SINUS GENERATOR

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Prinsip Kerja

6. Ringkasan

7. Soal Latihan

8. Percobaan

9. Download File

1. Pendahuluan (kembali)

Sinus generator adalah rangkaian elektronik yang menghasilkan sinyal output berbentuk gelombang sinusoidal. Gelombang sinus merupakan bentuk gelombang dasar dan paling penting dalam dunia elektronika dan sistem sinyal karena mencerminkan bentuk ideal dari osilasi alami dalam berbagai sistem fisik. Dalam pendahuluan ini, kita akan membahas prinsip dasar serta aplikasi dari sinus generator, yang merupakan salah satu komponen utama dalam berbagai perangkat elektronik.

Sinus generator memegang peranan penting dalam berbagai aplikasi elektronika, terutama dalam sistem komunikasi, pengujian perangkat, dan pengolahan sinyal. Sinyal sinus dikenal karena kemurniannya dan keberadaannya sebagai bentuk dasar dari banyak gelombang kompleks dalam domain frekuensi. Oleh karena itu, kemampuan untuk menghasilkan sinyal sinusoidal yang stabil, murni, dan presisi sangatlah penting dalam sistem audio, transmisi RF, dan alat ukur elektronik.

Sinus generator bekerja dengan prinsip pembangkitan osilasi yang mengikuti bentuk fungsi sinus matematis. Salah satu cara umum untuk menghasilkan sinyal sinus adalah melalui osilator berbasis RC (resistor-kapasitor), LC (induktor-kapasitor), atau kristal. Beberapa sinus generator menggunakan teknik konversi dari gelombang lain, seperti mengubah bentuk gelombang segitiga atau persegi menjadi gelombang sinus menggunakan filter atau rangkaian shaping. Stabilitas frekuensi dan amplitudo menjadi aspek utama dalam desain generator ini.

Sinus generator digunakan secara luas dalam pengujian sinyal audio, sistem komunikasi, serta sebagai sumber acuan dalam pengukuran frekuensi dan impedansi. Dalam laboratorium, generator sinus digunakan untuk menganalisis respons frekuensi dari suatu rangkaian atau perangkat. Selain itu, dalam sistem modulasi amplitudo dan frekuensi (AM/FM), sinyal sinus berperan sebagai pembawa (carrier signal). Pada aplikasi kendali dan pemrosesan sinyal digital, sinus generator sering kali digunakan sebagai bagian dari sistem digital-to-analog converter (DAC) dan juga dalam pembangkitan sinyal sintetis dalam instrumen musik elektronik.

2. Tujuan (kembali)

Untuk mengetahui apa itu sinus generator, untuk mengetahui fungsi dan kegunaan dari sinus generator, dan dapat mensimulasikan rangkaian dari sinus generator

3. Alat dan Bahan (kembali)

Alat:

Instrumen

a. Osiloskop

Osiloskop adalah komponen elektronika yang mempunyai kemampuan menyimpan electron-elektron selama waktu yang tidak tertentu. Osiloskop dilengkapi dengan tabung sinar katode. Peranti pemancar elektron memproyeksikan sorotan elektron ke layar tabung sinar katode.

Spesifikasi:

Pinout:

Keterangan:

b. Voltmeter AC

Merupakan alat untuk mengukur tegangan pada suatu circuit. Dalam menggunakannya kita memparalelkan voltmeter dengan rangkaian yang ingin diukur besar tegangannya. Jika tegangan berupa tegangan DC maka pengalinya di set pada bagian DC, dan jika AC maka diset pada bagian AC. Hasil pada layar akan dikali dengan pengalinya terlebih dahulu, maka akan muncul nilai tegangan pada rangkaian.

Spesifikasi:

Pinout

Probes

1) Voltage

Merupakan alat yang menunjukkan besar tegangan tanpa menggunakan voltmeter ataupun multimeter.

BAHAN

a. Resistor

Resistor adalah komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika (V=I R). Jenis Resistor yang digunakan disini adalah Fixed Resistor, dimana merupakan resistor dengan nilai tetap terdiri dari film tipis karbon yang diendapkan subtrat isolator kemudian dipotong berbentuk spiral. Keuntungan jenis fixed resistor ini dapat menghasilkan resistor dengan toleransi yang lebih rendah.

Cara menghitung nilai resistor:

Tabel warna

Contoh :

Gelang ke 1 : Coklat = 1

Gelang ke 2 : Hitam = 0

Gelang ke 3 : Hijau = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105

Gelang ke 4 : Perak = Toleransi 10%

Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.

Spesifikasi:

b. Kapasitor

Nilai kapasitor (104J) : 10 * 10^4 pF = 10^5 pF = 100nF; toleransi 5% = ± 95nF sampai 105nF
Kapasitor adalah komponen elektronika pasif yang dapat menyimpan muatan listrik dalam waktu sementara.
Cara menghitung nilai kapasitor :
1. Masukan 2 angka pertama langsung untuk nilai kapasitor.
2. Angka ke-3 berfungsi sebagai perpangkatan (10^n) nilai kapasitor.
3. Satuan kapasitor dalam piko farad.
4. Huruf terakhir menyatakan nilai toleransi dari kapasitor.

Daftar nilai toleransi kapasitor :
B = 0.10pF
C = 0.25pF
D = 0.5pF
E = 0.5%
F = 1%
G = 2%
H = 3%
J = 5%
K = 10%
M = 20%
Z = + 80% dan -20%

Spesifikasi

c. Diode Zener

Dioda Zener adalah dioda 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 dioda biasa yang hanya menyalurkan arus listrik ke satu arah.

spesifikasi:

Tegangan Zener – ini berhubungan dengan tegangan tembus terbalik. Ini berkisar dari 2.4V hingga 200V, tergantung pada dioda tertentu
Arus (maksimum) – arus maksimum pada tegangan Zener terukur. Ini dapat berkisar dari 200uA hingga 200A
Arus (minimum) - arus minimum yang diperlukan pada tegangan Zener agar dioda rusak. Ini biasanya antara 5mA dan 10mA
Peringkat Daya - peringkat disipasi daya maksimum dioda, termasuk arus yang mengalir melalui dioda dan tegangan yang melintasinya. Nilai standar termasuk 400mW, 500mW, 1W, dan 5W. Dengan dioda yang dipasang di permukaan, nilai tipikalnya adalah 200mW, 350mW, 500mW, dan 1W
Toleransi Tegangan – biasanya ± 5%
Stabilitas Suhu – dioda paling stabil biasanya sekitar 5V
Resistansi Zener – resistansi yang ditunjukkan oleh dioda

d. Op-Amp LM741

Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional.

Konfigurasi PIN LM741

Spesifikasi:

e. Potensiometer

Potensiometer adalah resistor tiga terminal dengan sambungan geser yang membentuk pembagi tegangan dapat disetel. Potensiometer juga biasanya di sebut sebagai resistor variabel dikarenakan kita dapat mengubah besaran dari resistansinya.

Spesifikasi;

Pinout:

4. Dasar Teori (kembali)

a. Resistor

Simbol :

Resistor adalah komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika (V=I R).
Jenis Resistor yang digunakan disini adalah Fixed Resistor, dimana merupakan resistor dengan nilai tetap terdiri dari film tipis karbon yang diendapkan subtrat isolator kemudian dipotong berbentuk spiral. Keuntungan jenis fixed resistor ini dapat menghasilkan resistor dengan toleransi yang lebih rendah.
Cara menghitung nilai resistor:
Tabel warna

Contoh :
Gelang ke 1 : Coklat = 1
Gelang ke 2 : Hitam = 0
Gelang ke 3 : Hijau = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105
Gelang ke 4 : Perak = Toleransi 10%
Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.

b. Kapasitor

Nilai kapasitor (104J) : 10 * 10^4 pF = 10^5 pF = 100nF; toleransi 5% = ± 95nF sampai 105nF
Kapasitor adalah komponen elektronika pasif yang dapat menyimpan muatan listrik dalam waktu sementara.
Cara menghitung nilai kapasitor :
1. Masukan 2 angka pertama langsung untuk nilai kapasitor.
2. Angka ke-3 berfungsi sebagai perpangkatan (10^n) nilai kapasitor.
3. Satuan kapasitor dalam piko farad.
4. Huruf terakhir menyatakan nilai toleransi dari kapasitor.

Daftar nilai toleransi kapasitor :
B = 0.10pF
C = 0.25pF
D = 0.5pF
E = 0.5%
F = 1%
G = 2%
H = 3%
J = 5%
K = 10%
M = 20%
Z = + 80% dan -20%

Spesifikasi

c. Diode Zener

Dioda Zener adalah dioda 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 dioda biasa yang hanya menyalurkan arus listrik ke satu arah.

spesifikasi:
Tegangan Zener – ini berhubungan dengan tegangan tembus terbalik. Ini berkisar dari 2.4V hingga 200V, tergantung pada dioda tertentu
Arus (maksimum) – arus maksimum pada tegangan Zener terukur. Ini dapat berkisar dari 200uA hingga 200A
Arus (minimum) - arus minimum yang diperlukan pada tegangan Zener agar dioda rusak. Ini biasanya antara 5mA dan 10mA
Peringkat Daya - peringkat disipasi daya maksimum dioda, termasuk arus yang mengalir melalui dioda dan tegangan yang melintasinya. Nilai standar termasuk 400mW, 500mW, 1W, dan 5W. Dengan dioda yang dipasang di permukaan, nilai tipikalnya adalah 200mW, 350mW, 500mW, dan 1W
Toleransi Tegangan – biasanya ± 5%
Stabilitas Suhu – dioda paling stabil biasanya sekitar 5V
Resistansi Zener – resistansi yang ditunjukkan oleh dioda

Prinsip pengoperasian dioda zener ditentukan oleh penyebab kerusakan dioda pada kondisi bias mundur. Biasanya ada dua jenis – Zener dan avalanche.

Zener Breakdown

Zener Breakdown terjadi dengan tegangan bias balik antara 2V dan 8V. Intensitas medan listrik cukup untuk menerapkan gaya pada elektron valensi, memisahkannya dari inti – bahkan pada tegangan rendah ini. Proses ini membentuk pasangan elektron-hole yang bergerak, sehingga meningkatkan aliran arus.

Zener Breakdown biasanya terjadi untuk dioda yang didoping tinggi dengan medan listrik besar dan tegangan tembus rendah. Lebih banyak energi diperoleh oleh elektron valensi dengan meningkatnya suhu, oleh karena itu membutuhkan lebih sedikit tegangan keluar. Ini juga berarti bahwa tegangan tembus Zener berkurang bersamaan dengan suhu.

Avalanche Breakdown

Breakdown tegangan juga terjadi pada kondisi reverse bias, minimal 8V, untuk dioda light-doped yang memiliki tegangan tembus yang besar. Elektron yang mengalir melalui dioda bertabrakan dengan elektron dalam ikatan kovalen, mengganggunya. Kecepatan elektron meningkat seiring dengan peningkatan tegangan, yang berarti bahwa ikatan kovalen dapat lebih mudah diputus. Perlu juga dicatat bahwa tegangan tembus longsoran naik bersamaan dengan suhu.

Impedansi input sangat besar (Zi >>). Impedansi input adalah sangat besar sehingga arus input ke rangkaian dalam op-amp sangat kecil sehingga tegangan input sepenuhnya dapat dikuatkan.

5. Prinsip Kerja (kembali)

6. Ringkasan (kembali)

7. Soal Latihan (kembali)

Soal Pertama

Sebuah generator sinyal sinusoidal menghasilkan sinyal dengan periode 0,002 detik. Berapakah frekuensi sinyal yang dihasilkan?

Jawaban:
Gunakan rumus:

$f = \frac{1}{T}$ $f = \frac{1}{0{,}002} = 500 \text{ Hz}$

Penjelasan:
Frekuensi adalah kebalikan dari periode. Jika periode 0,002 detik, maka frekuensinya adalah 500 Hz.

Soal kedua

Jika sebuah generator menghasilkan sinyal sinusoidal dengan amplitudo 5 V dan frekuensi 1 kHz, tuliskan persamaan gelombangnya.

Jawaban:
Persamaan umum gelombang sinus:

$v(t) = A \cdot \sin(2\pi f t)$ $v(t) = 5 \cdot \sin(2\pi \cdot 1000 \cdot t)$

Penjelasan:

Amplitudo = 5 V
Frekuensi = 1000 Hz
Persamaan gelombang sinus mengikuti format standar $v(t) = A \sin(2\pi f t)$

soal ketiga

Apa fungsi utama dari generator sinyal sinusoidal dalam sistem elektronika?

Jawaban:
Untuk menghasilkan sinyal AC periodik berbentuk sinus, yang digunakan sebagai sumber referensi, pengujian rangkaian, atau pembangkit sinyal pada komunikasi, kontrol, dan osilator.

Penjelasan:
Gelombang sinus merupakan bentuk gelombang dasar yang digunakan dalam banyak aplikasi teknik karena sifatnya yang murni, stabil, dan mudah dikendalikan.

soal keempat

Ketika generator sinus dihubungkan ke osiloskop, terlihat gelombang dengan puncak atas di +4V dan puncak bawah di -4V. Berapa amplitudo dan tegangan puncak-ke-puncak (Vpp)?

Jawaban:

Amplitudo = 4 V
Tegangan puncak-ke-puncak (Vpp) = 4 V - (-4 V) = 8 V

Penjelasan:
Amplitudo adalah jarak dari garis nol ke puncak positif (atau negatif).
Tegangan puncak-ke-puncak adalah total jarak dari puncak negatif ke puncak positif.

8. Percobaan (kembali)

Prosedur Percobaan

Siapkan semua bahan dan alat
Hubungkan semua bahan dan alat
Atur tegangan dan hambatan
Jalankan simulasi
Lalu mencoba menjalankan rangkaian
Amatilah Respons Frekuensi dan juga respons gelombangnya pada osiloskop

A. Sine Generator dengan input AC

Pertama kita memasang input AC paling besar 5V pada kaki inverting opamp sebagai input awal dari sine generator ini, atau nilai tegangan dapat disesuaikan dengan nilai kapasitor dan resistansi potensiometer. Rangkaian kapasitor dan resistor disusun seperti jembatan wein. seperti gambar berikut

Dengan Op-Amp sebagai pengganti detektor. untuk kapasitas kapasitor 15nF jika tegangan sumber melebihi 5.5 V maka akan teerjadi pembalikan nilai tegangan pada output sehingga fasa tegangan input dan output akan berbeda sebesar 180 derejat, sedangkan untuk tegangan kecil dari 5.5V akan terjadi penguatan tegangan di output dengan gain 7x yaitu dari 5 V hingga 35V

Saat nilai input > 5.5V pada nilai kapasitor 15nF

Saat nilai input < 5.5V pada nilai kapasitor 15nF

Zener berfungsi untuk membuat output tidak saturasi karena akan ada satu dioda zener yang aktif dan menguragi penguatan bila tegangan keluaran melampaui tegangan saturasi. potensiometer pada posisi 80% yang membuat penguatan tegangan lebih kecil sehingga tegangan output tidak cacat atau saturasi

B. Sine Generator dengan input DC

Pertama dan terpenting, kami menggunakan daya 12VDC untuk rangkaian ini.

Rangkaian ini terdiri dari beberapa sub bagian yang membentuk keseluruhan rangkaian. Setiap bagian melayani tujuannya sendiri untuk fungsi tersebut.

Resistor 510KΩ secara paralel dengan resistor 1KΩ memberikan bias ke transistor BC547, membawa transistor ke titik kerjanya. Jika Anda membuat sinyal frekuensi yang jauh lebih tinggi dan transistor tidak berfungsi, nilai ini mungkin perlu diubah.

Komponen lain dari rangkaian adalah komponen yang bergantung pada frekuensi. Bagian rangkaian ini menentukan frekuensi gelombang sinus. Bagian rangkaian ini terdiri dari 3 resistor 510Ω dan 3 kapasitor keramik 100nF. 6 komponen ini - 3 kapasitor keramik 100nF dan 3 resistor 510Ω - menentukan frekuensi bentuk gelombang sinus keluaran.

Jika Anda ingin mengubah frekuensi gelombang sinus, maka Anda akan mengubah komponen ini. Komponen-komponen ini membentuk jaringan RC. Konstanta waktu sinyal, = RC. Jadi jika Anda ingin sinyal memiliki periode waktu yang lebih lama, maka Anda akan meningkatkan resistansi atau meningkatkan kapasitansi. Ini mengurangi frekuensi. Jika Anda ingin sinyal memiliki periode waktu yang lebih pendek, maka Anda akan mengurangi resistensi atau menurunkan pencapaian. Karena sinyal memiliki periode waktu yang lebih pendek, ia memiliki frekuensi yang lebih besar.

Dengan rangkaian ini, disarankan agar Anda mengubah semua 3 nilai kapasitansi sekaligus atau semua 3 nilai resistansi sekaligus.

Dengan nilai seperti yang ditunjukkan di atas, frekuensinya hanya sekitar 1KHz.

Jika Anda ingin meningkatkan frekuensi, maka Anda bisa mengubah semua 3 kapasitor 100nF menjadi kapasitor 10nF. Jika Anda ingin meningkatkan frekuensi lebih banyak, Anda dapat mengubah kapasitor menjadi 1nF. Anda juga dapat mengubah nilai resistor ke nilai yang lebih rendah, seperti 500Ω. Anda bisa bermain-main dengan nilainya dan melihat bagaimana frekuensi berubah sebagai respons.

Kapasitor 200nF adalah kapasitor yang mengambil sinyal keluaran gelombang sinus dan memasukkannya kembali ke masukan. Hal ini membuat osilasi terjadi sehingga osilasi terus menerus terjadi.

Kapasitor 90nF bertindak sebagai kapasitor kopling. Ini melewati sinyal AC melalui output tetapi memblokir sinyal DC yang diperlukan untuk daya. Oleh karena itu, tidak membuat DC offset dengan sinyal AC.

Dan beginilah cara membangun rangkaian generator gelombang sinus dengan beberapa komponen sederhana.

9. Download File (kembali)

1. Datasheet

a. Op-Amp 741

b. Kapasitor

c. Potentiometer (POT-HG)

d. dioda zener BZV85C47

e. Resistor

f. BC547 NPN Trasnsistor

g. Voltmeter AC

h. Osiloskop

2. Rangkaian Proteus