PEMBUKTIAN PERSAMAAN TEORITIK DENGAN MENGGUNAKAN OSILOSKOP PADA OSILATOR RELAKSASI DENGAN RANGKAIAN OP-AMP

Transkripsi

1 PEMBUKTIAN PERSAMAAN TEORITIK DENGAN MENGGUNAKAN OSILOSKOP PADA OSILATOR RELAKSASI DENGAN RANGKAIAN OPAMP Oleh: Imas Ratna Ermawaty,M.Soenarto,Tri Isti Hartini FKIP PENDIDIKAN FISIKA UHAMKA ABSTRACT Experiments are an integral part of natural science. Therefore, in natural science education course very important position experiments. Many electronic systems use a circuit that converts DC energy into AC various useful forms. Oscillators, generators, electronics bells including this circuit group. Relaxation oscillator responds electronic device which will work at specified intervals and then die for a given period of time. The operating conditions independently repeated and continuous. This oscillator usually responds loading and emptying process or RL.Osilator RC network is usually evoke cue box or triangle wave. osilasitor frequency of the LC tank circuit must have resistaansi that would interfere with the current flow in the circuit. As a result, the AC voltage will tend to decrease after a few rounds of oscillation. Relaxation oscillator frequency is determined by the value of C and S ( secondary coil self induktasi value ) by following equation for the resonant frequency of the LC. Note C and S form a tank circuit by having the emitter base connection of Q and R. There were no significant differences in outcomes in both the frequency and the theoretical results of studies using each of the different obstacles. The process of charging and discharging the capacitor will result in continuous repetition frequency generated in the equation by using an oscilloscope. Keywords : oscillator, oscillator theoretical PENDAHULUAN Penelitian suatu penyelidikan atau suatu usaha pengujian yang dilakukan secara teliti, dan kritis dalam mencari faktafakta atau prinsipprinsip dengan menggunakan langkahlangkah tertentu. Eksperimen adalah bagian yang tidak terpisahkan dari ilmu pengetahuan alam. Oleh karena itu, dalam pendidikan ilmu pengetahuan alam tentu saja kedudukan eksperimen sangat penting. Dengan demikian seorang guru dituntut mempunyai wawasan yang luas tentang pemilihan strategi belajar mengajar, sehingga memudahkan dalam mencapai tujuan pengajaran tersebut Banyak sistem elektronik menggunakan rangkaian yang mengubah energi DC menjadi berbagai bentuk AC yang bermanfaat. Osilator, generator, lonceng elektronika termasuk kelompok rangkaian ini. Pada penerima radio misalnya, isyarat DC diubah menjadi isyarat AC frekuensitinggi. Osilator juga digunakan untuk menghasilkan isyarat horizontal dan vertikal untuk mengontrol berkas elektron pada pesawat TV. Masih banyak lagi penerapan rangkaian ini pada sistem lain seperti kalkulator, komputer dan transmiter RF. Kita dapat mengelompokkan osilator berdasarkan metode pengoperasiannya

2 menjadi dua kelompok, yaitu osilator balikan dan osilator relaksasi. Masingmasing kelompok memiliki keistimewaan tersendiri.. Pada osilator balikan, sebagian daya keluaran dikembalikan ke masukan yang miasalnya dengan menggunakan rangkaian LC. Osilator biasanya dioperasikan pada frekuensi tertentu. Osilator gelombang sinus biasanya termasuk kelompok osilator ini dengan frekuensi operasi dari beberapa Hz sampai jutaan Hz. Osilator balikan banyak digunakan pada rangkaian penerima radio dan TV dan pada transmiter. 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.Osilator ini biasanya membangkitkan isyarat gelombang kotak atau segitiga. Aplikasi osilator ini diantaranya pada generator penyapu horizontal dan vertical pada penerima TV. Osilator relaksasi dapat merespon aplikasi frekuensirendah dengan sangat baik. TINJAUAN PUSTAKA Konsep Dasar Oscilator Umpan Balik Teori Elektronika Oscilator bedasarkan metode pengoperasiannya dibedakan dalam (dua) jenis, yaitu Oscilator Umpan balik dan Oscilator Relaksasi. Masingmasing jenis oscilator tersebut memiliki keistimewaan tersendiri. Pada osilator umpan balik, sebagian daya keluaran dikembalikan ke masukan menggunakan rangkaian umpan balik. Osilator umpan balik biasanya dioperasikan pada frekuensi tertentu dengan keluaran gelombang sinus dan frekuensi operasi dari beberapa Hz sampai jutaan Hz. Pada dasarnya oscilator umpan balik memiliki bagian penguat, jaringan umpan balik (feedback), rangkaian penentu frekuensi (tank circuit) dan catu daya. Isyarat masukan diperkuat oleh penguat (amplifier) kemudian sebagian isyarat yang telah diperkuat dikirim kembali ke masukan melalui rangkaian umpan balik. Isyarat umpan balik ini harus memiliki fase dan nilai yang tepat agar terjadi osilasi didalam rangkaian oscilator. Diagram Blok Oscilator Umpan Balik diagram blok oscilator umpan balik,teori dasar ocsilator umpan balik,ocilatos umpan balik,prinsip kerja oscilator umpan balik,rangkaian tank circuit,rangkian tangki oscilator,aplikasi oscilator,definisi oscilator,fungsi oscilator umpan balik Frekuensi osilator umpan balik biasanya ditentukan dengan menggunakan jaringan induktor dan kapasitor (LC). Secara umum dapat dikatakan bahwa osilator adalah sebuah alat yang menghasilkan suatu sinyal berbentuk sinusoida dengan frekuensi dan amplitudo tertentu, sedangkan generator sinyal memiliki kapasitas tambahan yaitu : modulasi amplitudo sinyal keluaran dan rangkuman penyetalaan yang lebar. Akan tetapi, rangkaian osilator uji merupakan elemen dasar untuk semua sumber sinyal. Tersedia berbagai jenis rangkaian osilator dengan model rangkaian yang bergantung pada frekuensi yang diinginkan, yaitu : Dasar Dasar Osilator Diagram blok osilator balikan diperlihatkan pada gambar.. Terlihat osilator memiliki perangkat penguat, jaringan balikan, rangkaian penentu frekuensi dan catu daya. Isyarat masukan diperkuat oleh penguat (amplifier) kemudian sebagian isyarat yang telah diperkuat dikirim kembali ke masukan melalaui rangkaian balikan.

3 Osilator Balikan (Feedback Oscillator) Kita sering melihat contoh terjadinya balikan pada sistemsuara yang digunakan pada suatu pertemuan. Jika mikropon terletak terlalu dekat dengan speaker, maka sering terjadi proses balikan dimana suara dari speaker terambil kembali oleh mikropon diteruskan ke amplifier menghasilkan dengung. Pengoperasian Rangkaian LC Frekuensi osilator balikan biasanya ditentukan dengan menggunakan jaringan induktorkapasitor (LC). Jaringan LC sering disebut sebagai rangkaian tangki, karena kemampuannya menampung tegangan AC pada frekuensi resonansi. Untuk melihat bagaimana isyarat AC dapat dihasilkan dari isyarat DC, marilah kita lihat rangkaian tangki LC seperti terlihat pada gambar.. Pada saat saklar ditutup sementara, maka kapasitor akan terisi. Frekuensi tegangan AC yang dibangkitkan oleh rangkaian tangki akan tergantung dari harga L dan C yang digunakan. Ini yang disebut sebagai frekuensi resonansi dengan harga: f LC dimana f r adalah frekuensi resonansi dalam hertz (Hz), L adalah induktasi dalam henry dan C adalah kapasitansi dalam farad. Resonansi terjadi saat reaktansi kapasitif (X c ) besarnya sama dengan reaktansi induktif (L x ). Rangkaian tangkai akan berosilasi pada frekuensi ini.,dimana f r adalah frekuensi resonansi dalam hertz (Hz), adalah induktasi dalam henry dan C adalah kapasitansi dalam farad. Resonansi terjadi saat reaktansi kapasitif (X c ) besarnya sama dengan reaktansi induktif (L x ). Pada frekuensi osilasi rangkaian tangki LC tentunya memiliki resistaansi yang akan mengganggu aliran arus pada rangkaian. Akibatnya, tegangan AC akan cenderung menurun setelah melakukan beberapa putaran osilasi. Gambar.a memperlihatkan hasil gelombang rangkaian tangki. Perhatikan bagaimana omplitudo gelombang mengalami penurunan yang biasa disebut sebagai gelombang sinus teredam (damped sine wave). Dalam hal ini, rangkaian telah terjadi kehilangan energi yang diubah dalam bentuk panas. Osilasi rangkaian tangkai dapat dibuat secara kontinu jika kita menambahkan energi secara periodik dalam rangkaian. Energi ini akan digunakan untuk mengganti energi panas yang hilang. Gambar.b menunjukkan gelombang kontinu (continuous wavecw) pada rangkaian tangki yang secara periodik ditambahkan energy pada rangkaian Osilator Hartley Gambar. Osilator Hartley seperti pada gambar. banyak digunakan pada rangkaian penerima radio AM dan FM. Frekuensi resonansi ditentukan oleh harga T dan C.Kapasitor C berfungsi sebagai penggandeng AC ke basis Q.Tegangan panjar Q diberikan oleh resistor R dan R..Kapasitor C sebagai penggandeng variasi tegangan kolektor dengan bagian bawaht. Kumparan penarik RF (L) menahan AC agar tidak ke pencatu daya. L juga berfungsi sebagai beban rangkaian. Q adalah dari tipe npn dengan konfigurasi emitor bersama.

4 Gambar. Osilatorhartley Saat daya DC diberikan pada rangkaian, arus mengalir dari bagian negatif dari sumber lewat R ke emitor Kolektor dan basis keduanya dihubungkan ke bagian positif dari VCC. Ini akan memberikan panjar maju pada emitorbasis dan panjar mundur pada kolektor. Pada awalnya I E, I B dan IC mengalir lewat Q. Dengan IC mengalir lewat L, tegangan kolektor mengalami penurunan. Tegangan ke arah negative ini diberikan pada bagian bawah T oleh kapasitor C. Ini mengakibatkan arus mengalir pada kumparan bawah.tegangan ini juga diberikan pada Q melalui C. Q akhirnya sampai pada titik jenuh dan mengakibatkan tidak terjadinya perubahan pada VC. Medan di bagian negative sedangkan bagian bawah polaritas tegangan pada bagian atas. Keping C bagian atas sekarang menjadi menjadi positif. Osilator Relaksasi Bagian lain dari rangkaian gambar adalah rangkaian umpanbalik negatif yang terdiri dari resistor R dan kapasitor C. Sama halnya seperti rangkain umpanbalik positif, tegangan referensi negatif pada bagian ini juga akan berubahubah tergantung dari tegangan keluaran pada saat itu. Kita sebut saja titik referensi komparator ini vref. Bedanya, pada rangkaian umpanbalik negative 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 opamp akan relaks menjadi Vsat. Osilator dapat dikelompokkan berdasarkan metode pengoperasiannya menjadi dua, yaitu osilator balikan dan osilator relaksasi. Masingmasing kelompok memiliki keistimewaan tersendiri. Pada osilator balikan, sebagian daya keluaran dikembalikan kemasukan yang miasalnya dengan menggunakan rangkaian LC. Osilator biasanya dioperasikan pada frekuensi tertentu. Osilator gelombang sinus biasanya termasuk kelompok osilator ini dengan frekuensi operasi dari beberapa Hz sampai jutaan Hz. 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. Osilator ini biasanya membangkitkan isyarat gelombang kotak atau segitiga. Aplikasi osilator ini diantaranya pada generator penyapu horizontal dan vertikal pada penerima TV. Osilator relaksasi dapat merespon aplikasi frekuensirendah dengan sangat baik. Demikian juga sebaliknya ketika tegangan keluaran opamp 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 opamp pada titik saturasi terendah (Vsat), tegangan referensi positif berubah menjadi titik LTP, sehingga ketika vref < LTP tegangan keluaran opamp kembali relaks ke titik saturasi tertinggi (+Vsat). Demikian seterusnya sehingga terbentuk osilasi pada keluaran komparator.

5 Gambar. rangkaian osilator relaksasi dengan opamp. Mengatur pembangkit (generator) untuk gelombang sinusoid dengan amplitudo Vpp dan frekuensi yang ditentukan.. Periksa sekali lagi rangkaian utamnya letak catu daya pada kakikaki IC LM8. Hidupkan catu daya IC dan amati bentuk gelombang keluaran dengan menggunakan osiloskop. Buat sketsa bentuk yang diperoleh. Gambar.5 Rangkaian opamp sebagai osilator METODE PENELITIAN Persiapan Pelaksanaan Adapun materi persiapan pelaksanan meliputi.persiapan materi teori tentang dasardasar.pelaksanaan Metode yang dilakukan dalam pelaksanaan penelitian ini antara lain: a.praktikum, adalah mempraktekan langsung pada pembuatan alat instrumen b.literatur, adalah pengambilan data dengan literatur yang berupa bukubuku, maupun bentuk lain yang berhubungan dengan alat yang akan dibuat yang mendukung penyelesaian instrumen Langkahlangkah penelitian Prosedur dan Pengamatan. Menyusunan rangkaian Opamp sebagai osilator seperti pada gambar dengan pencatu daya LM8 di buat dengan sumber DC ± 5.Matikan IC dengan melepas catu daya yang terpasang, kemudian gantilah resistor R = kw menjadi R =kw. Dengan menggunakan R yang baru ini hasil perhitungan harga frekuensi osilasi adalah : Teknik Analisa Data. Analisis Ralat Sistematis Ralat sistematis terjadi pada setiap kali mengukur. Arah (hasil ukur terlalu besar/terlalu kecil) dan besar dari ralat sistematis selalu sama. Ralat sistematis adalah kesalahan suatu kesalahan yang terdapat dari cara atau system mengukur. Berarti dalam cara mengukur atau dalam alat sudah ada suatu kesalahan yang mempengaruhi hasil ukur sehingga

6 setiap kali mengukur terdapat perbedaan yang sama antara lain yang sebenarnya dan hasil ukur. Beberapa contoh untuk ralat sistematis. Analisis Ralat Statis Ralat statis berasal dari hal yang terjadi secara kebetulan dan dapat berubahubah. Ralat statis bias mengakibatkan hasil ukur menjadi lebih besar atau lebih kecil dari nilai yang sebenarnya. Jika pengukuran di ulangi, ralat statis akan berbeda dan baik besaran maupun arahnya yang bersifat statis yang berarti berubahubah yang disebabkan karena tidak melihat skala alat secara teliti. Supaya kemungkinan terjadi ralat statis diperkecil, maka peneliti harus mengukur secara teliti. Untuk mendapatkan suatu informasi tentang besar ralat tersebut, peneliti bisa mengukur berulang kali. Karena, jika suatu besaran diukur berulang kali maka ralat dari nilai ratarata dari semua hasil ukur akan lebih kecil daripada ralat suatu hasil ukur sendiri. Analisis matematis Untuk menentuka hasil pengukuran, simpangan baku, kesalahan relatif serta ketelitian digunakan rumus sebagai berikut : Khi kuadrat Dari hasil perhitungan osilator umpan balik maka, interpretasi diberikan terhadap nilai chi kuadrat yang telah di dapat dengan memperhatikan derajat bebas (db) terlebih dahulu. Rumus (db = n), maka db = = 9. Maka kita konsultasikan pada table Khi kuadrat dengan db = 9 kita dapatkan pada taraf signifikansi %, yaitu: Pada taraf signifikansi % =.7.Dengan taraf signifikansi % diketahui bahwa nilai Khi kuadrat hasil penelitian adalah sebesar 0.56 maka dapat dianalogikan bahwa nilai Khi kuadrat hasil observasi lebih kecil dari pada nilai kritik table chi kuadrat atau.7 > 0.56 dengan demikian hipotesis nihil bahwa tidak ada perbedaan yang signifikan antara frekuensi yang di teliti dengan frekuensi teoritiknya diterima penelitian yang diterima dengan taraf kepercayaan 99 %. Tabel 5. Osilator fase umpan balik F hit F tabel/osilator X F hit > F table,7 0,56,7 > (diterima) X Fa F t Osilator Geseran OPAMP (Relaksasi) Tabel 5. Dimana : Osilator Geseran OPAMP X = Nilai chi kuadrat F a = Frekuensi data penelitian ( F hitung ) F t = Frekuensi data sebenarnya F hit F tabel/osilator X F hit >F tabel > (diterima) HASIL DAN PEMBAHASAN Osilator fasa Umpan Balik Dari table 5. hasil perhitungan maka, interpretasi diberikan terhadap nilai Khi kuadrat yang telah di dapat dengan memberhatikan derajat bebas (db) terlebih dahulu. Rumus (db = n), maka db = = 9. Maka kita konsultasikan pada table Khi

7 kuadrat dengan db = 9 kita dapatkan pada taraf signifikansi %, yaitu: Pada taraf signifikansi % =.7 Dengan taraf signifikansi % diketahui bahwa nilai Khi kuadrat hasil penelitian adalah sebesar maka dapat dianalogikan bahwa nilai Khi kuadrat hasil observasi lebih kecil dari pada nilai kritik table Khi kuadrat atau.7 > dengan demikian hipotesis nihil bahwa tidak ada perbedaan yang signifikan antara frekuensi yang di teliti dengan frekuensi teoritiknya diterima penelitian yang diterima dengan taraf kepercayaan 99 %. Perbandingan hambatan kω (osilator Hartley) dengan hambatan kω (osilator Kristal) Pada Hambatan kω pada osilator Hartley, Data hasil penelitian yang diperoleh melalui penelitian dengan menggunakan hambatan resistor sebesar kω untuk memperoleh frekuensi keluaran yang tampak pada osiloskop. Pengambilan data tersebut sebanyak kali dengan menggunakan hambatan resistor kω dan pencatu daya LM8 di buat dengan sumber DC ± 5 V. Tabel 5. Data hasil pengukuran dengan osiloskop pada hambatan ohm No R (KΩ) F (Hzt) 0. 0, 0,9 0,60 Data Pada Hambatan kω (Osilator Kristal) Data hasil penelitian yang diperoleh melalui penelitian dengan menggunakan hambatan resistor sebesar kω untuk memperoleh frekuensi keluaran yang tampak pada osiloskop. Pengambilan data tersebut sebanyak kali dengan menggunakan hambatan resistor kω dan pencatu daya LM8 di buat dengan sumber DC ± 5 V. Tabel 5. Data hasil pengukuran pada hambatan kω No R (KΩ) F (Hzt) 0,07 7 0,059 0,07 0,055 0,07 0, , 0, 0,7 0, 0,5 0,0 Pengujian Hipotesis frekuensi pada hambatan kω Dari table.5 hasil perhitungan maka, interpretasi diberikan terhadap nilai Khi kuadrat yang telah di dapat dengan memperhatikan derajat bebas (db) terlebih dahulu. Rumus (db = n), maka db = = 9. Maka kita konsultasikan pada table Khi kuadrat dengan db = 9 kita dapatkan pada taraf signifikansi %, yaitu: Pada taraf

8 signifikansi % =.7 Dengan taraf signifikansi % diketahui bahwa nilai Khi kuadrat hasil penelitian adalah sebesar maka dapat dianalogikan bahwa kuadrat atau.7 > dengan demikian hipotesis nihil bahwa tidak ada perbedaan yang signifikan antara frekuensi yang di teliti dengan frekuensi teoritiknya diterima penelitian yang diterima dengan taraf kepercayaan 99 %. Tabel 5.5 Data Hasil Perhitungan Khi Kuadrat pada Hambatan kω fo ft f 0 ft (f 0 ft) Xz = (f f ) (f f ) 0, 0, 0, , 0, 0, , 0,9 0, , 0, , 0, , 0,7 0, , 0, 0, , 0,5 0, 0,0 0, , 0,60 0,0 0 0 Tabel 5.6 ΣX = 0,0667 Data Hasil Perhitungan Khi Kuadrat pada Hambatan kω fo ft f 0 ft (f 0 ft) Xz 0,07 7 0,059 0,07 0,055 0,07 0,05 8 0, = (f f ) (f f ) , , ΣX = 79 Dari table 5.6 diatas hasil perhitungan maka, interpretasi diberikan terhadap nilai Khi kuadrat yang telah di dapat dengan memberhatikan derajat bebas (db) terlebih dahulu. Rumus (db = n), maka db = = 9. Maka kita konsultasikan pada table Khi kuadrat dengan db = 9 kita dapatkan pada taraf signifikansi

9 %, yaitu: Pada taraf signifikansi % =.7 Dengan taraf signifikansi % diketahui bahwa nilai Khi kuadrat hasil penelitian adalah sebesar maka dapat dianalogikan bahwa nilai Khi kuadrat hasil observasi lebih kecil dari pada nilai kritik table Khi kuadrat atau.7 > dengan demikian hipotesis nihil bahwa tidak ada perbedaan yang signifikan antara frekuensi yang di teliti dengan frekuensi teoritiknya diterima penelitian yang diterima dengan taraf kepercayaan 99 %. Berdasarkan hasil penelitian dan analisis data, maka dapat disimpulkan sebagai berikut : Tidak terdapat perbedaan hasil yang signifikan pada kedua frekuensi hasil teoritik dan penelitian dengan menggunakan masingmasing hambatan yang berbeda. Proses pengisian dan pengosongan kapasitor akan menghasilkan frekuensi pengulangan secara kontinyu dihasilkan pada persamaan dengan menggunakan osiloskop. KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian dan analisis data, maka dapat disimpulkan sebagai berikut : Tidak terdapat perbedaan hasil yang signifikan pada kedua frekuensi hasil teoritik dan penelitian dengan menggunakan masingmasing hambatan yang berbeda. Proses pengisian dan pengosongan kapasitor akan menghasilkan frekuensi pengulangan secara kontinyu dihasilkan pada persamaan dengan menggunakan osiloskop. DAFTAR PUSTAKA Alonso, M. dan Finn, E.D Fundamental University Physics. New York: Addison Wesley Longman. Cooper W.D., 985, Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran, Jakarta: Erlangga. Halliday, David; Resnick, Robert; and Walker, Jearl.0.Fundamental ofphysics. New York:John Wiley & Sons Longman.Sulistiyo,Eko Dkk. Software Simulasi Prakstikum CRO.FMIPA UGM. Yogyakarta Pradnya Paramita, 998, Fundamental Electrical Instrumentation, Singapore : Jurnal Fisika Indonesia Sapiie S., Nishino O., 979, Pengukuran dan Alatalat Ukur Listrik.,Jakarta: Sears, F.W. Zemanski University Physics. New York: Addison Wesley Staf pengajar IPB.. Gelombang dan Getaran.Dep.FisiksaIPB. Sudjana. 05. Metode Statistik.Bandung: Tarsito Sunarto, Ridwan. 09. Pengantar Statistika, Bandung : Alfabeta Wasito,.VademekumElektronika,Grame dia: Jakarta