Tugas Elektronika Komunikasi

OSILATOR HARTLEY

Untuk memenuhi tugas mata kuliah Elektronika Komunikasi

ANDRIAS PRATAMA (115070013)

RALLY RACHMAN (115070055)

NUR ADIYAT FATHA HUSEIN (115070056)

MANOTO JF MANALU (115070064)

I PUTU SADHU (115070072)

FAKULTAS ELEKTRO DAN KOMUNIKASI

INSTITUT TEKNOLOGI TELKOM

BANDUNG

2011

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Pengertian Umum

Osilator adalah suatu alat yang merupakan gabungan elemen-elemen aktif dan pasif

untuk menghasilkan bentuk gelombang sinusoidal atau bentuk gelombang periodik

lainnya. Suatu osilator memberikan tegangan keluaran dari suatu bentuk gelombang

yang diketahui tanpa penggunaan sinyal masuk dari luar. Osilator mengubah daya arus

searah (dc) dari catu daya ke daya arus bolak-balik (ac) dalam beban. Dengan demikian

fungsi osilator berlawanan dengan penyearah yang mengubah daya searah ke daya

bolak-balik. Suatu osilator dapat membangkitkan bentuk gelombang pada suatu

frekuensi dalam batas beberapa siklus tiap jam sampai beberapa ratus juta siklus tiap

detik. Osilator dapat hampir secara murni menghasilkan gelombang sinusoidal dengan

frekuensi tetap, ataupun gelombang yang hanya dengan harmonic. Osilator umumnya

digunakan dalam pemancar dan penerima radio dan televisi, dalam radar dan dalam

berbagai sistem komunikasi.

1.2. Jenis jenis Osilator

Osilator dapat diklasifikasikan dalam berbagai cara. Tergantung dar bentuk

gelombang yang dibangkitkan, osilator dapat dibagi menjadi dua kategori : osilator

sinusoidal atau osilator harmonic dan osilator relaksasi. Osilator sinusoidal

menghasilkan bentuk gelombang sinusoidal atau mendekati sinusoidal pada frekuensi

tertentu. Osilator relaksasi menghasilkan bentuk gelombang bukan sinusoidal seperti

gelombang segiempat dan gelombang gigi-gergaji.

Osilator dapat pula digolongkan pada alat-alat tertentu yang menghasilkan osilasi.

Pada penggolongan ini, osilator dapat merupakan jenis resistansi negatif atau jenis

umpan balik. Osilator resistansi negatif menggunakan alat aktif yang memproses

lengkung karakteristik arus tegangan dengan kemiringan negatif dalam daerah

operasinya. Dioda kanal merupakan alat resistansi negatif yang digunakan dalam

resistor. Osilator umpan-balik sebaliknya, mempunyai penguat umpan-balik regeneratif

(positif), dimana perolehan lingkar juga diatur sedemikian sehingga perolehan

keseluruhan menjadi tidak terhingga.

Baik osilator sinusoidal maupun osilator relaksaasi dapat merupakan jenis resistansi

negatif dan jenis umpan-balik. Osilator sinusoidal jenis umpan-balik dapat digolongkan

lebih lanjut menjadi osilator LC (indktor-kapasitor) dan RC (tahanan kapasitor).

Osilator sinusoidal kadang-kadang digolongkan menurut frekuensi sinyal yang

dihasilkan. Jadi osilator yang membangkitkan sinyal dalam daerah frekuensi audio

dikenal sebagai osilator frekuensi audio. Demikian pula, osilator yang menghasilkan

sinyal-sinyal daerah frekuensi radio dinamakan osilator frekuensi radio, dan seterusnya.

Klasifikasi osilator didasarkan pada daerah frekuensi yang dihasilkan.

Osilator Frekuensi Audio (AF) beberapa hz -20 KHz

Osilator Frekuensi Radio (RF) 20 KHz - 30MHz

Osilator Frekuensi Sangat Tinggi (VHF) 30MHz - 300MHz

Osilator Frekuensi Ultra Tinggi (UHF) 300MHz - 3GHz

Osilator Gelombang Mikro 3 GHz - Beberapa GHz

1.2.1. Osilator Harmonisa[2]

Osilator harmonisa menghasilkan bentuk gelombang sinusoida. Osilator

harmonisa disebut juga dengan Osilator Linear. Bentuk dasar osilator harmonisa

terdiri dari sebuah penguat dan  sebuah filter yang membentuk umpan balik positif

yang menentukan frekuensi output.

Prinsip osilator ini dimulai dengan adanya noise/desah saat pertama kali power

dinyalakan. Noise/desah ini kemudian dimasukkan kembali ke input penguat dengan

melalui filter tertentu. Karena hal ini terjadi berulang-ulang, maka sinyal noise akan

menjadi semakin besar dan membentuk periode tertentu sesuai dengan jaringan filter

yang dipasang. Periode inilah yang kemudian menjadi nilai frekuensi sebuah osilator.

Jenis-jenis Osilator Harmonisa/Sinus:

Osilator Amstrong

Osilator Hartley

Osilator Colpits

Osilator Clapp

Osilator Pergeseran Fasa

Osilator Kristal

Osilator Wien-Bridge

1.2.2. Osilator Relaksasi

Osilator Relaksasi adalah osilator yang memanfaatkan prinsip saklar secara

terus menerus dengan periode tertentu yang menentukan frekuensi output. Osilator

relaksasi menghasilkan beberapa bentuk gelombang non sinus, yaitu : Gelombang

kotak, segitiga, pulsa dan gigi gergaji.

Osilator relaksasi sederhana adalah sebuah multivibrator / flip-flop. Prinsipnya

adalah mensaklar tagangan supply dengan sebuah komponen transistor atau FET.

Osilator relaksasi juga ada yang menggunakan IC, yang terkenal adalah dengan IC

555.

1.2.3. L-C Osilator

Osilator ini terdiri dari sebuah kapasitor dan kumparan yang dihubungkan

secara paralel. Untuk memahami bagaimana osilator LC bekerja, mari kita mulai

dengan dasar. Misalkan sebuah kapasitor dibebankan oleh baterai. Setelah kapasitor

dibebankan, satu plat dari kapasitor memiliki elektron lebih dari plat lain, sehingga

kapasitor mengalami proses pengisian. Sekarang, ketika dibuang melalui kawat,

kembali elektron ke lempeng postive, sehingga membuat lempeng kapasitor itu netral,

atau habis. Namun, tindakan ini bekerja secara berbeda ketika Anda mendischarge

kapasitor melalui sebuah kumparan. Ketika saat ini diterapkan melalui koil, medan

magnet yang dihasilkan sekitar kumparan. Medan magnet ini menghasilkan tegangan

kumparan yang menentang arah aliran elektron. Karena itu, kapasitor tidak

membebaskan segera. Semakin kecil kumparan, semakin cepat pengosongan

kapasitor. Sekarang bagian yang menarik terjadi. Setelah kapasitor sepenuhnya habis

melalui kumparan, medan magnet mulai hilang di sekitar kumparan. Tegangan

terinduksi dari kapasitor menghilangkan medan magnet pada kumparan. Kemudian

kapasitor mulai melakukan pengisian melalui koil lagi, menghasilkan medan magnet.

Proses ini berlanjut sampai kapasitor benar-benar habis karena perlawanan.

Secara teknis sirkuit LC dasar ini menghasilkan gelombang sinus yang

kehilangan tegangan dalam setiap siklus. Untuk mengatasi hal ini, tegangan tambahan

diterapkan untuk menjaga osilator dari kehilangan tegangan. Namun, untuk menjaga

osilator ini berjalan dengan baik, sebuah metode switching dapat digunakan. Sebuah

tabung vakum (atau yang setara solid-negara seperti FET) dapat digunakan untuk

menjaga agar sirkuit LC dapat terus berosilasi. Keuntungan menggunakan sebuah

tabung vakum adalah bahwa mereka dapat berosilasi pada frekuensi tertentu seperti

seribu siklus per detik. Ada beberapa jenis osilator LC. Sedikit off subjek; satu yang

terkenal dan osilator menghibur dikenal sebagai kumparan tesla, yang menggunakan

rangkaian LC yang unik dengan menggunakan spark gap untuk berosilasi.

1.2.4. R-C Osilator

Osilator ini menggunakan tahanan dan kapasitor sebagai penentu frekuensinya.

Osilator ini sangat mudah untuk dibangun namun memiliki ketelitian frekuensi yang

rendah. Rangkaian osilator RC yang paling sederhana dapat dibangun dengan

menggunakan satu gerbang seperti yang diperlihatkan pada Gambar

Gambar Rangkaian osilator RC dengan inverter

Inverter yang digunakan adalah inverter yang dilengkapi dengan Schmitt

Trigger. Fungsi Schmitt Trigger disini adalah untuk mempercepat transisi tegangan

keluaran dan memberi efek hysteresis pada tegangan masukan. Efek hysteresis ini

dapat dilihat pada Gambar

Gambar Efek hysteresis pada inverter

Dari Gambar terlihat bahwa keluaran baru akan turun jika masukan melampaui

V2, yaitu ambang tegangan atas (upper threshold). Selanjutnya jika tegangan masukan

diturunkan maka keluaran baru akan naik jika masukan lebih rendah dari V1, yaitu

ambang tegangan bawah (lower threshold). Pada awalnya kapasitor belum bermuatan

sehingga tegangan jepitnya adalah nol. Pada saat catu daya dinyalakan maka tegangan

masukan inverter adalah rendah sehingga keluarannya tinggi. Oleh karena itu arus

akan mengalir dari keluaran menuju ke kapasitor C melalui tahanan R. Arus ini akan

mengisi kapasitor sehingga tegangan jepitnya akan naik perlahan-lahan secara

eksponensial. Pada saat tegangan masukan melampaui V2 maka keluaran akan turun

dengan cepat. Karena saat ini tegangan keluaran < tegangan kapasitor maka arus akan

mengalir dari kapasitor menuju ke keluaran inverter sehingga kapasitor akan

mengalami proses pengosongan. Karena mengalami pengosongan maka tegangan

kapasitor akan turun secara perlahan sampai melampui V1, saat mana keluaran

inverter akan kembali naik dan kapasitor akan mengalami proses pengisian. Hal ini

akan terus berulang sehingga keluaran akan turun dan naik secara beraturan.

Hubungan antara tegangan masukan dan keluaran inverter diperlihatkan pada gambar

di bawah.

Gambar Bentuk gelombang tegangan masukan dan keluaran inverter

Frekuensi dari osilator ini ditentukan oleh tahanan R, kapasitor C dan

impedansi masukan dari inverter yang digunakan. Secara umum dapat dikatakan

bahwa frekuensi keluaran adalah :

f = k x R x C

dimana k adalah konstanta yang harus dicari dengan eksperimen. Gerbang TTL yang

dapat digunakan pada osilator ini antara lain ialah SN7414 (Hex Schmitt Trigger

Inverter) dan SN7413 (Dual 4-input Schmitt Trigger NAND Gate). MC40106 dari

keluarga CMOS juga dapat digunakan untuk osilator ini.

1.3. Prinsip Dasar Osilator

Dalam suatu osilator, suatu resistansi negatif diberikan untuk kompensasi kehilangan-

kehilangan (kebocoran) dalam rangkaian. Dalam osilator umpan-balik, umpan-balik

positif dari luar cukup untuk membuat perolehan keseluruhan menjadi tidak terhingga

dan memberikan resistansi negatif yang diperlukan untuk menanggulangi peredaman

alami dari osilator. Dalam osilator resistansi negatif terjadi umpan-balik positif dalam

dan berperan menghasilkan resistansi negatif yang diperlukan. Dalam suatu osilator

tidak ada sinyal yang diberikan dari luar. Sinyal awal untuk menyulut (trigger) osilasi

biasanya diberikan oleh tegangan derau. Tegangan derau muncul sewaktu catu daya

dihidupkan. Karena spektrum frekuensi derau sangat lebar, osilator selalu memiliki

tegangan komponen pada frekuensi yang benar untuk bekerjanya osilator.

1.4. Blok Diagram Osilator

BAB II

OSILATOR HARTLEY

2.1 Pengertian

Osilator Hartley adalah sebuah osilator L_C yang menggunakan induktor dan

kapasitor secara paralel untuk menentukan frekuensi. Osilator Hartley  diciptakan pada

tahun 1915 oleh insinyur Amerika Ralph Hartley. Osilator hartley merupakan jenis

osilator paling tua dan paling populer. Fitur yang membedakan dari Osilator Hartley

adalah umpan balik yang diperlukan untuk osilasi diambil dari persimpangan dua

kumparan yang dipasang secara seri.

Kelemahan utama dalam suatu rangkaian osilator LC adalah rangkaian tersebut tidak

memiliki alat yang mampu untuk mengatur/mengendalikan nilai amplitudo osilasinya dan

juga sulit untuk mengatur nilai frekuensinya sesuai dengan kebutuhan kita. Apabila

kopling elektromagnetik kumulatif antara L1 dan L2 pada gambar rangkaian L-C di

bawah terlalu kecil maka akan menyebabkan umpan balik yang terlalu kecil sehingga

menyebabkan osilasi menjadi berhenti atau amplitudonya akan menjadi nol. Demikian

juga bila umpan baliknya terlalu besar, maka amplitude osilasinya akan terus membesar

sehingga kita akan sulit mengatur osilasinya.

Gambar rangkaian osilator L-C

Namun memungkinkan untuk membuat feedback untuk nilai tegangan yang tepat

sehingga terjadi osilasi yang konstan. Jika umpan baliknya lebih besar dari yang

dibutuhkan makan amplitude osilasinya dapat diatur dengan memanfaatkan bias amplifier,

sehingga nilai nilai bias amplifiernya dapat meningkat dan penguatan amplifiernya

menurun. Sedangkan jika nilai amplitude osilasi menurun, maka bias amplifiernya akan

menurun dan penguatan amplifiernya akan meningkat, hal ini akan membuat umpanbalik

(feedbacknya) akan meningkat. Sehingga nilai amplitudoosilasinya akan tetap. Cara ini

disebut dengan Automatic Base Bias.

Salah satu keuntungan menggunakan automatic base bias pada pengaturan tegangan

suatu osilator adalah osilator tersebut dapat menjadi lebih efisien dengan menghasilkan

bias kelas B atau bahkan bias kelas C dari sebuah transistor. Ini akan menguntungkan

karena arus kolektor hanya mengalir saat siklus osilasi, sehingga arus collector akan

sangat kecil. Jadi rangkaian “self-tuning” base osilator ini adalah salah satu konfigurasi

rangkaian osilator resonansi feedback parallel L-C yang dikenal dengan rangkaian

Osilator Hartley.

Dalam rangkaian Osilator Hartley, rangkaian L-C dihubungkan diantara kolektor dan

basis dari transistor penguat. Untuk menjaga nilai tegangan osilasinya maka kaki emitor

dihubungkan dengan kumparan yang ter-tap. Umpan balik rangkaian diambil dari inductor

yang dipasang pertengahan induktor ter-tap,atau dari koil terpisah yang dipasang seri dan

diparalelkan dengan kapasitor seperti gambar di bawah.

Rangkaian Osilator Hartley ini sering disebut sebagai rankaian inductor terpisah

karena kumparan L di tap pada pertengahannya. Sehingga indukatansi L bekerja seperti 2

buah kumparan terpisah. Oleh karena itu sebuah osilator Hartley dapat dirancang dengan

menggunakan sepasang kumparan seri yang diparalel dengan kapasitor.

2.2. Rangkaian Osilator Hartley Dasar[4]

Ketika sirkuit yang berosilasi, tegangan pada titik X (kolektor), relatif terhadap titik Y

(emitter), adalah berbeda fasa 1800 dengan tegangan pada titik Z (dasar) relatif terhadap

titik Y. Pada frekuensi osilasi, impedansi beban Kolektor adalah resistif dan peningkatan

tegangan Base menyebabkan penurunan tegangan Kolektor. Kemudian ada perubahan

fasa 180o dalam tegangan antara Base dan Kolektor dan bersamaan dengan ini terjadi

pergeseran fasa 180o dalam loop umpan balik sehingga menyebabkan hubungan fase yang

benar dari umpan balik positif dan menhasilkan osilasi yang dapat dipertahankan.

Jumlah umpan balik tergantung pada posisi "titik tap" dari induktor. Jika titik ini

mendekat ke kolektor jumlah umpan balik meningkat, namun output diambil antara

Kolektor dan ground berkurang dan sebaliknya. Resistor, R1 dan R2 memberikan bias

stabilisasi DC untuk transistor dengan cara normal sedangkan kapasitor bertindak sebagai

DC-blocking kapasitor.

Dalam rangkaian Osilator Hartley, arus DC Kolektor mengalir melalui bagian

kumparan dan untuk alasan ini sirkuit dikatakan "series-fed" dengan frekuensi osilasi dari

Hartley Oscillator yang diberikan mirip dengan sebuah auto transformer atau sepasang

kumparan seri dihubungkan secara paralel dengan kapasitor tunggal.

BAB III

KESIMPULAN

Hartley Oscillator terdiri dari rangkaian resonator LC paralel tangki umpan balik yang

dicapai dengan cara suatu pembagi induktif. Seperti kebanyakan sirkuit osilator, osilator

Hartley ada dalam beberapa bentuk, dengan bentuk yang paling umum adalah sirkuit

transistor di atas dengan rangkaian tangki disetel memiliki kumparan yang mengetuk untuk

memberi makan sebagian kecil dari sinyal keluaran kembali ke emitor dari transistor. Karena

output dari pemancar transistor selalu "di-fase" dengan output pada kolektor, ini sinyal umpan

balik positif. Frekuensi osilasi yang merupakan gelombang sinus tegangan ditentukan oleh

frekuensi resonansi dari rangkaian tangki.