UNIVERSITAS MERU BUANA 9 Osilator Pada banyak bagian dari sistem telekomunikasi menggunakan rangkaian pembangkit sinyal yang dikenal sebagai rangkaian osilator, seperti pembangkit sinyal carrier. Sinyal carrier misalnya dikenal pada sistem pemancar AM (amplitude modulation) maupun FM (frequency modulation), atau pada sistem modulasi pulsa seperti FSK (frequency shift keying) ataupun PSK (phase shift keying). Bagian lain dari sistem telekomunikasi yang menggunakan osilator adalah pada proses translasi frekuensi, seperti misalnya osilator lokal pada proses mixing untuk menghasilkan sinyal IF (intermediate frequency). Sebagai osilator lokal juga, tetapi digunakan pada proses translasi ke frekuensi kanal, atau pada sistem transposer seperti yang digunakan pada radio-link microwave termasuk pada sistem transponder satelit. Dari bentuk sinyal yang dihasilkan, osilator terbagi menjadi dua kelompok, yaitu, osilator sinusoidal dan osilator non-sinusoidal. Osilator sinusoidal sudah jelas, bahwa sinyal outputnya berbentuk sinyal sinus periodik dengan frekuensi tertentu. Sementara osilator non-sinusoidal akan mempunyai sinyal output periodik dengan bentuk salah satu dari; gelombang persegi, gelombang ramp (saw-tooth), bentuk parabola, dsb. 9.. Osilator Sinusoidal Bentuk gelombang sinusoidal periodik mempunyai fenomena yang sangat mirip dengan gerakan bandul-mekanik atau bandul-matematis yang akan berayun ke kiri dan kemudian ke kanan melalui titik diamnya dengan frekuensi yang tertentu dari, f = π g l... (9-) dimana, g = percepatan gravitasi = 0 m/det PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB HIDAYANTO DJAMAL ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI
UNIVERSITAS MERU BUANA l = panjang tali bandul, meter 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 akhirnya 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 kapasitor akan berlangsung terus tanpa memerlukan energi elektris tambahan dari luar. Sebuah tank-circuit ditunjukkan pada Gbr-, yaitu, satu induktor yang terpasang paralel dengan sebuah kapasitor. L Gbr- Komposisi sebuah tank-circuit (a) tank-circuit, (b) saat pengisian kapasitor, (c) saat pengisian induktor. (a) (b) (c) Dalam keadaan diam, sebuah tank-circuit hanyalah sebuah rangkaian biasa seperti ditunjukkan pada Gbr-(a), Tetapi bila diinjeksikan satu muatan listrik pada kapasitornya sampai penuh seperti ditunjukkan pada Gbr-(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 resistif induktor dan kerugian PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB HIDAYANTO DJAMAL ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI
UNIVERSITAS MERU BUANA 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, f = π L (Hz)... (9-) dimana, L = induktansi ideal (tanpa komponen resistif), henry = kapasitansi, farad 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 sedemikan, sehingga dicapai satu kondisi yang disebut sebagai Barkhausen-riterion, maka terjadilah osilasi tersebut. Secara umum, diagram blok sebuah penguat dengan jalur feedback dilukiskan pada Gbr-. A adalah faktor penguatan tanpa feedback, sementara β adalah fungsi-alih jalur feedback. Dengan adanya jalur umpan-balik positif, maka faktor penguatan menjadi, A f = A Aβ... (9-3) Gbr- Diagram blok penguat dengan jalur v i n A v o u + β PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB HIDAYANTO DJAMAL ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI 3
UNIVERSITAS MERU BUANA umpan balik positif. Kriteria Barkhausen untuk menghasilkan satu osilasi, adalah kondisi dimana, faktor (-Aβ) = 0 atau Aβ =, sehingga nilai A f menjadi tak berhingga. Hal ini mempunyai makna, bahwa sinyal output (sinusoidal) tetap ada walaupun inputnya nihil. Karena kedua faktor tersebut, A dan β, adalah bilangan kompleks, maka kondisi Aβ =, menunjukkan, bahwa A β =, dan fasa Aβ = nol. Kedua parameter ini masingmasing dapat digunakan untuk menentukan syarat osilasi, dan nilai frekuensi osilasinya. Rangkaian osilator yang menggunakan tank-circuit, secara diagram blok ditunjukkan pada Gbr-3. Jenis osilator yang menggunakan tank-circuit yang dibahas dalam Modul-9 ini adalah, Hartley, olpitts, dan osilator lapp. V i ' V i A m p l i f i e r R o V o Z i A v o V i I Z Z I Z 3 Gbr-3 Diagram blok osilator yg menggunakan tank-circuit (tuned-circuit). Diagram blok Gbr-3 ini bila disesuaikan dengan diagram blok Gbr- adalah, blok amplifier pada Gbr-3 adalah blok amplifier pada Gbr- yang mempunyai penguatan A. Sedang blok umpan-balik pada Gbr- direpresentasikan sebagai impedansi Z pada Gbr-3, yang outputnya adalah tegangan V i, yaitu sinyal umpan-balik positif. Z, Z, dan Z 3, 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 0 O (ingat fenomena bandul-matematis di depan), serta loop- PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB HIDAYANTO DJAMAL ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI 4
UNIVERSITAS MERU BUANA 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 I dan I. Persamaan loop yang muncul adalah, juga, I = A vo V i = I (Ro + Z ) - I (Z )... (i) 0 = - I (Z ) + I (Z + Z + Z 3 )... (ii) V ' i Z... (iii) dan, Z i... (iv) Dengan menyelesaikan empat persamaan tersebut di atas, dihasilkan, A v(loop) = V ' V i i (9-4) = - A vo Z Z Z ( Z + Z + Z 3 )( Ro + Z )... Karena pada kondisi resonansi, (Z + Z + Z 3 ) merupakan rangkaian resonansi seri dengan nilai Q yang tinggi, maka nilai resistansi-dinamis-nya yang dihasilkan sangat kecil serta dapat dibaikan, sehingga jumlah ketiga reaktansi tersebut sama dengan nol, atau, (Z + Z + Z 3 ) = (X + X + X 3 ) = 0... (9-5) dan nilai loop gain persamaan (9-4) menjadi lebih sederhana seperti persamaan berikut, PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB HIDAYANTO DJAMAL ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI 5
UNIVERSITAS MERU BUANA A v(loop) = - A vo X X... (9-6) Pada penerapannya, tiga reaktansi tersebut dapat bervariasi, sehingga terbentuk rangkaian osilator Hartley misalnya, dimana X dan X adalah induktor, dan X 3 adalah kapasitor, dsb. 9.-. Osilator Hartley Mempunyai rangkaian seperti ditunjukkan pada Gbr-4. Rancangan rangkaian dcnya seperti diuraikan pada Modul-6, dimana titik kerja ditempatkan di tengahtengah 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-nilai yang tersedia di pasaran. R B R F L L R E E Gbr-4 Rangkaian osilator Hartley Frekuensi osilasi osilator Hartley ini ditentukan oleh rumus berikut ini, f = π L t (Hz)... (9-7) dimana, L t = induktansi tank-circuit = L + L, henry = kapasitansi tank-circuit, farad PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB HIDAYANTO DJAMAL ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI 6
UNIVERSITAS MERU BUANA Kapasitansi dan berfungsi sebagai jalan bebas bagi komponen ac (RF) disamping mencegah hubungan dc. Begitu juga kapasitor 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. RF (radio frequency choke) digunakan untuk mencegah sinyal RF masuk ke batere. 9.-. Osilator olpitts Mempunyai rangkaian seperti ditunjukkan pada Gbr-5. Rancangan rangkaian dcnya seperti diuraikan pada Modul-6, dimana titik kerja ditempatkan di tengahtengah 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-nilai yang tersedia di pasaran. R B 3 R F L R E E 4 Gbr-5 Rangkaian osilator olpitts Frekuensi osilasi osilator olpitts ini ditentukan oleh rumus berikut ini, f = π L t (Hz)... (9-8) dimana, L = induktansi tank-circuit, henry t = kapasitansi tank-circuit, farad = seri PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB HIDAYANTO DJAMAL ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI 7
UNIVERSITAS MERU BUANA Kapasitansi 3 dan 4 berfungsi sebagai jalan bebas bagi komponen ac (RF) disamping mencegah hubungan dc. Begitu juga kapasitor 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 seperti pada rangkaian osilator Hartley di atas. RF (radio frequency choke) digunakan untuk mencegah sinyal RF masuk ke batere. Bentuk penyambungan lain rangkaian osilator olpitts ditunjukkan pada Gbr-6. o-ba teliti perbedaannya. Yang dapat diamati sama diantara keduanya adalah, ujung-ujung tank-circuit masing-masing tersambung secara RF ke kolektor dan basis transistor, sementara titik sambung dua kapasitornya terhubung secara RF ke emiter. + V R B R F L 3 R E E Gbr-6 Rangkaian osilator olpitts bentuk yg lain 9.-3. Osilator lapp Akibat struktur transistor yang tersusun dari pn-junction, yaitu collector-junction dan emitter-junction, terbentuklah pada persambungan itu satu kapasitor keping sejajar. Masing-masing adalah c dan e. Nilai keduanya bergantung pada catu tegangan dan temperatur junction, sehingga nilainya tidak tetap. Kedua nilai tersebut berkisar antara, c B ~ 50 pf (karena prategangan mundur) e EB 30 ~ 0.000 pf (karena prategangan maju) PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB HIDAYANTO DJAMAL ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI 8
UNIVERSITAS MERU BUANA Kedua kapasitor parasitik tersebut terpasang paralel dengan masing-masing kapasitor tank-circuit, yaitu, dengan c seri e, sedang dengan e, seperti ditunjukkan pada Gbr-7, yaitu pada rangkaian pengganti ac-nya. Akibatnya, kedua nilai kapasitansi parasitik tersebut akan mempengaruhi nilai frekuensi osilasi. Dan karena nilainya yang tidak stabil, maka frekuensi osilator juga tidak stabil. c L e Gbr-7 Rangkaian pengganti ac osilator olpitts Karena osilator yang dirancang dalam bidang telekomunikasi selalu pada pita frekuensi radio, maka kapasitor parasitik tersebut tidak dapat diabaikan besarnya. Akibat kondisi tersebut, maka nilai baru dan baru menjadi, = + e... (9-9a) = + e seri c... (9-9b) Untuk mengatasi keadaan itu, maka dalam perencanaan dilakukan : ) Pemilihan nilai dan, besar dibandingkan dengan nilai c dan e ) Penambahan satu kapasitor kecil 3 pada tank-circuit seri dengan induktor L seperti ditunjukkan pada Gbr-8. Rangkaian osilator terakhir ini dinamakan osilator lapp atau Gouriet. c L e 3 PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB HIDAYANTO DJAMAL ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI 9
UNIVERSITAS MERU BUANA Gbr-8 Rangkaian pengganti ac osilator lapp Dengan penambahan kapasitor bernilai kecil dibandingkan dengan dan, maka frekuensi osilasi lebih banyak ditentukan oleh nilai 3 seperti rumus berikut, f π L 3 (Hz)... (9-0) Kombinasi L seri dengan nilai kecil kapasitor, 3, itu adalah mirip dengan rangkaian pengganti struktur sebuah kristal. Dengan mengganti posisi lengan L seri 3 tersebut dengan sebuah kristal, maka frekuensi osilator akan ditentukan oleh kristal dimaksud. Jadilah sebuah osilator kristal. 9.-4. Osilator Kristal Sebuah kristal dibuat dari bahan kristal tertentu, yaitu diantaranya adalah, rochellesalt, quartz, tourmaline. Karena berkembangnya teknologi bahan, maka belakangan telah dibuat bahan sintetisnya seperti ADP (ammonium dihydrogen phosphate), 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 perbedaanya, pada piezoelectric effect, terjadi siklus perubahan energi, yaitu dari energi mekanik ke energi listrik. Rangkaian pengganti elektris satu kristal, serta karakteristik impedansinya ditunjukkan pada Gbr-9. Pada grafik karakteristiknya, nampak adanya dua frekuensi resonansi, yaitu frekuensi resonansi seri (ω s ) dan frekuensi resonansi paralel (ω p ), yang saling berdekatan. Perbedaan kedua nilai frekuensi resonansi tersebut < % dari fre-kuensi resonansi seri. Dan oleh karena nilai kapasitansi sangat kecil PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB HIDAYANTO DJAMAL ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI 0
UNIVERSITAS MERU BUANA dibanding-kan dengan nilai kapasitansi, maka praktis kedua nilai frekuensi tersebut mende-kati sama atau ω s ω p. Pada Gbr-9(a) nampak terdapat nilai-nilai L, R,, dan, yang masing-masing mewakili, masa bahan kristal, sifat hambatan listrik kristal, sifat elastis kristal, dan nilai kapasitansi antara kedua elektroda (terminal) kristal. L R ' (a) (b) Gbr-9 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 Gbr-0, akan memberikan frekuensi osilasi di luar frekuensi resonansinya. + V L R F R B T r 3 5 R B R E 4 PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB HIDAYANTO DJAMAL ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI
UNIVERSITAS MERU BUANA Gbr-0 Rangkaian osilator kristal seri Kristal yang menghasilkan osilasi dengan frekuensi di luar frekuensi serinya dikatakan sebagai overtone. Kapasitor 3 dan 4 di set untuk memberikan sinyal umpan-balik dari kolektor ke emiter. Kristal ditempatkan di jalur umpan-balik yang bekerja pada mode seri. Induktor L adalah bagian rangkaian yang ditune untuk mendapatkan frekuensi overtone, (5)p84. L akan beresonansi bersama-sama 3, 4 dan 5 yang membentuk satu tank circuit. Pengaturan pertama dilakukan pada induktor L sedemikian sehingga osilator mulai berosilasi, kemudian baru kapasitor diatur untuk mendapatkan frekuensi yang tepat. Disamping kristal tersebut bekerja dengan mode seri seperti diatas, kristal juga dapat dikerjakan dalam mode paralel-nya. Rangkaian yang bekerja dalam mode paralel ditunjukkan pada Gbr-, yaitu yang sebetulnya adalah rangkaian osilator olpitts yang diganti komponen induktor tank-circuitnya. Dalam hal ini, kapasitor dan 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. + 6 R T r R R R E E Gbr- Rangkaian osilator kristal mode paralel. 3 9.-5. Syarat praktis perencanaan PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB HIDAYANTO DJAMAL ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI
UNIVERSITAS MERU BUANA Persyaratan dimaksud sebetulnya diturunkan dari syarat Barkhausen critereon, yaitu syarat minimal agar satu osilator dapat terpacu untuk bekerja. Persyaratan itu pada dasarnya adalah pengaturan nilai sinyal yang diumpan-balikkan ke input rangkaian, yaitu ke rangkaian basis terhadap emiter bila konfigurasi rangkaian menggunakan konfigurasi common-emitter. Nilai sinyal yang diumpan-balikkan tertentu dari perbandingan komponen yang dipisahkan oleh tap pada tank circuit, yaitu kapasitor ( dan ) bila rangkaiannya adalah osilator olpitts atau lapp, dan induktor (L dan L ) bila rangkaiannya adalah osilator Hartley. Dari persamaan (9-6) dapat diturunkan menjadi, A vo X X... (9-) Untuk osilator olpitts, (3)p0, persamaan (9-) menjadi, A vo atau A Vo... (9-) Untuk osilator Hartley, (3)p0, persamaan (9-) menjadi, A vo L L atau L L A Vo. (9-3) dimana : = kapasitor yang memberikan umpan-balik L = induktor yang memberikan umpan-balik A vo = penguatan tegangan transistor tanpa umpan balik Untuk penguat transistor ataupun FET, masing-masing adalah, Transistor A vo = (9-4) +h fe '... h ' xh ' oe ie FET A vo = g m xr d... (9-5) dimana : h fe = h fe pada frekuensi kerja sembarang, f h oe = h oe pada frekuensi kerja sembarang, f PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB HIDAYANTO DJAMAL ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI 3
UNIVERSITAS MERU BUANA h ie = h ie pada frekuensi kerja sembarang, f g m = transkondukatansi FET r d = drain resistance Sedangkan nilai h fe, h oe, dan h ie diatas tertentu dari persamaan (9-6) berikut ini, yang berlaku juga untuk h oe dan h ie, dengan mengganti h fe. dimana : h fe = h fe hfe. f + ft (9-6) h fe = h fe pada frekuensi f h fe = faktor penguatan arus transistor konfigurasi E untuk f = 0 (pada tabel data) f = frekuensi RF sembarang f T = frekuensi cutoff dimana pada frekuensi ini h fe =, yang nilainya = x f Tmin (pada tabel data transistor). Sehingga langkah awal perencanaan satu osilator adalah, memilih jenis transistor yang akan digunakan. Secara keseluruhan terdapat tiga langkah, yaitu, Pertama; memilih transistor yang sesuai keperluan, yaitu osilator akan bekerja pada frekuensi berapa. Bila osilator bekerja pada frekuensi audio, maka perlu dipilih transistor yang pada kolom USE tertulis huruf A untuk huruf pertamanya. Sebaliknya, bila osilator harus bekerja pada pita frekuensi radio, maka transistor yang dipilih diawali dengan huruf R pada kolom USE. Dicatat juga pada kolom f Tmin, terutama untuk keperluan osilator RF, sebab akan digunakan menentukan nilai h fe seperti diberikan pada persamaan (9-3). Kedua; menentukan rangkaian prategangan untuk osilator tersebut seperti diuraikan pada Modul-6, yaitu rangkaian self-bias atau collector-to-base-bias. Ketiga; menentukan komponen tank-circuit, baik untuk osilator olpitts, lapp, maupun Hartley. ontoh Soal 9-. Rencanakan satu osilator yang bekerja pada frekuensi 00 khz dengan menggunakan kristal. Batere yang tersedia sebesar + 7V. Transistor yang digunakan mempunyai data sebagai berikut, PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB HIDAYANTO DJAMAL ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI 4
UNIVERSITAS MERU BUANA h ie = 5 kω h oe = 00 μsiemens h fe = f T = 300 MHz Rencanakan dengan menggunakan rangkaian prategangan jenis fixed-bias. Daya yang dihasilkan lebih kurang sebesar,5 mw. atatan : Dalam perencanaan, semua data harus ditemukan dalam lembar data transistor, termasuk jenis penggunaannya, yaitu untuk frekuensi pita audio atau RF seperti dijelaskan pada langkah pertama diatas. Jawaban : Karena data f T cukup besar terhadap 00 khz, maka persamaan (9-4) berlaku dengan nilai-nilai dc-nya. Rangkaian prategangan yang digunakan adalah jenis fixed-bias seperti ditunjukkan pada Gbr-. Untuk menghindari penggunakan persamaan (9-6), maka dipilih transistor yang mempunyai nilai f Tmin yang sangat besar dibandingkan frekuensi perencanaan, yaitu 00 khz. Karena frekuensi 00 khz sudah termasuk RF, maka dipilih transistor yang tergolong RF, yaitu tertera RMG misalnya, yang berarti, untuk RF dengan arus kerja menengah serta kegunaan umum (General purpose). + 7 V R B R 0 0 k H z T r Gbr- Rangkaian osilator kristal dengan konfigurasi fixed-bias. Menentukan titik kerja Diambil, V Q = 3,65 volt, yang ditentukan dari, V Q = V 0,3 + 0,3... (9-7) PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB HIDAYANTO DJAMAL ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI 5
UNIVERSITAS MERU BUANA dimana 0,3 volt adalah nilai V E saturation, Diambil I Q =,5 ma, dari nilai daya yang diminta, yaitu,5 mw, P = (9-8),5 = V xi m m... V xi m m maka I Q = I m = Dari lingkar kolektor berlaku, 5 5 V m = ( 0,3) / V =,5 ma V = I Q x R + V Q R = V V I Q Q =,3 kω, kω Dari lingkar basis berlaku, V = I BQ x R B + V BE R B = V I Q V / h BE fe 470 kω Menentukan nilai kapasitansi tank-circuit Sesuai dengan persamaan (9-) dan (9-4), maka perbandingan nilai dan adalah tertentu dari, A Vo +h h oe fe ' xh ie ' ' = + = 4 3 x0 x5x0 = 6 Sehingga bila diambil, = 500 pf = 0,3 μf 9.. Osilator Non Sinusoidal Melihat namanya tentu saja osilator ini mempunyai output sinyal periodik yang berbentuk bukan sinusoidal, melainkan bentuk sinyal yang lain, seperti bentuk gelombang persegi (square wave), gigi gergaji (saw tooth), parabola, dsb. PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB HIDAYANTO DJAMAL ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI 6
UNIVERSITAS MERU BUANA Ternyata nanti, bahwa bentuk gelombang persegi dapat menjadi sumber dari bentukbentuk gelombang yang lain seperti bentuk gelombang gigi gergaji, parabola, maupun bentuk pulsa tajam. Bentuk-bentuk gelombang yang lain itu dapat dihasilkan dengan menggunakan rangkaian diferensiator maupun integrator. Fungsi-fungsi gelombang persegi yang berbentuk konstanta, dapat diintegrator-kan menjadi fungsi ramp (fungsi pangkat satu), yaitu bentuk gigi gergaji. Seterusnya, bila sinyal bentuk ramp tersebut diintegrator-kan akan menjadi fungsi parabola, dst. 9.-. Osilator gelombang persegi Rangkaian osilator ini berada dalam kelompok osilator relaxation, (5)p85, yang terdiri dari tiga 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. + V R L R R R L v T T v Gbr-3 Rangkaian astable multivibrator (AMV). Mempunyai rangkaian seperti ditunjukkan pada Gbr-3. Nampak pada Gbr-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 T ( = v ) maupun dari kolektor transistor T ( = v ). Bentuk gelombang dimaksud ditunjukkan pada Gbr-4. v ( t ) V t = 0, 6 9 R 0 PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB t HIDAYANTO DJAMAL = 0, 6 9 R ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI 7 T = + t t t
UNIVERSITAS MERU BUANA Gbr-4 Diagram bentuk gelombang persegi, output astable multivibrator. Terlihat pada diagram bentuk gelombang output AMV sebagai fungsi waktu, bahwa lebar pulsa positif dan lebar perioda nol, masing-masing sebesar, t = 0,69 R (9-9) t = 0,69 R (9-0) Sehingga waktu perioda sinyal persegi tersebut adalah, T = t + t (9-) Bila lama perioda t dan t dirancang sama, maka persamaan (9-) menjadi, T =,38 R x.. (9-) dimana R = R = R dan = =. Nilai waktu perioda t ataupun t dapat diturunkan sebagai berikut. Sebetulnya waktu perioda tersebut, adalah waktu yang diperlukan untuk mengisi kapasitor dari V sampai nol melalui transistor yang sedang on. Gbr-5 menunjukkan proses tersebut ketika transistor T yang on. Polaritas muatan awal kapasitor ditunjukkan pada gambar, yaitu sebesar V yang cukup untuk membuat transistor T off. Kondisi off transistor T berlangsung terus sampai muatan kapasitor mencapai nol volt (atau + V BE cutin ). Ketika muatan kapasitor mencapai + V nol volt, maka transistor T menjadi on yang kemudian dapat membuat transistor T off karena muatan V pada kapasitor. v PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB HIDAYANTO DJAMAL ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI 8 T - o n R L R T - o f f
UNIVERSITAS MERU BUANA Gbr-5 Proses pengisian kapasitor pada astable multivibrator. Kurva pengisian kapasitor atau ditunjukkan pada Gbr-6. Kurva pengisian mengikuti fungsi exponensial sebagai berikut, E (t) = V (V + V ) e t/r Untuk kondisi muatan kapasitor sama dengan nol, maka persamaan menjadi sebagai berikut, 0 = V ( V ) e t/r e t/r = t = R log log e = E R ( 0,30 ) 0,4343 ( t ) = 0,69 R + V 0 v o l t - V Gbr-6 Kurva pengisian kapasitor t t ontoh Soal 9-. Rencanakan satu astable multivibrator yang bekerja pada frekuensi khz. Batere yang tersedia sebesar + 5V. Perbandingan perioda pulsa dan perioda nol, :. Jawaban : PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB HIDAYANTO DJAMAL ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI 9
UNIVERSITAS MERU BUANA Arus kolektor dipilih,5 ma, sehingga nilai R dapat tertentu dari, R = V I 5V = = 3,3 kω,5ma Frekuensi kerja yang diminta sebesar khz, sehingga waktu perioda siklus sinyal gelombang persegi tersebut adalah, T = /f = ms Sementara perbandingan perioda pulsa dan perioda nol, :, sehingga, t = /3 x ms = 0,33 ms 0,69 R = 0,33 x 0-3 sekon t = /3 x ms = 0,67 ms 0,69 R = 0,67 x 0-3 sekon Bila diambil R = R = 3,3 kω, maka nilai kapasitansi yang bersangkutan adalah, 3 0,33 x0 = 3 0,69 x3,3x0 3 0,67 x0 = 3 0,69 x3,3x0 = 0,45 μf = 0,94 μf Daftar Kepustakaan. Millman, Jacob, Ph.D.; Electronic Devices and ircuits, McGraw-Hill Kogakusha, Ltd., Tokyo, 983.. Millman, Jacob, Ph.D.; Mikro-Elektronika, Jilid-, Penerbit Airlangga, Jakarta, 987. 3. Roddy, Dennis & oolen,john; Electronic ommunications, Prentice-Hall of India Ltd, New Delhi, 98. 4. Schilling, Donald L, et all; Electronic ircuits-discrete and Integrated, McGraw-Hill Kogakusha, Ltd., Tokyo, 979. 5. Schuler, harles A.; Electronic, Principles and Application, McGraw-Hill Book ompany, Sinagpore, 987. PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB HIDAYANTO DJAMAL ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI 0