TUGAS AKHIR Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektro

VOLTAGE-CONTROLLED OSCILLATOR

DENGAN SINYAL

KELUARAN BERUPA GELOMBANG SINUS

TUGAS AKHIR

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Disusun oleh:

ARI DWIANTO NIM : 995114077

SINE WAVE OUTPUT

VOLTAGE-CONTROLLED OSCILLATOR

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fullfilment of the Requirements for the Degree of Sarjana Teknik

of Electrical Engineering Study Programme

By

ARI DWIANTO 995114077

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAMME DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

FACULTY OF ENGINEERING SANATA DHARMA UNIVERSITY

Untuk Bapak dan ibu yang tercinta

Untuk mas Iwan dan Erna, serta Mutiara dan Berlian

Untuk teman-temanku semua

“

masih ada waktu satu detik untuk mengubah keadaan

”

“I don’t w anna be a pr oduct of my envir onment.

I w ant my envir onment to be the pr oduct of me”

- The Depar ted -

“Seor ang laki-laki har us memilih jalannya sendir i.

Tak ada yang member ikannya padamu.

Kau har us memilih sendir i”

INTI SARI

Kunci dari sebuah voltage–controlled oscillator adalah kelinieran frekuensi dengan mengubah masukan tegangan kontrol. Alat ini pada dasarnya mengubah tegangan menjadi frekuensi, yaitu mengubah-ubah tegangan yang sudah tertentu sebagai tegangan kontrol untuk memperoleh frekuensi yang diinginkan, dengan karakteristik kenaikan frekuensi terhadap tegangan pengontrolnya, linier.

Pengimplementasian di dalam sistem rangkaiannya, alat ini mengubah bentuk gelombang segitiga menjadi gelombang sinus, dengan memanfaatkan karakteristik tangen hiperbolik (tanh) dari rangkaian pengali analog.

Alat ini bekerja pada jangkauan frekuensi 200Hz sampai 20KHz dengan amplitudo tetap, dan baik digunakan pada tegangan antara 2V sampai 10V.

ABSTRACT

The key of a voltage controlled-oscillator is the linearity of frequency by adjusting the input of control voltage. Basically, this equipment functions as a voltage to frequency converter. It means that by changing certain voltage as a control voltage to gain the frequency wanted, it results in a linearity of the increased frequency.

For the implementation in the circuit system, this equipment alters triangle wave to be sine wave by utilizing the characteristics of tangent hyperbolic (tanh) of analog multiplier.

This voltage-controlled oscillator works in the frequency between 200Hz to 20KHz with static amplitude, and is best used in the control voltage that is between 2V to 10V.

KATA PENGANTAR

Puji syukur pada Tuhan Yang Maha Esa, atas perkenan-Nya melimpahkan rahmat dan karunia-Nya, sehingga perancangan dan penyusunan Tugas Akhir ini, dapat diselesaikan dengan baik.

Tugas Akhir ini disususun sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik, Jurusan Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma.

Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, banyak sekali dukungan dan bimbingan dari berbagai pihak yang sangat bermanfaat bagi penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhr ini.

Untuk itu dengan segala kerendahan hati, penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Martanto, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan, masukan, dan mendampingi tanpa kenal lelah. Juga atas musik dan lagu yang menyertai selama bekerja di laboratorium.

2. Bapak Slamet Budi Raharjo dan Ibu Empuni atas kasih sayang dan doa-doanya, juga yang selalu memberiku semangat untuk menyelesaikan kuliah. 3. Dian “mbendol” yang mau meluangkan waktu dan tenaga, serta

memberikan saran dan semangat.

4. Wahmuji yang selalu menemani saya, terimakasih untuk segala bantuannya yang tiada tara.

5. Teman-teman sastra : Teguh, Sunu, Galang, Jody, Dion, Sugeng dan Jogja Cepep Community atas bantuan dan kasih sayang yang juga tiada tara, maaf kalau saya merepotkan.

6. Mas Mardi dan Mas Suryo yang sangat membantu saya saat bekerja di laboratorium.

9. Teman-teman angkatan 99 : Dagul, Oskar, Tutus, Roni, Yuyun, Winda. Selamat berjuang Bung!

10.Semua pihak yang tidak bisa saya sebutkan satu per satu. Terima kasih.

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ………...i

LEMBAR PERSETUJUAN ………..iii

LEMBAR PENGESAHAN ………...iv

HALAMAN PERSEMBAHAN ……….v

HALAMAN MOTTO ………...vi

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ………...vii

INTISARI ………viii

ABSTRACT ………..ix

KATA PENGANTAR ………x

DAFTAR ISI ………xii

DAFTAR GAMBAR ………...xiv

DAFTAR TABEL ………...xv

DAFTAR LAMPIRAN ………...xvi

BAB I PENDAHULUAN ………...1

1.1. Judul ……….1

1.2. Latar Belakang ……….1

1.3. Rumusan Masalah ………2

1.4. Batasan Masalah ………..2

1.5. Tujuan ………..2

1.6. Manfaat ………3

BAB II DASAR TEORI ……….4

2.1. Voltage-Controlled Oscillator ……….4

2.2. Penguat Pembalik ………...5

2.3. Integrator ………...6

2.4. Pembanding ………..7

2.5. Buffer ………....9

2.6. Analog Multiplier ……….9

2.7. Penguat Beda ………...11

2.8. Distorsi ………...12

BAB III PERANCANGAN ………..14

3.1. Penguat Pembalik ………...16

3.2. Integrator ………17

3.3. Pembanding ………18

3.4. Buffer ………..20

3.5. Pembagi Tegangan ……….21

3.6. Analog Multiplier ………...23

3.7. Penguat Beda ……….19

BAB IV PEMBAHASAN ………...25

4.1. Bentuk Gelombang dan Frekuensi ……….25

4.2. Frekuensi Terhadap Tegangan Pengontrol ………27

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ………...33

5.1. Kesimpulan ………33

5.2. Saran ………..34

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Rangkaian VCO……….5

Gambar 2.2 Penguat Pembalik ………..6

Gambar 2.3 Integrator ………...7

Gambar 2.4 Pembanding ………...8

Gambar 2.5 Buffer ………9

Gambar 2.6 Analog Multiplier ………10

Gambar 2.7 Penguat Beda ………...11

Gambar 3.1 Diagram Blok VCO dengan sinyal keluaran berupa gelombang sinus …...14

Gambar 3.2 Spesifikasi karakteristik frekuensi terhadap tegangan pengontrol ………..16

Gambar 3.3 Penguat Pembalik ………17

Gambar 3.4 Integrator dengan dioda brigde ………...17

Gambar 3.5 Pembanding ……….19

Gambar 3.6 Buffer ………..20

Gambar 3.7 Pembagi Tegangan ………..20

Gambar 3.8 Analog Multiplier ………22

Gambar 3.9 Penguat Beda ………...23

Gambar 4.1 Hasil pengamatan bentuk gelombang ……….26

Gambar 4.2 Grafik Karakteristik ………28

Gambar 4.3 Spektrum Gelombang Sinus dari AFG ………...30

DAFTAR TABEL

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Gambar Rangkaian VCO dengan Sinyal Keluaran Berupa Gelombang Sinus Lampiran 2 Datasheet switching diode

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Judul

Voltage – Controlled Oscilator dengan Gelombang Keluaran Berupa

Gelombang Sinus.

1.2. Latar Belakang

Dalam bidang elektronika, ada bermacam- macam aplikasi suatu rangkaian elektronika untuk membangkitkan suatu gelombang, yang sering disebut sebagai pembangkit gelombang atau osilator. Sebuah osilator akan secara kontinyu menghasilkan sebuah sinyal listrik yang nilainya bervariasi terhadap waktu secara beulang-ulang. Karakteristik penting yang dimiliki sebuah osilator adalah bentuk gelombang, amplitudo, serta frekuensi dari sinyal yang dibangkitkan.

Osilator dibutuhkan terutama di dalam pemodulasian sinyal. Pemodulasian sinyal bisa dilakukan dengan salah satunya membuat voltage-controlled

oscillator(VCO) atau voltage to frequency converter. Kuncinya ada pada linearitas

frekuensi dengan mengubah masukan tegangan kontrol. Sinyal keluaran bisa berupa gelombang segitiga, kotak dan sinus.

1.3. Rumusan Masalah

Sistem yang dirancang akan membangkitkan gelombang sinus dengan besar nilai frekuensi dapat diperoleh dengan mengubah nilai tegangan tertentu, dengan jangkauan frekuensinya besar, dan kenaikan yang linear.

1.4. Batasan Masalah

Alat yang akan dibuat ini mempunyai batasan masalah sebagai berikut: 1.bekerja pada amplitudo yang tetap.

2.jangkauan frekuensinya dari 200 Hz sampai dengan 20 KHz.

3.Tegangan pengontrolnya dari tegangan 0 V sampai dengan 10V, dengan spesifikasi frekuensi 200 Hz dicapai pada saat tegangan pengontrolnya sebesar 0,1 V.

4. Gelombang keluaran berupa gelombang sinus.

1.4. Tujuan

Tujuan akhir dari penelitian Tugas Akhir ini adalah:

1. Merancang dan membuat Voltage Controlled Oscillator dengan gelombang keluaran berupa gelombang sinus, yang menghasilkan frekuensi dengan mengubah-ubah nilai tegangannya. Kenaikan frekuensi terhadap tegangannya, linear.

1.6. Manfaat

1. Alat ini dapat diterapkan di dalam laboratorium untuk mengetahui frekuensi yang bekerja pada suatu rangkaian.

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Voltage-Controlled Oscillator

Sebuah voltage-controlled oscillator(VCO) mempunyai keluaran sinusoidal dengan frekuensi yang proposional dengan tegangan kontrol DC. Amplitudonya bisa jadi variabel ataupun tidak variabel. Gelombang sinus bisa dimungkinkan sama sekali tidak terdistorsi namun juga sangat mungkin dapat menimbulkan distorsi tinggi. Kuncinya ada pada linearitas frekuensi dengan mengubah masukan tegangan kontrol dan deviasi frekuensi dengan jangkauan yang dinamis.

Pendekatan sederhana untuk merancang sebuah VCO yaitu dengan mengontrol frekuensi gelombang kotak, kemudian menyaring gelombang kotak untuk memperoleh keluaran gelombang sinus dasar. Jika rangkaian voltage-to-frequency

digabungkan dengan beberapa rangkaian filter, sebuah VCO bisa dihasilkan.

Hampir semua rangkaian VCO konvensional beroperasi pada dua prinsip, yaitu pertama tegangan masukan DC membangkitkan gelombang kotak dan mengontrol frekuensinya. Kedua, pembangkit gelombang sinus dibentuk, kemudian osilasi frekuensinya dapat bervariasi dengan memvariasikan gain loop osilator.

Pendekatan untuk merancang VCO yang lain adalah membangkitkan gelombang segitiga yang mungkin terkontrol dalam frekuensi. Gelombang segitiga kemudian terhubung dalam satu jaringan yang sedang terbentuk, yang menunjukkan penguatan sinus. Gambar 2.1 merupakan salah satu jenis dari rangkaian VCO dengan frekuensi osilasinya dirumuskan, sebagai berikut:

1 1 1

40RC e

X1

Gambar 2.1 Rangkaian VCO

Karakteristik frekuensi terhadap tegangan pengontrolnya berupa garis linear yaitu semakin besar tegangan, semakin besar pula frekuensinya. Dari karakteristik ini dapat diperoleh sebuah konstanta, yaitu

+ ×

= i

o gradien v

f konstanta (2.2)

2.2 Penguat Pembalik

X1 R1

R2

V i

Vo

VC VE

Gambar 2.2 Penguat Pembalik

dengan R₁adalah resistor masukan dan R₂ adalah resistor umpan-balik Persamaan yang berkaitan dengan rangkaian tersebut:

i

o V

R R V

1 2 −

= (2.4)

Konsekuensinya, penguatan tegangan dapat dituliskan sebagai berikut Penguatan

1 2

R R V V A

i o =−

−

= (2.5)

2.3 Integrator

C1

Gambar 2.3 Integrator

Sinyal masukan dintegralkan dan sekaligus menyatakan “luasan di bawah kurva”, penguatan tegangannya:

=−

∫

Vdt

R harus sesuai dengan masukan frekuensi minimum yang diharapkan

min

Karena integrator ini juga bereaksi terhadap sembarang tegangan offset

resultan keluaran (berkaitan dengan offset arus bias op-amp), sebuah resistor sering diletakkan antara masukan non-inversi dengan ground untuk meminimalkan offset ini.

2.4 Pembanding

mana variasi tegangan keluaran terhadap arus yang mengalir ke titik penjumlahan op-amp mendekati kurva logaritmik.

X1

X2 R1

R2

D1

D2

D3

D4 V o

V 2 V 1

VC VE

VC VE

Gambar 2.4 Pembanding

Rangkaian ini akan menghasilkan histerisis yang bersifat variable yang dapat digunakan untuk mempercepat transisi keluaran untuk sinyal-sinyal yang bervariasi secara lambat.

Kondisi keluaran rangkaian bergantung pada arah arus yang mengalir menuju titik penjumlahan penguat. Dengan demikian rangkaian ini dapat digunakan untuk membandingkan jumlah dari beberapa tegangan terhadap sebuah btegangan referensi hanya dengan menambahkan komponen resistor yang bersesuaian pada titik penjumlahan penguat.

Transisi keluaran pada rangkaian pembanding ini terjadi saat 0

2 2

1

1 + =

−

R v R

v

(2.9)

2.5 Buffer

Rangkaian buffer digambarkan seperti gambar 2.5. Buffer memiliki fungsi yang sama seperti pengikut emitter atau pengikut katoda. Fungsi utama adalah sebagai penyangga atau mengisolasi beban dari sumber.

Ciri-cirinya adalah:

a. memiliki impedansi masukan yang sangat tinggi; (lebih dari 100 Kohm) b. memiliki impedansi keluaran yang sangat rendah (kurang dari 75 ohm) Jika dibandingkan dengan rangkaian penguat non- inversi maka buffer adalah sama, dengan Ri =∞dan Rf=, sehingga penguat tegangan selalu =1. Sinyal keluaran identik

dengan sinyal masukan.

+

-U1

LM741 3

2

6

7 1

4 5

v o v i

Gambar 2.5 Buffer

2.6 Analog Multiplier

Q1 Q2

Gamba r 2.6 Analog Multiplier

Gambar 2.6 menunjukkan rangkaian dasar multiplier dua quadran, yaitu sebuah emitter-coupled pair terbias arus I_odan sumber arus common-mode V_bb. Satu input adalah sinyal diferensial, v_d, dikenakan pada basis Q₁ dan Q₂ dan sinyal input

i − adalah keluaran dari current-mirror,

R

sehingga persamaan menjadi )

Untuk menentukan besarnya penguatan penguat beda, di mana vc₁ dan vc2

menjadi masukan penguat beda, maka bisa dilihat persamaan berikut ini,yaitu )

2.7 Penguat Beda

Rangkaian penguat beda digambarkan seperti gambar 2.7 sebagai berikut

X1

−

Dari persamaan di atas bisa menentukan besarnya arus i₁ yang harus sama dengan i₂:

2

Ketika besarnya i₂ didapat, tegangan yang melewati R₂ dapat dihitung:

2

Kemudian menjumlah tegangan output terminal:

2

Sehingga tegangan outputnya;

)

2.8 Distorsi

operasi semua kelas penguat. Distorsi bisa juga terjadi karena elemen rangkaian dan perbedaan respon komponen terhadap sinyal input pada frekuensi yang bervariasi.

Satu teknik untuk menjelaskan penyimpangan (distorsi), kecuali bentuk gelombang periode menggunakan analisis Fourier, satu metode yang menjelaskan beberapa bentuk gelombang periodik dalam hubungannya dengan komponen frekuensi fundamental dan komponen frekuensi pada perkalian integer – komponen-komponen ini disebut harmonisa. Misalnya, sebuah sinyal murni menghasilkan 1KHz, komponen frekuensi pada 1KHz dan komponen harmonisanya pada 2KHz (2 x 1KHz), 3KHz (3 x 1KHz), dan seterusnya.Frekuensi murni dari 1KHz disebut frekuensi fundamental, pada perkalian integer disebut harmonisa. Komponen frekuensi 2KHz disebut harmonisa kedua, frekuensi 3KHz disebut harmonisa ketiga, dan seterusnya.

Suatu sinyal dianggap mempunyai distorsi harmonisa ketika ada komponen frekuensi harmonisa ( bukan hanya komponen frekuensi fundamental ). Jika frekuensi fundamental mempunyai amplitudo, A₁, dan frekuensi ke-n memunyai amplitude,

n

A , distorsi harminisa bisa ditentukan:

% harmonisa k-n = % 100%

1 × =

A A

Dn n (2.21)

distorsi harmonisa totalnya

BAB III

PERANCANGAN

Alat yang akan dibuat ini, akan membangkitkan gelombang sinus dengan mengubah gelombang segitiga. Rangkaiannya terdiri dari penguat pembalik,

integrator, pembanding, buffer, pembagi tegangan, analog multiplier, dan penguat

beda.

Diagram blok VCO dengan sinyal keluaran berupa gelombang sinus dapat dilihat pada gambar 3.1 sebagai berikut:

Gambar 3.1 Diagram blok VCO dengan sinyal keluaran berupa gelombang

sinus

Tegangan positif dan masukan negatif dari penguat pembalik diberikan pada dioda bridge, dan masukan dari pembanding akan menentukan arah arus integrasi

PENGUAT PEMBALIK

INTEGRATOR PEMBANDING

BUFFER

PEMBAGI TEGANGAN

ANALOG MULTIPLIER

PENGUAT BEDA DIODA

BRIDGE

Vin

yang akan melewati rangkaian integrator. Besarnya tegangan yang dihasilkan

integrator bergantung pada besar tegangan yang diberikan pembanding.

Keluaran dari rangkaian integrator akan berupa gelombang segitiga, dan gelombang ini yang akan diubah menjadi gelombang sinus dengan rangkaian analog

multiplier, namun dilewatkan dahulu ke buffer dan pembagi tegangan. Keluaran dari

analog multiplier akan dikuatkan dengan penguat beda.

Untuk membangkitkan gelombang sinus, amplitudo gelombang segitiga yang dihasilkan, akan diperkecil untuk tegangan bias, dan dengan memanfaatkan karakteristik tangen hiperbolik (tanh) maka akan terbentuk gelombang sinus.

Spesifikasi karakteristik frekuensi terhadap tegangan pengontrol dapat dilihat pada gambar 3.2. Spesifikasinya yaitu tegangan pengontrol dari 0 hingga 10 V, jangkauan frekuensinya dari 200 Hz sampai dengan 20 KHz, di mana frekuensi 200 Hz dicapai pada saat tegangan pengontrol sama dengan 0,1V, maka dapat ditentukan konstantanya dengan menggunakan pesama an (2.2) dan (2.3), yaitu

+ ×

= i

o gradien v

f konstanta

(Volt)

(Hz)

Gambar 3.2 Spesifikasi karakteristik frekuensi terhadap tegangan pengontrol

3.1 Penguat Pembalik

Penguat pembalik di sini berfungsi untuk penguatan tegangan pengendali, dengan besar penguatan, A= -1, sehingga tegangan keluarannya menjadi v_o =−v_i. Dengan rumus 2.5, R₁ dan R₂ dapat dihitung :

A=

2 1

R R

−

2 1

R R

− = -1

Sehingga,

R R

R₁ = ₂ =

X1 R1

R2

V i

Vo

VC VE

Gambar 3.3 Penguat Pembalik

3.2 Integrator

Setelah tegangan masukan diubah polaritasnya, tegangan keluaran dari penguat pembalik menjadi tegangan masukan rangkaian integrator untuk menghasilkan sinyal keluaran berupa gelombang segitiga. Akan tetapi sebelum memasuki rangkaian integrator, sinyal keluaran tersebut dimodulasi terlebih dahulu bersama gelombang kotak dengan menggunakan dioda brigde, seperti ditunjukkan pada gambar 3.4.

D1 D2

D3 D4 R3 X1

C1 1nF

R3 R3

v o v kotak

- v i + v i

VC VE

Dengan rumusan

= , di mana frekuensi maksimal yang

diinginkan adalah 20 KHz dan besar vi maksimalnya sama dengan 10 Volt, besar

tegangan puncak gelombang segitiga tergantung pada besar tegangan dioda zener. Pada rangkaian ini dipilih besarnya tegangan zener sama dengan 10 Volt. Besarnya nilai R₃ dapat ditentukan dengan menentukan nilai C₁ sebesar 1nF.

Sehingga,

3.3 Pembanding

D1

Gambar 3.5 Pembanding

Rangkaian pada gambar 3.5 ini akan membandingkan tegangan masukan segitiga, V_∆, dan tegangan masukan kotak, Vo₁, yang akan membuat arus pada titik x

sama dengan nol.

Jika tegangan gelombang kotak, V_o1, sama dengan +V_sat dan tegangan gelombang segitiga, V_∆, sama dengan −V_sat, V_o yang dihasilkan akan sama dengan

sat

V

+ pada saat V_x <0, sehingga V_o1 sama dengan −V_sat.

Untuk menentukan besarnya nilai resistor yang dilewati masing- masing tegangan dapat diperoleh dengan persamaan:

3.4 Buffer

Sebelum memasuki sistem berikutnya, keluaran dari rangkaian integrator akan dilewatkan ke sebuah buffer (gambar 3.6) untuk mengisolasi beban dari masukan.

X1

v o v segitiga

VC

VE

Gambar 3.6 Buffer

3.5 Pembagi Tegangan

Setelah tegangan di-buffer, tegangan dilewatkan pembagi tegangan seperti gambar 3.7, untuk memberi masukan yang variabel pada tegangan v_d, pada rangkaian analog multiplier.

R6

R7 v d v in

Gambar 3.7 Pembagi Tegangan

Mengingat bahwa tanh maksimal sama dengan 1, yang sudah dapat dicapai ketika

T D V v

5

Dari nilai v_d tersebut dapat dicari nilai resistor pada pembagi tegangan, yaitu

i

3.6 Analog Multiplier

Q1 Q2

Gambar 3.8 Analog Multiplier

Pada alat ini VCC ditentukan sama dengan 12 volt, Iosebesar 1mA, sehingga

Untuk mendapatkan nilai R menggunakan persamaan (2.12) yaitu:

Sistem berikutnya adalah penguat beda seperti pada gambar 3.9 berikut ini,

X1

Gambar 3.9 Penguat Beda

)

karena nilai tanh maksimal sama dengan 1, maka

c

v dan vc₁ merupakan masukan untuk penguat beda ini, dan persamaan tegangan

keluaran untuk penguat ini adalah )

BAB IV

PEMBAHASAN

Bab ini akan menunjukkan bentuk gelombang yang dihasilkan dari alat dengan hasil pengukuran frekuensinya serta spektrum frekuensi dari masing- masing gelombang dengan sampel beberapa frekuens i dari rendah hingga frekuensi maksimum, dan analisa data.

4.1 Bentuk Gelombang dan Frekuensi

Ada tiga bentuk gelombang yang dihasilkan dari alat ini yaitu gelombang kotak, segitiga dan sinus. Gelombang kotak dihasilkan oleh rangkaian pembanding, gelombang segitiga oleh rangkaian integrator dan gelombang sinus sebagai gelombang keluaran yang diinginkan, dihasilkan oleh rangkaian analog multiplier. Gambar 4.1 menunjukkan bentuk dari masing- masing gelombang. Pengamatan dilakukan dengan mengubah-ubah tega ngan pengontrol, yang menghasilkan frekuensi 208,33Hz untuk tegangan pengontrol 0,4V, frekuensi 10KHz untuk 5,5V, dan frekuensi 20 KHz untuk 10V.

(a) Frekuensi = 208,33 Hz, untuk tegangan kontrol 0,4V

(b) Frekuensi = 10 KHz, untuk tegangan kontrol 5,5V

(c) Frekuensi = 20 KHz, untuk tegangan kontrol 10V

Gambar 4.1 Hasil pengamatan bentuk gelombang :

4.2 Frekuensi Terhadap Tegangan Pengontrol

Tabel 1, menunjukkan besarnya frekuensi yang dihasilkan pada saat tegangan masukan diubah-ubah. Pengamatan dilakukan dengan osiloskop. Pada perhitungan secara teori frekuensi sebesar 200Hz dapat dicapai pada saat tegangan pengontrolnya sebesar 0,1V. Osiloskop dapat membaca sinyal pada saat tegangan masukan sebesar 0,4V, sehingga pengukuran dan pengamatan gelombang dimulai dari tegangan masukan sebesar 0,4V hingga 10V.

Dari tabel 1 tersebut dapat dilihat bahwa kinerja alat ini jangkauan frekuensinya dari 208,33Hz sampai dengan 20KHz, dengan tegangan pengontrol dari 0,4V sampai dengan 10V. Sehingga dari data tabel 1 bisa dilihat karakteristik kelinieran frekuensi terhadap tegangan dengan melihat grafik seperti ditunjukkan gambar 4.2(a).

Tabel 1.Frekuensi terhadap tegangan pengontrol

FREKUENSI (Hz) Vin (V)

PERCOBAAN PERHITUNGAN

ERROR (%)

0,4 208,33 796,2 74

0,5 322,6 995,2 68

0,6 500 1194,3 58

0,7 645,2 1393,3 54

0,8 909,1 1592,4 43

0,9 1052,7 1791,4 41

1 1250 1990,4 37

1,2 1562,4 2388,5 35

1,4 2272,7 2786,6 18

1,6 2777.8 3184,7 13

1,8 3125 3582,8 13

2 3846,2 3980,9 3

2,5 4166,7 4976,1 16

FREKUENSI (Hz) Vin (V)

PERCOBAAN PERHITUNGAN

ERROR (%)

GRAFIK KARAKTERISTIK ALAT

y = 2026,9x - 711,64

TEGANGAN PENGONTROL (Volt)

FREKUENSI (Hz)

TEGANGAN PENGONTROL (V)

ERROR (%)

Series1

(a) (b)

Gambar 4.2 Grafik Karakteristik

4.3 Ditorsi Pada Gelombang Sinus

Spektrum frekuensi digunakan untuk melihat kualitas suatu gelombang, dengan melihat seberapa banyak harmonisa dan seberapa besar nilai amplitudo yang dihasilkan dari suatu gelombang. Gelombang sinus idealnya hanya memiliki frekuensi fundamental, jika terdapat harmonisa- harmonisa yang lain maka gelombang sinus tersebut terdistorsi.

Tabel 2. Spektrum gelombang sinus

Vin (V)

1

F (Hz) F₂ (Hz) F₃ (Hz) M₁ (dB) M₂ (dB) M₃(dB)

0,4 260 500 780 20,5m -21,9 -18,7

0,8 900 1900 2,8K -779m -27,9 -21,1

1 1,3K 2,7K 3,9K -379m -32,3 -21,1

3 5,2K 16K -379m -21,9

5 9,5K 29K 20,5m -21,5

7 13K 40K -779m -21,9

9 17K 52K 20,5m -21,5

10 20K 59K -379m -21,9

memilki frekuensi fundamental. Sedangkan sektrum gelombang sinus yang dihasilkan alat terdapat frekuensi harmonisa, yang berarti gelombang tersebut terdistorsi.

(a) (b)

Gambar 4.3 Spektrum gelombang sinus dari AFG

(a). frekuensi 200Hz (b).frekuensi 20KHz

(a) (b) Gambar 4.4 Spektrum gelombang sinus dari alat

Dari nilai amplitudonya (M) dapat dihitung besarnya distorsi pada gelombang dengan menggunakan persamaan berikut ini:

ref

A diketahui dari nilai tegangan pada saat A = 0 dB dengan menggunakan

osiloskop, dan diperoleh nilai A_ref sama dengan 5,2 V. Sehingga A_n dapat diperoleh dengan persamaan sebagai berikut:

20

Dari nilai A_n dapat diperoleh nilai distorsi dari frekuensi harmonisa, yaitu

%

Tabel 3. Hasil perhitungan distorsi gelombang sinus

dari tabel 3 di atas, dapat diketahui besarnya distorsi pada gelombang sinus, yaitu

8

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1. KESIMPULAN

Sistem voltage controlled oscillator dengan sinyal keluaran berupa gelombang sinus ini terdiri dari rangkaian integrator, pembanding, buffer, pembagi tegangan, analog multiplier, dan penguat beda. Setelah dilakukan pengamatan dan pengukuran maka dapat disimpulkan:

1. Alat ini berhasil mengimplementasikan voltage controlled oscillator

dengan sinyal keluaran berupa gelombang sinus.

2. Kenaikan frekuensi terhadap tegangan pengontrolnya, linier, yaitu semakin besar tegangan pengontrol, maka frekuensi semakin besar. 3. Frekuensi terendah sebesar 208,3 Hz dicapai pada saat tegangan

pengontrolnya sebesar 0,4 V dan frekuensi tertinggi sebesar 20 KHz dicapai pada saat tegangan pengontrolnya sebesar 10 V.

4. Dari pengamatan gelombang, nilai amplitudo tidak berubah pada saat tegangan pengotrolnya diubah-ubah atau pada saat frekuensinya berubah. 5. Dari data pengamatan alat, dengan membandingkan nilai frekuensi pada

V.2 SARAN

DAFTAR PUSTAKA

1. Clayton,George dan Winder,Steve, alih bahasa Wiwit Kastawan,

Operational Amplifier, Penerbit Erlangga, Jakarta, 2005.

2. Eko Putra, Agfianto, Penapis Aktif Elektronika Teori dan Praktek, Edisi Pertama, Gava Media, Yogyakarta, 2002.

3. Malik, Norbert R., Electronic Circuits Analysis, Simulation, and Design, Prentice-Hall International,Inc, 1995.

4. Tobey-Graeme-Huelsman, Operational Amplifier Design and Applications, McGraw-Hill Book Company.

1N4148 / 1N4150 / 1N4448 / 1N914B

Diodes

Switching diode

1N4148 / 1N4150 / 1N4448 / 1N914B

∗This product is available only outside of Japan.

!

1) Glass sealed envelope. (GSD) 2) High speed.

3) High reliability.

! !!

!Construction

Silicon epitaxial planar

! !!

!External dimensions (Units : mm)

φ 0.5±0.1

C

29±1 29±1

CATHODE BAND (BLACK)

3.8±0.2

JEDEC : DO-35

!

!Electrical characteristics (Ta = 25°C)

Type

1N4148 / 1N4150 / 1N4448 / 1N914B

Diodes

! !!

!Electrical characteristic curves (Ta = 25°C)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6

FORWARD CURRENT : I

F

(

mA)

FORWARD VOLTAGE : VF (V)

Fig. 1 Forward characteristics Ta=

REVERSE CURRENT : I

R

(

nA)

Fig. 2 Reverse characteristics

70°C

CAPACITANCE BETWEEN TERMINALS : C

T

(

pF)

Fig. 3 Capacitance between terminals characteristics

Fig. 4 Reverse recovery time characteristics

REVERSE RECOVERY TIME : t

rr Single pulse

PULSE WIDTH : Tw (ms)

SURGE CURRENT : I

surge (

A)

Fig. 5 Surge current characteristics

Transistors

TL/H/5646

LF155/LF156/LF157 Series Monolithic

JFET Input Operational Amplifiers

General Description

These are the first monolithic JFET input operational ampli-fiers to incorporate well matched, high voltage JFETs on the same chip with standard bipolar transistors (BI-FETTM Tech-nology). These amplifiers feature low input bias and offset currents/low offset voltage and offset voltage drift, coupled with offset adjust which does not degrade drift or common-mode rejection. The devices are also designed for high slew rate, wide bandwidth, extremely fast settling time, low volt-age and current noise and a low 1/f noise corner.

Advantages

Y Replace expensive hybrid and module FET op amps

Y _{Rugged JFETs allow blow-out free handling compared}

with MOSFET input devices

Y Excellent for low noise applications using either high or

low source impedanceÐvery low 1/f corner

Y Offset adjust does not degrade drift or common-mode

rejection as in most monolithic amplifiers

Y New output stage allows use of large capacitive loads

(5,000 pF) without stability problems

Y Internal compensation and large differential input

volt-age capability

Applications

Y _{Precision high speed integrators}

Y _{Fast D/A and A/D converters}

Y High impedance buffers

Y Wideband, low noise, low drift amplifiers

Y Logarithmic amplifiers

Y _{Photocell amplifiers}

Y Sample and Hold circuits

Common Features

(LF155A, LF156A, LF157A)

Y _{Low input bias current 30 pA}

Y _{Low Input Offset Current 3 pA}

Y High input impedance 1012X

Y Low input offset voltage 1 mV

Y Low input offset voltage temp. drift 3mV/§C

Y _{Low input noise current 0.01 pA/}0Hz

Y _{High common-mode rejection ratio 100 dB}

Y Large dc voltage gain 106 dB

Uncommon Features

Y Extremely

fast settling time to 0.01%

Y Fast slew

rate

Y Wide gain

bandwidth

Y _{Low input}

noise voltage

LF155A LF156A LF157A Units (AVe5)

BI-FETTM, BI-FET IITMare trademarks of National Semiconductor Corporation.

Absolute Maximum Ratings

If Military/Aerospace specified devices are required, contact the National Semiconductor Sales Office/Distributors for availability and specifications.

(Note 8)

LF155A/6A/7A LF155/6/7 LF355B/6B/7B LF355/6/7 LF255/6/7 LF355A/6A/7A

Supply Voltage g22V g22V g22V g18V

Differential Input Voltage g40V g40V g40V g30V

Input Voltage Range (Note 2) g20V g20V g20V g16V

Output Short Circuit Duration Continuous Continuous Continuous Continuous

TjMAX

H-Package 150§C 150§C 115§C 115§C

N-Package 100§C 100§C

M-Package 100§C 100§C

Power Dissipation at TAe25§C (Notes 1 and 9)

H-Package (Still Air) 560 mW 560 mW 400 mW 400 mW

H-Package (400 LF/Min Air Flow) 1200 mW 1200 mW 1000 mW 1000 mW

N-Package 670 mW 670 mW

M-Package 380 mW 380 mW

Thermal Resistance (Typical)i_JA

H-Package (Still Air) 160§C/W 160§C/W 160§C/W 160§C/W

H-Package (400 LF/Min Air Flow) 65§C/W 65§C/W 65§C/W 65§C/W

N-Package 130§C/W 130§C/W

M-Package 195§C/W 195§C/W

(Typical)iJC

H-Package 23§C/W 23§C/W 23§C/W 23§C/W

Storage Temperature Range b65§C toa150§C b65§C toa150§C b65§C toa150§C b65§C toa150§C Soldering Information (Lead Temp.)

Metal Can Package

Soldering (10 sec.) 300§C 300§C 300§C 300§C

Dual-In-Line Package

Soldering (10 sec.) 260§C 260§C 260§C

Small Outline Package

Vapor Phase (60 sec.) 215§C 215§C

Infrared (15 sec.) 220§C 220§C

See AN-450 ‘‘Surface Mounting Methods and Their Effect on Product Reliability’’ for other methods of soldering surface mount devices.

ESD tolerance

(100 pF discharged through 1.5 kX) 1000V 1000V 1000V 1000V

DC Electrical Characteristics(Note 3) TAeTje25§C

Symbol Parameter Conditions LF155A/6A/7A LF355A/6A/7A Units Min Typ Max Min Typ Max

V_OS Input Offset Voltage R_Se50X, T_Ae25§C 1 2 1 2 mV

Over Temperature 2.5 2.3 mV

DVOS/DT Average TC of Input RSe50X _{3 5 3 5 mV/§C}

Offset Voltage

DTC/DVOS Change in Average TC RSe50X, (Note 4) _{0.5 0.5} mV/§C

with VOSAdjust per mV

DC Electrical Characteristics(Note 3) TAeTje25§C (Continued)

Symbol Parameter Conditions LF155A/6A/7A LF355A/6A/7A Units Min Typ Max Min Typ Max

VCM Input Common-Mode _V

Seg15V g11 a15.1 g11 a15.1 V

Voltage Range b12 b12 V

CMRR Common-Mode Rejection

85 100 85 100 dB

Ratio

PSRR Supply Voltage Rejection (Note 6)

85 100 85 100 dB

Ratio

AC Electrical CharacteristicsT_AeT_je25§C, V_Seg15V

Symbol Parameter Conditions LF155A/355A LF156A/356A LF157A/357A Units Min Typ Max Min Typ Max Min Typ Max

SR Slew Rate LF155A/6A; AVe1, 3 5 10 12 V/ms

LF157A; AVe5 40 50 V/ms

GBW Gain Bandwidth

2.5 4 4.5 15 20 MHz

C_IN Input Capacitance 3 3 3 pF

DC Electrical Characteristics(Note 3)

Symbol Parameter Conditions LF155/6/7

LF255/6/7

LF355/6/7

Units LF355B/6B/7B

Min Typ Max Min Typ Max Min Typ Max

V_OS Input Offset Voltage R_Se50X, T_Ae25§C 3 5 3 5 3 10 mV

Over Temperature 7 6.5 13 mV

DVOS/DT Average TC of Input RSe50X _{5 5 5 mV/§C}

Offset Voltage

DTC/DVOS Change in Average TC RSe50X, (Note 4) _{0.5 0.5 0.5} mV/§C

with V_OSAdjust per mV

I_OS Input Offset Current T_je25§C, (Notes 3, 5) 3 20 3 20 3 50 pA

Over Temperature 25 25 15 V/mV

V_O Output Voltage Swing V_Seg15V, R_Le10k g12 g13 g12 g13 g12 g13 V

VSeg15V, RLe2k g10 g12 g10 g12 g10 g12 V

VCM Input Common-Mode _V

Seg15V g11

a15.1

g11 g15.1 a10 a15.1 V

Voltage Range b12 b12 b12 V

CMRR Common-Mode

Rejec-85 100 85 100 80 100 dB

tion Ratio

PSRR Supply Voltage Rejec- (Note 6)

85 100 85 100 80 100 dB

tion Ratio

DC Electrical CharacteristicsTAeTje25§C, VSeg15V

LF155A/155,

LF156A/156, LF157A/157

Parameter LF255, LF355 LF256/356B LF356A/356 LF257/357B LF357A/357 Units LF355A/355B

Typ Max Typ Max Typ Max Typ Max Typ Max Typ Max

Supply Current 2 4 2 4 5 7 5 10 5 7 5 10 mA

AC Electrical CharacteristicsT_AeT_je25§C, V_Seg15V

LF155/255/ LF156/256, LF156/256/ LF157/257, LF157/257/ Symbol Parameter Conditions 355/355B LF356B 356/356B LF357B 357/357B Units

Typ Min Typ Min Typ

SR Slew Rate LF155/6: AVe1, 5 7.5 12 V/ms

LF157: AVe5 30 50 V/ms

GBW Gain Bandwidth 2.5 5 20 MHz

Product

CIN Input Capacitance 3 3 3 pF

Notes for Electrical Characteristics

Note 1:The maximum power dissipation for these devices must be derated at elevated temperatures and is dictated by TjMAX,ijA, and the ambient temperature,

TA. The maximum available power dissipation at any temperature is Pde(TjMAXbTA)/ijAor the 25§C PdMAX, whichever is less.

Note 2:Unless otherwise specified the absolute maximum negative input voltage is equal to the negative power supply voltage.

Note 3:Unless otherwise stated, these test conditions apply:

LF155A/6A/7A

LF255//6/7 LF355A/6A/7A LF355B/6B/7B LF355//6/7 LF155//6/7

Supply Voltage, V_S g15VsV_Ss g20V g15VsV_Ss g20V g15VsV_Ss g18V g15VsV_Sg20V V_Seg15V TA b55§CsTAsa125§C b25§CsTAsa85§C 0§CsTAsa70§C 0§CsTAsa70§C 0§CsTAsa70§C

T_HIGH a125§C a85§C a70§C a70§C a70§C

and VOS, IBand IOSare measured at VCMe0.

Note 4:The Temperature Coefficient of the adjusted input offset voltage changes only a small amount (0.5mV/§C typically) for each mV of adjustment from its original unadjusted value. Common-mode rejection and open loop voltage gain are also unaffected by offset adjustment.

Note 5:The input bias currents are junction leakage currents which approximately double for every 10§C increase in the junction temperature, TJ. Due to limited production test time, the input bias currents measured are correlated to junction temperature. In normal operation the junction temperature rises above the ambient

temperature as a result of internal power dissipation, Pd. TjeTAaijAPd whereijAis the thermal resistance from junction to ambient. Use of a heat sink is

recommended if input bias current is to be kept to a minimum.

Note 6:Supply Voltage Rejection is measured for both supply magnitudes increasing or decreasing simultaneously, in accordance with common practice.

Note 7:Settling time is defined here, for a unity gain inverter connection using 2 kXresistors for the LF155/6. It is the time required for the error voltage (the voltage at the inverting input pin on the amplifier) to settle to within 0.01% of its final value from the time a 10V step input is applied to the inverter. For the LF157,

AVe b5, the feedback resistor from output to input is 2 kXand the output step is 10V (See Settling Time Test Circuit).

Note 8:Refer to RETS155AX for LF155A, RETS155X for LF155, RETS156AX for LF156A, RETS156X for LF156, RETS157A for LF157A and RETS157X for LF157 military specifications.

Typical DC Performance Characteristics

Curves are for LF155, LF156 and LF157 unless otherwise specified.

Input Bias Current Input Bias Current Input Bias Current

Voltage Swing Supply Current Supply Current

Negative Current Limit Positive Current Limit

Positive Common-Mode Input Voltage Limit

TL/H/5646 – 2

Negative Common-Mode

Input Voltage Limit Open Loop Voltage Gain Output Voltage Swing

TL/H/5646 – 3

Typical AC Performance Characteristics

Gain Bandwidth Gain Bandwidth Normalized Slew Rate

TL/H/5646 – 4

Output Impedance Output Impedance Output Impedance

TL/H/5646 – 12

LF155 Small Signal Pulse Response, A_Ve a1

TL/H/5646 – 5

LF156 Small Signal Pulse Response, A_Ve a1

TL/H/5646 – 6

Small Signal Pulse Response, A_Ve a5

TL/H/5646 – 7

LF155 Large Signal Pulse Response, A_Ve a1

TL/H/5646 – 8

LF156 Large Signal Pulse Response, A_Ve a1

TL/H/5646 – 9

LF157 Large Signal Pulse Response, A_Ve a5

Typical AC Performance Characteristics (Continued)

Inverter Settling Time Inverter Settling Time

Open Loop Frequency Response

Bode Plot Bode Plot Bode Plot

Common-Mode Rejection

Ratio Power Supply Rejection Ratio Power Supply Rejection Ratio

Undistorted Output Voltage Swing

Equivalent Input Noise Voltage

Equivalent Input Noise Voltage (Expanded Scale)

TL/H/5646 – 11

Detailed Schematic

*Ce3 pF in LF157 series. TL/H/5646 – 13

Connection Diagrams(Top Views)

Metal Can Package (H)

TL/H/5646 – 14

Order Number LF156AH, LF155H, LF156H, LF255H, LF256H, LF257H, LF355AH, LF356AH, LF357AH, LF356BH, LF355H, LF356H, LF357H, LM155AH/883, LM155H/883, LM156AH/883,

LM156H/883, LM157AH/883 or LM157H/883*

See NS Package Number H08C

Dual-In-Line Package (M and N)

TL/H/5646 – 29

Order Number LF355M, LF356M, LF357M, LF355BM, LF356BM, LF355BN, LF356BN, LF357BN, LF355N,

LF356N or LF357N

See NS Package Number M08A or N08E

Application Hints

The LF155/6/7 series are op amps with JFET input de-vices. These JFETs have large reverse breakdown voltages from gate to source and drain eliminating the need for clamps across the inputs. Therefore large differential input voltages can easily be accomodated without a large in-crease in input current. The maximum differential input volt-age is independent of the supply voltvolt-ages. However, neither of the input voltages should be allowed to exceed the nega-tive supply as this will cause large currents to flow which can result in a destroyed unit.

Exceeding the negative common-mode limit on either input will force the output to a high state, potentially causing a reversal of phase to the output. Exceeding the negative common-mode limit on both inputs will force the amplifier output to a high state. In neither case does a latch occur since raising the input back within the common-mode range again puts the input stage and thus the amplifier in a normal operating mode.

Exceeding the positive common-mode limit on a single input will not change the phase of the output however, if both inputs exceed the limit, the output of the amplifier will be forced to a high state.

These amplifiers will operate with the common-mode input voltage equal to the positive supply. In fact, the common-mode voltage can exceed the positive supply by approxi-mately 100 mV independent of supply voltage and over the full operating temperature range. The positive supply can therefore be used as a reference on an input as, for exam-ple, in a supply current monitor and/or limiter.

Precautions should be taken to ensure that the power sup-ply for the integrated circuit never becomes reversed in polarity or that the unit is not inadvertently installed back-wards in a socket as an unlimited current surge through the resulting forward diode within the IC could cause fusing of the internal conductors and result in a destroyed unit. All of the bias currents in these amplifiers are set by FET current sources. The drain currents for the amplifiers are therefore essentially independent of supply voltage. As with most amplifiers, care should be taken with lead dress, component placement and supply decoupling in or-der to ensure stability. For example, resistors from the out-put to an inout-put should be placed with the body close to the input to minimize ‘‘pickup’’ and maximize the frequency of the feedback pole by minimizing the capacitance from the input to ground.

A feedback pole is created when the feedback around any amplifier is resistive. The parallel resistance and capaci-tance from the input of the device (usually the inverting in-put) to ac ground set the frequency of the pole. In many instances the frequency of this pole is much greater than the expected 3 dB frequency of the closed loop gain and consequently there is negligible effect on stability margin. However, if the feedback pole is less than approximately six times the expected 3 dB frequency a lead capacitor should be placed from the output to the input of the op amp. The value of the added capacitor should be such that the RC time constant of this capacitor and the resistance it parallels is greater than or equal to the original feedback pole time constant.

Typical Circuit Connections

V_OSAdjustment

#VOSis adjusted with a 25k

potenti-ometer

#The potentiometer wiper is

con-nected to Va

#For potentiometers with

tempera-ture coefficient of 100 ppm/§C or

less the additional drift with adjust is&0.5mV/§C/mV of adjustment

#Typical overall drift: 5mV/§Cg(0.5

mV/§C/mV of adj.)

Driving Capacitive Loads LF157. A Large Power BW Amplifier

TL/H/5646 – 15

*_{LF155/6 R}e5k

LF157 Re1.25k

Due to a unique output stage design, these am-plifiers have the ability to drive large capacitive

loads and still maintain stability. CL(MAX)j0.01

mF.

Overshoots_20%

Settling time (ts)j5ms

For distortions1% and a 20 Vp-p VOUTswing,

power bandwidth is: 500 kHz.

Typical Applications

Settling Time Test Circuit

# Settling time is tested with the LF155/6 connected

as unity gain inverter and LF157 connected for

AVe b5

# FET used to isolate the probe capacitance

# Outpute10V step

# AVe b5 for LF157

TL/H/5646 – 16

Large Signal inverter Output, VOUT(from Settling Time Circuit)

LF355

TL/H/5646 – 17

LF356

TL/H/5646 – 18

LF357

TL/H/5646 – 19

Low Drift Adjustable Voltage Reference

TL/H/5646 – 20

# DVOUT/DTe g0.002%/§C

# All resistors and potentiometers should be wire-wound

# P1: drift adjust

# P2: VOUTadjust

# Use LF155 for

XLow IB

XLow drift

Typical Applications (Continued)

Fast Logarithmic Converter

TL/H/5646 – 21

# Dynamic range: 100mAs_Iis_{1 mA (5}

dec-ades),lVOle1V/decade

# Transient response: 3ms forDIie1 decade

# C1, C2, R2, R3: added dynamic compensation

# VOSadjust the LF156 to minimize quiescent error

# RT: Tel Labs type Q81a0.3%/§C

lVOUTle

Ð

1aR2

RT

(

kT

qln Vi

Ð

Rr

VREF Ri

(

elog Vi 1

RiIr

R2e15.7k, RTe1k, 0.3%/§C (for temperature compensation)

Precision Current Monitor

TL/H/5646 – 31

# VOe5 R1/R2 (V/mA of IS)

# R1, R2, R3: 0.1% resistors

# Use LF155 for

XCommon-mode range to supply range

XLow IB

XLow VOS

XLow Supply Current

8-Bit D/A Converter with Symmetrical Offset Binary Operation

TL/H/5646 – 32

# R1, R2 should be matched withing0.05%

# Full-scale response time: 3ms

EO B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 Comments

a9.920 1 1 1 1 1 1 1 1 Positive Full-Scale

a0.040 1 0 0 0 0 0 0 0 (a) Zero-Scale

b0.040 0 1 1 1 1 1 1 1 (b) Zero-Scale

b9.920 0 0 0 0 0 0 0 0 Negative Full-Scale

Typical Applications(Continued)

Wide BW Low Noise, Low Drift Amplifier Isolating Large Capacitive Loads

TL/H/5646 – 22

#Power BW: fMAXe Sr

2qVP

j191 kHz

#Parasitic input capacitance C1j(3 pF for LF155, LF156 and LF157 plus

any additional layout capacitance) interacts with feedback elements and creates undesirable high frequency pole. To compensate add C2 such

that: R2 C2jR1 C1.

#Overshoot 6%

#ts10ms

Boosting the LF156 with a Current Amplifier

Low Drift Peak Detector

TL/H/5646

#No additional phase shift added by the current amplifier

3 Decades VCO

#By adding D1 and Rf, VD1e0 during hold mode. Leakage of D2 provided

by feedback path through Rf.

#Leakage of circuit is essentially Ib(LF155, LF156) plus capacitor leakage

of Cp.

#Diode D3 clamps VOUT(A1) to VINbVD3to improve speed and to limit

reverse bias of D2.

#Maximum input frequency should bekk_(/2qR

fCD2where CD2is the

shunt capacitance of D2.

TL/H/5646 – 24

fe VC(R8aR7)

(8 VPUR8 R1) C

, 0sVCs30V, 10 Hzsfs10 kHz

R1, R4 matched. Linearity 0.1% over 2 decades.

Non-Inverting Unity Gain Operation for LF157

Inverting Unity Gain for LF157

TL/H/5646 – 25

Typical Applications (Continued)

High Impedance, Low Drift Instrumentation Amplifier

TL/H/5646 – 26

# VOUTe R3

R

Ð

2R2 R1a1

(

DV, V

ba2Vs_{VINcommon-mode}s_Va

# System VOSadjusted via A2 VOSadjust

# Trim R3 to boost up CMRR to 120 dB. Instrumentation amplifier

resistor array recommended for best accuracy and lowest drift

Typical Applications(Continued)

Fast Sample and Hold

TL/H/5646 – 33

#Both amplifiers (A1, A2) have feedback loops individually closed with stable responses (overshoot negligible)

#Acquisition time TA, estimated by:

TAj

Ð

2RON, VIN, Ch

Sr

(

(/2_{provided that:}

VINk2qSrRONChand TAl

VINCh

IOUT(MAX)

, RONis of SW1

If inequality not satisfied: TAjVINCh

20 mA

#LF156 develops full Sroutput capability for VINt1V

#Addition of SW2 improves accuracy by putting the voltage drop across SW1 inside the feedback loop

#Overall accuracy of system determined by the accuracy of both amplifiers, A1 and A2

High Accuracy Sample and Hold

TL/H/5646 – 27

#By closing the loop through A2, the VOUTaccuracy will be determined uniquely by A1.

No VOSadjust required for A2.

#TAcan be estimated by same considerations as previously but, because of the added

propagation delay in the feedback loop (A2) the overshoot is not negligible.

#Overall system slower than fast sample and hold

#R1, CC: additional compensation

#Use LF156 for

XFast settling time

Typical Applications (Continued)

High Q Band Pass Filter

TL/H/5646 – 28

#By adding positive feedback (R2)

Q increases to 40

#fBPe100 kHz

VOUT

VIN

e100Q

#Clean layout recommended

#Response to a 1 Vp-p tone burst:

300ms

High Q Notch Filter

TL/H/5646 – 34

#2R1eRe10 MX

2CeC1e300 pF

#Capacitors should be matched to obtain high Q

#fNOTCHe120 Hz, notche b55 dB, Ql 100

#Use LF155 for

XLow IB

XLow supply current

Physical Dimensionsinches (millimeters)

Metal Can Package (H)

Order Number LF156AH, LF155H, LF156H, LF255H, LF256H, LF257H, LF355AH, LF356AH, LF357AH, LF356BH, LF355H, LF356H or LF357H

NS Package Number H08C

Small Outline Package (M)

Order Number LF355M, LF356M, LF357M, LF355BM or LF356BM NS Package Number M08A

LF155/LF156/LF157

Series

Monolithic

JFET

Input

Operational

Amplifiers

Physical Dimensionsinches (millimeters) (Continued)

Molded Dual-In-Line Package (N)

Order Number LF355N, LF356N, LF357N, LF355BN, LF356BN, LF357BN NS Package Number N08E

LIFE SUPPORT POLICY

NATIONAL’S PRODUCTS ARE NOT AUTHORIZED FOR USE AS CRITICAL COMPONENTS IN LIFE SUPPORT DEVICES OR SYSTEMS WITHOUT THE EXPRESS WRITTEN APPROVAL OF THE PRESIDENT OF NATIONAL SEMICONDUCTOR CORPORATION. As used herein:

1. Life support devices or systems are devices or 2. A critical component is any component of a life

systems which, (a) are intended for surgical implant support device or system whose failure to perform can into the body, or (b) support or sustain life, and whose be reasonably expected to cause the failure of the life failure to perform, when properly used in accordance support device or system, or to affect its safety or with instructions for use provided in the labeling, can effectiveness.

be reasonably expected to result in a significant injury to the user.

National Semiconductor National Semiconductor National Semiconductor National Semiconductor

Corporation Europe Hong Kong Ltd. Japan Ltd.

1111 West Bardin Road Fax: (a49) 0-180-530 85 86 13th Floor, Straight Block, Tel: 81-043-299-2309 Arlington, TX 76017 Email: cnjwge@tevm2.nsc.com Ocean Centre, 5 Canton Rd. Fax: 81-043-299-2408 Tel: 1(800) 272-9959 Deutsch Tel: (a49) 0-180-530 85 85 Tsimshatsui, Kowloon