Fig 13.24

TUGAS CHAPTER 10

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Example

6. Problem

7. Soal Latihan

8. Percobaan

9. File Download

1. Pendahuluan[Kembali]

Oscillator merupakan rangkaian elektronik yang menghasilkan sinyal periodik, biasanya berbentuk gelombang sinusoidal atau persegi, tanpa membutuhkan sinyal input eksternal. Salah satu jenis oscillator yang banyak digunakan dalam sistem komunikasi dan elektronika adalah Voltage Controlled Oscillator (VCO), yaitu oscillator yang frekuensi output-nya dikendalikan oleh tegangan input. Dalam praktiknya, VCO sering digunakan dalam aplikasi seperti PLL (Phase-Locked Loop), sistem modulasi frekuensi, dan perangkat RF (Radio Frequency). VCO berbasis IC menawarkan kepraktisan dan kestabilan yang lebih baik dibandingkan dengan rangkaian discrete, serta memudahkan dalam integrasi ke dalam sistem digital dan analog

2. Tujuan[Kembali]

1. Memahami prinsip kerja dari VCO dan bagaimana tegangan input memengaruhi frekuensi output.

2. Mengidentifikasi dan menganalisis karakteristik IC VCO yang umum digunakan.

3. Mengimplementasikan rangkaian VCO berbasis IC dan mengamati hubungan antara tegangan kontrol dan frekuensi osilasi.

4. Mengaplikasikan VCO dalam sistem atau rangkaian yang relevan, seperti PLL atau generator gelombang

3. Alat dan Bahan[Kembali]

1. IC 

IC atau Integrated Circuit adalah komponen elektronik yang terdiri dari rangkaian lengkap yang dibentuk dan dikemas dalam sebuah chip kecil dari bahan semikonduktor, biasanya silikon. 

2. Resistor

Resistor adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi sebagai penghambat arus

3.  Kapasitor

Kapasitor atau kondensator ditemukan oleh Michael Faraday (1791-1867) pada hakikatnya adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi/muatan listrik di dalam medan listrik. Kemudian Michael Faraday membuat postulat bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs.

Dengan rumus dapat ditulis:

Q=CV

Dengan asumsi: 

    Q = muatan elektron dalam C (Coulomb)

    C = nilai kapasitansi dalam F (Farad)

    V = tinggi tegangan dalam V (volt)

4. Ground

Ground adalah titik kembalinya arus searah atau titik kembalinya sinyal bolak balik atau titik patokan dari berbagai titik tegangan dan sinyal listrik dalam rangkaian elektronika

4. Dasar Teori[Kembali]

VOLTAGE-CONTROLLED OSCILLATOR

Voltage Controlled Oscillator (VCO) adalah suatu rangkaian osilator yang frekuensi keluarannya dikendalikan oleh tegangan input (biasanya sinyal DC). Artinya, semakin besar tegangan input yang diberikan ke VCO, maka semakin tinggi (atau rendah, tergantung desain) frekuensi sinyal keluarannya. Secara umum, hubungan antara tegangan input ($V_{in}$) dan frekuensi output ($f_{}$outf_{out}out) adalah linier dalam kisaran kerja tertentu, meskipun dalam praktiknya bisa juga bersifat nonlinier tergantung desain sirkuitnya. Komponen ini sangat penting dalam sistem komunikasi, pengendalian frekuensi, dan sintesis sinyal.

VCO biasanya menghasilkan gelombang sinus, segitiga, atau persegi, tergantung pada jenis sirkuit osilator yang digunakan. Dalam praktiknya, terdapat dua jenis utama VCO, yaitu linear VCO (digunakan di sistem kontrol, PLL – Phase Locked Loop) dan relaxation VCO (digunakan dalam pembangkitan gelombang frekuensi rendah, seperti dalam synthesizer musik elektronik). Rangkaian dasar VCO dapat menggunakan komponen RC (resistor dan kapasitor) atau LC (induktor dan kapasitor), dan perubahan tegangan input akan mempengaruhi kecepatan pengisian kapasitor sehingga mengubah frekuensi osilasi.

Salah satu aplikasi paling umum dari VCO adalah dalam sistem PLL (Phase Locked Loop), di mana VCO digunakan untuk menyinkronkan frekuensi sinyal lokal dengan sinyal referensi. Selain itu, VCO juga digunakan dalam modulasi frekuensi (FM), sistem radar, penghasil gelombang dalam synthesizer analog, serta dalam konversi sinyal digital ke analog. 

Gambar 13.21 b menunjukkan koneksi pin unit 566 dan ringkasan batasan rumus dan nilai. Osilator dapat diprogram pada rentang frekuensi 10-ke-1 dengan pemilihan resistor dan kapasitor eksternal yang tepat, lalu dimodulasi pada rentang frekuensi 10-ke-1 dengan tegangan kontrol VC.

5. Example[Kembali]

1. Sebuah Voltage Controlled Oscillator (VCO) memiliki karakteristik berikut:

$$f_{\text{out}}=500\text{ Hz}+1.5\text{ kHz/V}\cdot V_{\text{ctrl}}$$

Jika tegangan kontrol $V_{\text{ctrl}}=4\text{ V}$, berapakah frekuensi output dari VCO tersebut?

Jawab:
Substitusi nilai $V_{\text{ctrl}}=4$ ke dalam persamaan:

$$f_{\text{out}}=500\text{ Hz}+1.5\text{ kHz/V}\cdot 4\text{ V}$$
$$f_{\text{out}}=500\text{ Hz}+6\text{ kHz}=6.5\text{ kHz}$$

2. Diketahui rangkaian VCO dengan parameter sebagai berikut:

• $R_1=10\text{k}\mathrm{\Omega }$
  

• $C_1=1\text{nF}$
  

• $R_2=5\text{k}\mathrm{\Omega }$
  

• $R_3=15\text{k}\mathrm{\Omega }$
  

• Tegangan referensi $V^{+}=10\text{V}$
  

Tentukan frekuensi osilasi $f_o$!

Jawab:  

Hitung tegangan kontrol $V_C$:

$$V_C=\frac{R_3}{R_2+R_3}\cdot V^{+}=\frac{15}{5+15}\cdot 10=\frac{15}{20}\cdot 10=7.5\text{V}$$

Substitusikan ke rumus frekuensi osilasi $f_o$:

$$f_o=\frac{2}{R_1{C}_1}\left(\frac{V^{+}-V_C}{V^{+}}\right)$$
$$f_o=\frac{2}{10\times {10}^3\cdot 1\times {10}^{-9}}\left(\frac{10-7.5}{10}\right)$$
$$f_o=\frac{2}{{10}^{-5}}\cdot 0.25=2\times {10}^5\cdot 0.25=50,000\text{Hz}=\boxed{{\displaystyle 50\text{kHz}}}$$

3. Sebuah rangkaian VCO memiliki parameter:

• $R_1=20\text{k}\mathrm{\Omega }$
  

• $C_1=2\text{nF}$
  

• $R_2=10\text{k}\mathrm{\Omega }$
  

• $R_3=10\text{k}\mathrm{\Omega }$
  

• Tegangan referensi $V^{+}=8\text{V}$
  

Hitung frekuensi osilasi $f_o$!

Jawab: 

Hitung tegangan kontrol $V_C$:

$$V_C=\frac{R_3}{R_2+R_3}\cdot V^{+}=\frac{10}{10+10}\cdot 8=\frac{1}{2}\cdot 8=4\text{V}$$

Gunakan rumus frekuensi osilasi:

$$f_o=\frac{2}{R_1{C}_1}\left(\frac{V^{+}-V_C}{V^{+}}\right)$$
$$f_o=\frac{2}{20\times {10}^3\cdot 2\times {10}^{-9}}\cdot \left(\frac{8-4}{8}\right)$$
$$f_o=\frac{2}{40\times {10}^{-6}}\cdot 0.5=50,000\cdot 0.5=\boxed{{\displaystyle 25,000\text{Hz}=25\text{kHz}}}$$

6. Problem[Kembali]

1. Sebuah VCO menghasilkan sinyal gelombang segitiga dengan frekuensi output yang bergantung pada tegangan kontrol Vin. Hubungan antara tegangan dan frekuensi diberikan oleh persamaan:

$$f_{\text{out}}=1\text{ kHz}+2\text{ kHz/V}\cdot V_{\text{in}}$$

Jika $V_{\text{in}}=1.5\text{ V}$, berapa frekuensi output dari VCO?

Jawab: 

Diketahui:

$$f_{\text{out}}=1\text{ kHz}+2\text{ kHz/V}\cdot V_{\text{in}},V_{\text{in}}=1.5\text{ V}$$

Hitung:

$$f_{\text{out}}=1\text{ kHz}+2\cdot 1.5=1\text{ kHz}+3\text{ kHz}=4\text{ kHz}\text{<br>}\text{<br>}$$

2. Sebuah VCO memiliki karakteristik sebagai berikut:

$$$$fout=500 Hz+3 kHz/V⋅Vctrl​

Jika frekuensi output yang diinginkan adalah $f_{\text{out}}=8\text{ kHz}$, berapa tegangan kontrol $V_{\text{ctrl}}$ yang dibutuhkan?

Jawab: 

Diketahui:

$$f_{\text{out}}=500\text{ Hz}+3\text{ kHz/V}\cdot V_{\text{ctrl}},f_{\text{out}}=8\text{ kHz}$$

Hitung:

$$8\text{ kHz}=0.5\text{ kHz}+3\text{ kHz/V}\cdot V_{\text{ctrl}}$$ $$7.5\text{ kHz}=3\text{ kHz/V}\cdot V_{\text{ctrl}}\Rightarrow V_{\text{ctrl}}=\frac{7.5}{3}=2.5\text{ V}$$

3. Sebuah VCO bekerja dengan persamaan:

$$f_{\text{out}}=f_{\text{min}}+K_v\cdot V_{\text{ctrl}},\text{dengan}{f}_{\text{min}}=2\text{ kHz},K_v=4\text{ kHz/V}$$

Tegangan kontrol $V_{\text{ctrl}}$ bervariasi dari 0 V hingga 2 V.

Tentukan rentang frekuensi yang bisa dihasilkan oleh VCO tersebut.

Jawab:

Diketahui:

• $f_{\text{min}}=2\text{ kHz}$

• $K_v=4\text{ kHz/V}$

• $V_{\text{ctrl}}\in [0,2]$

Hitung:

$$f_{\text{max}}=f_{\text{min}}+K_v\cdot V_{\text{max}}=2+4\cdot 2=10\text{ kHz}$$

7. Soal Latihan[Kembali]

1. Sebuah VCO memiliki hubungan antara frekuensi dan tegangan input:

$$f=f_0+K_v\cdot V_{i\mathrm{n}}$$

Diketahui $f_0=1\text{MHz}$, $K_v=100\text{kHz/V}$, dan $V_{in}=2\text{V}$.
Berapakah frekuensi output VCO?

A. 1.1 MHz
B. 1.2 MHz
C. 1.5 MHz
D. 2.0 MHz

Jawaban: B

$$f=1\text{MHz}+(100\text{kHz/V}\times 2\text{V})=1.2\text{MHz}\text{<br>}\text{<br>}\text{<br>}\text{<br>}\text{<br>}\text{<br>}\text{<br>}\text{<br>}\text{<br>}\text{<br>}\text{<br>}\text{<br>}\text{<br>}\text{<br>}\text{<br>}$$

2. Fungsi utama dari Voltage Controlled Oscillator (VCO) adalah:

A. Menguatkan sinyal input
B. Mengubah frekuensi output berdasarkan tegangan input
C. Menyaring sinyal noise dari sumber tegangan
D. Menyimpan sinyal untuk waktu tertentu

Jawaban: B

3. Frekuensi output dari sebuah VCO:

A. Tetap konstan, tidak tergantung pada tegangan input
B. Bertambah saat tegangan input menurun
C. Berubah sebanding dengan tegangan input
D. Hanya bergantung pada suhu lingkungan

Jawaban: C

8. Percobaan[Kembali]

Prosedur:

1. Siapkan segala komponen yang di butuhkan

2. Susun rangkaian sesuai panduan

3. Sambungkan rangkaian dengan power supply AC

4. Hidupkan rangkaian

5. Apabila tidak terjadi eror, maka rangkaian selesai dibuat

Prinsip Kerja:

1. Komponen Utama:

- IC 566 adalah VCO, yang menghasilkan sinyal osilasi (gelombang segitiga dan gelombang kotak) dengan frekuensi yang dikendalikan oleh tegangan input .

-R1 dan C1 menentukan frekuensi dasar osilasi.

- C2 dan R3 membentuk pembagi tegangan untuk menghasilkan tegangan kontrol  dari input .

2. Tegangan Kontrol (Vc):

- Tegangan  diterapkan melalui kapasitor C2 ke node pembagi tegangan (R3-R3), menghasilkan tegangan kontrol .

- Tegangan  ini kemudian mengontrol kecepatan pengisian dan pengosongan kapasitor internal dalam IC 566, sehingga mengubah frekuensi output.

3. Output VCO:

- Pin 4 menghasilkan gelombang segitiga.

- Pin 3 menghasilkan gelombang kotak (square wave).

Video penjelasan

9. File Download[Kembali]

Download File Proteus Rangkaian 13.24 (disini)

Download Datasheet Kapasitor (disini)

Download Datasheet Resistor (disini)

Download Datasheet IC LM566 (disini)