CHAPTER 14 DAN 15

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

6. Problem

1. Pendahuluan (kembali)

Umpan balik sangat penting dalam mengontrol penguatan penguat, stabilitas, dan respons frekuensi. Bab 14 meneliti topologi umpan balik (seri-shunt, shunt-series) dan sirkuit osilator (RC, LC, kristal). Bab 15 berfokus pada desain catu daya, termasuk penyearah, filter, dan regulator tegangan, memastikan tegangan DC yang stabil untuk sistem elektronik.

2. Tujuan (kembali)

Memahami efek umpan balik pada penguat.
Menganalisis rangkaian osilator Wien Bridge, Colpitts, dan kristal.
Merancang catu daya dengan regulator linier dan switching.
Mengevaluasi ripple factor dan efisiensi rectifier.

3. Alat dan Bahan (kembali)

1. Software Proteus

Proteus adalah perangkat lunak simulasi elektronik yang digunakan untuk merancang, menguji, dan memvisualisasikan rangkaian elektronik secara virtual. Software ini mendukung simulasi berbagai komponen, termasuk mikrokontroler, sehingga memudahkan pengguna dalam merancang dan menguji sistem tanpa perlu merakitnya secara fisik terlebih dahulu.

2. Power Supply

Power supply adalah perangkat yang menyediakan daya listrik untuk rangkaian atau sistem elektronik. Fungsinya adalah mengubah sumber daya listrik, seperti listrik AC dari jaringan listrik, menjadi tegangan DC (arus searah) yang dibutuhkan oleh komponen elektronik dalam perangkat. Power supply juga dapat mengatur tegangan dan arus untuk memastikan bahwa perangkat menerima daya yang stabil dan sesuai dengan kebutuhan operasionalnya.

3. Op-Amp

Op-amp adalah suatu komponen elektronik analog yang berfungsi sebagai penguat tegangan. Komponen ini memiliki dua terminal input, yaitu inverting input (-) dan non-inverting input (+), serta satu terminal output.

4. UJT

UJT (Uni Junction Transistor) adalah jenis transistor yang memiliki satu sambungan (junction) dan digunakan terutama sebagai elemen pemicu (trigger) dalam rangkaian elektronik. UJT memiliki tiga terminal, yaitu emitor (E), basis 1 (B1), dan basis 2 (B2). Tidak seperti transistor biasa, UJT tidak digunakan untuk penguatan sinyal, melainkan untuk menghasilkan pulsa atau sebagai sakelar dalam rangkaian seperti osilator, rangkaian pewaktu (timer), dan pemicu SCR (Silicon Controlled Rectifier). UJT terkenal karena konsumsi dayanya yang rendah, kestabilan pulsa yang baik, dan kesederhanaan dalam rangkaian pemicu.

5. Transistor

Transistor adalah komponen elektronik yang berfungsi sebagai penguat sinyal atau sakelar listrik. Transistor dapat mengontrol aliran arus listrik dalam rangkaian, memungkinkan untuk memperkuat sinyal listrik atau mengalihkan aliran arus sesuai kebutuhan. Biasanya digunakan dalam perangkat elektronik seperti radio, komputer, dan telepon untuk berbagai fungsi seperti pemrosesan sinyal dan pengaturan daya.

6. Resistor

Resistor adalah komponen elektronik pasif yang berfungsi untuk menghambat aliran arus listrik dalam suatu rangkaian. Nilai hambatan pada resistor dinyatakan dalam satuan ohm (Ω). Resistor digunakan untuk mengatur arus, membagi tegangan, serta melindungi komponen lain dari arus berlebih.

7. Kapasitor

Kapasitor adalah komponen elektronik yang berfungsi menyimpan dan melepaskan muatan listrik dalam jangka waktu singkat. Komponen ini terdiri dari dua pelat konduktor yang dipisahkan oleh bahan isolator (dielektrik). Dalam rangkaian elektronik, kapasitor digunakan untuk berbagai keperluan seperti menyaring sinyal, menstabilkan tegangan, menghilangkan gangguan (noise), dan mengatur waktu dalam rangkaian osilator atau timer.

8. Probe Voltage

Probe voltage adalah alat ukur virtual yang digunakan dalam simulasi rangkaian elektronik untuk mengamati atau memantau nilai tegangan pada titik tertentu. Alat ini berfungsi tanpa memengaruhi jalannya rangkaian dan umumnya digunakan dalam perangkat lunak simulasi seperti Proteus. Probe voltage memungkinkan pengguna melihat perubahan tegangan secara langsung selama simulasi, baik dalam bentuk angka maupun grafik, sehingga memudahkan analisis dan evaluasi kinerja rangkaian.

9. Oscilloscope

Osiloskop adalah alat ukur elektronik yang digunakan untuk menampilkan dan menganalisis bentuk gelombang sinyal listrik. Alat ini bekerja dengan memetakan tegangan sinyal terhadap waktu pada layar, sehingga pengguna bisa melihat bagaimana sinyal berubah seiring waktu. Osiloskop sangat berguna untuk mengamati karakteristik sinyal seperti frekuensi, amplitudo, bentuk gelombang, serta gangguan atau noise. Osiloskop banyak digunakan di laboratorium, bidang teknik elektro, servis elektronik, dan penelitian karena kemampuannya memberikan gambaran visual yang akurat tentang perilaku sinyal listrik dalam suatu rangkaian.

10. Signal Generator

Signal generator adalah alat yang menghasilkan berbagai jenis sinyal listrik, seperti gelombang sinusoidal, kotak, atau segitiga, dengan frekuensi dan amplitudo yang dapat diatur. Alat ini digunakan untuk menguji, mengkalibrasi, dan mensimulasikan perangkat elektronik dalam berbagai aplikasi, termasuk riset, pengembangan, dan pengujian sistem komunikasi serta rangkaian elektronik.

11. Ground

Ground dalam elektronik adalah titik referensi tegangan dalam suatu rangkaian, biasanya dianggap memiliki tegangan nol volt. Ground berfungsi sebagai jalur kembali arus listrik dan sebagai acuan untuk mengukur tegangan komponen lain dalam rangkaian.

4. Dasar Teori (kembali)

CHAPTER 14: FEEDBACK AND OSCILLATOR CIRCUITS

Chapter 14 membahas konsep umpan balik (feedback) dan aplikasinya dalam rangkaian osilator. Umpan balik merupakan proses dimana sebagian sinyal output dialirkan kembali ke input, yang dapat bersifat positif maupun negatif. Umpan balik negatif berfungsi untuk meningkatkan stabilitas rangkaian dengan mengurangi distorsi dan memperbaiki respon frekuensi, sementara umpan balik positif digunakan secara khusus untuk membangun rangkaian osilator. Prinsip dasar osilator dijelaskan melalui kriteria Barkhausen, yang mensyaratkan bahwa penguatan loop harus setidaknya 1 dan pergeseran fasa total harus 0° atau kelipatan 360°.

Bagian penting chapter ini menjelaskan berbagai jenis osilator berdasarkan komponen yang digunakan. Osilator RC seperti jembatan Wien cocok untuk menghasilkan frekuensi rendah, sedangkan osilator LC (Colpitts dan Hartley) lebih sesuai untuk aplikasi frekuensi radio. Osilator kristal menawarkan stabilitas frekuensi yang sangat tinggi bergetar pada frekuensi resonansi mekanis kristalnya. Selain itu, dibahas pula osilator relaksasi yang menggunakan komponen seperti UJT atau IC timer 555 untuk menghasilkan gelombang persegi. Aplikasi praktis rangkaian osilator mencakup pembangkit sinyal clock dalam sistem digital, pembawa frekuensi radio, dan sumber referensi waktu dalam berbagai instrumen elektronik.

CHAPTER 15: POWER SUPPLIES (REGULATED DC POWER SUPPLIES)

Chapter 15 fokus pada sistem catu daya teregulasi yang mengubah tegangan AC menjadi DC stabil. Proses konversi ini melibatkan beberapa tahap utama. Transformator pertama-tama menurunkan tegangan AC dari jala-jala ke level yang lebih aman dan sesuai. Rangkaian penyearah kemudian mengkonversi AC menjadi DC, baik dengan konfigurasi setengah gelombang yang sederhana maupun penyearah gelombang penuh yang lebih efisien menggunakan dioda bridge. Tahap penyaringan menggunakan kapasitor elektrolit besar untuk meratakan riak tegangan, diikuti oleh regulator tegangan yang menjaga output tetap stabil terhadap variasi beban maupun fluktuasi input.

Chapter ini secara detail membahas karakteristik penting catu daya seperti faktor riak yang mengukur fluktuasi tegangan DC, regulasi tegangan yang menunjukkan kemampuan mempertahankan level output, serta efisiensi konversi daya. Berbagai teknik regulasi dijelaskan mulai dari regulator sederhana berbasis dioda Zener hingga regulator terintegrasi presisi seperti seri 78xx dan pengaturan menggunakan Op-Amp untuk aplikasi yang lebih kritis. Aspek proteksi seperti pembatas arus dan proteksi termal juga dibahas untuk memastikan keandalan sistem. Perbandingan dengan catu daya mode switching disinggung secara singkat, menekankan trade-off antara efisiensi tinggi dengan kompleksitas rangkaian yang lebih besar. Aplikasi sistem catu daya ini sangat luas, mulai dari perangkat elektronik konsumen hingga sistem industri dan peralatan medis yang membutuhkan pasokan daya yang stabil dan andal.

5. Prinsip Kerja [kembali]

Prinsip kerja rangkaian umpan balik (feedback circuit) adalah dengan mengembalikan sebagian sinyal keluaran ke masukan sistem. Jika sinyal yang dikembalikan bersifat negatif (berlawanan fasa), maka rangkaian akan menjadi lebih stabil, mengurangi distorsi, dan meningkatkan linearitas serta bandwidth. Sebaliknya, jika umpan balik bersifat positif (sefase dengan sinyal masukan), maka sinyal akan diperkuat terus-menerus, yang dapat menyebabkan ketidakstabilan namun juga memungkinkan terjadinya osilasi.

Rangkaian osilator (oscillator circuit) bekerja berdasarkan prinsip umpan balik positif. Rangkaian ini menghasilkan sinyal periodik (seperti gelombang sinus, kotak, atau segitiga) secara kontinu tanpa memerlukan sinyal input eksternal. Untuk dapat berosilasi, rangkaian harus memenuhi kriteria Barkhausen, yaitu penguatan total loop harus sama atau lebih dari satu, dan jumlah pergeseran fasa di dalam loop harus kelipatan 360 derajat. Dengan memenuhi syarat ini, sinyal yang terbentuk dalam rangkaian akan diperkuat secara terus-menerus dan menghasilkan osilasi yang stabil.

6. Problem [kembali]

1. Sebuah penguat memiliki penguatan terbuka (open-loop gain) $A = 1000$ . Jika diterapkan umpan balik negatif dengan faktor umpan balik $β = 0,01$ , berapakah penguatan tertutup (closed-loop gain) sistem tersebut?

Jawab :

Gunakan rumus penguatan tertutup:

$A_{f} = \frac{A}{1 + A β}$ $A_{f} = \frac{1000}{1 + 1000 \times 0,01} = \frac{1000}{1 + 10} = \frac{1000}{11} \approx 90,91$

2. Sebuah osilator RC phase shift menggunakan tiga buah rangkaian RC identik yang memberikan total pergeseran fasa 180°, dan diperkuat oleh penguat inverting yang juga memberi pergeseran fasa 180°. Apakah rangkaian ini dapat menghasilkan osilasi?

Jawab :

Syarat osilasi menurut kriteria Barkhausen adalah:

Total pergeseran fasa dalam loop = 360° atau 0°
Penguatan loop $A β \geq 1$

Karena tiga RC masing-masing memberi 60°, maka total 180° dari RC + 180° dari penguat = 360° → syarat fasa terpenuhi.

Jika penguatan loop juga mencukupi, maka osilasi dapat terjadi.

3. Sebuah rangkaian osilator LC memiliki induktor

L = 25 μ H

dan kapasitor

C = 250 p F

. Hitunglah frekuensi osilasi yang dihasilkan!

Jawab :

Gunakan rumus frekuensi LC oscillator:

f = \frac{1}{2 π \sqrt{L C}}

L = 25 \times 10^{- 6} H, C = 250 \times 10^{- 12} F

f = \frac{1}{2 π \sqrt{25 \times 10^{- 6} \times 250 \times 10^{- 12}}} = \frac{1}{2 π \sqrt{6.25 \times 10^{- 15}}} = \frac{1}{2 π \times 7.9 \times 10^{- 8}} \approx \frac{1}{4.96 \times 10^{- 7}} \approx 2.01 MHz

7. Soal Latihan [kembali]

1. Salah satu manfaat dari penggunaan umpan balik negatif dalam rangkaian penguat adalah...

A. Menurunkan stabilitas penguat
B. Meningkatkan distorsi sinyal
C. Mengurangi bandwidth
D. Menstabilkan penguatan dan mengurangi distorsi

Jawaban: D. Menstabilkan penguatan dan mengurangi distorsi

2. Syarat agar suatu rangkaian dapat berosilasi (menurut kriteria Barkhausen) adalah...

A. Penguatan loop harus lebih kecil dari 1 dan pergeseran fasa 90°
B. Tidak memerlukan umpan balik
C. Penguatan loop sama dengan atau lebih besar dari 1 dan pergeseran fasa total 360°
D. Menggunakan arus AC sebagai input utama

Jawaban: C. Penguatan loop sama dengan atau lebih besar dari 1 dan pergeseran fasa total 360°

3. Jenis osilator yang menggunakan kristal kuarsa untuk menghasilkan frekuensi yang sangat stabil adalah...

A. RC Phase Shift Oscillator
B. Hartley Oscillator
C. Crystal Oscillator
D. Colpitts Oscillator

Jawaban: C. Crystal Oscillator

8. Percobaan [kembali]

14.43