14.29 - FET Hartley oscillator.

TUGAS CHAPTER 14

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Example

6. Problem

7. Soal Latihan

8. Percobaan

9. Link Download

1. Pendahuluan[Kembali]

    Oscillator adalah rangkaian yang digunakan untuk menghasilkan gelombang sinusoidal atau gelombang periodik lainnya tanpa memerlukan input eksternal selain dari sumber tegangan. Salah satu aplikasi penting oscillator adalah dalam pengaturan frekuensi pada perangkat komunikasi, generator sinyal, serta dalam pengolahan sinyal secara umum. Beberapa jenis oscillator yang banyak digunakan antara lain Colpitts oscillator, Hartley oscillator, dan FET Hartley oscillator, yang masing-masing memiliki karakteristik dan cara kerja yang berbeda.

    Colpitts oscillator menggunakan elemen LC (induktor dan kapasitor) dalam umpan balik untuk menghasilkan gelombang sinusoidal. Sementara itu, Hartley oscillator menggunakan dua induktor dalam konfigurasi umpan balik, yang menghasilkan frekuensi osilasi yang stabil. FET Hartley oscillator merupakan varian dari Hartley oscillator yang menggunakan transistor FET, memberikan keuntungan dalam penguatan sinyal pada frekuensi tinggi. Keuntungan utama dari ketiga rangkaian oscillator ini adalah kemampuannya untuk menghasilkan sinyal dengan frekuensi yang dapat disesuaikan dan kestabilan yang baik.

    Pada percobaan ini, kita akan mempelajari cara kerja ketiga jenis oscillator tersebut, mengukur frekuensi keluaran yang dihasilkan, serta menganalisis komponen-komponen utama yang mempengaruhi kestabilan dan efisiensi sinyal yang dihasilkan oleh masing-masing rangkaian oscillator.

2. Tujuan[Kembali]

1. Mempelajari cara kerja dari tiga jenis oscillator, yaitu Colpitts oscillator, Hartley oscillator, dan FET Hartley oscillator.
2. Mengukur frekuensi keluaran yang dihasilkan oleh ketiga jenis oscillator yang diuji.
3. Menganalisis komponen-komponen utama yang mempengaruhi kestabilan dan efisiensi sinyal yang dihasilkan oleh masing-masing rangkaian oscillator.
4. Menilai kestabilan dan efisiensi sinyal yang dihasilkan oleh masing-masing jenis oscillator untuk aplikasi yang lebih luas.

3. Alat dan Bahan[Kembali]

• Resistor 

     Resistor merupakan komponen elektronik yang memiliki dua pin dan didesain untuk mengatur tegangan listrik dan arus . Resistor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir, berdasarkan persamaan hukum ohm 




 
• Transistor
  
  
  

                   Transistor merupakan sebuah alat semikonduktor yang dapat dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal.

• Transformator
  

  
  
  

  Transformator adalah komponen elektromagnetik yang digunakan untuk mengubah tingkat tegangan listrik AC (arus bolak-balik) dari satu nilai ke nilai lainnya melalui prinsip induksi elektromagnetik. Transformator terdiri dari dua kumparan kawat, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder, yang dililitkan pada inti besi yang sama. Ketika arus AC mengalir melalui kumparan primer, medan magnet yang berubah-ubah terbentuk di inti, dan medan ini kemudian menginduksi tegangan pada kumparan sekunder. Besarnya tegangan output tergantung pada rasio jumlah lilitan antara kedua kumparan

• Ground

    Grounding atau Pentanahan adalah sistem pentanahan yang terpasang pada suatu instalasi listrik yang bekerja untuk meniadakan beda potensial dengan mengalirkan arus sisa dari kebocoran tegangan atau arus dari sambaran petir ke bumi. 






• Op-Amp 741

    Perangkat penguat tegangan yang dirancang untuk digunakan dengan komponen umpan balik eksternal seperti resistor dan kapasitor antara terminal keluaran dan masukannya.





• Baterai
            Baterai adalah suatu bahan yang dapat mengubah energi kimia menjadi energi listrik yang dapat digunakan oleh alat-alat elektronika.










• Voltmeter DC



• Kapasitor
          Kapasitor merupakan komponen listrik yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik

        Voltmeter DC berfungsi untuk mengetahui beda potensial tegangan DC antara 2 titik pada suatu beban listrik atau rangkaian elektronika.


• Amperemeter DC
Amperemeter DC berfungsi untuk mengetahui arus tegangan DC pada suatu rangkaian listrik atau beban listrik

4. Dasar Teori[Kembali]

    Tuned Oscillator Circuit adalah jenis rangkaian osilator yang menggunakan elemen reaktansi seperti induktor (L) dan kapasitor (C) untuk menghasilkan sinyal gelombang sinus dengan frekuensi tertentu. Frekuensi ini ditentukan oleh elemen resonansi (LC) dalam rangkaian. Osilator jenis ini sangat umum digunakan dalam sistem komunikasi, pemancar radio, dan perangkat elektronik lainnya yang membutuhkan sumber sinyal AC berfrekuensi tetap.

Colpitts Oscillator

FET Colpitts Oscillator adalah versi praktis dari osilator Colpitts yang menggunakan FET sebagai penguat. Komponen utama terdiri dari dua kapasitor (C1 dan C2) dan satu induktor (L). Frekuensi osilasi dapat dihitung menggunakan rumus:

IC Colpitts Oscillator menggunakan op-amp sebagai penguat, tetapi tetap mengikuti konfigurasi Colpitts (dua kapasitor dan satu induktor) dan menggunakan rumus frekuensi yang sama.

Hartley Oscillator

Jika dalam konfigurasi dasar Gambar 14.25 elemen X1 dan X2 adalah induktor dan X3 adalah kapasitor, maka rangkaian tersebut merupakan Hartley Oscillator.

FET Hartley Oscillator menggunakan transistor FET sebagai penguat, dengan dua induktor (L1 dan L2) yang memiliki kopling saling (mutual coupling), untuk membentuk jaringan umpan balik.

Prinsip kerja Hartley oscillator didasarkan pada resonansi LC, yaitu kondisi ketika reaktansi induktif dan kapasitif saling meniadakan pada frekuensi tertentu, sehingga menghasilkan osilasi. Frekuensi osilasi (f) dari Hartley oscillator dapat dihitung menggunakan rumus:

di mana:

f = (1/2π√(L1+L2)C)

• L1 = induktansi bagian pertama
• L2 = induktansi bagian kedua
• C = kapasitansi pada tangki resonansi

Dalam Hartley oscillator berbasis Field Effect Transistor (FET), FET berperan sebagai penguat sinyal dan memberikan impedansi input yang tinggi. Hal ini penting agar rangkaian resonansi (LC) tidak terbebani secara signifikan, sehingga osilasi tetap stabil. FET memiliki tiga terminal utama, yaitu gate (G), source (S), dan drain (D). Dalam konfigurasi osilator, umpan balik biasanya dihubungkan ke gate, output diambil dari drain, dan source di-ground-kan (common source configuration).

Umpan balik positif yang cukup besar diperlukan untuk memenuhi kriteria Barkhausen, yaitu syarat agar osilator dapat berosilasi secara kontinu. Kriteria ini menyatakan bahwa:

1. Besarnya penguatan loop harus sama atau lebih besar dari 1.

2. Fase total dari sinyal yang melalui loop harus kelipatan 0° atau 360° (tidak terjadi pergeseran fase total).

Selain itu, dalam Hartley oscillator ditambahkan komponen Radio Frequency Choke (RFC) pada jalur power supply untuk menghalangi sinyal AC masuk ke sumber daya dan hanya melewatkan komponen DC.

Dengan memanfaatkan karakteristik FET, Hartley oscillator mampu menghasilkan osilasi dengan distorsi yang rendah, kestabilan frekuensi yang baik, dan konsumsi arus bias yang lebih kecil dibandingkan dengan penggunaan Bipolar Junction Transistor (BJT).

Pada praktikum ini, Hartley oscillator dirancang dan disimulasikan menggunakan software Proteus, dengan tujuan untuk mempelajari respon rangkaian, memahami peran setiap komponen, serta mengamati pengaruh variasi nilai induktansi dan kapasitansi terhadap frekuensi osilasi yang dihasilkan.

Fig 14.30

Osilator merupakan rangkaian elektronik yang mampu menghasilkan sinyal periodik tanpa memerlukan sinyal masukan eksternal. Sinyal ini dapat berbentuk gelombang sinus, kotak, atau segitiga, tergantung pada jenis osilator dan konfigurasi rangkaiannya. Dalam banyak aplikasi seperti komunikasi radio, sistem waktu, dan pemrosesan sinyal, osilator menjadi komponen utama yang sangat penting.

Salah satu jenis osilator yang banyak digunakan adalah osilator LC, yaitu osilator yang menggunakan kombinasi induktor (L) dan kapasitor (C) untuk membentuk rangkaian resonansi atau tank circuit. Dalam rangkaian ini, energi bolak-balik disimpan dan dipertukarkan antara medan listrik pada kapasitor dan medan magnetik pada induktor. Frekuensi osilasi dari rangkaian LC ditentukan oleh rumus:

di mana:

f = (1/2π√L.C)

f adalah frekuensi osilasi (Hz),

L adalah induktansi total (Henry),

C adalah kapasitansi (Farad).

Hartley Oscillator adalah salah satu bentuk osilator LC yang menggunakan dua induktor (atau satu induktor dengan tap tengah) dan satu kapasitor dalam rangkaian tank-nya. Ciri khas dari osilator ini adalah pembagian induktansi menjadi dua bagian, yaitu L1 dan L2, di mana titik tengahnya digunakan untuk mengumpan balik sinyal ke basis transistor. Umpan balik ini harus berfasa positif agar osilasi dapat terjadi secara berkelanjutan, sesuai dengan kondisi Barkhausen, yaitu:

1. Penguatan total dalam loop = 1 (atau lebih besar dari 1 saat awal osilasi),

2. Perubahan fasa total dalam loop = 0° atau kelipatan 360°.

Pada Hartley Oscillator, transistor berfungsi sebagai penguat, memperkuat sinyal dari rangkaian resonansi dan mengumpankannya kembali ke rangkaian input. Dengan konfigurasi ini, rangkaian mampu mempertahankan osilasi tanpa adanya sinyal luar.

Induktansi total dalam Hartley Oscillator dihitung sebagai:

Ltotal = L1+L2

Maka, frekuensi osilasi dapat ditentukan dengan:

(1/2π√(L1+L2)C)

Hartley Oscillator memiliki kelebihan dalam kestabilan frekuensi dan kemudahan tuning (penyetelan frekuensi), sehingga banyak digunakan dalam pemancar radio, generator sinyal, serta aplikasi frekuensi menengah dan tinggi lainnya.

5. Example[Kembali]

Example 1

Example 2

6. Problem[Kembali]

SOAL 1:
Rancanglah rangkaian Op-Amp Colpitts Oscillator yang menghasilkan frekuensi osilasi sebesar 100 kHz. Gunakan kapasitor identik C1=C2C1=C2, dan pilih nilai induktor L=10 μHL=10μH. Tentukan nilai kapasitor C1C1 dan C2C2, serta jelaskan prinsip kerja osilator ini.

Jawaban:

Nilai komponen:

• C1=C2=5.07 nF
• L=10 μHL=10μH

Prinsip kerja:
Colpitts oscillator menggunakan dua kapasitor dan satu induktor untuk membentuk jaringan resonansi. Op-amp digunakan sebagai penguat dengan umpan balik positif dari pembagi tegangan kapasitor. Resonansi antara L dan kapasitor menghasilkan osilasi pada frekuensi tertentu.

SOAL 2:
Sebuah FET Hartley Oscillator dirancang menggunakan induktor terbelah L1=47 μHL1=47μH, L2=47 μHL2=47μH, dan kapasitor C=100 pFC=100pF. Hitung frekuensi osilasi yang dihasilkan. Jelaskan keuntungan penggunaan FET dalam osilator ini dibandingkan transistor BJT.

Jawaban:

Keuntungan FET:

• Impedansi input tinggi → tidak membebani rangkaian LC.
• Noise rendah → lebih stabil dalam aplikasi RF.
• Konsumsi daya lebih kecil dibanding BJT.

SOAL 3:
Sebuah rangkaian Transistor Hartley Oscillator menggunakan transistor NPN umum (misal 2N2222) dengan induktor L1=68 μHL1=68μH, L2=33 μHL2=33μH, dan kapasitor C=82 pFC=82pF. Hitunglah frekuensi osilasi serta sebutkan syarat osilasi terjadi pada rangkaian ini.

Jawaban:

Syarat osilasi (Barkhausen criteria):

1. Gain loop harus lebih besar atau sama dengan 1:
   $A\cdot \beta \ge 1$, di mana $\beta$ adalah rasio umpan balik dan $A$ adalah gain transistor.

2. Fase total loop = 0° atau kelipatan 360°:
   Hartley menggunakan umpan balik induktif, fase terjaga da

7. Soal Latihan[Kembali]

Soal 1:

Apa yang dimaksud dengan Tuned Oscillator Circuit?

a. Osilator yang hanya menggunakan komponen pasif
b. Osilator yang menggunakan elemen reaktansi seperti induktor dan kapasitor untuk menghasilkan sinyal gelombang sinus
c. Osilator yang hanya menggunakan induktor
d. Osilator yang bekerja dengan tegangan DC

Jawaban: b. Osilator yang menggunakan elemen reaktansi seperti induktor dan kapasitor untuk menghasilkan sinyal gelombang sinus

Penjelasan:
Tuned Oscillator Circuit adalah jenis osilator yang menggunakan induktor (L) dan kapasitor (C) sebagai elemen utama dalam rangkaian resonansi (LC circuit) untuk menghasilkan sinyal gelombang sinus. Frekuensi osilasi tergantung pada nilai induktor dan kapasitor yang digunakan, dan osilator ini banyak digunakan dalam sistem komunikasi dan pemancar radio.

---

Soal 2:

Komponen utama yang digunakan dalam FET Colpitts Oscillator adalah:

a. Dua kapasitor dan satu induktor
b. Dua induktor dan satu kapasitor
c. Satu kapasitor dan satu induktor
d. Hanya satu kapasitor

Jawaban: a. Dua kapasitor dan satu induktor

Penjelasan:
Pada FET Colpitts Oscillator, komponen utama yang digunakan adalah dua kapasitor (C1 dan C2) serta satu induktor (L). Kapasitor dan induktor ini bekerja sama untuk membentuk rangkaian resonansi yang menghasilkan sinyal osilasi pada frekuensi tertentu.

---

Soal 3:

Apa peran FET dalam Hartley Oscillator berbasis FET?

a. Sebagai penguat sinyal dengan impedansi rendah
b. Sebagai penguat sinyal dengan impedansi tinggi
c. Sebagai sumber tegangan untuk osilator
d. Sebagai kapasitor dalam rangkaian

Jawaban: b. Sebagai penguat sinyal dengan impedansi tinggi

Penjelasan:
Dalam Hartley Oscillator berbasis FET, FET berfungsi sebagai penguat sinyal yang memiliki impedansi tinggi. FET digunakan untuk memperkuat sinyal dari rangkaian resonansi dan memberikan umpan balik positif ke rangkaian agar osilasi dapat terjadi secara kontinu. Keunggulan menggunakan FET adalah kemampuannya untuk memberikan impedansi input yang tinggi, yang memungkinkan rangkaian resonansi tidak terbebani oleh penguatan osilator.

8. Percobaan[Kembali]

a. Prosedur

1). Buka aplikasi proteus

2). Pilih komponen yang akan digunakan dalam rangkaian

3). Susunlah komponen sesuai gambar

4). Setelah merangkai seluruh komponen, jalankan simulasi

5). Amatilah simulasi yang sedang berjalan

b. Rangkaian simulasi

c. Vidio Simulasi 

9. Link Download[Kembali]

Download rangkaian klik disini

Download Datasheet Resistor klik disini

Download Datasheet Transistor 2N2222 klik disini

Download Tambahan Datasheet Transistor 2N2222 klik disini

Download Datasheet Kapasitor klik disini

Download Datasheet MOSFET klik disini