Pembangkit gelombang kotak termasuk dalam keluarga osilator  yang disebut sebagaimultivibrator sebagaimultivibrator.. Tepatnya, pembangkit ini dikatakan sebagai multivibrator astabil astabil ataumultivibrator bergerak bergerak bebas (freerunning (freerunning), ), karena keluaran terus menerus berubah keadaannya (tinggi dan rendah) tanpa adanya masukan. Pada Gambar 1. berikut diperlihatkan sebuah pembangkit gelombang kotak dasar.
Rangkaian Pembangkit Gelombang Kotak Dasar
Ada dua buah lintasan umpan balik untuk rangkaian ini. Lintasan pertama datang dari keluaran menuju masukan membalik (inverter (inverter), ), pada lintasan ini terdapat sebuah resistor umpan balik dan sebuah kapasitor yang dibumikan. Kombinasi RC ini menentukan frekuensi kerja pembangkit. Lintasan kedua datang dari keluaran menuju masukan tak membalik (non (non inverter) inverter) dan terdiri atas dua buah resistor. Resistor-resistor ini membentuk pembagi tegangan yang memberikan tegangan  acuan (Vref) pada masukan tak membalik. Bila resistor-resistor ini dipilih sehingga R3 86% dari R2, frekuensi pembangkit dapat didekati dengan rumus sederhana berikut : f out = 1 / 2RIC Dengan jaringan pembagi tegangan R2 dan R3 memberikan Vref pada masukan tak membalik, rangkaian berperilaku sepertidetector sepertidetector level tegangan. tegangan.
Tegangan Kapasitor dengan Tegangan Keluaran
Rangkaian Pembangkit Gelombang Kotak
Sebagai contoh, bila pada rangkaian ini diberikan daya, kapasitor akan mengisi lewat R1 sampai mencapai Vout. Keluaran op-amp akan + Vsat, dan Vref pada masukan tak membalik akan berada pada tegangan positif, VT. Bila tegangan kapasitor melebihi +VT keluaran op-amp akan beralih keadaan yaitu menuju – Vsat. Kini Vref pada masukan tak membalik berada pada tegangan ambang negatif, – VT. Sebaliknya kini kapasitor mulai mengisi dalam arah yang berlawanan menuju – Vs at. Ketika tegangan kapasitor turun di bawah – VT, keluaran op-amp kembali pada keadaan semula dan Vout kembali pada Vsat. Satu siklus telah terpenuhi, lalu proses akan berulang lagi. Gambar 2. memperlihatkan aksi tengangan kapasitor (Vc) dan tegangan keluaran op-amp (Vout). Tegangan ambang +VT dan –VT ditentukan oleh resistor pembagi tegangan R2 dan R3 dan dinyatakan dalam
Untuk membuat sebuah pembangkit gelombang kotak dengan gelombang uji 1 kHz, ambil R1 10 KW, C = 0,05 μF, R2 = 100 KW, dan R3 = 86 KW. Frekuensi keluaran diperiksa melalui : f out out = 1 / (2(10×103)(0,05×10-6)) f out out = 1 / 2(0,5×10-3) f out out = 1 / 1×10-3 out = 1 KHz f out Bila +Vsat dan – Vsat sama dengan +13,5V dan – 13,5V, maka amplitudo tegangan ambang adalah : +VT = 0,46 (+13,5 V) = +6,21 dan -VT = 0,46 (-13,5 V) = -6,21 Karena itu, tegangan ambang antar puncak VH adalah VH (pp) = (+VT) – ( – VT) = +6,21 – ( – 6,21) = 12,42 V Atau dengan perkataan lain lain VH dua kali +VT atau dua kali –VT . VH(pp) = 2 (+VT) atau 2 ( – VT)
Pembangkit Gelombang Kotak dengan Duty Cycle 50% dan Frekuensi Variabel Menggunakan Pewaktu 555 Gelombang kotak adalah salah satu bentuk gelombang dasar yang sering dipakai dalam elektronika dan pengolahan isyarat. Pada tulisan ini, saya akan sedikit membahas rangkaian pembangkit gelombang kotak berbasis pewaktu 555 dengan duty cycle 50% dan frekuensi yang dapat diubah sesuai kebutuhan. Pembangkit gelombang kotak tersebut terdiri dari sebuah pewaktu 555 yang dirangkai dengan dua buah resistor (R1 dan R2), dua buah kapasitor (C1 dan C2), serta sumber tegangan (Vcc) sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 1 berikut.
Gambar 1. Rangkaian Pembangkit Gelombang Kotak, Duty Cylcle 50%, Frekuensi Variabel
Jika R1 dan R2 pada rangkaian ran gkaian Gambar 1 ditetapkan nilainya pada 33 kΩ dan 13,9 kΩ, frekuensi gelombang kotak keluaran dalam Hz adalah
Jadi, dengan mengatur nilai kapasitans dari kapasitor C1, frekuensi keluaran dapat diubah. Misalnya, untuk menghasilkan frekuensi 56 Hz, digunakan kapasitor C1 dengan kapasitans sebesar 39 nF. Gambar 2 memperlihatkan tegangan pin OUT (output ) hasil simulasi menggunakan LTspice jika nilai kapasitans dari kapasitor C1 dibuat sama dengan 39 nF.
Gambar 2. Tegangan Pin OUT (Output) Hasil Simulasi LTspice
Prinsip Kerja
Pewaktu
555
merupakan
rangkaian
terintegrasi
yang
sangat
popular
untuk
membangkitkan gelombang kotak. Di dalamnya, terdapat flip-flop, komparator, dan transistor yang dirangkai sedemikian rupa membentuk suatu multivibrator. Gambar 3 memperlihatkan interior dari pewaktu 555.
Gambar 3. Interior Pewaktu 555
Pada rangkaian Gambar 1, pewaktu 555 dioperasikan sebagai multivibrator astabil dengan cara menghubungkan pin TRIG (trigger ( trigger ) dengan pin THRS (threshold ( threshold ), ), sehingga pewaktu 555 tersebut dapat menyulut dirinya sendiri. Duty cycle dan frekuensi dari gelombang
kotak keluaran ditentukan oleh nilai komponen eksternal, yaitu resistor R1 dan R2, serta kapasitor C1. Untuk memahami prinsip kerja dari rangkaian ini, mari kita asumsikan bahwa mula-mula keluaran pin OUT (output ( output ) berlogika rendah, misalnya 0 V, dan kapasitor C1 telah terisi penuh oleh sumber tegangan Vcc, misalnya sampai tegangan 12 V, melalui resistor R1. Selama pin OUT (output (output ) berlogika rendah, discharging transistor di dalam pewaktu 555 menjadi on, mengakibatkan mengakibatkan peluahan muatan dari kapasitor C1 menuju GND melalui resistor R2, pin DIS (discharge (discharge), ), dan discharging transistor , sehingga tegangan kapasitor C1 turun. Karena tegangan pin TRIG (trigger ( trigger ) selalu mengikuti tegangan kapasitor C1, ketika tegangan kapasitor C1 hendak hendak jatuh ke nilai di bawah 1/3 Vcc, yaitu 4 V, komparator yang terhubung ke pin TRIG (trigger ( trigger ) berubah ke logika tinggi dan keluaran pin OUT (output ( output ) berubah ke logika tinggi. Selama pin OUT (output (output ) berlogika tinggi, discharging transistor di transistor di dalam pewaktu 555 5 55 menjadi off , mengakibatkan kapasitor C1 terisi muatannya kembali melalui resistor R1, sehingga tegangan kapasitor C1 naik. Karena tegangan pin THRS (threshold ( threshold ) juga selalu mengikuti tegangan kapasitor C1, ketika tegangan kapasitor C1 hendak melampaui 2/3 Vcc, yaitu 8 V, komparator yang terhubung ke pin THRS (threshold ( threshold ) berubah ke logika rendah dan keluaran pin OUT (output ( output ) berubah ke logika rendah kembali, dan fase sebelumnya terulang lagi, begitu seterusnya sampai sumber tegangan Vcc dilepas. Gambar 4 memperlihatkan perubahan tegangan kapasitor C1 dan tegangan pin OUT (output (output ) hasil simulasi menggunakan LTspice.
Gambar 4. Tegangan Kapasitor C1 (Biru) dan Tegangan Pin OUT (Hijau) Hasil Simulasi LTspice
Menghitung th dan tl th adalah durasi logika tinggi dari keluaran pin OUT ( output ), ), yaitu ketika terjadi pengisian kapasitor C1 dari tegangan awal 1/3 Vcc menuju 2/3 Vcc. Pada saat tersebut, rangkaian ekuivalen pengisian kapasitor C1 diperlihatkan pada Gambar 5 berikut.
Gambar 5. Rangkaian Ekuivalen Pengisian Kapasitor C1
Penerapan Hukum Tegangan Kirchoff pada rangkaian Gambar 5 menghasilkan
Dengan mengelompokkan suku-suku, diperoleh
Penerapan integral pada kedua sisi menghasilkan
Tegangan awal kapasitor C1 saat terjadi pengisian adalah 1/3 Vcc. Dengan demikian,
sehingga
Setelah waktu berlansung selama th detik, tegangan kapasitor C1 telah naik ke 2/3 Vcc. Dengan demikian,
sehingga
tl adalah durasi logika rendah keluaran pin OUT (output ( output ), ), yaitu ketika terjadi pengosongan kapasitor C1 dari tegangan awal 2/3 Vcc menuju 1/3 Vcc. Pada saat tersebut, rangkaian ekuivalen pengosongan kapasitor C1 diperlihatkan pada Gambar 6 berikut.
Gambar 6. Rangkaian Ekuivalen Pengosongan Kapasitor C1
Penerapan Hukum Arus Kirchoff pada rangkaian Gambar 6 menghasilkan
Dengan mengelompokkan suku-suku, diperoleh
Penerapan integral pada kedua sisi menghasilkan
Tegangan awal kapasitor C1 saat terjadi pengosongan adalah 2/3 Vcc. Dengan demikian,
sehingga
Setelah waktu berlansung selama tl detik, tegangan kapasitor C1 telah turun ke 1/3 Vcc. Dengan demikian,
sehingga
Kemudian, untuk mendapatkan duty cycle cycle sebesar 50%, th harus dibuat sama dengan tl. Selain itu, R2 tidak boleh memiliki nilai lebih besar daripada separuh nilai R1 sebab hal itu akan mencegah tegangan kapasitor turun sampai 1/3 Vcc, sehingga rangkaian tidak akan tersulut. Ada dua kombinasi nilai R1 dan R2 yang bisa dengan mudah dipakai, yaitu 33 kΩ dan 13,9 kΩ (seri 10 kΩ dan 3,9 3,9 kΩ) atau 51 kΩ dan 22 kΩ. Untuk kombinasi kedua, hubungan frekuensi gelombang kotak keluaran dan kapasitans C1 adalah
About these ads
