Chapter 14 dan 15

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

1. Pendahuluan [Kembali]

Osilator kristal (crystal oscillator) merupakan rangkaian elektronik yang digunakan untuk menghasilkan sinyal frekuensi tetap dan stabil. Komponen utama dari rangkaian ini adalah kristal kuarsa (quartz crystal) yang memiliki frekuensi resonansi sangat presisi. Dalam rangkaian ini, op-amp 741 digunakan sebagai penguat dalam konfigurasi osilator. Output dari rangkaian ini adalah gelombang sinus atau persegi yang digunakan dalam berbagai sistem digital dan komunikasi sebagai sumber clock atau sinyal sinkronisasi.

Unijunction Transistor (UJT) merupakan salah satu komponen semikonduktor yang unik, dikenal karena karakteristik switching-nya yang cepat dan kemampuan menghasilkan pulsa-pulsa osilasi secara periodik. Salah satu aplikasi dasar dari UJT adalah pada rangkaian oscillator, di mana ia berfungsi menghasilkan gelombang-gelombang pulsa tanpa memerlukan sinyal input eksternal. Rangkaian Basic Unijunction Oscillator (UJT Oscillator) sangat sederhana namun efektif dalam membangkitkan sinyal periodik berbentuk gelombang gigi gergaji atau pulsa, yang sering digunakan dalam pemicu SCR, pengatur waktu (timer), atau generator pulsa.

Osilator merupakan rangkaian elektronik yang berfungsi untuk menghasilkan sinyal gelombang periodik tanpa memerlukan input sinyal eksternal. Salah satu jenis osilator yang sering digunakan dalam sistem kontrol dan pemicu (triggering) adalah osilator berbasis Unijunction Transistor (UJT). Komponen ini memiliki karakteristik switching yang cepat serta kemampuan menghasilkan pulsa-pulsa tajam dan teratur. Dalam percobaan ini, beberapa konfigurasi rangkaian osilator UJT akan dikaji untuk melihat bagaimana variasi susunan komponen dan metode pemicu dapat memengaruhi bentuk gelombang dan frekuensi output. Masing-masing konfigurasi memiliki kelebihan dan kekurangan dalam hal kestabilan, frekuensi, dan efisiensi pemicu, sehingga penting untuk memahami karakteristik tiap jenis.

2. Tujuan [Kembali]

Mempelajari prinsip kerja osilator kristal menggunakan op-amp, osilator berbasis Unijunction Transistor (UJT), dan UJT sebagai elemen pembangkit osilasi.
Mengamati bentuk gelombang keluaran osilator kristal pada osiloskop, proses pengisian dan pengosongan kapasitor sebagai pemicu pulsa, dan perbedaan bentuk dan frekuensi gelombang output dari setiap konfigurasi.
Mengetahui peran kristal kuarsa sebagai penentu frekuensi resonansi dalam rangkaian osilator, fungsi resistor timing (RT) dan kapasitor timing (CT) dalam menentukan frekuensi osilasi, pengaruh perubahan nilai komponen terhadap bentuk dan frekuensi gelombang.
Menggunakan op-amp 741 dalam konfigurasi loop umpan balik untuk menghasilkan osilasi.
Memahami fungsi komponen pendukung seperti kapasitor, resistor, dan dioda zener dalam menjaga kestabilan dan bentuk gelombang.
Menghasilkan sinyal osilasi (gelombang gigi gergaji atau pulsa) dari rangkaian UJT.
Menganalisis beberapa konfigurasi rangkaian osilator UJT.
Menentukan pengaruh nilai resistor dan kapasitor terhadap performa osilasi.
Menilai kelebihan dan kekurangan masing-masing konfigurasi dalam konteks aplikasi praktis (pemicu SCR, alarm, pemodulasi).

3. Alat dan Bahan [Kembali]

FIG 14.36

Op-Amp 741
Kristal kuarsa
Resistor
Kapasitor non-polar
Dioda Zener
Sumber tegangan
Osiloskop
Function Generator
Ground

FIG 14.37

Transistor 2N2067
Kapasitor polar
Resistor
Sumber Tegangan DC
Probe
Ground

FIG 14.39

Transistor 2N6028
Transistor 2N1711
Resistor
kapasistor polar
Tegangan DC
Signal Generator
Oscilloscope
Ground

4. Dasar Teori [Kembali]

Rangkaian osilator menggunakan kristal kuarsa memanfaatkan efek piezoelektrik untuk menciptakan osilasi yang sangat stabil pada frekuensi tertentu. Ketika arus listrik diberikan, kristal akan berosilasi pada frekuensi alaminya, yang kemudian diperkuat oleh op-amp.
Op-amp 741 digunakan di sini sebagai penguat dalam konfigurasi umpan balik positif, di mana sinyal yang dihasilkan oleh kristal diperkuat dan dikembalikan ke input op-amp untuk mempertahankan osilasi.

Kapasitor dan resistor dalam rangkaian membentuk filter dan jaringan umpan balik, sedangkan dioda zener berfungsi sebagai pembatas tegangan output agar tidak melebihi ambang tertentu, menjaga kestabilan sinyal dan mencegah kerusakan komponen lain.

Unijunction Transistor (UJT) adalah perangkat semikonduktor dengan satu junction (sambungan) dan dua basis (B1 dan B2). Pada rangkaian osilator, kapasitor CT akan mengisi melalui resistor RT. Saat tegangan kapasitor mencapai tegangan pemicu UJT (Vp), UJT akan menghantar dan membuang muatan kapasitor secara cepat ke ground melalui B1. Proses ini menciptakan pulsa tajam yang berulang, menghasilkan sinyal osilasi.
Frekuensi dari osilasi bergantung pada nilai RT dan CT, dengan rumus mendekati:

$f \approx \frac{1}{R T \cdot C T}$

Rangkaian ini sederhana dan efisien digunakan untuk berbagai aplikasi seperti rangkaian pemicu thyristor, pemancar pulsa, dan sistem pewaktu.

1. Unijunction Transistor (UJT)

UJT adalah perangkat semikonduktor tiga terminal (Emitter, B1, dan B2) dengan karakteristik unik berupa resistansi negatif. Bila tegangan emitter (VE) meningkat hingga melewati titik puncak (peak point voltage, Vp), UJT akan menghantarkan dan menyebabkan penurunan drastis pada VE—fenomena ini disebut switching. Tegangan Vp dapat dihitung dengan:

$V_{p} = η V_{B B} + V_{D}$

di mana:

$η = intrinsic stand-off ratio (biasanya antara 0.5–0.8),$
$V_{BB}$ = tegangan antara B2 dan B1,
$V_{D}$ = tegangan maju junction emitter-basis.

2. Prinsip Osilasi

Dalam rangkaian dasar osilator UJT, sebuah kapasitor diisi melalui resistor hingga mencapai Vp. Saat VE ≥ Vp, UJT menghantarkan, kapasitor mendischarge dengan cepat melalui B1, menciptakan pulsa tajam pada output. Setelah itu, proses pengisian ulang dimulai dan siklus berulang, menghasilkan gelombang periodik.

3. Konfigurasi Rangkaian UJT Oscillator

Beberapa konfigurasi yang umum dijumpai antara lain:

Basic Relaxation Oscillator: konfigurasi paling sederhana, digunakan untuk menghasilkan pulsa periodik.
Sawtooth Oscillator: menghasilkan sinyal gigi gergaji (sawtooth waveform).
Trigger Pulse Generator: digunakan untuk memicu thyristor atau TRIAC.
Controlled Frequency Oscillator: memungkinkan pengaturan frekuensi dengan sinyal eksternal atau potensiometer.