Fig 14

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

7. Problem

1. Pendahuluan (kembali)

Dalam dunia elektronika, rangkaian osilator digunakan untuk menghasilkan gelombang periodik seperti sinus, pulsa, atau gelombang gigi gergaji. Osilator sangat penting dalam perangkat digital, komunikasi, dan sistem kontrol. Tiga jenis osilator yang ditampilkan di sini melibatkan teknologi op-amp, transistor unijunction (UJT), dan penguat daya, yang mencerminkan beragam pendekatan untuk menghasilkan osilasi frekuensi tetap.

2. Tujuan (kembali)

FIG 14.36 – Osilator Kristal dengan Op-Amp (LM833N)

Tujuan:
Menghasilkan sinyal osilasi sinusoidal dengan frekuensi tinggi yang sangat stabil.
Memanfaatkan resonansi kristal kuarsa untuk memperoleh frekuensi tetap yang akurat (misalnya 8 MHz, 10 MHz, dll).
Menyediakan sinyal clock yang presisi untuk sistem digital seperti mikrokontroler, komunikasi data, dan pemrosesan sinyal digital (DSP).
Zener diode digunakan untuk membatasi amplitudo sinyal agar tetap dalam rentang yang aman (misalnya ±5V).
FIG 14.37 – UJT Relaxation Oscillator

Tujuan:
Menghasilkan sinyal pulsa atau gelombang gigi gergaji dengan frekuensi rendah–menengah.
Menerapkan prinsip osilator relaksasi, yaitu pengisian dan pengosongan kapasitor yang dipicu oleh transistor UJT.
Cocok digunakan sebagai:
- Pemicu (trigger) untuk rangkaian SCR.
- Pengatur lampu LED berkedip.
- Penghasil sinyal waktu di sirkuit sederhana
  FIG 14.39 – Variasi UJT Oscillator dan Kendali Transistor Daya
  
  Tujuan:
- Menampilkan variasi rangkaian osilator relaksasi berbasis UJT.
- Salah satu variasinya (dengan Q5 – 2N3055) ditujukan untuk:
  - Mengontrol beban berdaya besar seperti motor atau lampu.
  - Mengubah pulsa osilator menjadi aksi switching transistor daya.
- Memberikan pemahaman mengenai amplifikasi sinyal pemicu menuju pengendalian beban besar.

3. Alat dan Bahan (kembali)

A. ALAT

1.Voltmeter / Multimeter Digital

Untuk mengukur dan membandingkan tegangan input dan output op-amp.

2. Power Supply DC

Menyediakan catu daya simetris (+Vcc dan -Vcc) untuk mengaktifkan op-amp 741.

3. Software Simulasi (misalnya Proteus)

Sebagai media perakitan atau simulasi rangkaian elektronik.

B. BAHAN

1. IC Op-Amp 741

Digunakan sebagai penguat operasional dalam konfigurasi unity gain (buffer). Menyediakan output yang identik dengan input tanpa penguatan.

2. 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.

3. 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.

Cara Menghitung Nilai Resistor

4. Voltmeter

Alat ukur untuk mengukur besar Tegangan dalam satuan Volt

5. Ampere Meter

Alat ukur untuk mengukur Kuat Arus dalam satuan Ampere

4. Dasar Teori (kembali)

Osilator adalah rangkaian yang mampu menghasilkan sinyal listrik berulang (gelombang).

Berdasarkan komponen aktifnya, osilator dapat dibagi menjadi:

Op-Amp Crystal Oscillator (FIG 14.36)

UJT Relaxation Oscillator (FIG 14.37 & 14.39)

Kristal kuarsa memiliki frekuensi resonansi yang sangat stabil.

UJT (Unijunction Transistor) bekerja sebagai pemicu pengosongan kapasitor dalam osilator relaksasi

5. Prinsip Kerja [kembali]

Rangkaian voltage buffer bekerja berdasarkan prinsip penguatan unity (gain = 1) dari op-amp, di mana output ( $V_{o}$ ) mengikuti input ( $V_{i}$ ) secara langsung tanpa perubahan nilai tegangan. Rangkaian ini menggunakan konfigurasi non-inverting, yaitu sinyal input diberikan ke pin non-inverting (pin 3), sedangkan pin inverting (pin 2) dihubungkan langsung ke output (pin 6), membentuk umpan balik negatif penuh (full negative feedback).

Saat tegangan input diberikan ke pin 3, op-amp 741 akan secara otomatis menyesuaikan tegangan keluarannya agar selisih tegangan antara kedua input (differential input) mendekati nol. Karena pin 2 terhubung ke output, maka op-amp akan menghasilkan tegangan output yang sama persis dengan tegangan input.

Dengan demikian:

V_{o} = V_{i​}

Rangkaian buffer ini tidak memberikan penguatan, tetapi berfungsi sebagai pemisah (isolator) antara rangkaian sumber dan beban, dengan keunggulan:

Impedansi masukan sangat tinggi, sehingga tidak membebani sumber sinyal.
Impedansi keluaran sangat rendah, sehingga dapat menggerakkan beban dengan lebih efisien.

Penggunaan catu daya simetris (+15 V dan −15 V) memastikan bahwa op-amp dapat bekerja dengan baik untuk berbagai sinyal input, baik positif maupun negatif, tergantung dari aplikasinya.

6. Ringkasan [kembali]

Ringkasan:

⚙️ FIG 14.36 – Crystal Oscillator dengan Op-Amp

Menggunakan LM833N untuk penguatan sinyal dari kristal.
X1 (kristal) berfungsi sebagai filter resonansi.
D1 & D2 (Zener) membatasi tegangan output agar tidak berlebihan.

⚙️ FIG 14.37 – UJT Relaxation Oscillator

Menggunakan UJT (Q1) dan kapasitor C2.
Rangkaian menghasilkan gelombang pulsa atau gigi gergaji berdasarkan pengisian dan pengosongan kapasitor.

⚙️ FIG 14.39 – Variasi UJT Oscillator

Menampilkan berbagai konfigurasi UJT (Q2, Q3, Q4) dan 1 penguat daya (Q5).
Digunakan untuk aplikasi pemicu, lampu flash, hingga switching transistor daya (Q5: 2N3055).

7. Problem [kembali]

PROBLEM SHEET 1 – Analisis Dasar

Soal 1: Jelaskan perbedaan mendasar antara osilator berbasis kristal (FIG 14.36) dan osilator relaksasi (FIG 14.37 & 14.39)!

Jawaban:

Osilator kristal menggunakan resonansi mekanik kristal kuarsa untuk menghasilkan frekuensi yang sangat stabil dan tinggi (MHz).
Osilator UJT (relaksasi) menggunakan pengisian dan pengosongan kapasitor yang dipicu oleh unijunction transistor, cocok untuk frekuensi rendah–menengah dan bentuk gelombang non-sinusoidal seperti pulsa.

Soal 2: Apa fungsi dari dioda zener D1 dan D2 dalam FIG 14.36?

Jawaban:

D1 dan D2 adalah dioda zener yang dipasang berlawanan arah di output.
Fungsi utamanya adalah membatasi tegangan output agar tidak melebihi batas aman (biasanya ±5V), menjaga agar sinyal tidak berlebihan dan tetap aman bagi perangkat berikutnya.

Soal 3: Mengapa UJT cocok digunakan dalam osilator relaksasi?Jawaban:

UJT memiliki tegangan pemicu (peak point).
Saat kapasitor mengisi dan mencapai tegangan ini, UJT akan menghantarkan tiba-tiba → kapasitor cepat terdischarge → menghasilkan pulsa.
Ini membuat UJT sangat cocok untuk membentuk pulsa berulang dalam osilator relaksasi.

PROBLEM SHEET 2 – Perhitungan

Soal 1: Jika kristal X1 memiliki frekuensi 8 MHz, berapa frekuensi output dari FIG 14.36?

Jawaban:

Karena kristal berfungsi sebagai resonator utama, maka frekuensi output = 8 MHz.
Soal 2: Hitung periode dan frekuensi osilasi UJT

Data:

R = 10 kΩ
C = 1 nF
Vcc = 10 V
Vp (tegangan picu UJT) = 0.7
Jawaban:

Gunakan:

Soal 3: Apa dampaknya jika C dinaikkan 10x?

Jawaban:

Karena $T = RC$ , maka jika $C$ dinaikkan 10x, periode meningkat 10x dan frekuensi menurun 10x.
Output menjadi lebih lambat dan pulsa lebih jarang.

📄 PROBLEM SHEET 3 – Aplikasi dan Modifikasi

Soal 1: Bagaimana memodifikasi FIG 14.39 agar dapat mengontrol motor dengan Q5?

Jawaban:

Tambahkan flyback diode (dioda bebas balik) paralel dengan motor untuk mencegah lonjakan tegangan induktif saat switching.
Pastikan R14 cukup kecil agar Q5 masuk ke kondisi saturasi saat menerima pulsa basis dari UJT.
Tambahkan filter kapasitor jika diperlukan untuk menghaluskan switching.

Soal 2: Jika output FIG 14.36 melebihi 5V, apa penyebabnya?

Jawaban:

Kemungkinan besar:
- Zener diode rusak
- Salah arah pemasangan (terbalik polaritas)
- Zener yang digunakan memiliki tegangan breakdown lebih tinggi dari 5V

Soal 3: Kelebihan osilator kristal dibanding UJT dalam komunikasi Jawaban:

Frekuensi sangat stabil, tidak mudah berubah oleh suhu atau tegangan.
Cocok untuk frekuensi tinggi (MHz-GHz) seperti sistem komunikasi digital dan RF.
Noise sangat rendah → cocok untuk aplikasi presisi tinggi seperti jam, mikroprosesor, PLL, dll.

8. Soal Latihan [kembali]

Soal 1:

Jelaskan dua kelebihan dari osilator berbasis kristal (FIG 14.36) dibandingkan osilator berbasis UJT (FIG 14.37), dan dua keunggulan UJT dibandingkan kristal dalam aplikasi praktis!

Jawaban:

Kelebihan Osilator Kristal (FIG 14.36):

Frekuensi sangat stabil terhadap suhu dan tegangan.
Akurasi tinggi, cocok untuk sistem digital dan komunikasi.

Kelebihan Osilator UJT (FIG 14.37):

Rangkaian lebih sederhana dan murah.
Mudah disesuaikan frekuensinya hanya dengan mengubah R atau C.

Soal 2: Perhitungan Frekuensi Osilasi UJT

Sebuah osilator UJT menggunakan R = 10 kΩ dan C = 1 nF. Jika Vcc = 10 V dan tegangan pemicu UJT adalah 0.7 V, hitung:

Perkiraan periode T dari sinyal osilasi.
Frekuensi osilasi f dalam kHz.

Jawaban:

Soal 3:

Jelaskan bagaimana Q5 (transistor daya 2N3055) dapat dikendalikan oleh UJT dalam rangkaian FIG 14.39. Sebutkan fungsi masing-masing komponen yang mendukung proses switching tersebut.

Jawaban:

Q4 (UJT) berfungsi sebagai osilator relaksasi yang menghasilkan pulsa.
R13 dan R14 mengatur sinyal basis yang masuk ke Q5.
Pulsa dari UJT akan membuka basis Q5 secara periodik.
Q5 (2N3055) bekerja sebagai saklar daya yang menghubungkan beban besar ke ground saat basis menerima pulsa dari UJT.

Kesimpulan: UJT berfungsi sebagai pemicu periodik untuk menyalakan Q5, yang kemudian mengaktifkan beban seperti motor atau lampu.

9. Percobaan [kembali]

Rangkaian 14.36