2. • Osilator adalah suatu rangkaian yang menghasilkan
keluaran yang amplitudonya berubah-ubah secara
periodik dengan waktu. Keluarannya bisa berupa
gelombang sinusoida, gelombang persegi, gelombang
pulsa, gelombang segitiga atau gelombang gigi gergaji.
• Osilator merupakan rangkaian elektronik yang didesain
sebagai penghasil sinyal carrier
OSILATOR
Definisi
4. 1. Menggunakan feed back, osilator menggunakan
komponen feed back LC sebagai resonator penghasil
gelombang sinusoidal.
2. Menggunakan rangkaian resistansi negatif
OSILATOR
Metoda merancang Osilator/membangkitkan sinyal
6. OSILATOR
Prinsip Feedback / Umpan Balik
Feedback Positif Feedback Negatif
Rangkaian umpan balik adalah rangkaian dimana sinyal output di
umpan balikkan/ dikembalikan ke bagian input
8. OSILATOR
Ide Dasar osilator dengan umpan balik
Feedback Positif
Saat awal :
𝐴𝛽 > 1
Setelah stedy state :
𝐴𝛽 = 1
Noise Thermal
1. mula² dipilih |A.β| > 1 untuk
memicu osilasi, kemudian dipilih
|A.β| = 1 supaya osilasi stabil.
2. Besarnya pergeseran fasa yang
mengelilingi loop harus kelipatan
2π.
9. OSILATOR
osilator dengan umpan balik
• Rangkaian Penguat yang biasa
digunakan untuk membuat
rangkaian Osilator adalah
Transistor amplifier dan
Operational Amplifier (Op-Amp)
10. OSILATOR
osilator dengan umpan balik
• Rangkaian feedback selain berfungsi untuk penentu osilasi, pada
rangkaian ini juga merupakan rangkaian penentu Frekuensi osilasi
(resonator)
• Berdasarkan rangkaian feedbacknya ada beberapa jenis osilator →
RC, LC, Kristal osilator
• Jenis Resonator dengan feedback rangkaian LC contohnya :
Osilator Hartley, Osilator Collpits, dan Osilator Clapp/ Pierce
20. Rangkaian pengganti frekuensi tinggi :
(dari gambar rangkaian collpits yang pertama)
sL
+ +
+
_ _
_
Vbe
hie
Vbe
1/sC1
1/sC2
I3(S)
I2(S)
I1(S)
gmVbe
OSILATOR
Analisa rangkaian osilator Collpitts
22. ( )
( )
( )
s
V
s
V
s
A
i
o
= ( ) ( )
s
V
s
V be
i =
dimana
( ) ( )
( )
−
−
=
s
I
s
I
sC
gm
s
A
1
2
1
1
Penguatan Umpan Balik
( )
( )
( ) ( )
( )
( ) ( )
( )
−
−
=
=
−
=
s
I
s
I
sC
s
I
s
I
h
h
s
I
s
V
s
V
s
V
ie
ie
be
o
be
1
2
1
1
3
3
1
:
Diperoleh
Sehingga
;
OSILATOR
Penguatan Tegangan
23. ( )
( )
s
I
s
I
h
gm
A ie
1
3
1
=
−
=
Perhatikan pembagian arus berikut:
hie
sL
1/
sC
1
1/
sC
2
I1 I2
I3
24. ( ) ( )
s
I
h
sC
sC
s
I
ie
2
2
2
3
1
1
+
=
( )
( ) ie
h
sC
s
I
s
I
+
=
2
2
3
1
1
( )
( )
( )
( )
( ) ( ) 1
2
1
2
2
2
2
2
2
1
1
2
2
2
2
2
1
1
1
2
2
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
//
1
1
1
sC
h
sC
h
L
C
s
h
sC
sC
sC
h
sC
h
sC
sL
sC
sC
h
sC
h
sC
h
sC
h
sC
h
sC
sL
sC
sC
s
I
s
I
h
sC
sL
sC
sC
s
I
s
I
ie
ie
ie
ie
ie
ie
ie
ie
ie
ie
ie
+
+
+
+
=
+
+
+
+
=
+
+
+
+
+
=
+
+
=
OSILATOR
Dilihat dari rangkaian Pengganti
25. ( )
( ) ( ) 1
1
2
1
1
2
2
1
3
2
1
2
+
+
+
+
+
=
ie
ie
ie
h
C
C
s
L
C
s
h
L
C
C
s
h
sC
s
I
s
I
( )
( )
( )
( )
( )
( ) ( ) 1
1
2
1
1
2
2
1
3
1
2
2
3
1
3
+
+
+
+
=
=
ie
ie h
C
C
s
L
C
s
h
L
C
C
s
s
I
s
I
s
I
s
I
s
I
s
I
Sehingga :
( )
1
1
2
1
1
2
2
1
3
−
=
+
+
+
+
=
ie
ie
ie
h
C
C
s
L
C
s
L
h
C
C
s
h
gm
A
( ) ( )
1
1
:
sehingga
o
Imajiner
1
1
2
1
2
1
2
2
1
2
1
−
=
−
=
−
=
−
+
+
−
=
ie
ie
ie
h
gm
L
C
C
C
L
C
C
h
j
L
C
h
gm
A
26. ( ) 2
2
2
2
1
2
1
2
2
1
2
2
1
4
2 f
f
C
C
L
C
C
C
C
L
C
C
=
=
+
=
=
+
Jadi Frekuensi osilasi :
( )
+
=
+
=
2
1
2
1
2
1
2
1 1
2
1
2
1
C
C
C
C
L
C
C
L
C
C
fo
( )
2
1seri
1
2
1
C
C
L
fo
=
OSILATOR
Frekuensi Osilasi diperoleh dengan syarat Im =0
27. Jenis X1 X2 X3 Keterangan
Hartley L1 L2 C L = L1 + L2
Collpits C1 C2 L C = C1C2 / (C1+C2)
Clapp/
Pierce
C1 C2 seri LC3 C=C3
Frekuensi osilasi untuk semua jenis rangkaian adalah :
fo = 1/(2LC)
1
X 2
X
3
X
V
A
OSILATOR
Frequency Resonansi Osilator LC
29. • Beban mempunyai impedansi :
Zp = Z2 // (Z1+Z3)
• Penguatan tegangan : A=Vo/Vi
v
i
o
p
p
o A
V
R
Z
Z
V
−
+
= penguatan Inverting, sehingga
( )
( )
( ) ( ) o
v
v
o
p
p
v
R
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
A
R
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
A
R
Z
Z
A
A
3
1
2
3
1
2
3
1
2
0
3
2
1
3
1
2
3
2
1
3
1
2
)
(
+
+
+
+
+
−
=
+
+
+
+
+
+
+
−
=
+
−
=
OSILATOR
Penguatan maju dan Umpan balik Resonator
30. • Gambar Rangkaian
(Vi dan Vo thd ground):
Z3
Z1
Z2
Vo
-
+
Vi
( )
( ) ( )
1
3
1
2
3
2
1
1
2
3
1
1
3
1
1
−
=
+
+
+
+
=
+
−
=
+
=
−
Z
Z
Z
R
Z
Z
Z
Z
Z
A
A
Z
Z
Z
V
Z
Z
Z
V
o
v
o
i
OSILATOR
Penguatan Umpan Balik (β = Vi / Vo )
31. • Jika Impedansi yang digunakan adalah
Reaktansi murni ( Kapasitif/ Induktif ) yaitu
• Maka:
1
:
;
; 2
3
3
2
2
1
1 −
=
=
=
= j
jX
Z
jX
Z
jX
Z
( ) ( )
( )
3
1
2
3
2
1
3
1
2
3
2
1
2
1
0
0)
imajiner
bagian
/
saja
riil
(bil
1
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
jR
X
X
A
A
o
v
+
−
=
=
+
+
=
−
=
+
−
+
+
−
=
32. • Bila X3 induktif; maka 2 komponen lainnya
kapasitif (X1,X2)
• Bila salah satu kapasitif X3; maka
2 komponen lainnya Induktif (X1,X2)
( )
=
=
=
+
−
=
−
=
+
=
1
2
2
1
1
2
1
3
1
3
1
1
atau
1
L
L
C
C
X
X
X
X
X
A
X
X
X
A
A
v
v
33. • Jadi pada osilator collpits besar A v =C1/C2
sedangkan pada osilator Hartley A v =L2/L1
• Bila nilai A bisa dianggap mendekati/sama
dengan A v maka :
A ≈
𝐶1
𝐶2
𝑜𝑠𝑖𝑙𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑙𝑙𝑝𝑖𝑡𝑠 ≈
𝐿2
𝐿1
(osilator Hartley)
Karena A𝛽=1 agar terjadi osilasi, maka :
𝛽 ≈
𝐶2
𝐶1
(untuk osilator collpits)
𝛽 ≈
𝐿1
𝐿2
(untuk osilator Hartley)
34. Suatu osilator collpits seperti gambar
Contoh Soal
Tentukanlah :
a) Frekuency Resonansi
b) Nilai R1 dan Rf agar terjadi
osilasi!
36. OSILATOR
Osilator Resistansi Negatif:
(untuk gel. Mikro) dengan metode tahanan negatif 2 port
❑ Pada resonator untuk freuensi tinggi, terkadang sangat sulit untuk memastikan
tidak terjadi pergeseran phasa pada loop Feedback untuk mendapatkan
positive feedback. Maka ada pendekatn lain dalam merancang osilator yaitu
dengan pronsip Resistansi negative
❑ Pada pendekatan ini, osilator dimodelkan dengan two – port Network dimana
bagian Real dari Impedansi Inputnya bernilai Negative.
❑ Komponen/perangkat yang bisa merubah energi listrik menjadi energi panas
atau energi mekanik bisa dikatakan komponen dengan Resistansi Positif.
Sedangkan komponen/perngkat yang bisa merubah dari bentuk energi lain
menjai energi listrik bisa dikatakan komponen dengan Resistansi Negative.
38. • Syarat terjadi osilasi :
– K<1
– ГIN . ГL = 1
– ГOUT . ГT = 1
L
L
OUT
S
S
−
−
=
11
22
1
L
L
T
T
T
L
T
T
T
T
IN
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
−
−
=
−
−
=
−
−
=
−
+
=
.
.
1
.
.
1
1
1
22
11
11
22
22
11
22
21
12
11
OSILATOR
Osilator gelombang mikro (frekuensi tinggi)
39. 1. Pilih transistor yang mantap bersyarat (K<1)pada frekuensi osilasi
ωo
2. Mengambarkan lingkaran kemantapan terminasi
titik pusat:
jari-jari:
3. Rancang rangkaian terminasi untuk menghasilkan │ГIN│ > 1 (pilih
ГT di daerah tidak mantap)
4. Rancang rangkaian beban untuk beresonansi dengan Zin dan
penuhi kondisi syarat mula osilasi, yaitu:
2
2
22
11
22 *
*)
(
−
−
=
S
S
S
CT
2
2
22
21
12
−
=
S
xS
S
RT
3
;
)
(
)
( 0
0
in
L
in
L
R
R
X
X =
−
=
OSILATOR
Prosedur perancangan Osilator tahanan negative
40. 1. Rancanglah transistor yang akan digunakan sebagai
osilator tahanan negatif yang bekerja pd f=8GHz
dengan parameter”s” sbb:
S11 =0,98 < 163o
S12 =0,39 < -54o
S21 =0,675 < -161o
S22 =0,465 < 120o
Ref: Microwave Transistor Amplifier Analysis & Design, Guillermo
Gonzales, Example 5.3.1
OSILATOR
Contoh Perancangan
41. Solusi :
1. K = 0,529 < 1(mantap bersyarat)
2. CT = 1,35 < -156o dan RT = 0,521
plotkan ke smith chart, arsir daerah tidak mantap
3. Pilih ГT di daerah yang tidak mantap(│ГIN│ > 1 )
misal titik A ―› ГT = 1 < -163o
4. Rangkaian beban:
ZL=19 + j2,6
6
.
2
58
6
.
16
8
.
12
5
.
4
163
1
1
/
1
/
0
0
j
Z
j
Z
Z
Z
Z
Z
in
in
T
O
T
O
T
T
−
−
=
−
=
−
=
−
=
+
−
=
44. Example 11.9 ( “Microwave Engineering 2nd Edition” David M. Pozar)
2. Desainlah transistor sebagai osilator pada 4GHz menggunakan
FET GaAs Common gate configuration, untuk meningkatkan
“instability” gunakan induktor 5 nH dipasang seri pada kaki gate.
Pilihlah rangkaian terminasi untuk menyepadankan beban 50 Ω.
(gunakan saltran/stub).
Diketahui parameter S transistor dengan konfigurasi common source
sbb, :
S11 = 0,72 < -116o
S12 = 0,03 < 57o
S21 = 2,60 < 76o
S22 = 0,73 < -54o
pada Zo = 50 Ω
OSILATOR
Contoh Soal
45. • Hasil ukur parameter S pada konfigurasi common gate:
S’11 = 2.18 < -35o
S’12 = 2.75 < 96o
S’21 = 1.26 <18o
S’22 = 0,52 < 155o
• I S’11 I > I S11 I konfigurasi common gate lebih tidak stabil
(mudah berosilasi)
• CT=1.08<330 dan RT=0.665
• Pilih T yang menghasilkan I in I besar, misalkan T =0.59<-1040
ZT=20-j35
• in=3.96<-2.40 Zin=-84-j1.9
• ZL=28+j1.9
Terakhir Rancanglah IMC-in dan IMC-out
OSILATOR
Solusi
48. 3. Desainlah transistor sebagai osilator pada 3 GHz menggunakan FET GaAs
Common Source configuration dicatu pada sisi Drain. Diketahui parameter S
transistor sbb pada Zo = 50 Ω :
S11 = 0.40 -600
S21 = 2.00 400
S12 = 0.10 550
S22 = 0.91 -430
a. Hitung faktor dan faktor kestabilan K, dari hasil tersebut apakah
kesimpulan anda!
b. Hitung dan Plot lingkaran kemantapan teminasi
c. Pilih ГT dan ZT untuk menghasilkan │ГIN│ >>1 (pilih di daerah tidak
mantap) ➔TIAP MAHASISWA HARUS BERBEDA, JIKA SAMA
NILAI DIBAGI RATA)
d. Hitung ГL dan ZL supaya transistor tetap berosilasi
e. Rancanglah rangkaian terminasi dan rangkaian beban (gunakan saltran
&/ stub paralel-open circuit).
OSILATOR
Contoh Soal
