LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DASAR 1 OSILATOR COLPITT Wifda Rahmatiya Hasna(1137030076) Kelompok 2 : Muhammad Yusuf S.N Riska Widianingsih Wahyu Ramdhani Yayu Suryani Asisten Lab : Endah Kinarya P November 10, 2014
JURUSAN FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UIN SUNAN GUNUNG DJATI BANDUNG 2014
1
Abstract
The oscillator is a circuit that generates output amplitude varies periodically with time. The oscillator is an electronic device that generates a voltage output of cues. In addition, the oscillator also serves as an electronic component that increases the frequency. One type of oscillator is an oscillator colpitt, where the oscillator colpitt including LC oscillator and oscillator-based NPN transistor. This lab aims to do several things, the first so that the learners know the benefits of a transistor as an oscillator, the second, so that the learners were able to design an oscillator Colpitt, third, so that the learners are able to analyze and understand the working principle Colpitt oscillator. After carrying out practical work titled colpitt oscillator, the practitioner can conclude several things. First the practitioner be able to design an oscillator circuit colpitt. Second, the oscillator is an electronic component that serves to increase the value of the frequency in an electronic circuit, in this case, colpitt oscillator is an oscillator that uses the LC circuit and transistor components. Then, the oscillator transistor serves as a pulse generator (NPN type transistor used). Furthermore, the practitioner gain value colpitt frequency of the oscillator circuit. frequency value obtained is 97891.6 Hz.
colpitt oscillators, frequency, transistors, oscillators, LC series Ringkasan
Osilator adalah suatu rangkaian yang menghasilkan keluaran yang amplitudonya berubah-ubah secara periodik dengan waktu. Osilator merupakan piranti elektronik yang menghasilkan keluaran berupa isyarat tegangan. Selain itu, osilator juga berfungsi sebagai komponen elektronik yang meningkatkan frekuensi. Salah satu jenis osilator adalah osilator colpitt, dimana osilator colpitt ini termasuk osilator LC dan osilator berbasis transistor NPN. Dilakukannya praktikum ini bertujuan untuk beberapa hal, pertama agar praktikan mengetahui manfaat transistor sebagai osilator, kedua, agar praktikan mampu merancang osilator Colpitt, ketiga, agar praktikan mampu menganalisis dan memahami prinsip kerja osilator Colpitt. Setelah melak-
1
sanakan praktikum berjudul osilator colpitt ini, praktikan dapat menyimpulkan beberapa hal. Pertama praktikan menjadi mampu mendesain suatu rangkaian osilator colpitt. Kedua, osilator merupakan komponen elektronik yang berfungsi untuk meningkatkan nilai frekuensi dalam suatu rangkaian elektronik, dalam hal ini, osilator colpitt adalah osilator yang menggunakan rangkaian LC dan komponen transistor. Kemudian, transistor dalam osilator ini berfungsi sebagai pembangkit pulsa (transistor yang digunakan berjenis NPN). Selanjutnya, praktikan memperoleh nilai frekuensi dari rangkaian osilator colpitt. nilai frekuensi yang didapat adalah 97891,6 Hz.
osilator colpitt, frekuensi, transistor, osilator, rangkaian LC
2
1
Pendahuluan
1.1
Latar Belakang
Osilator merupakan piranti elektronik yang menghasilkan keluaran berupa isyarat tegangan. Bentuk isyarat tegangan terhadap waktu ada bermacammacam, yaitu bentuk sinusoidal, persegi, segitiga gigi gergaji, atau denyut. Osilator bisa dibangun dengan menggunakan komponen yang memperlihatkan karakteristik resistansi-negatif dan lazimnya hal ini adalah dioda terobosan dan transistor satu lapis. Namun demikian, sebagian besar rangkaian osilator didasarkan pada penguat dengan umpan balik positif. Rangkaian osilator menghasilkan arus bolak-balik (ac) dengan daya kurang dari satu watt sampai dengan ribuan watt.
1.2
Tujuan
1. Mengetahui manfaat transistor sebagai osilator. 2. Mampu merancang osilator Colpitt. 3. Mampu menganalisis dan memahami prinsip kerja osilator Colpitt.
1.3
Dasar Teori
Osilator Osilator adalah suatu rangkaian yang menghasilkan keluaran yang amplitudonya berubah-ubah secara periodik dengan waktu. Osilator merupakan piranti elektronik yang menghasilkan keluaran berupa isyarat tegangan. Bentuk isyarat tegangan terhadap waktu ada bermacam-macam, yaitu bentuk sinusoidal, persegi, segitiga, gigi gergaji, atau denyut. Osilator berbeda dengan penguat, oleh karena penguat memerlukan isyarat masukan untuk menghasilkan isyarat keluaran. Pada osilator tak ada isyarat masukan, hanya ada isyarat keluaran saja, yang frekuensi dan amplitudonya dapat dikendalikan. Seringkali suatu penguat secara tak disengaja menghasilkan keluaran tanpa 3
masukan dengan frekuensi yang nilainya tak dapat dikendalikan. Dalam hal ini penguat dikatakan berosilasi. Osilator digunakan secara luas sebagai sumber isyarat untuk menguji suatu rangkaian elektronik. Osilator seperti ini disebut pembangkit isyarat, atau pembangkit fungsi jika isyarat keluarannya dapat mempunyai berbagai bentuk. Osilator juga digunakan untuk mendeteksi dan menentukan jarak dengan gelombang mikro (radar) ataupun gelombang ultrasonic (sonar). Selain itu, hampir semua alat digital seperti jam tangan, digital kalkulator, komputer, alat-alat pembantu komputer, dan sebagainya menggunakan osilator.
Osilator colpitt Osilator Colpitt termasuk jenis osilator LC. Osilator colpits tersusun dari dua buah kapasitor yang disusun seri dan sebuah induktor tunggal. Kelebihan osilator colpits adalah mudahnya mengatur nilai frekuensi yaitu dengan menempatkan sebuah induktor variabel pada komponen induktornya seperti halnya penggunaan kapasitor variabel pada osilator hartley. Amplitudo output osilator juga relatif tetap pada range frekuensi kerja penguat osilator. Osilator Colpitt merupakan salah satu osilator paling efektif yang di gunakan untuk pembangkit gelombang sinus pada frekuensi 10 kHz sampai 10 MHz. Osilator Colpitt hampir mirip dengan Osilator Hartley. Yang membedakan antara kedua osilator ini terletak pada bagian rangkaian tangki. Osilator ini menggunakan rangkaian tertala LC dan umpan balik positif melalui suatu pembagi tegangan kapasitif dari rangkaian tertala. Umpanbalik ini bisa ditopankan deret maupun jajar. Pada osilator colpitt terdapat dua kapasitor yang di gunakan sebagai pengganti induktor yang sudah terbagi. Rangkaian ini di buat dengan menggunakan mefan elektrostatik melalui jaringan pembagi kapasitor. Frekuensi 4
resonansi yang terdapat pada osilator di tentukan oleh dua kapasitor yang terhubung secara seri dan induktor.
Chaos Dalam bidang sains, chaos adalah bahasa teknis dari sebuah fenomena sistem nonlinear yang kelakuannya sangat bergantung secara sensitif pada kondisi awalnya. Penggunaan kata chaos di sini tentu berbeda dengan penggunaannya dalam kehidupan sehari-hari yang sering diartikan sebagai kekacauan yang menjadi-jadi. Perbedaan konteks ini mirip seperti penggunaan kata usaha yang maknanya tidak sama dalam fisika dan bahasa. Chaos telah diteliti oleh Henri Poincar pada akhir abad ke-19 dan dilanjutkan oleh sejumlah matematikawan. Semaraknya pembahasan tentang chaos saat ini dimulai pada akhir tahun 1970-an, yaitu setelah Mitchell Feigenbaum menemukan sifat umum dari beberapa jenis pemetaan, yang didahului oleh pekerjaan Edward Lorenz terkait perkiraan cuaca. Tidak semua sistem nonlinear bersifat chaos, tetapi chaos terjadi pada banyak sekali sistem riil maupun matematis seperti pada tetesan air dari keran, rangkaian elektronik, konveksi termal pada cairan, reaksi kimia, detak jantung, dan sebagainya. Meskipun kebanyakan chaos tampak sebagai suatu bentuk osilasi nonlinear yang seolah tidak aturannya, tetapi ia ternyata dapat dirumuskan sebagai suatu pemetaan sederhana.
5
2
Prosedur Percobaan
2.1
Waktu dan Tempat
Praktikum Hukum dan Teorema Rangkaian Elektrnonik ini berlangsung pada tanggal 6 November 2014 di Laboraturium Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Sunan Gunung Djati Bandung.
2.2
Alat dan bahan yang digunakan antara lain:
1. PC/Laptop/Notebook 2. Software MltiSim
2.3 2.3.1
Cara Kerja Uraian
Seperti biasa, pada awalnya aplikasi MultiSim dibuka. Kemudian masukkan komponen-komponen elektronik yang dibutuhkan untuk membuat osilator colpitt ini. Komponen-komponen tersebut adalah, dua buah DC POWER 5v, resistor 35 ohm, resistor 400 ohm, induktor (L) 98 miuH, transistor (Q1 2N3904), dua buah kapasitor (C) 54 nF, dan osiloskop (XSC1). Masing-masing komponen dihubungkan seperti gambar rangkaian. Setelah rangkaian selesai dibuat, maka di klik tombol play pada MultiSim. Kemudian klik gambar dari osiloskop. Untuk mendapatkan grafik fase, maka di klik ”Y/T” pada pojok kiri bawah tampilan layar osiloskop. Untuk memperjelas gambar, nilai time/div, dan v/div diatur. Maka didapatlah grafik fase. Sedangkan untuk mendapat grafik time series, maka menu ”Y/T” sebelumnya diganti dengan menu B/A. Setelah itu, kembali nilai skala-skala osiloskop diatur sesuai kehendak.
6
Figure 1: Rangkaian Osilator Colpitt
2.3.2
Diagram Alir
Mulai
Dimasukkan DC POWER ,resistor, induktor , transistor, kapasito, dan osiloskop
Komponen disambungkan seperti gambar rangkaian
Rangkaian dijalankan
Diambil gambar grafik fase rangkaian
Diambil gambar grafik time series rangkaian
7
Hasil
3 3.1
Hasil dan Pembahasan Hasil
Figure 2: Grafik B/A pada timebase scale 0.00002 sekon/div
Figure 3: Grafik B/A pada timebase scale 0.000005 sekon/div
8
Figure 4: Grafik time series (Y/T) A (Vc1)
Figure 5: Grafik time series (Y/T) B (Vc2)
9
Figure 6: Grafik time series (Y/T) A dan B
Figure 7: Nilai frekuensi Osilator
10
3.2
Pembahasan
Dalam praktikum kali ini, praktikan melakukan pengamatan dan pengaanalisisan osilator colpitt. Osilator colpitt adalah salah satu topologi osilator yang efektif digunakan untuk pembangkit gelombang sinus pada rentang frekuensi antara 10kHz hingga 10MHz. Osilator ini menggunakan rangkaian tertala LC dan umpanbalik positif melalui suatu pembagi tegangan kapasitif dari rangkaian tertala. Osilator sendiri adalah suatu rangkaian yang menghasilkan keluaran yang amplitudonya berubahubah secara periodik dengan waktu. Keluarannya bisa berupa gelombang sinusoida, gelombang persegi, gelombang pulsa, gelombang segitiga atau gelombang gigi gergaji. Osilator colpitt adalah osilator yang tergolong dalam pembangkit gelombang sinus, juga tergolong dalam osilator LC. Selain itu, titik bahasan osilator colpitt ini terletak pada transistornya. Seperti yang telah diketahui, transistor merupakan Komponen Elektronika Aktif yang memiliki banyak fungsi dan merupakan Komponen yang memegang peranan yang sangat penting dalam dunia Elektronik modern ini. Transistor yang digunakan dalam osilator colpitt ini memiliki jenis NPN, dan fungsinya dalam rangkaian ini adalah sebagai pembangkit pulsa. Untuk ringkasnya, prinsip kerja dalam osilator ini adalah, saat rangkaian ini aktif, maka arus akan segera mengalir dari sumber tegangan DC, Untuk Vcc akan melewati R1 terlebih dahulu untuk menyaring arus yang mengalir, kemudian melewati induktor, induktor ini berfungsi sebagai pengatur frekuensi gelombang, kemudian arus masuk ke transistor, sehingga transistor akan mengalami saturasi atau cut off, sehingga pada keadaan ini, kapasitor 1 dan kapasitor 2 akan ada yang mengalami penyerapan muatan dan ada yang mengalami pelepasan muatan listrik. Kemudian, karena praktikan memasangkan sebuah osiloskop di sini, maka nilai tegangan dapat terdeteksi. Praktikan menggunakan dua channel, yaitu channel A untuk kapasitor 1, dan channel B untuk kapasitor 2.
11
Setelah mengamati gelombang dari arus yang terdeteksi dari rangkaian osilator colpitt ini, praktikan menangkap beberapa hal. Pertama, terdapat bentuk gelombang yang berbeda dalam arus di kapasitor 1 dan di kapasitor 2. Kedua, gelombang yang terdeteksi oleh osiloskop memiliki sifat chaos, atau sederhananya, chaos adalah sesuatu yang berantakan namun beraturan, dapat dilihat dalam grafik di bagian ”Hasil”, terlihat bahwa setiap gelombang-gelombangnya tidak selalu sama, namun ketidaksamaan tersebut akan terulang, hal ini menimbulkan pola gelombang yang tidak sama namun beraturan.
Figure 8: dua buah gelombang yang berbeda namun terus menerus muncul bergantian
Menurut suatu jurnal dari Turki yang ditulis oleh Mustafa Karayis and Ylmaz Uyaroglu yang berjudul ”SYNCHRONIZATION OF TWO CHAOTIC BEHAVIOUR COLPITTS OSCILLATOR”, dengan menggunakan rangkaian osilator colpitt seperti gambar di bawah ini, maka variabel yang menimbulkan gelombang chaos adalah a = 81.41 , b = 0.82 , c = 7.14 , d = 0.73 , e = 12
1. Mereka mendapatkan nilai tersebut dengan tingkatan penyelesaiaan yang panjang dengan berbagai metode perhitungan dan menggunakan berberapa software seperti MatLab dan Simulink.
Figure 9: Rangkaian dalam jurnal Mustafa Karayis dan Yilmaz Uyaroglu .
Terlepas dari bahasan chaos, praktikan menghitung nilai frekuensi yang mengalir ke dalam osilator colpitt. Seperti yang tertera pada bagian ”Hasil”, nilai frekuensi dari rangkaian adalah 97891,6 Hz.
3.3
Analisis Data
Pada praktikum ini praktikan tidak menemukan kesulitan dalam merangkai rangkaian dalam MultiSim, namun pada saat menentukan grafik fasa dan grafik time series, praktikan sedikit keliru dan kebingungan, sehingga menimbulkan beberapa kesalahan seperti, salahnya menyambungkan rangkaian ke osiloskop. Pada awalnya, praktikan tidak membandingkan kedua kapasitor dalam osilator, namun hanya memasukkan arus yang masuk dalam kapasitor 1. Setelah itu, praktikan tidak menghitung secara langsung nilai variabel a, b, c, d, dan e yang membuat gelombang bersifat chaos, karena kekurang pahaman praktikan dalam memahami rangkaian dan pemakaian persamaannya.
13
4
Kesimpulan
Setelah melaksanakan praktikum berjudul osilator colpitt ini, praktikan dapat menyimpulkan beberapa hal. Pertama praktikan menjadi mampu mendesain suatu rangkaian osilator colpitt. Kedua, osilator merupakan komponen elektronik yang berfungsi untuk meningkatkan nilai frekuensi dalam suatu rangkaian elektronik, dalam hal ini, osilator colpitt adalah osilator yang menggunakan rangkaian LC dan komponen transistor. Kemudian, transistor dalam osilator ini berfungsi sebagai pembangkit pulsa (transistor yang digunakan berjenis NPN). Selanjutnya, praktikan memperoleh nilai frekuensi dari rangkaian osilator colpitt. nilai frekuensi yang didapat adalah 97891,6 Hz.
14
References [1] Efrizon, Umar.”Fisika dan kecakapan hidup”.(2001).Jakarta: Ganeca Exact [2] Haliday,David dan Resnick,Robert. ”FISIKA JILID 2” .(1988). Erlangga; Jakarta [3] Malvino,A.P. ”Prinsip-prinsip Elektronika .(2003).Salemba Teknika; Jakarta
Dasar
buku
1
”.
[4] Karakayis, M dan Uyaroglu, Y. ”http://iats09.karabuk.edu.tr/press/bildirilerpdf/IATS09-02-99-911.pdf” .(2009). Diakses pada 10 November 2014 [5] Ramdhani, ST.”Diktat rangkaian listrik”. STT Telkom [6] Ridwan, A. ”http://102fm.files.wordpress.com/2007/01/materi.pdf” .(2007). Diakses pada 10 November 2014 [7] Sutrisno.”Elektronika Teori dan Penerapannya”. Bandung: ITB 99
15
