Tuesday, July 6, 2010

Osilator Kristal pada rangkaian PLL



Suatu kristal kuarsa dapat berupa seperti pecahan kaca jendela tipis yang berukuran ¼ sampai dengan 1-inci persegi. Untuk menggunakannya sebagai suatu osilator, maka kristal kuarsa harus dipotong dalam irisan yang tipis dan digosok halus. kristal kuarsa demikian ini mempunyai sifat-sifat tertentu. Jika sebuah kristal dipegang di antara dua pelat logam yang datar dan kedua pelat tersebut ditekan bersama, maka akan timbul suatu ggl yang kecil di antara kedua pelat tersebut, seolah-olah kristal tersebut menjadi baterai pada saat itu. Bila pelat dilepas, kristal melenting kembali ke bentuk semula dan suatu ggl dengan polaritas-berlawanan akan timbul di antara kedua pelat. Dengan cara ini, energi mekanik diubah menjadi energi listrik oleh kristal. Juga, bila suatu ggl diberikan pada kedua pelat, maka kristal akan berubah bentuknya. Jika diberikan ggl dengan polaritas berlawanan, kristal akan berubah bentuk dengan arah berlawanan. Dengan cara ini, energi listrik diubah menjadi energi mekanik oleh kristal. Kedua aksi yang berbalikan pada kristal ini dikenal sebagai efek plezoelektrik. kristal-kristal buatan-manusia seperti lithium tantalite, timah sirkonat, dan timah titanat dalam beberapa hal lebih unggul dari kristal kuarsa alam.
Jika kristal yang terletak di antara dua pelat logam dirangsang-kejut baik dengan tekanan secara fisik maupun dengan muatan listrik, maka kristal tersebut akan bergetar secara mekanik pada frekuensi alamnya dalam waktu singkat dan pada saat yang sama menghasilkan ggl ac di antara kedua pelat. Peristiwa ini menyerupai osilasi elektron teredam pada rangkaian LC dirangsang-kejut. Suatu kristal yang bergetar akan menghasilkan ggl ac jauh lebih lama daripada rangkaian LC bila dirangsang-kejut, karena kristal mempunyai Q yang jauh lebih besar (rugi-rugi lebih kecil) daripada rangkaian LC.
Suatu osilator Kristal penalaan-gerbang penalaan-salur (tuned-gate tuned-drain = TGTD) menggunakan kristal sebagai pengganti tangki LC pada rangkaian gerbangnya (Gambar 11-15). Dalam rangkaian ini kristal bekerja sebagai sebuah rangkaian resonansi-paralel Q-tinggi. Kapasitor penghalang kebocoran-gerbang tidak diperlukan, karena kristal merupakan suatu isolator dan tidak akan menghubung-singkatkan resistor sebagaimana yang terjadi pada kumparan LC.
Bila sakelar? ditutup, tangki LC di dalam rangkaian salur akan dirangsang-kejut menjadi berosilasi oleh suatu gejolak arus ID yang tiba-tiba. Tegangan ac yang timbul pada rangkaian LC ini dibalikkab ke pelat atas kristal melalui kapasitansi dalam (CDG), dan ke pelat bawah kristal melalui Cbp. kristal mulai bergetar dan bekerja sebagai sebuah generator ac dengan sendirinya. Tegangan ggl yang dibangkitkan oleh kristal akan menimbulkan variasi ID pada rangkaian LC. Dengan kedua rangkaian kristal dan LC berosilasi dan saling mengumpan dengan fasa yang tepat, maka keseluruhan rangkaian akan berosilasi sebagai suatu sumber ac yang sangat mantap. Rangkaian LC-nya harus ditala pada frekuensi yang sedikit lebih tinggi dari frekuensi kristal untuk menghasilkan hubungan fasa yang sesuai di antara kedua rangkaian supaya osilasi tetap terpelihara.
Pada keadaan tanpa osilasi pada rangkaian, tidak akan timbul prategangan pada Resistor bocoran-gerbang dan ID akan membesar. Jenis Osilator ini dapat ditala sambil mengamati miliampere meter yang dipasang pada rangkaian salurnya. Suatu penurunan ID pada waktu rangkaian LC ditala merupakan suatu petunjuk bahwa rangkaian sedang berosilasi dan menimbulkan prategangan (bias). Semakin baik kristal berosilasi, semakin besar prategangannya dan semakin kecil ID.
Bila sedang menala suatu tahap kristal, pada waktu tangki LC membesar frekuensinya, rangkaian tiba-tiba akan berosilasi sangat kuat dan ID tiba-tiba turun sampai nilai minimumnya sewaktu frekuensi resonansi kristal tercapai. Akan tetapi, jika rangkain LC berkurang frekuansinya pada waktu ditala, ID pelan-pelan berkurang sampai pada nilai minimumnya dan kemudian melonjak ke maksimum pada waktu rangkaian berhenti berosilasi. Hal ini merupakan karakteristik penalaan dari semua rangkaian TGTD.
Suatu nilai ID minimum menunjukkan adanya osilasi terbesar pada kristal (juga pemanasan kristal terbesar), tetapi tidakperlu berarti menunjukkan keadaan kerja yang optimum. Agar bekerja dalam keadaan paling baik, nilai ID sebaiknya sekitar 20% di atas minimumnya. Hal ini juga memungkinkan bagi rangkaian untuk segera mulai bekerja dengan sendirinya (penting pada pemancar telegrafi-radio). Pada saat rangkaian LC-nya diatur, frekuensi osilasinya dapat berubah sampai sebesar satu kilohertz.
Frekuensi osilasi pada kristal ditentukan oleh bahannya, ketebalan, ukuran fisik, sudut potongan, tekanan pada pelat, jenis rangkaian, dan suhu. Dapat juga mengubah besarnya frekuensi osilasi kristal hanya sebesar beberapa hertz dengan cara menghubungkannya pada sebuah kapasitor variabel kecil secara paralel atau menserikannya dengan induktansi variabel yang kecil. (kapasitansi atau induktansi yang terlalu besar akan menghentikan osilasi dari kristal tersebut.) Penggantian suatu komponen aktif pada sebuah osilator biasanya akan sedikit mengubah besarnya frekuensi osilasi. Bahkan jika pabrik menunjukkan suatu frekuensi osilasi tertentu pada sebuah kristal, maka dapat saja kristal terseut berosilasi beberapa hertz lebih tinggi atau lebih rendah, tergantung pada rangkaian yang digunakan.
kristal frekuensi-rendah mungkin memerlukan sebuah kapasitor kecil yang dipasang di antara salur dan gerbang untuk memperbasar umpan-balik secukupnya agar terjadi osilasi. Kapasitansi umpan-balik yang berlebihan dapat mengakibatkan retaknya kristal jika digunakan tegangan catu daya lebih dari 100 V.
Meskipun di dalam penjelasan telah digunakan pengertian getaran ketebalan kristal tipis, namun jika sebuah kristal dipotong dari kuarsa pada sudut yang benar, maka kristal akan bergetar dari sudut ke sudut (menggeser = shear) atau dari ujung ke ujung (membujur = longitudinal). Cara yang terakhir akan menghasilkan frekuensi osilasi yang jauh lebih rendah bila digunakan kristal berukuran sama. kristal seringkali bersepuh-perak pada kesua permukaan datarnya, dengan kawat penghubung yang disolder di tengah-tengah masing-masing permukaan perak tersebut. kristal dapat juga bergetar dengan melentur bolak-balik (flexurally), memuntir (torsionally), atau pada waktu bersamaan bergetar dengan kedua cara tersebut.
Meskipun kristal mempunyai frekuensi yang benar-benar stabil, namun jika terdapat perubahan tegangan dc akan menggeser frekuensi osilasi. Disarankan agar pada osilator digunakan catu daya dengan regulasi yang baik.

shareYahoo Status

No comments:

Post a Comment