Oscilator: Apa Itu? (Definisi, Jenis, & Aplikasi)
Apa Itu Oskilator?
Oskilator adalah rangkaian yang menghasilkan gelombang berkala berulang tanpa input apapun. Oskilator pada dasarnya mengubah aliran arus searah dari sumber DC menjadi gelombang berkala dengan frekuensi yang diinginkan, seperti yang ditentukan oleh komponen-komponen rangkaian.
Prinsip dasar kerja oskilator dapat dipahami dengan menganalisis perilaku rangkaian LC tank seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 di bawah, yang menggunakan induktor L dan kapasitor C yang sepenuhnya terisi sebagai komponennya. Di sini, pada awalnya, kapasitor mulai melepaskan muatannya melalui induktor, yang mengakibatkan konversi energi listriknya menjadi medan elektromagnetik yang dapat disimpan dalam induktor. Setelah kapasitor sepenuhnya lepas muat, tidak akan ada aliran arus dalam rangkaian.
Namun, pada saat itu, medan elektromagnetik yang telah tersimpan akan menghasilkan tegangan balik (back-emf) yang menyebabkan aliran arus melalui rangkaian dalam arah yang sama seperti sebelumnya. Aliran arus ini melalui rangkaian berlanjut hingga medan elektromagnetik runtuh, yang mengakibatkan kembali konversi energi elektromagnetik menjadi bentuk listrik, sehingga siklus berulang. Namun, sekarang kapasitor akan terisi dengan polaritas yang berlawanan, sehingga menghasilkan gelombang berkala sebagai output.
Namun, osilasi yang muncul karena konversi antara dua bentuk energi ini tidak dapat berlanjut selamanya karena akan terpengaruh oleh efek hilangnya energi akibat hambatan rangkaian. Akibatnya, amplitudo osilasi ini menurun secara bertahap hingga menjadi nol, yang membuat mereka menjadi redaman.
Ini menunjukkan bahwa untuk mendapatkan osilasi yang berkelanjutan dan memiliki amplitudo konstan, diperlukan kompensasi atas hilangnya energi. Namun, perlu dicatat bahwa energi yang disuplai harus dikontrol dengan tepat dan harus sama dengan energi yang hilang untuk mendapatkan osilasi dengan amplitudo konstan.
Karena, jika energi yang disuplai lebih besar dari energi yang hilang, maka amplitudo osilasi akan meningkat (Gambar 2a) yang mengakibatkan output yang distorsi; sedangkan jika energi yang disuplai kurang dari energi yang hilang, maka amplitudo osilasi akan menurun (Gambar 2b) yang mengakibatkan osilasi yang tidak berkelanjutan.
Secara praktis, oskilator hanyalah rangkaian penguat yang diberikan umpan balik positif atau regeneratif di mana sebagian dari sinyal output dikembalikan ke input (Gambar 3). Di sini, penguat terdiri dari elemen aktif yang memperkuat, yang bisa berupa transistor atau Op-Amp, dan sinyal umpan balik in-phase bertanggung jawab untuk menjaga (menyokong) osilasi dengan mengkompensasi kerugian dalam rangkaian.
Setelah sumber daya dinyalakan, osilasi akan dimulai dalam sistem karena adanya noise elektronik yang ada di dalamnya. Sinyal noise ini bergerak seputar loop, diperkuat, dan konvergen menjadi gelombang sinus tunggal dengan cepat. Ekspresi untuk gain loop tertutup osilator yang ditunjukkan pada Gambar 3 diberikan sebagai:
Di mana A adalah gain tegangan penguat dan β adalah gain jaringan umpan balik. Di sini, jika Aβ > 1, maka osilasi akan meningkat dalam amplitudo (Gambar 2a); sedangkan jika Aβ < 1, maka osilasi akan meredam (Gambar 2b). Di sisi lain, Aβ = 1 mengarah ke osilasi yang memiliki amplitudo konstan (Gambar 2c). Dengan kata lain, ini menunjukkan bahwa jika gain loop umpan balik kecil, maka osilasi akan mati, sedangkan jika gain loop umpan balik besar, maka output akan distorsi; dan hanya jika gain umpan balik adalah satu, maka osilasi akan memiliki amplitudo konstan yang mengarah ke rangkaian osilatori yang berkelanjutan.
Jenis Oskilator
Ada banyak jenis oskilator, tetapi secara luas dapat diklasifikasikan menjadi dua kategori utama – Oskilator Harmonik (juga dikenal sebagai Oskilator Linear) dan Oskilator Relaksasi.
Dalam oskilator harmonik, aliran energi selalu dari komponen aktif ke komponen pasif dan frekuensi osilasi ditentukan oleh jalur umpan balik.
Sementara dalam oskilator relaksasi, energi ditukar antara komponen aktif dan pasif dan frekuensi osilasi ditentukan oleh konstanta waktu pengisian dan pengosongan yang terlibat dalam proses. Selain itu, oskilator harmonik menghasilkan output gelombang sinus dengan distorsi rendah, sementara oskilator relaksasi menghasilkan bentuk gelombang non-sinus (gelombang gigi gergaji, segitiga, atau persegi).
Jenis-jenis utama Oskilator termasuk:
Oskilator Jembatan Wien
Oskilator Geser Fase RC
Oskilator Hartley
Oskilator Kontrol Tegangan
Oskilator Colpitts
Oskilator Clapp
Oskilator Kristal
Oskilator Armstrong
Oskilator Pengumpul Tuned
Oskilator Gunn
Oskilator Terhubung Silang
Oskilator Cincin
Oskilator Dynatron
Oskilator Meissner
Oskilator Opto-Elektronik
Oskilator Pierce
Oskilator Robinson
Oskilator Tri-tet
Oskilator Pearson-Anson
Oskilator Garis Penundaan
Oskilator Royer
Oskilator Kaitan Elektron
Oskilator Multi-Gelombang
Oskilator juga dapat diklasifikasikan menjadi berbagai jenis tergantung pada parameter yang dipertimbangkan, yaitu berdasarkan mekanisme umpan balik, bentuk gelombang output, dll. Jenis klasifikasi ini diberikan di bawah ini:
Klasifikasi Berdasarkan Mekanisme Umpan Balik: Oskilator Umpan Balik Positif dan Oskilator Umpan Balik Negatif.
Klasifikasi Berdasarkan Bentuk Gelombang Output: Oskilator Gelombang Sinus, Oskilator Gelombang Persegi atau Segi Empat, Oskilator Sweep (yang menghasilkan gelombang output berbentuk gigi gergaji), dll.
Klasifikasi Berdasarkan Frekuensi Sinyal Output: Oskilator Frekuensi Rendah, Oskilator Audio (frekuensi outputnya berada dalam rentang audio), Oskilator Frekuensi Radio, Oskilator Frekuensi Tinggi, Oskilator Frekuensi Sangat Tinggi, Oskilator Frekuensi Ultra Tinggi, dll.
Klasifikasi Berdasarkan Jenis Kendali Frekuensi yang Digunakan: Oskilator RC, Oskilator LC, Oskilator Kristal (yang menggunakan kristal kuarsa untuk menghasilkan gelombang output yang stabil frekuensinya), dll.
Klasifikasi Berdasarkan Sifat Frekuensi Gelombang Output: Oskilator Frekuensi Tetap dan Oskilator Frekuensi Variabel atau Dapat Disetel.
Aplikasi Oskilator
Oskilator adalah cara yang murah dan mudah untuk menghasilkan frekuensi sinyal tertentu. Misalnya, oskilator RC digunakan untuk menghasilkan sinyal frekuensi rendah, oskilator LC digunakan untuk menghasilkan sinyal frekuensi tinggi, dan oskilator berbasis Op-Amp digunakan untuk menghasilkan frekuensi yang stabil.
Frekuensi osilasi dapat diubah dengan mengubah nilai komponen dengan pengaturan potensiometer.
Beberapa aplikasi umum oskilator termasuk:
Jam tangan kuarsa (yang menggunakan oskilator kristal)
Digunakan dalam berbagai sistem audio dan video
Digunakan dalam berbagai perangkat komunikasi radio, TV, dan lainnya
Digunakan dalam komputer, detektor logam, senjata stun, inverter, aplikasi ultrasonik dan frekuensi radio.
Digunakan untuk menghasilkan pulsa jam untuk mikroprosesor dan mikrokontroler
Digunakan dalam alarm dan buzzer
Digunakan
