1. Tujuan[kembali]
a. Memahami karakteristik dari kristal kuarsa sebagai bahan pembuat osilator kristal.
b. Memahami prinsip kerja kristal osilator.
2. Komponen[kembali]
a. Osilator Kristal
Osilator ini biasanya dibuat dari kristal Quartz (kuarsa) atau Rochelle Salt. Osilator ini berfungsi sebagai kalang penentu frekuensi osilator frekuensi tetap jika dibutuhkan stabilitas yang tinggi.
Gambar di atas adalah 20psc New 16MHz Osilator Kristal Kuarsa dan itu
adalah salah satu jenis osilator kristal, yang bekerja dengan frekuensi
16MHz. Simbol:
b. Transistor
Transistor merupakan komponen semikonduktor yang dipakai
sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus
(switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. Transistor yang digunakan ada dua, yaitu transistor FET dan BJT.
c. Resistor
Resistor merupakan komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur besarnya arus yang mengalir dalam rangkaian.
Pada gambar di atas, kita melihat ada gelang-gelang warna pada resistor. Gelang warna tersebut memiliki nilai masing-masing sebagai penentu besarnya nilai resistor tersebut. Simbol:
Cara membaca resistor:
- Pada gelang dengan 4 warna, warna 1, 2, dan 3 dituliskan langsung nilainya. Warna 4 adalah toleransi.
- Pada gelang dengan 5 warna, warna 1, 2, 3, dan 4 dituliskan langsung nilainya. Warna 5 adalah toleransi.
d. Induktor
Induktor dapat menyimpan arus listrik
dalam medan magnet, menapis (Filter) Frekuensi tertentu, menahan arus
bolak-balik (AC), meneruskan arus searah (DC) dan pembangkit getaran
serta melipatgandakan tegangan.
Simbol:
e. Kapasitor
Fungsi utama kapasitor adalah sebagai penyimpan muatan listrik. Saat kapasitor diberi tegangan, maka terjadilah Charging yaitu pengisian muatan pada kapasitor.
Kapasitor Yang digunakan yaitu jenis Polarized. Simbol:
1.Ketahui unit pengukuran capacitor
2.Baca nilai kapasitans.
3.Carilah nilai toleransi.
4.Periksa rating voltase.
5.Cari lambang + atau -
f. Operational Amplifier (Op-Amp)
Op-Amp berfungsi sebagai penguat sinyal masukan baik DC maupun AC juga sebagai penguat diferensiasi impedansi masukan tinggi, penguat keluaran impedansi rendah.
Simbol:
g. Dioda Zener
Diode yang memiliki
karakteristik menyalurkan arus listrik mengalir ke arah yang berlawanan
jika tegangan yang diberikan melampaui batas "tegangan tembus"
(breakdown voltage) atau "tegangan Zener". Ini berlainan dari diode biasa yang hanya menyalurkan arus listrik ke satu arah.
Osilator kristal adalah rangkaian osilator elektronik yang digunakan
untuk resonansi mekanik kristal bergetar dari bahan piezoelektrik. Ini
akan membuat sinyal listrik dengan frekuensi yang diberikan. Kristal Kuarsa terutama digunakan dalam osilator frekuensi radio (RF).
Kristal kuarsa adalah jenis resonator piezoelektrik yang paling umum,
dalam rangkaian osilator yang kita gunakan sehingga dikenal sebagai
osilator kristal. Osilator kristal dirancang untuk memberikan
kapasitansi beban.
a. Karakteristik Kristal Kuarsa
Ketika sumber tegangan diterapkan pada sepotong kecil tipis kristal
kuarsa, itu mulai berubah bentuk menghasilkan karakteristik yang dikenal
sebagai Efek Piezoelektrik ini adalah properti kristal dimana muatan listrik
menghasilkan gaya mekanik dengan mengubah bentuk kristal dan sebaliknya,
gaya mekanik yang diterapkan pada kristal menghasilkan muatan listrik.
Kemudian, perangkat Piezoelektrik dapat digolongkan sebagai Transduser karena mereka mengubah energi dari satu jenis menjadi energi yang lain (listrik ke mekanik atau mekanik ke listrik). Efek piezoelektrik ini menghasilkan getaran mekanis atau osilasi yang dapat digunakan untuk mengganti Rangkaian LC standar pada osilator sebelumnya.
Ada banyak jenis zat kristal yang dapat digunakan sebagai osilator dengan yang paling penting untuk rangkaian elektronik adalah mineral kuarsa, sebagian karena kekuatan mekaniknya yang lebih besar.
Kristal kuarsa yang digunakan dalam Osilator Kristal Kuarsa adalah sepotong sangat kecil, tipis atau wafer kuarsa potong dengan dua permukaan paralel yang dilapisi logam untuk membuat sambungan listrik yang diperlukan. Ukuran fisik dan ketebalan sepotong kristal kuarsa dikontrol dengan ketat karena mempengaruhi frekuensi osilasi akhir atau mendasar. Frekuensi dasar umumnya disebut kristal "frekuensi karakteristik".
Setelah dipotong dan dibentuk, kristal tidak dapat digunakan pada frekuensi lainnya. Dengan kata lain, ukuran dan bentuknya menentukan frekuensi osilasi dasar atau fundamentalnya.
Kemudian, perangkat Piezoelektrik dapat digolongkan sebagai Transduser karena mereka mengubah energi dari satu jenis menjadi energi yang lain (listrik ke mekanik atau mekanik ke listrik). Efek piezoelektrik ini menghasilkan getaran mekanis atau osilasi yang dapat digunakan untuk mengganti Rangkaian LC standar pada osilator sebelumnya.
Ada banyak jenis zat kristal yang dapat digunakan sebagai osilator dengan yang paling penting untuk rangkaian elektronik adalah mineral kuarsa, sebagian karena kekuatan mekaniknya yang lebih besar.
Kristal kuarsa yang digunakan dalam Osilator Kristal Kuarsa adalah sepotong sangat kecil, tipis atau wafer kuarsa potong dengan dua permukaan paralel yang dilapisi logam untuk membuat sambungan listrik yang diperlukan. Ukuran fisik dan ketebalan sepotong kristal kuarsa dikontrol dengan ketat karena mempengaruhi frekuensi osilasi akhir atau mendasar. Frekuensi dasar umumnya disebut kristal "frekuensi karakteristik".
Setelah dipotong dan dibentuk, kristal tidak dapat digunakan pada frekuensi lainnya. Dengan kata lain, ukuran dan bentuknya menentukan frekuensi osilasi dasar atau fundamentalnya.
Pada frekuensi tertentu, interaksi antara kapasitor seri Cs dan induktor Ls menciptakan rangkaian resonansi seri yang mengurangi impedansi kristal hingga minimum dan sama dengan Rs . Titik frekuensi ini disebut frekuensi kristal resonansi seri kristal dan di bawah kristal itu kapasitif. Frekuensi resonansi paralel, ƒp terjadi ketika reaktansi kaki seri LC sama dengan reaktansi kapasitor paralel Cp. Berikut adalah rumusnya:
Untuk seri:
Karakteristik kristal atau frekuensi karakteristik berbanding terbalik
dengan ketebalan fisiknya antara kedua permukaan yang dilapisi logam.
Kristal yang bergetar secara mekanis dapat diwakili oleh rangkaian
listrik ekuivalen yang terdiri dari resistansi rendah R, induktansi
besar L dan kapasitansi kecil C atau disebut juga impedansi (Z) seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
b. Series-Resonant Circuit
Bentuk Gelombang yang dihasilkan oleh dua rangkaian berikut sama. Namun dengan Transistor yang berbeda. |
| Gambar 1 |
 |
| Gambar 2 |
c. Parallel-Resonant Circuit
Bentuk gelombang yang dihasilkan sama. |
| Gambar 3 |
 |
| Gambar 4 |
d. Kristal Osilator pada rangkaian Op-Amp
 |
| Gambar 5 |
Sebuah op-amp dapat digunakan dalam osilator kristal seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.
Kristal itu terhubung di jalur seri-resonansi dan beroperasi di frekuensi-resonansi kristal seri.
Sirkuit ini memiliki gain tinggi sehingga sinyal gelombang persegi keluaran menghasilkan seperti
yang ditunjukkan pada gambar. Sepasang dioda Zener ditampilkan di output untuk memberikan
amplitudo keluaran tepat pada tegangan Zener (VZ).
4. Prinsip Kerja[kembali]
Rangkaian osilator kristal biasanya bekerja berdasarkan prinsip piezoelektrik
terbalik. Medan listrik yang diterapkan akan menghasilkan deformasi
mekanis pada beberapa material. Dengan demikian, ia menggunakan
resonansi mekanik kristal bergetar, yang dibuat dengan bahan piezoelektrik untuk menghasilkan sinyal listrik dari frekuensi tertentu.
Biasanya osilator kristal kuarsa sangat stabil, terdiri dari faktor kualitas yang baik (Q), ukurannya kecil, dan terkait secara ekonomi. Oleh karena itu, rangkaian osilator kristal kuarsa lebih unggul dibandingkan dengan resonator lain seperti rangkaian LC. Secara umum dalam Mikroprosesor dan pengontrol Mikro, biasanya menggunakan osilator kristal 8MHz.
Rangkaian listrik yang setara juga menggambarkan aksi kristal dari kristal. Lihat saja diagram rangkaian listrik setara yang ditunjukkan di bawah. Komponen dasar yang digunakan dalam rangkaian, induktansi L mewakili massa kristal, kapasitansi C2 mewakili penyesuaian, dan C1 digunakan untuk mewakili kapasitansi yang terbentuk karena pencetakan mekanis kristal, resistansi R menunjukkan gesekan struktur internal kristal, rangkaian diagram osilator kristal kuarsa terdiri dari dua resonansi seperti resonansi seri dan paralel, yaitu dua frekuensi resonansi.
Biasanya osilator kristal kuarsa sangat stabil, terdiri dari faktor kualitas yang baik (Q), ukurannya kecil, dan terkait secara ekonomi. Oleh karena itu, rangkaian osilator kristal kuarsa lebih unggul dibandingkan dengan resonator lain seperti rangkaian LC. Secara umum dalam Mikroprosesor dan pengontrol Mikro, biasanya menggunakan osilator kristal 8MHz.
Rangkaian listrik yang setara juga menggambarkan aksi kristal dari kristal. Lihat saja diagram rangkaian listrik setara yang ditunjukkan di bawah. Komponen dasar yang digunakan dalam rangkaian, induktansi L mewakili massa kristal, kapasitansi C2 mewakili penyesuaian, dan C1 digunakan untuk mewakili kapasitansi yang terbentuk karena pencetakan mekanis kristal, resistansi R menunjukkan gesekan struktur internal kristal, rangkaian diagram osilator kristal kuarsa terdiri dari dua resonansi seperti resonansi seri dan paralel, yaitu dua frekuensi resonansi.
Resonansi seri terjadi ketika reaktansi yang dihasilkan oleh kapasitansi
C1 adalah sama dan berlawanan dengan reaktansi yang dihasilkan oleh
induktansi L. Fr dan fp masing-masing mewakili frekuensi resonansi seri
dan paralel, dan nilai 'fr' dan 'fp' dapat ditentukan dengan menggunakan
persamaan berikut ditunjukkan pada gambar di atas.
5. Example dan Problem[kembali]
a. Gambarlah diagram sirkuit dari osilator kristal yang dioperasikan seri!
b. Gambarlah diagram sirkuit dari osilator kristal shunt-excited!
c. Tentukan frekwensi yang dihasilkan oleh rangkaian di bawah ini jika kristal dipasang seri! Diketahui C=10F dan L=20H
= 0.01125 Hz
d. Tentukan frekwensi yang dihasilkan oleh rangkaian di atas ini jika kristal dipasang paralel! Diketahui C=10F, Cm=20F, dan L=10H
Jawab:
=1/(2 x 3.14 x '/100) x '/(1 + 0.5)
=0.01950 Hz
e. Bagaimana bentuk gelombang yang dihasilkan oleh rangkaian kristal dengan Op-Amp?
6. Rangkaian Simulasi[kembali]
a. Rangkaian 1
b. Rangkaian 2
c. Rangkaian 3
d. Rangkaian 4
e. Rangkaian 5
7. Video Simulasi[kembali]
a. Video Rangkaian 1
b. Video Rangkaian 2
c. Video Rangkaian 3
d. Video Rangkaian 4
e. Video Rangkaian 5
8. Link Download[kembali]
Link download HTML disiniLink download File Rangkaian 1 disini
Link download File Rangkaian 2 disini
Link download File Rangkaian 3 disini
Link download File Rangkaian 4 disini
Link download File Rangkaian 5 disini
Link download Video Rangkaian 1 disini
Link download Video Rangkaian 2 disini
Link download Video Rangkaian 3 disini
Link download Video Rangkaian 4 disini
Link download Video Rangkaian 5 disini
Link download Datasheet Transistor disini
Link download Datasheet Resistor disini
Link download Datasheet Induktor disini
Link download Datasheet Kapasitor disini
Link download Datasheet Kristal Kuarsa disini
Link download Datasheet Dioda Zener disini
Tidak ada komentar:
Posting Komentar