RESUME MATERI ELEKTRONIKA ANALOG

ELEKTRONIKA ANALOG

RESUME MATERI

Disusun guna memenuhi tugas

Mata Kuliah Elektronika Analog

Nama Mahasiswa          : Handi Suryawinata

NIM                             : 5301412061

Dosen Pengampu          : Drs.Suryono M.T

PROGAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

2014

TANGGAPAN FREKUENSI

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, pemotong (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori, dan komponen-komponen lainnya.

Ada dua tipe dasar transistor, yang masing-masing bekerja secara berbeda. Tipe dasar transistor tersebut diantaranya :

1.                   BJT (Bipolar Junction Transistor)

Bipolar Junction Transistor (BJT) adalah piranti tiga-saluran yang terbuat dari bahan semikonduktor terkotori. Dinamai Bipolar karena operasinya menyertakan baik elektron maupun lubang elektron

2.                   FET (Field Effect Transistor)

Transistor efek–medan (FET) adalah salah satu jenis transistor menggunakan medan listrik untuk mengendalikan konduktifitas suatu kanal dari jenis pembawa muatan tunggal dalam bahan semikonduktor

A.     PERBEDAAN FET DAN BJT

Perbedaan transistor FET dan BJT diantaranya adalah :

1.                  Konversi: Transistor BJT mengkonversi arus menjadi arus, FET mengkonversi tegangan menjadi arus

2.                  Arus input: BJT membutuhkan arus input, FET tidak membutuhkan arus input

3.                  Input/output: Hubungan input/output BJT adalah linear direpresentasikan oleh sebuah garis lurus, namun hubungan input/output sebuah FET tidak linear untuk sinyal-sinyal besar (bertegangan tinggi). Hal ini dapat mengakibatkan terjadinya distorsi pada sinyal-sinyal besar yang diumpankan ke sebuah FET

4.                  Kecepatan : FET dapat melaksanakan proses pensaklaran secara lebih cepat dibandingkan BJT, namun demikian kedua jenis transistor ini dirasa cukup cepat untuk memenuhi kebutuhan sebagian besar aplikasi elektronik

5.                  Tegangan input : sebuah FET menjadi aktif ketika tegangan gate-sourcenya melampaui suatu tegangan ambang. Tegangan gate dapat memiliki nilai yang berada dalam kisaran antara tegangan ambang dan tegangan sumber, ketika FET dalam keadaan aktif. Tegangan basis-emitor BJT akan selalu mendekati nilai 0,7 V, ketika BJT dalam keadaan aktif, terlepas dari berapa besar arus inputnya

6.                  Resistor input: sebuah FET tidak membutuhkan sebuah resistor di depan terminal gatenya. Hal ini dapat menjadikan rangkaian yang bersangkutan jauh lebih sederhana

7.                  Tahanan output: kebanyakan FET memiliki tahanan yang sangat rendah ketika berada dalam keadaan aktif, biasanya kurang dari 1 Ohm. Hal ini membuat komponen-komponen ini sangat cocok untuk digunakan dalam rangkaian saklar transistor.

CARA KERJA TRANSISTOR FET DAN BJT

1.      Bipolar Junction Transistor (BJT)

Sesuai dengan namanya transitor bipolar ( BJT ) menggunakan dua polaritas yang membawa muatan untuk membawa arus listrik pada kanal produksinya. Di dalam transistor bipolar ( BJT ) juga terdapat suatu lapisan pembatas yang dinamakan depletion zone, yang pada akhirnya setiap arus listrik yang akan masuk akan melewati pembatas tersebut dan terbagi karena adanya depletion zone ini.

2. Field Effect Transistor (FET)

Sedikit berbeda dengan cara kerja pada transistor bipolar. Dimana pada transistor effect (FET) ini hanya menggunakan satu jenis polaritar atau pembawa muatan arus listrik. Hal ini jelas berbeda dengan transistor bipolar yang memiliki dua polaritas pembawa muatan. Untuk transistor effect ( FET ), arus yang masuk tidak akan terbagi menjadi dua aliran seperti pada transistor bipolar. Karena posisi letak depletion zone dari resistor effect terdapat di kedua sisi bukan berada di tengah-tengah. Sebenarnya untuk tipe atau jenis transistor dari BJT dan FET sendiri sama saja fungsinya, yang membedakan adalah dari cara kerja transistornya saja

B.     RESPON FREKUENSI TRANSISTOR FET DAN BJT

1.      Bipolar Junction Transistor (BJT)

a.    Respon Frekuensi Rendah

Frekuensi cut off rendah basis ditentukan dengan :

Frekuensi cut off rendah kolektor ditentukan dengan

Frekuensi cut off rendah emiter ditentukan dengan

b.    Respon Frekuensi Tinggi

Dalam banyak cara, operasi BJT frekuensi tinggi mirip dengan operasi BJT frekuensi rendah. Keduanya mempunyai sebuah frekuensi cut off untuk setiap rangkaian terminal. Sekali nilai f2 dilewati, rangkaian akan cut off dan akan mempunyai nilai roll-off yang kira-kira sama dengan 20 dB/decade (6 dB/octave).

Perbedaan utamanya adalah pada nilai kapasitansi yang digunakan dalam penghitungan f2 dan metode yang digunakan untuk menentukan total resistansi dalam setiap rangkaian terminal.

2.      Field Effect Transistor (FET)

a.    Respon Frekuensi Rendah

Untuk rangkaian gate ditentukan dengan :

Untuk rangkaian drain ditentukan dengan :

b.    Respon Frekuensi Tinggi

Nilai respon frekuensi untuk rangkaian gate adalah:

Nilai respon frekuensi untuk rangkaian drain adalah:

NON INVERTING OP-AMP

1.    Non - pembalik Amplifier (non inverting op amp)

Dalam konfigurasi ini, sinyal tegangan input, (Vin) diterapkan langsung ke non-pembalik (+) terminal input yang berarti bahwa gain output dari penguat menjadi " positif " nilai dalam kontras dengan "Pembalikan Amplifier" sirkuit kami melihat dalam tutorial terakhir yang mendapatkan output negatif dalam nilai. Hasil ini adalah bahwa sinyal output " di-fase " dengan sinyal input.

Kontrol umpan balik dari penguat non-pembalik dicapai dengan menerapkan sebagian kecil dari sinyal tegangan output kembali ke pembalik ( - ) terminal input melalui suatu Rƒ - R2 tegangan jaringan pembagi , lagi memproduksi umpan balik negatif . Ini konfigurasi loop tertutup menghasilkan rangkaian penguat non - pembalik dengan stabilitas yang sangat baik , impedansi masukan yang sangat tinggi , Rin mendekati tak terhingga , karena tidak ada arus yang mengalir pada terminal input positif , ( kondisi ideal ) dan impedansi output yang rendah , Rout seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

2.    Non - pembalik Amplifier Konfigurasi

Dalam sebelumnya Pembalikan Amplifier tutorial , kita mengatakan bahwa " tidak ada arus ke input " dari penguat dan bahwa " V1 sama V2 " . Ini karena persimpangan input dan sinyal umpan balik ( V1 ) berada pada potensial yang sama . Dengan kata lain persimpangan adalah "bumi virtual" titik penjumlahan . Karena simpul bumi virtual resistor , Rƒ dan R2 membentuk jaringan pembagi potensial sederhana di penguat non - pembalik dengan gain tegangan dari rangkaian yang ditentukan oleh rasio R2 dan Rƒ seperti yang ditunjukkan di bawah ini

Setara Potensi Divider Jaringan

3.    Non - pembalik Amplifier Potensi Divider

Menghitung gain tegangan loop tertutup ( AV ) dari Amplifier Non - pembalik sebagai berikut :

-       Perhitungan Laba Amplifier non – pembalik

-       Kemudian gain tegangan loop tertutup dari Amplifier Non - pembalik diberikan sebagai:

Keseluruhan gain loop tertutup dari penguat non - pembalik akan selalu lebih besar tetapi tidak pernah kurang dari satu (unity) , itu positif di alam dan ditentukan oleh rasio nilai-nilai Rƒ dan R2 . Jika nilai resistor umpan balik Rƒ adalah nol , gain dari penguat akan persis sama dengan satu (unity) . Jika resistor R2 adalah nol gain akan mendekati tak terhingga , tetapi dalam prakteknya akan terbatas pada penguat operasional gain diferensial loop terbuka , (Ao)

Non - pembalik Amplifier Konfigurasi

4.    Follower tegangan ( Unity Gain Buffer )

Jika kita membuat resistor umpan balik , Rƒ sama dengan nol , ( Rƒ = 0 ) , dan resistor R2 sama dengan tak terhingga , ( R2 = ∞ ) , maka rangkaian akan memiliki keuntungan tetap " 1 " karena semua tegangan output akan hadir pada terminal masukan pembalik ( umpan balik negatif ) . Hal ini kemudian akan menghasilkan jenis khusus dari rangkaian penguat non-pembalik disebut Pengikut Tegangan atau juga disebut " gain penyangga " .

Tegangan Follower Circuit

Dalam konfigurasi ini sirkuit non-pembalik , input impedansi Rin telah meningkat hingga tak terbatas dan umpan balik impedansi Rƒ dikurangi menjadi nol. Output terhubung langsung kembali ke input pembalik negatif sehingga umpan balik adalah 100 % dan Vin adalah persis sama dengan Vout memberikan keuntungan tetap 1 atau kesatuan . Sebagai tegangan input Vin diterapkan pada masukan non - pembalik gain dari penguat diberikan sebagai :

5.    Unity Gain Buffer

Karena tidak ada arus yang mengalir pada terminal masukan non - pembalik input impedansi tak terbatas ( op-amp ideal ) dan juga tidak ada arus mengalir melalui loop umpan balik sehingga setiap nilai resistansi dapat ditempatkan dalam loop umpan balik tanpa mempengaruhi karakteristik sirkuit karena tidak ada tegangan hilang di atasnya , nol arus , tegangan drop nol , nol kehilangan daya.

INVERTING OP-AMP

1.      Penguat Pembalik (Inverting Op Amp)

Rangkaian penguat membalik diatas merupakan rangkaian dasar inverting amplifier yang menggunakan sumber tegangan simetris. Secara matematis besarnya faktor penguatan (A) pada rangkaian penguat membalik adalah (-Rf/Rin) sehingga besarnya tegangan output secara matematis adalah :

Apabila nilai resistansi feedback (Rf) adalah 10KOhm dan resisntansi input 1 KOhm maka secara matematik besarnya faktor penguatan rangkaian penguat membalik (inverting amplifier) diatas adalah :

Gambar Sinyal Output Dan Sinyal Input Inverting Amplifier.

Dalam percobaan untuk mendapatkan bentuk sinyal output dan sinyal input seperti diatas dapat digunakan osciloscope doble trace dengan input A osciloscope dihubungkan ke jalur input penguat membalik (inverting amplifier) dan input B osciloscope dihubungkan ke jalur output penguat mebalik tersebut. Dengan alat ukur osciloscope yang terhubung seperti ini dapat dianalisa perbandingan sinyal input dengan sinyal output rangkaian penguat membalik (inverting amplifier) secara lebih life dalam berbagai perubahan sinyal input.

i1   = vin/R1                      

iF        = i1                         

vo       = -iFRF       = -vinRF/R1

Av      = RF/R1      b = R1/RF

1.      Karakteristik Inverting Op Amp

·        Input resistance

       Karena terminal inverting dalam kondisi virtual ground, maka input resistance yang terlihat dari sumber (vs) adalah Rs.

·        Output resistance

Output resistance rangkaian yang terlihat dari beban adalah mendekati nol

·        Bandwidth

Gain-Bandwidth Product (GBW) Op-amp, disebut juga satuan (unity) gain bandwidth, diberikan di dalam data sheets. Sebagai contoh Op-amp 741 adalah 1 MHz.

Cara Kerja Inverting Op Amp

Prinsip kerja sebuah operasional Amplifier (Op-Amp) adalah membandingkan nilai kedua input (input inverting dan input non-inverting), apabila kedua input bernilai sama maka output Op-amp tidak ada (nol) dan apabila terdapat perbedaan nilai input keduanya maka output Op-amp akan memberikan tegangan output. Operasional amplifier (Op-Amp) dibuat dari penguat diferensial dengan 2 input.

KOMPARATOR DAN APLIKASI OP-AMP

A.     Comparator Op amp

Penguat Operasional (Operational Amplifier–Op Amp) adalah sebuah penguat instan yang bisa langsung dipakai untuk benyak aplikasi penguatan. Sebuah Op amp biasanya berupa IC (Integrated Circuit). Pengemasan Op amp dalam IC bermacam-macam, ada yang berisi satu op amp (contoh : 741), dua op amp (4558, LF356), empat op amp (contoh = LM324, TL084), dll.

B.     Kelebihan Penguat Operasional (op amp):

1. Impedansi input yang tinggi sehingga tidak membebani penguat sebelumnya.
2. Impedansi output yang rendah sehingga tetap stabil walau dibebani oleh rangkaian selanjutnya.
3. Lebar pita (bandwidth) yang lebar sehingga dapat dipakai pada semua jalur frekuensi audio (woofer, midle, dan tweeter)
4. Adanya fasilitas offset null sehingga memudahkan pengaturan bias penguat agar tepat dititik tengah sinyal.

C.     PenggunakanPenguatOperasional:

1.      Pembanding

Comparator adalah penggunaan op amp sebagai pembanding antara tegangan yang masuk pada input (+) dan input (-).

Jika input (+) lebih tinggi dari input (-) maka op amp akan mengeluarkan tegangan positif dan jika input (-) lebih tinggi dari input (+) maka op amp akan mengeluarkan tegangan negatif. Dengan demikian op amp dapat dipakai untuk membandingkan dua buah tegangan yang berbeda.

2.      Inverting 

o    Sinyal input (Vin) masukke pin positif (+) dari op-amp, dan tegangan referensi (Vref) masuk ke pin negative (-). 

o    Jika sinyal input melewati/ diatas threshold (Vin >Vref), maka output akan berlogika  low, dan jika sinyal input di bawah threshold (Vin <Vref), maka output berlogika high.

 

3.      Non-Inverting 

o    Sinyal input (Vin) masukke pin negatif (-) dari op-amp, dan tegangan referensi (Vref) masuk ke pin positif (+). 

o    Jika sinyal input dibawah threshold (Vin <Vref) ,maka output akan berlogika low, dan jika sinyal input diatas threshold (Vin >Vref)  maka output akan berlogika high.

 

 

4.      Penguat differensial

Penguat differensial adalah penggunaan op amp untuk mencari selisih antara dua buah titik tegangan yang berbeda.

5.      Penguat penjumlah (Summing Amplifier)

Penguat penjumlah berfungsi menjumlahkan level masing-masing sinyal input yang masuk ke op amp. Penggunanan op amp sebagai penjumlah sering dijumpai pada rangkaian mixer audio.

6.      Integrator (atau LPF)

Integrator berfungsi mengintegralkan  tagangan input terhadap waktu. Penggunanan integrator juga sebagai tapis lulus bawah (Low Pass Filter)

7.      Differensiator (atau HPF)

Differensiator berfungsi mendiferensialkan tegangan input terhadap waktu. Penggunanan diferensiator juga sebagai tapis lulus atas (High Pass Filter)

D.     Pengaplikasian Op amp

1.      Sebagaisaklarotomatislamputaman.

2.      Pemanfaatan sensor gerak.

3.      Pengaplikasianpada robot line follower.

4.      Pengaplikasianpada sensor jarak.

UMPAN BALIK

1.1       Penguat Umpan Balik

Gambar 1. Diagram kotak penguat umpan balik

Pada penguat umpan balik terdapat 2 kemungkinan

·        Sinyal masukan menjadi lebih besar

·        Sinyal masukan menjadi lebih kecil

1.1.1    Penguat Umpan Balik negatif (Negatif Feedback)

Adalah umpan balik yang menyebabkan sinyal masukan menjadi lebih tinggi sehingga sinyal keluaran juga semakin tinggi. Hal ini dikarenakan penguat ini mempunyai faktor umpan balik bernilai positif.

1.1.2    Penguat Umpan Balik Positif (Positif Feedback)

Adalah umpan balik yang menyebabkan sinyal input menjadi lebih rendah sehingga sinyal output juga semakin rendah. Untuk umpan balik negatif, satu-satunya kerugian sistem ini adalah menurunkan tegangan (A).

Pengaruh Umpan balik negatif:

1.      Memperkecil distorsi (cacat) tak linier

2.      Memperbaiki stabilitas

3.      Memperlebar Bandwidth (lebar pita)

4.      Memperkecil penguatan

1.2       Jenis Penguat Umpan Balik

1.2.1    Penguat Umpan Balik Tegangan Seri

Penguat umpan balik tegangan seri merupakan jenis penguat dimana tegangan keluarannya dijadikan masukan umpan balik dan antara umpan balik dengan masukan disusun secara seri.

Gambar 2. Blok diagram umpan balik tegangan seri (seri-paralel)

Prinsip umpan balik dari gambar diatas adalah bahwa yang diumpan balikan adalah tegangan keluaran (jaringan umpan balik terhubung paralel). Umpan balik ke masukan berupa tegangan (jaringan umpan balik terhubung seri dengan tegangan masukan Vin).

Sifat dari tipe umpan balik tegangan seri adalah:

1.      Resistansi keluaran mengecil (karena jaringan umpan balik paralel dengan keluaran penguatan)

2.      Resitansi masukan membesar (dipandang dari masukan, jaringan umpan balik dihubung seri dengan penguat)

2.2.2        Penguat Umpan Balik Tegangan Paralel (Shunt)

Penguat umpan balik tegangan paralel merupakan jenis penguat dimana tegangan keluarannya dijadikan masukan umpan balik dan antara umpan balik dengan masukan disusun secara paralel.

Gambar 7. Blok diagram umpan balik tegangan paralel (shunt)

Dari gambar diatas karena yang diumpan balikan tegangan, maka umpan balik disadap dari tegangan keluaran Vo, diumpan balikan ke masukan secara paralel, sehingga jaringan umpan balik paralel dengan dengan terminal masukan.

Sifat dari tipe umpan balik tegangan paralel adalah:

1. Baik resistansi keluaran amupun masukannya rendah
2. Yang diumpan balikan adalah arus (if), sehingga β = xf/xo menjadi if/Vo dengan satuan mho (kebaliakan dari ohm).

2.2.3    Penguat Umpan Balik Arus Seri

Penguat umpan balik arus seri merupakan jenis penguat dimana arus keluarannya dijadikan masukan umpan balik dan antara umpan balik dengan masukan disusun secara seri.

Gambar 4. Blok diagram penguat umpan balik arus seri (seri-seri)

Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa yang diumpan baliakan adalah arus keluaran io. Oleh jaringan umpan balik sinyal diberikan masukan secara seri sehingga Vs tidak sama dengan Vi, dengan demikian yang diumpan balikan adalah tegangan.

Akibatnya: baik resistansi masukan maupun keluaran dengan adanya umpan balik menjadi bertambah besar.

2.2.4    Penguat Umpan Balik Arus Paralel (Shunt)

Penguat umpan balik arus paralel merupakan jenis penguat dimana arus keluarannya dijadikan masukan umpan balik dan antara umpan balik dengan masukan disusun secara paralel.

Gambar 9. Blok diagram penguat umpan balik arus paralel (shunt)

Dari gambar di atas terlihat bahwa yang diumpan balikan adalah arus keluaran io. Sementara jaringan umpan balik pada bagian masukan dihubung paralel dengan bagian masukan penguat, maka umpan baliknya berupa arus.

Pengaruh umpan balik terhadap resistansi masukan dan resistansi keluaran penguat bahwa resistansi masukan menjadi lebih kecil, sedang resistansi keluaran membesar.

OSCILATOR

1.      Pengertian Osilator

Osilator adalah suatu rangkaian yang menghasilkan keluaran yang amplitudonya berubah-ubah secara periodik dengan waktu. Osilator merupakan piranti elektronik yang menghasilkan keluaran berupa isyarat tegangan. Bentuk isyarat tegangan terhadap waktu ada bermacam-macam, yaitu bentuk sinusoidal, persegi, segitiga, gigi gergaji, atau denyut. Osilator seperti ini disebut pembangkit isyarat, atau pembangkit fungsi jika isyarat keluarannya dapat mempunyai berbagai bentuk.

Osilator digunakan untuk mendeteksi dan menentukan jarak dengan gelombang mikro (radar) ataupun gelombang ultrasonic (sonar). Selain itu, hampir semua alat digital seperti jam tangan, digital kalkulator, komputer, alat-alat pembantu komputer, dan sebagainya menggunakan osilator. Pesawat penerima radio dan televisi juga menggunakan osilator untuk mengolah isyarat yang datang. Isyarat yang datang ini dicampur dengan isyarat dari osilator lokal sehingga menghasilkan isyarat pembawa informasi dengan frekuensi lebih rendah. Isyarat yang terakhir ini dikenal sebagai isyarat if (intermediate frequency).

2.2 Jenis-jenis Osilator

a. Osilator harmonisa menghasilkan bentuk gelombang inusoida. Osilator harmonisa disebut juga dengan Osilator Linear. Bentuk  dasar osilator harmonisa terdiri dari sebuah      penguat dan  sebuah filter yang membentuk  umpan balik positif yang menentukan frekuensi output.  

b. 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

c. Osilator amstrong dinamai sesuai dengan nama penemunya Edwin Amstrong. Osilator amstrong terdiri dari sebuah penguat dan sebuat umpan balik rangkaian LC.

d.   Osilator Hartley termasuk jenis osilator LC. Osilator Hartley tersusun dari dua buah induktor yang disusun seri dan sebuah kapasitor tunggal. 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.

e. 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.

f.    Osilator Clapp termasuk jenis osilator LC. Osilator  Clapp tersusun dari tiga buah kapasitor dan satu buah induktor. Konfigurasi osilator clapp sama dengan osilator colpits namun ada penambahan kapasitor yang disusun seri dengan induktor (L).

g. Osilator ini termasuk jenis osilator RC.  Osilator jembatan Wien disebut juga osilator  “Twin-T” karena menggunakan dua “T” sirkuit RC beroperasi secara paralel. Satu rangkaian adalah sebuah RCR “T” yang bertindak sebagai filter low-pass. Rangkaian kedua adalah CRC “T” yang beroperasi sebagai penyaring bernilai tinggi. Bersama-sama, sirkuit ini membentuk sebuah jembatan yang disetel pada frekuensi osilasi yang diinginkan. Sinyal di cabang CRC  dari filter Twin-T yang maju, di RCR itu – tertunda, sehingga mereka dapat melemahkan satu sama lain pada frekuensi tertentu

h. Osilator pergeseran fasa termasuk jenis osilator RC. Pada osilator pergeseran fasa terdapat sebuah pembalik fasa total 180 derajat. Pembalik fasa ini di menggeser fasa sinyal output sebesar 180 derajat dan memasukkan kembali ke input sehingga terjadi umpan balik positif. Rangkaian pembalik fasa ini biasanya dibentuk oleh tiga buah rangkaian RC.

i. Osilator Kristal adalah osilator yang rangkaian resonansinya tidak menggunakan LC atau RC melainkan sebuah kristal kwarsa. Rangkaian dalam kristal mewakili rangkaian R, L dan C yang disusun seri. Osilator Pierce ditemukan oleh George W. Pierce. Osilator Pierce banyak dipakai pada rangkaian digital karena bentuknya yang simpel dan frekuensinya yang stabil.

PENGUAT DAYA KELAS A DAN KELAS B

A.     Kelas Penguat

Penguat daya dapat diklasifikasikan menurut persentase waktu arus kolektor mengalir. Kelas-kelas penguat menunjukkan lamanya sinyal output mengalir terhadap satu siklus operasi penuh dari sinyal input. Yang dimaksud satu siklus penuh operasi adalah 360⁰.

Pembagian kelas penguat tersebut adalah:

1.   Penguat Kelas A:

Penguat kelas A dapat menghasilkan sinyal output sesuai dengan sinyal input selama siklus penuh. Arus output (kolektor) mengalir terus menerus meskipun tidak ada sinyal input, sehingga transistor menerima panas karena adanya ICQ. Efisiensi penguat yang beroperasi pada kelas A sangat rendah.

2.   Penguat Kelas B

Penguat kelas B hanya dapat menguatkan setengah siklus (180^o) dari sinyal input, sehingga apabila inputnya gelombang sinus maka sinyal outputnya berupa setengah gelombang. Penguat kelas B selalu digunakan untuk dua buah penguat yang masing-masing penguat menguatkan setengah gelombang input, sehingga bisa diperoleh sinyal output yang penuh. Rangkaian penguat ini disebut dengan penguat push-pull. Masing-masing penguat bekerja secara bergantian sesuai dengan polaritas ayunan sinyal input.

3.   Penguat Kelas AB

Penguat kelas AB beroperasi diantara penguat kelas A dan kelas AB. Transistor diberi biasdisekitar daerah cut-in (mulai menghantar), sehingga diperoleh linieritas yang baik. Sinyal output yang dihasikan penguat kelas AB adalah selama selang lebih dari 180^o dari sinyal input, namun kurang dari 360^o. Efisiensi penguat kelas AB juga terletak diantara efesiensi kelas A dan kelas B Penguat kelas AB dipergunakan dalam penguat push-pull guna memperbaiki linieritas. Apabila yang digunakan adalah penguat kelas B, maka pada sinyal output terdapat cacat silang (crossover distortion) karena ketidaklinieran saat pergantian kerja transistor. Dengan menggunakan penguat kelas AB, cacat tersebut dapat diatasi.

B.     Penguat Daya Kelas A Beban Resistor

Rangkaian penguat daya kelas A satu tingkat dengan beban resistor tampak pada gambar.

Gambar. Rangkaian penguat daya kelas A beban resistor

Dapat disimpulkan bahwa efesiensi maksimum penguat daya kelas A dengan beban resistor adalah 0,25 atau 25 %. Efesiensi penguat ini adalah mulai dari 0% yaitu pada saat tidak ada sinyal output sampai 25% yaitu pada saat sinyal output maksimum. Dalam perencanaan sering dihadapkan pada masalah pemilihan daya transistor maksimum (PC,mak) yang akan dipakai dalam rangkaian penguat agar dapat menghasilkan daya beban maksimum (PL,mak) tertentu. Oleh karena itu perlu ditentukan perbandingan antara daya transistor maksimum (PC,mak) dengan daya beban maksimum (PL,mak), yakni yang sering disebut dengan figure of merit. Daya pada transistor (kolektor) akan maksimum apabila tidak ada sinyal output.

C.     Penguat kelas B

Apabila transistor dibias pada titik mati (cut-off) atau dengan kata lain tidak diberi bias, maka transistor bekerja pada kelas B. Oleh karena penguat kelas B hanya dapat menguatkan setengah siklus sinyal input, maka agar diperoleh sinyal output secara penuh diperlukan dua buah transistor yang bekerja pada kelas B. Rangkaian dengan menggunakan dua buah transistor pada kelas B ini sering disebut dengan penguat push-pull. Gambar berikut merupakan blok dasar penguat pushpull.

Gambar 4 Blok dasar penguat push-pull

Dalam praktek terdapat bermacam-macam variasi penguat push-pull, diantaranya yang paling banyak dikenal adalah: penguat push-pull dengan trafo input dan output, simetri komplementer, komplementer semu, dan lain sebagainya. Gambar berikut adalah rangkaian penguat push-pull kelas B dengan menggunakan trafo input dan output, sedangkan gambar 6 menunjukkan garis bebannya.

Gambar 5 Rangkaian penguat push-pull kelas B dengan trafo input dan output

Gambar 6. Garis beban dc dan ac penguat kelas B

PENGUAT DAYA C dan D

Penguat Daya Kelas C

Penguat yang disebut kelas C yang hanya perlu 1 transistor. Ada beberapa aplikasi yang memang hanya memerlukan 1 phase positif saja.Contohnya adalah pendeteksi dan penguat frekuensi pilot, rangkaian penguat tuner RF dan sebagainya. Transistor penguat kelas C bekerja aktif hanya pada phase positif saja, bahkan jika perlu cukup sempit hanya pada puncak-puncaknya saja dikuatkan. Sisa sinyalnya bisa direplika oleh rangkaian resonansi L dan C. Tipikal dari rangkaian penguat kelas C adalah seperti pada gambar 5 di atas. Rangkaian tersebut  juga tidak perlu dibuatkan bias, karena transistor memang sengaja dibuat bekerja pada daerah saturasi. Rangkaian L C pada rangkaian tersebut akan ber-resonansi dan ikut berperan penting dalam me-replika kembali sinyal input menjadi sinyal output dengan frekuensi yang sama. Rangkaian ini jika diberi umpanbalik dapat menjadi rangkaian osilator RF yang sering digunakan pada pemancar.Penguat kelas C memiliki efisiensi yang tinggi bahkan sampai 100%, namun tingkat fidelitasnya memang lebih rendah.Tetapi sebenarnya fidelitas yang tinggi bukan menjadi tujuan dari penguat jenis ini.

Gambar sinyal dan penjelasan:

Karakteristik Penguat kelas C :

         Efisiensi : η = 85%, 15% panas

         Linieritas paling jelek

         Ada pemotongan sinyal >180o

Penguat kelas C mirip dengan penguat kelas B, yaitu titik kerjanya berada di daerah cut-off transistor.Bedanya adalah penguat kelas C hanya perlu satu transistor untuk bekerja normal tidak seperti kelas B yang harus menggunakan dua transistor (sistem push-pull).Hal ini karena penguat kelas C khusus dipakai untuk menguatkan sinyal pada satu sisi atau bahkan hanya puncak-puncak sinyal saja.Penguatkelas C tidak memerlukan fidelitas, yang dibutuhkan adalah frekuensi kerja sinyal sehingga tidak memperhatikan bentuk sinyal.Penguat kelas C dipakai pada penguat frekuensi tinggi.Pada penguat kelas C sering ditambahkan sebuah rangkaian resonator LC untuk membantu kerja penguat.

Penguat Daya Kelas D

Penguat Kelas D merupakan penguat daya yang bekerja secara hidup/mati. Generator pulsa merupakan peralatan yang memanfaatkan keluaran penguat semacam itu. Umumnya penguat ini digunakan untuk menghasilkan sinyal dengan lebar jalur frekuensi sangat di bawah frekuensi pengalihannya. Keluaran penguat ini juga mengandung komponen spektrum yang tidak dikehendaki (harmonisa frekuensi pulsa) yang harus diredam dengan penyaring pasif.

Sinyal-sinyal input di dalam penguat kelas-D dikonversikan menjadi runtunan sinyal-sinyal keluaran bertegangan lebih tinggi. Rerata pewaktuan-nilai tegangan dari pulsa-pulsa ini sebanding dengan amplitudo segera dari sinyal masukan. Frekuensi dari sinyal keluaran khususnya akan menjadi sepuluh kali bahkan lebih dari frekuensi tertinggi pada sinyal masukan yang diperkuat. Pulsa-pulsa keluaran ini juga mengandung komponen spektral yang tidak akurat (frekuensi pulsa dan harmoniknya) yang harus segera dibersihkan oleh low-pass filter.Hasil sinyal ter-filter kemudian adalah versi yang diperkuat dari sinyal masukan.

Penguat ini memakai Pulse Width Modulation, Pulse Density Modulation (atau sering disebut Pulse Frequency Modulation) atau bisa dalam bentuk modulasi lebih canggih seperti Delta-Sigma Modulation (contohnya devais analog AD1990 Class-D audio power amplifier). Tingkat-tingkat keluaran seperti yang digunakan oleh Generator Pulsa adalah salah satu contoh dari penguat kelas-D.Nama kelas-D biasanya ditujukan untuk peralatan yang cenderung menghasilkan sinyal dengan rentang bandwidth jauh di bawah frekuensi pensaklaran (switching).

Penguat kelas-D dapat dikontrol dengan menggunakan sirkuit digital maupun analog.Kontrol digital memberikan distorsi tambahan yang dikenal sebagai Error Kuantisasi disebabkan oleh runtunan konversi sinyal masukan menjadi digital.

Keunggulan utama dari penguat kelas-D adalah efisiensi daya.Karena sinyal-sinyal keluaran memiliki amplitudo tetap (elemen pensaklaran (ini seringkali MOSFET, tetapi katup tabung hampa) dan atau mungkin bahkan transistor bipolar kadang-kadang juga digunakan) yang disaklarkan seluruhnya ON atau seluruhnya OFF, daripada dioperasikan di model linear.Sebuah MOSFET beroperasi dengan tahanan terendahnya ketika sepenuhnya ON dan maka (kecuali ketika sepenuhnya OFF) memiliki disipasi daya terendahnya ketika berada pada keadaan itu (cepat panas, sehingga hanya baik untuk pensaklaran). Dibandingkan dengan sejawatnya kelas AB, penguat kelas-D kurang mengizinkan penggunaan Heat sink untuk MOSFETnya dan juga mengurangi secara signifikan penggunaan daya masukan yang diperlukan, menghasikan desain power supply berkapasitas daya rendah (yang sering dipakai pada sistem audio mobil).

Dengan mengesampingkan kerumitan yang dibutuhkan, penguat kelas-D memberikan keuntungan berupa:

Efisiensi daya yang tinggi (mencapai ≥90%)

Pengurangan ukuran dan berat penguat.

Pengurangan borosan daya sebagai bahang.

Pengurangan ukuran benaman bahang (karena efisiensinya yang tinggi)

Efisiensi penguat kelas-D yang tinggi berasal dari kenyataan bahwa tingkat keluaran tidak pernah beroperasi pada keadaan linier atau aktif.Keluaran penguat kelas-D hanya terdiri dari keadaan HIDUP atau MATI. Ketika peranti hidup, arus yang mengalirinya maksimum, tetapi tegangan yang membentanginya idealnya nol, dan ketika peranti mati, tegangan yang membentanginya maksimal, tetapi arus yang mengalirinya nol. Karena borosan daya ditentukan dengan rumus Templat:Nowrap:''D''=''V''x''I'', pada kedua keadaan di atas, borosan daya adalah nol. Semua perhitungan di atas berdasarkan anggapan peranti ideal. Pada kenyataannya, selalu ada kerugian, baik karena kebocoran, penurunan tegangan, kecepatan pensakelaran, dan lain sebagainya.Tetapi itu semua terlalu kecil sehingga efisiensi tetap sangat tinggi.

Penguat jenis ini memberikan keluaran yang mengandung banyak desah harmonik dikarenakan modulasi lebar pulsa.Untuk memperbaiki keluaran, ini dapat difilter dengan menggunakan komponen yang semuanya reaktif (hanya kondensator dan induktor) dimana komponen tersebut menyimpan daya dari desah harmonik, tidak mengubahnya menjadi bahang, sehingga efisiensi dapat dipertahankan tetap tinggi.

Gambar Rangkaian Penguat Kelas D:

REGULATOR LINIER

A.     Regulator Linier

Dua jenis rangkaian tipe linier

Dalam elektronik , sebuah regulator linear adalah sistem yang digunakan untuk menjaga tegangan yang stabil . Hambatan dari regulator bervariasi sesuai dengan beban menghasilkan tegangan output konstan . Perangkat mengatur dibuat untuk bertindak seperti sebuah resistor variabel, menyesuaikan jaringan pembagi tegangan untuk mempertahankan tegangan output konstan, dan menghilang perbedaan antara input dan tegangan diatur sebagai limbah panas . Sebaliknya, switching regulator menggunakan perangkat aktif yang switch on dan off untuk mempertahankan nilai rata-rata output. Karena diatur tegangan regulator linear harus selalu lebih rendah dari tegangan input, efisiensi terbatas dan tegangan input harus cukup tinggi untuk selalu memungkinkan perangkat aktif untuk menjatuhkan beberapa tegangan .

Beberapa fungsi regulator linier DC adalah sebagai berikut:

·            Pengubahan Tegangan atau Voltase, berfungsi untuk mengubah tegangan listrik yang tersedia dari jaringan distribusi transmisi listrik ke level yang diinginkan

·            Penyearah, sebagai pengubah arah tegangan atau voltase dari AC ke DC

·            Filter atau penyaring, bertugas sebagai pembersih gelombang keluaran dari riak (ripple) yang berasal dari proses penyearahan

·            Pengaturan (regulation), bertujuan untuk mengendalikan tegangan keluaran sehingga menjadi stabil walaupun terjadi variasi atau perubahan pada suhu, beban, maupun tegangan masukan dari jaringan transmisi listrik

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.

B.     Kelebihan dan Kekurangan Regulator Linier

Dari segi efisiensi, tipe linier tidak begitu baik, karena pada prosesnya hasil keluaran penyearah diturunkan tegangannya melalui pengatur linier (linear regulator), dan selisih antara tegangan yang masuk dan tegangan yang dihasilkan dibuang dalam bentuk panas. Akibat penyerapan panas (pembuangan energi) yang besar dalam proses tipe linier tersebut sehingga efisiensinya pun menjadi kecil.  Kelebihan jenis ini adalah Regulasi lebih baik dibanding tipe switching.

C.     Penerapan Regulator Linier dalam kehidupan

Catu daya tergulasi secara linear/linear regulated power supply

Catu daya/power supply jenis ini menghasilkan tegangan AC/DC teregulasi. Tegangan yang dihasilkan oleh power supply yang tak teregulasi akan bervariasi/fluktuatif  tergantung pada  variasi tegangan input AC (PLN). Untuk aplikasi elektronik penting sekali adanya  sebuah regulator linear yang dapat digunakan untuk mengatur tegangan ke nilai yang tepat/ideal, stabil terhadap fluktuasi tegangan input dan beban. Regulator ini juga sangat mengurangi riple/riak pada output arus searah/DC. Regulator linier ini  saat ini, dapat melindungi catu daya/power supply dan rangkaian dari arus yang berlebih

SWITCHING REGULATOR

·         PERBEDAAN REGULATOR LINIER DENGAN SWITCHING REGULATOR

a)        Regulator Linier

Beberapa fungsi yang masuk dalam proses pengubahan daya AC ke DC adalah sebagai berikut: 

1.      Pengubahan Tegangan atau Voltase, berfungsi untuk mengubah tegangan listrik yang tersedia dari jaringan distribusi transmisi listrik ke level yang diinginkan

2.      Penyearah, sebagai pengubah arah tegangan atau voltase dari AC ke DC

3.      Filter atau penyaring, bertugas sebagai pembersih gelombang keluaran dari riak (ripple) yang berasal dari proses penyearahan

Pengaturan (regulation), bertujuan untuk mengendalikan tegangan keluaran sehingga menjadi stabil walaupun terjadi variasi atau perubahan pada suhu, beban, maupun tegangan masukan dari jaringan transmisi listrik

b)        Regulator Switching

Power Supply tipe switching menjadi semakin populer pemakaiannya karena tipe ini memberikan penyediaan daya DC yang efisiensi dan densitas dayanya sangat tinggi dibandingkan dengan tipe linier. Untuk lebih jelasnya, beberapa perbandingan antara kedua tipe tersebut dapat dilihat pada Tabel 1. 

Spesifikasi	Tipe Linier	Tipe Switching
Pengaturan Beban (Load regulation) Variasi Gelombang Keluaran (Output Ripple) Variasi Voltase masukan (Input Voltage Range) Efisiensi Densitas Daya (Power Density) Waktu Peralihan (Transient Recovery)	0.02-0.01% 0.5-2 mV rms +/- 10% 40-55% 0.5 W/in^3 50 usec	0.1-1.0% 25-100 mV p-p +/- 50% 60-80% 2.3 W/in^3 300 usec

Dari segi efisiensi, tipe linier tidak begitu baik, karena pada prosesnya hasil keluaran penyearah diturunkan tegangannya melalui pengatur linier (linear regulator), dan selisih antara tegangan yang masuk dan tegangan yang dihasilkan dibuang dalam bentuk panas. Akibat penyerapan panas (pembuangan energi) yang besar dalam proses tipe linier tersebut sehingga efisiensinya pun menjadi kecil.

Sedangkan pada tipe switching, perbaikan efisiensi dicapai dengan cara pengaturan medan magnet akibat selisih tegangan masukan dengan keluaran. Pengaturan yang dimaksud berhubungan dengan proses penyimpanan dan pembuangan energi magnet yang mana pada waktu komponen penyimpan energi magnet sampai pada titik energi tertentu, maka switch yang dipakai untuk mengirim daya ke sisi beban dimatikan (off state), dan komponen penyimpan energi magnet tadi kemudian mengambil alih tugas switch untuk mengirim daya yang tersimpan menuju ke sisi beban.

·         DESAIN SWITCHING REGULATOR.

Fungsi utama regulator tegangan adalah untuk memperoleh tegangan dc (direct current) murni pada keluaran catu daya, dimana besarnya tegangan dc keluaran dapat diatur sesuai kebutuhan beban. Suatu faktor penting pada catu tegangan (voltage supply) adalah besarnya perubahan pada tegangan dc keluaran diatas jangkauan (range) operasi rangkaian, Tegangan keluaran dari catu daya akan turun bila dipasang beban, besarnya perubahan tegangan ini dinyatakan sebagai Voltage Regulation (pengaturan tegangan).

Dengan regulator tegangan yang baik, diharapkan nilai tegangan keluaran catu daya tidak akan terpengaruh oleh perubahan beban RL dan tegangan masukan Vin. Bila nilai VR semakin kecil, dikatakan rangkaian regulator tegangan mempunyai pengaturan tegangan yang baik. Prinsip regulator switching, adalah digunakannya switch elektronik untuk regulasi tegangan keluaran.

a.      Tiga konsep dasar regulator switching :

1.      Step down converter (chopper converter/ buck converter)

2.      Step-up converter

3.      Voltage inverter

b.      Mode Operasi Switching Regulator.

Ada 2 mode operasi :

1.      Discontinuous mode

Arus induktor nol selama bagian akhir tiap siklus. Selama “switch on” arus naik dari nol dan terjadi penyimpanan energi. Kemudian pada “switch off”, energi yang disimpan ditransfer ke beban. Pada saat “switch on”, arus pada L naik dari nol menuju harga puncak. Arus induktor mengalir dari input dan disimpan di L. Pada saat “switch off”, tegangan induktor reverse dan energi yang disimpan pada L memaksa arus mengalir melalui dioda ke beban, arus L akan turun secara linear menuju nol.

2.      Continuous mode

Arus induktor L tidak akan pernah mencapai nilai nol, selama semua bagian siklus switching. Selama switch “on”, arus induksi IL naik dari harga awal (mula) hingga mencapai harga tertinggi. Arus IL diambil dari sumber input. Selama switch “off”, dioda konduksi menyebabkan energi mengalir ke beban, arus pada dioda ID tidak pernah mencapai “nol”.

c.       Rangkaian Switching Regulator Yang Dikontrol Oleh Pulsa-pulsa PWM.

PWM (Pulse Width Modulation) atau modulasi lebar pulsa, adalah jenis modulasi, dimana dengan adanya modulasi, lebar pulsa keluaran modulator berubah-ubah sebanding dengan besarnya tegangan sinyal pemodulasi. Apabila tegangan pemodulasi naik, maka lebar pulsa keluran menyempit (frekuensi membesar). Bila tegangan output EO berubah, maka lebar pulsa keluaran PWM akan berubah sesuai besar tegangan masukan. Karena lebar pulsa berubah, maka switching time akan berubah pula sehingga tegangan akan teregulasi (menuju tegangan konstan/ fixed).

Gambar. Rangkaian regulator switching yang dikontrol oleh pulsa PWM.

LOW PASS FILTER

2.3  Low Pass Filter

Low pass filter (Filter lolos Rendah) adalah filter yang hanya melewatkan frekuensi yang lebih rendah dari frekuensi cut-off (f_c). Diatas frekuensi tersebut, outputnya mengecil (idealnya tidak ada).

Filter ini juga berfungsi untuk menghilangkan high frequency nosie, seperti thermal noise dan shot noise. Filter ini biasanya digunakan pada instrumen yg merekam low frequency analytical signals (contohnya adalah alat rekam detak jantung).

Gambar 5. Low Pass Filter

           

Gambar 6. Contoh Hasil Low Pass Filter

2.3.1        Low Pass Filter dalam Komponen Pasif Elektronik

Pada rangakaian ini, dalam merancang filter digunakan komponen pasif yaitu tahanan, kapasitor dan induktor. Akan tetapi dalam pembuatannya seringkali dihindari penggunaan induktor, utamanya karena ukurannya yang besar. Sehingga umumnya hanya menggunakan komponen tahanan (R) dan kapasitor (C) saja.

Gambar 7. Rangkaian Low pass filter Komponen  Pasif Elektronik

Pada rangkaian pasif ini hampir sama dengan pembagi tegangan dari dua buah hambatah seri, dengan penghitungan besar Vout seperti pada gambar di atas. Dengan menganbil nilai  diperoleh penguatannya sebesar -3dB (berkurang 3 dB), dan pada saat frekuensi ini dikenal sebagai frekuensi cut-off.

2.3.2        Low Pass Filter dalam Komponen Aktif Elektronik

Gambar 8. Rangkaian Low pass filter Komponen  Aktif Elektronik

Untuk rangkaian aktif dilengkapi dengan transistor atau op-amp selain menggunakan tahan dan kapasitor. Dengan  dan  .

Untuk Low pass filter:

-         Frekuensi rendah (f<<) Gain = 0 dB

-         Frekuensi tinggi (f>>) Gain =  atau G=-20 log ωRC.

Dari persamaan ini kurva G vs log f menunjukkan kurva linier dengan slope -6 dB/oktaf (-20 dB/dekade).

Gambar 9. Rolloff Filter Dengan Order Berbeda-Beda

Oktaf memiliki arti menggandakan atau membagi dua suatu frekuensi. Sedangkan dekade adalah sepuluh kali atau sepersepuluh kali suatu frekuensi.

Kemiringan atau gradien garis pada stop band dinamakan sebagai rolloff atau falloff dan didefinisikan berdasarkan order (tingkatan) penapis sebagai berikut:

·        Untuk low pass filter orde pertama rolloff-nya -6 dB/oktaf atau -20 dB/dekade.

·        Untuk orde kedua rolloff-nya -12 dB/oktaf atau -40 dB/dekade.

·        Pada orde ketiga rolloff-nya -18 dB/oktaf atau -60 dB/dekade.

Pada gambar di atas terlihat bahwa dengan menaikkan order dari Low pass filter akan menaikkan rolloff-nya. Secara alami, filter dengan order tak berhingga memiliki tanggap yang terbaik.

2.4   Proses Filter

Rangkaian proses aplikasi filter yaitu untuk mendapatkan hasil output Y, dilakukan filter pada fungsi f(x). Dengan menggunakan filter dengan fungsi g(x) dan meng-konvolusi f(x) dengan g(x) akan diperoleh outputnya dengan perumusan konvolusi.

           

Untuk konvolusi pada fungsi diskrit, didefinisikan dengan:

Didalam pengolahan data seismik band pass filter lebih umum digunakan karena biasanya gelombang seismik terpengaruh noise frekuensi rendah  dan noise frekuensi tinggi.

Dibawah ini ditampilkan gambar perlakuan Low pass, High pass dan Band pass filter pada sinyal seismik baik dalam kawasan waktu (time domain) maupun frekuensi domain (frequency domain).

Gambar 10. Hasil Perlakuan Pada Sinyal Dengan Filter Berbeda-beda

 

BANDPASS FILTER

1.      Pengertian Bandpass Filter

          Bandpass filter (BPF) adalah rangkaian yang melewatkan frekuensi pada daerah tertentu di antara frekuensi cut-off pertama dan frekuensi cut-off kedua dan meredam frekuensi di luar daerah tersebut. Selain itu Bandpass filter merupakan sebuah rangkaian yang dirancang untuk melewatkan frekuensi dalam batasan tertentu dan menolak frekuensi lain diluar frekuensi yang dikehendaki. Dan Bandpass filter merupakan gabungan antara highpass dan lowpass filter. Filter band pass akan meneruskan sinyal-sinyal dengan frekuensi antara (median frequency) dan menahan frekuensi di bawah dan di atas median tersebut.

2.      Resonansi Band Pass Filter

Series Resonant Band-Pass Filter

Series resonant circuit memilki impedansi minimum dan arus minimum pada frekuensi resonansi fr. Kebanyakan voltase input jatuh melewati resistor di frekuensi resonansi. Kemudian, output yang melewati R mempunyai sebuah karakteristik band-pass dengan output maksimum pada frekuensi resonansi. Frekuensi resonansi ini disebut dengan frekuensi tengah, f0. Bandwidth dibagi oleh circuit Q.

Parallel Resonant Band-Pass Filter

Parallel resonant circuit memiliki impedansi maksimum pada resonansi. Pada resonansi, impedansi pada yang terdapat pada tank, lebih besar daripada resistant. Paling banyak input voltage melewati tank, menghasilkan sebuah output maksimum pada frekuensi resonant.

3.      Pasif Band Pass Filter

Tidak seperti low pass filter yang hanya melewatkan sinyal dari rentang frekuensi rendah atau filter high pass yang melewati sinyal dari rentang frekuensi yang lebih tinggi, sebuah Band Pass Filter melewati sinyal dalam tertentu "band" atau "spread" frekuensi tanpa distorsi input sinyal atau memasukkan gangguan tambahan. Ini band frekuensi dapat lebar apapun dan umumnya dikenal sebagai Bandwidth filter.

Bandwidth biasanya didefinisikan sebagai rentang frekuensi yang ada antara dua frekuensi yang ditentukan titik cut-off (ƒc), yang 3dB bawah pusat maksimum atau puncak resonansi sementara pelemahan atau melemahkan yang lain di luar dua titik tersebut.

Ideal Band Pass Filter juga dapat digunakan untuk mengisolasi atau menyaring frekuensi tertentu yang terletak dalam sebuah band tertentu frekuensi, misalnya, penghapusan noise. Band pass filter yang dikenal secara umum sebagai orde kedua filter, (dua kutub) karena mereka memiliki "dua" komponen reaktif, kapasitor, dalam desain sirkuit mereka. Salah satu kapasitor dalam rangkaian low pass dan kapasitor lain dalam rangkaian high pass.

Sebuah band pass filter dianggap sebagai orde kedua (dua kutub) jenis penyaring karena memiliki "dua" komponen reaktif dalam struktur sirkuit. Lebar band pass filter dapat dikendalikan oleh posisi dua titik cut-off frekuensi dari dua filter.

4.      Aktif Band Pass Filter

Aktif Band Pass Filter sedikit berbeda dalam bahwa itu adalah frekuensi rangkaian filter selektif yang digunakan dalam sistem elektronik untuk memisahkan sinyal pada satu frekuensi tertentu, atau berbagai sinyal yang terletak dalam tertentu "band" frekuensi dari sinyal di semua frekuensi lain . Band ini atau rentang frekuensi diatur antara dua cut-off atau frekuensi sudut poin berlabel "frekuensi yang lebih rendah" (ƒL) dan "frekuensi yang lebih tinggi" (ƒH) sementara pelemahan setiap sinyal luar dari dua titik tersebut.

Simple Active Band Pass Filter dapat dengan mudah dibuat oleh cascading bersama satu Low Pass Filter dengan satu High Pass Filter seperti yang ditunjukkan.

Cut-off atau sudut frekuensi low pass filter (LPF) lebih tinggi dari frekuensi cut-off dari high pass filter (HPF) dan perbedaan antara frekuensi pada titik 3dB akan menentukan "bandwidth" dari Band pass filter sementara pelemahan setiap sinyal luar dari titik-titik ini. Salah satu cara untuk membuat sangat sederhana Active Band Pass Filter adalah untuk menghubungkan pasif filter tinggi dan rendah lulus dasar kita melihat sebelumnya ke memperkuat rangkaian op-amp seperti yang ditunjukkan.

Cascading bersama yang rendah dan tinggi melewati filter pasif individu menghasilkan "Q-faktor" rendah sirkuit jenis filter yang telah lolos pita lebar. Tahap pertama dari filter akan menjadi tahap lolos tinggi yang menggunakan kapasitor untuk memblokir setiap biasing DC dari sumber. Desain ini memiliki keuntungan menghasilkan band pass respon frekuensi asimetris relatif datar dengan satu setengah mewakili respon low pass dan setengah lainnya merupakan respon high pass seperti yang ditunjukkan.

Semakin tinggi titik sudut (ƒH) serta rendah frekuensi sudut cut-off point (ƒL) dihitung sama seperti sebelumnya di urutan pertama sirkuit low dan high pass filter standar. Jelas, pemisahan wajar diperlukan antara dua cut-off point untuk mencegah interaksi antara low pass dan high pass tahap. Penguat juga menyediakan isolasi antara dua tahap dan mendefinisikan gain tegangan keseluruhan rangkaian.

Sementara rangkaian filter pasif disetel di atas akan bekerja sebagai band pass filter, band pass (bandwidth) dapat cukup lebar dan ini mungkin menjadi masalah jika kita ingin mengisolasi sekelompok kecil frekuensi. Aktif band pass filter juga bisa dibuat dengan menggunakan pembalik penguat operasional. Jadi dengan mengatur kembali posisi dari resistor dan kapasitor dalam filter kita dapat menghasilkan rangkaian filter yang jauh lebih baik seperti yang ditunjukkan di bawah ini. Untuk band pass filter aktif, semakin rendah cut-off 3dB titik diberikan oleh ƒC2 sementara cut-off atas 3dB titik diberikan oleh ƒC1.

Jenis band pass filter ini dirancang untuk memiliki band lolos jauh lebih sempit. Pusat frekuensi dan bandwidth filter adalah terkait dengan nilai-nilai R1, R2, C1 dan C2. Output dari filter ini lagi diambil dari output dari op-amp.

Beberapa Umpan Band Pass Filter Aktif

Kita dapat meningkatkan respon band pass dari rangkaian di atas dengan menata ulang komponen lagi untuk menghasilkan penguatan tak terbatas multiple-umpan balik (IGMF) band pass filter. Jenis aktif desain band pass menghasilkan rangkaian berbasis di sekitar filter aktif umpan balik negatif memberikan tinggi "Q-factor" (hingga 25) respon amplitudo dan curam roll-off di kedua sisi frekuensi pusatnya. Karena respon frekuensi dari rangkaian tersebut adalah mirip dengan sirkuit resonansi, frekuensi tengah ini disebut sebagai frekuensi resonansi, (ƒr).

Rangkaian band pass filter aktif ini menggunakan keuntungan penuh dari penguat operasional, dengan beberapa umpan balik negatif diterapkan melalui resistor, R2 dan kapasitor C2.

SENSOR ELEKTRONIK

1.      Klasifikasi Sensor

Secara umum berdasarkan fungsi dan penggunaannya sensor dapat dikelompokan menjadi 3 bagian yaitu:

 a.   sensor thermal (panas)

 b.   sensor mekanis

 c.   sensor optik (cahaya)

Sensor thermal adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi gejala perubahan panas/temperature/suhu pada suatu dimensi benda atau dimensi ruang tertentu. Contohnya; bimetal, termistor, termokopel, RTD, photo transistor, photo dioda, photo multiplier, photovoltaik, infrared pyrometer, hygrometer, dsb.

Sensor mekanis adalah sensor yang mendeteksi perubahan gerak mekanis, seperti perpindahan atau pergeseran atau posisi, gerak lurus dan melingkar, tekanan, aliran, level dsb. Contoh;  strain gage, linear variable deferential transformer (LVDT), proximity, potensiometer, load cell, bourdon tube, dsb.

Sensor optic atau cahaya adalah sensor yang mendeteksi perubahan cahaya dari sumber cahaya, pantulan cahaya ataupun bias cahaya yang mengernai benda atau ruangan. Contoh;  photo cell, photo transistor, photo diode, photo voltaic, photo multiplier, pyrometer optic, dsb.

Tabel 1. Kelompok Transduser

Parameter listrik dan kelas transduser	Prinsip kerja dan sifat alat	Pemakaian alat
Transduser Pasif
Potensiometer	Perubahan nilai tahanan karena posisi kontak bergeser	Tekanan, pergeseran/posisi
Strain gage	Perubahan nilai tahanan akibat perubahan panjang kawat oleh tekanan dari luar	Gaya, torsi, posisi
Transformator selisih (LVDT)	Tegangan selisih dua kumparan primer akibat pergeseran inti trafo	Tekanan, gaya, pergeseran
Gage arus pusar	Perubahan induktansi kumparan akibat perubahan jarak plat	Pergeseran, ketebalan
Transduser Aktif
Sel fotoemisif	Emisi elektron akibat radiasi yang masuk pada permukaan fotemisif	Cahaya dan radiasi
Photomultiplier	Emisi elektron sekunder akibat radiasi yang masuk ke katoda sensitif cahaya	Cahaya, radiasi dan relay sensitif cahaya
Termokopel	Pembangkitan ggl pada titik sambung dua logam yang berbeda akibat dipanasi	Temperatur, aliran panas, radiasi
Generator kumparan putar (tachogenerator)	Perputaran sebuah kumparan di dalam medan magnit yang membangkitkan tegangan	Kecepatan, getaran
Piezoelektrik	Pembangkitan ggl bahan kristal piezo akibat gaya dari luar	Suara, getaran, percepatan, tekanan
Sel foto tegangan	Terbangkitnya tegangan pada sel foto akibat rangsangan energi dari luar	Cahaya matahari
Termometer tahanan (RTD)	Perubahan nilai tahanan kawat akibat perubahan temperatur	Temperatur, panas
Hygrometer tahanan	Tahanan sebuah strip konduktif berubah terhadap kandungan uap air	Kelembaban relatif
Termistor (NTC)	Penurunan nilai tahanan logam akibat kenaikan temperatur	Temperatur
Mikropon kapasitor	Tekanan suara mengubah nilai kapasitansi dua buah plat	Suara, musik,derau
Pengukuran reluktansi	Reluktansi rangkaian magnetik diubah dengan mengubah posisi inti besi sebuah kumparan	Tekanan, pergeseran, getaran, posisi

      Sumber: William D.C, (1993)

2.      Sensor Thermal (Suhu)

a.      Bimetal

Bimetal adalah sensor temperatur yang sangat populer digunakan karena kesederhanaan yang dimilikinya. Bimetal biasa dijumpai pada alat strika listrik dan lampu kelap-kelip (dimmer). Bimetal adalah sensor suhu yang terbuat dari dua buah lempengan logam yang berbeda koefisien muainya (α) yang  direkatkan menjadi satu.

Gambar 2. Kontruksi Bimetal

b.      Termistor

Termistor atau tahanan thermal adalah alat semikonduktor yang berkelakuan sebagai tahanan dengan koefisien tahanan temperatur yang tinggi, yang biasanya negatif. Umumnya tahanan termistor pada temperatur ruang dapat berkurang 6%  untuk setiap kenaikan temperatur sebesar 1^oC. Kepekaan yang tinggi terhadap perubahan temperatur ini membuat termistor sangat sesuai untuk pengukuran, pengontrolan dan kompensasi temperatur secara presisi.

Dalam operasinya termistor memanfaatkan perubahan resistivitas terhadap temperatur, dan umumnya nilai tahanannya turun terhadap temperatur secara eksponensial untuk jenis NTC ( Negative Thermal Coeffisien).

Gambar 3. Konfigurasi Thermistor: (a) coated-bead (b) disk

(c) dioda case dan (d) thin-film

c.       Resistance Thermal Detector (RTD)

RTD adalah salah satu dari beberapa jenis sensor suhu yang sering digunakan. RTD dibuat dari bahan kawat tahan korosi, kawat tersebut dililitkan pada bahan keramik isolator. Bahan tersebut antara lain; platina, emas, perak, nikel dan tembaga, dan yang terbaik adalah bahan platina karena dapat digunakan menyensor suhu sampai 1500^o C. Tembaga dapat digunakan untuk sensor suhu yang lebih rendah dan lebih murah, tetapi tembaga mudah terserang korosi.

d.      Termokopel

Pembuatan termokopel didasarkan atas sifat thermal bahan logam. Jika sebuah batang logam dipanaskan pada salah satu ujungnya maka pada ujung tersebut elektron-elektron dalam logam akan bergerak semakin aktif dan akan menempati ruang yang semakin luas, elektron-elektron saling desak dan bergerak ke arah ujung batang yang tidak dipanaskan. Dengan demikian pada ujung batang yang dipanaskan akan terjadi muatan positif.

e.      Infrared Pyrometer

 Sensor inframerah dapat pula digunakan untuk sensor temperatur. Memfaatkan perubahan panas antara cahaya yang dipancarkan dengan diterima yang diterima pyrometer terhadap objek yang di deteksi.

Gambar 7. Infrared Pyrometer sebagai sensor temperatur

3.      Sensor Mekanik

a.      Potensiometer

Potensiometer yang tersedia di pasaran terdiri dari beberapa jenis, yaitu: potensiometer karbon, potensiometer wire wound dan potensiometer metal film.

1.      Potensiometer karbon adalah potensiometer yang terbuat dari bahan karbon harganya cukup murah akan tetapi kepressian potensiometer ini sangat rendah biasanya harga resistansi akan sangat mudah berubah akibat pergeseran kontak.

2.      Potensiometer gulungan kawat (wire wound) adalah potensiometer yang menggunakan gulungan kawat nikelin yang sangat kecil ukuran penampangnya. Ketelitian dari potensiometer jenis ini tergantung dari ukuran kawat yang digunakan serta kerapihan penggulungannya.

3.      Metal film adalah potensiometer yang menggunakan bahan metal yang dilapiskan ke bahan isolator

4.      Sensor Cahaya

Elemen-elemen sensitive cahaya merupakan alat terandalkan untuk mendeteksi energi cahaya. Alat ini melebihi sensitivitas mata manusia terhadap semua spectrum warna dan juga bekerja dalam daerah-daerah ultraviolet dan infra merah. Energi cahaya bila diolah dengan cara yang tepat akan dapat dimanfaatkan secara maksimal untuk teknik pengukuran, teknik pengontrolan dan teknik kompensasi.

a.      Photo Semikonduktor (Foto Dioda)

Divais photo semikonduktor memanfaatkan efek kuantum pada junction, energi yang diterima oleh elektron yang memungkinkan elektron pindah dari band valensi ke band konduksi pada kondisi bias mundur.

Bila semikonduktor jenis N disinari cahaya, maka elektron yang tidak terikat pada struktur kristal akan mudah lepas. Kemudian bila dihubungkan semikonduktor jenis P dan jenis N dan kemudian disinari cahaya, maka akan terjadi beda tegangan diantara kedua bahan tersebut. Beda potensial pada bahan ilikon umumnya berkisar antara 0,6 volt sampai 0,8 volt.

b.      Photo Transistor

Sama halnya dioda foto, maka transistor foto juga dapat dibuat sebagai sensor cahaya. Teknis yang baik adalah dengan menggabungkan dioda foto dengan transistor foto dalam satu rangkain.

–        Karakteristik transistor foto yaitu hubungan arus, tegangan dan intensitas foto

–        Kombinasi dioda foto dan transistor dalam satu chip

–       Transistor sebagai penguat arus

–       Linieritas dan respons frekuensi tidak sebaik dioda foto

c.       Photosel

Foto sel ini didalamnya terdapat LDR (Light Dependent Resistor), komponen inilah sensor utama yang dapat digunakan untuk memberi perintah mati-nyala lampu.

–        Konduktansi sebagai fungsi intensitas cahaya masuk

–        Resistansi berkisar dari 10MW (gelap) hingga 10W (terang)

–        Waktu respons lambat hingga 10ms

–        Sensitivitas dan stabilitas tidak sebaik dioda foto

–        Untuk ukuran besar lebih murah dari sel fotovoltaik

–        Digunakan karena biaya murah.

DOWNLOAD FILE INI SELENGKAPNYA DISINI

Terima Kasih Anda Telah Membaca Artikel
Judul: RESUME MATERI ELEKTRONIKA ANALOG
Ditulis Oleh Handi
Berikanlah saran dan kritik atas artikel ini. Salam blogger, Terima kasih