satu tank-circuit, ayunan yang berbentuk siklus pengisian dan pengosongan muatan kapasitot akan berlangsung terus tanpa memerlukan energi elektris tambahan dari luar. Sebuah tank-circuit ditunjukkan pada gambar di bawah ini yaitu satu induktor yang terpasang paralel dengan sebuah kapasitor.

Gambar 1 Komposisi sebuah tank-circuit

(a)    tank-circuit,

(b)   saat pengisian kapasitor,

(c)    saat pengisian induktor.

            Dalam keadaan diam, sebuah tank-circuit hanyalah sebuah rangkaian biasa seperti ditunjukkan pada Gambar 1(a). Tetapi bila diinjeksikan satu muatan listrik pada kapasitornya sampai penuh seperti ditunjukkan pada Gambar 1(b), maka disitulah akan dimulai osilasi. Energi listrik yang telah tersimpan dalam kapasitor akan mengalami pengosongan (discharge) ke induktor sampai muatan kapasitor tersebut habis. Energi listrik tersebut kemudian berpindah seluruhnya ke induktor. Setelah itu proses discharge terjadi sebaliknya, yaitu dari induktor ke kapasitor sampai muatan seluruhnya ditampung kapasitor. Selanjutnya siklus yang sama terjadi dan demikian seterusnya. Bila tidak terjadi kerugian energi karena disipasi energi pada bahan resitif induktor dan kerugian dielektrik pada kapasitor, maka ayunan atau osilasi tersebut berlangsung terus. Tetapi dalam kenyataannya tidaklah demikian.

            Untuk mempertahankan osilasi tersebut, maka harus ada energi tambahan dari luar tank-circuit yang dapat mempertahankannya. Hal yang sama terjadi pada ayunan bandul-matematis seperti diuraikan di atas, yaitu dorongan yang searah ayunan. Sementara pada tank-circuit, energi yang ditambahkan harus satu fasa dengan fasa osilasi. Inilah yang dimaksudkan, bahwa osilasi listrik tersebut mempunyai fenomena yang persis sama dengan ayunan bandul-matematis. Frekuensi osilasi juga mempunyai bentuk yang mirip, yaitu,

(Persamaan 2)

            Pelaksanaan pemberian energi tambahan dari luar tank-circuit agar osilasi berlangsung terus, dilakukan dengan proses feedback dari output ke tank-circuit. Secara umum, apabila satu penguat mempunyai jalur feedback positif sedemikian, sehingga dicapai satu kondisi yang disebut sebagai Barkhausen-Criterion, maka terjadilah osilasi tersebut.

            Secara umum, diagram blok sebuah penguat dengan jalur feedback dilukiskan pada Gambar 2. A adalah faktor penguatan tanpa feedback sementara β adalah fungsi-alih jalur feedback. Dengan adanya jalur umpan-balik positif, maka faktor penguatan menjadi,

 (Persamaan 3)

Gambar 2 Diagram blok penguat dengan jalur umpan balik positif

            Kriteria Barkhausen untuk menghasilkan satu osilasi, adalah kondisi dimana, faktor  ( 1-A β ) = 0 atau Aβ = 1, sehingga nilai A_f menjadi tak berhingga. Hal ini mempunyai makna, bahwa sinyal output (sinusoidal) tetap ada walupun inputnya nihil. Karena kedua faktor tersebut, A dan β, adalah bilangan kompleks, maka kondisi Aβ = 1, menunjukkan, bahwa |Aβ| = 1, dan fasa Aβ = nol. Kedua parameter ini masing-masing dapat digunakan untuk menentukan syarat osilasi, dan nilai frekuensi osilasinya.

      Rangkaian osilator yang menggunakan tank-circuit, secara diagram blok ditunjukkan pada Gambar 3. Jenis osilator yang menggunakan tank circuit adalah Hartley, Colpitts, dan osilator Clapp.

Gambar 3 Diagram blok osilator yang menggunakan tank-circuit (tuned circuit)

            Diagram blok Gambar 3 ini bila disesuaikan dengan digram blok Gambar 2 adalah, blok amplifier pada Gambar 3 adalah blok amplifier pada Gambar 2 yang mempunyai penguatan A. Sedang blok umpan-balik pada Gambar 2 direpresentasikan sebagai impedansi Z₂ pada Gambar 3, yang outputnya adalah tegangan V_i’, yaitu sinyal umpan-balik positif. Z₁, Z₂, dan Z₃, masing-masing adalah komponen tank-circuit yang digunakan.

      Rangkaian tiga loop di atas membentuk satu rangkaian penggeser fasa antara input dan outputnya. Rangkaian tersebut akan berosilasi dengan frekuensi tertentu bila total pergeseran fasanya sebesar 0º, serta loop-gain sama atau lebih besar dari satu. Kedua persyaratan tersebut adalah kriteria lengkap Barkhausen. Bila nilai mutlak loop-gain lebih besar dari satu, maka amplitudo osilasi membesar dalam rangkaian osilator praktis, osilasi yang membesar itu terus berlangsung sampai daerah nonlinier karakteristik amplifier itu sendiri yang membatasi nilai loop-gain tersebut sampai menjadi satu. Setelah itu, nilai satu tersebut secara otomatis dipertahankan tetap satu, atau dihasilkan kondisi ‘stabil’ osilasi.

            Blok rangkaian dapat dianalisa bila rangkaian diputus pada input amplifier, dan menghitung loop-gain ( = perkalian Aβ ) dari V_i ke V_i’. Bila impedansi input cukup besar, maka dapat diabaikan, dan dihasilkan dua loop yang masing-masing dialiri arus I₁ dan I₂. Persamaan loop yang muncul adalah,

            Dengan menyelesaikan empat persamaan tersebut di atas, dihasilkan,

 (Persamaan 3)

           

            Karena pada kondisi resonansi, (Z₁ + Z₂ + Z₃) merupakan rangkaian resonansi seri dengan nilai Q yang tinggi, maka nilai resistansi-dinamis-nya yang dihasilkan sangat kecil serta dapat diabaikan, sehingga jumlah ketiga reaktansi tersebut sama dengan nol, atau,

               (Persamaan 4)

      dan nilai loop gain Persamaan 3 menjadi leih sederhana seperti persamaan berikut,

                             (Persamaan 5)

      Pada penerapannya, tiga reaktansi tersebut dapat bervariasi, sehingga terbentuk rangkaian osilator Hartley misalnya, dimana X₁ dan X₂ adalah induktor, dan X₃ adalah kapasitor, dsb.

Read More