14.29 - FET Hartley oscillator.

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

Umpan balik memegang peranan krusial dalam mengatur besarnya penguatan amplifier, menjaga kestabilan, dan membentuk respons frekuensinya. Bab 14 mengulas berbagai konfigurasi umpan balik (seperti seri-shunt dan shunt-series) serta berbagai jenis rangkaian osilator (RC, LC, dan kristal).Secara khusus membahas perancangan catu daya, termasuk komponen penyearah, filter, dan regulator tegangan, yang bertujuan untuk menghasilkan tegangan DC yang stabil bagi operasional sistem elektronik.

2. Tujuan

Mengerti bagaimana umpan balik mempengaruhi kinerja amplifier.

Menganalisis cara kerja rangkaian osilator Wien Bridge, Colpitts, dan kristal.

Mendesain rangkaian catu daya yang menggunakan regulator linier dan switching.

Menilai besarnya faktor riak dan efisiensi pada penyearah.

3. Alat dan Bahan

Resistor

Resistor merupakan komponen elektronik yang memiliki dua pin dan didesain untuk mengatur tegangan listrik dan arus . Resistor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir, berdasarkan persamaan hukum ohm

Transistor

Transistor merupakan sebuah alat semikonduktor yang dapat dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal.

Transformator

Transformator adalah komponen elektromagnetik yang digunakan untuk mengubah tingkat tegangan listrik AC (arus bolak-balik) dari satu nilai ke nilai lainnya melalui prinsip induksi elektromagnetik. Transformator terdiri dari dua kumparan kawat, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder, yang dililitkan pada inti besi yang sama. Ketika arus AC mengalir melalui kumparan primer, medan magnet yang berubah-ubah terbentuk di inti, dan medan ini kemudian menginduksi tegangan pada kumparan sekunder. Besarnya tegangan output tergantung pada rasio jumlah lilitan antara kedua kumparan

Ground

Grounding atau Pentanahan adalah sistem pentanahan yang terpasang pada suatu instalasi listrik yang bekerja untuk meniadakan beda potensial dengan mengalirkan arus sisa dari kebocoran tegangan atau arus dari sambaran petir ke bumi.

Op-Amp 741

Perangkat penguat tegangan yang dirancang untuk digunakan dengan komponen umpan balik eksternal seperti resistor dan kapasitor antara terminal keluaran dan masukannya.

Baterai

Baterai adalah suatu bahan yang dapat mengubah energi kimia menjadi energi listrik yang dapat digunakan oleh alat-alat elektronika.

Voltmeter DC

Kapasitor

Kapasitor merupakan komponen listrik yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik

Voltmeter DC berfungsi untuk mengetahui beda potensial tegangan DC antara 2 titik pada suatu beban listrik atau rangkaian elektronika.

Amperemeter DC

Amperemeter DC berfungsi untuk mengetahui arus tegangan DC pada suatu rangkaian listrik atau beban listrik

4. Dasar Teori

Umpan Balik:

Umpan Balik Positif: Umumnya diterapkan pada rangkaian osilator.
Umpan Balik Negatif: Berfungsi untuk menekan distorsi dan memperlebar rentang frekuensi kerja (bandwidth).

Osilator: Memenuhi Syarat Barkhausen, yaitu penguatan loop sama dengan atau lebih besar dari satu dan pergeseran fasa dalam loop sebesar 0 derajat.

Catu Daya:

Penyearah (Rectifier): Terdiri dari jenis setengah gelombang (half-wave), gelombang penuh (full-wave), dan jembatan (bridge).
Filter: Menggunakan komponen seperti kapasitor, rangkaian RC, dan rangkaian LC.
Regulator: Contohnya adalah dioda Zener, IC seri LM78XX, dan regulator switching.

5. Example

Example 1

Example 2

6. Problem

SOAL 1:

Rancanglah sebuah Colpitts Oscillator berbasis Op-Amp yang menghasilkan frekuensi osilasi sebesar 200 kHz.
Gunakan dua kapasitor identik $C_{1} = C_{2}$ , dan pilih induktor $L = 5 μ H$ .
Tentukan nilai kapasitor $C_{1}$ dan $C_{2}$ , serta jelaskan keuntungan menggunakan kapasitor identik.

JAWABAN 1:

Rumus frekuensi osilasi:

$f = \frac{1}{2 π \sqrt{L \cdot \frac{C}{2}}} \Rightarrow C = \frac{1}{2 L (2 π f)^{2}}$

Substitusi:

$f = 200 \times 10^{3}, L = 5 \times 10^{- 6}$ $C = \frac{1}{2 \cdot 5 \times 10^{- 6} \cdot (2 π \cdot 200 \times 10^{3})^{2}}$ $C \approx 1.26 \times 10^{- 8} F = 12.6 nF$

Keuntungan menggunakan kapasitor identik:

Membuat pembagi tegangan simetris → umpan balik lebih stabil
Perhitungan frekuensi lebih mudah dan presisi
Osilasi lebih konsisten dan mudah dikendalikan

SOAL 2:

Sebuah Colpitts Oscillator menghasilkan frekuensi 50 kHz menggunakan kapasitor identik $C_{1} = C_{2} = 220 nF$ .
Tentukan nilai induktor $L$ yang dibutuhkan dalam rangkaian.

JAWABAN 2:

Rumus:

f = \frac{1}{2 π \sqrt{L \cdot \frac{C}{2}}} \Rightarrow L = \frac{1}{(2 π f)^{2} \cdot \frac{C}{2}}

f = 50 \times 10^{3}, C = 220 \times 10^{- 9}

L = \frac{1}{(2 π \cdot 50 \times 10^{3})^{2} \cdot (110 \times 10^{- 9})} \approx 18.4 \times 10^{- 6} = 18.4 μ H

SOAL 3:

Sebuah Colpitts Oscillator dirancang dengan induktor $L = 1 μ H$ untuk menghasilkan frekuensi osilasi sebesar 2 MHz.
Jika digunakan kapasitor identik, berapa nilai $C_{1}$ dan $C_{2}$ ?
Sertakan penjelasan tentang fungsi op-amp dalam rangkaian ini.

✅ JAWABAN 3:

f = \frac{1}{2 π \sqrt{L \cdot \frac{C}{2}}} \Rightarrow C = \frac{1}{2 L (2 π f)^{2}}

f = 2 \times 10^{6}, L = 1 \times 10^{- 6}

C = \frac{1}{2 \cdot 1 \times 10^{- 6} \cdot (2 π \cdot 2 \times 10^{6})^{2}} \approx 1.58 \times 10^{- 9} F = 1.58 nF

Maka:
$C_{1} = C_{2} \approx 1.58 nF$

Fungsi op-amp:

Memperkuat sinyal dari rangkaian resonansi LC
Menyediakan penguatan yang cukup agar kondisi osilasi (loop gain ≥ 1) tetap terjaga
Menjaga kestabilan bentuk dan amplitudo gelombang sinusoidal

7. Soal Latihan

1:Apa itu Colpitts Oscillator dan apa saja komponen utama yang menyusun rangkaiannya?

Jawaban
Colpitts Oscillator adalah rangkaian pembangkit sinyal sinusoidal yang menggunakan kombinasi dua kapasitor dan satu induktor untuk membentuk rangkaian resonansi. Komponen utamanya:

Op-Amp (penguat)
Induktor (L)
Kapasitor (C1 dan C2)

2:Apa fungsi dari dua kapasitor (C1 dan C2) dalam Colpitts Oscillator?

Jawaban
C1 dan C2 membentuk pembagi tegangan kapasitif yang menyediakan umpan balik positif ke input op-amp. Umpan balik ini penting untuk mempertahankan osilasi.

3:Sebutkan rumus dasar untuk menghitung frekuensi osilasi pada Colpitts Oscillator dan apa yang terjadi jika nilai induktor diperbesar

Rumus dasar:

$f = \frac{1}{2 π \sqrt{L \cdot \frac{C_{1} C_{2}}{C_{1} + C_{2}}}}$

Jika induktor diperbesar, maka frekuensi osilasi akan menurun, karena frekuensi berbanding terbalik dengan akar dari nilai induktansi.

8. Percobaan

a. Prosedur

1). Buka aplikasi proteus

2). Pilih komponen yang akan digunakan dalam rangkaian

3). Susunlah komponen sesuai gambar

4). Setelah merangkai seluruh komponen, jalankan simulasi

5). Amatilah simulasi yang sedang berjalan

b. Rangkaian simulasi

Cari Blog Ini

Gading Bintang Riadhi