Uploaded by User34572

David 140310180035

advertisement
OSILATOR GELOMBANG SINUS
David
140310180035
Apa itu Osilator?
Osilator Op Amp merupakan sirkuit yang tak stabil—bukan jenis yang dirancang atau
dibuat di lab, tetapi sirkuit sengaja dirancang untuk tetap dalam keadaan tak stabil.
Osilator dimanfaatkan untuk membuat sinyal yang seragam digunakan pada berbagai
aplikasi seperti audio, fungsi generator, sistem digital, dan sistem komunikasi.
Umunya ada dua jenis osilator: sinusoidal dan relaksasi. Osilator sinusoidal terdiri dari
amplifier dengan komponen RC (resistansi dan kapasitansi) atau LC (induktansi dan
kapasitansi) yang memiliki frekuensi osilasi yang dapat diatur atau kristal yang frekuensi
osilasinya tetap. Osilator relaksasi menghasilkan bentuk gelombang segitiga, gergaji,
kotak, pulsa, atau eksponensial; dan jenis ini tidak dibahas pada bab ini.
Osilator gelombang sinus Op Amp beroperasi tanpa sinyal input yang diberikan dari
eksternal. Kombinasi umpan balik positif dan negatif digunakan untuk mengarahkan Op
Amp ke kondisi tak stabil, menyebabkan output berpindah bolak-balik dengan laju terus
menerus. Amplitudo dan frekuensi osilasi diatur oleh komponen pasif dan aktif di bagian
tengah Op Amp.
Tegangan umpan balik Op Amp terbatas pada kisaran kilohertz saja, karena dominan,
kutub loop terbuka paling rendah sebesar 10 Hz. Umpan balik Op Amp baru saat ini
memiliki bandwidth yang lebih luas, tetapi sangat sulit digunakan di rangkaian osilator,
karena mereka sensitif terhadap kapasitansi umpan balik dan berada di luar cakupan bab
ini. Osilator Kristal digunakan untuk frekuensi tinggi dengan jangkauan ratusan
megahertz.
Syarat-syarat untuk Osilator
Kanonik atau bentuk paling sederhana dari sistem umpan balik negatif digunakan untuk
menunjukkan persyaratan agar osilasi terjadi. Diagram blok sistem ini ditampilkan pada
gambar di bawah, dan ekspresi klasik yang sesuai untuk sistem umpan balik adalah
ditunjukkan dalam Persamaan 1.
Gambar 1. Bentuk kanonik sistem umpan balik osilator
… Persamaan 1
Osilator tidak memerlukan sinyal input dari eksternal melainkan menggunakan beberapa
bagian dari sinyal output yang dibuat oleh jaringan umpan balik sebagai sinyal input.
Tegangan noise yang menyediakan sinyal dorongan awal ke sirkuit saat umpan balik
positif digunakan. Selama periode waktu, output menumpuk, berosilasi di frekuensi yang
ditetapkan oleh komponen rangkaian.
Perubahan Fasa pada Osilator
Pergeseran fasa sebesar 180o dalam persamaan Aβ = 1∠–180 diperoleh dari komponen
aktif dan pasif. Seperti sirkuit umpan balik yang dirancang dengan baik, osilator dibuat
tergantung pada pergeseran fase komponen pasif, karena hal tersebut akurat dan hampir
bebas drift. Fase pergeseran yang dihasilkan komponen aktif diminimalkan karena
bervariasi dengan suhu, memiliki toleransi awal yang luas, dan tergantung pada
perangkat. Amplifier dipilih seperti itu agar dapat berkontribusi sedikit atau bahkan
tidak sama sekali pergeseran fasa pada frekuensi osilasi.
Satu kutub pada rangkaian RL atau RC berkontribusi pergeseran fasa hingga 90o per
kutub, dan karena itu pergeseran fasa 180o diperlukan untuk osilasi, setidaknya dua
kutub harus digunakan dalam desain osilator. Tetapi osilator LC dan LR tidak dianggap
di sini karena induktor dengan frekuensirendah mahal, berat, tebal, dan sangat tidak
ideal. Osilator LC dirancang untuk aplikasi frekuensi tinggi, di luar rentang frekuensi
tegangan op amp umpan balik, di mana ukuran induktor, berat, dan biaya kurang
signifikan. Beberapa bagian RC digunakan dalam desain osilator frekuensi rendah
sebagai pengganti induktor. Pergeseran fase menentukan frekuensi osilasi karena
rangkaian berosilasi pada frekuensi yang mengakumulasikan pergeseran fasa 180o.
Tingkat perubahan fase dengan frekuensi, dφ/dω, menentukan stabilitas frekuensi.
Gambar 2. Plot fasa dari bagian RC
Frekuensi osilasi sangat tergantung pada perubahan fasa pada titik tersebut, di mana
pergeseran fasa sebesar 180o. Spesifikasi frekuensi yang rapat memerlukan perubahan
fasa, dφ, untuk perubahan kecil pada frekuensi, dω, sebesar 180o.
Kristal atau resonator keramik membuat sebagian besar osilator stabil, karena resonator
miliki dφ/dω sangat tinggi yang dihasilkan dari sifat nonliniernya. Resonator digunakan
untuk osilator frekuensi tinggi, tetapi osilator frekuensi rendah tidak menggunakan
resonator karena ukuran, berat, dan keterbatasan biaya. Op amp biasanya tidak
digunakan osilator resonator kristal atau keramik karena op amp memiliki bandwidth
yang kecil.
Gain pada Osilator
Gain pada osilator harus sama dengan 1 (Aβ = 1∠–180) pada frekuensi osilasi. Dibawah
kondisi normal, rangkaian menjadi stabil ketika gain melebihi 1 dan osilasi berhenti.
Namun, ketika gain melebihi 1 dengan pergeseran fase -180o, nonlinieritas perangkat
yang aktif mengurangi gain ke 1 dan sirkuit berosilasi. Nonlinieritas terjadi ketika
amplifier berayun dekat dengan power rail karena cutoff atau saturasi mengurangi
penguatan perangkat aktif (transistor). Paradoksnya adalah rancangan terburuk
membutuhkan nilai gain melebihi 1 untuk manufakturabilitas, tetapi gain yang berlebih
menyebabkan lebih banyak distorsi dari output gelombang sinus.
Dampak Elemen Aktif (Op-Amp) pada Osilator
Hingga saat ini telah diasumsikan bahwa op amp memiliki bandwidth dan output tak
hingga dan tidak tergantung pada frekuensi. Pada kenyataannya, gain loop, Aβ, dari
rangkaian tergantung pada frekuensi. Gambar 2 menunjukkan gain khusus terhadap
respons frekuensi Op Amp. Biasanya, bandwidth ditentukan di mana ACLideal memotong
rolloff gain loop terbuka (AOL). Inilah intinya, f0, di mana ACLideal dilemahkan oleh 3 dB
dan biasanya terkulai pada 20 dB per dekade. Lebih buruk lagi, pergeseran fasa yang
dihasilkan oleh Op Amp adalah 45o pada titik
Gambar 3. Respon Frekuensi Op Amp
Sebagian besar op amp dikompensasi dan pergeseran fasa lebih dari 45 di ω3dB. Oleh
karena itu op amp harus dipilih dengan gain bandwidth yang setidaknya satu dekade di
atas frekuensi osilasi, seperti yang ditunjukkan oleh area yang diarsir pada Gambar 4.
Gambar 4. Respon Frekuensi Op Amp
Analisis Operasi Osilator
Osilator dibuat dengan berbagai kombinasi umpan balik positif dan negatif. Gambar 5
menunjukkan diagram penguat umpan balik negatif ditambahkan dengan umpan balik
positif. Ketika umpan balik positif dan negatif digunakan, keuntungan dari jalur umpan
balik negatif digabungkan menjadi satu istilah penguatan (mewakili gain loop tertutup).
Jaringan umpan balik positif kemudian diwakili oleh β=β2, dan analisis selanjutnya
disederhanakan. Ketika umpan balik negatif digunakan, loop umpan balik positif dapat
diabaikan, karena β2 bernilai 0. Kasus positif digabungkan dengan umpan balik negatif
dibahas di bab ini, karena kasus umpan balik negatif diulas pada bab selanjutnya.
Gambar 5. Diagram Blok Osilator
(a)
(b)
Gambar 6. Penguat dengan umpan balik positif dan negatif
Bentuk umum dari op amp dengan umpan balik positif dan negatif ditunjukkan pada
Gambar 6(a). Langkah pertama adalah memutus loop di beberapa titik tanpa mengubah
gain dari sirkuit. Loop umpan balik positif hancur pada titik yang ditandai dengan X.
Sinyal uji (VTEST) diterapkan ke loop yang hancur dan tegangan output yang dihasilkan
(VOUT) diukur dengan rangkaian ekivalen yang ditunjukkan pada Gambar 6(b).
Osilator Gelombang Sinus
Ada banyak jenis osilator sirkuit gelombang sinus dan variasi dari sirkuit ini—pilihan
tergantung pada frekuensi dan kemurnian yang diinginkan dari bentuk gelombang
output. Fokus dari bagian ini adalah pada sirkuit osilator: Jembatan Wien, pergeseran
fasa, dan quadrature. Fungsi transfer diturunkan untuk setiap kasus menggunakan teknik
yang dijelaskan dalam bagian sebelumnya dari bab ini dan dalam sebelumnya.
Osilator Jembatan Wien
Jembatan Wien adalah salah satu osilator yang paling sederhana dan paling dikenal dan
digunakan secara ekstensif di sirkuit untuk aplikasi audio. Gambar 7 menunjukkan
konfigurasi rangkaian jembatan Wien pada umumnya. Sirkuit ini hanya memiliki
beberapa komponen dan stabilitas frekuensi yang baik. Kelemahan utama dari rangkaian
adalah bahwa amplitudo keluaran berada pada rel, menjenuhkan transistor keluaran op
amp dan menyebabkan distorsi keluaran menajdi tinggi. Pengaturan distorsi ini lebih
menjadi tantangan daripada membuat sirkuit.
Gambar 7. Osilator Jembatan Wien
Gambar 8. Osilator Jembatan Wien Final
Gambar 8. Bentuk Gelombang Output Osilator Jembatan Wien
Download
Random flashcards
sport and healty

2 Cards Nova Aulia Rahman

Secuplik Kuliner Sepanjang Danau Babakan

2 Cards oauth2_google_2e219703-8a29-4353-9cf2-b8dae956302e

Card

2 Cards

Tarbiyah

2 Cards oauth2_google_3524bbcd-25bd-4334-b775-0f11ad568091

Create flashcards