IMPLEMENTASI OSILATOR FREKUENSI TINGGI DENGAN KONFIGURASI COLPITT, HARTLEY DAN CLAPP

  IMPLEMENTASI OSILATOR FREKUENSI TINGGI DENGAN KONFIGURASI COLPITT, HARTLEY DAN CLAPP Tugas Akhir

  Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  Program Studi Teknik Elektro Disusun oleh :

  Nama : Yulianus Futunanembun NIM : 015114059 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

  

IMPLEMENTATION OF HIGH FREQUENCY OSCILLATOR

WITH COLPITT, HARTLEY, AND CLAPP CONFIGURATION

A Final Project

  Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree

  In Electrical Engineering Study Program

  

By:

Name : Yulianus Futunanembun

Student Number: 015114059

  

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

FACULTY OF SIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

HALAMAN PERSEMBAHAN

  Kupersembahkan karya tulis ini kepada :

  

Tuhan Yesus Kristus,

Bapa Antonius Futunanembun dan mama Yosefita Samponu,

Ade-adeku Helni, Koni dan Inra, Nene koleta,

Kaka Ren, usi Au, Intan, Ika, Maria,

  

Almamaterku Teknik Elektro USD

HALAMAN MOTO

  

”Takut akan Tuhan adalah Permulaan Pengetahuan”

(Amsal 1:7a)

”Kamu tidak akan bisa memecahkan permasalahan, Jika kamu sudah percaya

bahwa tidak bisa melakukannya”

  Intisari Osilator merupakan rangkaian elektronika yang sangat penting dalam berbagai sistem elektronik. Ada dua macam osilator, berdasarkan sinyal Output yaitu osilator sinus dan osilator nonsinus. Osilator nonsinus antara lain osilator gelombang kotak, osilator gelombang segi tiga dan osilator gigi gergaji. Sedangkan beberapa jenis osilator sinus antara lain osilator Colpitt, osilator Hartley, osilator Clapp, osilator geser fase dan osilator kristal. Tujuan tugas akhir ini adalah membuat dan membandingkan unjuk kerja dari osilator sinus yang menggunakan konfigurasi Colpitt, Hartley dan Clapp.

  Pada tugas akhir ini, osilator dirancang untuk menghasilkan gelombang sinus dengan frekuensi 50 MHz. Jenis penguat yang digunakan adalah penguat kelas A dengan konfigurasi Common Emmiter. Komponen aktif yang digunakan adalah transistor.

  Berdasarkan percobaan dan pengamatan terhadap besar frekuensi Output, besar amplitudo sinyal output, bentuk sinyal Output, spektrum frekuensi, dan perubahan bias DC, disimpulkan bahwa osilator Clapp merupakan osilator yang mempunyai unjuk kerja terbaik.

  Kata kunci : Osilator, Colpitt, Hartley, Clapp, osilator sinus.

  

Abstract

Oscillator is very important electronic circuit in all electronic system.

  Based on the output signal, there are two kinds of oscillators, that is sinusoidal oscillator and non-sinusoidal oscillator. Some of non-sinusoidal oscillator are square wave oscillator, triangle wave oscillator and saw tooth oscillator. Some of sinusoidal oscillator are Colpitt oscillator, Hartley oscillator, Clapp oscillator, crystal oscillator, and phase shift oscillator. This final project goals are making and comparing the performance of sinusoidal oscillator with Colpitt, Hartley, and Clapp configuration.

  In this final project, oscillator is designed to produce sinusoidal wave with frequency of 50 MHz. The type of amplifier that is used is A class amplifier with common emitter configuration. The active component that is used is transistor.

  Based on experiment and observation of output frequency, output wave form, frequency spectrum and the change of DC bias, it is concluded that Clapp oscillator is the oscillator that has the best performance. Keyword: Oscillator, Colpitt, Hartley, Clapp, Sinusoidal oscillator.

  KATA PENGANTAR Syukur dan terima kasih kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga tugas akhir dengan judul “Implementasi Osilator

  Frekuensi Tinggi Dengan Konfigurasi Colpitt, Hartley Dan Clapp” ini dapat diselesaikan dengan baik.

  Penulis menyadari bahwa ada banyak pihak yang membantuan sehingga penulisan tugas akhir ini bisa diselesaikan. Oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

  1. Romo Ir. Greg. Heliarko, SJ., B.ST., MA., M.Sc, selaku dekan fakultas Sains Dan Teknologi.

  2. Bapak Martanto S.T., M.T. selaku dosen pembimbing I yang telah dengan sabar membimbing, memberi semangat yang membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

  3. Bapak Damar Wijaya, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing II atas segala saran kepada penulis dalam menyelesaikan tulisan ini.

  4. Kedua orang tua penulis, bapa Antonius Futunanembun dan mama Yosefita samponu yang selalu memberikan dukungan, semagnat dan doa sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

  5. Kaka Ren dan Usi Au, Ade-adeku Helni, Koni dan Inra, keponakanku yang nakal-nakal dan cantik-cantik Intan, Ika dan Maria, dan nene Koleta untuk doa, dukungan dan pengertiannya.

  6. Stefani Suryati lamadokend atas doa, cinta, perhatian, semangat, dukungan dan penghiburan disaat susah.

  7. Teman-teman Teknik elektron yang membantu dalam bertukar pikiran Morris, Frankie, Rikard.

  8. Teman-teman kos wisma adi dua Thomas, Agus, Edvan, Cen, Teguh, Ucok, Ipik, Bowo, Andi dan Nano atas candaan dan kebersamaannya.

  9. Semua saudaraku Lewen, Inri, Mas Jais, Muhamad Petrus, Kadek Heri, Emi, Leni, Lili, Lia dan Peter atat dukungannya.

  10. Sahabat-sahabat ku Morris, Titi dan Cindy, Anel, Tommi, Wiwit, moko, Dian Nusantara FC, Anilop LC atas dukungan dan kebersamaannya.

  11. teman-teman kos wisma adi dua yang sudah lulu Lijun, Koko, Kris, Samsul, Anderson, Leo dan Agus atas inspirasinya.

  12. Berbagai pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu atas bantuan, bimbingan, kritik dan saran.

  Dengan rendah hati penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu berbagai kritik dan saran untuk perbaikan tugas akhir ini sangat diharapkan. Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Terima kasih.

  

DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL…………… ……………………………………… ..…… ..i TITLE PAGE............…………… ……………………………………… ..…… ..ii HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIBING.....………………...……… … ..…iii HALAMAN PENGESAHAN…… ……………………………...………. … ..…iv HALAMAN PERSEMBAHAN..... ……………………………...……… … ....…v HALAMAN MOTO........................ ……………………………...……… … .....vi PERNYATAAN KEASLIAN KARYA…………...……………… …......……..vii

  INTISARI……………..……………………………………………………. ….viii ABSTRACT………………………………………………………………....……ix KATA PENGANTAR.............................................................................................x DAFTAR ISI ………………………………………………………………...…..xii DAFTAR TABEL………………………………………………………………..xv DAFTAR GAMBAR………………… ………………………………………..xvi

  BAB I PENDAHULUAN………..…………………………….………… .. ……1

  1.1 Latar Belakang dan Permasalahan ……………………...………… ...…..1

  1.2 Batasan Masalah dan Spesifikasi Alat ……………………………………2

  1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian……... ……………………………………2

  1.4 Metode Penelitian …………………………………………………………3

  1.5 Sistematika Penulisan………………. ……………………………….……3

  BAB II LANDASAN TEORI…....…………………………….………… .. ……5

  2.1 Osilator…………………………………………………………………….5

  2.1.1 Umpan Balik (Feedback) Positif…………………………………….6

  2.1.2 Kriteria Barkhausen …………...…………………………………….7

  2.2 Rangkaian Feedback .............…… ……………………...………… ...…..9

  2.3 Rangkaian Tala……………………… …………………………………..10

  2.3.1 Rangkaian Tala Seri…………...…………………………………...10

  2.3.2 Rangkaian Tala Paralel...……...…………………………………...13

  2.4 Penguat Kelas A…..………………... …………………………………...15

  2.5 Osilator Colpitt..…..………………... …………………………………...19

  2.6 Osilator Hartley.…..………………... …………………………………...21

  2.7 Osilator Clapp...…..………………... …………………………………...23

  2.8 Kapasitansi Sambungan..……... …………………........………………...25

  2.9 Stabilitas Frekuensi Osilator ..……... …………………………………...26

  BAB III PERANCANGAN ALAT…………………………….………… .. …..28

  3.1 Perancangan Osilator Colpitt.…………………………………………...28

  3.1.1 Merancang Frekuensi Resonansi..……………………………………...28

  3.1.2 Merancang Penguat......................……………………………………...29

  3.2 Perancangan Osilator Hartley.…………………………………………...34

  3.2.1 Merancang Frekuensi Resonansi..……………………………………...35

  3.2.2 Merancang Penguat......................……………………………………...36

  3.3 Perancangan Osilator Clapp.……………………...……………………...43

  3.3.1 Merancang Frekuensi Resonansi..……………………………………...40

  3.3.2 Merancang Penguat......................……………………………………...40

  BAB IV PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN…..…….………… .. …...…47

  4.1 Nilai DC dan AC ..........…………………………………………...……..48

  4.1.1 Osilator Colpitt……………..………………………….....….48

  4.1.2 Osilator Hartley…………………..…………………….....…51

  4.1.3 Osilator Clapp..……………………..………………….……52

  4.2 Pengamatan Sinyal Output…………………….…………………...…….54

  4.3 Pengamatan Terhadap Perubahan Bias DC...….…………………...…….57

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN…………..…..…….………… .. …...…59

  5.1 Kesimpulan…………….…………………….…………………...…..….59

  5.2 Saran……………………………….....……….…………………...……..60 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

  

DAFTAR TABEL

  Tabel 3-1 Spesifikasi Osilator Colpitt….………….…………………………….27 Tabel 3-2 Spesifikasi osilator Hartley ………………….....…...………… ...…..33 Tabel 3-3 Spesifikasi osilator Clapp…...……………….............………… ...…..39 Tabel 4-1 Nilai DC dan AC berdasar perancangan, pengukuran dan analisis..…48 Tabel 4-2 Data sinyal output osilator ……………………………………...……55 Tabel 4-3 Pengamatan terhadap perubahan bias DC.............................................57

  

DAFTAR GAMBAR

  Gambar 2-1 Jenis-jenis osilator……...….………….…………………..………….5 Gambar 2-2 Prinsip dasar osilator...... ………………….....…...………… .....…..6 Gambar 2-3 Umpan balik positif yang menghasilkan osilasi......………… .....…..7 Gambar 2-4 Vo jika AB < 1.....................................................................................7 Gambar 2-5 Vo jika AB > 1.....................................................................................8 Gambar 2-6 Vo jika AB = 1.....................................................................................8 Gambar 2-7 Rangkaian feedback tipe T...................................................................9 Gambar 2-8 Rangkaian feedback tipe Pi................................................................10 Gambar 2-9 Rangkaian tala seri.............................................................................11 Gambar 2-10 Rangkaian tala paralel......................................................................13 Gambar 2-11 Penguat kelas A................................................................................15 Gambar 2-12 Garis beban dan titiki kerja transistor pada penguat kelas A...........18 Gambar 2-13 Rangkaian osilator Colpitt...............................................................19 Gambar 2-14 Rangkaian osilator Hartley..............................................................21 Gambar 2-15 Rangkaian osilator Clapp.................................................................24 Gambar 3-1 Garis beban dan titik kerja penguat pada osilator Colpitt.................31 Gambar 3-2 Rangkaian lengkap osilator Collpitt...................................................32 Gambar 3-3 Garis beban dan titik kerja penguat pada osilator Hartley................37 Gambar 3-4 Rangkaian lengkap osilator Hartley...................................................38 Gambar 3-5 Garis beban dan titik kerja penguat pada osilator Clapp..................44 Gambar 3-6 Rangkaian lengkap osilator Clapp.....................................................44

  Gambar 4-1 Blok diagram proses pengujian osilator.............................................46 Gambar 4-2 Spektrum frekuensi osiolator Colpitt ................................................53 Gambar 4-3 Spektrum frekuensi osiolator Hartley................................................53 Gambar 4-4 Spektrum frekuensi osiolator Clapp ..................................................54

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang dan Permasalahan

  Prinsip komunikasi radio yaitu mentransmisikan sinyal termodulasi melalui transmitter ke receiver. Sinyal termodulasi merupakan sinyal hasil modulasi antara sinyal carrier yang berasal dari osilator dengan sinyal suara manusia yang sudah diubah menjadi sinyal listrik menggunakan microphone.

  Sinyal carrier sangat penting dalam transmisi informasi jarak jauh, karena sinyal suara manusia yang berasal dari microphone tidak bisa langsung ditransmisikan.

  Sinyal suara manusia merupakan sinyal listrik dengan frekuensi yang rendah (antara 20 Hz – 20 KHz). Oleh karena itu, suatu sistem komunikasi elektronik tidak bisa bekerja tanpa sinyal carrier, agar suara bisa ditransmisikan dalam jarak yang sangat jauh.

  Rangkaian yang digunakan untuk membangkitkan sinyal carrier adalah osilator. Fungsi dari osilator yaitu menghasilkan sinyal output yang mempunyai frekuensi dan amplitudo tertentu. Sinyal output osilator ada dua macam yaitu sinyal sinus dan sinyal nonsinus.

  Osilator yang digunakan pada komunikasi radio adalah osilator frekuensi tinggi dengan sinyal output berupa sinyal sinus. Osilator frekuensi tinggi dengan sinyal output berupa sinyal sinus ada beberapa macam antara lain osilator Colpitt, Osilator Hartley dan Osilator Clapp. Karena ada beberapa jenis osilator yang bisa digunakan dalam komunikasi elektronik, maka permasalahannya adalah osilator apa yang mempunyai unjuk kerja terbaik jika digunakan dalam sistem komunikasi radio.

  1.2 Batasan Masalah dan Spesifikasi Alat

  Batasan masalah dan spesifikasi alat pada pembuatan tugas akhir ini adalah:

  1. Perancangan difokuskan pada frekuensi kerja osilator.

  2. Parameter osilator yang akan dibandingkan adalah nilai frekuensi resonansi, amplitudo sinyal output, bentuk sinya output dan pengaqruh perubahan bias DC.

  3. Frekuensi output osilator adalah 50 MHz.

  4. Komponen aktif yang digunakan adalah transistor.

  5. Penguat yang digunakan adalah penguat kelas A.

  1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian

  Tujuan dari pembuatan tugas akhir adalah merancang, membuat dan membandingkan unjuk kerja osilator frekuensi tinggi dengan konfigurasi Colpitt, konfigurasi Hartley dan konfigurasi Clapp.

  Manfaat dari pembuatan tugas akhir ini yaitu dapat digunakan sebagai referensi tambahan oleh mahasiswa, dalam mempelajari elektronika komunikasi.

   1.4 Metode Penelitian

  Metode yang digunakan dalam penyusunan tugas akhir ini, dilakukan dalam beberapa tahap yaitu :

  1. Studi literatur melalui pembacaan buku-buku teori pendukung di perpustakaan, internet dan dari dosen pembimbing tugas akhir.

  2. Merancang, mengumpulkan komponen dan membuat alat sesuai dengan perancangan.

  3. Pengujian alat dan pengambilan data hasil pengujian alat.

  4. Penyusunan laporan tugas akhir berdasarkan data hasil pengujian alat.

  5. Pengambilan kesimpulan berdasarkan data hasil pengujian alat dan analisis.

  1.5 Sistematika Penulisan 1. BAB I. PENDAHULUAN.

  Bab ini berisi judul, latar belakang dan permasalahan, batasan masalah dan spesifikasi, tujuan dan manfaat, metode penelitian, dan sistematika penulisan.

  2. BAB II. LANDASAN TEORI Bab ini berisi teori-teori penunjang yang mendukung pembuatan alat.

  3. BAB III. PERANCANGAN ALAT.

  Bab ini berisi perancangan alat.

  4. BAB IV. PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN.

  Bab ini berisi pembahasan data yang didapat.

  5. BAB V . KESIMPULAN.

  Bab ini berisi kesimpulan akhir dan saran-saran yang berguna untuk mengatasi segala kekurangan dalam tugas akhir ini yang berguna untuk pengembangan selanjutnya.

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Osilator

  Osilator adalah rangkaian elektronika yang dapat memproduksi sinyal

  output

  berupa sinyal periodik. Input pada osilator adalah catu daya DC seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2-1. Osilator juga disebut pembangkit sinyal periodik atau generator sinyal. Osilator biasanya bekerja pada penguat kelas A, B atau C.

  Ada dua jenis osilator yaitu osilator nonsinusoidal dengan sinyal output berupa sinyal non sinus dan osilator sinusoidal dengan sinyal output berupa sinyal sinus. Output osilator nonsinusoidal bisa berupa sinyal kotak, sinyal gigi gergaji atau sinyal segi tiga seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2-1.

  Gambar 2-1. Jenis-jenis Osilator.

  Asas kerja osilator nonsinusoidal yaitu pada pengisian dan pelepasan muatan kapasitor, sedangkan asas kerja osilator sinusoidal yaitu umpan balik (feedback) positif. Osilator terdiri dari suatu penguat (amplifier) transistor untuk penguatan (gain) dan suatu rangkaian feedback positif yang menghasilkan pergeseran fase (phase shift) serta menyediakan attenuasi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2-2.

  Gambar 2-2. Prinsip dasar osilasi.

2.1.1 Umpan Balik (Feedback) Positif

  Rangkaian feedback positif menghasilkan tegangan umpan balik (V ) yang

  f sefase dengan tegangan input (Vin) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2-3.

  Berdasar Gambar 2-3, terlihat bahwa tegangan input yang masuk ke amplifier akan memberikan gangguan kecil pada amplifier seperti noise atau switching-on

  transient

  yang akan diperkuat. Gangguan tersebut merupakan output amplifier yang mengalami perubahan fase senilai 180 Sebagian output amplifier (V )

  . o digunakan sebagai input rangkaian feedback.

  Sinyal output feedback sebagai input amplifier mengalami perubahan fase senilai 180 . Jadi keseluruhan rangkaian feedback positif akan mengalami perubahan fasa senilai 360 atau sama dengan 0 , yang artinya sinyal input dan

  

output sefase. Jika sinyal output rangkaian feedback mempunyai amplitudo yang

cukup dan fase yang sama, maka proses tersebut akan dapat menghasilkan osilasi.

  Gambar 2-3. Umpan balik positif yang menghasilkan osilasi.

2.1.2 Kriteria Barkhausen

  Agar bisa berosilasi, sebuah osilator bergantung pada perkalian nilai penguatan amplifier (A) dengan nilai atenuasi rangkaian feedback (B). Perkalian nilai penguatan amplifier dan nilai atenuasi rangkaian feedback harus memenuhi kriteria Barkhausen yang dinyatakan dengan

  AB = 1 (2-1) dengan A adalah penguatan amplifier dan B adalah atenuasi rangkaian feedback.

  Untuk bisa mencapai keadaan ini, nilai A > 1 dan B < 1. Hubungan kriteria Barkhausen dengan sinyal output adalah :

  1. Jika AB < 1, maka sinyal osilasi akan mengecil dan menghilang seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2-4.

  Keadaan sinyal ini disebut damping.

  Gambar 2-4. Vo jika AB < 1.

  2. Jika AB > 1, maka sinyal osilasi akan mengalami penguatan terus menerus melebihi keadaan saturasi sehingga akan terpotong seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2-5.

  Gambar 2-5. Vo jika AB > 1.

  3. Jika AB = 1, maka sinyal osilasi akan tetap konstan selama rangkaian osilator masih terhubung dengan tegangan catu DC seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2-6.

  Gambar 2-6. Vo jika AB = 1.

  Karena rangkaian osilator merupakan rangkaian close loop feedback, sehingga jika sudah didapat AB = 1, maka keadaan ini akan bertahan terus.

  Karena feedback merupakan rangkaian pasif sehingga untuk bisa mencapai keadaan AB = 1, penguatan amplifier harus berubah terus secara otomatis, dengan cara amplitudo output (V ) berangsur membesar dan menyebabkan puncak-

  o

  puncaknya terpangkas. Kalau pemangkasan sudah terjadi, maka penguatan (A) mengecil, sehingga nilai AB bisa mencapai satu.

  Pada kenyataannya, saat daya dicatukan mula-mula, nilai AB akan semakin memnilai dan bahkan melebihi 1. Pada saat Vo mencapai level tertentu, harga AB mengecil dengan sendirinya dan menjadi satu, sehingga output menjadi konstan. Berdasarkan penjelasan ini, dasar dari sebuah osilator sinus adalah

  1. Rangkaian feedback harus berupa rangkaian feedback positif. Artinya

  amplifier dan rangkaian feedback harus dikombinasikan untuk memproduksi perubahan fase tegangan senilai 360 (atau 0 ).

  2. Rangkaian harus menerima trigger (pemicu) pada sisi input atau output untuk memulai proses osilasi.

  3. Hasil perkalian antara penguatan amplifier (A) dan atenuasi feedback (V f ) harus sama dengan satu.

   Rangkaian Feedback

2.2 Rangkaian feedback merupakan rangkaian yang sangat mendasar dan penting pada osilator sinus karena menentukan frekuensi kerja osilator.

  Konfigurasi rangkaian feedback ada dua macam yaitu : 1. Rangkaian feedback tipe T.

  Rangkaian feedback tipe T merupakan rangkaian yang terbentuk dari impedansi Z , Z dan Z dengan konfigurasi berbentuk T seperti yang

  1

  2

  3

  ditunjukkan pada Gambar 2-7

  2. Rangkaian feedback tipe π .

  Rangkaian feedback tipe π merupakan rangkaian yang terbentuk dari impedansi Z

  1 , Z 2 dan Z 3 dengan konfigurasi berbentuk π seperti yang

  ditunjukkan pada Gambar 2-7 Gambar 2-8. Rangkaian feedback tipe π .

  Pada osilator frekuensi tinggi, rangkaian feedback yang digunakan adalah rangkaian feedback tipe π yang tersusun dari kombinasi komponen L dan C.

  Kombinasi L dan C ini disebut juga rangkaian tala LC.

2.3 Rangkaian Tala

2.3.1 Rangkaian Tala Seri

  Rangkaian tala seri terdiri dari kombinasi kapasitor dan induktor yang tersusun secara seri seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2-9. Pada Gambar 2-9 dapat dilihat bahwa ada penambahan resistansi r yang merupakan resistansi internal induktor. Penambahan resistansi r karena pada kenyataannya, induktor mempunyai nilai resistansi internal tertentu. Reaktansi total dari rangkaian tala seri adalah :

  X =

X −

  X _{T L C}

  (2-2) dengan X adalah reaktansi induktif dan X adalah reaktansi kapasitif.

  L C Gambar 2-9. Rangkaian tala seri.

  Karena setiap induktor mempunyai resistansi dalam, maka impedansi total dari rangkaian tala seri adalah :

• Z = r jX (2-3) _T
² 2<
• Z = r

  X (2-4) _T dengan X T adalah impedansi total dan r adalah hambatan dalam induktor.

  Pada rangkaian tala seri, resonansi terjadi jika reaktansi dari impedansi adalah nol. Sehingga impedansi saat resonansi minimum.

  Karena

  1 X = (2-5) _C fC 2 π dengan f adalah frekuensi resonansi, dan

  π adalah konstanta yang nilai nya 3,14 dan

  

X fL

_L

=

2 π (2-6)

  f

  dengan adalah frekuensi resonansi, dan π adalah konstanta yang nilai nya 3,14 maka saat resonanasi

  X =

_{C L}

  X

  1 = 2 π fL (2-7) 2 π fC

  1

  f =

  (2-8) 2 π LC Unjuk kerja rangkaian tala, tergantung nilai faktor kualitas (faktor Q) rangkaian tala. Makin besar nilai faktor Q, makin bagus unjuk kerja rangkaian tala. Faktor Q merupakan perbandingan reaktansi saat resonansi terhadap resistansi rangkaian tala. Untuk rangkaian tala seri, faktor Q dinyatakan dengan

  2 π fL

  Q = (2-9)

r

  1 Q = (2-10) 2 fCr π

  

X

_S Q = (2-11)

r

  dengan f adalah frekuensi resonansi dan X adalah reaktansi total rangkaian tala

  s seri.

  Jika diketahui nilai frekuensi resonansi dan faktor kualitas rangkaian tala, maka bandwidth dapat ditentukan dengan

  f BW =

  (2-12)

  Q

  f

  dengan dengan adalah frekuensi resonansi dan Q adalah faktor kualitas rangkaian.

2.3.2 Rangkaian Tala Paralel

  Rangkaian tala parelel terdiri dari kombinasi kapasitor dan induktor yang tersusun secara paralel seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2-10.

  Gambar 2-10. Rangkaian tala paralel.

  Reaktansi total dari rangkaian tala paralel adalah :

  

X

_{L C}

  X X = (2-13) _T

X −

_{L C}

  X

  dengan X L adalah reaktansi induktif dan X C adalah reaktansi kapasitif. Sedangkan impedansi total dari rangkaian tala paralel adalah :

• Z = r jX (2-14) _T
² 2<
• Z = r

  X (2-15) _T dengan X T adalah impedansi total dan r adalah hambatan dalam induktor. Seperti halnya pada rangkaian tala seri, pada rangkaian tala paralel, impedansi total saat terjadi resonansi adalah resistif murni yang disebut resistansi dinamik yang dinyatakan dengan

  Cr L R _D

  2

  P ^D

  1 = (2-22)

  2

  π

  fCr Q

  2 = (2-21)

  π

  r fL Q

  Untuk rangkaian tala paralel, faktor Q dinyatakan dengan

  1 = (2-20)

  π

  = (2-16)

  LC f

  Seperti halnya pada rangkaian tala seri, pada rangkaian tala paralel resonansi terjadi jika reaktansi dari impedansi adalah nol. Sehingga impedansi saat resonansi minimum. Frekuensi resonansi rangkaian tala paralel adalah :

  f

  = (2-19) dengan Q adalah faktor kualitas rangkaian, π adalah konstanta 3,14 dan adalah frekuensi resonansi.

  

Q r R

_D ²

  2 = (2-18)

  π

  R _D

  2 = (2-17) fC Q

  π

  R fLQ _D

  X R Q = (2-23) dengan R adalah resistansi dinamik yang menunjukan hambatan saat resonansi, r

  D

  adalah hambatan dalam induktor, adalah frekuensi resonansi dan X f adalah

  p reaktansi rangkaian tala paralel.

2.4 Penguat Kelas A

  Rangkaian penguat kelas A ditunjukkan pada Gambar 2-11. Nilai arus

  

collector dan tegangan antara kaki base dan emitter (V ) digunakan untuk

CE mengambarkan titik kerja dan garis beban transistor.

  Gambar 2-11. Penguat kelas A.

  Berdasar Gambar 2-11, persamaan KVL (Kirchoff Voltage Law) pada sisi

  input

  adalah :

  V − _{BQ BQ BQ BE E E}

  I R − V −

  I R = (2-24)

  Nilai arus collector dan emitter adalah

  I β

  I _{E B} = ( + 1 ) (2-25) dengan I B adalah arus base dan β adalah penguatan transistor.

  Jika persamaan (2-25) disubtitusikan ke persamaan (2-24), maka didapat arus base pada titik kerja transistor dengan persamaan

  V − _{BQ BE}

  V I = _BQ (2-27) R _{BQ E}

  ( β ) + +

  1 R dengan V adalah tegangan antara kaki collector dan kaki emitter pada titik

  CEQ

  kerja transistor, V adalah tegangan antara kaki base dan kaki emitter, V

  BE BQ

  adalah tegangan Thevenin pada kaki base, R BQ adalah resistansi Thevenin, R E adalah resistansi pada kaki emitter dan β adalah penguatan transistor.

  Resistansi thevenin dinyatakan dengan _{B B 1} * R R ₂ R = (2-28) ^BQ +

  R R _{B B 1 2} dengan R B1 dan R B2 adalah resistansi base.

  Nilai tegangan Thevenin adalah

  R _{B 2} V

  V

  = (2-29) ^{BQ CC} +

  R R _{B B}

₁

₂ Persamaan KVL pada sisi output adalah V −

_{CC CQ C CEQ E E}

  I R − V −

  I R = (2-30)

  Sehingga tegangan antara kaki collector dan kaki emitter pada titik Q adalah

  V =

V −

  I R −

  I R _{CEQ CC CQ C E E} (2-31) dengan V adalah catu daya DC, I adalah arus collector pada titik kerja cc CQ

  transistor, R adalah hambatan pada kaki collector, R adalah hambatan pada kaki

  C E emitter dan I E adalah arus emitter. Nilai arus collector saturasi DC adalah :

  V _CC I = (2-32) ^{C DCM} +

  R R _{C E} dengan V CC adalah catu daya.

  Nilai tegangan pada kaki collector adalah :

  

V = +

_{C CE E}

  V V (2-33)

  dengan V E adalah tegangan pada kaki emitter dan V CE adalah tegangan antara kaki collector dan kaki emitter.

  Nilai tegangan pada kaki base transistor adalah :

• V

  V V _{B E BE} = (2-34)

  dengan V adalah tegangan pada kaki emitter dan V adalah tegangan antara kaki

  E BE base dan kaki emitter yang nilainya senilai 0.7 V.

  Nilai tegangan pada kaki emitter adalah :

  V =

_{E E E}

  I R (2-35) dengan I adalah arus emitter dan R adalah hambatan pada kaki emitter.

  E E

  Pada saat transistor mencapai titik jenuh, V CE sama dengan nol, sehingga arus collector saturasi AC adalah:

  V ^CEQ

  = (2-36)

• I

  I _{C ( sat ) CQ}

  R || R _{C L}

  dengan I CQ adalah arus collector pada titik kerja transistor dan V CEQ adalah tegangan antara kaki collector dan kaki emitter pada titik kerja transistor.

  Saat transistor mencapai titik putus ac, I C sama dengan nol, sehingga nilai tegangan putus AC adalah:

  V I ( R || R ) (2-37)

• V = _{CE ( cut ) CQ CQ C L}

  dengan V adalah tegangan antara kaki collector dan kaki emitter pada titik

  CEQ kerja transistor dan I CQ adalah arus collector pada titik kerja transistor.

  Titik kerja dan garis beban transistor ditunjukkan pada Gambar 2-12.

  Gambar 2-12. Garis beban dan titik kerja transistor pada penguat kelas A.

  Saat arus DC melewati kaki emitter, muncul hambatan internal transistor yang dinyatakan dengan

  V _T r = (2-38)

_e

  I _E

  dengan V T adalah tegangan yang tergantung temperatur yang nilai nya 26 mV dan I adalah arus pada kaki emitter dalam mA.

  E

  Penguatan tegangan penguat kelas A dinyatakan dengan

  

R || R _{C L} A = (2-39) _V dengan R adalah hambatan pada kaki collector dan R adalah hambatan beban

  C L dan r adalah hambatan internal transistor pada kaki emitter. e

2.5 Osilator Colpitt

  Osilator Colpitt merupakan rangkaian penguat LC yang menggunakan sepasang kapasitor dan sebuah induktor untuk membentuk feedback regeneratif yang digunakan untuk membangkitkan osilasi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2-13.

  Gambar 2-13. Rangkaian osilator Colpitt. Frekuensi resonansi ditentukan oleh C 1, C

  2 dan L. Nilai frekuensi

  resonansi osilator Colpitt adalah:

  1 f

  = (2-40)

  π C L

  

2

_T

  dengan C T adalah kapasitansi total yang dinyatakan dengan

  C C _{1 2} C = (2-41) ^T + C C _{1 2} Nilai tegangan feedback pada osilator Colpitt tergantung nilai B rangkaian feedback. Untuk osilator Colpitt, nilai B merupakan perbandingan antara X C2 dengan X C1 atau

  X _{C 2} B = (2-42)

  X _{C 1}

  dengan X adalah kapasitansi C dan X adalah kapasitansi C . Nilai B juga bisa

  C1

1 C2

  2

  dinyatakan dengan:

  C ₁ B = (2-43) C ₂ Nilai penguatan tegangan ditentukan oleh C dan C . Karena nilai

  1

  2 C C _{1 1} AB = B A

  1 , = * , dan =

  1 , maka C C _{2 2} C ₂ A = (2-44) C ₁ Nilai transkonduktansi rangkaian osilator Colpitt adalah :

  ⎛ ⎞ ⎛ ⎞

1 C

  ₁

  1 C C _{1 2} g = _m + + + 2 (2-45a)

  

⎜⎜ ⎟⎟ ⎜⎜

⎟⎟

  β

  re C R C C _{2 D 2 1} ⎝ ⎠ ⎝ ⎠

  Nilai transkonduktansi penguat adalah :

  I _C g = (2-45b) _m

  V _T

  Agar osilator Colpitt bisa menghasilkan osilasi maka nilai transkonduktansi penguat harus sama dengan nilai transkonduktansi osilator Colpitt, sehingga

  ⎛ ⎞ ⎛ ⎞

1 C

  ₁

  1 C C _{1 2} gm = = + + + 2 (2-46)

  I _C

  

⎜⎜ ⎟⎟ ⎜⎜

⎟⎟

  β

  

V re C R C C _{T D} dengan β adalah penguatan transistor, re adalah nilai resistansi internal trnasistor pada kaki emitter, R adalah resistansi dinamik rangkaian tala, r adalah resistansi

  D

  dalam induktor, R adalah resistansi pada kaki collector transistor, I adalah arus

  C C collector danV T adalah tegangan yang tergantung suhu (26 mV).

2.6 Osilator Hartley

  Osilator Hartley merupakan rangkaian penguat LC yang menggunakan sepasang induktor dan sebuah kapasitor untuk membentuk feedback regeneratif yang dibutuhkan untuk osilasi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2-14.

  Gambar 2-14. Rangkaian osilator Hartley. Frekuensi resonansi ditentukan oleh L L dan C. Nilai frekuensi

  1,

  2

  resonansi osilator Hartley adalah:

  1 f = (2-47)

  2 L C

  π _T dengan L adalah induktor total yang dinyatakan dengan

  T

  _T = + L L L (2-48)

₁

₂ Nilai penguatan tegangan ditentukan oleh L dan L . Karena nilai AB =

  1 ,

  1

  2 L L _{2 2}

• B = , dan A = 1 , maka

  L L _{1 1} L ₁ A = (2-49)

  

L

₂ Nilai tegangan feedback pada osilator Hartley tergantung nilai B

  rangkaian feedback. Untuk osilator Hartley, nilai B merupakan perbandingan antara X L2 dengan X L1 , atau

  

X

_{L 2} B = (2-50)

  

X

_{L 1}

  dengan X adalah induktansi L dan X adalah induktansi L . Nilai B juga bisa

  L1

1 L2

  2

  dinyatakan dengan

  L ₂ B = (2-51) L ₁ Nilai transkonduktansi rangkaian osilator Hartley adalah ⎛ L ⎞ ⎛ L L ⎞