Efek Piezoelektrik Jumlah lempeng yang kita peroleh

2. Osilator Krystal

Pengantar Osilator kristal adalah osilator yang menggunakan kristal pada rangkaian tangkinya. Kristal dapat menghasilkan frekuensi dengan stabilitas tinggi. Kemantapan frekuensi yang tidak kita dapatkan dengan osilator LC karena dibatasi oleh pertimbangan ekonomis. Jika diinginkan kemantapan yang lebih baik, maka dapat digunakan osilator kristal. Keuntungan dari kristal adalah : 1. Frekuensi resonansinya lebih tepat dan stabil 2. Lebih andal Osilator kristal yang paling popular adalah pada rangkaian Colpitt, Pierce dan Miller. Sebagai frekuensi dasarnya mengunakan frekuensi paling tinggi 20 MHz dan frekuensi harmoniknya 200 MHz. Untuk memperoleh yang lebih tinggi dalam spektrum VHF dan UHF digunakan rangkaian pengganda frekuensi pada osilator kristal tersebut. Kestabilan frekuensi yang ideal pada osilator kristal pada umumnya adalah seperjuta bagian, frekuensi osilator tidak akan berubah 1 Hz pada keluaran 1 MHz. Walaupun sudah dipakai lama atau terjadi perubahan temperatur. Ukuran dan ketebalan kristal menentukan frekuensi resonansi. Semakin tipis lempengannya, maka semakin tinggi frekuensi resonannya. Frekuensi yang lebih tinggi dari frekuensi normal dapat dicapai oleh osilator kristal dengan memaksa kristal untuk berosilasi pada salah satu harmonisanya atau dengan melewatkan sinyal melalui rangkaian penyangga frekuensi. a b Gambar 9. a Simbol kristal ; b Kontruksi kristal Pada gambar 9a, dapat kita lihat simbol rangkaian yang digunakan untuk sebuah kristal serta pada gambar 9 b adalah kontruksi fisik dari kristal yang terdiri dari: 1. Lempengan kristal. 2. Dua buah elektroda. 3. Pembungkus dari bahan metal.

2.1 Efek Piezoelektrik

Beberapa kristal yang ditemukan di alam menunjukkan efek piezoelektrik; jika Anda memasang tegangan ac melalui kristal tersebut mereka akan bervibrasi pada frekuensi dari tegangan ac yang dipasang. Bahan utama yang menimbulkan efek piezoelektnik ini adalah kuarts, garam Rochelle, dan tourmaline. Garam Rochelle: mempunyai aktivitas piezoelektnik yang terbesar untuk suatu tegangan ac yang diberikan. Mereka bervibrasi lebih dari kuarts atau tourmaline. Secara mekanis, mereka adalah yang paling lemah; mereka mudah pecah. Garam Rochelle telah digunakan untuk membuat mikropon, pickup gramopon, headset dan pengeras suara. Tourmaline: menunjukkan aktivitas piezoelektnik yang terkecil, tetapi diantara ketiganya dialah yang paling kuat. Kristal ini juga yang paling mahal. Kadang-kadang dia digunakan pada frekuensi yang sangat tinggi. Kuarts: adalah kompromi antara aktivitas piezoelektrik dari garam Rochelle dan kekuatan dari tourmaline. Karena tidak mahal dan dapat diperoleh di alam, kuarts digunakan secara luas untuk osilator RF dan filter. Bentuk alami dari kuarts adalah prisma heksagonal dengan piramida pada ujung- ujungnya lihat gambar 10-a. Untuk mendapatkan kristal yang berguna, kita harus mengirisnya menjadi sebuah lempeng empat pensegi panjang. Gambar 10-b menunjukkan lempeng tersebut yang tebalnya

t. Jumlah lempeng yang kita peroleh

dari kristal alam tergantung pada ukuran dari lempeng dan sudut pemotongan. t a b Gambar 10. Kristal Kuarts Ada sejumlah cara yang berbeda untuk memotong kristal alam; potongan tersebut mempunyai nama seperti potongan X, potongan Y, potongan XY dan potongan AT. Untuk tujuan kita, semua yang harus kita ketahui adalah potongan mempunyai sifat piezoelektrik yang berbeda. Katalog dari pabriknya biasanya merupakan sumber informasi yang paling baik mengenai potongan yang berbeda dari sifat-sifatnya. Untuk penggunaan dalam rangkaian elektronik, lempeng harus dipasang antara dua pelat logam seperti yang ditunjukkan dalam gambar 11. Dalam rangkaian ini jumlah dari vibrasi kristal tergantung pada frekuensi dari tegangan yang dipasang. Dengan mengubah frekuensi sumber kita dapat menemukan frekuensi resonan di mana vibrasi kristal mencapai maksimum. Karena energi untuk vibrasi harus diberikan oleh sumber ac, arus ac menjadi maksimum pada tiap frekuensi resonan. Sumber ac Kristal Gambar 11. Vibrasi kristal akibat sumber ac Frekuensi Dasar dan Nada Tambahan Untuk waktu yang lama kristal dipotong dan dipasang untuk bervibrasi paling baik pada salah satu frekuensi resonannya, biasanya frekuensi dasar atau frekuensi yang terendah. Frekuensi resonan yang lebih tinggi disebut nada tambahan adalah hampir kelipatan eksak dari frekuensi dasar. Sebagai contoh sebuah kristal dengan frekuensi dasar 1 MHz mempunyai nada tambahan pertama mendekati 2 MHz, pada tambahan kedua mendekati 3 MHz dan seterusnya. Rumus untuk frekuensi dasar dari kristal adalah: t K f = dimana f = frekuensi dasar K = sebuah konstanta yang tergantung pada potongan t = tebal kristal. Seperti kita lihat, frekuensi dasar berbanding terbalik terhadap tebal. Untuk alasan ini ada batas praktis mengenai berapa tingginya kita dapat menaikkan frekuensi. Makin tipis kristal tersebut; makin menjadi rapuh dan makin besar kemungkinannya untuk pecah karena vibrasi. Kristal kuarts bekerja dengan baik sampai 10 MHz pada frekuensi dasar. Untuk mencapai frekuensi yang lebih tinggi kita dapat menggunakan kristal yang dipasang untuk bervibrasi pada nada tambahan dengan cara ini kita dapat mencapai frekuensi sampai 100 MHz. Kadang-kadang tourmaline yang lebih mahal namun lebih kuat digunakan pada frekuensi yang lebih tinggi.

2.2 Rangkaian Ekivalen AC