14.7 Wien Bridge Oscillator

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

1. Pendahuluan [Kembali]

Dalam sistem elektronika, rangkaian umpan balik (feedback circuit) dan osilator memainkan peran penting dalam penguatan sinyal dan generasi sinyal frekuensi tertentu. Umpan balik adalah proses di mana sebagian dari sinyal keluaran dikembalikan ke masukan, yang dapat bersifat positif (positive feedback) atau negatif (negative feedback), tergantung pada aplikasinya. Umpan balik negatif banyak digunakan dalam penguat (amplifier) untuk meningkatkan stabilitas, linearitas, dan bandwidth, serta mengurangi distorsi dan noise.

Sementara itu, rangkaian osilator dirancang untuk menghasilkan sinyal periodik secara kontinu tanpa sinyal input eksternal. Osilator memanfaatkan prinsip umpan balik positif untuk menghasilkan sinyal sinusoidal, kotak, atau gelombang segitiga, yang sangat penting dalam aplikasi komunikasi, sistem pengatur waktu, dan perangkat digital.

Pemahaman yang baik mengenai prinsip kerja, jenis-jenis, dan implementasi rangkaian umpan balik dan osilator sangat penting dalam bidang teknik elektro dan elektronika untuk merancang sistem yang efisien dan andal.

2. Tujuan [Kembali]

1. Memahami prinsip kerja rangkaian umpan balik dalam sistem penguat, baik umpan balik positif maupun negatif.

2. Menganalisis pengaruh umpan balik terhadap karakteristik penguat, seperti gain, bandwidth, stabilitas, dan distorsi.

3. Mengenal berbagai jenis rangkaian osilator seperti osilator RC, LC, dan Kristal, serta memahami cara kerjanya dalam menghasilkan sinyal periodik tanpa input eksternal.

4. Mampu merancang dan mengimplementasikan rangkaian osilator sederhana untuk menghasilkan sinyal dengan frekuensi tertentu.

5. Meningkatkan keterampilan dalam penggunaan perangkat simulasi dan alat ukur elektronik dalam pengujian karakteristik umpan balik dan osilator.

3. Alat dan Bahan [Kembali]

A. Op-amp

B. Resistor

Fungsi utama dari resistor adalah membatasi aliran arus. Resistor dapat menahan arus dan memperkecil besar arus. Besar resistansi (kemampuan menahan arus) resistor disesuaikan dengan kebutuhan perangkat elektronika.

C. Kapasitor

Kapasitor adalah komponen elektronik yang berfungsi untuk menyimpan dan melepaskan energi listrik dalam bentuk muatan. Dalam berbagai jenis rangkaian, kapasitor memiliki peran penting, seperti menyaring sinyal untuk menghilangkan noise atau komponen frekuensi tertentu, serta memblokir arus searah (DC) sambil meneruskan arus bolak-balik (AC), yang sering digunakan dalam proses kopling sinyal antar tahap rangkaian.

D. Power supply

Power supply (catu daya) adalah perangkat atau sistem yang menyediakan energi listrik ke beban listrik. Fungsi utamanya adalah untuk mengubah energi listrik dari satu bentuk (biasanya dari sumber utama seperti listrik PLN) menjadi bentuk lain yang sesuai dengan kebutuhan perangkat yang akan dioperasikan.

E. Ground

Ground adalah titik kembalinya arus searah atau titik kembalinya sinyal bolak balik atau titik patokan dari berbagai titik tegangan dan sinyal listrik dalam rangkaian elektronika.

F. Voltmeter

Alat ukur untuk mengukur besar Tegangan dalam satuan Volt

G. Oscilloscope

Osiloskop adalah alat ukur elektronik yang digunakan untuk menampilkan bentuk gelombang sinyal listrik secara grafis pada layar, biasanya dalam bentuk tegangan (sumbu Y) terhadap waktu (sumbu X).

4. Dasar Teori [Kembali]

1. Rangkaian Umpan Balik (Feedback Circuits)

Umpan balik dalam sistem elektronika adalah proses mengembalikan sebagian sinyal keluaran ke masukan. Berdasarkan arah dan efeknya, umpan balik dibagi menjadi dua jenis:

Umpan Balik Negatif (Negative Feedback): Mengurangi gain total tetapi meningkatkan kestabilan, linearitas, dan bandwidth. Umumnya digunakan dalam penguat operasional dan penguat daya untuk meminimalkan distorsi dan memperluas respon frekuensi.
Umpan Balik Positif (Positive Feedback): Meningkatkan sinyal masukan dan dapat menyebabkan penguatan berlebihan. Umpan balik jenis ini digunakan dalam rangkaian osilator untuk menghasilkan sinyal periodik.

Umpan balik dapat mempengaruhi performa penguat melalui persamaan:

Af=A1+Aβ

di mana:

A = gain tanpa umpan balik
β = faktor umpan balik
Af = gain dengan umpan balik

2. Rangkaian Osilator (Oscillator Circuits)

Osilator adalah rangkaian yang menghasilkan sinyal periodik (misalnya, gelombang sinus, kotak, atau segitiga) tanpa memerlukan sinyal input eksternal. Prinsip kerja osilator berdasarkan umpan balik positif, yang menjaga osilasi tetap berlangsung.

Agar osilasi terjadi, dua kondisi utama (Barkhausen Criterion) harus dipenuhi:

Loop gain: Aβ≥1
Fase total: pergeseran fase total dalam loop umpan balik adalah kelipatan 360° atau 0°

Jenis-jenis osilator yang umum digunakan:

RC Oscillator: menggunakan resistor dan kapasitor, cocok untuk frekuensi rendah.
LC Oscillator: menggunakan induktor dan kapasitor, cocok untuk frekuensi menengah hingga tinggi.
Crystal Oscillator: menggunakan kristal kuarsa, menghasilkan frekuensi sangat stabil.
Phase Shift & Wien Bridge Oscillator: tipe osilator berbasis RC yang umum digunakan dalam aplikasi audio.

Wien Bridge Oscillator adalah salah satu jenis osilator RC (resistor-kapasitor) yang mampu menghasilkan sinyal sinusoidal dengan distorsi rendah. Rangkaian ini memanfaatkan umpan balik positif melalui jaringan Wien bridge, yang terdiri dari kombinasi resistor dan kapasitor.

5. Percobaan [Kembali]

1. Rangkaian 14.23