MODUL OSCILATOR JEMBATAN WIEN
Alfian Wahyu Kurniawan (120534431473), M.Shirojudin
Rosyadi (120534431486)
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Negeri Malang
ABSTRAK
Osilator
jembatan Wien merupakan salah satu dari rangkaian-rangkaian standar yang
digunakan untuk membangkitkan sinyal-sinyal gelombang sinus dalam rangkaian
frekuensi audio. Menggunakan IC Op-amp sebagai komponen pembangun jembatan dan
tidak terlepas dari sifat rangkaian penguatan op-amp. Sinyal input diperoleh
dari pembagian tegangan antara rangkaian resonansi RC seri dan RC parallel
Kata kunci : Oscilator
Jembatan Wien, IC op-amp 741, Resistor, Capasitor.
A.
TUJUAN
1. Mahasiswa mengetahui aplikasi Op-amp.
2. Mahasiswa mampu membuat aplikasi Op-amp sebagai
Oscilator Jembatan Wien.
3. Mahasiswa mengetahui sinyal keluaran dari Oscilator
Jembatan Wien.
4. Mahasiswa mengetahui
pengertian, prinsip kerja, dan karakteristik osilator.
5. Mahasiswa memahami
pengertian, prinsip kerja, dan karakteristik osilator.
6. Mahasiswa mampu merangkai dan
menbuat rangkaian osilator.
B. DASAR
TEORI
1.
Penguat
Operasional (Op-Amp)
Penguat operasional (Op Amp) didefinisikann sebagai suatu
rangkaian terintegrasi yang berisi beberapa tingkat dan konfigurasi penguat diferensial.
Penguat operasional memilki dua masukan dan satu keluaran serta memiliki
penguatan DC yang tinggi. Untuk dapat bekerja dengan baik, penguat operasional
memerlukan tegangan catu yang simetris yaitu tegangan yang berharga positif
(+V) dan tegangan yang berharga negatif (-V) terhadap tanah (ground).
Simbol dari penguat
operasional :
Gambar 1. Simbol Op-Amp
2. Capasitor
Kapasitor atau yang biasa juga disebut kondensator adalah
suatu komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik atau electron
dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik.
Kapasitor memiliki satuan yang disebut Farad dari nama Michael Faraday.
Komponen Elektronika yang satu ini sama dengan Resistor yaitu masuk dalam
kelompok komponen pasif.
Kapasitor
dibagi menjadi 2 jenis yaitu Polar dan Non Polar. Kapasitor Polar adalah
kapasitor yang memiliki polaritas (+) dan
(-), untuk kapasitor jenis ini pemasangan komponen tidak boleh terbalik
polaritasnya, karena pada body komponen sudah terdapat tanda (+) dan (-).
Sedangkan Kapasitor Non Polar adalah kapasitor yang tidak memiliki polaritas,
sehingga pemasangannya bisa bolak balik di kedua kakinya. Penamaan kapasitor
disesuaikan dengan bahan dielektrikanya atau bahan penyektnya, misalnya
kapasitor elektrolit (Elco) berarti bahan dielektrika kapasitor tersebut adalah
cairan elektrolit, ini untuk Kapasitor Polar. Ada juga Kapasitor keramik
berarti bahan dielektrika kapasitor tersebut adalah dari bahan keramik, ini
untuk kapasitor Non Polar. Berikut adalah gambar Simbol dari kapasitor:
Gambar 2. Simbol Capasitor
Jenis jenis kapasitor
bermacam macam, secara umum kapasitor yang biasa dijual dipasaran adalah
seperti gambar dibawah ini:
Gambar 3.
Bentuk Fisik Capasitor
Seperti dijelaskan diatas
kapasitor adalah untuk menyimpan muatan. Secara rinci kapasitor memiliki
beberapa fungsi inti yaitu:
1. Sebagai kopling antara rangkaian
yang satu dengan rangkaian yang lain.
2. Sebagai filter dalam rangkaian
Power Supply.
3. Sebagai pembangkit frekuensi
dalam rangkaian antenna.
4. Untuk menghemat daya listrik
pada lampu neon.
5. Menghilangkan bouncing (loncatan
api) bila dipasang pada saklar.
Cara Kerja Kapasitor:
Kapasitor yang akan digunakan untuk memperbesar pf (power
faktor) dipasang paralel dengan rangkaian beban. Bila rangkaian itu diberi
tegangan maka elektron akan mengalir masuk ke kapasitor. Pada saat kapasitor
penuh dengan muatan elektron maka tegangan akan berubah. Kemudian elektron akan
ke luar dari kapasitor dan mengalir ke dalam rangkaian yang memerlukannya
dengan demikian pada saaat itu kapasitor membangkitkan daya reaktif. Bila
tegangan yang berubah itu kembali normal (tetap) maka kapasitor akan menyimpan
kembali elektron. Pada saat kapasitor mengeluarkan elektron berarti sama juga
kapasitor menyuplai daya reaktif ke beban. Keran beban bersifat induktif (+) sedangkan
daya reaktif bersifat kapasitor (-) akibatnya daya reaktif yang berlaku menjadi
kecil.
3. Resistor
Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk
menahan arus listrik dengan menghasilkan nilai tegangan listrik di antara kedua
kakinya, nilai tegangan terhadap resistansi berbanding dengan arus yang
mengalir, Resistor merupakan komponen pasif. berdasarkan hukum Ohm:
Resistor digunakan sebagai bagian dari system elektronika
maupun rangkaian elektronika dan merupakan salah satu komponen yang paling
sering digunakan. Resistor dapat dibuat dari bermacam-macam kompon dan film,
bahkan kawat resistansi (kawat yang dibuat dari paduan resistivitas tinggi
seperti nikel-kromium). Karakteristik utama dari resistor adalah resistansinya
dan daya listrik yang dapat dihantarkan. Karakteristik lain termasuk koefisien
suhu, desah listrik, dan induktansi. Resistor dapat diintegrasikan kedalam
rangkaian elektronika dan dicetak pada Print Circuit Board. Ukuran dan tata
letak kaki Resistor bergantung pada desain sirkuit, kebutuhan daya resistor
harus cukup dan disesuaikan dengan kebutuhan arus rangkaian agar tidak
terbakar.
Resistor memiliki beberapa
fungsi:
1. Sebagai pembagi arus
2. Sebagai penurun tegangan
3. Sebagai pembagi tegangan
4. Sebagai penghambat aliran arus listrik,dan
lain-lain.
Berikut adalah gambar simbol
Resistor:
Gambar 4. Simbol Resistor
2 4. Oscilator Jembatan Wien
Osilator
adalah pembangkit sinyal dengan periode tertentu . Osilator menghasilkan
beberapa bentuk gelombang, yaitu : sinus, kotak, segitiga, gigi gergaji dan
pulsa. Osilator terbentuk dari beberapa model rangkaian sesuai dengan bentuk
gelombang yang dihasilkannya.
Rangkaian osilator jembatan wien seperti pada gambar 1 di bawah.
Gambar 5. Rangkaian Osilator Jembatan Wien
Prinsip osilator ini dimulai dengan adanya noise/desah saat pertama kali
power dinyalakan. Noise/desah ini kemudian dimasukkan kembali ke input penguat
dengan melalui filter tertentu. Karena hal ini terjadi berulang-ulang, maka
sinyal noise akan menjadi semakin besar dan membentuk periode tertentu sesuai
dengan jaringan filter yang dipasang. Periode inilah yang kemudian menjadi
nilai frekuensi sebuah osilator.
Osilator Jembatan Wien (Wien
Bridge Oscilator) biasa digunakan untuk membangkitkan frekuensi tanpa
memerlukan sinyal input, dengan jangkauan frekuensi dari 5 Hz sampai kira-kira
1 MHz. Osilator ini menggunakan umpan balik negative dan umpan balik positif.
Umpan balik positif di feed back melalui jaringan lead lag ke input non
inverting, sedangkan umpan balik negative melalui pembagi tegangan ke input
inverting.
Syarat yang harus dipenuhi
untuk membangun rangkaian osilator jembatan wien ini adalah penentuan besarnya
Resistor dan Kapasitor penentu frekuensi output. Harga dari R2 harus sama
dengan R3, dan C1 harus sama dengan C2. Untuk selanjutnya kita sebut komponen
penentu frekuensi ini masing-masing dengan R dan C.
Untuk rangkaian ini besarnya
R dan C diatur sedemikian rupa sehingga frekuensi outputnya minimal sebesar 1
KHz. Sebab bila kurang dari 1 KHz maka akan menyebabkan rangkaian menjadi tidak
stabil, akibatnya pembacaan menjadi tidak akurat dan terpengaruh waktu.
Untuk membentuk gelombang
sinus yang benar-benar mulus, maka setiap kali pengukuran maka harus dipastikan
variable resistor R4 dalam keadaan nol, kemudian sedikit semi sedikit diputar
sehingga penguatannya = 1 dan amplitudo menjadi constant.
C. ALAT DAN BAHAN
- Alat
1. Solder
2. Bor
listrik
3. Cutter
4. Tang
kombinasi
- Bahan
1. IC OP-AMP
LM741 1
Buah
2. Resistor 1 KΩ 2 Buah
3. Resistor 10 KΩ 3 Buah
4. Resistor 20
KΩ 1 Buah
5. Resistor 30
KΩ 1
Buah
6. Kapasitor 10
nF 2
Buah
7. Kapasitor
100 nF 2
Buah
8. Catu Daya DC 1
Buah
9. Osiloskop 1 Buah
10. Project Board 1
Buah
11. Akrilic 1 Buah
12. Kertas
Sticker 1 Buah
13. PCB
Berlubang 1 Buah
14. LED 2 Buah
15. Spacer 4 Buah
16. Connector
Banana Secukupnya
17. Kabel
penghubung/Jumper Secukupnya
D. Langkah Kerja
1. Menyiapkan alat dan
bahan yang akan dibuat modul
2. Membuat desain modul
pada akrilik
3. Membuat/menentukan jalur rangkaian pada
PCB berlubang yang akan dibuat
4. Memasang komponen pada PCB berlubang
sesuai dengan skema
5.
Memasang
PCB rangkaian pada akrilik
6.
Uji
coba alat
E. HASIL
1.
Gambar Rangkaian Modul
2. Gambar Modul
3. Prosedur Kerja Modul (Petunjuk
Penggunaan Trainer)
a. Siapkan alat dan komponen
yang diperlukan.
b. Hidupkan serta kalibrasi
osiloscope yang akan digunakan.
c. Rangkailah komponen-komponen pada Trainer Oscilator
Jembatan Wien sesuai dengan gambar percobaan.
Gambar. Modul/Trainer
Oscilator Wien Bridge
d. Atur posisi/hubungkan C1/C2
ke R1/C2
e. Atur posisi/hubungkan R3/R4
dan C3/C4 ke RC Conector
f. Atur posisi/hubungkan Rf1/Rf2
ke Rf Conector
g. Atur tegangan power supply
sehingga menjadi 12 V dan – 12 V.
h. Hubungkan tegangan +12 V
power supply dengan terminal VCC, tegangan – 12 V power supply dengan terminal
VDD, dan ground power supply dengan terminal GND.
i. Sambungkan trainer yang telah
dirangkai dengan sumber tegangan (power supply).
j. Sambungkan Vout dengan Ch1
(Channel1) pada osiloskop.
k. Lakukan pengamatan pada layar
osiloskop.
l. Catat hasil yang didapat
sesuai dengan tabel percobaan.
4 4. Data Percobaan
-
Pada Rf1=20
KΩ ; Rg=10 KΩ ; R1=1 KΩ ; R3= 1 KΩ ; C1=100 nF ; C3= 100 nF
Posisi : Volt/Div = 5 V
Time/Div = 0,5 ms
a. Gambar
Percobaan Alat
b. Bentuk Gelompang Hasil (Output)
-
Pada Rf1=20 KΩ ; Rg=10 KΩ ; R1=1 KΩ ; R3= 1 KΩ
; C2=10 nF ; C4= 10 nF
Posisi : Volt/Div = 5 V
Time/Div = 50 us
a. Gambar
Percobaan Alat
b. Bentuk Gelompang Hasil (Output)
- Pada Rf1=20 KΩ ; Rg=10 KΩ ; R2=10 KΩ ; R4= 10 KΩ ; C1=100 nF ; C3= 100 nF
Posisi : Volt/Div = 5 V
Time/Div = 2 ms
a. Gambar
Percobaan Alat
b. Bentuk Gelompang Hasil (Output)
5. Perhitungan Teori
Pada R1/R3=1
KΩ dan C1/C3=100 nF
Pada R1/R3=1 KΩ dan C2/C4=10 nF
Pada R2/R4=10 KΩ dan C1/C3=100 nF
6.
Kesimpulan
- Osilator
jembatan Wien merupakan salah satu dari rangkaian-rangkaian standar yang
digunakan untuk membangkitkan sinyal-sinyal gelombang sinus dalam rangkuman
frekuensi audio. Osilator ini konstruksinya sederhana, mempunyai bentuk
gelombang yang relatif murni dan stabilitas frekuensi yang sangat baik.
- Frekuensi
osilator secara kontinyu dapat diubah oleh dua kapasitor udara yang dapat
diubah-ubah ( C ) yang dipasang pada sebuah poros bersama.
- Rangkuman
frekuensi yang berbeda-beda dapat dihasilkan dengan penyakelaran kedua tahanan
R pada nilai-nilai yang berbeda.
- Osilator
jembatan Wien menghasilkan osilasi-osilasi yang stabil dengan distorsi keluaran
yang rendah.
- Dengan
penambahan penguat daya untuk memisahkan osilator dengan beban, rangkaian
digunakan melengkapi sinyal-sinyal uji untuk berbagai pemakaian.
- Frekuensi
atas osilator jembatan Wien dibatasi oleh karakteristik amplitudo dan
pergesaran fasa dari penguat dan biasanya dalam orde 100 KHz.
7. Daftar Pustaka
Anonim. 2010. Rangkaian Differensiator.
(http://skemarangkaian.
Blog-spot.com/2010
/10/rangkaian-differensiator-op-amp.html).(Online).
Diakses pada tanggal 17 April 2014.
Carter, B., & Brown, T. (2001). Handbook
of Operational Amplifier Applications.
Texas: Texas Instruments.
PRINSIP
KERJA OSCILLATOR WIEN | RANGKAIAN OSCILLATOR SEDERHANA.(Online),(http://marommuhammad.blogspot.com/2010/05/prinsip-kerja-oscillator-wien-rangkaian.html).
Diakses pada tanggal 17 April 2014.
Limbong, Ir. SOD. MODUL XII Pengukuran Besaran Listrik
(Instrumen untuk pembangkitan bentuk-bentuk sinyal). UMB: Pusat
Pengembangan Bahan Ajar
0 komentar:
Posting Komentar