PENDAHULUAN
Pengujian sistem elektronika seringkali memerlukan pemakaian suatu sinyal AC dengan frekuensi dari amplitudo yang diketahui untuk masukan suatu sistem, dan memeriksa hasil yang terjadi di bagian lain dari sistem tersebut. Peralatan elektronika yang memberikan sinyal-sinyal demikian tadi dikenal sebagai generator sinyal frekuensi-audio (AF), generator sinyal frekuensi-radio (RF), dan generator fungsi (beragam bentuk-gelombang).
Generator AF yang sederhana dapat menghasilkan gelombang-sinus, gigi-gergaji atau segitiga, dan tegangan ac gelombang-persegi pada frekuensi dapat dipilih dari 20 sampai dengan lebih dari 20.000 Hz. Tegangan keluarannya dapat berubah-ubah dari 10 V rms menurun sampai nol. Rangkaian yang biasa digunakan adalah osilator umpan-balik (feedback) 360 ° jembatan Wien 2-komponen, yang menghasilkan tegangan ac gelombang-sinus dengan cacat yang sangat kecil. Sebuah penguat akan meningkatkan keluarannya sampai pada level yang dikehendaki. Untuk menghasilkan tegangan ac gelombang persegi, tegangan ac gelombang sinusnya harus sangat diperkuat tetapi kemudian amplitudonya dipotong dengan diode paralel. generator sinyal AF yang lebih canggih (sophisticated) dapat meliputi lebar-pita yang lebih lebar dan dapat menggunakan rangkaian pembentukan gelombang persegi elektronik, seperti misalnya rangkaian pemicu Schmitt (Schmitt trigger) untuk mendapatkan keluaran gelombang-persegi.
Generator sinyal RF menggunakan osilator frekuensi-variabel, seperti misalnya Hartley atau Colpitts, dengan sebuah kapasitor variabel tetapi dengan enam sampai sepuluh kumparan yang berlainan ukurannya untuk menghasilkan osilasi dari 20 kHz sampai dengan 100 MHz. di samping menghasilkan sinyal gelombang kontinu (continuous wave = CW), sebagian besar osilator-osilator ini menerapkan cara modulasi amplitude (AM) atau modulasi frekuensi (FM) (Bab 17 dan 19) pada keluarannya agar sinyalnya dapat terdengar di penerima. Untuk pita VHF dan UHF osilator LC, tangki-linear, atau jenis tangki-rongga yang mencakup dari 50 sampai dengan 200 MHz. generator sinyal gelombang-mikro menggunakan beragam jenis osilator untuk mencakup sekitar 2 sampai dengan 20 GHz, dengan “pengganda” untuk menghasilkan sinyal 20 sampai dengan 40 GHz. Di samping CW, sistem-sistem tersebut dapat menggabungkan rangkaian FM dan modulasi-pulsa di dalamnya.
Generator sinyal pemadu ditala dengan sakelar atau tombol-tekan dari 0,01 Hz sampai lebih 1 GHz dengan kestabilan yang berasal dari osilator jam kristal 10 MHz yang dipunyainya , dan dapat mempunyai keluaran CW, AM, dan FM.
Generator fungsi menghasilkan beragam bentuk gelombang, seperti misalnya gelombang-sinus, gelombang-persegi, dan gelombang-segitiga, pulsa-pulsa positif dan negatif dengan berbagai lebar dan bentuk, dan tegangan tanjak (ramp) atau penyapuan (naik-lambat turun-cepat). generator fungsi bekerja dalam daerah frekuensi mulai dari kurang satu hertz sampai lebih dari 10 MHz. generator tersebut dapat berupa osilator LC atau sistem sintesaiser.
Gebagian besar generator sinyal jenis-rekayasa saat ini dibuat agar bekerja pada beban 50ohm atau 600 ohm. Keluarannya dapat diatur dari sekitar 10 V menurun sampai nol.
Pada makalah ini akan dibahas Generator Frekuensi Audio secara mendetail.
PEMBAHASAN
Generator Frekuensi Audio Adalah alat tes elektronik yang berfungsi sebagai pembangkit sinyal atau gelombang listrik. Generator Frekuensi Audio terdapat dua jenis yaitu Analog dan Digital. Bentuk gelombang pada umumnya terdiri dari tiga jenis, yaitu sinusoida, persegi, dan segitiga. Pada gambar dapat dilihat salah satu jenis generator Frekuensi Audio. Dengan generator frekuensi audio ini seorang teknisi dapat melakukan pengetesan suatu alat yang akan dites (devices under test). Dari analisis terhadap hasil berbagai bentuk gelombang respons alat tersebut, akan dapat diketahui ketepatan karakteristik sesuai dengan ketentuan yang dikehendaki.
A. Kegunaan Generator Frekuensi Audio
Adapun kegunaan dari Generator Frekuensi Audio adalah.
· Sebagai pembangkit gelombang listrik sinusoidal, segitiga, dan kotak.
· Untuk memahami bentuk dan pola gelombang listrik.
· Sebagai acuan untuk menyelidiki rangkaian yang kurang baik dari suatu rangkaian/sirkuit listrik atau elektronika
· Dapat digunakan sebagai sumber tegangan/arus AC untuk percobaan rangkaian penguatan transistor.
Selain kegunaan di atas, Generator Frekuensi Audio juga dapat digunakan sebagai media pembelajaran, yakni. sebagai alat yang pendukung pada kegiatan percobaan siswa dalam hal:
· mengenali bentuk gelombang sinus dan kotak;
· mempelajari cara mengukur periode dan frekuensi gelombang;
· sebagai sumber bunyi;
· memperkenalkan perpaduan gelombang bunyi;
B. Konstruksi dan Cara Kerja
Generator Frekuensi audio mempunyai rangkaian jembatan wein sebagai rangkaiannya.
Gambar 2 Konstruksi Jembatan Wein
Jembatan Wien terdiri dari 2 pembagi tegangan, yaitu: Rangkaian Wien (R1, C1, R3, C3) dan sebuah rangkaian resistor murni R2 dan R4. Dalam penggunaan normal kesetimbangan jembatan DV’ = Vo – Vo’ = DV’ = 0, yaitu bila Vo = Vo’ se-fase dan se-magnetudo. Kedua kondisi tersebut harus dipenuhi secara serentak dengan menyetimbangkan jembatan AC.
Untuk mendapatkan kondisi setimbang, pertama tegangan keluaran Vo’ dari pembagi potensial bersifat resistif selalu sefasa dengan tegangan masukan Vi’. Kondisi sefasa ini dicapai jika w = wo’ (fasa setimbang). Nilai wo dinyatakan dengan oleh persamaan.
Dalam sebuah jembatan praktis, kapasitor Cl dan C3 adalah kapasitor tetap dan resistor R1 dan R3 adalah resistor variabel yang dikontrol oleh sebuah poros bersama. Dengan menetapkan R2 = 2R4, maka jembatan dapat digunakan sebagai alat pengukur frekuensi yang disetimbangkan oleh suatu pengontrol tunggal. Pengontrol ini dapat dikalibrasi langsung dalam frekuensi.
Sinyal masukan (Vi) dari sumber yang dipilih dengan frekuensi (f) tertentu dilewatkan pada jembatan dan arus akan terbagi pada masing-masing lengan. Dengan memilih nilai-nilai resistor dan kapasitor tertentu sehingga R1 = R2 = R dan C1 = C2 = C sehingga diperoleh frekuensi sebesar:
Dari frekuensi inilah dihasilkan gelombang sinusoidal.
Akan tetapi, dewasa ini telah dilakukan penyesuaian sehingga generator bisa menghasilkan tak hanya gelombang sinus, tapi juga gelombang segitiga, dan kotak.
Blok diagram generator audio dapat dilihat pada gambar 2. Pada umumnya frekuensi yang dibangkitkan dapat divariasi dengan mengatur kapasitor dalam rangkaian LC atau RC. Dalam instrumen ini frekuensi dikendalikan oleh variasi arus yang mengemudikan integrator. Generator audio memberikan keluaran berbentuk gelombang sinus, segitiga dan kotak dengan jangkauan frekuensi dari 20 Hertz sampai 20 kilo Hertz. Frekuensi terkendali tegangan (frequency controlled voltage) mengatur dua sumber arus Upper dan Lower Constant Current Source. Upper Constant Current Source mensuplai arus tetap ke integrator yang menghasilkan tegangan output naik secara linier terhadap waktu, menurut persamaan berikut :
Kenaikan dan penurunan arus akan mengakibatkan naik atau turunnya slope tegangan output, yang akan mengatur besarnya frekuensi. Tegangan komparator akan mengubah keadaan ke level maksimum tegangan output integrator yang telah ditetapkan. Perubahan ini akan memutus sumber arus konstan Upper beralih ke Lower constant current source
Sumber arus konstan Lower akan mencatu arus balik ke integrator, sehingga tegangan output turun secara linier terhadap waktu. Bila output mencapai batas minimum yang ditetapkan, maka tegangan komparator akan berubah keadaan dan menyambung ke Upper constant current source, demikian seterusnya kembali seperti semula. Dengan demikian terjadilah siklus yang terus menerus.Tegangan output integrator adalah bentuk gelombang segitiga yang besar frekuensinya tergantung pada besar kecil arus yang dicatu oleh kedua sumber arus konstan Upper dan Lower.
Keluaran komparator memberikan tegangan gelombang kotak (SQUARE) dengan duty cycle 50%. Rangkaian diode resistance mengatur slope dari gelombang segitiga (TRIANGLE) sehingga amplitudonya berubah menghasilkan gelombang SINUS dengan distorsi kurang dari 1 %.
Jenis konektor yang dipakai tergantung frekuensi kerjanya. Kebanyakan generator audio generasi terbaru frekuensi kerjanya sampai 20MHz memakai konektor jenis-BNC, dengan terminasi 50 ~ 75 Ω.
Generator frekuensi audio seperti lazimnya kebanyakan generator sinyal, terdapat juga bagian attenuator, beberapa jenis gelombang modulasi output, dan memiliki fasilitas frekuensi gelombang sapuan yang memberi kemampuan untuk pengetesan respons frekuensi dari rangkaian elektronik yang diberikan. Beberapa generator audio dilengkapi kemampuan membangkitkan sinyal derau putih (pink noise).
Gambar 3 Diagram Generator Fekuensi Audio
Dari gambar 3, dapat dijelaskan :
- Instrumen ini menghasilkan gelombang-gelombang : sinus, segitiga, dan persegi dengan rangkuman frekuensi dari 0,5 Hz sampai 11 KHz.
- Jaringan pengontrol frekuensi diatur oleh cakera frekuensi pada panel depan instrumen atau oleh sebuah tegangan pengontrol yang dimasukkan dari luar. Tegangan pengontrol frekuensi mengatur dua sumber arus.
- Sumber arus atas mensuplai arus yang konstan ke integrator segitiga yang tegangan keluarannya bertambah secara linier terhadap waktu. Tegangan keluaran diberikan oleh hubungan :
eout = - 1/C ∫ i dt …………………… ( * )
- Suatu pertambahan atau penurunan arus yang disuplai dari sumber arus atas akan memperbesar atau memperkecil kemiringan tegangan keluaran. Multivibrator tegangan berubah keadaan pada suatu level yang telah ditentu-kan sebelumnya pada kemiringan tegangan keluaran integrator yang positif. Perubahan keadaan ini akan menghentikan penyaluran arus atas menuju integrator dan menghubungkan suplai arus bawah.
- Sumber arus bawah mensuplai suatu arus balik menuju integrator, sehingga keluarannya berkurang secara linier terhadap waktu. Jika tegangan keluaran mencapai suatu level yang telah ditentukan lebih dahulu dengan kemiringan bentuk gelombang keluaran yang negatif, pembanding tegangan sekali lagi
C. Spesifikasi Alat
Spesifiikasi alat pada generator frekuensi audio lazimnya adalah sebagai berikut.
· Bentuk gelombang keluaran; sinus, segitiga, dan kotak;
· Mempunyai impedansi keluaran dua buah: 8 Ohm, dan 600 Ohm;
· Jangkauan frekuensi keluaran dapat disetel: 1 Hz s.d 11000Hz;
· Daya keluaran : 8 Watt pada beban 8 Ohm;
. Voltage keluaran dapat disetel : 20mV s.d. 200 mV pick-to-pick
· Tegangan daya masukan utama : 220 Volt.
D. Bagian- bagian Generator Frekuensi Audio
Bagian-bagian Generator Frekuensi Audio adalah sebagai berikut.
Gambar 4 Bagian-bagian Generator Frekuensi Audio
1. Tombol On-Off/Power
Berfungsi untuk menghubungkan dan memutuskan sambungan listrik ke dalam rangkaian generator. Atau berfungsi untuk menyalakan generator.
Gambar 5 Tombol Power
2. Pengatur Amplitudo (level)
Berfungsi untuk mengatur amplitudo output gelombang yang dihasilkan oleh generator.
Gambar 6 Pengatur Amplitudo
3. Pemilih bentuk sinyal / gelombang
Untuk memilih bentuk sinyal. Terdiri dari sinyal/gelombang sinus, persegi, gerigi, dan segitiga
Gambar 7 Pengatur Bentuk Sinyal
4. Pengatur Frekuensi
Mengatur frekuensi keluaran Generator Frekuensi Audio
Gambar 8 Pengatur Frekuensi
5. Pengatur jangkauan Frekuensi (Freq Range)
Untuk mengatur Frekuensi Frekuensi keluaran. Hubungannya dengan pengatur frekuensi adalah bahwa keduanya adalah kontrol dari frekuensi keluaran generator. Sebagai contoh ketika kita meninginkan frekuensi output sebesar 150 Hz, maka yang harus kita lakukan adalah memindahkan Frreq Range pada 100 dan kontrol frekuensi pada 1,5 Hz.
Gambar 9 Pengatur Jangkuan Frekuensi
6. Terminal Keluaran 8 ohm
Merupakan bagian yang digunakan untuk menghubungkan Generator Frekuensi Audio pada alat lain untuk mengetahui keluaran generator audio. Kabel yang digunakan adalah kabel daya biasa. Dengan tahanan sebesar 8 ohm
Gambar 10 Terminal keluaran 8 ohm
7. Terminal Keluaran 600 ohm
Bagian yang digunakan untuk menghubungkan audio generator dengan alat lain dengan menggunakan kabel BNC-BNC (misalnya). Dengan Tahanan sebsear 600 ohm.
Gambar 11 Terminal Keluaran 600 ohm
E. Prosedur Penggunaan
Dalam uraian tentang prosedur pengoperasian generator audio akan dijelaskan cara menghubungkan Generator dengan Osiloskop, antara lain :
1. Siapkan signal audio generaror di atas meja yang dekat dengan stopkontak jaringan PLN.
2. Pasangkan Audio Generator pada stop kontak tersebut.
3. Nyalakan signal dengan menghidupkan tombol power.
4. Setelah itu siapkan osiloskope.
5. Hubungkan keluaran signal dengan osiloskope pada bagian keluaran beban 600 Ohm. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan kabel BNC-BNC seperti pada gambar berikut....
0 Comments