CHAPTER 14: FEEDBACK & OSCILLATOR CIRCUITS

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan bahan

4. Dasar Teori

5. Prinsip Kerja

6. Problem

7. Soal Latihan

8. Percobaan

9. Download File

  

CHAPTER 14
FEEDBACK & OSCILLATOR CIRCUITS

1. Pendahuluan (kembali)

Dalam dunia elektronika, penguatan sinyal menjadi salah satu aspek paling fundamental. Komponen seperti operational amplifier (op-amp) dan transistor digunakan secara luas sebagai penguat sinyal, penyesuai impedansi, serta sebagai elemen logika analog. Praktikum ini berfokus pada implementasi rangkaian penguat menggunakan op-amp dan transistor dalam berbagai konfigurasi, seperti penguat inverting dan non-inverting, serta penguat sinyal menggunakan konfigurasi emitor bersama.

Simulasi dilakukan pada software Proteus 8 Professional untuk memverifikasi prinsip kerja teori dari masing-masing rangkaian serta mengamati respons tegangan output terhadap sinyal input yang diberikan.

            

2. Tujuan (kembali)

·  Memahami prinsip kerja rangkaian penguat menggunakan op-amp (IC 1458).

·  Mengamati kinerja penguat emitor bersama menggunakan transistor NPN.

·  Menganalisis konfigurasi MOSFET sebagai penguat dalam rangkaian common-source.

·  Mengetahui pengaruh nilai resistor dan kapasitor terhadap hasil penguatan sinyal.

·  Melakukan simulasi dan pengukuran tegangan input-output menggunakan virtual instrument di Proteus.

3. Alat dan Bahan (kembali)

A. Op-amp 

B. Resistor

Fungsi utama dari resistor adalah membatasi aliran arus. Resistor dapat menahan arus dan memperkecil besar arus. Besar resistansi (kemampuan menahan arus) resistor disesuaikan dengan kebutuhan perangkat elektronika.

C. Kapasitor

Kapasitor adalah komponen elektronik yang berfungsi untuk menyimpan dan melepaskan energi listrik dalam bentuk muatan. Dalam berbagai jenis rangkaian, kapasitor memiliki peran penting, seperti menyaring sinyal untuk menghilangkan noise atau komponen frekuensi tertentu, serta memblokir arus searah (DC) sambil meneruskan arus bolak-balik (AC), yang sering digunakan dalam proses kopling sinyal antar tahap rangkaian.

D. Power supply

Power supply (catu daya) adalah perangkat atau sistem yang menyediakan energi listrik ke beban listrik. Fungsi utamanya adalah untuk mengubah energi listrik dari satu bentuk (biasanya dari sumber utama seperti listrik PLN) menjadi bentuk lain yang sesuai dengan kebutuhan perangkat yang akan dioperasikan.

E. Ground

Ground adalah titik kembalinya arus searah atau titik kembalinya sinyal  bolak balik atau titik patokan dari berbagai titik tegangan dan sinyal listrik dalam rangkaian elektronika.

F. Voltmeter

Alat ukur untuk mengukur besar Tegangan dalam satuan Volt

G. Oscilloscope

Osiloskop adalah alat ukur elektronik yang digunakan untuk menampilkan bentuk gelombang sinyal listrik secara grafis pada layar, biasanya dalam bentuk tegangan (sumbu Y) terhadap waktu (sumbu X).

4. Dasar Teori (kembali)

1. Rangkaian Umpan Balik (Feedback Circuits)

Umpan balik dalam sistem elektronika adalah proses mengembalikan sebagian sinyal keluaran ke masukan. Berdasarkan arah dan efeknya, umpan balik dibagi menjadi dua jenis:

• Umpan Balik Negatif (Negative Feedback): Mengurangi gain total tetapi meningkatkan kestabilan, linearitas, dan bandwidth. Umumnya digunakan dalam penguat operasional dan penguat daya untuk meminimalkan distorsi dan memperluas respon frekuensi.

• Umpan Balik Positif (Positive Feedback): Meningkatkan sinyal masukan dan dapat menyebabkan penguatan berlebihan. Umpan balik jenis ini digunakan dalam rangkaian osilator untuk menghasilkan sinyal periodik.

Umpan balik dapat mempengaruhi performa penguat melalui persamaan:

$$A_f=\frac{A}{1+A\beta }$$

di mana:

• $A$ = gain tanpa umpan balik

• $\beta$ = faktor umpan balik

• $A_f$ = gain dengan umpan balik

2. Rangkaian Osilator (Oscillator Circuits)

Osilator adalah rangkaian yang menghasilkan sinyal periodik (misalnya, gelombang sinus, kotak, atau segitiga) tanpa memerlukan sinyal input eksternal. Prinsip kerja osilator berdasarkan umpan balik positif, yang menjaga osilasi tetap berlangsung.

Agar osilasi terjadi, dua kondisi utama (Barkhausen Criterion) harus dipenuhi:

• Loop gain: $A\beta \ge 1$

• Fase total: pergeseran fase total dalam loop umpan balik adalah kelipatan 360° atau 0°

Jenis-jenis osilator yang umum digunakan:

• RC Oscillator: menggunakan resistor dan kapasitor, cocok untuk frekuensi rendah.

• LC Oscillator: menggunakan induktor dan kapasitor, cocok untuk frekuensi menengah hingga tinggi.

• Crystal Oscillator: menggunakan kristal kuarsa, menghasilkan frekuensi sangat stabil.

• Phase Shift & Wien Bridge Oscillator: tipe osilator berbasis RC yang umum digunakan dalam aplikasi audio.

Wien Bridge Oscillator adalah salah satu jenis osilator RC (resistor-kapasitor) yang mampu menghasilkan sinyal sinusoidal dengan distorsi rendah. Rangkaian ini memanfaatkan umpan balik positif melalui jaringan Wien bridge, yang terdiri dari kombinasi resistor dan kapasitor.

5. Prinsip Kerja [kembali]

Prinsip Kerja Wien Bridge Oscillator menggunakan dua jalur umpan balik:

• Jalur umpan balik positif yang terdiri dari jaringan RC seri dan paralel (membentuk jembatan Wien).

• Jalur umpan balik negatif melalui amplifier (biasanya Op-Amp) untuk mengontrol kestabilan dan amplitudo output.

Kondisi osilasi (berdasarkan Kriteria Barkhausen):

• Total pergeseran fase harus 0° atau kelipatan 360°

• Loop gain $A\beta \ge 1$

6. Problem [kembali]

Dalam praktikum atau pembelajaran tentang Feedback and Oscillator Circuits, terdapat beberapa permasalahan yang sering dihadapi, antara lain:

1. Stabilitas Osilasi Tidak Tercapai Osilator tidak menghasilkan sinyal karena tidak terpenuhinya syarat osilasi, seperti gain loop $A\beta$ kurang dari 1 atau pergeseran fase tidak tepat.

2. Distorsi Sinyal Keluaran Sinyal yang dihasilkan tidak berbentuk sinus murni karena pengaturan gain yang tidak sesuai atau penggunaan komponen yang tidak ideal

3. Kesalahan Penempatan Komponen Salah dalam menyusun jaringan RC atau LC pada umpan balik menyebabkan rangkaian tidak berfungsi sebagaimana mestinya.

4. Pengaruh Suhu dan Toleransi Komponen Variasi suhu dan toleransi pada resistor, kapasitor, atau transistor dapat mengubah karakteristik rangkaian dan mengganggu kestabilan osilasi.

5. Kekurangan Pemahaman Konsep Feedback Banyak siswa mengalami kesulitan memahami perbedaan antara umpan balik negatif dan positif, serta dampaknya pada kerja rangkaian.

6. Kesulitan Menentukan Frekuensi Osilasi Perhitungan teoritis tidak sesuai dengan hasil praktik karena perbedaan nilai komponen aktual dan pengaruh lingkungan (seperti noise).

7. Soal Latihan [kembali] 

1. Sebuah rangkaian Wien Bridge Oscillator menggunakan dua buah resistor dengan nilai $R=10\text{k}\mathrm{\Omega }$ dan dua buah kapasitor dengan nilai $C=\mathrm{0,001}\mu \text{F}$. Hitunglah frekuensi osilasi yang dihasilkan oleh rangkaian tersebut!

Jawaban:

Rumus frekuensi Wien Bridge Oscillator:

$$$$f=12πRC

Diketahui:

• $R=10\text{k}\mathrm{\Omega }=10.000\mathrm{\Omega }$

• $C=\mathrm{0,001}\mu \text{F}=\mathrm{0,001}\times {10}^{-6}\text{F}=1\times {10}^{-9}\text{F}$

$$f=\frac{1}{2\pi \times 10.000\times 1\times {10}^{-9}}$$ $$f=\frac{1}{2\pi \times {10}^{-5}}=\frac{1}{\mathrm{6,283}\times {10}^{-5}}\approx 15.9\text{kHz}$$

2. Sebuah osilator menggunakan penguat operasional dengan gain $A$, dan jaringan umpan balik memberikan faktor $\beta =\frac{1}{3}$. Berapakah nilai minimum gain $A$ agar osilator dapat berosilasi?

Jawaban:

Agar terjadi osilasi, harus memenuhi kriteria Barkhausen:

$$$$Aβ≥1

Diketahui $\beta =\frac{1}{3}$, maka:

$$$$A×13≥1⇒A≥3

3. Sebuah rangkaian amplifier menggunakan umpan balik negatif. Apa fungsi utama dari umpan balik negatif pada rangkaian tersebut?

A. Meningkatkan gain tanpa batas B. Mengurangi stabilitas sistem C. Menurunkan gain tetapi meningkatkan linearitas dan stabilitas D. Meningkatkan distorsi sinyal E. Meningkatkan daya keluaran

Jawaban: C.

Pembahasan: 

Negative feedback digunakan untuk menstabilkan gain, mengurangi distorsi, memperlebar bandwidth, dan meningkatkan linearitas.                                                                                                                                                                                   

8. Percobaan [kembali]

FIG 14.23

FIG. 14.24

9. Download File [kembali]

• Fig. 14.23 [klik disini]
• Fig. 14.24 [klik disini]

Download Datasheet

• Datasheet voltmeter [klik disini]

• Datasheet osiloskop [klik disini]

• Datasheet dioda [klik disini]

• Datasheet baterai [klik disini]

• Datasheet op-amp [klik disini]

• datasheet Transistor [klik disini]
• Datasheet resistor [klik disini]