laporan praktikum osilator colpitts dan hartley

1. OSILATOR COLPITTS DAN HARTLEY
I. TUJUAN
1. Untuk memahami teori dasar osilator.
2. Merancang dan menerapkan colpitts dan osilator Hartley.
3. Merancang dan menerapkan osilator kristal dan voltagekontrol.
4. Untuk memahami pengukuran dan perhitungan frekuensi keluaran
osilator.
II. TEORI
Saat ini, komunikasi nirkabel banyak digunakan dan berkembang pesat.
Oleh karena itu, osilator RF menjadi salah satu anggota penting dalam komunikasi
nirkabel. Karakteristik osilator adalah dapat menghasilkan gelombang sinusoidal
atau gelombang persegi pada terminal keluaran tanpa sinyal masukan. Jadi
osilator menjadi peran penting tidak masalah bagi sinyal sinyal pembawa yang
dimodulasi. Dalam bab ini, kita akan fokus pada teori osilator umpan balik dan
perancangan dan implementasi berbagai jenis osilator. Selain itu, kita juga bisa
belajar mengukur dan menghitung frekuensi keluaran osilator dalam bab ini.
2-1 Teori Operasi Osilator
Gambar 2-1 menunjukkan diagram blok dasar rangkaian osilator. Ini
mencakup amplifier dan resonator, yang terdiri dari jaringan umpan balik positif.
Saat kita menyalakan power, sirkuit akan menghasilkan noise. Kebisingan akan
diperkuat oleh penguat, dan melewati rangkaian resonator yang memiliki fungsi
saringan. Akhirnya yang tersisa adalah sinyal di passband. Sinyal yang tidak
diinginkan disaring oleh resonator. Jadi pass through signal akan dikirim ke port
input amplifier dan digabungkan ke sinyal asli, yang fasenya sama dan akan
diperkuat lagi. Pada gambar 2-1, fungsi transfer thw dapat dinyatakan sebagai.
Definisi gain loop terbuka adalah
Dengan menggunakan prinsip Barkhausen, kita mengetahui kondisi osilator

2. Oleh karena itu, kita dapat memperoleh frekuensi sudut tertentu ω0 untuk
memastikan bahwa gain loop terbuka L (jω0) sama dengan 1, dan harus 0 derajat,
yaitu.
Gambar 2-1 Diagram blok rangkaian osilator
Dari pengertian bove, untuk memenuhi persamaan (2-3) dan (2-4) kita
harus memastikan bahwa produk dari faktor umpan balik dan gain penguatnya
adalah 1. Sementara, total penjumlahan fasa adalah nol setelah Umpan balik Oleh
karena itu, gambar 2-1 Cn diubah menjadi gambar 2-2 untuk struktur penguat
yang berbeda.
Gambar 2-2 Rangkaian osilator yang terdiri dari penguat non-pembalik dan
pembalik
2-2 Osilator Colpitts Dan Hartley
Gambar 2-3 menunjukkan struktur dasar osilator umpan balik LC yang Z1,
Z2 dan Z3 mewakili komponen induktansi atau kapasitansi. Gambar 2-4 adalah
rangkaian ekuivalen sinyal kecil untuk osilator umpan balik LC. Dari gambar 2-4,
kita dapatkan

3. Gantikan ke persamaan (1-5), kita dapatkan
Dari persamaan (2-4), kita mengetahui bahwa bilangan Aβ adalah bilangan
real, oleh karena itu, kondisi pertama osilator umpan balik LC untuk berosilasi
adalah.
Sampai persamaan (2-3) |A(jω0).β(jω0)|=1, kemudian,
Jadi, kondisi kedua adalah
Gambar 2-4 Sirkuit equivalen kecil untuk osilator umpan balik LC
Dari istilah di atas, kita bisa membuat sebuah kesimpulan. Diagram dasar
osilator mencakup amplifier dan resonator untuk membentuk jaringan umpan

4. balik. Saat kita menyalakan power, sirkuit akan menghasilkan noise. Kebisingan
akan diperkuat oleh amplifier, dan melewati rangkaian resonator yang memiliki
fungsi saringan. Akhirnya yang tersisa adalah sinyal di passband. Sinyal yang
tidak diinginkan disaring oleh resonator. Jadi pass through signal kemudian akan
dikirim ke port input amplifier dan digabungkan dengan sinyal asli, yang fasenya
sama dan diperkuat lagi. Begitulah osilasi terbentuk. Di sisi lain, berdasarkan
prinsip Barkhausenoscillation, kondisi pertama dan kedua menginformasikan
kepada kita.
1. karena gain tegangan penguat adalah bilangan real, oleh karena itu Z1 dan Z2
adalah komponen yang sama dengan reaktansi yang berbeda.
2. Gain voltase, A dari amplifier harus lebih besar dari rasio Z1 dan Z2.
Gambar 2-5 menunjukkan tiga jenis osilator yang umum, yaitu colpitts.
Hartley dan bertepuk tangan. Jika kita menggabungkan osilator dengan transistor
dengan memanfaatkan mode gerbang umum, mode pengeringan biasa atau mode
sumber yang umum, maka ada banyak jenis mode osilator untuk seleksi.
Gambar 2-6 adalah rangkaian ekuivalen AC osilator colpitts. Rangkaian
resonan paralel LC antara basis dan transistor transistor. Sopart tegangan berasal
dari pembagi tegangan yang dibentuk oleh C1 C2, dan umpan balik ke basis
transistor. R mewakili total penjumlahan resistor keluaran, resistor beban
bersamaan dengan resistor ekuivalen dari induktor dan kapasitor transistor.
Gambar 2-5 tiga tipe umum dari osilator

5. Gambar 2-6 Sirkuit ekuivalen AC dari osilator colpitts
Jika frekuensi operasi rendah, maka kita cn mengabaikan kapasitansi
persimpangan internal transistor. Oleh karena itu, dari persamaan (2-7), frekuensi
osilator osilator colpitts adalah
Kita perlu mempertimbangkan kondisi colpitts dari colpitts oscillator.
Gain tegangan A dari amplifier adalah gmR. Kemudian, dari persamaan (2-8), kita
mengetahui bahwa kondisi osilasi adalah
Gambar 2-7 adalah diagram rangkaian osilator colpitts. R1 R2 R3 dan R4
memberikan bias operasi pada transistor, C1 adalah kapasitor kopling, C2 adalah
kapasitor bypass, C3 C4 dan L1 terdiri dari rangkaian resonansi untuk memilih
frekuensi operasi yang sesuai.
Gambar 2-7 diagram sirkuit dari osilator Colpitts

6. Gambar 2-8 Sirkuit ekuivalen AC dari osilator Hartley
Gambar 2-8 adalah sirkuit equinment AC osilator Hartley. Sama seperti
osilator colpitts, rangkaian resonansi LC paralel menghubungkan antara basis dan
kolektor transistor, perbedaannya adalah bagian dari tegangan yang berasal dari
pembagi tegangan yang dibentuk oleh L1 dan L2 dan umpan balik ke basis
transistor. R mewakili total penjumlahan resistor keluaran, resistor beban
bersamaan dengan resistor ekuivalen dari induktor dan kapasitor transistor.
Jika frekuensi operasi rendah, maka kita bisa mengabaikan kapasitansi
junction internal transistor. Oleh karena itu dari persamaan (2-19), frekuensi
theoscillator dapat diperoleh sebagai
Demikian pula, dari persamaan (2-20), kita bisa mendapatkan kondisi
osilator sebagai
Gambar 2-9 adalah diagram rangkaian osilator Hartley R1 R2 dan R3
Menyediakan bias operasi terhadap transistor, C1 adalah kapasitor kopling,
kapasitor bypass C2, C3 L1 dan L2 terdiri dari rangkaian resonansi untuk memilih
frekuensi operasi yang sesuai.
Gambar 2-9 diagram sirkuit dari osilator Hartley
2-3 Osilator Crystal

7. Untuk mendapatkan kestabilan frekuensi yang lebih baik, jelas bahwa kita
harus memilih sirkuit Q yang tinggi saat merancang rangkaian osilator, seperti
transistor dengan efek piezoelektrik, misalnya kuarsa, keramik dan sebagainya.
Transistor ini biasanya digunakan untuk merancang rangkaian osilator dengan
stabilitas tinggi karena alasan hilangnya transistor sangat rendah dan nilai Q dari
alasannya sangat tinggi dan stabil.
Kristal adalah struktur tri-dimensi. Ini adalah osilator mekanik, yang
memiliki berbagai jenis osilasi. Kristal adalah alat yang biasanya dibuat dengan
memotong kristal kuarsa murni dengan potongan yang sangat tipis dan memasang
wajah dengan konduktor agar bisa membuat sambungan wlwctrical. Properti yang
membuat kristal berguna dalam merancang osilator adalah efek piezoelektrik. Bila
kristal tersebut menghasilkan berbagai jenis osilasi. Selain itu, kita bisa memilih
jenis osilasi yang spesifik dan harmonik orde tinggi melalui proses produk kristal
yang berbeda. Gambar 2-10 menunjukkan rangkaian ekuivalen dan karakteristik
impedansi kristal. Pada gambar 2-10, kapasitor paralel CP adalah kapasitor statis
dalam kisaran sekitar 7 ~ 10 pF. Kapasitor seri CS dan induktor L sesuai dengan
urutan pembuangan dan massa kristal. Umumnya nilai CS sekitar 0,05 pF, dan L
sekitar 10 H. Kerugian internal diwakili oleh resistor yang terutama berasal dari
plating, penjepit dari nilai Q kristal sangat tinggi, oleh karena itu r nampaknya
sangat kecil. , Hanya beberapa ohm. Selain itu, kita juga bisa mendapatkan
rangkaian atau frekuensi resonan paralel, masing-masing. Pada gambar 2-10, kita
punya
(a) rangkaian ekuivalen kristal (b) kurva karakteristik impedansi
Gambar 2-10 Sirkuit ekuivalen kristal dan kurva karakteristik impedansi
Karena CP ~ 140 CS maka selisih antara fs dan fp adalah sekitar 0,36%

8. Kristal selalu memainkan peran sebagai rangkaian resonan paralel atau seri
di rangkaian osilator. Karena nilai Q yang tinggi dari kristal, stabilitas frekuensi
osilator bisa lebih tinggi daripada menggunakan induktor dan capacitos umum.
Jika crystl digunakan dalam sirkuit resonan paralel, maka disebut s osilator kristal
mode paralel, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2-11 (a). Di sirkuit osilator
dengan mode paralel, kristal bisa dilihat sebagai induktor. Di sisi lain, jika kristal
dioperasikan dalam rangkaian resonan seri, maka disebut sebagai osilator kristal
mode seri yang ditunjukkan pada gambar 2-11 (b). Dalam rangkaian osilator
mode seri eith, kristal bisa jadi sebagai kapasitor. Selain itu, desain osilator kristal
ini mirip dengan metode perancangan tanpa menggunakan kristal. Namun, kita
harus lebih memperhatikan desain rangkaian bias karena sinyal DC tidak boleh
melewati kristal.
(a) sirkuit osilator kristal mode paralel (b) rangkaian kristal kristal mode seri
Gambar 2-11 struktur sirkuit dari osilator Crystal
Gambar 2-12 diagram sirkuit dari osilator collpits dan crystal
Gambar 2-12 adalah diagram rangkaian osilator kristal colpits. Bias
operasi transistor disediakan oleh R1 R2 dan R3. Selain itu C1 dan C2 adalah
kapasitor paralel eksternal yang ditambahkan pada kristal. Nilai yang kita pilih
harus lebih tinggi sampai kapasitor parasit bisa terbengkalai. Bypass
Kapasitor dan kapasitor yang digabungkan dilambangkan sebagai C3 dan
C4 masing-masing. Frekuensi osilasi rangkaian ini diputuskan oleh frekuensi
osilator kristal yang kita gunakan.

9. 2-4 Osilator Terkontrol Tegangan
Osilator yang dikendalikan voltase adalah rangkaian osilator n sehingga
frekuensi keluaran dapat dibawa oleh voltase. Konsep dan metode desain utama
mirip dengan osilator umpan balik LC seperti yang disebutkan sebelumnya.
Namun, satu-satunya yang berbeda adalah kita menggunakan dioda varactor,
dimana kapasitansinya dapat divariasikan oleh voltase untuk mengganti kapasitor
aslinya. Oleh karena itu, kita mungkin tidak membahas teori osilator tapi kita akan
fokus pada teori dioda varactor.
Dioda Varistor atau dioda tuning terutama digunakan untuk mengubah
nilai kapasitansi osilator. Tujuannya adalah untuk membiarkan frekuensi keluaran
osilator dapat disesuaikan atau merdu, oleh karena itu dioda varaktor
mendominasi kisaran yang merdu dari osilator yang dikendalikan oleh voltase
keseluruhan. Dioda Varactor adalah dioda, yang kapasitansinya dapat divariasikan
dengan menambahkan tegangan bias balik ke sambungan pn. Ketika tegangan
bias mundur meningkat, daerah penipisan menjadi lebar, ini akan menyebabkan
nilai kapasitansi menurun; Namun bila tegangan bias balik menurun, daerah
penipisan akan berkurang, ini akan menyebabkan nilai kapasitansi meningkat.
Dioda Varactor juga bisa divariasikan oleh amplitudo sinyal AC.
Gambar 2-13 adalah diagram analog kapasitansi varactor diode. Bila dioda
karat tanpa tegangan bias, konsentrasinya akan berbeda dari pembawa minor pada
sambungan pn. Kemudian operator ini akan diffude dan menjadi depetion region.
Daerah penipisan tipe p membawa ion positif elektron, daerah penipisan tipe n
membawa ion negatif. Kita bisa menggunakan kapasitor plat paralel untuk
mendapatkan ungkapan seperti yang ditunjukkan sebagai berikut
dimana
Konstanta dielektrik silikon
J: daerah penampang kapasitor
D: lebar daerah deplesi
Bila tegangan bias mundur meningkat, lebar daerah penipisan akan
meningkat namun area penampang A tetap sama, oleh karena itu nilai kapasitansi

10. akan berkurang. Di sisi lain, nilai kapasitansi akan meningkatkan tegangan saat
bias berbalik turun.
Dioda Varactor dapat setara dengan kapasitor saries sebuah resistor (Rs)
dan sebuah induktor (Ls) seperti yang ditunjukkan pada gambar 2-14. Dari
gambar 2-14, Cj adalah kapasitor persimpangan semikonduktor, yang hanya
keluar pada sambungan pn. Rs adalah jumlah resistansi curah dan resistansi
kontak bahan semikonduktor, yang terkait dengan kualitas dioda varactor
(umumnya di bawah beberapa (ohm). Ls adalah induktor setara dengan bahan wie
dan semiconductor.
Gambar 2-20 adalah diagram cicuit osilator contolled tegangan dengan
menggunakan struktur tepuk osilasi pada gambar 2-10 (c). R1, R2 dan R3
memberikan tegangan bias operasi dari transistor. C2, C3, L1, Cv1 dan Cv2 terdiri
dari sirkuit resonan untuk memilih frekuensi operasi yang tepat. Akhirnya, C1
adalah kapasitor by pass dan C4 adalah kapasitor yang digabungkan.
Gambar 2-13 diagram analog kapasitansi dari dioda varaktor.
Gambar 2-14 simbol sirkuit dan diagram ekivalen dioda varaktor.

11. Gambar 2-15 diagram rangkaian osilator terkontrol tegangan.

12. III. LANGKAH PERCOBAAN
Percobaan 1: colpits dan osilator Hartley
1. Untuk menyokong sirkuit seperti yang ditunjukkan pada gambar 2-7 yang
L1 = 27μH, C3 = 1nF, C4 = 15 nF atau lihat gambar ACS2-1 pada modul
ACT-17300-01. Misalkan J1 dan J2 menjadi hubung singkat, J3 dan J4
menjadi sirkuit terbuka.
2. Matikan osiloskop ke saluran AC, lalu amati pada panci ouput (O / P) dan
port umpan balik (TP1) osilator. Kemudian, catat wavefrom sinyal dan
frekuensi pada tabel 2-1.
3. Untuk menerapkan rangkaian seperti yang ditunjukkan pada gambar 2-9
yang L2 = 220μH, L3 = 100μH, C5 = 10 nF atau lihat gambar ACS2-1
pada modul ACT- 17300-01. Misalkan J3 dan J4 akan hubung singkat, J1
dan J2 menjadi sirkuit terbuka.
4. Matikan osiloskop ke saluran AC, lalu amati pada port sinyal output (O /
P) dan port umpan balik (TP1) osilator. Kemudian, catat wavefrom sinyal
dan frekuensi pada tabel 2-1.
Percobaan 2: osilator kristal dan voltase terkontrol
1. Untuk menerapkan rangkaian seperti yang ditunjukkan pada gambar 2-12,
yang C2 = C3 = 680 pF, X'tal = 6MHz atau lihat gambar ACS2-2 pada
modul ACT-17300-01. Misalkan J2 menjadi hubung singkat, J1 menjadi
sirkuit terbuka.
2. Matikan osiloskop ke saluran AC, lalu amati pada port sinyal output (O /
P) dan port umpan balik (TP1) osilator. Kemudian, catat wavefrom sinyal
dan frekuensi pada tabel 2-2.
3. Untuk menerapkan rangkaian seperti gambar 2-15, yang C2 = C3 = 680
pF, L1 = 100μH, CV1 = CV2 = 1SV55 atau lihat gambar ACS2-2 pada

13. modul ACT-17300-01. Misalkan J1 menjadi hubung singkat, J2 menjadi
sirkuit terbuka.
4. Sesuaikan resistor variabel, VR1, sehingga tegangan DC (Vt) dari dioda
varactor bervariasi dari nilai pada tabel 2-3.
5. Matikan osiloskop ke saluran AC, lalu amati pada port sinyal output (O /
P) dan catat hasil yang diukur pada tabel 2-3.
6. Menurut data pada tabel 2-3, sketsa kurva karakteristik dengan frekuensi
versus tegangan pada gambar 2-16.

14. IV. DISKUSI MASALAH
1. Jelaskan kondisi osilasi bahwa osilator bisa beroperasi dengan cara
yang tepat.
2. Jelaskan kondisi osilasi bahwa osilator osilator dan osilator hartley
dapat beroperasi dengan cara yang benar
3. Coba mensimulasikan osilator hartley seperti yang ditunjukkan pada
gambar 2-9 dengan frekuensi keluaran 5 MHz, kemudian cari nilai C3,
L1 dan L2.
4. Secara singkat gambarkan kelebihan osilator kristal.
5. Secara singkat gambarkan konsep disain osilator terkontrol voltase.

15. Hasil Pengukuran
Nilai komponen
Osiator colpits
Gelombang Sinyal Keluaran
L1:________________
C3:________________
C4:_________________
O/P
TP1
NiaiTeori f0 = _________________________
Nilai pengukuranf0 =____________________
Nilai komponen
osiator Harley
Gelombang Sinyal Keluaran
L1:________________
L3:________________
C5:_________________
O/P

16. Tabel 2.2
Gelombang Sinyal
Keluaran
NilaiKomponen osilator Hartley
C2:_____; C3:______; X’tall:______
(O/P)
Nilaiteori f0=__________________________
Nilaipengukuran f0=____________________
TP1 Nilaiteori f0=__________________________
Nilaipengukuran f0=____________________
TP1
NiaiTeori f0 = _________________________
Nilai pengukuranf0 =____________________

17. Tabel 2.3
Input DC Bias
(V1)
Frequensi Sinyal Keluaran
(MHz)
1
Input DC
Bias
(V1)
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Frequensi
Sinyal
Keluaran
(MHz)

18. 2
3
4
5

19. 6
7
8
9

20. 10