MODUL 8
OSILATOR 2
8.1 Pendahuluan
Pada materi sebelumnya telah dibahas mengenai osilator dengan dioda tunel
yang diaplikasikan pada Osialtor VCO. Pada bagian ini juga akan dibahas
mengenai osilator yang menggunakan transistor baik yang menggunakan BJT
(Bipolar Junction Transistor) maupun yang FET yang dirangkaikan dengan RC
dan LC.
8.2. Osilator pergeseran fasa RC
Rangkaian untuk osilator dengan pergeseran phase RC ditunjukkan pada
gambar 8.1 (a) dan rangkaian eivalennya ditunjukkan pada gambar 8.1(b).
Terdapat pergeseran phasa sebesar 180o dan fungsi dari rangkaian RC ini
adalah untuk memasukkan pergeseran phasa selanjutnya sehingga terjadi
feedback dengan kondisi AB =1 dapat direalisasikansebagaimana yang telah
dijelaskan pada modul 7.
Karena jenis osilator ini kebanyaan digunakan pada range frekuensi audio,
bagian feddback pada BJT adalah pada bagian kapasitansi colektor ke base
yang dapat menghasilkan impedansi yang tinggi dan ini dapat diabaikan.
Demikian juga kapasitansi input dan rangkaian bias input dapat diabaikan dan
impedansi output Ro merupakan resistor bias kolektor RC yang parallel dengan
resistansi output re
Untuk kemudahan design, bagian RC dibuat sama sehingga resistansi akhr
terdiri dari R1+rbe = R. Pada praketknya R diset cukup besar untuk R1 untuk
lebih besar dibanding dengan rbe, hal ini untuk meminimalkan pengaruh rbe
pada osilator.
Pada transistor BJT rbe = βo/gm dan jika Vbe = ibrbe, sumber arus dapat ditulis
sebagai gmvbe = βoib. GAmbar 8.1c menunjukkan rangkaian ekivalen yang
digunakan untuk analisa sinyal kecil.
Elektronika TelkomunikasiFahraini Bachruddin ST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar
Universitas Mercu Buana
‘12
1
Dengan Z = R – j/ωC, terdapat tiga persamaan yang saling berkaitan
padagambar 8.1c antara lain
……………….….(8.1)
.. ……………………….(8.2)
.. ………………………….(8.3)
Sehingga diperoleh ib yaitu :
……………………………….(8.4)
Dimana
……………….(8.5)
Elektronika TelkomunikasiFahraini Bachruddin ST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar
Universitas Mercu Buana
‘12
2
Gambar 8.1 (a) Osilator RC, (b) Rangkaian ekivalen, (c)Penyederhanaan Rangkaian ekivalen
Pada persamaan 8.4 dimana nilai ib dapat dihapus dari kedua sisi sehingga
menghasilkan persamaan ekivalaen yakni AB=1 untuk osilator pergeseran
phasa RC dimana - Dengan menginput persamaan ini diinpu ke
persamaan 8.5 sehingga menjadi
……(8.6)
Persamaan di atas merupakan persaman yang kompleks sehingga
menghasilkan dua persamaan yakni bagian real dan imaginer. PAda bagian
imaginernya diperoleh :
Elektronika TelkomunikasiFahraini Bachruddin ST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar
Universitas Mercu Buana
‘12
3
……………………….………………(8.7)
Sedangkan bagian realnya dengan mengsubtitusi nilai ω dari persamaan di
atas sehingga diperoleh
…………..……………………….(8.8)
Niali di aats merupakan nilai minimum yang beta transistor harus punyai
sehingga proses osilator dapat dimulai.
Ini juga dapat dilihat bahwa nilai Beta diperlukan tergantung dari perbandingan
nilai Ro/R dan kebalikannya R/Ro. Dari berbagai eksperimen yang dilakukan
diperoleh bahwa nilai Bo mempunayi nilai minimum jika Ro/R =2.7
Contoh Soal 1:
Tentukan nilai minimum beta yang diperlukan pada sebuah osilator RC yang
mana rssitansi output adalah 40 kΩ dan resistor bias kolektor adalah 10 kΩ.
Frekeunsi operasi yang dinginkan adalah 400 Hz. Tentukan berapa nilai R dan
C yang diperlukan untuk desain ini.
Penyelesaian :
Untuk nilai Beta minimum pada transistor :
Dengan demikian
Elektronika TelkomunikasiFahraini Bachruddin ST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar
Universitas Mercu Buana
‘12
4
Sehingga diperoleh nilai R yaitu :
Dari persamaan 8.7 sehingga diperoleh nilai C adalah sebagai berikut :
Ini dapat dilihat bahwa dari contoh ini bahwa R tidak lebih besar dari nila Ro
sehingga frekuensi operasional akan dipengaruhi oleh perubahan yang
mungkin terjadi pada Ro. Juag nilai rbe akan menjadi bagianyang signifikan dari
nilai akhir R pada rangkaian feedback yang akan berpengaruh dengan
perubahan rbe. Pemilihan nilai R yang lebih besar akan meminimalisasi efek ini
Sma halnya pada transistor BJT, analisis yang sama dapat diaplikasi pada
transistor FET, satu perbedaannya adalah resistansi input pada FET, sehingga
resistansi akhir pada simpul RC adalah nilai r yang ditunjukkan pada gambar
8.2a. Juga pada kasus ini yang terbaik untuk kerja yang berhubungan dengan
nilai gm jika arus gain tidak mempunyai arti khusus pada FET.
Analisa pada rangkaian FET mengikuti jalur yang sama dnegan BJT dan
menghasilkan frekuensi osilasi yang sama. Kondisi awal memerlukan :
………………………………(8.9)
Ini dapat disusun lagi menjadi
……………………(8.10)
Elektronika TelkomunikasiFahraini Bachruddin ST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar
Universitas Mercu Buana
‘12
5
Gambar 8.2 (a) Osilator RC dnegan FET, (b) Rangkaian Ekivalen
Contoh soal 3
Sebuah osialtor FET RC diperlukan untuk menggerakan frekuensi 1000 Hz.
Resistansi output dar FEt adalah 5 kΩ. Tentukan nilai komponen lain.
Penyelesaian :
Dengan nilai R»Ro untuk memninimalisasi efek Ro pada frekuensi. Usahakan
nilai R = 100 kΩ sehingga diperoleh
Elektronika TelkomunikasiFahraini Bachruddin ST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar
Universitas Mercu Buana
‘12
6
Ao = gmRo
Dengan demikian nilai gm sama dengan :
8.2 osilator LC
Rangkaian LC menyediakan perangkat yang tepat dalam memeperoleh osilasi
pada frkeuensi tinggi. Sbelum menganalisa lebih dalam, bentuk umum akan
diperiksa terlebih dahulu. Gambar 8.3 menunjukkan BJT dengan dengan
rangkaian feedback yang terdiri atas Z1, Z2’ dan Z3’. Rangkaian ekivalen
ditunjukkan pada gambar 8.3b. Ini dapt dilihat bahwa impedansi pada transistor
dapt dikombiansikan parallel dengan impedansi feedback sehingga
menghasilkan persmaan ekivalen pada gambar 8.3c.
Persamaan simpul pada titik ouput adalah
…………………(8.11)
V1 diperoleh dari
…………………………………(8.12)
Kombinasi dua persamaan di atas adalah sebagai berikut:
Ini sama dengan kondisi umum yang telah dijelaskan sebelumnya dimana
AB=1.
Elektronika TelkomunikasiFahraini Bachruddin ST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar
Universitas Mercu Buana
‘12
7
Pada beberapa situasi ini mudah untuk bekerja pada admitansi Y1 dan Y2
dibanding dengan impedansi Z1 dan Z2. Dengan membagi persamaan 8.13
dengan Z1Z2 sehingga diperoleh:
Gambar 8.3 (a) bentuk umum osilator LC, (b) Rangkaian Ekivalen,
(c) penyederhanaan rangkaian
Elektronika TelkomunikasiFahraini Bachruddin ST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar
Universitas Mercu Buana
‘12
8
Pada modul sebelumnya telah dijelaskan mengenai Osilator Colpitt. Clapp dan
Harley. Ketiganya merupakan rangkaian osilator LC dimana untuk
membedakannya dapat dilihat dari jumlah L dan C pada rangkaian osilatornya
Elektronika TelkomunikasiFahraini Bachruddin ST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar
Universitas Mercu Buana
‘12
9