3. Voltage Controlled Oscillator
3.1 Konsep dan Kegunaan
Voltage Controlled Oscillator atau yang umum kita kenal dengan VCO, adalah sebuah osillator dimana bisa berubah-ubah nilai frekuensinya. Elemen penala tuning element
adalah sebuah
varactor-dioda. VCO ditala melintasi band frekuensinya dengan
memberikan tegangan dc murni pada varactor-dioda untuk mengubah jaringan kapasitansi yang merupakan rangkaian osillator.
Kenapa varactor-dioda, atau yang kita kenal dengan varactor saja, bisa mengubah sebuah osilator ?
Seperti kita tahu sifat dioda, bahwa kapasitansi peralihan pada junction dioda akan berkurang bila tegangan reverse bertambah. Jadi bila kita mengubah-ubah nilai
tegangan reverse maka nilai kapasitansi sebuah varaktor akan berubah-ubah pula. Hal ini menyebabkan, bila sebuah varaktor yang identik dengan sebuah kapasitor
dirangkai dengan induktor secara paralel yang merupakan rangkaian tala resonansi, maka frekuensi yang dihasilkanpun akan berubah-ubah. Pengontrolan secara
elektronik seperti diatas merupakan konsep dasar dari VCO. Simbol dari varactor dapat kita lihat pada gambar 19.
Gambar 19. Simbol varactor Fungsi VCO adalah menghasilkan sebuah sinyal dalam bentuk gelombang kotak atau
gelombang segi tiga. Sebuah VCO biasanya terdiri dari sebuah osilator Hartley, yang secara singkat dapat
kita jelaskan sebagai berikut: Gambar 20 menunjukan sebuah osilator Hartley diumpan-seri. Pada rangkaian ini,
kumparan L
1
adalah bagian dari L, yang menjadi sebuah autotransformator. Transistor NPN yang digunakan sebagai penguat konvensional, dengan bias maju pada
rangkaian basis-emitor dan bias reverse pada tangkaian emitor-kolektor.
Output
Gambar 20 Osilator Hartley.
Arus kolektor mengalir melewati L
1
dan menghasilkan arus regenerasi dalam L yang diumpankan pada basis. Sesuai dengan rancangan, cabang dari autotransformator L
terletak pada titik yang tepat untuk menjaga kelangsungan osilasi dalam tangki. L-L
1
dan C menentukan frekwensi resonansi. R
1
mengatur bias basis-emitor. C
1
dalam kondisi charging karena arus pada rangkaian basis-emitor. Basis dijaga pada potensial
negatif terhadap emitor, memberi panjaran sumbatan pada transistor, kecuali selama puncak positif dari osilasi.
Osilator jenis ini disebut diumpan-seri karena jalur ac dan dc adalah sama, seperti yang akan terjadi pada sebuah rangkaian seri.
Contoh VCO berbasis pada rangkaian osilator Hartley yang menggunakan dual-gate FET, seperti pada gambar 21. Penjelasan secara rinci adalah sebagai berikut:
1. Frekuensi resonan ditentukan oleh rangkaian tank L1 dan C1. 2. Tegangan tala Vtuning akan mengubah nilai kapasitansi dari varactor BB132
dimana akan mengubah pula frekuensi osilasinya. 3. Nilai kapasitor C2 akan menentukan seberapa besar frekuensi akan berubah.
Semakin besar nilai kapasitor maka akan besar pula perubahan frekuensinya, atau sering kita sebut C2 menentukan ‘span’ dari VCO.
4. Dual-gate FET pertama merupakan bagian dari rangkaian osillator Hartley. 5. Dual-gate FET kedua merupakan bagian dari rangkaian penguat. Penguatan
yang lebih kecil dari 1, namun mempunyai arus yang besar agar osillator tidak terbebani bila dirangkai dengan rangkaian lain. Amplitudo output berubah
tergantung pada frekuensi dan seberapa banyak lilitan pada induktor L1. Dengan mengubah tegangan pada g2 di FET1, kita akan bisa mengatur
amplitudo.
6. Pada gambar 21 dihubungkan g2 pada FET1 dengan Vcc melalui R1 agar dihasilkan penguatan terbesar.
Gambar 21. Rangkaian VCO dari osilator Hartley Tank LC
FET 1 FET 2
Setelah kita tahu bahwa ada hubungan antara amplitudo dan frekuensi, pada rangkaian VCO gambar 21, maka bila kita konfigurasi L1 dengan diameter 7,2mm dan
kita mengubah tap pada lilitan 3, 4 dan 5, diagram dibawah ini menunjukkan hubungan antara amplitudo dan frekuensinya.
Frekuensi
Gambar 22. Diagram Frekuensi terhadap Amplitudo Pada diagram gambar 22 kita lihat bahwa bila kita tap 3 lilitan ke-5 memiliki amplitudo
sebesar 130 mV
RMS
pada frekuensi 155MHz. Lebih bagus dibanding dengan tap 3 dan tap 4 yang mengalami penurunan amplitudo pada frekuensi diatas 155 MHz. Dari hasil
pengetap tersebut bisa kita lihat band dari VCO sendiri, yakni sebesar 200 mV
RMS
pada 100 MHz.
3.2 VCO dengan IC LM566