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.