Materi Elektrinika : Osilator

Materi Elektrinika : Osilator

• 1.
  Elektronika Telkomunikasi Fahraini BachruddinST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana ‘12 1 MODUL 7 OSILATOR 1 7.1 Pendahuluan Sistem Komunkasi elektronik tidak dapat beroperasi tanpa sumber gelombag elektrik sinusoidal. Beberapa jenis rangkaian oscillator digunakan untuk menghasilkan gelombag sinusoidal dan beberapa umum digunakan dianalisa pada halaman berikutnya, sehingga untuk menggambarkan metoda secara umum. Pada banyak bagian dari sistem telekomunikasi menggunakan rangkaian pembangkit sinyal yang dikenal sebagai rangkaian osilator, seperti pembangkit sinyal carrier. Sinyal carrier misalnya dikenal pada sistem pemancar AM (amplitude modulation) ma-upun FM (frequency modulation), atau pada sistem modulasi pulsa seperti FSK (fre-quency shift keying) ataupun PSK (phase shift keying). Bagian lain dari sistem telekomunikasi yang menggunakan osilator adalah pada proses translasi frekuensi, seperti misalnya osilator lokal pada proses mixing untuk menghasilkan sinyal IF (inter-mediate frequency). Sebagai osilator lokal juga, tetapi digunakan pada proses translasi ke frekuensi kanal, atau pada sistem transposer seperti yang digunakan pada radio-link microwave termasuk pada sistem transponder satelit. Dari bentuk sinyal yang dihasilkan, osilator terbagi menjadi dua kelompok, yaitu, osila-tor sinusoidal dan osilator non-sinusoidal. Osilator sinusoidal sudah jelas, bahwa sinyal outputnya berbentuk sinyal sinus periodik dengan frekuensi tertentu. Sementara osilator non-sinusoidal akan mempunyai sinyal output periodik dengan bentuk salah satu dari; gelombang persegi, gelombang ramp (saw-tooth), bentuk parabola, dsb. 7.2 Osilator Sinusoidal Bentuk gelombang sinusoidal periodik mempunyai fenomena yang sangat mirip dengan gerakan bandul-mekanik atau bandul-matematis yang akan berayun ke kiri dan kemu-dian ke kanan melalui titik diamnya dengan frekuensi yang tertentu dari, f = l g 2 1 ............................................................. (7-1) dimana, g = percepatan gravitasi = 10 m/det2
• 2.
  Elektronika Telkomunikasi Fahraini BachruddinST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana ‘12 2 l = panjang tali bandul, meter Secara teori, bandul akan terus berayun dengan simpangan yang tetap tanpa diperlukan energi tambahan dari luar berbentuk dorongan yang searah ayunan. Tetapi pada kenya-taannya, ayunan tersebut makin lama makin mengecil simpangannya sampai akhirnya berhenti di titik setimbangnya. Hal ini disebabkan karena sistem bandul mengalami gaya gesekan dengan udara selama dia mengayun yang akhirnya tentu mengurangi energi bandul sampai menjadi nol. Dalam hal ayunan elektronis, yaitu yang terjadi pada rangkaian osilator, tepatnya pada satu tank-circuit, ayunan yang berbentuk siklus pengisian dan pengosongan muatan kapasitor akan berlangsung terus tanpa memerlukan energi elektris tambahan dari luar. Sebuah tank-circuit ditunjukkan pada Gambar 7.1, yaitu, satu induktor yang terpasang paralel dengan sebuah kapasitor. (a) (b) (c) Gambar 7.1 Komposisi sebuah tank-circuit (a) tank-circuit, (b) saat pengisian kapasitor, (c) saat pengisian induktor. Dalam keadaan diam, sebuah tank-circuit hanyalah sebuah rangkaian biasa seperti ditunjukkan pada Gambar 7-1(a), Tetapi bila diinjeksikan satu muatan listrik pada kapasi-tornya sampai penuh seperti ditunjukkan pada Gambar7-1(b), maka disitulah akan dimulai osilasi. Energi listrik yang telah tersimpan dalam kapasitor akan mengalami pengo-songan (discharge) ke induktor sampai muatan kapasitor tersebut habis. Energi listrik tersebut kemudian berpindah seluruhnya ke induktor. Setelah itu L C
• 3.
  Elektronika Telkomunikasi Fahraini BachruddinST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana ‘12 3 proses discharge ter-jadi sebaliknya, yaitu dari induktor ke kapasitor sampai muatan seluruhnya ditampung kapasitor. Selanjutnya siklus yang sama terjadi dan demikian seterusnya. Bila tidak terjadi kerugian energi karena disipasi energi pada bahan resistif induktor dan kerugian dielektrik pada kapasitor, maka ayunan atau osilasi tersebut berlangsung terus. Tetapi dalam kenyataannya tidaklah demikian. Untuk mempertahankan osilasi tersebut, maka harus ada energi tambahan dari luar tank-circuit yang dapat mempertahankannya. Hal yang sama terjadi pada ayunan bandul-matematis seperti diuraikan di atas, yaitu dorongan yang searah ayunan. Semen-tara pada tank-circuit, energi yang ditambahkan harus satu fasa dengan fasa osilasi. Ini-lah yang dimaksudkan, bahwa osilasi listrik tersebut mempunyai fenomena yang persis sama dengan ayunan bandul-matematis. Frekuensi osilasi juga mempunyai bentuk yang mirip, yaitu, f = LC 1 2 1  (Hz) ............................................... (7-2) dimana, L = induktansi ideal (tanpa komponen resistif), henry C = kapasitansi, farad Pelaksanaan pemberian energi tambahan dari luar tank-circuit agar osilasi berlangsung terus, dilakukan dengan proses feedback dari output ke tank-circuit. Secara umum, apa-bila satu penguat mempunyai jalur feedback positif sedemikan, sehingga dicapai satu kondisi yang disebut sebagai Barkhausen-Criterion, maka terjadilah osilasi tersebut. Secara umum, diagram blok sebuah penguat dengan jalur feedback dilukiskan pada Gambar 7-2. A adalah faktor penguatan tanpa feedback, sementara β adalah fungsi- alih jalur feedback. Dengan adanya jalur umpan-balik positif, maka faktor penguatan menjadi, Af = A A 1 ............................................................... (7-3)
• 4.
  Elektronika Telkomunikasi Fahraini BachruddinST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana ‘12 4 Gambar 7-2 Diagram blok penguat dengan jalur umpan balik positif. Kriteria Barkhausen untuk menghasilkan satu osilasi, adalah kondisi dimana, faktor (1-Aβ) = 0 atau Aβ = 1, sehingga nilai Af menjadi tak berhingga. Hal ini mempunyai makna, bahwa sinyal output (sinusoidal) tetap ada walaupun inputnya nihil. Karena kedua faktor tersebut, A dan β, adalah bilangan kompleks, maka kondisi Aβ = 1, me- nunjukkan, bahwa A = 1 , dan fasa Aβ = nol. Kedua parameter ini masing- masing dapat digunakan untuk menentukan syarat osilasi, dan nilai frekuensi osilasinya. Rangkaian osilator yang menggunakan tank-circuit, secara diagram blok ditunjukkan pada Gambar 7.3. Jenis osilator yang menggunakan tank-circuit yang dibahas dalam Modul ini adalah, Hartley, Colpitts, dan osilator Clapp. Gambar 7.3 Diagram blok osilator yg menggunakan tank-circuit (tuned-circuit). A  + vin vout Z1Z2 Zi Z3 Avo Vi Ro Vo ViV'i I2 I1 Amplifier
• 5.
  Elektronika Telkomunikasi Fahraini BachruddinST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana ‘12 5 Diagram blok Gambar 7.3 ini bila disesuaikan dengan diagram blok Gbr-2 adalah, blok amplifier pada Gamba r7.3 adalah blok amplifier pada Gambar 7.2 yang mempunyai penguatan A. Sedang blok umpan-balik pada Gbr-2 direpresentasikan sebagai impedansi Z2 pada Gambar 7.3, yang outputnya adalah tegangan Vi’, yaitu sinyal umpan-balik positif. Z1, Z2, dan Z3, masing-masing adalah komponen tank- circuit yang digunakan. Rangkaian tiga loop di atas membentuk satu rangkaian penggeser fasa antara input dan outputnya. Rangkaian tersebut akan berosilasi dengan frekuensi tertentu bila total per-geseran fasanya sebesar 0O (ingat fenomena bandul-matematis di depan), serta loop-gain sama atau lebih besar dari satu. Kedua persyaratan tersebut adalah kriteria leng-kap Barkhausen. Bila nilai mutlak loop-gain lebih besar dari satu, maka amplitudo osilasi membesar. Dalam rangkaian osilator praktis, osilasi yang membesar itu terus berlangsung sampai daerah nonlinier karakteristik amplifier itu sendiri yang membatasi nilai loop-gain tersebut sampai menjadi satu. Setelah itu, nilai satu tersebut secara otomatis dipertahankan tetap satu, atau dihasilkan kondisi ‘stabil’ osilasi. Blok rangkaian dapat dianalisa bila rangkaian diputus pada input amplifier, dan meng-hitung loop-gain ( = perkalian Aβ ) dari Vi ke Vi’ . Bila impedansi input cukup besar, maka dapat diabaikan, dan dihasilkan dua loop yang masing-masing dialiri arus I1 dan I2. Persamaan loop yang muncul adalah, Avo Vi = I1 (Ro + Z1) - I2 (Z1) .......................... (i) 0 = - I1 (Z1) + I2 (Z1 + Z2 + Z3) .................. (ii) juga, I2 = 2 ' Z V i ................................................................ (iii) dan, Zi ≡ ∞ ................................................................. (iv) Dengan menyelesaikan empat persamaan tersebut di atas, dihasilkan,
• 6.
  Elektronika Telkomunikasi Fahraini BachruddinST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana ‘12 6 Av(loop) = i i V V ' = - Avo ))(( 2321 2 1 21 ZRZZZZ ZZ o  .................... (7-4) Karena pada kondisi resonansi, (Z1 + Z2 + Z3) merupakan rangkaian resonansi seri de-ngan nilai Q yang tinggi, maka nilai resistansi-dinamis-nya yang dihasilkan sangat kecil serta dapat dibaikan, sehingga jumlah ketiga reaktansi tersebut sama dengan nol, atau, (Z1 + Z2 + Z3) = (X1 + X2 + X3) = 0 ................................ (7-5) dan nilai loop gain persamaan (9-4) menjadi lebih sederhana seperti persamaan berikut, Av(loop) = - Avo 1 2 X X ≥ 1 ................................................. (7-6) Pada penerapannya, tiga reaktansi tersebut dapat bervariasi, sehingga terbentuk rang-kaian osilator Hartley misalnya, dimana X1 dan X2 adalah induktor, dan X3 adalah kapasitor, dsb. 7.2 Osilator Hartley Mempunyai rangkaian seperti ditunjukkan pada Gambar 7.4. Rancangan rangkaian dc-nya seperti diuraikan pada Modul-6, dimana titik kerja ditempatkan di tengah- tengah kurva karakteristiknya, atau penguat bekerja sebagai penguat kelas-A. Se- lanjutnya, nilai-nilai induktansi dan kapasitansi tank-circuit ditentukan sesuai de-ngan frekuensi osilasi yang dikehendaki. Biasanya nilai kapasitansi dulu yang dipi-lih bebas sesuai dengan nilai-nilai yang tersedia di pasaran.
• 7.
  Elektronika Telkomunikasi Fahraini BachruddinST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana ‘12 7 Gambar 7.4 Rangkaian osilator Hartley Frekuensi osilasi osilator Hartley ini ditentukan oleh rumus berikut ini, f = CLt 1 2 1  (Hz) .............................................. (7.7) dimana, Lt = induktansi tank-circuit = L1 + L2 , henry C = kapasitansi tank-circuit, farad Kapasitansi C1 dan C2 berfungsi sebagai jalan bebas bagi komponen ac (RF) disam- ping mencegah hubungan dc. Begitu juga kapasitor CE berfungsi sebagai jalan bebas komponen ac dengan mem-bypass resistor RE. Sementara resistor RB dan RE digunakan untuk memberikan prategangan pada rangkaian, yaitu agar bekerja pada kelas-A. RFC (radio frequency choke) digunakan untuk mencegah sinyal RF ma-suk ke batere. 7.3 Osilator Colpitts Mempunyai rangkaian seperti ditunjukkan pada Gambar 7.5. Rancangan rangkaian dc-nya seperti diuraikan pada Modul-6, dimana titik kerja ditempatkan di tengah- tengah kurva karakteristiknya, atau penguat bekerja sebagai penguat kelas-A. Se- lanjutnya, nilai-nilai induktansi dan kapasitansi tank-circuit ditentukan sesuai de-ngan RFC RB RE CE C1 C2 CL2 L1
• 8.
  Elektronika Telkomunikasi Fahraini BachruddinST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana ‘12 8 frekuensi osilasi yang dikehendaki. Biasanya nilai kapasitansi dulu yang dipi-lih bebas sesuai dengan nilai-nilai yang tersedia di pasaran. Gambar 7.5 Rangkaian osilator Colpitts Frekuensi osilasi osilator Colpitts ini ditentukan oleh rumus berikut ini, f = tLC 1 2 1  (Hz) .................................. (7.8) dimana, L = induktansi tank-circuit, henry Ct = kapasitansi tank-circuit, farad = C1 seri C2 Kapasitansi C3 dan C4 berfungsi sebagai jalan bebas bagi komponen ac (RF) disam- ping mencegah hubungan dc. Begitu juga kapasitor CE berfungsi sebagai jalan bebas komponen ac dengan mem-bypass resistor RE. Sementara resistor RB dan RE digunakan untuk memberikan prategangan pada rangkaian, yaitu agar bekerja pada kelas-A seperti pada rangkaian osilator Hartley di atas. RFC (radio frequency choke) digunakan untuk mencegah sinyal RF masuk ke batere. Bentuk penyambungan lain rangkaian osilator Colpitts ditunjukkan pada Gambar 7.6. Co-ba teliti perbedaannya. Yang dapat diamati sama diantara keduanya adalah, ujung- ujung tank-circuit masing-masing tersambung secara RF ke kolektor dan basis transistor, sementara titik sambung dua kapasitornya terhubung secara RF ke emiter. RFC RB RE CE C3 C4 L C1 C2
• 9.
  Elektronika Telkomunikasi Fahraini BachruddinST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana ‘12 9 Gambar 7.6 Rangkaian osilator Colpitts bentuk yg lain 7.4 Osilator Clapp Akibat struktur transistor yang tersusun dari pn-junction, yaitu collector-junction dan emitter-junction, terbentuklah pada persambungan itu satu kapasitor keping se-jajar. Masing-masing adalah Cc dan Ce. Nilai keduanya bergantung pada catu te-gangan dan temperatur junction, sehingga nilainya tidak tetap. Kedua nilai tersebut berkisar antara, Cc ≡ CCB ≈ 1 ~ 50 pF (karena prategangan mundur) Ce ≡ CEB ≈ 30 ~ 10.000 pF (karena prategangan maju) Kedua kapasitor parasitik tersebut terpasang paralel dengan masing-masing kapa-sitor tank-circuit, yaitu, C1 dengan Cc seri Ce, sedang C2 dengan Ce, seperti ditun-jukkan pada Gbr-7, yaitu pada rangkaian pengganti ac-nya. Akibatnya, kedua nilai kapasitansi parasitik tersebut akan mempengaruhi nilai frekuensi osilasi. Dan ka-rena nilainya yang tidak stabil, maka frekuensi osilator juga tidak stabil. RB RE CE C3 C2 RFC L C1 + VCC C2 C1 L Ce Cc
• 10.
  Elektronika Telkomunikasi Fahraini BachruddinST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana ‘12 10 Gambar 7.7 Rangkaian pengganti ac osilator Colpitts Karena osilator yang dirancang dalam bidang telekomunikasi selalu pada pita fre- kuensi radio, maka kapasitor parasitik tersebut tidak dapat diabaikan besarnya. Akibat kondisi tersebut, maka nilai C2 baru dan C1 baru menjadi, C2’ = C2 + Ce ................................................... (7.9a) C1’ = C1 + Ce seri Cc .................................................. (7.9b) Untuk mengatasi keadaan itu, maka dalam perencanaan dilakukan : 1) Pemilihan nilai C1 dan C2, besar dibandingkan dengan nilai Cc dan Ce 2) Penambahan satu kapasitor kecil C3 pada tank-circuit seri dengan induktor L seperti ditunjukkan pada Gambar 7.8. Rangkaian osilator terakhir ini dinamakan osilator Clapp atau Gouriet. Gambar 7.8 Rangkaian pengganti ac osilator Clapp Dengan penambahan kapasitor bernilai kecil dibandingkan dengan C1 dan C2, maka frekuensi osilasi lebih banyak ditentukan oleh nilai C3 seperti rumus berikut, f ≈ 3 1 2 1 LC (Hz) ................................................ (7.10) C2 C1 L Ce Cc C3
• 11.
  Elektronika Telkomunikasi Fahraini BachruddinST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana ‘12 11 Kombinasi L seri dengan nilai kecil kapasitor, C3, itu adalah mirip dengan rangkaian pengganti struktur sebuah kristal. Dengan mengganti posisi lengan L seri C3 tersebut dengan sebuah kristal, maka frekuensi osilator akan ditentukan oleh kristal dimaksud. Jadilah sebuah osilator kristal. 7.5 Voltage Controlled Oscilator (VCO) Voltage-Controlled Oscilator (VCO) dapat ditemukan pada beberapa aplikasi seperti pada pengontrol otomatis frekuensi, preset tuning pada radio dan Phase Locked Loop (PLL). Oscilator di desain sehingga frekuensi dapat bervariasi oleh alat pengontrol tegangan, seperti contoh diaplikasikan melalui operasi sebuah switch atau atau secara otomastis sebagai bagan dari feedback loop. Gambar 7.9 menunjukkan bagaimana frekuensi dari sebuah oscillator Clapp yang mungkin dikontrol oleh sebuah alat dari sebuah tegangan yang digunakan pada sebuah varactor diode, yang membentuk bagian dari rangkaian tuning. Varactor diode merupakan suatu diode junction pn reversed bias. Dinamakan varactor karena berasal dari kara variable reactor. Kapasitansi dari junction pn diaplikasikan pada tegangan reversed bias, dimana hubungannya dapat dilihat pada persamaan berikut : ………………………………….(7.11) Co merupakan kapasitansi diode pada dibias pada nol (Vd =0), ψ merupakan potensial kontak dari junction, yang mungkin diasumsikan konstan kira-kira pada 0,5 V, dan indeks α tergantung dari jenis junction. Pada junction yang kasar, α= ½ dan untuk junction dengan nilai linier, α=1/3. Parameter ini di bawah control pabriknya, sehingga diode dengan karakteristik berbeda ada secara komersial. Vd merupakan tegangan yang digunakan yang melintasi diode, nilai negative menandakan reverse bias.
• 12.
  Elektronika Telkomunikasi Fahraini BachruddinST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana ‘12 12 RB1 RB2 RE RC CB C3 C1 C2 RFC Varactor Diode Varactor Bias VCC Cd Co 0 Vd (a) (b) Gambar 7.9 (a) Voltage Controlled Clapp Oscilator (b) Kurva tegangan reverse/kapasitansi pada diode varactor Contoh Soal 1 Kapasitansi bias nol untuk varactor diode junction abrupt yang kasar adalah 20 pF. Hitunglah kapasitasi jika reverse bias -7V digunakan Penyelesaian :
• 13.
  Elektronika Telkomunikasi Fahraini BachruddinST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana ‘12 13 Dengan mengubah bias yang melalui diode, frekuensi osilator diubah. Contoh Soal 2 Varactor diode pada contoh soal 1 dihubungkan dengan Oscillator Clapp yang juga ditunjukkan pada gambar 7.9a. Nilai lain dari oscillator adalah C’1= 300 pF, C’2 = 300 pF, CC = 20 pF, dan L = 100 µH. Hitunglah a. Frekeunsi untuk bias nol b. Reverse bias pada -7V Penyelesaian a. Dengan nol diaplikasikan ke bias, maka total kapasitas tuning adalah Dengan demikian frekuensi osilasi adalah : b. Dengan reverse bias -7 V, kapasitas tuning yang baru menjadi Maka frekeunsi dengan reverse bias adalah :
• 14.
  Elektronika Telkomunikasi Fahraini BachruddinST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana ‘12 14 + - + - VC I1 I2 R1 R2 R3 R4 R5 R6 C Q1 V02 VCC V01 Integrator Schmitt Trigger V01 V01 = VINH V01 = VINL Slope = +S1 Slope = -S1 T/2 V02 t (a) (b) (c) Gambar 7.10 (a) VCO yang menggunakan amplifier Norton (b) Bentuk gelombang output VCO dapat didesain dengan menggunakan operational amplifier (op-amp), dan sungguh ini menyempurnakan rangkaian VCO yang dapat dibuat sebagai sebuah IC(integrated Circiut) single. RAngkaian ditunjukkan pada gambar 7.10a yang menggambarkan rangkaian VCO yang menggunakan op-amp LM3900 oleh pabrik semikonduktor. VCO terdiri atas sebuah inverted integrator, noninverted Schmitt Trigger, yang mana keduanya menggunakan LM3900, dan sebuah transistor switching Q1. Amplifier jenis LM3900 disebut dengan Norton Amplifier karena bekerja input arus dibandingkan dengan input tegangan. Setiap terminal, inverting dan non inverting (+) selalu pada satu tegangan drop diode VBE 0,5 di atas ground. Panah yang
• 15.
  Elektronika Telkomunikasi Fahraini BachruddinST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana ‘12 15 menuju ke terminal noninverting adalah untuk menunjukkan bahwa pengontrolan arus arus mungkin diambil dari terminal ini. Arus yang menu terminal inverting diwajibkan/dipaksa untuk menview arus input ke terminal noninverting. Dengan mengasumsikan pada saat transistor Q1 dalam keadaan off sehingga arus I2 mengalir ke terminal non inverting. Adapun persamaan untuk intergrasi amplifier adalah: ……………………………………….(7.12) ……………………………………….(7.13) Dimana VC merupakan tegangan control. Jika output dari Schmitt Trigger tinggi, transistor Q1 dalam keadaan turn on dan jika arus I2 shunt menuju ke ground melalaui Q1. Arus I1 dengan demikian megalami pengisian kapasitor dan nilai perubahan output tegangan dari inverting integrator adalah ……………………………………….(7.14) Jika I1 konstan ditunjukkan pada persamaan 7.12, nilai perubahan memberikan lekukan yang curang pad akurva, atau ……………………………………….(7.15) Tegangan output dari integrator digambarkan pada gambar 7.10(b). Jika tegangan output integrator mencapai batas switching terendah dari Smchmitt Trigger VINL, Schmitt Trigger mengarah ke output rendah, transistor Q1 menjadi turn off, dan arus I2 mengalir ke terminal noninverting dari integrator. Arus cermin pada LM3900 memerlukan sebuah arus yang sama untuk mengalir ke terminal inverting dan ini disuplai dari output ouput integrator melalui C. Dengan demikian arus pengisian (charge) untuk C menjadi (I1-I2) dan nilai perubahan output integrator menjadi ……………………………………….(7.16)
• 16.
  Elektronika Telkomunikasi Fahraini BachruddinST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana ‘12 16 Arus I2 juga konstan, sebagai mana yang dberikan pada persaman 7.13 dan dengan membuat R1= 2R2, kemudian I2=2I1 dan lekukan akan menjadi : ……………………………………………...(7.17) Dengan demikian tegangan output dari integrator adalah merupakan bentuk gelombang triangular simetris, dan nilai dari lekukan dapat ditulis dengan : ……………………………….(7.18) Setengah periode gelombang triangular adalah …………………………………….(7.19) Dengan demikian frekuensi dari VCO adalah …………………………………….(7.20) I1 merupakan fungsi linier dari tegangan control sebagaimana yang ditunjukkan pada persamaan 7.12 dan dengan demikian frekuensi juga merupakan fungsi linier dari tegangan control. Tegangan tinggi dan rendah dari Schmitt Trigger diatur oleh nilai resistor R3, R5 dan R6 dan desain detail akan ditemukan pada aplikasi Note AN-72, yang dikeluarkan oleh National Semikonduktor Coorporation.
• 17.
  Elektronika Telkomunikasi Fahraini BachruddinST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana ‘12 17 Q7 Q1 Q1(off) Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 VCC 2I1 I1I2 - + I1 VCAP VCAP +VD -VD T/2 t Gambar 7.11 (a) Multivibrator VCO, (b) Karakteristik Switchingnya Rangkaian multivibrator dari gambar 7.11 merupakan bentuk lain dari IC VCO. Pada kondisi steady state. Q1 dan Q2 secara berurutan swich on dan off, arus pengisian kapasitor mengubah antar nilai tetap ±I1 jika sumber arus konstan dihubungkan dnegan emitter dari transistor harus menggambarkan arusnya yang melalui C. PAda Gambar 7.11a seperti contoh, Q1 ditunjukkan pada keadaan off. Nilai perubahan tegangan kapasitor, yang mana lekukan kurva kapasitor (tegangan/waktu) adalah sebagai berikut ; Dengan VD yang merupakan tegangan yang diperlukan untuk menjaga transistor bias on, analisa detail menunjukkan bahwa dalam keadaan steady state (tetap), tegangan kapasitor berubah antara ±VD sebagaimana yang ditunjukkan pada
• 18.
  Elektronika Telkomunikasi Fahraini BachruddinST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana ‘12 18 gambar 7.11b. Pada satau setengan siklus, tegangan kapasitor berubah dengan sebuah jumlah total 2VD dan dengan demikian setengah periode diberikan dengan : Frekuensi osilasi yang diberikan adalah Arus kolektor transistor Q7, yang menbentuk sumber arus konstan adalah sebagi berikut : Dimana VT = 26 mV pada suhu kamar dan Is merupakan arus saturasi, yang merupakan parameter sebuah transistor. Tegangan base emitter adalah Dengan demikian hubungan antara tegnagan control VC dan arus I1 adalah Ini merupakan hubungan nonlinier, bagaimanpun istilah linier (I1R) bervariasi lebih secara cepat dibanding dengan istilah logaritma, dan parameter rangkaian dapat dipilih untuk membuat istilah linier dominan terhadap range yang diperlukan dari operasi sehingga hubungannya menjadi VC I1R+ konstan. Dengan demikian I1
• 19.
  Elektronika Telkomunikasi Fahraini BachruddinST., MT Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana ‘12 19 secara linier sangan tergantung pada VC dan oleh karena itu frekuensi sebagimana diberikan oleh persamaan 7.11 yang juga linier pada VC.