Pada saat ini tersedia sejumlah besar rangkaian timer monolitik dipasaran, tetapi mungkin yang paling banyak dikenal adalah 555, 556 dan ZN 1034 E. Rangkaian-rangkaian waktu (timing circuits) adalah rangkaian-rangkaian yang akan menyediakan suatu perubahan keadaan dari keluaran setelah suatu selang waktu yang telah ditentukan sebelumnya.
Sudah barang tentu, hal ini merupakan gerak dari suatu multivibrator monostabil. Rangkaian-rangkaian diskrit dapat dirancang dengan mudah untuk memberikan waktu tunda (dari beberapa mikro detik hingga beberapa detik), akan tetapi biasanya untuk dapat memberikan waktu tunda yang amat panjang perlu dipakai peralatan mekanik. IC timer 555, yang pertama-tama tersedia pada tahun 1972, mengijinkan penggunaannya untuk penundaan yang cukup akurat ataupun osilasi-osilasi dari mikro detik hingga beberapa menit, sedangkan ZN 1034 E dapat diset untuk memberikan waktu tunda hingga beberapa bulan.
Operasi dasar 555 dapat dimengerti dengan mudah dengan cara memperhatikan gambar 6.112. Untuk operasi monostabil, komponen waktu luar RA dan C di hubungkan seperti pada gambar. Tanpa adanya penerapan pulsa pemacu, keluaran Q dari flip-flop adalah tinggi, memaksa transistor pembuang (discharge) menjadi on dan membuat keluaran tetap dalam keadaan rendah.
Ketiga tahanan dalam Rl, R2 dan R3 sebesar 5 k ohm membentuk suatu rantai pembagi tegangan sehingga timbul tegangan sebesar 2/3 Vcc pada masukan inverting dari pembagi (comparator) 1 dan tegangan sebesar 1/3 Vcc pada masukan non-inverting dari pembanding 2. Masukan pemacu ini dihubungkan ke Vcc melalui sebuah resistor luar, sehingga masukan pembanding 2 menjadi rendah. Keluaran-keluaran dari kedua pembanding mengontrol keadaan dari flip-flop dalam. Tanpa adanya penerapan pulsa pemacu, keluaran Q akan tinggi dan hal ini akan memaksa transistor pembuang dalam untuk konduksi.
Pin 7 akan ada pada keadaan tegangan hampir 0 volt, dan kapasitor C akan tercegah untuk diisi. Pada saat yang sama, keluarannya akan menjadi rendah. Pada saat diterapkan pulsa pemacu negatif, keluaran dari pembanding 2 akan menjadi tinggi untuk sesaat dan menyetel flip-flop. Keluaran Q menjadi rendah, transistor pembuang menjadi off dan keluarannya diswitch menjadi tinggi ke Vcc. Kapasitor waktu luar C sekarang dapat diisi melalui RA, sehingga tegangan yang melewati kapasitor ini akan naik secara eksponensial ke Vcc. Pada saat tegangan ini mencapai 2/3 Vcc, keluaran dari pembanding 1 akan menjadi tinggi dan menyetel ulang flip-flop dalam. Transistor buang akan terhubung dan dengan cepat membuang muatan kapasitor waktu, dan pada saat itu pula keluaran akan diswitch ke nol.
Gambar 6.112: Timer 555
Gambar 6.112: Signal output Timer 555
Lebar pulsa keluaran tpw adalah sama dengan waktu yang diperlukan oleh kapasitor luar untuk mengisi dari nol ke 2/3 Vcc, tpw = 1,1 CRA.
Nilai RA ini dapat berkisar antara 1K ohm hingga (1,3 Vcc) M ohm. Dengan kata lain, jika dipakai tegangan suplai sebesar 10 V, nilai RA minimum adalah 1 K ohn atau maksimum 13 M ohm. Dalam praktek, dipergunakan nilai tengah antara 50 K ohm. hingga 1 M ohm, karena penggunaan nilai-nilai ini cenderung untuk memberikan hasil terbaik. Keluaran 555 menswitch antara hampir nol (0,4 V) hingga sekitar 1 volt di bawah Vcc dengan waktu naik dan turun sebesar 100 ndetik. Beban ini dapat dihubungkan dari keluaran ke tanah atau dari keluaran ke Vcc.Hubungan pertama dikenal sebagai mode sumber arus dan hubungan kedua dikenal sebagai pembuang arus (current sink). Pada kedua situasi ini, dapat diakomodasikan arus beban hingga 200 mA.
Kedua pin masukan lainnya juga disediakan. Pin 4, terminal reset, dapat dipakai untuk menginterupsi timing dan menyetel ulang (reset) keluaran dengan penerapan suatu pulsa negatif. Pin 5, disebut kontrol, dapat dipakai untuk memodifikasi timing memodulasi waktu tunda.
Tegangan yang diterapkan ke pin 5 dapat mengganggu level dc. yang dibentuk oleh resistorresistor dalam. Pada penerapanpenerapan timing normal jika tidak ada modulasi yang dibutuhkan, pin 5 biasanya diambil ke tanah melalui kapasitor 0,01 VF. Hal ini mencegah terjadinya pengangkatan/pengambilan kebisingan (noise) yang dapat mempengaruhi waktu timing.
Salah satu hal penting mengenai 555 adalah bahwa waktu relatif tidak tergantung pada perubahan-perubahan tegangan suplai. Hal ini disebabkan oleh ketiga resistor dalam yang menetapkan perbandingan dari level threshold dan level pemacu pada 2/3 Vcc dan 1/3 Vcc. Perubahan dari waktu tunda terhadap tegangan suplai adalah 0,1 per volt.
Sebagai tambahan, stabilitas suhu dari rangkaian mikro mencapai nilai terbaik pada 50 ppm per °C. Jadi, akurasi dan stabilitas penundaan waktu amat tergantung pada kualitas komponen-komponen waktu luar RA dan C. Kapasitorkapasitor elektrolitik mungkin harus dipergunakan bagi penundaan jangka panjang/lama, tetapi arus bocor haruslah cukup rendah. Demikian juga, karena toleransi dari kapasitor-kapasitor elektrolitik cukup besar (-20% + 50%), bagian dari resistor waktu mungkin harus merupakan suatu preset untuk memungkinkan penundaan dapat disetel secara cukup akurat.
Contoh dari sebuah 555 yang dipergunakan sebagai timer 10 detik yang sederhana diperlihatkan di gambar 6.113.
Gambar 6.113: Timer 10 Detik Menggunakan 555
Penekanan tombol start membuat pin.2, pemicu masukan menjadi 0 V. Output akan menjadi tinggi dan LED akan menjadi on. Selanjutnya C1 akan diisi dari 0 V hingga mencapai +Vcc. Setelah 10 detik, tegangan yang melewati C1 mencapai 6 V(2/3 Vcc) dan 555 akan direset, keluarannya akan kembali ke keadaan rendah.
Kasusnya:
Ranqkaian gagal berfungsi dengan gejala bahwa keluaran selalu tetap dalam keadaan rendah. Penyelesaiannya adalah : suatu daftar dari kesalahan-kesalahan yang mungkin memberikan gejala ini adalah:
- Rangkaian catu daya yang menuju IC terbuka.
- Kegagalan dari rangkaian pemicu, yaitu terbukanya kontak switch rangkaian atau terbukanya hubungan rangkaian ke pin 2 dari IC.
- Kegagalan didalam IC 555 itu sendiri.
- Rangkaian dari pin 3 ke beban terbuka.
Jika C1, kapasitor timing atau hubungan-hubungannya merupakan rangkaian terbuka, penundaan waktu akan menjadi amat singkat, tetapi penekanan switch start akan mengakibatkan keluaran menjadi tinggi, dan keluaran ini akan tetap tinggi selama switch start tetap dalam posisi seperti itu. Penyelesaiannya adalah: Untuk menentukan lokasi kesalahan, perlu dilakukan langkah-lanqkah pemeriksaan berikut:
- Periksa tegangan catu daya dengan menggunakan voltmeter pada IC diantara pin 8 dan pin 1.
- Selidiki rangkaian pemacu. Penekanan switch start akan mengakibatkan pin 2 turun dari suatu nilai positif ke 0 V. Karena pemacu dari 555 ini amat sensitif, sehingga meter ke pin 2 dapat mengakibatkan timer untuk menjadi on. Hal ini saja dapat merupakan suatu indikasi bahwa ada yang salah pada rangkaian switch start dan bahwa kesalahan tidak terletak pada IC.
- Periksa keluaran antara pin 3 dan pin 1 IC.
- Periksa apakah pin 4, reset, positif (Vcc) dan apakah pin 5 sebesar 2/3 Vcc.
Suatu kesalahan seperti R1 yang merupakan rangkaian terbuka akan berakibat di keluaran, sekali dipicu akan tetap tinggi. Hal ini disebabkan Cl tidak lagi mempunyai jalur pengisian ke Vcc. Dengan kesalahan ini, rangkaian akan disetel ulang (reset) dengan cara menekan S2. Gejala yang serupa akan terjadi jika jalur pcb, atau pengawatan dari C1 ke pin 6 dan 7 menjadi terbuka, kecuali jika tegangan yang melewati C1 akan naik secara positif. Perlu dicatat bahwa jika pengukuran tegangan dibuat melewati C1 atau pada pin-pin 6 dan 7, perlu dipergunakan meter yang impedansinya tinggi.
Beberapa IC linier lain yang telah dibicarakan di pendahuluan seperti regulator-regulator dan konverterkonverter analog ke digital akan didiskusikan di bab lain. Salah satu pertimbangan penting adalah PLL (Phase Locked Loop). Pada dasarnya PLL ini (Gambar 6.114) merupakan suatu sistem umpan balik yang terdiri dari sebuah detektor fasa, sebuah low pass filter dan sebuah osilator pengontrol tegangan (VCO).
VCO ini merupakan sebuah osilator yang frekuensinya akan bervariasi dari nilai bebasnya (free running value) ketika diterapkan suatu tegangan d.c. Analisa tentang PLL tidak akan dilakukan dibuku ini. Tanpa adanya penerapan sinyal masukan, tegangan keluaran akan nol dan VCO akan bekerja bebas pada suatu frekuensi yang telah ditetapkan oleh komponen luar R1C1.
Jika diterapkan suatu sinyal masukan dari frekuensi fl, rangkaian membanding fasa membandingkan fasa dan frekuensi dari sinyal yang masuk dengan fasa dan frekuensi yang berasal dari VCO. Suatu tegangan error dibandingkan dimana tegangan ini sebanding dengan selisih antara kedua frekuensi ini. Error ini diperkuat dan difilter oleh sebuah sinyal frekuensi rendah. Error ini diumpan kembali ke masukan VCO dan memaksa VCO untuk membalik frekuensinya sehingga sinyal error atau sinyal selisih ini berkurang.
Jika frekuensi masukan fl cukup dekat pada fo, maka VCO akan mensinkronkan operasinya pada sinyal masuk. Dengan kata lain, VCO mengunci frekuensi masukan. Begitu sinkronisasi ini dilakukan, frekuensi VCO menjadi hampir identik dengan frekuensi masukan kecuali untuk suatu beda fasa yang kecil. Beda fasa yang kecil ini diperlukan, sehingga dihasilkan suatu keluaran d.c yang membuat agar frekuensi VC1 sama dengan frekuensi masukan.
Jika frekuensi masukan atau fasa masukan sedikit berubah, keluaran d.c akan mengikuti perubahan ini. Oleh karena itu, sebuah PLL dapat dipakai sebagai sebuah modulator FM atau telemetri FM, dan untuk penerima FSK. FSK menjaga adanya frekuensi shift keying dan merupakan suatu metoda yang dipakai untuk mentransmisikan data yang menggunakan modulasi frekuensi dari pembawa (carrier). Level logik 0 akan menjadi satu frekuensi, katakanlah 1700 Hz, sedangkan logik 1 akan diwakili oleh frekuensi 1300 Hz. Di pemancar (transmitter), level-level logik diterapkan ke suatu VCO untuk memaksa keluaran agar menggeser frekuensinya. Penerima (receiver) merupakan PLL yang mengenai frekuensifrekuensi masukan dan selanjutnya memproduksi suatu pergeseran level d.c pada keluarannya. Sebuah penerima FSK yang menggunakan PLL IC 565 diperlihatkan di Gambar 6.114. Hal ini dimaksudkan untuk menerima dan mendekode sinyalsinyal FSK 1700 Hz dan 1300Hz.
Gambar 6.114: PLL Dasar
Keluaran dari PLL, yang berupa suatu level tegangan yang tergantung dari frekuensi masukan, dilewatkan melalui sebuah filter RC tiqa tingkat untuk mengeluarkan frekuensi pembawa. Suatu IC pembanding A710 memberikan suatu keluaran bertingkat tinggi untuk sinyal 1300 Hz dan keluaran bertingkat rendah untuk sinyal 1700 Hz. Laju pemberian sinyal, yaitu laju perubahan antara dua frekuensi yang kuat, maksimum adalah 150 Hz.
Gambar 6.115: Penerima / Dekoder FSK
1. Karakteristik Rangkaian IC Linier Penting
- Arus Bias Masukan : harga rata-rata antara dua buah arus masukan.
- Arus offset masukan : nilai absolut dari selisih antara dua arus masukan yang mana keluarannya akan dikendalikan lebih tinggi atau lebih rendah dari tegangan yang dispesifikasikan.
- Tegangan offset masukan : nilai absolut dari tegangan diantara terminal-terminal masukan yang dibutuhkan untuk membuat tegangan keluaran menjadi lebih besar atau lebih kecil dari tegangan yang dispesifikasikan.
- Daerah teganqan masukan : daerah tegangan pada terminal-terminal masukan (common mode) dimana diterapkan spesifikasispesifikasi offset.
- Teganqan logik Threshold : tegangan pada keluaran dari pembanding yang mana pembebanan rangkaian logik mengubah keadaan digitalnya.
- Level keluaran negatif : tegangan keluaran d.c negatif dengan pembanding dalam keadaan jenuh oleh suatu masukan diferensial yang sama besar atau lebih besar dari tegangan yang dispesifikasikan.
- Arus bocor keluaran : arus pada terminal keluaran dengan teqangan keluaran dalam suatu daerah tertentu dan kendali masukan yang sama besar atau lebih besar dari suatu nilai yang diberikan.
- Resistansi keluaran : resistansi yang diukur di terminal keluaran dengan level keluaran d.c berada pada tegangan threshold logik.
- Arus buang keluaran : arus negatif maksimum yang dapat diberikan oleh pembanding.
- Level keluaran positif : level tegangan keluaran tinggi dengan suatu beban tertentu dan kendali masukan yang sama besar atau lebih besar dari suatu nilai yang dispesifikasikan.
- Konsumsi daya : daya yang dibutuhkan untuk mengoperasikan pembanding tanpa beban keluaran. Daya akan bervariasi terhadap level sinyal, tetapi dispesifikasikan sebagai maksimum untuk seluruh daerah dari kondisikondisi sinyal keluaran.
- Waktu tanggap : selang (interval) antara penerapan dari suatu fungsi tangga (step) masukan dan waktu ketika keluaran melewati tegangan threshold logik. Fungsi tangga (step) masukan mengendalikan pembanding dari beberapa tegangan masukan awal yang jenuh pada suatu level masukan yang dibutuhkan untuk membawa keluaran dari kejenuhan kepada tegangan treshold logik. Ekses ini dikatakan sebagai tegangan yang berlebihan (overdrive).
- Tanggapan jenuh : level tegangan keluaran rendah dengan kendali masukan yang sama besar atau lebih besar,dari suatu nilai yang dispesifikasikan.
- Arus strobe : arus yang keluar dari terminal strobe ketika arus berada pada level logik nol.
- Level keluaran strobe : teganqan keluaran dc, tak tergantung pada kondisi-kondisi masukan, dengan tegangan pada terminal strobe yang sama besar atau lebih kecil dari keadaan rendah yang dispesifikasikan.
- Tegangan ON strobe : tegangan maksimum pada terminal strobe yang dibutuhkan untuk memaksa keluaran pada keadaan tinggi yang dispesifikasikan.
- Teqanqan OFF strobe : tegangan minimum pada terminal strobe yang akan menjamin bahwa tegangan ini tidak akan melakukan interferensi terhadap cara kerja pembanding.
- Waktu batas strobe : waktu yang dibutuhkan keluaran untuk naik hingga tegangan treshold logik setelah dikendalikan dari nol menjadi level logik satu.
- Arus suplai : arus yang dibutuhkan dari suplai positif atau negatif untuk mengoperasikan pembanding tanpa adanya beban keluaran. Daya akan bervariasi terhadap tegangan masukan, tetapi daya ini dispesifikasikan adalah maksimum bagi seluruh daerah kondisi-kondisi tegangan masukan.
- Penguatan teganqan : perbandingan antara perubahan tegangan keluaran terhadap tegangan masukan di bawah kondisi-kondisi yang dinyatakan bagi resistansi sumber dan resistansi beban.
- Bandwidth : frekuensi yang mana penguatan tegangan dikurangi menjadi 1/ 2 dari nilai frekuensi rendah.
- CMRR (Common Mode Rejection Ratio) : perbandingan antara daerah tegangan common mode masukan dengan perubahan puncak ke puncak ditegangan offset masukan untuk daerah tersebut.
- Distorsi harmonik : perbandingan dari distorsi harmonik yang didefinisikan sebagai seperseratus dari perbandingan rms (root mean square) dari harmonik-harmo nik terhadap fundamental.
- Arus bias masukan : nilai rata-rata dari kedua arus masukan.
- Daerah tegangan commonmode masukan : daerah tegangan pada terminal-terminal masukan yang mana amplifier dioperasikan. Catat bahwa spesifikasi-spesifikasi tidak dijamin pada seluruh daerah common-mode, kecuali dinyatakan secara spesifik.
- Impedansi masukan : perbandingan antara tegangan masukan terhadap arus masukan di bawah kandisi-kondisi yang dinyatakan bagi sumber (Rs) dan resistansi beban (RL).
- Arus offset masukan : selisih arus-arus pada kedua terminalterminal masukan ketika keluarannya adalah nol.
- Tegangan offset masukan : tegangan yang harus diterapkan diantara terminal-terminal masukkan melalui dua buah resistansi yang sama besar untuk mendapatkan tegangan keluaran nol.
- Resistansi masukan : perbandingan dari perubahan di tegangan masukan terhadap perubahan di arus masukan pada salah satu masukan dengan masukan lainnya ditanahkan (grounded).
- Daerah teqangan masukan : daerah teqangan di terminalterminal masukan dimana amplifier bekerja dalam batasbatas spesifikasinya.
- Penquatan tegangan sinyal besar : perbandingan antara ayunan tegangan keluaran terhadap perubahan di teqangan masukan yang dibutuhkan untuk mengendalikan keluaran dari nol menjadi tegangan ini.
- Impedansi keluaran : perbandingan antara tegang an keluaran terhadap arus keluaran di bawah kondisikondisi yang dinyatakan bagi resistansi sumber (Rs) dan resistansi beban (RL).
- Laju slew (slew rate) : laju batas dalam (internally limited) dari perubahan-perubahan di tegangan keluaran dengan suatu fungsi tangga (step) beramplitudo besar yang diterapkan pada masukan.
- Arus suplai : arus yang dibutuhkan dari catu daya untuk mengoperasikan amplifier dalam keadaan tanpa beban dan keluaran berada di tengah-tengah suplai.
- Tanqgapan transien : tanggapan fungsi tangga (step) loop tertutup dari amplifier (penguat) di bawah kondisi-kondisi sinyal kecil.
- Unity-gain bandwidth : daerah frekuensi dari d.c. ke frekuensi dimana penguatan loop terbuka dari amplifier bergerak menuju satu.
- Penquatan tegangan : perbandingan antara tegangan keluaran terhadap tegangan masukan di bawah kondisi-kondisi yang dinyatakan bagi resistansi sumber (Rs) dan resistansi beban (RL).
- Resistansi keluaran : resistansi sinyal kecil yang terlihat pada keluaran dengan tegangan keluaran yang mendekati nol.
- Ayunan tegangan keluaran: ayunan tegangan keluaran puncak, direferensikan ke nol, yang dapat diturunkan tanpa adanya clipping.
- Drift suhu tegangan offset : laju drift rata-rata dari tegangan offset untuk suatu variasi termal dari suhu kamar ke ekstrim suhu yang diindikasikan.
- Power supply rejection : perbandingan antara perubahan ditegangan offsetmasukan dengan perubahan di tegangan catu daya yang menghasilkannya.
- Waktu setting : waktu diantara pengawalan fungsi tangga (step) masukan dan waktu pada saat tegangan keluaran telah menetap dengan suatu band error yang dispesifikasikan dari tegangan keluaran akhir.
