chapter 13 (13.40 , 13.41)

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

1. Pendahuluan [Kembali]

Integrated Circuits (ICs) adalah komponen elektronik yang menggabungkan sejumlah besar elemen elektronik, seperti transistor, resistor, dan kapasitor, dalam satu chip kecil untuk menjalankan fungsi tertentu. Berdasarkan fungsinya,

IC dapat dibagi menjadi dua kategori utama:

Linear ICs berfungsi dalam rangkaian analog yang menghasilkan sinyal kontinu dan linier. Contoh dari linear ICs adalah Operational Amplifiers (Op-Amps), Voltage Regulators, Oscillators, dan Voltage Comparators. Sinyal yang dihasilkan atau diproses oleh Linear IC bersifat kontinu dan tidak terputus.
Digital ICs berfungsi dalam rangkaian digital yang beroperasi dengan sinyal biner (0 dan 1). Digital ICs digunakan untuk mengatur logika, menghitung, dan mengolah sinyal yang berupa data dalam bentuk diskrit. Contoh dari Digital ICs adalah Logic Gates (AND, OR, NOT), Flip-Flops, Counters, dan Microcontrollers.

Perkembangan IC, baik linear maupun digital, memungkinkan pembuatan perangkat elektronik dengan fungsi yang semakin kompleks, namun tetap efisien dan ringkas. Praktikum ini bertujuan untuk mempelajari dan mengimplementasikan aplikasi dari Linear-Digital ICs dalam berbagai rangkaian dan sistem.

2. Tujuan [Kembali]

Mempelajari prinsip kerja Linear dan Digital ICs, serta perbedaan karakteristik keduanya.
Mengidentifikasi aplikasi dari Linear ICs, seperti Op-Amp dalam penguatan sinyal analog, dan Digital ICs dalam sistem logika.
Membuat rangkaian sederhana menggunakan Linear ICs dan Digital ICs untuk memahami aplikasinya dalam dunia elektronika.
Melakukan pengukuran dan pengamatan pada sinyal output dari rangkaian yang menggunakan Linear dan Digital ICs untuk menguji kinerja dan fungsinya.
Mengembangkan pemahaman tentang interaksi antara Linear dan Digital ICs dalam sistem elektronika yang kompleks.

3. Alat dan Bahan [Kembali]

1. Software Proteus

Proteus adalah perangkat lunak simulasi elektronik yang digunakan untuk merancang, menguji, dan memvisualisasikan rangkaian elektronik secara virtual. Software ini mendukung simulasi berbagai komponen, termasuk mikrokontroler, sehingga memudahkan pengguna dalam merancang dan menguji sistem tanpa perlu merakitnya secara fisik terlebih dahulu.

2. Power Supply

Power supply adalah perangkat yang menyediakan daya listrik untuk rangkaian atau sistem elektronik. Fungsinya adalah mengubah sumber daya listrik, seperti listrik AC dari jaringan listrik, menjadi tegangan DC (arus searah) yang dibutuhkan oleh komponen elektronik dalam perangkat. Power supply juga dapat mengatur tegangan dan arus untuk memastikan bahwa perangkat menerima daya yang stabil dan sesuai dengan kebutuhan operasionalnya.

3. Op-Amp

Op-amp adalah suatu komponen elektronik analog yang berfungsi sebagai penguat tegangan. Komponen ini memiliki dua terminal input, yaitu inverting input (-) dan non-inverting input (+), serta satu terminal output.

4. UJT

UJT (Uni Junction Transistor) adalah jenis transistor yang memiliki satu sambungan (junction) dan digunakan terutama sebagai elemen pemicu (trigger) dalam rangkaian elektronik. UJT memiliki tiga terminal, yaitu emitor (E), basis 1 (B1), dan basis 2 (B2). Tidak seperti transistor biasa, UJT tidak digunakan untuk penguatan sinyal, melainkan untuk menghasilkan pulsa atau sebagai sakelar dalam rangkaian seperti osilator, rangkaian pewaktu (timer), dan pemicu SCR (Silicon Controlled Rectifier). UJT terkenal karena konsumsi dayanya yang rendah, kestabilan pulsa yang baik, dan kesederhanaan dalam rangkaian pemicu.

5. Transistor

Transistor adalah komponen elektronik yang berfungsi sebagai penguat sinyal atau sakelar listrik. Transistor dapat mengontrol aliran arus listrik dalam rangkaian, memungkinkan untuk memperkuat sinyal listrik atau mengalihkan aliran arus sesuai kebutuhan. Biasanya digunakan dalam perangkat elektronik seperti radio, komputer, dan telepon untuk berbagai fungsi seperti pemrosesan sinyal dan pengaturan daya.

6. Resistor

Resistor adalah komponen elektronik pasif yang berfungsi untuk menghambat aliran arus listrik dalam suatu rangkaian. Nilai hambatan pada resistor dinyatakan dalam satuan ohm (Ω). Resistor digunakan untuk mengatur arus, membagi tegangan, serta melindungi komponen lain dari arus berlebih.

7. Kapasitor

Kapasitor adalah komponen elektronik yang berfungsi menyimpan dan melepaskan muatan listrik dalam jangka waktu singkat. Komponen ini terdiri dari dua pelat konduktor yang dipisahkan oleh bahan isolator (dielektrik). Dalam rangkaian elektronik, kapasitor digunakan untuk berbagai keperluan seperti menyaring sinyal, menstabilkan tegangan, menghilangkan gangguan (noise), dan mengatur waktu dalam rangkaian osilator atau timer.

8. Probe Voltage

Probe voltage adalah alat ukur virtual yang digunakan dalam simulasi rangkaian elektronik untuk mengamati atau memantau nilai tegangan pada titik tertentu. Alat ini berfungsi tanpa memengaruhi jalannya rangkaian dan umumnya digunakan dalam perangkat lunak simulasi seperti Proteus. Probe voltage memungkinkan pengguna melihat perubahan tegangan secara langsung selama simulasi, baik dalam bentuk angka maupun grafik, sehingga memudahkan analisis dan evaluasi kinerja rangkaian.

9. Oscilloscope

Osiloskop adalah alat ukur elektronik yang digunakan untuk menampilkan dan menganalisis bentuk gelombang sinyal listrik. Alat ini bekerja dengan memetakan tegangan sinyal terhadap waktu pada layar, sehingga pengguna bisa melihat bagaimana sinyal berubah seiring waktu. Osiloskop sangat berguna untuk mengamati karakteristik sinyal seperti frekuensi, amplitudo, bentuk gelombang, serta gangguan atau noise. Osiloskop banyak digunakan di laboratorium, bidang teknik elektro, servis elektronik, dan penelitian karena kemampuannya memberikan gambaran visual yang akurat tentang perilaku sinyal listrik dalam suatu rangkaian.

10. Signal Generator

Signal generator adalah alat yang menghasilkan berbagai jenis sinyal listrik, seperti gelombang sinusoidal, kotak, atau segitiga, dengan frekuensi dan amplitudo yang dapat diatur. Alat ini digunakan untuk menguji, mengkalibrasi, dan mensimulasikan perangkat elektronik dalam berbagai aplikasi, termasuk riset, pengembangan, dan pengujian sistem komunikasi serta rangkaian elektronik.

11. Ground

Ground dalam elektronik adalah titik referensi tegangan dalam suatu rangkaian, biasanya dianggap memiliki tegangan nol volt. Ground berfungsi sebagai jalur kembali arus listrik dan sebagai acuan untuk mengukur tegangan komponen lain dalam rangkaian.

4. Dasar Teori [Kembali]

CHAPTER 13: LINEAR-DIGITAL ICS

Chapter 13 memperkenalkan sirkuit terintegrasi (IC) yang menggabungkan fungsi analog dan digital. Fokus utama pada komparator, konverter analog-ke-digital (ADC), konverter digital-ke-analog (DAC), dan aplikasi IC linier seperti zero-crossing detector.

Komparator dijelaskan sebagai Op-Amp yang bekerja tanpa feedback, menghasilkan output digital (HIGH/LOW) berdasarkan perbandingan dua tegangan input. Aplikasinya mencakup deteksi level tegangan dan zero-crossing detector (seperti pada diskusi awal tentang IC 311).

Bagian konverter data membahas prinsip kerja:

DAC: Mengubah sinyal digital (biner) ke analog menggunakan jaringan resistor berbobot atau *R-2R ladder*. Parameter kunci meliputi resolusi (bit) dan settling time.
ADC: Proses sebaliknya, dengan teknik seperti successive approximation dan flash conversion. Faktor akurasi dan kecepatan sampel menjadi pertimbangan utama.

Chapter ini juga menyentuh IC timer (555) dan aplikasinya sebagai multivibrator (astabil/monostabil), serta PLL (Phase-Locked Loop) untuk sinkronisasi frekuensi. Contoh penerapan mencakup sistem akuisisi data, komunikasi digital, dan kontrol presisi.

5. Prinsip Kerja [Kembali]

Prinsip Kerja Fig. 13.40

Pada Gambar 13.40, digunakan op-amp 741 sebagai komparator:

Input inverting (−) diberi sinyal AC (misalnya sinusoidal),
Input non-inverting (+) dihubungkan ke ground (0 V) sebagai tegangan referensi,
Op-amp disuplai dengan ±12 V.

Cara kerjanya:

Saat tegangan input sinus berada di bawah 0 V (lebih negatif dari referensi), output op-amp akan naik ke +12 V (positif saturasi).
Saat tegangan input sinus melewati 0 V ke atas (lebih positif dari referensi), output akan turun ke −12 V (negatif saturasi).

Dengan kata lain, komparator ini bertindak sebagai detektor nol (zero-crossing detector), mengubah bentuk sinusoidal menjadi sinyal digital kotak.

Prinsip Kerja Fig. 13.41

Pada Gambar 13.41, digunakan op-amp (atau komparator seperti LM311/LM339) dengan:

Input non-inverting (+) diberi sinyal sinusoidal,
Input inverting (−) dihubungkan ke ground (0 V) sebagai referensi,
Output dihubungkan ke +5 V melalui resistor pull-up 1 kΩ.

Cara kerjanya:

Saat tegangan input (+) lebih besar dari 0 V, output transistor internal komparator terbuka (open-collector), dan output ditarik ke +5 V → level logika tinggi.
Saat tegangan input (+) lebih kecil dari 0 V, transistor internal aktif (saturasi), dan output ditarik ke ground → level logika rendah.

Hasilnya adalah gelombang kotak logika (0 V dan +5 V), cocok untuk antarmuka digital.

6. Ringkasan [Kembali]

13.40 – Komparator dengan Input Inverting (−)

Komparator ini menggunakan op-amp 741 yang menerima input sinusoidal pada terminal inverting (−), sedangkan terminal non-inverting (+) dihubungkan ke ground sebagai referensi. Ketika sinyal input lebih kecil dari 0 V, output menjadi tegangan tinggi (+12 V). Sebaliknya, ketika sinyal input lebih besar dari 0 V, output turun ke tegangan rendah (−12 V). Hasilnya adalah gelombang persegi berdasarkan titik nol sinyal input.

Karakteristik:

Input AC ke terminal (−), referensi 0 V ke terminal (+).
Output: +12 V saat input < 0 V, −12 V saat input > 0 V.
Fungsi: Zero-crossing detector.

Aplikasi:

Konversi sinyal AC ke bentuk digital.
Deteksi perubahan polaritas.
Sistem sensor analog dasar.

13.41 – Komparator dengan Input Non-inverting (+)

Pada konfigurasi ini, input sinusoidal diberikan ke terminal non-inverting (+), dan terminal inverting (−) tetap pada ground. Output dikendalikan oleh transistor internal komparator (seperti LM311/LM339) yang dihubungkan ke +5 V melalui resistor pull-up 1 kΩ. Saat input > 0 V, output menjadi logika tinggi (+5 V). Saat input < 0 V, transistor aktif dan output ditarik ke 0 V.

Karakteristik:

Input AC ke terminal (+), referensi 0 V ke terminal (−).
Output: 0 V atau +5 V (logika digital) tergantung input.
Cocok untuk antarmuka digital atau mikrokontroler.

Aplikasi:

Deteksi level sinyal analog terhadap ambang 0 V.
Konversi sinyal analog ke sinyal digital.
Interfacing sensor ke sistem logika digital.

7. Soal Latihan [Kembali]

EXAMPLE

Example 1

Example 2

Example 3

PROBLEM

1. Pada rangkaian op-amp non-inverting dengan Rf=10kΩ, R1=2kΩ, berapa penguatannya?

Jawaban:

2. Untuk mendapatkan penguatan 6x dari sinyal input 200 mV, danR1=2kΩ, berapa Rf?

Jawaban:

3. Tentukan tegangan output Vo dari rangkaian tersebut!

Jawaban:

PILIHAN GANDA

Fig. 13.40 (741 Op-Amp Comparator)

1. Apa fungsi utama dari rangkaian pada Fig. 13.40?
A. Penguat sinyal AC
B. Penyearah gelombang
C. Komparator untuk mendeteksi perbedaan tegangan input
D. Filter low-pass
Jawaban: C

Penjelasan: Rangkaian ini menggunakan op-amp 741 sebagai komparator, bukan sebagai penguat. Fungsinya membandingkan dua tegangan input (pada input + dan −) dan menghasilkan output tinggi atau rendah tergantung mana yang lebih besar.

2. Jika input sinusoidal masuk ke terminal inverting (−), dan input non-inverting (+) dihubungkan ke 0 V, bagaimana bentuk output?
A. Sinusoidal teredam
B. Gelombang persegi tergantung crossing sinus terhadap 0 V
C. DC konstan
D. Gelombang segitiga
Jawaban: B

Penjelasan: Karena tegangan referensi (pada +) adalah 0 V, maka saat input sinusoidal (pada −) naik melewati 0 V, output akan berubah dari positif ke negatif (dan sebaliknya). Ini menghasilkan gelombang persegi (square wave) tergantung titik crossing dari input sinus.

3. Apa akibat jika amplitudo input sinus lebih kecil dari tegangan referensi pada input non-inverting?
A. Output tetap tinggi
B. Output tetap rendah
C. Output berubah-ubah
D. Tidak ada output
Jawaban: B

Penjelasan: Jika input sinus tidak pernah melebihi tegangan referensi (0 V pada input +), maka input − selalu lebih kecil, sehingga output op-amp tetap negatif (low) sepanjang waktu. Maka output tidak pernah berubah (tetap di level rendah).

Fig. 13.41 (Comparator dengan pull-up resistor)

1. Mengapa digunakan resistor 1 kΩ yang terhubung ke +5V pada Fig. 13.41?
A. Untuk menghindari korsleting
B. Untuk membatasi arus ke input
C. Sebagai pull-up agar output tetap logika tinggi saat output open-collector tidak aktif
D. Sebagai beban untuk filter
Jawaban: C

Penjelasan: Rangkaian ini menggunakan komparator dengan output open-collector, yang tidak bisa mengeluarkan logika tinggi secara langsung. Oleh karena itu, resistor pull-up diperlukan untuk menarik output ke +5V saat transistor internal tidak aktif.

2. Jika tegangan pada terminal non-inverting (+) lebih besar dari pada terminal inverting (−), maka:
A. Output berada pada tegangan −5 V
B. Output terbuka (open collector) dan ditarik ke +5 V oleh resistor
C. Output dalam kondisi tidak pasti
D. Output menghasilkan gelombang sinus
Jawaban: B

Penjelasan: Saat tegangan (+) > (−), maka output transistor pada komparator tidak aktif (cut-off), sehingga output tidak dihubungkan ke ground. Akibatnya, resistor pull-up menarik output ke +5V → logika tinggi.

3. Karakteristik output dari komparator open-collector seperti pada Fig. 13.41 adalah:
A. Bisa langsung menghasilkan tegangan positif
B. Selalu menghasilkan tegangan negatif
C. Hanya bisa menarik arus ke ground (logika rendah) dan memerlukan resistor pull-up
D. Tidak membutuhkan resistor eksternal
Jawaban: C

Penjelasan: Output open-collector bersifat sink-only, artinya hanya bisa menarik arus ke bawah (ground) saat aktif. Saat tidak aktif, output “terbuka” (high impedance), sehingga perlu resistor pull-up untuk menghasilkan logika tinggi.

8. Percobaan [Kembali]

Fig 13.40