Project Wien Bridge [PDF]

Citation preview

LAPORAN PROJECT RANGKAIAN WIEN BRIDGE OSCILLATOR



Oleh : Nama : Fajar Majidah NRP



: 3110121028



DEPARTEMEN TEKNIK MEKANIKA DAN ENERGI POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA PROJECT WIEN BRIDGE OSCILATOR A. TUJUAN - Mahasiswa dapat memahami dan mengamati prinsip kerja dari rangkaian wien bridge oscillator. - Mahasiswa dapat merancang rangkaian wien bridge oscillator.



B. DASAR TEORI Osilator merupakan rangkaian elektronika kyang digunakan untuk menghasilkan sinyal tegangan AC dari sumber DC. Rangkaian osilator keluarannya berupa gelombang atau sinyal periodik dengan masukan hanya dari catu daya DC dan input AC sesaat, atau catu daya DC saja. Secara umum rangkaian osilator dapat diklasifikasikan menjadi Feedback Oscilator dan Relaxation Oscillator. Pada Feedback osilator sebagian sinyal keluaran ke bagian masukan dari sebuah penguat maju, yang selanjutnya digunakan sebagai sinyal masukan bagi keluaran berikutnya dengan menggunakan rangkaian LC. Sedangkan pada Relaxation Oscillator digunakan sebuah rangkaian RC untuk membangkitkan sinyal output yang berupa gelombang kotak atau gelombang non sinusoida yang lain. Pada rangkaian ini digunakan prinsip charge dan discharge kapasitor melalui sebuah resistor. Rangkaian osilator sendiri terdiri dari berbagai macam tipe, namun yang akan dibahas kali ini adalah osilator tipe Wien-Bridge. Wien Bridge Oscilator



Pada osilator Wien Bridge memakai penguat non-inverting dan filter yang digunakan adalah Band-Pass Filter (BPS) yang dibentuk dari rangkaian lead-lag, rangkaian ini akan membentuk sebuah kurva tegangan yang menunjukkan respon ooutput terhadap frekuensi yang masuk. Seperti yang sudah diketahui pada rangkain filter pasif, satu tingkat (single pole) rangkaian RL atau RC dapat menggeser phasa sinyal sebesar 90 o. Setidak-tidaknya diperlukan rangkaian penggeser phase 2 tingkat agar phasa sinyal tergeser 180 o. Sebenarnya rangkaian LC adalah pengeser phase 2 tingkat, namun untuk aplikasi frekuensi rendah (< 1 MHz) akan diperlukan nilai induktansi L yang relatif besar dengan ukuran fisik yang besar juga. Sehingga pada kali dihindari pemakaian induktor L tetapi menggunakan rangkaian penggeser phasa RC 2 tingkat.



Gambar 1. Rangkaian filter BPF Berikut ini bentuk kurva tegangan terhadap respon frekuensi :



Gambar 2. Kurva tegangan filter BPF Pada kurva tersebut menunjukkan puncak tegangan output yang terjadi pada frekuensi tertentu yang dinamakan dengan frekuensi resonansi, pada frekuensi ini output puncaknya mengalami peredaman(Vout/Vin) sebesar 1/3 jika nilai R1=R2 dan C1=C2, untuk menghitung frekuensi resonansinya digunakan rumus sebagai berikut : FR =



1 2πRC



(1)



Dengan menggunakan rangkaian lead-lag sebagai umpan balik positif pada op-amp dan sebuah rangkaian voltage divider untuk umpan balik negatif maka akan membentuk sebuah rangkaian osilator wien bridge, wien bridge osilator dapat dilihat sebagai konfigurasi penguat non inverting dengan input sinyal dari output melewati rangkaian lead-lag. Penguatan dari rangkaian ini dapat dihitung dengan rumus : AV =



1 1 R1 + R 2 = = B R 2 /( R1 + R 2) R2



(2)



Gambar 3. Rangkaian osilator wien bridge tanpa dioda Syarat dari suatu osilator adalah memiliki sebuah output yang stabil atau tunak atau total seluruh dari penguatannya adalah 1 sehingga nilai dari R1 dapat ditentukan dengan menurunkan rumus di atas menjadi : Av.β = 1 Av.



1 =1 3



Av = 3



R1 = 2R2



Av =



R1 + R 2 R2



Av =



R1 + R 2 R2



3=



R1 + R 2 R2



(3)



Pada saat pertama osilator diberi tegangan supply total seluruh penguatannya harus lebih dari satu atau dengan kata lain penguatan Av harus lebih besar dari 3, kondisi ini diperlukan untuk membawa output osilator pada amplitudo yang dibutuhkan dan setelah besar amlitudo sudah terpenuhi maka Av akan kembali lagi menjadi 3. Untuk itu rangkaian pembagi tegangan di atas ditambahkan 2 dioda



zener back to back yang paralel dengan sebuah resistor dan nilai R1=2R2, dengan rumus penguatannya sebagai berikut : Av =



R1 + R 2 + R3 3R 2 + R3 R3 = = 3+ R2 R2 R2



(4)



Gambar 4. Rangkaian osilator wien bridge dengan dioda zener Osilator Jembatan Wien (Wien Bridge Oscilator) biasa digunakan untuk membangkitkan frekuensi tanpa memerlukan sinyal input, dengan jangkauan frekuensi dari 5 Hz sampai kira-kira 1 MHz. Osilator ini menggunakan umpan balik negative dan umpan balik positif. Umpan balik positif di feed back melalui jaringan lead lag ke input non inverting, sedangkan umpan balik negative melalui pembagi tegangan ke input inverting. Syarat Membangun Rangkaian Osilator Syarat yang harus dipenuhi untuk membangun rangkaian osilator ini adalah penentuan besarnya Resistor dan Kapasitor penentu frekuensi output. Frekuensi Output Adapun frekuensi output dari rangkaian Osilator Jembatan Wien ini ditentukan dengan rumus sbb : f. out = 1 / (2πRC) = 1 / [2 (3,14) (10000) (1 x 10-9)] = 995 Hz = 15.92KHz



C. PERALATAN DAN KOMPONEN •



Osiloskop



•



Resistor 10k, 20k



•



Op-amp UA074ID



•



Kapasitor 1nF



•



Power Supply



•



Breadboard



•



Kabel Jumper



D. RANGKAIAN



Gambar 5. Rangkaian Wien Bridge Oscillator E. PROSEDUR PERCOBAAN 1. Merangkai rangkaian wien bridge seperti gambar 5 pada breadboard 2. Men-set power supply sebesar 10volt dan menghubungkan pada port 7 kemudian sumber negative sebesar -10volt dihubungkan pada port 4



3. Mengamati bentuk sinyal output dan frekuensi menggunakan osiloskop dengan menghubungkan pada port 6 dan pada ground. 4. Membandingkan dengan hasil perhitungan F. GAMBAR HASIL PERCOBAAN



G. ANALISA Pada percobaan kali ini dibuat sebuah rangkaian osilator dengan jenis wien bridge. Dari teori diketahui penguatan A adalah penguatan op-amp yang dibentuk oleh rangkaian Rf (R2= 10KΩ )dan Rg(R3= 20KΩ) dengan Yang dirangkai ke input negative op-amp. Dengan rumus penguatannya adalah :



Pada gambar rangkaian diketahui Rf = R 2 = 2Rg = 2R3, sehingga dengan demikian besar penguatan A=3. Dengan hasil ini maka syarat terjadinya osilasi telah terpenuhi. Rangkaian osilator ini juga terdiri dari rangkaian penggeser fase 2tingkat yakni rangkaian RC dua tingkat sehingga menghasilkan phasa sinyal sebesar 180º. Dengan menggunakan kapasitor bernilai 1nanoFarad dan resistor 10Khz dihasilkan sebuah gelombang osilasi pada osiloskop dengan frekuensi keluaran resonansi sebesar 15.62Khz. Namun pada perhitungan teori dihasilkan gelombang sinusoidal dengan frekuensi 15.92Khz. Hal ini diketahui karena adanya distorsi pada rangkaian penggeser phasa yang non-linier karena pada rangkaian wien bridge osilator yang kompleks ditambahkan rangkaian AGC(Automatic Gain Controller) untuk mengatur penguatannya. H, KESIMPULAN Dari percobaan rangakaian osilator wien bridge dapat disimpulkan bahwa: 1. Rangkaian Wien Bridge Oscillator terdiri dari komponen Rf, Rg, Rangkaian penggeser 2 fasa(2RC), dan op-amp. 2. Rangkaian osilator wien bridge merupakan rangkaian penguat non inverting dengan pergeseran fase 180º dan digunakan rangkaian penggeser phasa 2 tingkat yaitu 2RC. 3. Penguatan A atau penguatan op-amp pada wien bridge bernilai 3 dengan demikian nilai Rf=2Rg. 4. Frekuensi output dapat ditentukan melalui pengaturan nilai R dan C pada rangkaian dengan perhiungan menggunakan frekuensi resonansi karena menggunakan rangkaian filter.



DAFTAR PUSTAKA http://kambing.ui.ac.id/onnopurbo/orari-diklat/teknik/elektronika/elektronika-dasar-II-univnegeri-jember/bab17-rangkaian-oscillator.pdf http://www.electronics-tutorials.ws/oscillator http://insansainsprojects.files.wordpress.com/2008/01/wien_bridge_oscilator.jpg http://www.electronics-tutorials.ws/oscillator/wien_bridge.html http://www.google.com/url? sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=9&cad=rja&ved=0CIIBEBYwCA&url=http %3A%2F%2Feducypedia.karadimov.info%2Flibrary%2FWein%2520Bridge %2520Oscillators%2520PresentationDarren.ppt&ei=88_DUta3JsK4rgf4sIHABQ&usg=AFQjCNHXL3mZV4CrdXRB4FIbGF zyatpCEA&sig2=vc6ygtQRNXn77tfffgngNA&bvm=bv.58187178,d.bmk http://www.google.com/url? sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&ved=0CCkQFjAA&url=http%3A %2F%2Fbobbyfiles.files.wordpress.com%2F2008%2F01%2Fosilator-satu-op-amppembangkit-gelombangsinus.doc&ei=9aDWUtr3J4fqkAXojYDgCw&usg=AFQjCNFkA3V2Vznny5vtTLpaAqm BKKIYsw&sig2=wDJTp8-fTVx--IRIqL2FGg&bvm=bv.59378465,d.dGI