multivibrator, teori dan aplikasinya

MULTIVIBRATOR, TEORI DAN APLIKASINYA

Konsep Dasar Multivibrator

Karakteristik Multivibrator

Jenis-jenis Multivibrator

Aplikasi Multivibrator

--- Daftar Pembahasan ---

Konsep Dasar Multivibrator

• Multivibrator adalah rangkaian elektronik terpadu yang digunakan untuk menerapkan variasi dari sistem dua keadaan (two state system) yang dapat menghasilkan suatu sinyal kontinu, yang dapat digunakan sebagai pewaktu (timer) dari rangkaian-rangkaian sekuensial.

Konsep Dasar Multivibrator

• Multivibrator beroperasi sebagai osilator, yaitu sebagai sebuah rangkaian pembangkit sinyal, di mana sinyal yang dihasilkan pada keluaran akan berbentuk gelombang persegi (square wave).

• Multivibrator dalam pengoperasiannya memiliki dua keadaan utama, yaitu keadaan stabil dan keadaan tak stabil.

Konsep Dasar Multivibrator

• Keadaan stabil adalah keadaan di mana taraf amplitudo sinyal keluaran adalah tetap/stagnan pada suatu nilai tertentu.

• Keadaan tak stabil adalah keadaan di mana taraf ampiltudo sinyal selalu berubah-ubah mengikuti denyut tegangan pada komponen aktif.

• Keadaan tak stabil dipengaruhi oleh waktu laju pengisian/pengosongan kapasitor yang besarnya ditentukan dari kapasitas kapasitor.

Konsep Dasar Multivibrator

• Rangkaian multivibrator terdiri dari komponen penguat aktif yang dikopel silang dengan komponen-komponen pasif (resistor dan kapasitor).

• Fungsi resistor pada rangkaian multivibrator adalah sebagai sumber arus bagi pengisian muatan kapasitor, sedangkan kapasitor berfungsi sebagai kopel yang akan menentukan besar tegangan dari komponen penguat yang aktif.

Konsep Dasar Multivibrator

• Rangkaian multivibrator dapat dibuat dengan transistor bipolar (bipolar junction transistor, BJT), FET dan penguat operasional (operational ampilfier, op-amp), yang mana bentuk rangkaian untuk setiap komponen aktif perlu disesuaikan dengan karakteristik dari setiap komponen aktif tersebut.

• Karena cara kerja FET lebih rumit dari cara kerja BJT, rangkaian multivibrator pada umumnya dibuat dengan rangkaian BJT.

Konsep Dasar Multivibrator

Jenis-jenis Multivibrator

• Berdasarkan bentuk sinyal keluaran (output), multivibrator dapat dibagi ke dalam 3 jenis, yaitu:

1. Multivibrator astabil (astable multivibrator)

2. Multivibrator monostabil (monostable multivibrator)

3. Multivibrator bistabil (bistable multivibrator)

Jenis-jenis Multivibrator

Multivibrator Astabil

• Multivibrator astabil adalah multivibrator yang bersifat free-running, yaitu tidak memiliki keadaan stabil yang permanen pada suatu periode tertentu, oleh sebab itu tidak dibutuhkan suatu masukan (input).

• Waktu aktif dari setiap komponen penguat bergantung pada waktu pengisian dan pengosongan kapasitor pada rangkaian.

Multivibrator Astabil

Rangkaian Multivibrator Astabil (BJT)

VOUTVOUT

Catatan:C1 = C2

R2 = R3

Cara Kerja• Keadaan 11. Q1 menahan tegangan kaki R1 dan C1 yang terhubung pada kolektor di 0 V.

2. Kapasitor C1 diisi melalui R2 hingga tegangan basis Q2 mencapai 0,6 V.

3. R3 menaikkan tegangan basis-emitor Q1, tetapi dioda basis-emitor Q1 menahan tegangan basis pada taraf 0,7 V.

4. R4 mengisi muatan C2 hingga mencapai tegangan sumber (VCC), yang waktu pengisiannya lebih cepat dari waktu pengisian C1.

5. Karena tegangan basis-emitor mencapai 0,7 V, maka Q2 aktif, dan menahan tegangan kaki R4 dan C2 yang terhubung pada kolektor Q2 di 0 V.

6. Tegangan basis-emitor Q1 akan menurun kurang dari 0 V, yang mengakibatkan Q1 nonaktif.

7. R1 dan R2 akan mengisi muatan kapasitor hingga mencapai tegangan sumber (VCC), akan tetapi dioda basis-emitor Q2 menahan tegangan basis-emitor pada taraf 0,7 V.

• Keadaan 2 Keadaan ini merupakan kebalikan dari keadaan 1, di mana pada keadaan awal Q1 nonaktif,

sedangkan Q2 aktif. Siklus pengisian dan pengosongan akan berulang jika tegangan basis transistor mencapai 0,6 V.

Rangkaian Multivibrator Astabil (Op-Amp)

-+

+V

-V

VOUT

Cara Kerja

• Keadaan 1 (output op-amp bernilai 1)Tegangan yang melalui kapasitor C1 akan meningkat karena adanya arus yang melalui R3 dari nilai awal t = 0 hingga keadaan t, yang menyebabkan output op-amp menjadi bernilai 0.

• Keadaan 2Keadaan ini merupakan kebalikan dari keadaan 1, di mana terjadi pengosongan kapasitor hingga waktu t sehingga output op-amp berubah dari nilai 0 kembali pada nilai 1.

Multivibrator Monostabil

• Multivibrator monostabil adalah multivibrator yang memiliki satu kondisi stabil dan satu kondisi tak stabil.

• Mempunyai satu buah masukan denyut pemicu (input trigger pulse) untuk mengubah keadaan stabil dan tak stabil.

• Keadaan stabil akan menjadi tak stabil apabila diberikan suatu denyut pemicu negatif (negative trigger pulse) pada komponen penguat yang sedang aktif.

Multivibrator Monostabil

• Jika suatu denyut masukan berulang-ulang yang diterapkan pada rangkaian dapat mempertahankan kondisi tak stabil, maka rangkaian tersebut disebut retriggerable monostable.

• Sebaliknya jika suatu denyut masukan berulang-ulang yang diterapkan pada rangkaian tidak mempengaruhi periode kondisi tak stabil, maka rangkaian tersebut disebut nonretriggerable monostable.

Rangkaian Multivibrator Monostabil (BJT)

INPUT TRIGGER PULSE

VOUTVOUT

Cara Kerja• Keadaan stabil (Q2 aktif)

1. Jika diberi suatu denyut masukan pada basis Q2, maka kapasitor C1 akan mengosongkan muatan karena tegangan pada titik sambungan R3 dan R4 adalah 0 V, sehingga tegangan basis dari Q2 berada di bawah tegangan ground (0 V), yang menyebabkan Q2 berada dalam daerah cut-off sehingga Q2 nonaktif.

2. Arus basis Q1 akan naik dengan cepat mencapai nilai 0,7 V akibat tidak adanya kapasitor pada R3 , sehingga Q1 berada dalam daerah aktif dalam waktu yang relatif singkat, dan keadaan ini merupakan keadaan tak stabil.

• Keadaan tak stabil1. Kapasitor C1 akan diisi muatannya oleh R1 & R2, sehingga arus basis Q2 akan naik

mencapai 0,7 V , dan akibatnya Q2 berada dalam daerah aktif, yang menandakan bahwa multivibrator dalam keadaan stabil.

2. Saat C2 berada dalam keadaan jenuh, jika ada suatu denyut masukan pada basis Q2, maka siklus pengosongan dimulai kembali hingga Q1 kembali aktif.

Periode waktu di mana multivibrator berada dalam keadaan tak stabil dirumuskan dengan t = ln(2).R2.C1.

Rangkaian Multivibrator Monostabil (Op-Amp)

-+

+V

-V

VOUT

VIN

Cara Kerja

• Keadaan stabilDioda D1 akan menahan (clamp) tegangan pada titik sambungan masukan negatif pada op-amp sebesar 0,6 V, yang menyebabkan output op-amp tetap.

• Keadaan tak stabilJika diberikan suatu denyut pemicu negatif (negative trigger pulse) pada C2, maka pada titik sambungan dioda D2 dengan masukan positif op-amp akan timbul denyut dengan amplitudo cukup besar yang menyebabkan output op-amp menjadi kebalikan dari keadaan sebelumnya.

Multivibrator Bistabil

• Multivibrator bistabil adalah multivibrator yang memiliki dua keadaan stabil.

• Tidak adanya waktu pengisian/pengosongan karena tidak memiliki kapasitor, sehingga waktu aktif dari komponen penguat diatur oleh pemicu (trigger) eksternal.

• Memiliki dua keadaan ‘set’ dan ‘reset’ yang menyebabkan pada keadaan awal komponen-komponen aktif menghantar.

Multivibrator Bistabil

Rangkaian Multivibrator Bistabil (BJT)

RESET TRIGGER PULSESET TRIGGER PULSE

VOUTVOUT

Cara Kerja

• Pada awal rangkaian diaktifkan, kedua transistor berada dalam keadaan aktif karena tak adanya kapasitor.

• Jika ada masukan denyut pemicu dari terminal ‘set’, maka Q1 akan berada pada daerah aktif, sedangkan Q2 akan berada pada daerah cut-off.

• Jika ada masukan denyut pemicu dari terminal ‘reset’, maka Q2 akan berada pada daerah aktif, sedangkan Q1 akan berada pada daerah cut-off.

Rangkaian Multivibrator Bistabil (Op-Amp)

+V

-V

-+

VOUT

VIN

Cara Kerja

• Ada/tidaknya denyut masukan dari terminal VIN mempengaruhi nilai keluaran (output) dari op-amp, di mana jika ada sinyal masukan pada terminal masukan negatif op-amp, maka akan timbul nilai ‘1’ pada terminal keluaran dan begitu juga sebaliknya untuk nilai ‘0’ pada keluaran diperoleh dengan meniadakan sinyal masukan pada terminal masukan negatif.

Karakteristik Multivibrator

• Multivibrator astabil1. Memiliki waktu tunda pengisian dan

pengosongan kapasitor.2. Tidak memiliki masukan (input) karena

keadaan ditentukan oleh besarnya tegangan pada komponen penguat aktif.

Karakteristik Multivibrator

• Periode waktu osilasi

• Frekuensi osilasi

Karakteristik Multivibrator

222

311

21

CRVt

CRVt

ttT

BE

BE

RCVTf

BE2

11

• Bentuk gelombang multivibrator astabil

Karakteristik Multivibrator

• Multivibrator monostabil1. Keadaan tak stabil dicapai dengan

menerapkan sinyal pemicu ujung negatif (negative edge triggering).

2. Memiliki 1 buah masukan pada salah satu komponen kopel yang mengatur keadaan stabil dan tak stabil.

Karakteristik Multivibrator

• Multivibrator monostabil1. Keadaan tak stabil dicapai dengan

menerapkan sinyal pemicu ujung negatif (negative edge triggering).

2. Memiliki 1 buah masukan pada salah satu komponen kopel yang mengatur keadaan stabil dan tak stabil.

Karakteristik Multivibrator

• Periode waktu osilasi adalah selang waktu yang dibutuhkan untuk mengubah keadaan rangkaian dari keadaan stabil menjadi tak stabil, yang dirumuskan dengan:

Karakteristik Multivibrator

RCVBE

• Bentuk gelombang multivibrator monostabil

Karakteristik Multivibrator

• Multivibrator bistabil1. Tidak menggunakan kapasitor sehingga pada awal

rangkaian diaktifkan komponen penguat berada pada daerah aktif.

2. Pengubahan keadaan dari sinyal keluaran dilakukan dengan menerapkan masukan “set” dan “reset” pada komponen penguat yang aktif. Jika diberikan masukan pada salah satu terminal tersebut, maka keadaan keluaran akan berubah ke taraf kebalikan dari keadaan awal.

Karakteristik Multivibrator

• Bentuk gelombang multivibrator bistabil

Karakteristik Multivibrator

Aplikasi Multivibrator

• Multivibrator astabilKegunaan dari multivibrator bistabil antara lain:1. Sebagai pembangkit sinyal yang menghasilkan

gelombang keluaran dengan periode tetap.2. Sebagai rangkaian pembangkit denyut lonceng

(clock pulse) untuk rangkaian pencacah (counter), penghitung waktu (timer), modulator dan rangkaian logika digital lainnya.

Aplikasi Multivibrator

• Multivibrator monostabilKegunaan dari multivibrator monostabil antara

lain:1. Peregangan periode waktu terhadap denyut

sinyal keluaran (pulse stretching).2. Sebagai rangkaian pendeteksi ujung jatuh

pada denyut rangkaian flip-flop.

Aplikasi Multivibrator

• Multivibrator bistabilKegunaan dari multivibrator bistabil antara lain:1. Membangkitkan dan memproses sinyal-sinyal

denyut.2. Melakukan operasi-operasi seperti

penyimpanan bit data dan operasi logika (aljabar Boole)

3. Pembentuk sistem memori dalam bentuk flip-flop RS atau JK.

Aplikasi Multivibrator

Rangkaian dan tabel kebenaran RS-FF