YEPE Elektronika Tak Linier 2017 B

(1)

Elektronika Tak Linier

Yuliman Purwanto

2017

(2)

Silabi

1. Pendahuluan : komponen tak linier.

2. Teorema Dioda : dioda penyearah, dioda zener,

dioda terobos (

tunnel dioda

), varactor, LED.

3. Teorema transistor : pra-tegangan, titik kerja,

penguat tak linier

4. Rangkaian tak linier : RL, RC, RLC, tanggapan

frekuensi, untai resonansi.

5. Rangkaian operasional : penunda, pemotong,

pembatas, pembanding.

6. Multivibrator : monostabil, bistabil, astabil,

penyulut Schmitt (Schmitt

trigger

)

(3)

Rangkaian Peka Frekuensi

• Merupakan rangkaian elektronika (baik pasif maupun

aktif) yang bereaksi terhadap perubahan frekuensi.

• Termasuk di dalamnya :



Rangkaian Tapis (

filter

) : LPF, HPF, BPF, BSF yang

tersusun dari RC, RL, RLC, LC.

(4)

Tapis Lolos Bawah (Low Pass Filter)

(5)

Rangkaian R-L:

Rangkaian L-C:

LPF

(6)

Tapis Lolos Atas (High Pass Filter)

(7)

Rangkaian R-L:

Rangkaian L-C:

HPF

(8)

Tapis Lolos Pita (Band Pass Filter)

Tanggapan frekuensi (Bode plot): Rangkaian R-C:

(9)

Rangkaian R-L:

Rangkaian L-C:

BPF

(10)

Tapis Stop Pita (Band Stop Filter/Band Reject Filter)

(11)

Contoh :

Jika pitanya sempit



tapis takik (notch filter)

BSF

• Saat resonansi  impedansi rendah  sinyal dibuang  melewatkan

sinyal lainnya.

• _{Saat resonansi} impedansi

tinggi  sinyal ditahan 

(12)

Contoh : Twin “T” BSF

(13)

Rangkaian Tertala (Tuned Circuit)

• Disebut juga

resonant circuit

atau

tank circuit

: tersusun

atas komponen induktor (L) dan kapasitor (C).

• Penggunaan :



Pembangkitan sinyal (osilator)



Tapis BPF atau BSF

• Merupakan komponen kunci dari peralatan elektronik

khususnya di bidang komunikasi elektronik : perangkat radio,

osilator, tapis, penala, dan pencampur frekuensi.

• Jenis :



LC seri

(14)

Rangkaian Tertala LC paralel

Rangkaian Tertala LC seri

(15)

Rangkaian Operasional

Rangkaian Penunda Waktu

• Berfungsi menunda waktu keluar/masuknya sinyal pada suatu proses. • _{Prinsip dasar : memanfaatkan sifat konstanta waktu RC atau L/R}

(16)

• Kegunaan :



Menyerempakkan 2 buah sinyal atau lebih untuk diproses



Menghapus sinyal yang tidak diinginkan



Pengaman pada rangkaian berdaya tinggi

• Contoh : penunda waktu analog menggunakan rangkaian RC

(17)

• Aplikasi penunda waktu : pengaman speaker pada penguat daya

audio.

(18)

Contoh : Rangkaian Non-Linear Delay Line

(19)

Penunda waktu digital

(20)

Rangkaian Pemotong

• Prinsip : memanfaatkan sifat satu arah dari bahan

semikonduktor (dioda, transistor)

• Jenis :

a. Pemotong positif seri

b. Pemotong negatif seri

c. Pemotong positif paralel

d. Pemotong negatif paralel

e. Pemotong kombinasi

(21)

• Pemotong positif seri dengan pra-tegangan :

(22)

• Pemotong negatif seri dengan pra-tegangan :

(23)

• Pemotong positif paralel dengan pra-tegangan :

(24)

• Pemotong positif paralel dengan pra-tegangan :

(25)

Penjepit (

clamper

)

• Penjepit sinyal menggeser seluruh sinyal AC naik atau turun dengan

menggunakan tegangan DC dan sebuah dioda  tidak mengubah nilai

sinyal, hanya “menggeser” sumbu nolnya saja  berbeda dengan

pemotong (clipper) yang mengubah nilai sinyal.

• _{Penjepit positif}_{: menggeser seluruh sinyal di atas sumbu nol sehingga} nilainya selalu positif. Contoh penjepit positif :

(26)

• Penjepit positif dengan pra-tegangan :

(27)

Pengganda tegangan (

voltage doubler

)

• Prinsip dasar :

• Cara kerja : saat puncak setengah perioda negatif, D1 terbias maju

dan D2 terbias balik  C1 dimuati setinggi tegangan puncak Vin

dengan polaritas positif di sebelah kanan.

• Saat puncak setengah perioda positif, D1 terbias balik dan D2

terbias maju  Karena Vin dan C1 terpasang seri, maka C2 akan diisi

hingga 2xVin  C2 diisi tegangan sebesar Vin+VC1.

(28)

Pelipat tegangan (

voltage multiplier

)

• Contoh praktis :

• _{Terdiri dari beberapa tingkat pengganda tegangan yang tersusun}

(29)

DC-DC

voltage doubler

• Prinsip : membangkitkan tegangan AC dengan berbagai metoda,

kemudian dilakukan penggandaan tegangan dengan dioda.

(30)

Pembatas

• Ada 2 jenis : pembatas

tegangan

dan pembatas

arus

.

• Pembatas tegangan

: membatasi tegangan yang secara umum

memanfaatkan sifat komponen dioda zener.

(31)

Pencatu daya terregulasi (

regulated power supply

)

• Prinsip dasar :

• Cara kerja : dioda D_Z membatasi tegangan patokan pada basis Tr1

sebesar V_Z. Tegangan V_BE adalah 0.7V sehingga tegangan keluaran adalah sebesar V_OUT = V_Z - V_BE.

• Jika tegangan V_OUT naik (karena efek pembebanan),  tegangan

V_BE akan naik  arus I_B naik  arus kolektor-emitter naik. Maka ada

tambahan arus ke beban yang akan mengembalikan tegangan V_OUT ke besaran semula  stabil.

• Jika V_OUT cenderung turun (karena efek pembebanan) maka akan

tegangan V_BE turun  arus I_B turun  arus kolektor-emitter turun 

tegangan V_OUT naik ke besaran semula  stabil.

• Jika tegangan masukan V_IN naik/turun, maka dioda D_Zakan membatasi

(32)

Pencatu daya terregulasi seri dengan umpan balik :

• Cara kerja : tegangan patokan V_Z dibandingkan dengan tegangan

umpan-balik V_F menghasilkan tegangan kesalahan  digunakan untuk

mengendalikan elemen kendali  mengoreksi kesalahan pada V_OUT.

• Tegangan keluaran V_OUT = (V_Z + V_BE2) + (V_OUT - V_F). Jika V_F diubah dengan

mengubah VR1  V_F dan V_Z berubah  V_OUT berubah  VR1

menghasilkan tegangan V_OUT yang berubah  stabil di tegangan itu.

• Jika V_OUT cenderung naik  V_F- V_Znaik  arus kolektor TR2 naik 

teg. V_BE1 turun  arus I_B1 turun  arus kolektor TR1 turun  teg. V_OUT

(33)

(34)

Pembatas arus

• Pembatas arus dengan dioda :

• Cara kerja : saat arus ke beban normal

atau kurang  kedua dioda tidak aktif 

pasokan arus tidak dibatasi.

• _{Saat arus ke beban melebihi normal}

(terlalu besar)  kedua dioda aktif 

arus I_B turun  arus kolektor ke beban

juga turun.

• _{Pembatas arus dengan}_transistor_: • _{Cara kerja : saat arus ke beban normal}

atau kurang  transistor peraba tidak

aktif  pasokan arus tidak dibatasi. • Saat arus ke beban melebihi normal

(terlalu besar)  transistor peraba aktif  arus I_B turun  arus kolektor ke beban

(35)

Operational Amplifier (Op-Amp)

• Merupakan rangkaian terintegrasi yang berfungsi sebagai penguat yang

memiliki 2 terminal masukan dan 1 terminal keluaran.

• Masukan 1 : masukan tak membalik V₊

(non-inverting)  menghasilkan

keluaran yang sefasa. (0o)

• Masukan 2 : masukan membalik V

-(inverting)  menghasilkan keluaran

yang berbalikan fasa (180o).

• Secara umum bati (gain) op-amp adalah :

• Op-amp bisa difungsikan untuk berbagai keperluan dengan cara

merangkai komponen yang sesuai dengan tujuan  sangat luas

aplikasinya.

• Contoh aplikasi : penguat tegangan, penjumlah, pengurang, pengintegrasi,

(36)

(37)

Penguatan Tak-Membalik (

Non-Inverting Amplification

)

• Rangkaian dasar dan bati :

• Jika masukan R

₂

= 0 dan R

₁

= ~ maka :

(38)

Penguatan Membalik (

Inverting Amplification

)

• Rangkaian dasar dan bati :

• Jika masukan R

_f

= ~ dan Ri = 0 maka :

v

_o

/v

_s

= ~

(39)

Penguat Penjumlah

• Rangkaian dasar :

dari rumus penguatan membalik diperoleh :

• Maka untuk

n

masukan v_s diperoleh :

(40)

Contoh perhitungan

• Hitung berapa besar tegangan keluaran dari rangkaian penjumlah di

(41)

Contoh aplikasi rangkaian penjumlah

• Rangkaian kontrol nada (

tone control

) pada sistem penguat audio :

• Mengatur nada frekuensi

rendah (bass), frekuensi menengah (mid-range), dan frekuensi tinggi audio (treeble).

• Keluaran penguat

(42)

Penguat Pengurang (Penguat Diferensial)

• Jika kita memasang R

₃

= R

₃

’ dan R

₄

= R

₄

’ maka :

(43)

Penguat Integrasi (Integrator)

Maka :

(44)

Contoh aplikasi :

Penguat Pengendali Proporsional Integral (PI) Analog

• _{Keluaran dari penguat ini}

merupakan hasil integrasi sinyal masukan dengan bati yang proporsional.

• _{Sinyal keluaran merupakan}

(45)

Contoh aplikasi :

Penguat Pengendali Proporsional Integral

Diferensial (PID) Analog

• _{Keluaran dari penguat ini}

merupakan hasil integrasi sinyal masukan yang sudah dibandingkan (selisih)

dengan suatu sinyal acuan.

• _{Sinyal keluaran merupakan}

(46)

Pembanding (

comparator

)

• Pada dasarnya, sebuah op-amp tanpa komponen tambahan sduah

membentuk rangkaian pembanding sederhana.

• Jika salah satu masukannya diberikan tegangan patokan maka

keluaran akan menyesuaikan dengan tegangan patokan tersebut 

(47)

Contoh aplikasi : pengendali suhu

• Masukan tak membalik merupakan hasil keluaran pembagi tegangan R1

dan R2  R2 merupakan sensor suhu (misalnya thermistor).

• _{Saat nilai R2 = R1 maka}

keluaran tidak menghasilkan tegangan karena masukan pembalik diberi tegangan 0V dan selisih antara terminal 2 dan 3 = 0V.

• _{Saat R2 berubah nilainya maka}

keluaran akan menghasilkan

sebuah tegangan (+6V atau -6V) yang bisa digunakan untuk

mengendalikan peralatan