dasar dasar elektronika
DESCRIPTION
Dasar-dasar Decibel (dB), Redaman, Gain = amplification, Attenuation, Rangkaian tertala (Tuned circuits), Rangkaian Resonansi Seri, Paralel, Equivalen, Teori Fourier, HARMONISA, Hubungan “rise-time” dan Bandwidth, Filter (LPF (Low Pass Filter), HPF (High Pass Filter), Band Pass Filter (BPF), SAW filter))TRANSCRIPT
Lingkup diskusi
Gain, Attenuation, and Decibels
Rangkaian tertala (Tuned circuits)
Filter
Teori Fourier
Gain, attenuation, dan Decibel
Gain = penguatan, atau dikatakan sebagai
perbandingan output dan input dimana
output lebih besar daripada input.
Attenuation = redaman, dikatakan sebagai
perbandingan output dan input dimana
output lebih kecil daripada input.
Decibel (dB): satuan ukuran yang dipakai
untuk menyatakan Gain dan Attenuation.
Gain = amplification
in
outv
V
V
input
outputA
in
outp
P
P
input
outputA
Amplifier
Vin Vout
Input signal output signal
in
out
V
VgainA
Vin=1mV 5mV 15mV Vout=60mV
A1= 5 A2= 3 A3= 4
AT= A1 x A2 x A3 = 5 x 3 x 4 = 60
Contoh soal
000.251030
107506
3
in
outv
V
VA
1. What is the voltage gain of an amplifier that produces an output of
750 mV for a 30 V input?
2. The power output of an amplifier is 6 watts (W). The power gain is 80.
What is the input power?
mWWP
A
PPtherefore
P
PA
in
p
outin
in
outp
75075.080
6
Contoh soal
WP
PAPthereforeP
PA
AAAA
out
inpout
in
outp
p
8.6)1040(170
1701725
3
321
3. Three cascaded amplifiers have power gain of 5, 2, and 17.
The input power is 40 mW. What is the output power?
4. A two stage amplifier has an input power of 25 W and an output
power of 1.5 mW. One stage has a gain of 3. What is the gain of
the second stage?
203/60360,3
601025
105.1
221
21
6
3
AandAthenAif
AAA
P
PA
p
in
outp
Attenuation = redaman
21
2
RR
RVV inout
in
out
V
V
input
outputAnattenuatio
Vin
R1=200
R2=100 3333.0300
100
21
2
RR
RA
Loss
stage
Loss
circuit
Loss
component
Vin Vout
A1=0,2 A2=0,9 A3=0,06
AT= A1 x A2 x A3 = 0.2 X 0.9 x 0.06 = 0.0108
Vout = AT Vin= 0.0324 = 32.4 mV
Redaman
Vin
R1=750
R2=250A2 = 4
Vout = Vin25,0
1000
250
1)4(25,0)250750(
250
1
211
A
AAAA T
Loss
stage
Loss
stage
Vin = 1.5 V Vout = 6.75 V0.15V 1.5V 0.45V
A1= 0.1 A2= 10 A3= 0.3 A4= 15
AT = A1 A2 A3 A4 = (0.1)(10)(0.3)(15) = 4.5
Contoh soal
045.0470,10
4701
21
21 A
RR
RA
A voltage divider like that shown in Fig. 2-5 has values of R1 = 10 k and
R2 = 470 .
a. What is the attenuation?
b. What amplifier gain would you need to offset the loss for an overall
gain of 1 ?
AT = A1A2
where A1 is attenuation and A2 is the amplifier gain
3.22045.0
1045.01 22 AA
Note:
To find the gain that will offset the loss for unity gain, just take
the reciprocal of attenuation: A2 = 1/A1
Contoh soalAn amplifier has a gain of 45,000, which is too much for the application. With an input voltage of 20 V, what attenuation factor is needed to keep the output voltage from exceeding 100 mV?
Let A1 = amplifier gain = 45,000; A2 = attenuation factor; AT = total gain.
1111.0000,45
000,5
000,51020
10100
1
221
6
3
A
AAthereforeAAA
V
VA
TT
in
outT
Decibel (dB)
)3(log10
)2(log20
)1(log20
in
out
in
out
in
out
P
PdB
I
IdB
V
VdB
Formula (1) untuk menyatakan penguatan (gain) atau
redaman (attenuation) tegangan dari suatu rangkaian.
Formula (2) untuk penguatan atau redaman arus
Formula (3) untuk penguatan atau redaman daya
It is common for electronic circuits
and systems to have extremely
high gains or attenuations, often
in excess of 1 million.
Dengan mengubah angka di atas
menjadi decibel (dB) akan
membuatnya terkesan menjadi
lebih kecil dan mudah digunakan.
Contoh
4.64)22.3(2067.1666log20003.0
5log20dB
a. An amplifier has an input of 3 mV and an output of 5 V. What is
the gain in decibels?
b. A filter has a power input of 50 mW and an output of 2 mW.
What is the gain or attenuation?
Note that when the circuit has gain, the decibel figure is positive. If the gain is less than 1, which means that there is an attenuation, the decibel figure is negative.
98.13)398.1(1004.0log1050
2log10dB
Loss
stage
A1=15dB A2= - 20dB A3= 35dB
AT = A1 + A2 + A3
AT = 15 – 20 + 35 = 30 dB
gain or redaman total:
Antilog:
NydanN
dBanti
P
P
maka
P
PdBdan
P
PdB
y
dB
in
out
in
out
in
out
10
10
log1010
1010
log
log10
log10
Ratio (daya/tegangan)dB gain or attenuation
power voltage
0.000001 - 60 - 120
0.00001 - 50 - 100
0.0001 - 40 - 80
0.001 - 30 - 60
0.01 - 20 - 40
0.1 - 10 - 20
0.5 - 3 - 6
1 0 0
2 3 6
10 10 20
100 20 40
1000 30 60
10000 40 80
100000 50 100
1000000 60 120
Contoh soal1. A power amplifier with a 40 dB gain has an output power of 100 W.
What is the input power?
2. A power amplifier has a gain of 60 dB. If the input voltage is 50 V,
what is the output voltage?
mWP
PP
P
antiP
P
P
P
P
PdB
P
PdB
outin
in
out
in
out
in
out
in
out
in
out
10000,10
100
000,1010
4loglog10
40
log10
log10
4
mVVVV
V
V
V
V
V
VdB
V
VdB
outinout
in
out
in
out
in
out
in
out
50)105(10001000
100010log3
log20
log20
6
3
dBm dan dB
dBm adalah ratio logaritmik dengan acuan 1 mW untuk daya
dB adalah ratio logaritmik dengan acuan 1 Volt untuk
tegangan
V
VdBdan
mW
PdBm xx
1log20
1log10
Contoh:
1. Nyatakan 20 dBm dalam watt.
2. Nyatakan 40 dB dalam volt.
Daya = 100 mW
Tegangan = 100 V
Loss
stage
A1= 30dB A2= - 10dB A3= 3dB
1mW ???
Contoh lagi:
Bagaimana komponen L, C, dan R, digunakan dalam rangkaian
elektronika komunikasi (di-operasikan pada frekuensi tinggi)
Tuned circuits (rangkaian tertala)
R
fLQ
R
X
RI
XIQ LL
2
2
2
4522)1040)(1018(28.6
2
66
L
L
X
fLX
Inductor L pada frekuensi tinggi
Contoh:
Reactansi induktif dari sebuah coil (lilitan) 40 H pada 18 MHz adalah
LfCdan
CfL
2222 4
1
4
1
2.796)10100)(102(28.6
1
2
1
126C
C
X
CfX
Capacitor C pada frekuensi tinggi
CC fXCdan
CXf
2
1
2
1
Contoh:
Capasitive-Reactance dari sebuah kapasitor 100 pF pada 2
MHz adalah:
Resistor R pada frekuensi tinggi
Resistansi dari semua konduktor kawat, apakah itu
kawat inductor, kapasitor, atau resistor bervariasi
nilainya tergantung frekuensi-kerjanya.
Semakin tinggi frekuensi kerjanya, semakin
rendah faktor qualitas Q
Rangkaian Resonansi Seri
22 )( CL XXRZ
LCfmaka
fCfL
fCXdanfLX
XX
r
CL
CL
2
1
2
12
2
12Saat XL sama dengan
XC, dikatakan sebagai
keadaan RESONANSI
Pada frekuensi yang
sangat rendah,
reaktansi kapasitif
jauh lebih besar
daripada reaktansi
induktif; karena itu
arus di dalam
rangkaian sangatlah
kecil karena tingginya
impedansi.
Pada saat itu, karena rangkaian lebih bersifat kapasitif, maka arus
mendahului tegangan hampir 900. Saat frekuensi semakin tinggi, XC
menurun dan XL makin besar. Saat nilai reaktansi keduanya mendekati
satu sama lain, maka arus makin besar. Pada saat XC = XL , keduanya
saling menghilangkan dan impedansi rangkaian menjadi sebesar nilai
resistansinya, arus menjadi maksimum. Saat frekuensi terus makin
tinggi, XL menjadi lebih besar daripada XC, rangkaian menjadi lebih
induktif. Impedansi rangkaian makin besar dan arus makin kecil, dst.
Daerah frekuensi
sempit dimana arus
pada rangkaian
adalah yang
terbesar disebut
bandwidth. Daerah
ini diperlihatkan
pada gambar di
samping.
Batas atas dan bawah dari bandwidth ditentukan oleh dua frekuensi cutoff yang
diberi label f1 dan f2. Kedua frekuensi cutoff ini terjadi ketika besar arus adalah
70,7% dari arus maksimum. Level arus di dua titik dimana besarnya 70,7% tadi
disebut sebagai half-power points.
12
222 5.0)707.0(
ffBW
RIRIRIP peak
Q
fBW
R
XQ r
T
L
Contoh soal
What is the bandwidth of a resonant circuit
with a frequency at 28 MHz and a Q of 70?
kHzHzQ
fBW r 400000,400
70
1028 6
22
2
21
21
21
BWffdan
BWff
fff
fff
BW
fQ
rr
r
r
r
Formula-2
hasil otak-atik
FILTER
LPF (Low Pass Filter)
menggunakan sebuah induktor
HPF (High Pass Filter)
menggunakan sebuah kapasitor
dan induktor
LPF (Low Pass Filter) menggunakan RC
Perhatikan Slope (kemiringan) dari respon frekuensi LPF, semakin
curam berarti semakin selektif (semakin baik). Slope ini dinyatakan
dalam dB per oktav atau dB per dekade.
Oktav adalah kelipatan 2 dari frekuensi
Dekade adalah kelipatan 10 dari frekuensi
Band Pass Filter (BPF)
Sebuah BPF bisa disusun dari LPF yang diseri dengan HPF dimana f1adalah frekuensi cutoff dari HPF dan f2 adalah frekuensi cutoff dari LPF
Aplikasi teori Fourier
Kita bisa menghasilkan sinyal sinusoidal murni dari sebuah sinyal
persegi dengan cara mem-filter frekuensi fundamental atau
harmonisa yang diinginkan.
Aku inginkan frekuensi output = 3f
Harmonisa yang mana yang diinginkan keluar pada output BPF???
Kita bisa memilihnya dengan menentukan fr dari BPF kita.
Rancang saja BPF kita agar beresonansi pada frekuensi harmonisa
yang diharapkan; bisa 3f, 5f, 7f, dsb.
Spektrum frekuensi dari suatu deretan pulsa-pulsa sempit
(misalnya deretan data digital / bit “1” dan “0” berkecepatan tinggi)