Fet Dan SCR [PDF]

Citation preview

FET / MOSFET SEBAGAI SAKLAR MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) merupakan salah satu jenis transistor yang memiliki impedansi mauskan (gate) sangat tinggi (Hampir tak berhingga) sehingga dengn menggunakan MOSFET sebagai saklar elektronik, memungkinkan untuk menghubungkannya dengan semua jenis gerbang logika. Dengan menjadikan MOSFET sebagai saklar, maka dapat digunakan untuk mengendalikan beban dengan arus yang tinggi dan biaya yang lebih murah daripada menggunakan transistor bipolar. Untuk membuat MOSFET sebgai saklar maka hanya menggunakan MOSFET pada kondisi saturasi (ON) dan kondisi cut-off (OFF).



Kurva Karakteristik MOSFET Wilayah Cut-Off (MOSFET OFF) Pada daerah Cut-Off MOSFET tidak mendapatkan tegangan input (Vin = 0V) sehingga tidak ada arus drain Id yang mengalir. Kondisi ini akan membuat tegangan Vds = Vdd. Dengan beberapa kondisi diatas maka pada daerah cut-off ini MOSFET dikatakan OFF (Full-Off). Kondisi cut-off ini dapat diperoleh dengan menghubungkan jalur input (gate) ke ground, sehingga tidaka ada tegangan input yang masuk ke rangkaian saklar MOSFET. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut.



Gambar Rangkaian MOSFET Sebagai Saklar



Karakeristik MOSFET pada daerah Cut-Off antara lain sebagai berikut.  Input gate tidak mendapat tegangan bias karena terhubung ke ground (0V)  Tegangan gate lebih rendah dari tegangan treshold (Vgs < Vth) MOSFET OFF (Fully-Off) pada daerah cut-off ini.  Tidak arus drain yang mengalir pada MOSFET  Tegangan output Vout = Vds = Vdd  Pada daerah cut-off MOSFET dalam kondisi open circuit.



Wilayah Saturasi (MOSFET ON) Pada daerah saturasi MOSFET mendapatkan bias input (Vgs) secara maksimum sehingga arus drain pada MOSFET juga akan maksimum dan membuat tegangan Vds = 0V. Pada kondisi saturasi ini MOSFET dapat dikatakan dalam kondisi ON secara penuh (Fully-ON).



Karakteristik MOSFET pada kondisi saturasi antar lain adalah :  Tegangan input gate (Vgs) tinggi  Tegangan input gate (Vgs) lebih tinggi dari tegangan treshold (Vgs>Vth) MOSFET ON (Fully-ON) pada daerah Saturasi  Tegangan drain dan source ideal (Vds) pada daerah saturasi adalah 0V (Vds = 0V)  Resistansi drain dan source sangat rendah (Rds < 0,1 Ohm)  Tegangan output Vout = Vds = 0,2V (Rds.Id) MOSFET dianalogikan sebagai saklar kondisi tertutup Kondisi saturasi MOSFET dapat diperoleh dengan memberikan tegangan input gate yang lebih tinggi dari tegangan tresholdnya dengan cara menghubungkan terminal input ke Vdd. Sehingga MOSFET mejadi saturasi dan dapat dianalogikan sebagai saklar pada kondisi tertutup.



Dioda Empat Lapis (Four Layer Diode) Jenis thyristor yang pertama adalah dioda 4 lapis (four layer diode). Gambar 4.2.(a) menunjukkan struktur dioda empat lapis (biasa juga disebut dioda Shockley). Nama lain dari komponen ini adalah SUS (Silicon Unilateral Switch). Komponen ini digolongkan sebagai dioda karena hanya memiliki dua terminal luar. Karena tidak memiliki masukan pemicu, maka cara untuk menghidupkan dioda 4 lapis adalah dengan penyalaan yaitu dengan cara memberikan tegangan yang lebih tinggi dari tegangan penyalaannya (biasa disebut tegangan break over V BO). Cara untuk membukanya adalah dengan mengecilkan arus yang melaluinya. Untuk membuka dioda 4 lapis arus tidak perlu diturunkan sampai nol. Transistor-transistor pada dioda 4 lapis akan keluar dari keadaan jenuh pada saat arusnya diturunkan sampai pada sebuah nilai yang disebut sebagai arus genggam (holding current). Simbol skematik dioda 4 lapis ditunjukkan pada gambar 4.2.(b). Pada saat menutup (menyala) tegangan melintas dioda 4 lapis adalah sekitar 1 volt.



Gambar 4.3. Grafik I-V untuk Dioda 4 lapis Contoh 1 : Dioda 1N 5158 memiliki tegangan penyalaan VBO = 10V, IH = 10 mA dan VH = 1V. a. Bila dioda sedang tidak menghantar (OFF) dan tegangan masuk dinaikkan sampai 5V, berapakah arus dioda ? Apabila tegangan masuknya dinaikkan menjadi 15V, menjadi berapakah arus dioda ? b. Bila dalam keadaan ON mau di-OFF-kan, berapakah nilai tegangan sumber yang dapat mematikan dioda 4 lapis tersebut ?



Gambar 4.4. Contoh rangkaian dioda 4 lapis



Penyelesaian : a. Karena dioda mula-mula tidak bekerja, maka cara untuk menyalakannya adalah dengan melewati batas tegangan penyalaannya. Tegangan masuk yang naik sampai 5V tidak akan berpengaruh pada dioda, karena belum melewati tegangan penyalaannya dan dioda masih tetap terbuka (OFF). Bila tegangan masuknya dinaikkan menjadi 15V, maka dioda akan ON karena telah melewati tegangan penyalaannya. Karena tegangan melintas dioda adalah sebesar 1V, maka arus dioda adalah



b. Untuk mematikan (membuka) dioda 4 lapis, kita harus menurunkan arusnya sampai di bawah arus genggam (10mA). Hal ini sama dengan menurunkan tegangan sumber sampai lebih kecil daripada VS = 1V + (10mA).(100Ω) = 2V.



4.2. Silicon Controlled Rectifier (SCR) Sebuah SCR pada dasarnya sama dengan dioda 4 lapis. Bedanya adalah bahwa SCR memiliki terminal tambahan yang dipasang pada basis transistor NPN-nya yaitu masukan pemicu. Struktur komponen dan diagram skematik SCR ditunjukkan pada gambar 4.5.(a) dan (b). Masukan pemicu pada SCR dinamakan gerbang (Gate). Antara Gate SCR dengan terminal Katoda hampir ekivalen dengan sebuah dioda, maka untuk memicu sebuah SCR diperlukan tegangan paling sedikit 0,7V. Selanjutnya agar proses regenerasi dapat berlangsung, diperlukan suatu harga arus masukan minimum. Sebagai contoh lembaran data untuk 2N4441 memberikan tegangan pemicu 0,7V dan arus pemicu sebesar 10mA. Dengan demikian sumber yang digunakan untuk menjalankan gerbang SCR 2N4441 harus mampu memberikan arus paling sedikit 10mA pada tegangan 0,7V. Hampir semua jenis SCR merupakan alat-alat industri yang dapat melewatkan arus-arus besar dari 1A sampai lebih dari 2500A, tergantung dari nomor serinya. Contoh, untuk SCR 2N4441 dapat melewatkan arus sampai 8 A secara terus menerus, arus pemicunya 10mA dan arus genggamnya adalah 10mA juga.



Gambar 4.6. SCR 2N4441



Gambar 4.7. Karakteristik I-V SCR



Aplikasi SCR Gambar 4.8 menunjukkan rangkaian dasar sistem alarm mobil. Pada saat switch RESET dan switch CONTROL tertutup, sistem alarm dalam kondisi standby dan salah satu switch sensor yang ada (yang dipasang pada pintu, radio, kap mesin dan bagasi) akan mengaktifkan alarm. Sebagai contoh pada gambar tersebut menunjukkan apa yang akan terjadi jika misalnya pintu mobil terbuka pada saat sistem alarm dalam kondisi standby. Membuka pintu akan menyebabkan kapasitor C1 diisi melalui dioda D1 dan resistor R1. Setelah beberapa saat, tegangan pada kapasitor C1 akan cukup untuk menghidupkan transistor Q1 yang akan mengalirkan arus dari positif baterai ke emitor Q1 dan ke Gate SCR. Trigger positif ini akan menghidupkan SCR dan mengaktifkan alarm, karena SCR yang ON ekivalen dengan sebuah switch yang tertutup, sehingga pada saat SCR ON, seolah-olah baterai 12V langsung dihubungkan dengan rangkaian alarm. Sekali SCR ON, ia tidak tergantung lagi pada switch sensor maupun switch CONTROL. Alarm hanya dapat dimatikan dengan cara membuka switch RESET.



Gambar 4.8. Sistem alarm mobil



Pengetesan SCR SCR dapat ditest dengan menggunakan ohmmeter dan sebuah switch yang dihubungkan dengan Gate dan Anoda, seperti ditunjukkan pada gambar 4.9. Jika switch terbuka (tidak ada arus gate) resistansi antara Anoda dan Katoda mendekati nilai tak berhingga (jarum ohmmeter tidak bergerak) tidak peduli apakah polaritas kabel ohmmeter ditukar. Jika switch tertutup dan Anoda dibuat lebih positif terhadap Katoda, maka Gate juga menjadi lebih positif terhadap Katoda. Dengan demikian seharusnya SCR ON dan memiliki resistansi yang sangat rendah antara Anoda dan Katoda. Jika switch tertutup dan Anoda dibuat lebih negatif terhadap Katoda, maka ohmmeter akan menunjukkan nilai mendekati tak berhingga (jarumnya tidak bergerak).



Gambar 4.9. Pengetesan SCR dengan Ohmmeter Ada beberapa komponen yang bekerjanya mirip dengan SCR yaitu photo-SCR, GCS dan SCS. Pada photo-SCR atau lebih dikenal dengan LASCR (Light Activated SCR) , cahaya yang datang masuk melalui jendela dan mengenai lapisan pengosongan. Bila cahayanya cukup kuat, maka elektron-elektron valensi akan terlepas dan keluar dari orbitnya menjadi elektronelektron bebas. Pada saat elektron-elektron bebas ini mengalir dari kolektor transistor yang satu ke basis transistor yang lain, maka akan terjadi proses regenerasi dan photo SCR menutup. Setelah menutup, alat ini alat ini akan tetap tertutup walaupun cahayanya sudah tidak ada. GCS (Gate Controlled Switch) dirancang untuk memudahkan cara mematikan SCR yaitu dengan memanfaatkan pemicu berprategangan balik. Sebuah alat GCS dapat ditutup dengan pemicu positif dan dibuka dengan pemicu negatif (dengan mengecilkan arus). Sebuah rangkaian GCS diperlihatkan pada gambar 4.11. Setiap pemicu positif akan menutup GCS dan setiap pemicu negatif akan membukanya, sehingga keluarannya berupa gelombang persegi.



Gambar 4.11. Contoh rangkaian GCS Komponen lain yang bekerjanya mirip dengan SCR adalah Silicon Controlled Switch (SCS). Pada alat ini setiap lapisan semikonduktor dipasang sebuah terminal, sehingga alat ini ekivalen dengan sebuah penahan yang memiliki dua masukan pemicu positif dan negatif. Sebuah pemicu berprategangan maju akan menutup SCS dan pemicu berprategangan balik akan membukanya. Gambar 4.10 memperlihatkan simbol skematik dari komponen SCS.



4.3. DIAC DIAC (Diode ac Semiconductor Switch) adalah komponen yang memiliki dua terminal, terdiri dari tiga lapisan semikonduktor dengan karakteristik operasi maju maupun balik sama seperti dioda empat lapis. Oleh karena itu rangkaian ekivalen dari sebuah DIAC adalah sepasang dioda empat lapis yang dipasang parallel saling bertolak belakang. Sama seperti dioda empat lapis, DIAC tidak akan menghantar sampai tegangan pada kedua arahnya hampir melebihi tegangan penyalaannya.



Bila DIAC sedang menutup, satu-satunya cara untuk membukanya ialah dengan cara mengecilkan arus sampai dibawah arus genggamnya. Gambar 4.11 (a) menunjukkan simbol skematik DIAC dan (b) adalah rangkaian ekivalennya.



Gambar 4.14. (a) Simbol skematik DIAC (b) Rangkaian ekivalen



Gambar 4.15. Karakteristik I-V DIAC DIAC memiliki karakteristik forward dan reverse yang sama. Oleh karena itu DIAC digolongkan dalam switch dua arah yang simetris, artinya dia memiliki tegangan break over yang sama baik pada arah maju maupun reverse. Aplikasi yang paling umum dari DIAC adalah sebagai komponen pen-trigger TRIAC pada rangkaian kontrol AC.



Aplikasi DIAC Gambar 4.16 menunjukkan sebuah DIAC yang dihubungkan sebagai pentrigger pulsa dalam rangkaian TRIAC untuk mengendalikan tegangan ac bagi beban. DIAC akan hidup pada saat kapasitor memiliki tegangan sebesar tegangan break over baik positif maupun negatif (+VB atau –VB). Sekali tegangan in tercapai, DIAC akan hidup dan kapasitor akan mengosongkan muatannya melalui DIAC dan menghidupkan TRIAC, yang akan menyebabkan sumber tegangan ac terhubung ke beban. Resistor variabel digunakan untuk mengatur konstanta waktu pengisian RC sehingga waktu hidup DIAC dan TRIAC dapat diubah-ubah.



Gambar 4.16. Aplikasi DIAC – Dimmer Control



4.4. TRIAC Pada dasarnya TRIAC (Triode ac Semiconductor Switch) adalah dua buah SCR yang terpasang parallel dan saling membelakangi, sehingga ekivalen dengan dua buah penahan pada arah yang berlawanan. TRIAC dapat mengendalikan arus pada dua arah. Tegangan penyalaan biasanya tinggi, sehingga cara yang normal untuk menyalakan TRIAC adalah dengan menerapkan pemicu positif pada satu arah dan pemicu negatif pada arah lainnya. Gambar 4.17 (a) menunjukkan symbol skematik TRIAC dan (b) adalah rangkaian ekivalennya. Kaki-kaki TRIAC masing-masing diberi nama MT1, Gate dan MT2.



Gambar 4.17. Rangkaian ekivalen dan Simbol skematik TRIAC



Gambar 4.18. Kurva karakteristik TRIAC Gambar 4.18 menunjukkan kurva karakteristik TRIAC. Operasi dari TRIAC dapat dijelaskan dengan metode empat kuadran seperti ditunjukkan pada gambar 4.19. Operasi pada kuadran I (MT2 dan Gate lebih positif terhadap MT1) adalah identik dengan operasi dari SCR, misalnya : 



TRIAC akan tetap dalam keadaan OFF sampai dengan tercapainya tegangan break-over atau trigger gate positif akan membangkitkan arus gate yang dapat meng-ON-kan TRIAC.







TRIAC dapat juga mengalami kesalahan pemicuan karena bertambahnya temperatur, noise pada gate atau noise pada MT2.







Sekali terpicu, TRIAC akan tetap menghantar sampai arus maju lebih rendah daripada arus genggamnya. Operasi pada kuadran III hampir sama dengan operasi pada kuadran I, hanya arah arusnya yang berlawanan. Dengan kata lain, pada saat MT2 lebih negatif terhadap MT1 dan tegangan trigger gate negatif diterapkan pada TRIAC, maka TRIAC akan terpicu dan sekali lagi karakteristik SCR bekerja pada TRIAC dengan arah arus yang berlawanan dari yang pertama. Kuadran II dan IV mengindikasikan kombinasi pemicuan yang unik dari TRIAC. TRIAC dapat ditrigger menjadi menghantar dengan salah satu dari kondisi berikut ini :



a. Dengan menerapkan trigger gate negatif selama MT2 positif (kuadran II) b. Dengan menerapkan trigger gate positif selama MT2 negatif (kuadran IV) Kombinasi pemicuan seperti ini memungkinkan karena gate TRIAC secara fisik terhubung ke daerah p2 dan n2, seperti ditunjukkan pada gambar 4.20. Karena polaritas MT2 (terhadap MT1) menentukan arah arus dalam TRIAC, pemicuan kuadran II memberikan arah arus yang sama dengan pemicuan kuadran I. Dengan demikian pemicuan kuadran III juga arah arusnya sama dengan pemicuan kuadran IV.



Gambar 4.19. Operasi 4 kuadran TRIAC



Aplikasi TRIAC Gambar 4.21 menunjukkan bagaimana TRIAC dapat digunakan sebagai switch untuk sistem penerangan otomatis untuk rumah, bisnis keamanan dan keselamatan. Selama siang sel cahaya terkena cahaya langsung sehingga hanya memiliki resistansi yang rendah dan karena posisinya paralel dengan coil relay, sebagian besar arus mengalir melalui sel cahaya sehingga relay tidak bekerja. Jika matahari sudah terbenam dan menjadi gelap, resistansi sel cahaya jauh meningkat dan resistansi yang besar ini menyebabkan arus yang lewat melalui coil relay bertambah, sehingga relay menjadi aktif. Dengan relay yang aktif, TRIAC akan ditrigger dan menjadi ON dan akan menghubungkan sumber AC ke sistem penerangan.



Gambar 4.21. Aplikasi TRIAC untuk sistem penerangan



Pengetesan TRIAC Dengan menghubungkan sebuah switch pada terminal MT1 dan Gate, maka TRIAC dapat ditest dengan Ohmmeter. Jika switch terbuka (tidak ada arus gate) maka resistansi antara MT1 dan MT2 sangat tinggi (jarum Ohmmeter tidak bergerak) walaupun kutub ohmmeter dibolak-balik. Jika switch tertutup, Gate TRIAC mendapat trigger dan TRIAC menjadi ON sehingga walaupun terminal ohmmeter dibolak-balik maka resistansi antara MT1 dan MT2 adalah rendah.



Gambar 4.22. Test TRIAC dengan Ohmmeter



4.5. Uni Junction Transistor Transistor persambungan tunggal (UJT) memiliki dua daerah semikonduktor dengan tiga terminal luar. Alat ini memiliki satu terminal emitor dan dua terminal basis. Daerah emitornya didop cukup banyak dan memiliki banyak hole. Sedangkan daerah N didop ringan, sehingga resistansi antara kedua basisnya cukup tinggi yaitu antara 5 KΩ sampai 10 KΩ pada saat emitor terbuka. Resistansi ini disebut resistansi antar basis RBB.



Gambar 4.23. Struktur dan Simbol UJT



Gambar 4.24. Rangkaian ekivalen UJT Gambar 4.23 (a) menunjukkan struktur dasar sebuah UJT,sedangkan simbol UJT ditunjukkan pada gambar 4.23 (b). Dioda emitor menjalankan persambungan dari dua resistansi dalam R1 dan R2. Pada saat dioda emitor tidak menghantar, RBB adalah jumlah dari R1 dan R2. Bila diantara kedua basis itu dipasang tegangan sumber, maka tegangan melintas R1 adalah



Perbandingan antara R1 dan RBB disebut sebagai perbandingan penolakan intrinsik (intrinsic standoff ratio) dan dilambangkan dengan “η”.



Gambar 4.25. Pemberian tegangan pada UJT Pada gambar 4.25, mula-mula tegangan emitor nol, sehingga dioda emitor mendapat reverse bias dan UJT dalam keadaan mati (OFF). Bila tegangan emitor dinaikkan sampai sedikit lebih besar daripada V1, maka UJT akan menyala (ON). Karena daerah P didop jauh lebih banyak daripada daerah N, maka hole akan mengalir ke daerah UJT sebelah bawah. Dengan demikian, hole-hole ini akan membuat jalur penghubung diantara emitor dan basis yang bawah. Aliran hole yang sangat besar pada bagian bawah UJT akan jauh mengurangi nilai R 1 (idealnya R1 mengubungsingkatkan emitor dengan basis sebelah bawah) sehingga harga VE juga akan turun, tetapi arus emitor akan naik. UJT akan tetap ON (menutup) selama arus penahan (arus emitor) lebih besar dari pada arus lembah (valley current) yang ekivalen dengan arus genggam.



Gambar 4.26. Contoh rangkaian menggunakan UJT Contoh 2 : UJT jenis 2N4871 mempunyai η = 0,85, berapakah harga arus emitor idealnya ? Bila UJT tersebut memiliki Valley current 7 mA dengan tegangan melintas emitor 1V, pada tegangan emitor berapakah UJT akan terbuka ? Penyelesaian : Tegangan penolakan bernilai V1 = η . VS = 0,85 . 10V = 8,5 V. Idealnya, untuk menyalakan dioda emitor dan menutup UJT, VE harus sedikit lebih besar daripada 8,5 V. Pada saat switch masukan menutup, tegangan 20V menggerakkan R 400Ω. Tegangan ini lebih dari cukup untuk mengatasi tegangan penolakan. Dengan demikian UJT akan langsung menutup dan arus emitor sama dengan



Pada saat kita menurunkan tegangan sumber emitor, arus emitor juga turun. Pada titik dimana harganya 7 mA, tegangan VE sama dengan 1 V dan UJT mendekati terbuka. Tegangan sumber emitor pada saat ini adalah V = 1V + (7mA)(400Ω) = 3,8 V



Apabila V lebih rendah daripada 3,8 V, maka UJT terbuka. Setelah itu untuk menutup UJT, tegangan V harus dinaikkan sampai di atas 8,5 V.



Gambar 4.27. Contoh komponen UJT



Aplikasi UJT



Gambar 4.28. Oscillator Relaksasi dengan UJT Karakteristik resistansi negatif dari UJT digunakan dalam proses switching dan aplikasi pewaktuan. Gambar 4.28 menunjukkan bagaimana sebuah UJT dihubungkan untuk membentuk rangkaian oscillator relaksasi dalam sebuah rangkaian emergency flasher. Pada saat switch di-ON-kan, kapasitor C1 mengisi muatan melalui resistor R1. Pada saat tegangan pengisian C1 mencapai nilai tegangan VP dari UJT, maka UJT akan hidup dan resistansi antara emitor dan basis1 menjadi sangat rendah. Resistansi yang rendah ini akan menyebabkan C1 membuang muatannya melalui junction E1-B dari UJT dan terus ke lampu, sehingga akan menyalakan lampu sesaat. Karena C1 membuang muatannya, maka tegangan di C1 akan berkurang dan ini akan mengakibatkan UJT menjadi OFF. Langkah ini akan membuat C1 mengisi muatannya kembali dan akan mengulangi proses seperti semula, yaitu jika tegangan C1 mencapai VP maka UJT akan ON dan seterusnya.



Programmable UJT (PUT) PUT adalah variasi dari UJT. Thyristor ini memiliki 3 terminal yaitu Anoda (A), Katoda (K) dan Gate (G). Perbedaan utama antara UJT dan PUT adalah bahwa tegangan puncak (V P) PUT dapat diatur. Simbol PUT hampir sama dengan simbol SCR, bedanya Gate pada PUT dihubungkan dengan sisi Anoda sedangkan Gate SCR dihubungkan dengan sisi Katoda.



Gambar 4.29. Simbol PUT



Aplikasi PUT



Gambar 4.30. Oscillator Relaksasi dengan PUT



Gambar 4.30 menunjukkan rangkaian oscillator relaksasi dengan PUT sebagai komponen utamanya. Tegangan Gate-Katoda diperoleh dari R3 yang terhubung sebagai pembagi tegangan dengan R2. Dengan cara ini tegangan trigger untuk VP ditentukan oleh besar tegangan pada R3. C1 akan mengisi muatan melalui R1 sampai memiliki tegangan sama dengan VP. Dalam rangkaian ini, meskipun tegangan trigger VP ditentukan oleh R3, pada saat tegangan AnodaKatoda pada PUT melebihi tegangan Gate sebesar 0,7V (tegangan drop sebuah dioda) PUT akan ON dan C1 akan mengosongkan muatannya melalui PUT dan akan membuat sebuah pulsa output melintas RL. Untuk mengubah frekuensi dari rangkaian ini dapat dilakukan dengan mengubah nilai R1 atau mengubah rasio R2 dan R3, yang mengatur nilai VP dari PUT.



Rangkuman  Thyristor adalah sebuah alat semikonduktor yang penggunaan utamanya adalah sebagai switch bagi pengendalian arus-arus beban yang besar.  Untuk menyalakan dioda 4 lapis yaitu dengan memberikan tegangan penyalaan dan untuk mematikannya dengan cara menurunkan tegangan (mengecilkan arus).  Penyalaan SCR (Silicon Controlled Rectifier) dapat dilakukan/diatur dengan memberikan tegangan pemicu maju pada terminal gate, mematikannya dengan mengecilkan arus atau memberi tegangan pemicu negatif pada terminal gate.  Aplikasi SCR yang umum adalah pada pengontrolan tegangan DC.  DIAC (Diode AC Semiconductor Switch) ekivalen dengan dua buah dioda empat lapis yang terpasang parallel dan saling membelakangi, sehingga memiliki tegangan penyalaan dua arah (ac). DIAC umumnya digunakan sebagai pemicu rangkaian TRIAC pada switching tegangan AC.  TRIAC (Triode AC Semiconductor Switch) ekivalen dengan dua buah SCR yang terpasang parallel dan saling membelakangi dengan terminal gate yang tergabung jadi satu. Tegangan pemicu dapat memiliki dua arah.  TRIAC banyak digunakan pada rangkaian switching tegangan AC.  UJT (Uni Junction Transistor) adalah alat semikonduktor lain yang juga dikelompokkan sebagai thyristor karena prinsip kerjanya umum digunakan sebagai switch.  PUT (Programmable Uni Junction Transistor) adalah pengembangan dari UJT dimana tegangan puncak dapat diatur melalui kaki Gate.



 Penggunaan UJT dan PUT hampir sama, selain sebagai komponen switching komponen ini juga sering digunakan sebagai osilator.



Soal-soal Latihan A. Pilihlah jawaban yang anda anggap paling benar ! 1. Pada dasarnya komponen-komponen Thyristor bekerja berdasarkan prinsip a. sumber tegangan ideal



b. sumber arus ideal



c. penahan ideal



d. jawaban a, b, c benar



2. Tegangan maju yang diterapkan yang menyebabkan dioda menghantar tetapi thyristor belum terpicu untuk menghantar disebut sebagai a. reverse blocking mode



b. forward blocking mode



c. forward conducting mode



d. break-over



3. Komponen-komponen di bawah ini yang tidak termasuk dalam thyristor a. Dioda 4 lapis



b. Dioda Shcottky



c. SCR



d. TRIAC



4. Tegangan yang terdapat pada anoda – katoda dioda 4 lapis pada saat bekerja disebut a. tegangan cut-off



b. tegangan pinch-off



c. tegangan genggam



b. tegangan breakdown



5. Nama lain komponen dioda empat lapis a. Silicon Controlled Rectifier



b. Silicon Unilateral Switch



c. Bidirectional Switch



d. Diode ac semiconductor switch



6. Cara untuk menghidupkan (meng-ON-kan) komponen thyristor adalah a. memberikan tegangan yang melebihi tegangan break-over b. memberikan input pada masukan pemicu c. memberikan arus yang melebihi arus genggam d. jawaban a dan b benar 7. Di bawah ini thyristor yang berfungsi pada tegangan searah adalah a. TRIAC



b. SCR



c. DIAC



d. jawaban a, b, c salah



8. Manakah diantara jenis thyristor di bawah ini yang merupakan peralatan dua arah (bidirectional device) a. TRIAC



b. SCR



c. UJT



d. SUS



9. Dengan memperbesar nilai arus gate pada SCR maka tegangan break over SCR tersebut menjadi a. lebih besar c. tidak ada pengaruh



b. lebih kecil d. tidak ada jawaban benar



10. Manakah diantara jenis thyristor di bawah ini yang memiliki karakteristik switching yang simetris pada dua arahnya ? a. SCR



b. UJT



c. DIAC



d. PUT



Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini ! 1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan thyristor ? 2. Jelaskan struktur dioda empat lapis ! Jelaskan prinsip kerjanya ! 3. Pada SUS, apa yang dimaksud dengan tegangan break-over ? 4. Dioda 4 lapis jenis 1N5160 pada gambar di bawah ini sedang bekerja (ON). Jika pada saat keluar terdapat tegangan 0,7V melintas dioda, berapa harga V sumber pada saat terjadi pengeluaran tersebut ? (Dioda 1N5160 memiliki VBO = 12 V dan IH = 4 mA).



(a)



(b)



5. SCR jenis 2N4216 pada gambar di atas, mempunyai arus pemicu sebesar 0,1mA. Jika tegangan gerbang berharga 0,8V, berapa harga V yang akan menyalakan SCR tersebut ?



6. Jelaskan cara yang digunakan untuk men-trigger SCR ! Bagaimana cara untuk memaksa SCR yang sedang ON menjadi OFF ?



7. Apa yang dimaksud dengan bidirectional thyristor ? Jelaskan ! 8. Apa yang dimaksud dengan DIAC ? Disebut apa sajakah terminal-terminal dari DIAC ? Bagaimana cara untuk men-trigger DIAC agar menghantar ? Bagaimana cara mengOFF-kannya ?



9. Apa fungsi utama dari DIAC ? 10. Gambarkan simbol TRIAC dan sebutkan masing-masing terminalnya ! 11. Jelaskan karakteristik TRIAC dengan menggunakan empat kuadran ! 12. Apa yang dimaksud dengan tegangan puncak (VP) dan arus puncak (IP) pada UJT ? 13. Apa yang dimaksud dengan intrinsic standoff ratio (η) dari UJT ? 14. Pada karakteristik UJT apa yang dimaksud dengan daerah resistansi negatif ? Bagaimana hubungan antara IE dan VEB1 pada daerah ini ?



15. Gambar rangkaian osilator relaksasi dengan menggunakan UJT ! Jelaskan kerjanya ! 16. UJT pada gambar 4.15, memiliki η = 0,63. Bila pada dioda emitor terdapat tegangan 0,7V, berapakah harga V yang dapat menyalakan UJT ?



Gambar 4.15. Gambar untuk soal no 4 dan 5



17. Valley current dari UJT pada gambar 4.15 adalah 2 mA. Bila UJT tertutup, kita harus mengurangi V untuk mendapatkan pengeluaran dengan mengecilkan arus. Bila pada dioda emitor terdapat tegangan 0,7V, berapakah harga V yang dapat membuka UJT tersebut ?



18. Apa yang dimaksud dengan PUT ? Gambarkan simbol skematiknya ! 19. Gambar rangkaian osilator relaksasi dengan PUT ! Jelaskan kerjanya ! 20. Jelaskan perbedaan utama antara simbol PUT dengan SCR !



 Osilator adalah rangkaian pembangkit sinyal (signal generator). Dapat menghasilkan keluaran gelombang dengan bentuk sinusoidal, segitiga, gergaji atau persegi tergantung desain rangkaiannya. DEFINISI OSILATOR  3. JENIS OSILATOR Secara umum osilator dibagi dua yaitu : 1.kelas sinusoidal (sinwave oscillator ) yang terdiri dari osilator LC dan osilator RC 2.kelas relaksasi (relaxation oscillator ) di mana outputnya berupa sinyal bentuk segitiga, gergaji dan persegi.  4. OSILATOR LC YANG DI TALA  5. OSILATOR HARTLEY • Osilator Hartley termasuk jenis osilator LC. Osilator Hartley tersusun dari dua buah induktor yang disusun seri dan sebuah kapasitor tunggal (dua buah induktansi untuk x1 dan x2 dan sebuah kapasitansi untuk x3). • Kelebihan osilator Hartley adalah mudahnya mengatur nilai frekuensi yaitu dengan menempatkan sebuah kapasitor variabel pada komponen kapasitornya. Selain itu amplitudo output osilator juga relatif tetap pada range frekuensi kerja penguat osilator.  6. • Osilator Colpits termasuk jenis osilator LC. Osilator colpits tersusun dari dua buah kapasitor yang disusun seri dan sebuah induktor tunggal. Kelebihan osilator colpits adalah mudahnya mengatur nilai frekuensi yaitu dengan menempatkan sebuah induktor variabel pada komponen induktornya seperti halnya penggunaan kapasitor variabel pada osilator hartley. Amplitudo output osilator juga relatif tetap pada range frekuensi kerja penguat osilator. OSILATOR COLLPITS  7. OSILATOR CLAPP • Osilator Clapp adalah versi modifikasi Osilator Colpitt dengan kemantapan Frekuensi lebih baik. Frekuensi ditentukan oleh deret Kondensator Co dan Induktor Lo dan bukan oleh kondensator jajar C1 dan C2 seperti dalam rangkaian osilator Colpitt standar. Untuk osilator Clapp : dan umpan balik positif diadakan oleh C1 dan C2. Kondensator-kondensator ini harus jauh lebih tinggi harganya daripada Co .  8. Osilator Clapp  9. Osilator kelas sinusoidal lebih populer. Tanpa sumber sinyal pada input, ia dapat memproduksi sinyal bentuk sinus monoton yang biasa digunakan sebagai referensi pada aplikasi audio, sistem digital dan sistem komunikasi. Hal ini dikarenakan rangkaian yang terdiri dari Op Amp beserta rangkaian RC atau LC menggunakan prinsip umpan balik (feedback) sehingga sinyal pun terbentuk. Dengan mengatur pemakaian komponen pasif dan aktif di dalam rangkaian maka besar frekuensi dan amplitudo sinyal keluaran bisa disesuaikan.  10. • Teoritisnya, hubungan antara frekuensi yang akan dihasilkan (fo) dengan nilai komponen R dan C yang digunakan dalam rangkaian memenuhi persamaan berikut ini:  11. Pengaturan tersebut bukan tanpa konsekuensi. Pemilihan nilai R (resistor) dan C (kapasitor) pada rangkaian akan mempengaruhi frekuensi sinyal output dan distorsi/noise yang menyertainya. Sedangkan untuk kestabilan, dapat diperoleh dengan menggandeng komponen eksternal seperti menambahkan transistor, dioda atau alat yang memiliki nilai R tertentu seperti bola lampu ke dalam rangkaian osilator.  12. • Sin wave oscillator terdiri atas beberapa jenis berdasarkan output frekuensi dan monotonitas bentuk gelombang yang diinginkan. Osilator tipe Jembatan Wien memiliki skema rangkaian lebih sederhana dibanding tipe lainnya namun tetap dengan output yang memuaskan.  13. Osilator tipe Jembatan Wien • Tipe ini adalah tipe paling simpel dan populer yang banyak digunakan dalam aplikasi audio. Jembatan Wien memiliki sebuah kombinasi seri RC dalam satu lengan dan sebuah kombinasi paralel RC dalam lengan di sebelahnya.  14. PRINSIP OSILATOR JEMBATAN WIEN • Osilator ini dimulai dengan adanya noise/desah saat pertama kali power dinyalakan. Noise/desah ini kemudian dimasukkan kembali ke input penguat dengan melalui filter tertentu. Karena hal ini terjadi berulang-ulang, maka sinyal noise akan menjadi semakin besar dan membentuk periode tertentu sesuai dengan jaringan filter yang dipasang. Periode inilah yang kemudian menjadi nilai frekuensi sebuah osilator.  15. • Osilator Jembatan Wien (Wien Bridge Oscilator) biasa digunakan untuk membangkitkan frekuensi tanpa memerlukan sinyal input, dengan jangkauan frekuensi dari 5 Hz sampai kira-kira 1 MHz.



Osilator ini menggunakan umpan balik negative dan umpan balik positif. Umpan balik positif di feed back melalui jaringan lead lag ke input non inverting, sedangkan umpan balik negative melalui pembagi tegangan ke input inverting.  16. SYARAT OSILATOR JEMBATAN WIEN • Syarat yang harus dipenuhi untuk membangun rangkaian osilator jembatan wien ini adalah penentuan besarnya Resistor dan Kapasitor penentu frekuensi output. Harga dari R2 harus sama dengan R3, dan C1 harus sama dengan C2. Untuk selanjutnya kita sebut komponen penentu frekuensi ini masing-masing dengan R dan C. • Untuk rangkaian ini besarnya R dan C diatur sedemikian rupa sehingga frekuensi outputnya minimal sebesar 1 KHz. Sebab bila kurang dari 1 KHz maka akan menyebabkan rangkaian menjadi tidak stabil, akibatnya pembacaan menjadi tidak akurat.  17. OSILATOR RELAKSASI • Osilator Relaksasi adalah osilator yang memanfaatkan prinsip saklar secara terus menerus dengan periode tertentu yang menentukan frekuensi output. • Osilator relaksasi menghasilkan beberapa bentuk gelombang non sinus, yaitu : Gelombang kotak, segitiga, pulsa dan gigi gergaji.  18. Contoh penggunaan osilator relaksasi • Sirkuit jenis ini digunakan sebagai basis waktu pada osiloskop dan penerima televisi jaman dulu. Varian dari sirkuit ini digunakan sebagai lampu kedip pada klab malam. Flash kamera elektronik adalah versi ekamantap dari sirkuit ini, menghasilkan satu siklus gelombang gigi gergaji, tepi naik saat kondensator flash diisi dan tepi jatuh saat kondensator dikosongkan melalui lampu flash.  19. Klasifikasi osilator didasarkan pada daerah frekuensi yang dihasilkan 1.Osilator Frekuensi Audio (AF) beberapa hz -20 KHz 2.Osilator Frekuensi Radio (RF) 20 KHz - 30MHz 3.Osilator Frekuensi Sangat Tinggi (VHF) 30MHz - 300MHz 4.Osilator Frekuensi Ultra Tinggi (UHF) 300MHz - 3GHz 5.Osilator Gelombang Mikro 3 GHz - Beberapa GHz  20. PENGGUNAAN YANG KHAS PADA OSILATOR Stasiun radio dan televisi memerlukan osilator untuk mengembang kan sinyal dasar untuk mengirimkan informasi mereka  21. Penggunaan yang khas pada osilator Ponsel, keyboard elektronik, dan remote kontrol menggunakan osilator untuk menghasilkan frekuensi yang diperlukan untuk operasi  22. Penggunaan yang khas osilator Perangkat digital seperti komputer, jam tangan, kalkulator, dan iPod semua memerlukan osilator untuk menghasilkan gelombang persegi panjang yang diperlukan untuk operasi  23. Penggunaan Khas osilator Variabel Osilator, yang dikenal sebagai generator sinyal, digunakan untuk menghasilkan frekuensi dan bentuk gelombang yang diperlukan untuk mengatasi masalah dan pengujian peralatan elektronik



Osilator Assalamualaikum Electrical Engineer, senang bisa bejumpa lagi pada blog ini. Pada kesempatan kali ini saya akan berbagi mengenai rangkaian osilator, dimana osilator adalah suatu rangkaian elektronika yang dapat membangkitkan getaran listrik dengan frekuensi tertentu dan amplitudonya tetap. Untuk lebih jelasnya silahkan simak artikel di bawah ini. Pengertian Osilator Osilator yaitu suatu rangkaian elektronika yang dapat membangkitkan getaran listrik dengan frekuensi tertentu dan amplitudonya tetap. Dasar dari sebuah osilator yaitu sebuah rangkaian penguat dengan sistem feedback, yaitu sebagian sinyal keluaran yang dikembalikan lagi ke masukan dengan phase dan tegangan yang sama sehingga terjadi osilasi yang terus menerus. Adapun beberapa bagian yang menjadi syarat untuk sebuah osilator supaya terjadi osilasi yaitu adanya rangkaian penguat, rangkaian feedback, dan rangkaian tank circuit. Rangkaian feedback yaitu suatu rangkaian umpan balik yang sebagian sinyal keluarannya dikembalikan lagi ke masukan, hal ini salah satu sistem supaya terjadinya tegangan dan phase yang sama antara input dan output, juga menjadi salah satu syarat penting terjadinya osilasi pada sebuah rangkaian osilator. Pada umumnya rangkaian feedback menggunakan komponen pasif R dan C ( Malvino, 1993). Tank circuit yaitu rangkaian yang menentukan frekuensi kerja dari osilator frekuensi pembawa (carrier), yang digunakan pada aplikasi ini digunakan komponen L dan C karena semakin tinggi frekuensi yang digunakan maka makin kecil harga komponen yang digunakan lain halnya menggunakan R dan C karena frekuensi yang dihasilkan tidak akan bisa mencapai harga yang paling tinggi karena terbatasnya harga Resistor. Tinggi rendahnya frekuensi bisa ditentukan pada komponen L dan C pada Tank Circuit dan besarnya frekuensi dapat ditentukan dengan perhitungan sebagai berikut: fosc = (Hz) dimana f merupakan frekuensi yang dihasilkan dan C merupakan kapasitor (Floyd, 1993). Jenis-Jenis Osilator Kita dapat mengelompokkan osilator berdasarkan metode pengoperasiannya menjadi dua kelompok, yaitu osilator balikan dan osilator relaksasi. Pada Osilator Balikan terjadi balikan pada sistem-suara yang digunakan pada suatu pertemuan. Jika mikropon terletak terlalu dekat dengan speaker, maka sering terjadi proses balikan dimana suara dari speaker terambil kembali oleh mikropon diteruskan ke amplifier menghasilkan dengung. Kondisi ini dikenal dengan balikan mekanik. Terjadinya balikan pada sistem ini sangat tidak diharapkan, namun sistem balikan pada osilator sangat diperlukan. Osilator ralaksasi utamanya digunakan sebagai pembangkit gelombang sinusosidal, Gelombang gigi gergaji, gelombang kotak dan variasi bentuk gelombang tak beraturan. Pada dasarnya osilator ini tergantung pada proses pengosongan dan pengisian jaringan kapasitor dan resistor. Perubahan tegangan pada jaringan digunakan untuk mengubah-ubah konduksi piranti elektronika. Untuk pengontrol, pada osilator dapat digunakan transistor atau IC (integrated circuit) (Sutrisno, 1987). Teori rangkaian Osilator bisa dibangun dengan menggunakan beberapa teknik dasar, yaitu: 1. Menggunakan komponen-komponen yang memperlihatkan karakteristik resistansi negatif, dan lazimnya menggunakan diode terobosan dan UJT. 2. Menggunakan umpanbalik positif pada penguat. Umpanbalik positif menguatkan desah internal yang terdapat pada penguat. Jika keluaran penguat sefasa dengan masukkannya, osilasi akan terjadi. Topologi kalang osilator sinus Banyak rangkaian yang dapat dipakai untuk membangkitkan gelombang sinus. Dan yang paling populer adalah Osilator Clapp,Osilator Colpitt,Osilator kristal, dan jembatan Wien. Setiap tipe mempunyai keuntungan khusus dan daerah penerapan masing-masing. Jembatan Wien banyak dipakai dalam osilator frekuensi audio terutama karena kemantapan frekuensinya yang baik dan relatif mudah dibuat. Persyaratan osilator sinus Persyaratan utama bagi osilator sinus adalah,



1. 2. 3. 4.



Frekuensi spesifik yang dapat dicapai Amplitudo keluaran Kemantapan frekuensi Kemurnian keluaran, yaitu perbandingan banyaknya cacat harmonik dalam bentuk gelombang keluaran.



Amplitudo yang benar dan cacat yang sedikit dapat diperoleh dengan mengendalikan penguatan penguat sedemikian rupa sehingga tepat cukup untuk mengganti kerugian-kerugian dalam kalang penentu frekuensi. Dalam beberapa penerapan, kemantapan frekuensi menjadi prioritas. Perubahanperubahan dalam frekuensi keluaran dapat disebabkan oleh beberapa faktor. Untuk jangka panjang, hanyutan harga komponen dan parameter karena penuaan menjadi sebab utama. Perubahan jangka pendek dara disebabkan oleh: 1. Variasi beban, hal ini dapat dikurangi dengan menggunakan penguat penyangga pada keluaran. 2. Pencatu daya, perubahan-perubahan dalam tegangan pencatu daya akan mengubah parameterparameter dalam kalang, pencatu daya dimantapkan menyelesaikan masalah ini. 3. Perubahan harga komponen karena suhu, hal ini terutama memengaruhi komponen penentu frekuensi. Semua komponen pasif berubah harganya karena suhu Klasifikasi osilator didasarkan pada daerah frekuensi yang dihasilkan. 1. 2. 3. 4. 5.



Osilator Frekuensi Audio (AF) beberapa hz -20 KHz Osilator Frekuensi Radio (RF) 20 KHz - 30MHz Osilator Frekuensi Sangat Tinggi (VHF) 30MHz - 300MHz Osilator Frekuensi Ultra Tinggi (UHF) 300MHz - 3GHz Osilator Gelombang Mikro 3 GHz - Beberapa GHz



Contoh-contoh osilator



1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.



Osilator harmonik Osilator Armstrong Osilator Clapp Osilator Colpitt Osilator Hartley Osilator Pierce/kristal Osilator geseran-fasa Osilator saluran-tunda Osilator jembatan Wien Osilator T Osilator Vackar Osilator relaksasi Osilator UJT Osilator Sumbatan Osilator 555 (Timer)



Osilator Armstrong



Osilator Armstrong



Osilator Armstrong seperti diperlihatkan pada gambar 17.7 merupakan hasil penerapan osilator LC. Rangkaian dasar dibuat dengan memberikan panjar maju pada sambungan emitor-basis dan panjar mundur pada kolektor. Pemberian panjar dilakukan lewat resistor 3 R . Resistor 1 R dan 2 R berlaku sebagaipembagi tegangan. Saat awal transistor diberi daya, resistor 1 R dan 2 R membawa transistor ke titik pengoperasian Q pada bagian tengah garis beban (lihat gambar 17.7-b). Keluaran transistor (pada kolektor) secara ideal adalah 0 volt. Saat terjadi hantaran arus awal pada saat dihidupkan, terjadi darau (noise) yang akan terlihat pada kolektor. Namun biasanya berharga sangat kecil. Misalnya kita mempunyai isyarat -1 mV yang nampak pada kolektor. Transformator T1 akan membalik tegangan ini dan menurunkannya dengan faktor 10 (nisbah primer-sekunder 1:10). Isyarat sebesar +0,1 mV akan nampak pada C1 pada rangkaian basis. Perhatikan bahwa transistor memiliki β= 100. Dengan +0,1 mV berada pada basis, 1 Q akan memberikan isyarat keluaran sebesar -10 mV pada kolektor. Perubahan polaritas dari + ke – pada keluaran akibat adanya karakteristik dasar penguat emitor-bersama. Tegangan keluaran sekali lagi akan mengalami penurunan oleh transformator dan diberikan pada basis 1 Q . Isyarat kolektor sebesar -10 mV sekarang akan menyebabkan terjadinya tegangan sebesar + 1 mV pada basis. Melalui penguatan transistor, tegangan kolektor akan segera menjadi -100 mV. Proses ini akan berlangsung, menghasilkan tegangan kolektor sebesar -1 V dan akhirnya -10 V. Pada titik ini, transistor akan membawa garis beban sampai mencapai kejenuhan (perhatikan daeran ini pada garis beban). Sampai pada titik ini tegangan kolektor tidak akan berubah. Dengan tanpa adanya perubahan pada C V pada kumparan primer 1 T , tegangan pada kumparan sekunder secepatnya akan menjadi nol. Tegangan basis secapatnya akan kembali pada titik Q. Penurunan tegangan basis ke arah negatif ini (dari jenuh ke titik Q) membawa C V ke arah positif. Melalui transformator, ini akan nampak sebagai tegangan ke arah positif pada basis. Proses ini akan berlangsung melewati titik Q sampai berhenti pada saat titik cutoff dicapai. Transformator selanjutnya akan berhenti memberikan masukan tegangan ke basis. Transistor segera akan berbalik arah. 1 R dan 2R menyebabkan tegangan basis naik lagi ke titik Q. Proses ini akan terus berulang: 1Q akan sampai di titik jenuh – kembali ke titik Q – ke cutoff - kembali ke titik Q. Dengan demikian tegangan AC akan terjadi pada kumparan sekunder dari transformator.Frekuensi osilator Armstrong ditentukan oleh nilai 1 C dan S (nilai induktasi diri kumparan sekunder) dengan mengikuti persamaan frekuensi resonansi untuk LC. Perhatikan 1 C dan S membentuk rangkaian tangki dengan mengikutkan sambungan emitor-basis dari 1 Q dan 1 R . Keluaran dari osilator Armstrong seperti pada gambar 17.7 dapat diubah dengan mengatur harga 3 R . Penguatan akan mencapai harga tertinggi dengan memasang 3 R pada harga optimum. Namun pemasangan 3 R yang terlalu tinggi akan mengakibatkan terjadinya distorsi, misalnya keluaran akan berupa gelombang kotak karena isyarat keluaran terpotong. Osilator Hartley Osilator Hartley seperti pada gambar 17.8 banyak digunakan pada rangkaian penerima radio AM dan FM. Frekuensi resonansi ditentukan oleh harga 1 T dan 1 C . Kapasitor 2C berfungsi sebagai penggandeng AC ke basis 1 Q . Tegangan panjar 1 Q diberikan oleh resistor 2 R dan 1 R . Kapasitor 4 C sebagai penggandeng variasi tegangan kolektor dengan bagian bawah 1 T . Kumparan penarik RF ( 1 L ) menahan AC agar tidak ke pencatu daya. 1 L juga berfungsi sebagai beban rangkaian. 1 Q adalah dari tipe n-p-n dengan konfigurasi emitor bersama.



Rangkaian Osilator Hartley Saat daya DC diberikan pada rangkaian, arus mengalir dari bagian negatif dari sumber lewat 1 R ke emitor. Kolektor dan basis keduanya dihubungkan ke bagian positif dari CC V . Ini akan memberikan panjar maju pada emitor-basis dan panjar mundur pada kolektor. Pada awalnya E I , B I dan C I mengalir lewat 1 Q . Dengan C I mengalir lewat 1 L , tegangan kolektor mengalami penurunan. Tegangan ke arah



negatif ini diberikan pada bagian bawah 1 T oleh kapasitor 4 C . Ini mengakibatkan arus mengalir pada kumparan bawah. Elektromagnet akan membesar di sekitar kumparan. Ini akan memotong kumparan bagian atas dan memberikan tegangan positif mengisi kapasitor 1 C . Tegangan ini juga diberikan pada 1 Q melalui 2 C . 1 Q akhirnya sampai pada titik jenuh dan mengakibatkan tidak terjadinya perubahan pada C V . Medan di bagian bawah 1 T akan dengan cepat habis dan mengakibatkan terjadinya perubahan polaritas tegangan pada bagian atas. Keping 1 C bagian atas sekarang menjadi negatif sedangkan bagian bawah menjadi positif. Muatan 1 C yang telah terakumulasi akan mulai dilucuti melalui 1 T melalui proses rangkaian tangki. Tegangan negatif pada bagian atas 1 C menyebabkan 1 Q berubah ke negatif menuju cutoff. Selanjutnya ini akan mengakibatkan C V membesar dengan cepat. Tegangan ke arah positif kemudian ditransfer ke bagian bawah 1 T oleh 4C , memberikan balikan. Tegangan ini akan tertambahkan pada tegangan 1 C . Perubahan pada C V beraNgsur-angsur berhenti, dan tidak ada tegangan yang dibalikkan melalui 4 C . 1 C telah sepenuhnya terlucuti. Medan magnet di bagian bawah 1 L kemudian menghilang. 1 C kemudian termuati lagi, dengan bagian bawah berpolaritas positif dan bagian atas negatif. 1 Q kemudian berkonduksi lagi. Proses ini akan berulang terus. Rangkaian tangki menghasilkan gelombang kontinu dimana hilangnya isi tangki dipenuhi lagi melalui balikan. Sifat khusus osilator Hartley adalah adanya tapped coil. Sejumlah variasi rangkaian dimungkinkan. Kumparan mungkin dapat dipasang seri dengan kolektor. Variasi ini biasa disebut sebagai osilator Series-fed Hartley. Rangkaian seperti pada gambar 17.8 termasuk osilator Shunt-fed Hartley. Osilator Colpitts



Osilator Cilpitts Osilator Colpitts sangat mirip dengan osilator Shunt-fed Hartley. Perbedaan yang pokok adalah pada bagian rangkaian tangkinya. Pada osilator Colpitts, digunakan dua kapasitor sebagai pengganti kumparan yang terbagi. Balikan dikembangkan dengan menggunakan “medan elektrostatik” melalui jaringan pembagi kapasitor. Frekuensi ditentukan oleh dua kapasitor terhubung seri dan induktor. Gambar 17.9 memperlihatkan rangkaian osilator Colpitts. Tegangan panjar untuk basis diberikan oleh 1 R dan 2 R sedangkan untuk emiitor diberikan oleh 4 R . Kolektor diberi panjar mundur dengan menghubungkan ke bagian positif dari CC V melalui 3 R . Resistor ini juga berfungsi sebagai beban kolektor. Transistor dihubungkan dengan konfigurasi emitor-bersama. Ketika daya DC diberikan pada rangkaian, arus mengalir dari bagian negatif CC V melalui 4 R , 1 Q dan 3 R . Arus C I yang mengalir melalui 3 R menyebabkan penurunan tegangan C V dengan harga positif. Tegangan yang berubah ke arah negatif ini dikenakan ke bagian atas 1 C melalui 3 C . Bagian bawah 2 C bermuatan positif dan tertambahkan ke tegangan basis dan menaikkan harga B I . Transistor 1 Q akan semakin berkonduksi sampai pada titik jenuh. Saat 1 Q sampai pada titik jenuh maka tidak ada lagi kenaikan C I dan perubahan CV juga akan terhenti. Tidak terdapat balikan ke bagian atas 2 C . 1 C dan 2 C akan dilucuti lewat 1 L dan selanjutnya medan magnet di sekitarnya akan menghilang. Arus pengosongan tetap berlangsung untuk sesaat. Keping 2 C bagian bawah menjadibermuatan negatif dan keping 1 C bagian atas bermuatan positif. Ini akan mengurangi tegangan maju 1 Q dan C I akan menurun. Harga C V akan mulai naik. Kenaikan ini akan diupankan kembali ke bagian atas keping 1 C melalui 3 C . 1 C akan bermuatan lebih positif dan bagian bawah 2 C menjadi lebih negatif. Proses ini terus berlanjut sampai 1 Q sampai pada titik cutoff. Saat 1 Q sampai pada titik cutoff, tidak ada arus C I . Tidak ada tegangan



balikan ke 1 C . Gabungan muatan yang terkumpul pada 1 C dan 2 C dilucuti melalui 1 L . Arus pelucutan mengalir dari bagian bawah 2 C ke bagian atas 1 C . Muatan negatif pada 2 C secepatnya akan habis dan medan magnet di sekitar 1 L akan menghilang. Arus yang mengalir masih terus berlanjut. Keping 2 C bagian bawah menjadi bermuatan positif dan keping 1 C bagian atas bermuatan negatif. Tegangan positif pada 2 C menarik 1 Q dari daerah daerah cutoff . Selanjutnya C I akan mulai mengalir lagi dan proses dimulai lagi dari titik ini. Energi balikan ditambahkan ke rangkaian tangki sesaat pada setiap adanya perubahan. Besarnya balikan pada rangkaian osilator Colpitts ditentukan oleh “nisbah kapasitansi” 1 C dan 2 C . Harga 1 C pada rangkaian ini jauh lebih kecil dibandingkan dengan 2 C atau 2 1 CC XX > . Tegangan pada 1 C lebih besar dibandingkan pada 2 C . Dengan membuat 2 C lebih kecil akan diperoleh tegangan balikan yang lebih besar. Namun dengan menaikkan balikan terlalu tinggi akan mengakibatkan terjadinya distorsi. Biasanya sekitar 10-50% tegangan kolektor dikembalikan ke rangkaian tangki sebagai balikan. Osilator Kristal



Rangaian setara kristal : a) resonansi seri dan b) resonansi paralel. Kristal osilator digunakan untuk menghasilkan isyarat dengan tingkat kestabilan frekuensi yang sangat tinggi. Kristal pada osilator ini terbuat dari quartz atau Rochelle salt dengan kualitas yang baik. Material inimemiliki kemampuan mengubah energi listrik menjadi energi mekanik berupa getaran atau sebaliknya. Kemampuan ini lebih dikenal dengan piezoelectric effect. Kristal untuk osilator ini dilekatkan di antara dua pelat logam. Kontak dibuat pada masing-masing permukaan kristal oleh pelat logam ini kemudian diletakkan pada suatu wadah. Kedua pelat dihubungkan ke rangkaian melalui soket. Pada osilator ini, kristal berperilaku sebagai rangkaian resonansi seri. Kristal seolah-olah memiliki induktansi (L), kapasitansi (C) dan resistansi (R). Gambar 17.10-a memperlihatkan rangkaian setara dari bagian ini. Harga L ditentukan oleh massa kristal, harga C ditentukan oleh kemampuannya berubah secara mekanik dan R berhubungan dengan gesekan mekanik.



Osilator dengan kristal pengontrol: a) Hartley dan b) Colpitts



Rangkaian setara resonansi seri akan berubah jika kristal ditempatkan pada suatu wadah atau “pemegang”. Kapasitansi akibat adanya keping logam akan terhubung paralel dengan rangkaian setara kristal. Gambar 17.10-b memperlihatkan rangkaian setara kristal yang dilekatkan pada pemegang. Jadi pada hal ini kristal memiliki kemampuan untuk memberikan resonansi paralel dan resonansi seri. Kristal ini dapat dioperasikan pada rangkaian tangki dengan fungsi sebagai penghasil frekuensi resonansi paralel. Kristal sendiri dapat dioperasikan sebagai rangkaian tangki. Jika kristal diletakkan sebagai balikan, ia akan merespon sebagai piranti penghasil resonansi seri. Kristal sebenarnya merespon sebagai tapis yang tajam. Ia dapat difungsikan sebagai balikan pada suatu frekuensi tertentu saja. Osilator Hartley dan Colpitts dapat dimodifikasi dengan memasang kristal ini. Stabilitas osilator akan meningkat dengan pemasangan kristal. Gambar 17.11 memperlihatkan pemasangan kristal pada osilator Hartley dan Colpitts. Osilator Pierce



Osilator Pierce Osilator Pierce seperti diperlihatkan pada gambar 17.12 menggunakan kristal sebagai rangkaian tangkinya. Pada osilator ini kristal merespon sebagai rangkaian resonansi paralel. Jadi osilator ini adalah merupakan modifikasi dari osilator Colpitts. Pengoperasian osilator Pierce didasarkan pada balikan yang dipasang dari kolektor ke basis melalui 1 C dan 2 C . Kedua transistor memberikan kombinasi pergeseran fase sbesar180o. Keluaran dari emitor-bersama mengalami pembalikan agar sefase atau sebagai balikan regeneratif. Nilai 1 C dan 2 C menentukan besarnya tegangan balikan. Sekitar 10 – 50 % dari keluaran dikirim kembali sebagai balikan untuk memberikan energi kembali ke kristal. Jika kristal mendapatkan energi yang tepat, frekuensi resonansi yang dihasilkan akan sangat tajam. Kristal akan bergetar pada selang frekuensi yang sangat sempit. Keluaran pada frekuensi ini akan sangat stabil. Namun keluaran osilatorPierce adalah sangat kecil dan kristal dapat mengalami kerusakan dengan strain mekanik yang terus-menerus. Osilator Relaksasi Osilator ralaksasi utamanya digunakan sebagai pembangkit gelombang sinusosidal. Gelombang gigi gergaji, gelombang kotak dan variasi bentuk gelombang tak beraturan termasuk dalam kelas ini. Pada dasarnya pada osilator ini tergantung pada proses pengosongan-pengisian jaringan kapasitor-resistor. Perubahan tegangan pada jaringan digunakan untuk mengubah-ubah konduksi piranti elektronik. Untuk pengontrol, pada osilator dapat digunakan transistor, UJT (uni junction transistors) atau IC (integrated circuit).



A.



Konsep Dasar PWM Sebuah rangkaian Pulse Width Modulation (PWM) sederhana dapat direalisasi dengan menggunakan sebuah rangkaian schmitt trigger, rangkaian integrator, dan rangkaian komparator. Penguat operasional blok A menunjukkan rangkaian schmitt trigger berfungsi untuk memdapatkan keluaran tegangan kotak. Penguat operasional blok B menunjukkan rangkaian integrator bertugas merubah tegangan keluaran dari schmitt trigger menjadi tegangan segitiga (gigi gergaji). Besarnya frekuensi tegangan gigi gergaji tergantung dari besanya nilai dari resistor R dan kapasitor C. Untuk mendapatkan tegangan kotak dengan lebar pulsa berubah (PWM-Pulse Width Modulation), tegangan keluaran segitiga integrator dibandingkan dengan tegangan referensi DC pada rangkaian komparator blok C. Gambar 1 memperlihatkan konsep dasar dari blok diagram rangkaian modulasi lebar pulsa atau Pulse Width Modulation (PWM) yang akan dibangun dengan menggunakan komponen diskrit.



Gambar 1. Blok Diagram PWM (Pulse Width Modulation) Lebar dutycycle (D) PWM ditentukan oleh level pengaturan tegangan referensi VREF dan tegangan keluaran segitiga rangkaian integrator B. Level pengaturan tegangan referensi VREF ditetapkan diantara nilai dari level tegangan keluaransegitiga rangkaian integrator B yang diberikan pada rangkaian komparator C. Tegangan keluaran dari komparator berbentuk segitiga dengan durasi tergantung pada tegangan referensi VREF seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Semakin rendah nilai dari tegangan referensi VREF, maka akan semakin lebar durasi waktu pulsa positif dari tegangan keluaran VOB.



Gambar 2. Konsep Pembentukan Tegangan PWM B. Prinsip Kerja PWM Untuk menjelaskan prinsip kerja rangkaian dapat diasumsikan, dimana keadaan penguat operasional dalam kondisi ideal dan penguat operasional menggunakan catu daya DC tunggal (single ended DC supply). Terminal positip dari penguat operasional dihubungkan ke terminal positip VB sumber tegangan dan terminal negatip penguat operasional dihubungkan ke massa 0V. Kondisi-1 Pada saat kondisi tegangan referensi VREF>0 dan tegangan masukan gergaji VIN=0 dengan posisi level tegangan referensi VREF lebih besar dari tegangan masukan VIN, dihasilkan tegangan keluaran VOUT =0 seperti yang diperlihatkan Gambar 3.



Gambar 3. PWM Kondisi Tegangan VREF > Tegangan VIN



Pada saat kondisi tegangan referensi VREF>0V dan tegangan masukan gergaji VIN>0V dengan posisi level tegangan referensi VREF lebih besar dari tegangan masukan VIN, dihasilkan tegangan keluaran VOUT = 0V (tegangan DC membentuk garis lurus arah horisontal) seperti yang diperlihatkan Gambar 4.



Gambar 4.PWM Kondisi Tegangan VREF > Tegangan VIN Pada saat kondisi tegangan referensi VREF>0V dan tegangan masukan gergaji VIN>0V dengan posisi level tegangan referensi VREF sama dengan tegangan masukan VIN, dihasilkan tegangan keluaran VOUT > 0V (tegangan DC mengayun ke arah positif) seperti yang diperlihatkan Gambar 5.



Gambar 5.PWM Kondisi Tegangan VREF = Tegangan VIN Pada saat kondisi tegangan referensi VREF>0V dan tegangan masukan gergaji VIN>0V dengan posisi level tegangan referensi VREF lebih kecil dari tegangan masukan VIN, dihasilkan tegangan keluaran VOUT > 0V (tegangan DC pulsa positif) seperti yang diperlihatkan Gambar 6.



Gambar 6.PWM Kondisi Tegangan VREF < Tegangan VIN Pada saat kondisi tegangan referensi VREF>0V dan tegangan masukan gergaji VIN>0V dengan posisi level tegangan referensi VREF sama dengan tegangan masukan VIN, dihasilkan tegangan keluaran VOUT > 0V (tegangan DC pulsa positif) seperti yang diperlihatkan Gambar 7.



Gambar 7.PWM Kondisi Tegangan VREF = Tegangan VIN Pada saat kondisi tegangan referensi VREF>0V dan tegangan masukan gergaji VIN>0V dengan posisi level tegangan referensi VREF lebih besar dari tegangan masukan VIN, dihasilkan tegangan keluaran VOUT > 0V (tegangan DC pulsa positif) seperti yang diperlihatkan Gambar 8.



Gambar 8.PWM Kondisi Tegangan VREF > Tegangan VIN Pada saat kondisi tegangan referensi VREF>0V dan tegangan masukan gergaji VIN>0V dengan posisi level tegangan referensi VREF lebih besar dari tegangan masukan VIN, dihasilkan tegangan keluaran VOUT > 0V (tegangan DC pulsa positif) seperti yang diperlihatkan Gambar 9.



Gambar 9.PWM Kondisi Tegangan VREF > Tegangan VIN Pada saat kondisi tegangan referensi VREF>0V dan tegangan masukan gergaji VIN>0V dengan posisi level tegangan referensi VREF sama dengan tegangan masukan VIN, dihasilkan tegangan keluaran VOUT > 0V (tegangan DC pulsa positif) seperti yang diperlihatkan Gambar 10.



Gambar 10.PWM Kondisi Tegangan VREF = Tegangan VIN Pada saat kondisi tegangan referensi VREF>0V dan tegangan masukan gergaji VIN>0V dengan posisi level tegangan referensi VREF lebih kecil tegangan masukan VIN, dihasilkan tegangan keluaran VOUT > 0V (tegangan DC pulsa positif) seperti yang diperlihatkan Gambar 11.



Gambar 11.PWM Kondisi Tegangan VREF < Tegangan VIN



Kondisi-2 Pada saat kondisi tegangan referensi VREF>0 (potensiometer diatur sehingga tegangan referensi dibuat lebih kecil dari kondisi-1) dan tegangan masukan gergaji VIN=0 dihasilkan tegangan keluaran VOUT =0 seperti yang diperlihatkan Gambar 12.



Gambar 12 PWM Kondisi Tegangan VREF > Tegangan VIN Pada saat kondisi tegangan referensi VREF>0V dan tegangan masukan gergaji VIN>0V dengan posisi level tegangan referensi VREF sama dengan tegangan masukan VIN, dihasilkan tegangan keluaran VOUT > 0V (tegangan DC pulsa positif) seperti yang diperlihatkan Gambar 13.



Gambar 13 PWM Kondisi Tegangan VREF = Tegangan VIN Pada saat kondisi tegangan referensi VREF>0V dan tegangan masukan gergaji VIN>0V dengan posisi level tegangan referensi VREF sama dengan tegangan masukan VIN, dihasilkan tegangan keluaran VOUT > 0V (tegangan DC pulsa positif) seperti yang diperlihatkan Gambar 14.



Gambar 14 PWM Kondisi Tegangan VREF = Tegangan VIN Pada saat kondisi tegangan referensi VREF>0V dan tegangan masukan gergaji VIN>0V dengan posisi level tegangan referensi VREF lebih kecil tegangan masukan VIN, dihasilkan tegangan keluaran VOUT > 0V (tegangan DC pulsa positif) seperti yang diperlihatkan Gambar 15.



Gambar 15 PWM Kondisi Tegangan VREF < Tegangan VIN



Prinsip Kerja PWM GIF Animator



C. Analisa Rangkaian Gambar 16 memperlihatkan skema rangkaian modulasi lebar pulsa (Pulse Width Modulation-PWM) dengan menggunakan IC LM324



Gambar 16. Rangkaian PWM Menggunakan IC-LM324 Resistor R3 dan R4 menentukan besarnya level tegangan DC untuk masukan inverting rangkaian schmitt triggerblok A dan masukan non-inverting rangkaian integratorblok B. Resistor R1 menentukan besarnya tegangan gigi gergaji yang dikeluarkan oleh rangkaian integrator untuk tegangan masukan rangkaian schmitt trigger. Besarnya tegangan referensi VDC menyebabkan tegangan umpan balik pada terminal inverting penguat operasional blok B mendekati sama dengan besarnya tegangan referensi VDC. Tegangan umpan balik pada terminal non-inverting rangkaian schmitt terigger blok A menyebabkan tegangan keluaran rangkaian schmitt trigger dalam kondisi level tinggi, yaitu dimulai dari 0V sampai mencapai nilai maksimum dari tegangan sumber tegangan VB. Dengan mengasumsikan bahwa tegangan pada terminal A non-inverting lebih kecil daripada tegangan referensi VDC, sehingga menyebabkan tegangan keluaran pada penguat operasional menjadi 0V (nol). Dengan tegangan Voa (t=0) sama dengan 0V, maka besarnya arus yang mengalir pada resistor R dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (1) berikut:



(1) Arus DC konstan melalui resistor R menyebabkan arus pengisian melintas pada kapasitor naik secara kontinyu. Tegangan antara kapasitor C dengan polaritas seperti yang ditunjukkan pada skema rangkaianGambar 16 dapat dinyatakan dengan persamaan (2) berikut:



(2) Dimana VC-min merupakannilai tegangan diantara kapasitor C dari proses pengisian operasi sebelumnya dan diasumsikan bahwa rangkaian dioperasikan untuk waktu pengisian yang panjang (lama). Dengan memberi tanda pada tegangan VC-min karena tegangan pengisian yang melintas pada kapasitor mengalami kenaikan selama proses pengisian. Proses pengisian akan naik secara kontinyu selama tegangan pada terminal non-inverting sedikit lebih besar daripada tegangan VDC di terminal inverting. Pada kondisi tertentu (sekejab), sehingga tegangan diantara kapasitor akan mencapai titik maksimum dan dengan demikian akan membuat tegangan keluaran pada penguat operasional blok B. Dengan mengasumsikan bahwa waktu yang diperlukan untuk mencapai tegangan diantara kapasitor mencapai nilai pada titik maksimum Tc. Dengan mengasumsikan bahwa waktu yang diambil oleh tegangan jatuh diantara kapasitor untuk mencapai nilai maksimum adalah TC, di mana C di bawah garis tegak untuk selama waktu pengisian. Tegangan pengaturanVa(t) = VDC pada saat nilai maksimal dari tegangan keluaran rangkaian integrator blok Bdapat dinyatakandengan persamaan (3) berikut:



(3) Sehingga besarnya tegangan keluaran maksimum rangkaian integrator blok B dapat dinyatakan dengan persamaan (4) berikut:



(4) Dengan demikian nilai maksimum tegangan jatuh diantara kapasitor C dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan (5) berikut:



(5) Tegangan maksimum pada kapasitor tergantung oleh nilai elemen umpan balik dari resistorR1, R2 dan pengaturan level tegangan referensiVDColeh potensiometer R7. Berdasarkanpersamaan(2) dan dengan mengasumsikan bahwa pada saat kondisi t = TC dan v(TC) = VC,mak, maka besarnya tegangan pada kapasitor C dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (6) berikut: (6) Dengan menggunakan persamaan (6) dapat dicari nilai teganganminimum di antara kapasitor C. Setelah tegangan keluaran pada rangkaian integrator blok B mencapai nilai Vobmax, yang merupakan hasil diferensial dari tegangan keluaran rangkaian schmitt trigger blok A menjadi lebih besar dari nol, sehinggategangan ini dapat digunakan untuk mengaktifkan keluaran rangkaian schmitt trigger blok A mencapai level tinggi. Di bawah kondisi ideal, tegangan keluaran tinggi dibatasi oleh tegangan VB. Namun dalam kondisi riil, tegangan keluaran selalu kurang dari VB akibat kondisi tegangan jatuh internal dari rangkaian penguat operasional itu sendiri. Secara analisis, kita asumsikan bahwa tegangan tinggi pada rangkaian blok A adalah sama dengan tegangan suplai VB. Permasalahan, bilamana tegangan tersebut kurang dari tegangan sumber dc akan dianalisa kemudian dengan bantuan sebuah contoh. Selama tegangan sumber VB lebih besar daripada VDC, maka arah arus balik melalui rangkaian integrator R dan C. Arah arus pada rangkaian integrator akan berbalik arah ketika kapasitor mulai mengosongkan muatan listrik dari nilai maksimum ke nilai minimum selama waktu TD detik. Sampai proses sinyal keluaran dari IC Integrator blok B mencapai nilai minimum Vobmin danmenyebabkan nilai diferensial tegangan pada terminal masukan membalik dan tegangan keluarannya menjadi nol lagi. Siklus dimulai lagi dari awal. Ekspresi tegangankeluaran minimum pada rangkaian blok B dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan (7) berikut:



(7) DimanaVoa,mak = VB untuk kondisi penguat operasional ideal. Untuk nilai tegangan VB kurang dari 1V atau 2V kurang praktiuntuk mencatu penguat operasionaal. Nilai mimimum tegangan keluaran penguat operasional blok B dapat dicari dengan menggunakan persamaan (8) berikut:



(8) Oleh karena nilai tegangan minimal dari kapasitor dengan polaritas seperti ditunjukkan pada skema rangkaian Gambar 16, sehingga nilai tegangan kapasitor minimum dapat dicari dengan menggunakan persamaan (9) berikut: (9) Untuk mendapatkan arus pada saat waktu pengosongan TD. Selama siklus perioda pengosongan, maka besarnya arus yang melalui resistor R dapat dicari dengan persamaan (10) berikut:



(10) menunjukkan sumber arus konstan lebih kecil dari nol karenaVDC < Voa-mak. Dengan demikian perubahan tegangan pengosongan kapasitor secara linier dapat dinyatakan dengan persamaan (11) berikut:



(11) Tegangan kapasitor ketika mencapai nilai minimum t  TD besar. Jadi, nilai tegangan minimum dari kapasitor dapat ditentukan dengan menggunkan persamaan (12) berikut: (12) Dengan demikian perbedaan perubahan tegangan diantara kapasitor dapat dicari dengan menggunakan persamaan (13) berikut: (13)



Ringkasan, dengan menggunakan persamaan (5) dan (9) untuk menentukan nilai VC-mak dan VC-min.Persamaan (6) dan (13) membantu untuk menentukan nilai waktu pengisian dan waktu pengosongan. Perioda waktu dan frekuensi dari gelombang segitiga adalah: T = TC + TD (14) f = 1/T (15) Contoh Perencanaan ______________________________________________________________________ Rangkaian PWM seperti diperlihatkan Gambar 16 dioperasikan untuk sumber tegangan 12Vdc. Bila diketahui nilai dari komponen-komponen rangkaian sebagai berikut: Resistor R1 =33kΩ, R2 =100kΩ, R3 =20kΩ, R4 =10kΩ, R =10kΩ, dan kapasitor C=1µF. jika tegangan referensi VREF=4V, tentukan (a) nilai-nilai maksimum dan minimum dari tegangan jatuh antara kapasitor, (b) maksimum dan minimum nilai output tegangan, (c) Waktu pengisian dan pengosongan, (e) lama waktu (perioda) dan besarnya frekuensi, (f) tegangan keluaran pada komparator C untuk kondisi waktu hidup dan mati C, dan (g) duty cycle (rasio). Penyelesaian: Pengaturan tegangan DC untuk Schmitt Trigger dan Integrator



a)



Besarnya tegangan jatuh diantara kapasitor, dari (5) dan (9), masing-masing didapatkan:



Catatan: dengan asumsi bahwa VOa-mak = VB = 12V. b) Tegangan keluaran maksimum dan minimum pada keluaran penguat operasional blok B adalah:



c)



Waktu pengisian dan pengosongan berdasarkan persamaan (6) dan (12) adalah:



d)



Perioda waktu dan frekuensi adalah:



e)



Berdasarkan Gambar 2, persamaan untuk waktu pengisian adalah



Bila t  t1, VOB(t1)  VREF = 4V, dan tegangan keluaran hasil komparatif menjadi mendekati sama dengan VB. Dengan demikian didapatkan nilai untuk t1sebagai berikut:



Persamaan untuk menentukan waktu perioda pengosongan adalah:



Tegangan acuan telah dipindahkan ke titik pada saat awal kapasitor mulai perioda pengosongan. Bila t  t2, VOB(t2)  VREF = 4V, dan tegangan keluaran hasil komparatif menjadi mendekati nol. Persamaan selama waktu untuk t2adalah



f)



Waktu hidup dan mati tegangan keluaran penguat operasional C adalah:



g)



Duty cycle (ratio) adalah:



Regulator Tegangan Linier Regulator tegangan adalah rangkaian untuk mempertahankan agar tegangan searah pada keluaran tidak berubah, berapapun beban yang dihubungkan kepadanya. Itu idealnya, namun pada prakteknya ada batasan arus maksimal yang bisa dialirkan ke beban. Ada dua jenis regulator tegangan, switching dan linier. Regulator switching, tegangan keluarannya bisa lebih besar dari tegangan masukan atau kebalikannya (positif menjadi negatif atau sebaliknya). Sedangkan regulator linier, tegangan keluaran selalu lebih kecil daripada tegangan masukan. Regulator linier ada dua macam yaitu jenis series dan shunt. Regulator series, pengatur arus ke beban diseri dengan bebannya, kalau jenis shunt pengatur arus ke beban diparalel dengan bebannya. Idealnya, jika tidak ada beban yang tersambung pada regultor series, maka arus yang mengalir pada pengatur arus adalah nol. Sedangkan pada regulator shunt, jika tidak ada beban yang tersambung, arus yang mengalir ke pengatur arus adalah arus maksimal yang mungkin dialirkan ke bebannya. Contoh sederhana regulator shunt adalah pada gambar di bawah ini.



Arus maksimal yang mungkin ditarik oleh beban adalah arus dioda zener yaitu 18,55mA pada contoh di atas. Namun pada prakteknya arus maksimal ini sedikit lebih rendah karena dioda zener perlu ada arus agar dia bisa mempertahankan tegangan terbalik (reverse)-nya. Dalam hal ini pengatur arus beban adalah dioda zener. Ketika diberi beban, maka arus dioda zener berkurang karena sebagian mengalir ke beban.



Arus maksimal yang bisa ditangani dioda zener terbatas, tergantung besar disipasi dayanya. Dioda zener ada memiliki disipasi daya maksimal 500mW, 1W, 2W, dan sebagainya. Jika ini tidak mencukupi maka bisa ditambah transistor seperti gambar di bawah ini.



Contoh regulator series sederhana ada di bawah ini.



Pengatur arus Q1 diseri dengan beban. Dioda zener berfungsi sebagai pemberi tegangan tetap. Arus pada dioda zener tidak banyak terpengaruh oleh besarnya beban R2 dari tak terhingga sampai 50 Ohm. Masing-masing jenis regulator memiliki kelebihan dan kekurangannya. Regulator series sering dipakai pada regulator yang tegangannya cukup tinggi dan arus beban yang besarnya berubahubah secara dinamis. Ini akan mengakibatkan pengatur arus mengeluarkan disipasi daya rata-rata relatif kecil. Sebaliknya dengan regulator shunt yang dipakai pada tegangan yang cukup rendah dan arus beban yang relatif stabil. Keunggulan lain dari regulator shunt adalah impedansinya yang cukup rendah sampai frekuensi tinggi sehingga noise-nya lebih rendah dalam jangkauan frekuensi yang lebar. Karakter ini yang diinginkan dalam membuat regulator untuk rangkaian audio yang mengolah sinyal kecil seperti pre-amp, tone control, equalizer, filter, dan sebagainya. Namun tidak berarti regulator series tidak bisa memiliki performa yang sama seperti regulator shunt. Hanya untuk memiliki impedansi yang rendah sampai pada frekuensi tinggi, umumnya rangkaian regulator series jauh lebih rumit daripada regulator shunt.