Senin, 14 Maret 2011

Generator Frekuensi Audio


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.

PEMBAHASAN


Generator Frekuensi Audio Adalah alat tes elektronik yang berfungsi sebagai pembangkit sinyal atau gelombang listrik. 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.
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:
f  = 1/2RC
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 :
Voutput = -1/C ∫ idt

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).

- 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.
1.      Tombol On-Off/Power
Berfungsi untuk menghubungkan dan memutuskan sambungan listrik ke dalam rangkaian generator. Atau berfungsi untuk menyalakan generator.
2.      Pengatur Amplitudo (level)
Berfungsi untuk mengatur amplitudo output gelombang yang dihasilkan oleh generator.
3.      Pemilih bentuk sinyal / gelombang
Untuk memilih bentuk sinyal. Terdiri dari sinyal/gelombang sinus, persegi, gerigi, dan segitiga
4.      Pengatur Frekuensi
Mengatur frekuensi keluaran Generator Frekuensi Audio
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.
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.
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.
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.
Atau bisa juga dengan menggunakan kabel daya biasa, dengan cara menghubungkan kabel daya yang telah terhubung pada terminal keluaran utama generator tersebut dengan penjepit buaya pada osiloskop yang telah terhubung pada input osiloskop. Nyalakan osiloskope dan tunggu sampai keluar bentuk pola gelombang keluarannya.
6.      Atur bentuk tayangan gelombang dengan mengeset osiloskope pada posisi yang mudah diamati.
7.      Putar pengatur frekuensi signal sambil memperhatikan bentuk gelombang. Apakah terjadi perubahan. Jika ya berarti signal sudah dapat bekerja dengan baik.

F.        Aplikasi penggunaan Generator Audio
Berikut ini adalah aplikasi penggunanaan Generator audio, yakni:
troubleshooting dengan teknik signal tracing, penggunaan generator audio sebagai bias dan sumber sinyal, karakteristik penguat dengan beban lebih (overload), , pengetesan speaker dan rangkaian impedansi. Uraian berikut akan berisi penjelasan cara pengetesan, setting up peralatan, dilengkapi dengan uraian dan gambar kerja tentang pelaksanaan pengetesan masing-masing.

1.      Troubleshooting dengan teknik signal tracing

Salah satu teknik troubleshooting untuk mencari kerusakan pada komponen system audio adalah, dengan mengijeksikan sinyal dari generator frekuensi audio pada bagian input alat yang akan dites. Kemudian osiloskop dipakai untuk memeriksa output setiap tingkat dari penguat. Hal ini dimulai dari bagian input dan bergerak kearah output. Bila suatu tingkat memberikan sinyal output yang cacat atau tidak ada output sama sekali, maka dapat diduga pada tingkat tersebut terdapat kerusakan. Sinyal input yang lazim digunakan berbentuk sinusoida dengan amplitudo rendah, sedemikian rupa supaya tidak menimbulkan cacat bentuk pada tingkat berikutnya. Pada gambar 14 dapat dilihat troubleshooting pada rangkaian penguat audio menggunakan teknik signal tracing.

Teknik yang sama dapat diterapkan pada peralatan nonaudio. Umumnya generator frekuensi audio dapat menghasilkan sinyal sampai 2 MHz, bahkan beberapa model mampu memberikan frekuensi sampai 10 MHz atau lebih tinggi. Pada teknik sinyal tracing ini tidak diperlukan tegangan DC-offset dari generator frekuensi audio, walaupun rangkaian penguat audio menggunakan kopling kapasitor yang mampu memblokir tegangan DC yang berasal dari sumber.

2.      Penggunaan generator fungsi sebagai bias dan sumber sinyal
Beberapa generator audio modern mampu mencampurkan tegangan DC-offset pada tegangan output ACnya.
Seperti nampak pada gambar 15 kemampuan ini dapat dipakai untuk membias transistor penguat yang dites dengan melengkapi komponen AC dari sinyal input. Dengan mengamati output penguat pada osiloskop, amplitudo dan bias transistor dapat dioptimalkan pada output tidak cacat. Dengan melakukan variasi DC-offset, maka pengaruh beberapa bias (klas A, B dan C) dapat ditentukan.


3.      Karakteristik beban lebih pada amplifier
Titik beban lebih (overload) dari beberapa penguat sulit ditentukan dengan cara pengetesan menggunakan input gelombang sinusoida. Bentuk gelombang segitiga merupakan bentuk gelombang ideal untuk keperluan ini, karena setiap titik awal dari linieritas mutlak suatu gelombang dapat dideteksi dengan baik. Dengan output segitiga kondisi puncak pembebanan lebih dari sebuah penguat akan mudah ditentukan.

4.      Pengetesan speaker dan rangkaian impedansi
Generator fungsi dapat dipakai untuk memperoleh informasi mengenai impedansi input suatu speaker atau sembarang rangkaian impedansi yang lain terhadap frekuensi. Dengan kata lain frekuensi resonansi rangkaian dapat ditentukan. Adapun prosedur pengetesannya adalah sebagai berikut:
1. Hubungkan peralatan seperti tertera pada gambar 17 osiloskop dapat dipakai untuk memastikan apakah output generator fungsi tidak dalam kondisi terpotong.
2. Bila menggunakan metode voltmeter, variasikan nilai frekuensi sampai range penuh dan logaritmik tegangan terukurpada terminal speaker terhadap frekuensi. Skala dB dari Voltmeter AC sesuai untuk mengkonversi data ke dalam satuan respons standar.
3. Bila memilih menggunakan CRO, maka gunakan sweep untuk pengukuran respons frekuensi.
4. Dalam pengetesan speaker tegangan sinyal percakapan akan naik pada frekuensi rendah. Frekuensi resonansi dihasilkan seperti pada kurva gambar 18. Hal ini sangat dipengaruhi oleh konstruksi kotak speaker. Para perancang kotak speaker dapat menggunakan karakteristik yang dihasilkan, untuk mengevaluasi pengaruh berbagai faktor seperti bahan peredam, jenis bahan kotak speaker, dan tentu saja jenis speakernya sendiri.

5. Dalam pengetesan rangkaian impedansi, tidak perlu terjadi resonansi pada frekuensi rendah. Tetapi bila mendekati resonansi level sinyal akan naik. Impedansi rangkaian dapat diukur pada frekuensi resonansi, atau pada frekuensi lain bila dikehendaki, dengan cara seperti berikut :
(a) Hubungkan resistor variabel non-konduktif, seperti pada gambar 18.
(b) Ukur tegangan pada titik E1 dan E2 dan atur resistor variabel R1, sehingga tegangan E2 = ½ dari E1.
(c) Impedasi dari rangkaian = nilai resistor variabel R1 yang diperoleh.
F. Keselamatan Kerja
1.      Periksa apakah tegangan pada ground Generator terhadap netral stop kontak tetap 0 Volt.
2.      Bila ternyata tegangan ground tersebut tidak sama dengan nol, laporkan pada teknisi atau instruktur, hentikan sementara percobaan
3.      Jangan biasakan memutar tombol-tombol kontrol diluar ketentuan praktikum
4.      Jangan coba masukkan tegangan DC atau apapun keterminal output Generator.
5.      Jangan menggunakan Generator pada tempat yang bersuhu sangat tinggi, kelembaban tinggi dan dalam medan elektromagnetik tinggi.
6.      Simpanlah Generator di tempat yang sejuk, dan bebas debu. Sebaiknya disimpan dalam almari tertutup dan berilah silika-gel untuk menghindari kelembaban dalam almari.
Courtesy of : Ahmad Naufal Umam & Lis Khoiriyah

Mustofa Abi Hamid
Physics Education ‘09
University of Lampung (Unila)
Address :
BPH Al-Wasi’i
Lantai Dasar Masjid Al-Wasi’i Jln. Soemantri Brojonegoro no.13 Gedung Meneng Bandarlampung Post Code : 35145
HP : 0856.6666.090
        0857.6837.3366
       0897.6126.033
Ph : (0721) 783044
              abi.unila@yahoo.co.id
              abifisika@student.unila.ac.id

www.mustofaabihamid.blogspot.com

2 comments:

  1. assalmlkm... isi blogny bagus, tp kok wrna tlsannya ada yg g' jlas,,,hehehe maksih..

    BalasHapus
    Balasan
    1. Terima kasih dwitri atas masukannya. Akan segera diperbaiki. :)

      Hapus

share

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...