Makalah Osilator Hartley [PDF]

Citation preview

MAKALAH ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI “OSILATOR HARTLEY”



Disusun oleh: Hafildarani Herofianti 4.31.18.1.07 TE-1B



PROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI SEMARANG 2018/2019



KATA PENGANTAR Dengan memanjatkan puji dan syukur kehadirat Allah SWT, atas berkat dan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan pembuatan makalah untuk mata kuliah Elektronika Telekomunikasi tentang “Osilator Hartley” ini. Berdasarkan tujuan pembuatan makalah ini, disamping sebagai pelengkap dari tugas yang diberikan oleh dosen pengajar di dalam kegiatan perkuliahan, juga dapat dijadikan bahan kajian bagi siapa saja yang ingin memperluas wawasan mengenai seluk beluk mengenai “Osilator Hartley.” Meskipun makalah ini merupakan hasil dari telaah dari beberapa buku dan diskusi, tetapi penulis mengharapkan kritik dan saran dari berbagai kelompok serta dosen pembimbing yang sifatnya membangun demi kesempurnaan makalah ini. Semoga makalah ini bermanfaat bagi kita semua, jika ada kekurangan mohon dimaklumi. Sekian dan terimakasih.



Semarang, 10 Juli 2019 Penyusun



Hafildarani Herofianti



ii



DAFTAR ISI KATA PENGANTAR...............................................................................................................ii DAFTAR ISI.............................................................................................................................iii BAB I.........................................................................................................................................1 PENDAHULUAN......................................................................................................................1 1.1



Latar Belakang.............................................................................................................1



1.2



Rumusan Masalah.......................................................................................................1



1.3



Tujuan..........................................................................................................................1



BAB II........................................................................................................................................2 PEMBAHASAN........................................................................................................................2 2.1.



Pengertian Osilator......................................................................................................2



2.2.



Jenis-Jenis Osilator......................................................................................................2



2.3.



Prinsip Kerja Osilator..................................................................................................3



2.4.



Osilator Hartley...........................................................................................................4



2.5.



Analisis Rangkaian Hartley.........................................................................................7



BAB III.......................................................................................................................................9 PENUTUP..................................................................................................................................9 3.1.



Kesimpulan..................................................................................................................9



3.2.



Saran............................................................................................................................9



DAFTAR PUSTAKA..............................................................................................................10



iii



BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang



Sistem-sistem telekomunikasi elektronik tidak akan dapat bekerja tanpa adanya sumber gelombang listrik sinusoida. Banyak sekali jenis rangkaian osilator yang digunakan untuk membangkitkan sinusoida ini, dan beberapa dari jenis yang sering digunakan akan diuraikan pada halaman-halaman berikut ini. Pertama-tama akan dibicarakan osilator jenis umpan-balik (feed-back), RC dan LC yang ditala. Rangkaian ini dapat digunakan untuk frekuensi-frekuensi dari daerah audio hingga daerah VHF, dan dapat menggunakan setiap alat penguatan berterminal-tiga yang mudah pemakaiannya. Pembicaraan kita di sini terbatas pada transistor bipolar dan FET. Osilator yang diatur dengan kristal dimasukkan sebagai suatu jenis LC yang ditala, dan suatu pembahasan tentang faktor-faktor yang mempengaruhi kestabilan dari osilatorosilator akan diberikan pula. Prinsip dari osilator resistansi negatif yang menggunakan alat resistansi-negatif berterminal-dua juga akan disajikan. Meskipun bukan sebuah osilator dalam arti kata sebenarnya, penyusun frekuensi (frequency synthesizer = penyintesis frekuensi) dimasukkan juga di sini, karena mungkin sekali alat ini dalam waktu dekat akan menimbulkan revolusi dalam bidang pengaturan frekuensi dalam komunikasi, yang akan memungkinkan pembuatan sistem-sistem kompleks yang hingga kini belum dapat dilaksanakan secara ekonomis. 1.2 Rumusan Masalah



1. Apa yang dimaksud dengan osilator ? 2. Apa jenis-jenis osilator ? 3. Apa prinsip kerja osilator ? 4. Apa yang dimaksud dengan osilator hartley ? 5. Bagaimana cara kerja pada osilator hartley ? 1.3 Tujuan



1. Mengetahui pengertian dari osilator. 2. Mengetahui jenis-jenis osilator. 3. Mengetahui prinsip kerja osilator. 4. Mengetahui dan memahami pengertian osilator hartley. 5. Mampu menganalisa dan mengetahui cara kerja osilator hartley. 1



BAB II PEMBAHASAN 2.1. Pengertian Osilator Osilator adalah suatu alat yang merupakan gabungan elemen-elemen aktif dan pasif untuk menghasilkan bentuk gelombang sinusoidal atau bentuk gelombang periodik lainnya. Suatu osilator memberikan tegangan keluaran dari suatu bentuk gelombang yang diketahui tanpa penggunaan sinyal masuk dari luar. Osilator mengubah daya arus searah (dc) dari catu daya ke daya arus bolak-balik (ac) dalam beban. Dengan demikian fungsi osilator berlawanan dengan penyearah yang mengubah daya searah ke daya bolak-balik. Suatu osilator dapat membangkitkan bentuk gelombang pada suatu frekuensi dalam batas beberapa siklus tiap jam sampai beberapa ratus juta siklus tiap detik. Osilator dapat hampir secara murni menghasilkan gelombang sinusoidal dengan frekuensi tetap, ataupun gelombang yang hanya dengan harmonik. Osilator umumnya digunakan dalam pemancar dan penerima radio dan televisi, dalam radar dan dalam berbagai sistem komunikasi. 2.2. Jenis-Jenis Osilator Rangkaian osilator menghasilkan arus olak-balik (ac) dengan daya kurang dari satu watt sampai dengan ribuan watt. Bila diperlukan tegangan ac frekuensi-daya dan berdaya-besar (10 sampai dengan 1000Hz), dapat digunakan berbagai jenis alternator elektromagnetik. Untuk frekuensi yang lebih tinggi di dalam daerah frekuensi-audio dan frekuensi-radio, digunakan rangkaian osilator transistor atau tabung. Jenis osilator pertama yang digunakan untuk membangkitkan tegangan ac HF (frekuensi tinggi) adalah rangkaian loncatan bunga-api. Rangkaian ini menghasilkan bentuk gelombang ac teredam (meluruh) sampai dengan lebih dari 2 MHz. Osilator HF generasi awal lainnya adalah busur-api Poulsen. Osilator ini membangkitkan ac amplitudo tetap sampai dengan sekitar 500 kHz. Masih dengan jenis lain dari generator RF awal adalah alternator Alexanderson dan Goldsmith untuk frekuensi-frekuensi di bawah 50 kHz. Kemudian muncul tabung trioda, yang sekarang mampu membangkitkan ac sampai lebih dari 3 GHz. Sejak 1930-an, telah berkembang komponen hampa berupa tabung magetron, tabung klystron, tabung gelombang berjalan (traveling-wave tube = TWT), dan osilator gelombang mundur (backward-wave-oscillator = BWO) yang mempunyai frekuensi osilasi sampai dengan 50 GHz dan lebih tinggi lagi. Transistor modern dapat 2



menghasilkan ac di atas 10 GHz, sedangkan dioda terobosan (tunnel) dan dioda khusus lainnya dapat menghasilkan getaran ac pada frekuensi di atas 100 Ghz. 2.3. Prinsip Kerja Osilator Prinsip kerja osilator dapat diterangkan dengan penguat umpan balik (feed back) positif seperti terlihat pada gambar 1.1.



Gambar 1.1 Prinsip Osilator Penguat mempunyai peroleh A dan jaringan umpan balik mempunyai faktor umpan balik B. Misalkan sinyal masuk (Vi), diberikan ke penguat. Penguat akan menggeser fase 1800 sinyal masukan dan dihasilkan sinyal keluaran Vo. Jaringan umpan balik mendapat masukan dari keluaran penguat (Vo) dan menghasilkan sinyal keluaran Vf yang merupakan tegangan umpan balik. Misalkan jaringan umpan balik diatur sedemikian sehingga Vf sama dan sefase dengan Vi. Dengan menghubungkan ujung 2 ke ujung 1, maka penguat aan terus memberikan sinyal keluaran V o yang sama seperti semula, meskipun tanpa sinyal Vi. Karena umpan balik positif menghasilkan aksi ini, maka sering disebut umpan balik regeneratif. Perlu diperhatikan bahwa osilator hanya perlu sinyal picu yang cepat untuk memulai aksi osilator untai. Dengan kata lain, sesuatu yang menyebabkan variasi sinyal yang kecil pada sembarang titik di dalam untai osilator, misalnya pada saat pemberian catu daya, akan dapat memulai aksi osilasi. Di sini tidak diperlukan siklus masukan penuh dari sumber luar. Kriteria Barkhausen Dari pembicaraan sebelumnya disimpulkan bahwa osilasi terjadi bila : Vi = Vf = AB Vi 3



Maka diperoleh relasi : AB = 1



(1.1)



Relasi ini disebut kriteria Barkhausen. Besaran AB disebut peroleh kalang (loop-gain). Dalam hal ini magnitude dan fase peroleh kalang AB adalah :



| AB| = 1 dan



(1.2a)



< AB = 00



(1.2b)



Bila syarat ini tidak dipenuhi, maka akibatnya sebagai berikut : 1. Bila AB < 1, osilasi akan teredam dalam beberapa siklus. 2. Bila AB > 1, osilasi akan menjadi jenuh dan terjadi pemotongan (clipping) ragam gelombang keluaran. Syarat | AB|=1 hanya memberikan satu nilai. Dalam prakter, nilai | AB| diambil sedikit lebih besar dari 1 (kira-kira 5% lebih besar) untuk menjaga kemungkinan pengaruh hanyutan (drift) watak komponen akibat perubahan suhu atau umur komponen. 2.4. Osilator Hartley



Oscillator ini ditemukan oleh insinyur Amerika, Ralph Hartley pada tahun 1915. Oscilator ini merupakan oscilator tertua dan populer. Osilator ini merupakan rangkaian gandengan induktif, perubahan ID di dalam bagian salur dari kumparan tangki menghasilkan tegangan induksi di dalam gerbang pada setengah kumparan, yang sefasa, atau regeneratif, dan menghasilkan osilasi bertahan pada rangkaian tangki (tank circuit). Tetapi, rangkaian akan berisolasi jika setengah rangkaian tangki gerbang dan salur saling terisolasi, menunjukkkan bahwa sebagian efek regeneratif harus berasal dari gandengan kapasitif melalui kapasitor penalaan LC.



4



Gambar 1.2 (a) Menggabungkan penggelitik dengan rangkaian LC dalam satu rangkaian penalaan mengubah osilator Armstrong menjadi osilator Hartley. (b) Variasi bersama terhadap tanah salah satu sisi rangkaian penalaan. (c) Osilator Hartley BJT. Osilator Hartley dapat diumpan-seri maupun diumpan-pararel. Rangkaian ini mempunyai kumparan tap-tengah dan sebuah kapasitor penalaan. Tap-nya akan lebih dekat ke ujung gerbang kumparan untuk mendapatkan keluaran daya maksimum dan ke ujung salur untuk mendapatkan kestabilan frekuensi yang terbaik.



5



Gambar 1.3 Kumparan penggelitik di bawah rangkaian LC. Gambar 1.3 dan 1.2 memperlihatkan suatu evolusi osilator Hartley dari osilator Armstrong. Semua diagram merupakan rangkaian osilator praktis. Penggunaan rangkaian tersebut akan tergantung pada kebutuhan. Jika diinginkan agar rotor dari kapasitor penalaan pada potensial tanah untuk mengurangi kapasitansi tangan (peristiwa melesetnya frekuensi osilator sewaktu tangan seseorang didekatkan pada kenop sumbu rotor dari kapasitor penalaan), maka bisa digunakan rangkaian seperti Gambar 1.2b.



Gambar 1.4 Rangkaian Hartley tetroda (pentoda jika digunakan kisi penekan). Trioda, tetroda, pentosa, BJT, atau FET dapat digunakan dalam rangkaian-rangkaian tersebut. Bandingkan FET dalam Gambar 1.2b dengan tetroda dalam Gambar 1.4. Kapasitor pemintas Cbp menjaga supaya kisi penyaring dan katoda pada potensial ac yang sama di atas tanah. Untuk menghindarkan catu daya mentanahkan-ac katoda, maka di antara kisi penyaring dan catu daya harus ditambahkan RFC Z-tinggi (atau resistor). Untuk pentoda, ditambahkan rangkaian penekan (suppresor circuit) yang digambarkan berupa garis putus-putus. Di dalam semua rangkaian Hartley FET (BJT), gerbang (basis) tergandeng pada salah satu ujung rangkaian LC, salur (kolektor) ke ujung yang lain, dan sumber (emiter) ke tap tengah kumparan. 6



Rangkaian yang menggunakan sebuah FET dengan gerbang osilasi dalam ragam penambahan saluran-n (n-channel enhancement-mode insulated-gate FET) diperlihatkan dalam Gambar 1.4. Pemberian bias untuk ini mengambil keuntungan dari karakteristik khusus transistor dan adalah sangat sederhana, dimana sama sekali tidak diperlukan resistor-resistor. Kumparan yang disadap membentuk sebuah rangkaian yang digandeng induktif bersama (mutually inductive coupled circuit), di mana koefisien gandeng k adalah satu dan impedansi-impedansi Z1 dan Z2 harus memperhitungkan hal ini. Dengan memisalkan resistansi kumparan sama dengan nol, analisis yang terinci memberikan Z 2 X 2 L2 + M N 2 = = = Z 1 X 1 L1 + M N 1 Frekuensi resonansi diberikan oleh f 0=



1 2 π √ Lt C 3



Di mana Lt = L1 + L2 + 2M, dan L1 dan L2 adalah induktansi dari bagian-bagian N1 dan N2 tidak termasuk induktansi bersama, dan M =√ L1 L2. Dengan memasukkan Persamaan



Z 2 X 2 L2 + M N 2 = = = ke dalam Persamaan , keadaan pemeliharaan osilasi Z 1 X 1 L1 + M N 1



menjadi A v(loop)=−A vo



N2 ≥1 N1



Keuntungan Hartley Oscillator menggunakan penguat operasional sebagai tahap aktifnya adalah bahwa penguatan op-amp dapat dengan mudah disesuaikan dengan menggunakan resistor umpan balik R1 dan R2 . Seperti halnya osilator transistorised di atas, gain dari rangkaian harus sama atau sedikit lebih besar dari rasio L1 / L2 . Jika kedua kumparan induktif itu digulung ke inti yang sama dan induktansi timbal balik M ada maka rasionya menjadi (L1 + M) / (L2 + M) . 2.5. Analisis Rangkaian Hartley 1. Rangkaian Osilator Hartley dibias untuk memberikan gm =1.5mS, dan resistansi pengosongan



sebesar



10K



Ω.



Kumparannya



disadap



untuk



memberikan



perbandingan gulungan (N1/N2) = 3, dengan Lt = 64 μH dan C3 = 39 pF. Hitunglah frekuensi osilasi, dan tentukan apakah osilasi akan dapat mulai sendiri.



7



Penyelesaian : f 0=



1 =3,19 MHz 2 π √ 64 μ H x 39 p F



Maka 1 A v ( loop)=−(−1,5 x 10 ) x =5 ( ¿1 ) 3 2. Sirkuit Hartley Oscillator yang memiliki dua induktor individual masing-masing 0,5mH, dirancang untuk beresonansi secara paralel dengan kapasitor variabel yang dapat disesuaikan antara 100pF dan 500pF. Tentukan frekuensi osilasi atas dan bawah dan juga bandwidth osilator Hartley. Penyelesaian Rangkaian terdiri dari dua kumparan induktif secara seri, sehingga induktansi total diberikan sebagai : LT = L1 + L2 = 0.5 mH + 0.5 mH = 1.0 mH Frekuensi Atas Hartley Oscillatora6 f H=



1 =503 KHz 2 π √ 1 mH x 100 pF



Frekuensi Bawah Hartley Oscillator f L=



1 =225 KHz 2 π √ 1 mH x 500 pF



Bandwidth Hartley Oscillator Bandwidth = fH - fL = 503 – 225 = 278KHz



8



BAB III PENUTUP 3.1. Kesimpulan 1. Osilator adalah suatu alat yang merupakan gabungan elemen-elemen aktif dan pasif untuk menghasilkan bentuk gelombang sinusoidal atau bentuk gelombang periodik lainnya. 2. Osilator mengubah daya arus searah (dc) dari catu daya ke daya arus bolak-balik (ac) dalam beban. 3. Fungsi osilator berlawanan dengan penyearah yang mengubah daya searah ke daya bolak-balik. 4. Osilator umumnya digunakan dalam pemancar dan penerima radio dan televisi, dalam radar dan dalam berbagai sistem komunikasi. 5. Secara umum prinsip rangkaian osilator dibagi dua, yaitu Osilator Harmonisa dan Osilator Relaksasi. Osilator Harmonisa (Osilator Armstrong, Osilator Clapp, Osilator Colpitt, Osilator Hartley, Osilator Kristal/Pierce, Osilator Geseran Fasa, Osilator Saluran Tunda, Osilator Jembatan Wien, Osilator T, Osilator Vackar) dan Osilator Relaksasi (Osilator UJT, Osilator Sumbatan, Osilator 555, Osilator Takstabil). 6. Osilator Hartley merupakan rangkaian gandengan induktif, perubahan ID di dalam bagian salur dari kumparan tangki menghasilkan tegangan induksi di dalam gerbang pada setengah kumparan, yang sefasa, atau regeneratif, dan menghasilkan osilasi bertahan pada rangkaian tangki (tank circuit). 7. Keuntungan Osilator Hartley menggunakan penguat operasional sebagai tahap aktifnya adalah bahwa penguatan op-amp dapat dengan mudah disesuaikan dengan menggunakan resistor umpan balik. 3.2. Saran Setelah membaca karya tulis ini saya harap pembaca dapat mengetahui apa itu osilator hartley dan mengetahui aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari. Agar pembaca dapat lebih memahami tentang apa itu Osilator Hartley, diharapkan pembaca mencari resensi lain yang berhungan dengan materi dalam karya tulis ini.



9



DAFTAR PUSTAKA D. Chattopadhyay, P. C. Rakshit, B. Saha dan N. N. Purkait. 1989. Dasar Elektronika. Diterjemahkan oleh : Sutanto. Jakarta : Universitas Indonesia (UI-Press). Sri Widodo, Thomas. 2002. Elektronika Dasar. Jakarta : Salemba Teknika. Robert L. Shrader. 1991. Komunikasi Elektronika. Jilid 1. Edisi ke 5. Diterjemahkan oleh : Ir. Djoko Achyanto. Jakarta : Erlangga. Dennis Roddy dan John Coolen. 1990. Komunikasi Elektronika. Jilid 1. Edisi ke 3. Diterjemahkan oleh : Ir. Kamal Idris. Jakarta : Erlangga.



10