CHAPTER 4

ELECTRONICS

Group 6Adhitya Maulana Yusuf

Fuad BafadliJulyan Eria

Laily Sita Nur R

REFRIGERATION AND AIR CONDITIONINGPOLYTECHNIC STATE OF BANDUNG

4.1 Pendahuluan

Bab ini berkaitan dengan komponen aktif, yaitu, perangkat seperti bipolar atau oksida logam semikonduktor (MOS) transistor, yang merupakan perangkat aktif dan dapat memperkuat sinyal. Secara kolektif semua perangkat ini disebut sebagai elektronik.

4.2 Analog SirkuitStudi tentang sirkuit elektronik, di mana input dan output yang terus bervariasi, dikenal sebagai analog elektronik.

4.2.1 Diskrit amplifier

Transistor dapat digunakan untuk membuat amplifier diskrit

Gambar 4.1: Sirkuit dari (a) penguat bipolar diskrit dan (b) amplifier MOS diskrit.

Sebuah perangkat bipolar adalah penguat arus, dan perolehan/keuntungan yang diberikan oleh perolehan (b) = ΔIC (kolektor I perubahan) / ΔIB (base I perubahan)

Sebuah perangkat MOS memiliki transkonduktansi (masuk

transfer) yang merupakan perubahan arus keluaran untuk perubahan tegangan input. Transkonduktansi didapat dariTranskonduktansi (µ) = ΔIS (perubahan sumber arus) / ΔEG (perubahan tegangan)

Contoh pada gambar. b

perangkat MOS memiliki transfer masuk 4,5 mA / V. Jikaresistansi beban 5 kΩ, berapa tingkat keuntungan?Tingkat keuntungan = µ × 5 kΩ = 4,5 mA / V × 5 = 22,5 kΩ

Sirkuit terpadu memungkinkan untuk menghubungkan perangkat aktif beberapa pada satu chip untuk membuat penguat operasional (op-amp), seperti LM741/107 tujuan umum op-amp. Ini sirkuit amplifier kecil-satu, dua, atau empat dapat dikemas dalam satu paket inline tunggal plastik ganda (DIP) atau mirip paket (lihat Gambar).

4.2.2 Operasional amplifier

Gambar 4.2 LM741/107 packages (a) 8-pin and 14-pin DIP showing connections and (b) Opamp symbol.

Semua perangkat diskrit secara terpadu sirkuit yang diproduksi sebagai sebuah kelompok, memberi semua karakteristik serupa, dan karena berdekatan, maka berada pada suhu yang sama.

Dengan demikian, terintegrasi op-amp dapat dirancang untuk mengatasi sebagian besar masalah yang dihadapi dalam amplifier perangkat diskrit. Hal ini dicapai dengan menggunakan pasang perangkat untuk menyeimbangkan karakteristik masing-masing, meminimalkan penyimpangan temperatur, dan saling melengkapi pasangan untuk membangun kembali tingkat operasi dc.

Op-amp memiliki masukan ganda, satu yang merupakan masukan yang positif, yaitu, output dalam fase dengan input; dan lainnya adalah masukan negatif, yaitu, output terbalik dari input.

Spesifikasi umum untuk tujuan umum terintegrasi op-amp adalah:Gain tegangan 200.000Output impedansi 75 ΩImpedansi masukan bipolar 2 MQImpedansi masukan MOS 1.012 Ω Banyak amplifier menggunakan kontrol diimbangi saat memperkuat sinyal kecil untuk mengatur dc output dari amplifier ke nol ketika input dc adalah nol. → Dalam kasus LM 741/107 ini dicapai dengan menghubungkan potensiometer (47 k) antara offset poin nol dan mengambil wiper ke jalur suplai negatif, seperti yang ditunjukkan pada gambar.

Gambar 4.3 Offset kontrol untuk LM 741/107 op-amp.

Gambar diagram Circuit 4.4 dari (a) penguat pembalik dan (b) penguat noninverting. Dalam Gambar. 4.4a op-amp dikonfigurasi sebagai penguat pembalik tegangan. Resistor R1 dan R2 memberikan umpan balik, yaitu, beberapa sinyal output diumpanbalikkan untuk input. Umpan balik menstabilkan penguat, meminimalkan penyimpangan dc, dan menetapkan keuntungan untuk mengetahui nilai. Ketika sinyal input tegangan diumpankan ke terminal negatif dari op-amp, seperti pada Gambar. 4.4a, sinyal keluaran akan terbalik. Dalam konfigurasi untuk keuntungan tinggi suatu amplifier, gain teganganGain = Eout / Ein = -R2 /

R1

Ketika input sinyal dimasukkan ke terminal positif rangkaian noninverting, konfigurasi seperti ditunjukkan pada Gambar. 4.4b, Gain tegangan

Gain = Eout / Ein = 1+ (R2 / R1)

Gambar 4.5 Contoh (a) tegangan konverter arus ke tegangan dan (b) untuk saat ini converter. Dalam gambar, op-amp digunakan sebagai arus ke tegangan konverter. Ketika digunakan sebagai konverter, hubungan antara input dan output disebut fungsi transfer µ (atau rasio). Rasio transfer diperoleh dari :

µ = -Eout / Iin = R1

4.2.3 Current amplifiers (Penguat Arus)

Perangkat yang memperkuat arus yang disebut sebagai Current amplifiers (penguat arus). Namun, dalam instrumentasi industri konverter tegangan ke arus kadang-kadang disebut sebagai penguat arus. Gambar dibawah menunjukkan basic current amplifier. Keuntungan tersebut didapatkan dari :

Iout / Iin = R2 R6 / R1 R3 dimana resistor dihubungkan oleh persamaan :

R1 (R3 +R5) = R2R4

Gambar : Diagram Circuit dari konfigurasi dasar (a) penguat arus dan (b) penguat diferensial.

4.2.4 Differential amplifiers

Diferensial amplifiers adalah penguat dual input antara dua sinyal yang berbeda, sehingga output adalah dikalikan dengan besarnya dari perbedaan dua sinyal. Output tegangan dapat diberikan dengan

Contoh:Sebuah DC amplifier dengan 130 mV masuk pada terminal A, dan -85 mV masuk pada terminal B. Berapa besar output (anggap amplifier dengan masukkan 0 V pada input)?

4.2.5 Buffer amplifier

Rangkaian buffer adalah rangkaian yang menghasilkan tegangan output sama dengan tegangan inputnya

Fungsi dari rangkaian buffer pada peralatan elektronika adalah sebagai penyangga, dimana prinsip dasarnya adalah penguat arus tanpa terjadi penguatan tegangan

Rangkaian buffer yang dibangun dari sebuah operasional amplifier (Op-Amp), dapat dibuat dengan sangat sederhana karena tidak memerlukan komponen tambahan

Dengan metode hubung singkat antara jalur input inverting dan jalur output operasional amplifier (op-amp) maka diperoleh perhitungan matematis sebagai berikut.Vin ≈ Vout

Rangkaian ini sangat menguntungkan karena kita dapat memperoleh suatu penguat dengan hambatan input (impedansi input) yang sangat tinggi (10 – 1012 Ω) dan dengan hambatan output (impedansi output) sangat rendah ( 10-3-10-1 Ω), yaitu mendekati kondisi ideal.

Berikut ini adalah gambar dari buffer amplifier

4.2.6 Nonlinear amplifiers

Nonlinear amplifier menggunakan non linear elemen seperti dioda atau transistor dalam feedback loop nya.Berikut ini 2 contoh dari nonlinear amplifier menggunakan dioda sebagai feedback loop

Sirkuit non linear amplifier; (a) Log amplifier dan (b) antilog amplifier

4.2.7 Instrument amplifier

Sirkuit op-amp tidak cocok untuk sinyal amplifikasi instrumen tingkat rendah . Op-amp dapat memiliki impedansi input yang berbeda pada dua input, impedansi masukan dapat relatif rendah dan cenderung memuat output sensor, dapat memiliki keuntungan yang berbeda di inverting dan Non-inverting input, dan kebisingan modus umum bisa menjadi masalah. Op-amp dikonfigurasi untuk digunakan sebagai penguat instrumen ditunjukkan pada Gambar

Gambar menunjukkan rangkaian praktis menggunakan penguat instrumentasi untukmemperkuat sinyal output dari jembatan resistif, R6 digunakan untuk menyesuaikan untuk setiap nol sinyal offset.

4.2.8 Amplifier applications Dalam pengendalian proses, amplifier yang digunakan dalam berbagai aplikasi selain sinyal amplifikasi, penyaringan, dan linearization. Beberapa dari aplikasi ini adalah sebagai berikut:Kapasitansi multiplierGyratorGelombang sinus osilatorPower supply regulatorTingkat deteksi

Tegangan referensiCermin ArusTegangan ke frekuensi konverterTegangan-ke-digital converterPulse modulasi amplitudo

4.3 Digital Circuits

Studi tentang sirkuit elektronik dimana input dan output yang terbatas pada dua nilai tetap atau diskrit atau tingkat logika disebut elektronika digital. Ada tempat untuk sirkuit analog maupun digital dalam instrumentasi. Namun, sirkuit digital memiliki banyak keunggulan dibandingkan sirkuit analog.Beberapa keunggulan dari sirkuit digital :

1. Daya yang dibutuhkan rendah2. Lebih efektif biaya3. Dapat mengirimkan sinyal jarak jauh tanpa kehilangan akurasi dan eliminasi kebisingan4. Sinyal transmisi berkecepatan tinggi 5. Memori kemampuan untuk penyimpanan data6. Kompatibel menampilkan controller dan alpha numerik

4.3.3 Logika sirkuit Blok bangunan dasar di sirkuit digital disebut gerbang. Ini adalah penyangga,inverter, AND, NAND, OR, NOR, XOR, dan XNOR. Blok dasar ini untuk membangun blok fungsional seperti encoders, Decoder, penambah, counter, register, multiplexer, demultiplexers, kenangan, dan sejenisnya

Gambar komponen Sirkuit 4.12 digunakan untuk membuat (a) inverter MOS dan (b) simbol inverter.

Gambar 4.12a menunjukkan sirkuit inverter (CMOS) komplementer MOS. sirkuit itu menggunakan kedua N-dan P-channel perangkat pelengkap (catatan simbol perangkat).

Gambar 4.12b menunjukkan simbol gerbang setara. Ketika input ke gerbang adalah rendah (0) positif-channel MOS (PMOS) adalah "ON" dan MOS negatif (NMOS) adalah "OFF" sehingga output yang terangkat tinggi (1), dan ketika input tinggi (1) PMOS adalah "OFF" dan NMOS adalah "ON", yang akan terus output rendah (0), sehingga tanda masukan terbalik pada output.

4.3.4 Analog-ke-digital konversi

Beberapa teknik yang digunakan untuk konversi analog sinyal-sinyal digital, yaitu :

Flash konverter yang sangat cepat dan mahal dengan ketepatan yang terbatas, 6-bit output dengan waktu konversi 33 ns. Perangkat dapat mengukur tegangan analog hingga 30 juta kali per detik.

Aproksimasi adalah berkecepatan tinggi,harga relati terjangkau dengan akurasi yang baik, perangkat yang paling mahal dapat mengkonversi tegangan analog ke 12 bit di 20 mikrodetik, dan perangkat lebih murah dapat mengubah sinyal analog ke 8 bit dalam 30 mikrodetik.

Resistor jaringan tangga digunakan dalam kecepatan rendah, biaya relatif. Mereka memiliki waktu 12-bit konversi sekitar 5 ms

Konverter kemiringan ganda dengan rendah-biaya, kecepatan rendah tetapi memiliki perangkat akurasi yang baikdan sangat toleran terhadap tingkat kebisingan yang tinggi dalam sinyal analog. Sebuah konversi 12-bitmemakan waktu sekitar 20 ms.

Sebuah sirkuit yang ditunjukkan pada Gambar (a) , bentuk gelombang ditunjukkan pada Gambar (b).

Gambar (a) Sampel dan tahan sirkuit dan (b) bentuk gelombang untuk sirkuit.

Gambar 4.14 Berbagai jenis konverter: (a) LM 0804 ADC dan (b) LM 331 V / F converter.

Gambar (a) menunjukkan diagram blok, ADC 0804 komersial 8-bit ADC. Input analog dikonversi ke byte informasi digital setiap beberapa milidetik.

Sebuah alternatif untuk ADC adalah konverter tegangan ke frekuensi. Dalam hal ini tegangan analog diubah ke frekuensi. Komersial unit seperti LM 331 ditunjukkan pada Gambar (b).

Sinyal analog dapat diregenerasi dari sinyal digital menggunakan DAC.

4.4 Circuit Considerations

Sirkuit analog dapat menggunakan salah bipolar atau MOS-terpadu amplifier.

Sirkuit digital dapat dibagi dengan jumlah komponen terintegrasi ke satu chip silikon dalam skala kecil, menengah, integrasi dan skala besar.

Summary

Hubungan antara sinyal analog dan sinyal digital, dan konversi analog-ke-digital sinyal tertutup. Poin penting yang dibahas dalam adalah:

1. Diskrit amplifier, penggunaannya dalam amplifikasi sinyal ac, dan mengapa tidak cocok untuk amplifikasi sinyal dc.2. Op-amp dan karakteristik dasar, fleksibilitas dan digunakan dalam sinyal amplifikasi, dan metode pengaturan titik operasi nol3. Sinyal inversi dan noninversion, metode menerapkan umpan balik untuk kontrol gain dan stabilitas4. Penggunaan op-amp sebagai pencocokan sinyal konverter, impedansi, ditetapkan nol kontrol, dan rentang penyesuaian

5. Konfigurasi op-amp untuk membuat penguat instrumen untuk sinyal akurat amplifikasi dan pengurangan kebisingan

6. Pengantar sirkuit digital ditambah perbandingan antara analog dan digital sirkuit

7. Biner, heksadesimal, desimal setara, dan konversi antaramenghitung skema

8. Logika sirkuit yang digunakan dalam sistem digital dan pertimbangan sirkuit

9. Konversi sinyal analog ke sinyal digital dan resolusi yang diperoleh

Terima Kasih