LAPORAN PRAKTIKUM

ELEKTRONIKA DASAR I

OSILATOR COLPITT

YUSUF SIGIT PAMUNGKAS(1137030081)

November 10, 2014

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UIN SUNAN GUNUNG DJATI BANDUNG

2014

1

Abstract

In this lab experiments to determine the benefits of a transistor

as an oscillator, oscillator Colpitt able to design and be able to an-

alyze and understand the working principle Colpitt oscillator. The

equipment and materials used in this lab is a notebook/laptop and

MultiSIM software that will be used to simulate the oscillator circuit

Colpitt. As a result, the output signal has the exact shape of the input

signal but has a larger amplitude that serves as a signal amplifier. So

that the transistors in the oscillator circuit Colpitt serves as a signal

amplifier to the output signal.

Keyword: transistors, oscillators, MultiSIM, amplitude, signal boost-

ers

Ringkasan

Dalam praktikum ini dilakukan percobaan untuk mengetahui man-

faat transistor sebagai osilator, mampu merancang osilator Colpitt

dan mampu menganalisis dan memahami prinsip kerja osilator Col-

pitt. Adapun peralatan dan bahan yang digunakan dalam praktikum

ini adalah sebuah notebook/laptop dan software MultiSIM yang akan

digunakan untuk membuat simulasi rangkaian osilator Colpitt. Hasil-

nya, sinyal keluaran memiliki bentuk tepat sama dengan sinyal ma-

sukan tetapi memiliki amplitudo yang lebih besar yang berfungsi seba-

gai penguat sinyal. Sehingga transistor pada rangkaian osilator Col-

pitt berfungsi sebagai penguat sinyal pada sinyal keluaran.

Kata Kunci: transistor, osilator, MultiSIM, amplitudo, penguat

sinyal

1

1 Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

Sistem komunikasi elektronik tidak dapat beroperasi tanpa sumber gelom-

bang elektrik sinusoidal. Untuk menghasilkan gelombang sinusoidal maka

pada rangkaian elektronika dapat digunakan rangkaian osilator yang berfungsi

untuk menghasilkan sinyal dengan frekuensi tertentu.

Pada banyak bagian dari sistem telekomunikasi menggunakan rangka-

ian pembangkit sinyal yang dikenal sebagai rangkaian osilator, seperti pem-

bangkit sinyal carrier. Sinyal carrier misalnya dikenal pada pada sistem pe-

mancar AM (Amplitude Modulation) maupun FM (Frequency Modulation),

atau padad sistem modulasi pulsa seperti FSK (Frequency Shift Keying)

ataupun PSK (Phase Shift Keying).

Osilator sendiri ada banyak sekali jenisnya. Salah satunya adalah osila-

tor Colpitt yang juga berfungsi untuk menghasilkan sinyal keluaran dengan

amplitudo yang lebih besar daripada sinyal masukannya dengan bentuk yang

tetap sama. Oleh karena itu, maka pada praktikum kali ini yang berjudul

Osilator Colpitt memiliki tujuan untuk mengetahui manfaat transistor se-

bagai osilator, mampu merancang osilator Colpitt dan mampu menganalisis

serta memahami prinsip kerja osilator Colpitt.

1.2 Tujuan

1. Mengetahui manfaat transistor sebagai osilator.

2. Mampu merancang osilator Colpitt.

3. Mampu menganalisis dan memahami prinsip kerja osilator Colpitt.

1.3 Dasar Teori

Osilator, yaitu suatu rangkaian elektronika yang dapat membangkitkan getaran

listrik dengan frekuensi tertentu dan amplitudonya tetap. Dasar dari sebuah

2

osilator yaitu sebuah rangkaian penguat dengan sistem feedback, yaitu seba-

gian sinyal keluaran yang dikembalikan lagi ke masukan dengan phase dan

tegangan yang sama sehingga terjadi osilasi yang terus menerus. Adapun

beberapa bagian yang menjadi syarat untuk sebuah osilator supaya terjadi

osilasi yaitu adanya rangkaian penguat, rangkaian feedback, dan rangkaian

tank circuit.

Rangkaian feedback, yaitu suatu rangkaian umpan balik yang sebagian

sinyal keluarannya dikembalikan lagi ke masukan, hal ini salah satu sistem

supaya terjadinya tegangan dan phase yang sama antara input dan output,

juga menjadi salah satu syarat penting terjadinya osilasi pada sebuah rangka-

ian osilator. Pada umumnya rangkaian feedback menggunakan komponen

pasif R dan C.

Tank circuit, yaitu rangkaian yang menentukan frekuensi kerja dari osila-

tor frekuensi pembawa (carrier), yang digunakan pada aplikasi ini digunakan

komponen L dan C karena semakin tinggi frekuensi yang digunakan maka

makin kecil harga komponen yang digunakan lain halnya menggunakan R

dan C karena frekuensi yang dihasilkan tidak akan bisa mencapai harga yang

paling tinggi karena terbatasnya harga Resistor. Tinggi rendahnya frekuensi

bisa ditentukan pada komponen L dan C pada tank circuit.

Osilator bedasarkan metode pengoperasiannya dibedakan dalam 2 (dua)

jenis, yaitu Osilator Umpan balik dan Osilator Relaksasi. Masing-masing je-

nis oscilator tersebut memiliki keistimewaan tersendiri. Pada osilator umpan

balik, sebagian daya keluaran dikembalikan ke masukan menggunakan rangka-

ian umpan balik. Osilator umpan balik biasanya dioperasikan pada frekuensi

tertentu dengan keluaran gelombang sinus dan frekuensi operasi dari beber-

apa Hz sampai jutaan Hz. Pada dasarnya oscilator umpan balik memi-

liki bagian penguat, jaringan umpan balik (feedback), rangkaian penentu

frekuensi (tank circuit) dan catu daya. Isyarat masukan diperkuat oleh

penguat (amplifier) kemudian sebagian isyarat yang telah diperkuat dikirim

kembali ke masukan melalui rangkaian umpan balik. Isyarat umpan balik ini

harus memiliki fase dan nilai yang tepat agar terjadi osilasi didalam rangka-

ian oscilator.

3

Gambar 5.1 Diagram blok osilator umpan balik

Osilator Colpitts pada dasarnya mirip dengan osilator Hartley. Perbe-

daan yang mendasar terletak pada bagian rangkaian tangki (tank circuit).

Pada osilator Colpitts, digunakan dua kapasitor sebagai pengganti induktor

yang terbagi. Rangkaian umpan balik dibuat dengan menggunakan medan

elektrostatik melalui jaringan pembagi kapasitor. Frekuensi resonansi rangka-

ian oscilator colpitts ditentukan oleh dua kapasitor terhubung seri dan in-

duktor. Rangkaian osilator colpitts secara detil dapat dilihat pada gambar

berikut :

Gambar 5.2 Rangkaian osilator colpitt

Dengan menggunakan Hk. Kirchoff dari rangkaian osilator diatas maka

diperoleh persamaan diferensial yang menggambarkan keseluruhan sistem

sebagai berikut:

4

dengan IE = f(VBE = IS(exp(VBE/VT 1)) dimana IS sekitar 105V , VTpada suhu 300K sekitar 26mV , VBE sekitar 0.7 volt, dan alpha sekitar 0.99.

Frekuensi tegangan AC yang dibangkitkan oleh rangkaian tangki akan

tergantung dari harga L dan C yang digunakan. Ini yang disebut sebagai

frekuensi resonansi.

Gambar 5.3 Proses osilasi rangkaian tangki LC

Pada frekuensi osilasi rangkaian tangki LC tentunya memiliki resistansi

yang akan mengganggu aliran arus pada rangkaian. Akibatnya, tegangan AC

akan cenderung menurun setelah melakukan beberapa putaran osilasi. Am-

plitudo gelombang mengalami penurunan yang biasa disebut sebagai gelom-

bang sinus teredam (damped sine wave). Bentuk sinyal osilasi rangkaian

tanki LC seperti ini dapat dilihat pada gambar berikut.

5

Gambar 5.4 Sinyal osilasi rangkaian tangki LC teredam dan sinyal kontinyu.

Osilasi rangkaian tangki (tank circuit) dapat dibuat secara kontinu jika

kita menambahkan energi secara periodik dalam rangkaian, yaitu dengan

penambahan bagian penguat sinyal kemudian sinyal keluaran penguat terse-

but di umpan balikan ke rangkaian tangki LC kembali untuk mendapatkan

proses osilasi yang stabil sehingga menghasilkan gelombang pada keluaran

yang kontinyu (continuous wave-CW).

6

2 Metode Praktikum

2.1 Waktu dan Tempat

Praktikum Osilator Colpitt ini berlangsung pada tanggal 6 November 2014

bertempat di Laboratorium Fisika Universitas Islam Negeri Sunan Gunung

Djati Bandung.

2.2 Alat dan Bahan

1. Notebook

2. Software MultiSIM

2.3 Prosedur Percobaan

2.3.1 Simulasi Rangkaian Osilator Colpitt

Langkah pertama yang dilakukan adalah menyalakan notebook/laptop dan

memastikan software MultiSIM telah terinstal pada laptop. Selanjutnya jen-

dela MultiSIM dibuka dan rangkaian osilator Colpitt dirangkai sesuai dengan

gambar dibawah ini dengan besar Vcc dan Vee sebesar 5V,R = 35, Ree =

400, L = 98H, serta C1 dan C2 sebesar 54nF .

Gambar 5.5 Skema rangkaian osilator Colpitt

Setelah rangkaian pada simulasi selesai dibuat, selanjutnya tombol RUN

pada taksbar diklik dan pada komponen osiloskop didouble click untuk meli-

hat sinyal yang dihasilkan.

7

2.3.2 Diagram Alir Rangkaian Osilator Colpitt

Mulai

Menyalakan notebook dan memastikan MultiSIM telah terinstal

Membuka software MultiSIM

Merangkai rangkaian seperti pada gambar 5.5

Masukan nilai masing-masing Vcc, Vee, R, Ree, L, C1 dan C2

Menekan tombol RUN pada MultiSIM

Menganalisa rangkaian

Selesai

8

3 Hasil dan Pembahasan

3.1 Data Hasil Pengamatan

Gambar 5.6 Simulasi rangkaian Colpitt 2V/Div

Gambar 5.7 Simulasi rangkaian Colpitt 5V/Div

9

Gambar 5.8 Simulasi rangkaian Colpitt 10V/Div

Gambar 5.9 Simulasi rangkaian Colpitt 2V/Div

10

Gambar 5.10 Simulasi rangkaian Colpitt 5V/Div

Gambar 5.11 Simulasi rangkaian Colpitt 10V/Div

3.2 Pembahasan

Dalam praktikum ini dilakukan percobaan untuk mengetahui manfaat tran-

sistor sebagai osilator, mampu merancang osilator Colpitt dan mampu men-

11

ganalisis dan memahami prinsip kerja osilator Colpitt. Adapun perala-

tan dan bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah sebuah note-

book/laptop dan software MultiSIM yang akan digunakan untuk membuat

simulasi rangkaian osilator Colpitt.

Osilator Collpit adalah salah satu topologi osilator yang efektif digunakan

untuk pembangkit gelombang sinus pada rentang frekuensi antara 10kHz

hingga 10MHz. Osilator ini menggunakan rangkaian tertala LC dan umpan-

balik positif melalui suatu pembagi tegangan kapasitif dari rangkaian tertala.

Umpanbalik ini bisa ditopankan deret maupun jajar.

Berdasarkan data grafik VC1 dan VC2 yang diperoleh pada percobaan

maka dapat diketahui bahwa sinyal yang dihasilkan adalah sinyal yang acak

tetapi apabila dilihat dengan lebih teliti maka walaupun sinyal tersebut acak

tetapi sinyal tersebut juga memiliki keteraturan dalam tiap beberapa gelom-

bang. Bentuk sinyal ini bisa juga disebut dengan sinyal chaos (keteraturan

dalam keacakan). Sinyal ini dibentuk berdasarkan hubungan dari beberapa

komponen elektronika didalamnya.

Pada osilator Colpitts, digunakan dua kapasitor sebagai pengganti in-

duktor yang terbagi. Rangkaian umpan balik dibuat dengan menggunakan

medan elektrostatik melalui jaringan pembagi kapasitor. Frekuensi resonansi

rangkaian osilator Colpitts ditentukan oleh dua buah kapasitor terhubung seri

dan induktor.

Berdasarkan gambar simulasi rangkaian osilator Colpitt diatas tegangan

bias untuk emitor diberikan melalui R2(400) sedangkan tegangan bias un-

tuk basis langsung terhubung dengan ground. Kolektor diberi bias mundur

dengan menghubungkan ke bagian positif dari VCC melalui R1. Resistor R1

juga berfungsi sebagai beban kolektor. Penguat transistor rangkaian osilator

Colpitt dibuat dengan konfigurasi common emitor. Penguat ini mempunyai

penguatan tegangan maupun penguatan arus. Sehingga penguat ini mem-

punyai impedansi masukan yang relatif rendah dan impedansi keluaran yang

relatif tinggi. Dan dari grafik diatas juga dapat terlihat bahwa sinyal kelu-

aran tepat sama bentuknya seperti sinyal masukan, hanya saja amplitudonya

lebih tinggi dan ini salah merupakan syarat penguat sinyal. Sehingga tran-

sistor pada rangkaian osilator Colpitt ini berfungsi sebagai penguat sinyal.

12

Pada saat sumber tegangan DC diberikan pada rangkaian oscilator col-

pitts, arus mengalir dari bagian negatif VCC melalui R2, Q1 dan R1. Arus

IC yang mengalir melalui R1 menyebabkan penurunan tegangan VC dengan

harga positif. Tegangan yang berubah ke arah negatif ini juga diberikan

ke bagian atas C1. Bagian bawah C2 bermuatan positif dan tertambahkan

ke tegangan emitor sehingga menaikkan harga IE. Transistor Q1 akan se-

makin berkonduksi sampai pada titik jenuh. Saat Q1 sampai pada titik jenuh

maka tidak ada lagi kenaikan IC dan perubahan VC juga akan terhenti. Se-

hingga tidak terdapat umpan balik ke bagian atas C2. Muatan pada C1 dan

C2 akan dikosongkan melalui L1 dan selanjutnya medan magnet di sekitar

L1 akan menghilang. Arus pengosongan tetap berlangsung untuk sesaat.

Keping C2 bagian bawah menjadi bermuatan negatif dan keping C1 bagian

atas bermuatan positif. Ini akan mengurangi tegangan bias maju Q1 dan IC

akan menurun. Harga VC akan mulai naik ke arah VCC , kenaikan ini akan

diumpankan kembali ke bagian atas keping kapasitor C1. Kapasitor C1 akan

bermuatan lebih positif dan bagian bawah C2 menjadi lebih negatif. Proses

ini terus berlanjut sampai Q1 pada rangkaian osilator Colpitt sampai pada

titik cutoff.

Pada saat Q1 rangkaian osilator Colpitt sampai pada titik I, maka tidak

ada arus IC . Tidak ada tegangan umpan balik ke C1. Gabungan muatan

yang terkumpul pada C1 dan C2 dikosongkan melalui L1. Arus pengosongan

mengalir dari bagian bawah C2 ke bagian atas C1. Muatan negatif pada C2

akan habis dengan cepat dan medan magnet di sekitar L1 akan menghilang.

Arus yang mengalir masih terus berlanjut. Keping C2 bagian bawah menjadi

bermuatan positif dan keping C1 bagian atas bermuatan negatif. Tegangan

positif pada C2 menarik Q1 dari daerah cutoff. Selanjutnya IC akan mulai

mengalir lagi dan proses dimulai lagi dari titik ini. Energi dari rangkaian

umpan balik ditambahkan ke rangkaian tangki osilator Colpitt sesaat pada

setiap adanya perubahan.

Besarnya umpan balik pada rangkaian osilator colpitts ditentukan oleh

nilai kapasitansi C1 dan C2. Harga C1 pada rangkaian ini sama dengan

harga C2 atau XC1 = XC2. Sehingga besarnya tegangan pada kedua kapa-

sitor adalah sama. Dengan menggunakan besar kapasitansi yang sama akan

13

mengurangi tingkat terjadinya distorsi. Biasanya sekitar 10 50% tegan-gan kolektor dikembalikan ke rangkaian tangki sebagai sinyal umpan balik

rangkaian osilator Colpitt.

3.3 Analisis Data

Berdasarkan pada hasil praktikum yang diperoleh, maka dapat diketahui

bahwa hasil percobaan pada praktikum telah sesuai dengan teorinya yang

tercantum dalam dasar teori. Hal ini dapat dibuktikan dengan hasil sinyal

keluaran yang bentuknya tepat sama dengan sinyal masukan tetapi memiliki

amplitudo yang lebih besar yang berfungsi sebagai penguat sinyal.

14

4 Kesimpulan

Berdasarkan hasil praktikum yang diperoleh maka dapat disimpulkan sebagai

berikut:

1. Dasar dari sebuah osilator yaitu sebuah rangkaian penguat dengan sis-

tem feedback, yaitu sebagian sinyal keluaran yang dikembalikan lagi ke

masukan dengan phase dan tegangan yang sama sehingga terjadi osilasi

yang terus menerus.

2. Beberapa bagian yang menjadi syarat untuk sebuah osilator supaya

terjadi osilasi yaitu adanya rangkaian penguat, rangkaian feedback, dan

rangkaian tank circuit.

3. Pada hasil percobaan didapatkan sinyal yang berbentuk chaos yang

disebabkan karena hubungan antar komponen didalam rangkaian.

4. Hasil sinyal keluaran bentuknya tepat sama dengan sinyal masukan

tetapi memiliki amplitudo yang lebih besar yang berfungsi sebagai

penguat sinyal. Sehingga transistor pada rangkaian osilator Colpitt

berfungsi sebagai penguat sinyal pada sinyal keluaran.

15

References

[1] Floyd dan Buchla. Fundamental of analog circuits. Prentice Hall,

New Jersey, 2008.

[2] Malvino. Prinsip-prinsip elektronika I. 1994. Jakarta: Erlangga.

[3] Sutrisno. Elektronika Teori dan Penerapannya. 1985. Bandung: ITB.

[4] Halliday dan Resnick. Fisika. Jilid 2. 1988. Jakarta: Erlangga.

[5] Elektronika dasar. Oscilator Colpitts. 2012. Available at

http://elektronika-dasar.web.id/rangkaian/oscilator-colpitts/. Diakses

pada hari Minggu, 9 November 2014 pukul 18.30 WIB.

[6] Elektronika dasar. Konsep Dasar Oscilator Umpan Balik. 2012. Avail-

able at http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/konsep-dasar-

oscilator-umpan-balik/. Diakses pada hari Minggu, 9 November 2014

pukul 18.45 WIB.

[7] Elektronika dasar. Penguat 1 (Satu) Transistor. 2013. Avail-

able at http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/penguat-1-

satu-transistor/. Diakses pada hari Minggu, 9 November 2014 pukul

19.00 WIB.

16

LAMPIRAN

17