Dasar-dasar Sirkuit Terpadu

Sebuah electronic circuit adalah sekelompok komponen elektronik yang dihubungkan untuk tujuan tertentu.

Sirkuit elektronik sederhana dapat dirancang dengan mudah karena hanya memerlukan sedikit komponen dan sambungan elektronik terpisah. Namun, merancang sirkuit elektronik yang kompleks itu sulit, karena membutuhkan lebih banyak komponen elektronik diskrit dan koneksinya. Ini juga membutuhkan waktu untuk membangun sirkuit yang kompleks dan keandalannya juga kurang. Kesulitan ini dapat diatasi dengan Sirkuit Terpadu.

Sirkuit Terpadu (IC)

Jika beberapa komponen elektronik saling berhubungan pada satu chip dari bahan semikonduktor, maka chip tersebut disebut sebagai chip Integrated Circuit (IC). Ini terdiri dari komponen aktif dan pasif.

Bab ini membahas tentang kelebihan dan jenis IC.

Keuntungan Sirkuit Terpadu

Sirkuit terpadu menawarkan banyak keuntungan. Mereka dibahas di bawah -

• Compact size - Untuk fungsionalitas tertentu, Anda bisa mendapatkan sirkuit dengan ukuran lebih kecil menggunakan IC, dibandingkan dengan yang dibangun menggunakan sirkuit diskrit.

• Lesser weight- Sirkuit yang dibangun dengan IC memiliki bobot lebih rendah jika dibandingkan dengan bobot rangkaian diskrit yang digunakan untuk mengimplementasikan fungsi IC yang sama. menggunakan IC, dibandingkan dengan yang dibangun menggunakan rangkaian diskrit.

• Low power consumption - IC mengkonsumsi daya yang lebih rendah daripada rangkaian tradisional, karena ukuran dan konstruksinya yang lebih kecil.

• Reduced cost - IC tersedia dengan biaya yang jauh lebih murah daripada sirkuit diskrit karena teknologi fabrikasi dan penggunaan material yang lebih rendah daripada sirkuit diskrit.

• Increased reliability - Karena mereka menggunakan koneksi yang lebih rendah, IC menawarkan peningkatan keandalan dibandingkan dengan sirkuit digital.

• Improved operating speeds - IC beroperasi pada kecepatan yang ditingkatkan karena kecepatan switching dan konsumsi daya yang lebih rendah.

Jenis Sirkuit Terpadu

Sirkuit terpadu terdiri dari dua jenis − Analog Integrated Circuits and Digital Integrated Circuits.

Sirkuit Terpadu Analog

Sirkuit terpadu yang beroperasi pada seluruh rentang nilai kontinu amplitudo sinyal disebut sebagai Analog Integrated Circuits. Ini selanjutnya diklasifikasikan menjadi dua jenis seperti yang dibahas di sini -

• Linear Integrated Circuits- Sebuah IC analog dikatakan Linear, jika terdapat hubungan linier antara tegangan dan arusnya. IC 741, op-amp Dual In-line Package (DIP) 8-pin, adalah contoh IC Linear.

• Radio Frequency Integrated Circuits- IC analog dikatakan Non Linear, jika terdapat hubungan non linier antara tegangan dan arusnya. IC Non-Linear juga disebut IC Frekuensi Radio.

Sirkuit Terpadu Digital

Jika sirkuit terintegrasi hanya beroperasi pada beberapa level yang telah ditentukan sebelumnya alih-alih beroperasi untuk seluruh rentang nilai kontinu amplitudo sinyal, maka itu disebut sebagai Digital Integrated Circuits.

Pada bab-bab selanjutnya, kita akan membahas tentang berbagai Sirkuit Terpadu Linear dan aplikasinya.

Penguat Operasional, juga disebut sebagai Op-Amp, adalah rangkaian terintegrasi, yang dapat digunakan untuk melakukan berbagai operasi linier, non-linier, dan matematika. Op-amp adalah adirect coupled high gain amplifier. Anda dapat mengoperasikan op-amp dengan sinyal AC dan DC. Bab ini membahas tentang karakteristik dan jenis op-amp.

Pembangunan Penguat Operasional

Op-amp terdiri dari penguat diferensial, penerjemah level, dan tingkat keluaran. Penguat diferensial hadir pada tahap masukan dari sebuah op-amp dan karenanya op-amp terdiri daritwo input terminals. Salah satu terminal tersebut disebut sebagaiinverting terminal dan yang lainnya disebut sebagai non-inverting terminal. Terminal diberi nama berdasarkan hubungan fase antara input dan output masing-masing.

Karakteristik Penguat Operasional

Karakteristik atau parameter penting dari penguat operasional adalah sebagai berikut -

• Penguatan tegangan loop terbuka
• Tegangan offset keluaran
• Rasio Penolakan Mode Umum
• Laju perubahan tegangan

Bagian ini membahas karakteristik ini secara rinci seperti yang diberikan di bawah ini -

Penguatan tegangan loop terbuka

Gain tegangan loop terbuka op-amp adalah gain differensial tanpa jalur umpan balik.

Secara matematis, gain tegangan loop terbuka op-amp direpresentasikan sebagai -

$$A_{v}= \frac{v_0}{v_1-v_2}$$

Tegangan offset keluaran

Tegangan yang ada pada keluaran op-amp ketika tegangan masukan diferensial adalah nol disebut sebagai output offset voltage.

Rasio Penolakan Mode Umum

Rasio Penolakan Mode Umum (CMRR) dari sebuah op-amp didefinisikan sebagai rasio gain diferensial loop tertutup, $A_{d}$ dan gain mode umum, $A_{c}$.

Secara matematis, CMRR dapat direpresentasikan sebagai -

$$CMRR=\frac{A_{d}}{A_{c}}$$

Perhatikan bahwa gain mode umum, $A_{c}$ Op-amp adalah rasio tegangan keluaran mode kommon dan tegangan masukan mode kommon.

Laju perubahan tegangan

Laju perubahan tegangan op-amp didefinisikan sebagai laju perubahan maksimum tegangan keluaran karena tegangan masukan bertahap.

Secara matematis, laju perubahan tegangan (SR) dapat direpresentasikan sebagai -

$$SR=Maximum\:of\:\frac{\text{d}V_{0}}{\text{d}t}$$

Dimana, $V_{0}$adalah tegangan keluaran. Secara umum, laju perubahan tegangan diukur dengan baik$V/\mu\:Sec$ atau $V/m\:Sec$.

Jenis Penguat Operasional

Sebuah op-amp diwakili dengan simbol segitiga yang memiliki dua masukan dan satu keluaran.

Op-amp terdiri dari dua jenis: Ideal Op-Amp dan Practical Op-Amp.

Mereka dibahas secara rinci seperti yang diberikan di bawah ini -

Op-Amp yang Ideal

Op-amp yang ideal hanya ada dalam teori, dan tidak ada secara praktis. Ituequivalent circuit Op-amp yang ideal ditunjukkan pada gambar di bawah ini -

Sebuah ideal op-amp menunjukkan karakteristik berikut -

• Impedansi masukan $Z_{i}=\infty\Omega$

• Impedansi keluaran $Z_{0}=0\Omega$

• Gaine tegangan loop terbuka $A_{v}=\infty$

• Jika (diferensial) tegangan input $V_{i}=0V$, maka tegangan keluaran akan menjadi $V_{0}=0V$

• Bandwidth adalah infinity. Artinya, op-amp yang ideal akan memperkuat sinyal frekuensi apa pun tanpa redaman apa pun.

• Rasio Penolakan Mode Umum (CMRR) adalah infinity.

• Laju perubahan tegangan (SR) adalah infinity. Artinya, op-amp yang ideal akan menghasilkan perubahan output secara instan sebagai respons terhadap tegangan step input.

Op-Amp Praktis

Praktisnya, op-amp tidak ideal dan menyimpang dari karakteristik idealnya karena beberapa ketidaksempurnaan selama pembuatan. Ituequivalent circuit Op-amp praktis ditunjukkan pada gambar berikut -

SEBUAH practical op-amp menunjukkan karakteristik berikut -

• Impedansi masukan, $Z_{i}$ di urutan Mega ohms.

• Impedansi keluaran, $Z_{0}$ di urutan few ohms..

• Penguatan tegangan loop terbuka, $A_{v}$ akan high.

Saat Anda memilih op-amp praktis, Anda harus memeriksa apakah op-amp tersebut memenuhi kondisi berikut -

• Impedansi masukan, $Z_{i}$ harus setinggi mungkin.

• Impedansi keluaran, $Z_{0}$ harus serendah mungkin.

• Penguatan tegangan loop terbuka, $A_{v}$ harus setinggi mungkin.

• Tegangan offset keluaran harus serendah mungkin.

• Bandwidth operasi harus setinggi mungkin.

• CMRR harus setinggi mungkin.

• Tingkat perubahan tegangan harus setinggi mungkin.

Note - Op-amp IC 741 merupakan op-amp terpopuler dan praktis.

Sirkuit dikatakan linear, jika terdapat hubungan linier antara masukan dan keluarannya. Demikian pula dikatakan sebuah sirkuitnon-linear, jika terdapat hubungan non-linier antara masukan dan keluarannya.

Op-amp dapat digunakan baik dalam aplikasi linier maupun non-linier. Berikut ini adalah aplikasi dasar op-amp -

• Pembalik Amplifier
• Amplifier Non-pembalik
• Pengikut tegangan

Bab ini membahas aplikasi dasar ini secara rinci.

Pembalik Amplifier

Penguat pembalik mengambil input melalui terminal pembalik melalui resistor $R_{1}$, dan menghasilkan versi yang diperkuat sebagai keluaran. Penguat ini tidak hanya memperkuat input tetapi juga membalikkannya (mengubah tandanya).

Itu circuit diagram penguat pembalik ditunjukkan pada gambar berikut -

Perhatikan bahwa untuk op-amp, tegangan pada terminal masukan pembalik sama dengan tegangan pada terminal masukan non-pembalik. Secara fisik, tidak ada hubungan pendek antara kedua terminal tersebut tetapivirtually, mereka di short satu sama lain.

Dalam rangkaian yang ditunjukkan di atas, terminal input non-pembalik terhubung ke ground. Itu berarti nol volt diterapkan pada terminal input non-pembalik dari op-amp.

Menurut virtual short concept, tegangan pada terminal masukan pembalik op-amp akan menjadi nol volt.

Itu nodal equation di simpul terminal ini seperti yang ditunjukkan di bawah ini -

$$\frac{0-V_i}{R_1}+ \frac{0-V_0}{R_f}=0$$

$$=>\frac{-V_i}{R_1}= \frac{V_0}{R_f}$$

$$=>V_{0}=\left(\frac{-R_f}{R_1}\right)V_{t}$$

$$=>\frac{V_0}{V_i}= \frac{-R_f}{R_1}$$

Rasio tegangan keluaran $V_{0}$ dan tegangan input $V_{i}$adalah penguatan tegangan atau penguatan penguat. Oleh karena itu,gain of inverting amplifier adalah sama dengan $-\frac{R_f}{R_1}$.

Perhatikan bahwa gain dari penguat pembalik memiliki a negative sign. Ini menunjukkan bahwa ada perbedaan fasa 180 ⁰ antara input dan output.

Amplifier Non-Pembalik

Penguat non-pembalik mengambil masukan melalui terminal non-pembalik, dan menghasilkan versi yang diperkuat sebagai keluaran. Seperti namanya, amplifier ini hanya memperkuat input, tanpa membalik atau mengubah tanda output.

Itu circuit diagram dari penguat non-pembalik ditunjukkan pada gambar berikut -

Di rangkaian di atas, tegangan input $V_{i}$langsung diterapkan ke terminal masukan non-pembalik op-amp. Jadi, tegangan pada terminal input non-pembalik op-amp akan menjadi$V_{i}$.

Dengan menggunakan voltage division principle, kita dapat menghitung tegangan pada terminal input pembalik op-amp seperti yang ditunjukkan di bawah ini -

$$=>V_{1} = V_{0}\left(\frac{R_1}{R_1+R_f}\right)$$

Menurut virtual short concept, tegangan pada terminal masukan pembalik op-amp sama dengan tegangan pada terminal masukan non-pembalik.

$$=>V_{1} = V_{i}$$

$$=>V_{0}\left(\frac{R_1}{R_1+R_f}\right)=V_{i}$$

$$=>\frac{V_0}{V_i}=\frac{R_1+R_f}{R_1}$$

$$=>\frac{V_0}{V_i}=1+\frac{R_f}{R_1}$$

Sekarang, rasio tegangan keluaran $V_{0}$ dan tegangan input $V_{i}$ atau penguatan tegangan atau gain of the non-inverting amplifier adalah sama dengan $1+\frac{R_f}{R_1}$.

Perhatikan bahwa gain dari penguat non-pembalik memiliki a positive sign. Ini menunjukkan bahwa tidak ada perbedaan fasa antara input dan output.

Pengikut tegangan

SEBUAH voltage followermerupakan rangkaian elektronik, yang menghasilkan keluaran yang mengikuti tegangan masukan. Ini adalah kasus khusus penguat non-pembalik.

Jika kita mempertimbangkan nilai resistor umpan balik, $R_{f}$sebagai nol ohm dan (atau) nilai resistor, 1 sebagai ohm tak terhingga, maka penguat non-pembalik menjadi pengikut tegangan. Itucircuit diagram pengikut tegangan ditunjukkan pada gambar berikut -

Di rangkaian di atas, tegangan input $V_{i}$langsung diterapkan ke terminal masukan non-pembalik dari op-amp. Jadi, tegangan pada terminal input non-pembalik op-amp sama dengan$V_{i}$. Di sini, output terhubung langsung ke terminal input pembalik opamp. Oleh karena itu, tegangan pada terminal masukan pembalik op-amp sama dengan$V_{0}$.

Menurut virtual short concept, tegangan pada terminal masukan pembalik op-amp sama dengan tegangan pada terminal masukan non-pembalik.

$$=>V_{0} = V_{i}$$

Jadi, tegangan keluarannya $V_{0}$ dari pengikut tegangan sama dengan tegangan inputnya $V_{i}$.

Jadi, gain of a voltage follower sama dengan satu karena, kedua tegangan keluaran $V_{0}$ dan tegangan input $V_{i}$ pengikut tegangan sama.

Pada bab sebelumnya, kita telah membahas tentang aplikasi dasar op-amp. Perhatikan bahwa mereka berada di bawah operasi linier dari sebuah op-amp. Pada bab ini, mari kita bahas tentang rangkaian aritmatika, yang juga merupakan aplikasi linier dari op-amp.

Sirkuit elektronik, yang melakukan operasi aritmatika disebut sebagai arithmetic circuits. Menggunakan op-amp, Anda dapat membangun rangkaian aritmatika dasar sepertiadder dan a subtractor. Dalam bab ini, Anda akan mempelajari masing-masing secara mendetail.

Adder

Penambah adalah rangkaian elektronik yang menghasilkan keluaran, yang sama dengan jumlah masukan yang diterapkan. Bagian ini membahas tentang rangkaian penambah berbasis op-amp.

Penambah berbasis op-amp menghasilkan keluaran yang sama dengan jumlah tegangan masukan yang diterapkan pada terminal pembalik. Ini juga disebut sebagaisumming amplifier, karena keluarannya diperkuat.

Itu circuit diagram penambah berbasis op-amp ditunjukkan pada gambar berikut -

Pada rangkaian di atas, terminal input non-pembalik dari op-amp dihubungkan ke ground. Itu berarti nol volt diterapkan pada terminal input non-pembalik.

Menurut virtual short concept, tegangan pada terminal masukan pembalik op-amp sama dengan tegangan pada terminal masukan non-pembalik. Jadi, tegangan pada terminal input pembalik op-amp akan menjadi nol volt.

Itu nodal equation di node terminal input pembalik

$$\frac{0-V_1}{R_1}+\frac{0-V_2}{R_2}+\frac{0-V_0}{R_f}=0$$

$$=>\frac{V_1}{R_1}-\frac{V_2}{R_2}=\frac{V_0}{R_f}$$

$$=>V_{0}=R_{f}\left(\frac{V_1}{R_1}+\frac{V_2}{R_2}\right)$$

Jika $R_{f}=R_{1}=R_{2}=R$, lalu tegangan keluaran $V_{0}$ akan -

$$V_{0}=-R{}\left(\frac{V_1}{R}+\frac{V_2}{R}\right)$$

$$=>V_{0}=-(V_{1}+V_{2})$$

Oleh karena itu, rangkaian penambah berbasis op-amp yang dibahas di atas akan menghasilkan jumlah dari dua tegangan input $v_{1}$ dan $v_{1}$, sebagai output, ketika semua resistor yang ada di rangkaian memiliki nilai yang sama. Perhatikan tegangan keluarannya$V_{0}$ dari rangkaian penambah memiliki a negative sign, yang menunjukkan bahwa terdapat perbedaan fasa 180 ⁰ antara masukan dan keluaran.

Pengurang

Pengurang adalah rangkaian elektronik yang menghasilkan keluaran, yang sama dengan selisih masukan yang diterapkan. Bagian ini membahas tentang rangkaian pengurang berbasis op-amp.

Pengurang berbasis op-amp menghasilkan keluaran yang sama dengan perbedaan tegangan masukan yang diterapkan pada terminal pembalik dan non-pembalik. Ini juga disebut sebagaidifference amplifier, karena keluarannya diperkuat.

Itu circuit diagram dari pengurang berbasis op-amp ditunjukkan pada gambar berikut -

Sekarang, mari kita temukan ekspresi tegangan keluaran $V_{0}$ dari rangkaian di atas menggunakan superposition theorem menggunakan langkah-langkah berikut -

Langkah 1

Pertama, mari kita hitung tegangan keluaran $V_{01}$ dengan hanya mempertimbangkan $V_{1}$.

Untuk ini, hilangkan $V_{2}$dengan membuatnya korsleting. Kemudian kami mendapatkanmodified circuit diagram seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut -

Sekarang, menggunakan voltage division principle, hitung tegangan pada terminal input non-pembalik op-amp.

$$=>V_{p}=V_{1}\left(\frac{R_3}{R_2+R_3}\right)$$

Sekarang, rangkaian di atas terlihat seperti penguat non-pembalik yang memiliki tegangan input $V_{p}$. Oleh karena itu, tegangan keluaran$V_{01}$ sirkuit di atas akan

$$V_{01}=V_{p}\left(1+\frac{R_f}{R_1}\right)$$

Gantikan, nilai $V_{p}$ Dalam persamaan di atas, kita mendapatkan tegangan keluaran $V_{01}$ dengan hanya mempertimbangkan $V_{1}$, sebagai -

$$V_{01}=V_{1}\left(\frac{R_3}{R_2+R_3}\right)\left(1+\frac{R_f}{R_1}\right)$$

Langkah 2

Pada langkah ini, mari kita cari tegangan keluaran, $V_{02}$ dengan hanya mempertimbangkan $V_{2}$. Mirip dengan langkah di atas, hilangkan$V_{1}$dengan membuatnya korsleting. Itumodified circuit diagram ditunjukkan pada gambar berikut.

Anda dapat mengamati bahwa tegangan pada terminal input non-pembalik op-amp akan menjadi nol volt. Artinya, rangkaian di atas hanyalah sebuahinverting op-amp. Oleh karena itu, tegangan keluaran$V_{02}$ dari sirkuit di atas akan -

$$V_{02}=\left(-\frac{R_f}{R_1}\right)V_{2}$$

LANGKAH 3

Pada langkah ini, kita akan mendapatkan tegangan keluaran $V_{0}$ dari sirkuit pengurang oleh adding the output voltagesdiperoleh di Langkah1 dan Langkah2. Secara matematis, dapat ditulis sebagai

$$V_{0}=V_{01}+V_{02}$$

Mengganti nilai $V_{01}$ dan $V_{02}$ dalam persamaan di atas, kita mendapatkan -

$$V_{0}=V_{1}\left(\frac{R_3}{R_2+R_3}\right)\left(1+\frac{R_f}{R_1}\right)+\left(-\frac{R_f}{R_1}\right)V_{2}$$

$$=>V_{0}=V_{1}\left(\frac{R_3}{R_2+R_3}\right)\left(1+\frac{R_f}{R_1}\right)-\left(\frac{R_f}{R_1}\right)V_{2}$$

Jika $R_{f}=R_{1}=R_{2}=R_{3}=R$, lalu tegangan keluaran $V_{0}$ akan

$$V_{0}=V_{1}\left(\frac{R}{R+R}\right)\left(1+\frac{R}{R}\right)-\left(\frac{R}{R}\right)V_{2}$$

$$=>V_{0}=V_{1}\left(\frac{R}{2R}\right)(2)-(1)V_{2}$$

$$V_{0}=V_{1}-V_{2}$$

Dengan demikian, rangkaian pengurang berbasis op-amp yang dibahas di atas akan menghasilkan keluaran, yang merupakan selisih dua tegangan masukan $V_{1}$ dan $V_{2}$, ketika semua resistor yang ada di rangkaian memiliki nilai yang sama.

Sirkuit elektronik yang melakukan operasi matematika seperti diferensiasi dan integrasi masing-masing disebut sebagai diferensiator dan integrator.

Bab ini membahas secara detail tentang berbasis op-amp differentiatordan integrator. Harap dicatat bahwa ini juga berada di bawah aplikasi linier op-amp.

Pembeda

SEBUAH differentiatoradalah rangkaian elektronik yang menghasilkan keluaran sama dengan turunan pertama masukannya. Bagian ini membahas tentang pembeda berbasis op-amp secara detail.

Diferensiator berbasis op-amp menghasilkan keluaran, yang sama dengan diferensial tegangan masukan yang diterapkan ke terminal pembalik. Itucircuit diagram dari pembeda berbasis op-amp ditunjukkan pada gambar berikut -

Pada rangkaian di atas, terminal input non-pembalik dari op-amp dihubungkan ke ground. Itu berarti nol volt diterapkan ke terminal input non-pembalik.

Menurut virtual short concept, tegangan pada terminal masukan pembalik opamp akan sama dengan tegangan yang ada pada terminal masukan non-pembalik. Jadi, tegangan pada terminal input pembalik op-amp akan menjadi nol volt.

Persamaan nodal pada node terminal input pembalik adalah -

$$C\frac{\text{d}(0-V_{i})}{\text{d}t}+\frac{0-V_0}{R}=0$$

$$=>-C\frac{\text{d}V_{i}}{\text{d}t}=\frac{V_0}{R}$$

$$=>V_{0}=-RC\frac{\text{d}V_{i}}{\text{d}t}$$

Jika $RC=1\sec$, lalu tegangan keluaran $V_{0}$ akan -

$$V_{0}=-\frac{\text{d}V_{i}}{\text{d}t}$$

Dengan demikian, rangkaian diferensiator berbasis op-amp yang ditunjukkan di atas akan menghasilkan keluaran, yaitu diferensial tegangan masukan $V_{i}$, ketika besar impedansi resistor dan kapasitor saling bertolak belakang.

Perhatikan tegangan keluarannya $V_{0}$ sedang mengalami a negative sign, yang menunjukkan bahwa terdapat perbedaan fasa 180 ⁰ antara masukan dan keluaran.

Integrator

Sebuah integratoradalah rangkaian elektronik yang menghasilkan keluaran yang merupakan integrasi dari masukan yang diterapkan. Bagian ini membahas tentang integrator berbasis op-amp.

Integrator berbasis op-amp menghasilkan keluaran, yang merupakan bagian integral dari tegangan masukan yang diterapkan ke terminal pembalik. Itucircuit diagram integrator berbasis op-amp ditunjukkan pada gambar berikut -

Pada rangkaian yang ditunjukkan di atas, terminal input non-pembalik dari op-amp dihubungkan ke ground. Itu berarti nol volt diterapkan ke terminal input non-pembalik.

Berdasarkan virtual short concept, tegangan pada terminal masukan pembalik op-amp akan sama dengan tegangan yang ada pada terminal masukan non-pembalik. Jadi, tegangan pada terminal input pembalik op-amp akan menjadi nol volt.

Itu nodal equation di terminal input pembalik adalah -

$$\frac{0-V_i}{R}+C\frac{\text{d}(0-V_{0})}{\text{d}t}=0$$

$$=>\frac{-V_i}{R}=C\frac{\text{d}V_{0}}{\text{d}t}$$

$$=>\frac{\text{d}V_{0}}{\text{d}t}=-\frac{V_i}{RC}$$

$$=>{d}V_{0}=\left(-\frac{V_i}{RC}\right){\text{d}t}$$

Mengintegrasikan kedua sisi persamaan yang ditunjukkan di atas, kita dapatkan -

$$\int{d}V_{0}=\int\left(-\frac{V_i}{RC}\right){\text{d}t}$$

$$=>V_{0}=-\frac{1}{RC}\int V_{t}{\text{d}t}$$

Jika $RC=1\sec$, lalu tegangan keluaran, $V_{0}$ akan -

$$V_{0}=-\int V_{i}{\text{d}t}$$

Jadi rangkaian integrator berbasis op-amp yang dibahas di atas akan menghasilkan sebuah keluaran yang merupakan bagian integral dari tegangan masukan $V_{i}$, ketika besarnya impedansi resistor dan kapasitor saling timbal balik.

Note - Tegangan keluaran, $V_{0}$ sedang mengalami a negative sign, yang menunjukkan bahwa terdapat perbedaan fasa 180 ⁰ antara input dan output.

Tegangan dan arus adalah besaran listrik dasar. Mereka dapat diubah menjadi satu sama lain tergantung pada kebutuhan.Voltage to Current Converter dan Saat ini ke Voltage Converteradalah dua sirkuit yang membantu dalam pertobatan tersebut. Ini juga merupakan aplikasi op-amp linier. Bab ini membahasnya secara rinci.

Tegangan ke Konverter Arus

SEBUAH voltage to current converter atau V to I converter, Merupakan rangkaian elektronik yang mengambil arus sebagai masukan dan menghasilkan tegangan sebagai keluaran. Bagian ini membahas tentang pengubah tegangan ke arus berbasis op-amp.

Konverter tegangan ke arus berbasis op-amp menghasilkan arus keluaran ketika tegangan diterapkan ke terminal non-pembalik. Itucircuit diagram dari konverter tegangan ke arus berbasis op-amp ditunjukkan pada gambar berikut.

Di sirkuit yang ditunjukkan di atas, tegangan input $V_{i}$diterapkan pada terminal masukan non-pembalik op-amp. Menurutvirtual short concept, tegangan pada terminal masukan pembalik op-amp akan sama dengan tegangan pada terminal masukan non-pembalik. Jadi, tegangan pada terminal input pembalik op-amp akan menjadi$V_{i}$.

Itu nodal equation di node terminal input pembalik adalah -

$$\frac{V_i}{R_1}-I_{0}=0$$

$$=>I_{0}=\frac{V_t}{R_1}$$

Jadi, output current $I_{0}$ dari konverter tegangan ke arus adalah rasio tegangan inputnya $V_{i}$ dan perlawanan $R_{1}$.

Kita dapat menulis ulang persamaan di atas sebagai -

$$\frac{I_0}{V_i}=\frac{1}{R_1}$$

Persamaan di atas mewakili rasio arus keluaran $I_{0}$ dan tegangan input $V_{i}$ & itu sama dengan kebalikan dari perlawanan $R_{1}$ Rasio arus keluaran $I_{0}$ dan tegangan input $V_{i}$ disebut sebagai Transconductance.

Kita tahu bahwa rasio keluaran dan masukan suatu rangkaian disebut penguatan. Jadi, gain dari konverter tegangan ke arus adalah Transkonduktansi dan itu sama dengan kebalikan dari resistansi$R_{1}$.

Konverter Arus ke Tegangan

SEBUAH current to voltage converter atau I to V converteradalah rangkaian elektronik yang mengambil arus sebagai masukan dan menghasilkan tegangan sebagai keluaran. Bagian ini membahas tentang pengubah arus ke tegangan berbasis op-amp.

Konverter arus ke tegangan berbasis op-amp menghasilkan tegangan keluaran ketika arus dialirkan ke terminal pembalik. Itucircuit diagram dari konverter arus ke tegangan berbasis op-amp ditunjukkan pada gambar berikut.

Pada rangkaian yang ditunjukkan di atas, terminal input non-pembalik dari op-amp dihubungkan ke ground. Itu berarti nol volt diterapkan pada terminal input non-pembalik.

Menurut virtual short concept, tegangan pada terminal masukan pembalik op-amp akan sama dengan tegangan pada terminal masukan non-pembalik. Jadi, tegangan pada terminal input pembalik op-amp akan menjadi nol volt.

Itu nodal equation di node terminal pembalik adalah -

$$-I_{i}+\frac{0-V_0}{R_f}=0$$

$$-I_{i}=\frac{V_0}{R_f}$$

$$V_{0}=-R_{t}I_{i}$$

Jadi, output voltage, $V_{0}$ konverter arus ke tegangan adalah produk (negatif) dari resistansi umpan balik, $R_{f}$ dan arus masukan, $I_{t}$. Perhatikan bahwa tegangan keluaran,$V_{0}$ sedang mengalami a negative sign, yang menunjukkan bahwa terdapat perbedaan fasa 180 ⁰ antara arus masukan dan tegangan keluaran.

Kita dapat menulis ulang persamaan di atas sebagai -

$$\frac{V_0}{I_i}=-R_{f}$$

Persamaan di atas mewakili rasio tegangan keluaran $V_{0}$ dan arus masukan $I_{i}$, dan itu sama dengan negatif dari resistansi umpan balik, $R_{f}$. Rasio tegangan keluaran$V_{0}$ dan arus masukan $I_{i}$ disebut sebagai Transresistance.

Kita tahu bahwa rasio keluaran dan masukan dari suatu rangkaian disebut sebagai gain. Jadi, penguatan konverter arus ke tegangan adalah resistansinya trans dan sama dengan resistansi umpan balik (negatif)$R_{f}$ .

SEBUAH comparatoradalah rangkaian elektronik, yang membandingkan dua masukan yang diterapkan padanya dan menghasilkan keluaran. Nilai keluaran dari pembanding menunjukkan masukan mana yang lebih besar atau lebih kecil. Harap dicatat bahwa pembanding termasuk dalam aplikasi IC non-linier.

Sebuah op-amp terdiri dari dua terminal masukan dan karenanya sebuah komparator berbasis op-amp membandingkan dua masukan yang diterapkan padanya dan menghasilkan hasil perbandingan sebagai keluaran. Bab ini membahas tentangop-amp based comparators.

Jenis Pembanding

Pembanding terdiri dari dua jenis: Inverting dan Non-inverting. Bagian ini membahas tentang kedua jenis ini secara mendetail.

Pembanding Pembanding

Sebuah inverting comparatoradalah komparator berbasis op-amp yang tegangan referensi diterapkan ke terminal non-pembalik dan tegangan input diterapkan ke terminal pembalik. Pembanding ini disebut sebagaiinverting pembanding karena tegangan input, yang harus dibandingkan diterapkan ke terminal pembalik op-amp.

Itu circuit diagram dari sebuah pembanding pembalik ditunjukkan pada gambar berikut.

Itu operationdari sebuah pembanding pembalik sangat sederhana. Ini menghasilkan salah satu dari dua nilai,$+V_{sat}$ dan $-V_{sat}$ pada keluaran berdasarkan nilai tegangan masukannya $V_{i}$ dan tegangan referensi $V_{ref}$.

• Nilai keluaran dari pembanding pembalik adalah $-V_{sat}$, yang masukannya $V_{i}$ tegangan lebih besar dari tegangan referensi $V_{ref}$.

• Nilai keluaran dari pembanding pembalik adalah $+V_{sat}$, yang masukannya $V_{i}$ kurang dari tegangan referensi $V_{ref}$.

Contoh

Mari kita menggambar output wave form dari komparator pembalik, ketika sinyal masukan sinusoidal dan tegangan referensi nol volt masing-masing diterapkan ke terminal pembalik dan non-pembalik.

Itu operation dari pembanding pembalik yang ditunjukkan di atas dibahas di bawah ini -

• Selama positive half cycledari sinyal input sinusoidal, tegangan yang ada di terminal pembalik op-amp lebih besar dari nol volt. Oleh karena itu, nilai keluaran dari pembanding pembalik akan sama dengan$-V_{sat}$ selama setengah siklus positif dari sinyal input sinusoidal.

• Demikian pula selama negative half cycledari sinyal masukan sinusoidal, tegangan yang ada di terminal pembalik op-amp kurang dari nol volt. Oleh karena itu, nilai keluaran dari pembanding pembalik akan sama dengan$+V_{sat}$ selama setengah siklus negatif dari sinyal input sinusoidal.

Gambar berikut menunjukkan input and output waveforms dari sebuah komparator pembalik, ketika tegangan referensi adalah nol volt.

Pada gambar yang ditunjukkan di atas, kita dapat mengamati bahwa transisi keluaran baik dari $-V_{sat}$ untuk $+V_{sat}$ atau dari $+V_{sat}$ untuk $-V_{sat}$setiap kali sinyal input sinusoidal melintasi nol volt. Dengan kata lain, output berubah nilainya ketika input melewati nol volt. Karenanya, rangkaian di atas juga disebut sebagaiinverting zero crossing detector.

Pembanding Non-Pembalik

Komparator non-pembalik adalah pembanding berbasis op-amp yang tegangan referensi diterapkan ke terminal pembalik dan tegangan masukan diterapkan ke terminal non-pembalik. Komparator berbasis op-amp ini disebut sebagainon-inverting pembanding karena tegangan masukan, yang harus dibandingkan diterapkan ke terminal non-pembalik op-amp.

Itu circuit diagram dari pembanding non-pembalik ditunjukkan pada gambar berikut

Itu operationdari pembanding non-pembalik sangat sederhana. Ini menghasilkan salah satu dari dua nilai,$+V_{sat}$ dan $-V_{sat}$ pada keluaran berdasarkan nilai tegangan masukan $V_{t}$ dan tegangan referensi $+V_{ref}$.

• Nilai keluaran dari komparator non-pembalik adalah $+V_{sat}$, yang tegangan inputnya $V_{i}$ lebih besar dari tegangan referensi $+V_{ref}$.

• Nilai keluaran dari komparator non-pembalik adalah lebah $-V_{sat}$, yang tegangan inputnya $V_{i}$ kurang dari tegangan referensi $+V_{ref}$.

Contoh

Mari kita menggambar output wave form dari komparator non-pembalik, ketika sinyal masukan sinusoidal dan tegangan referensi nol volt diterapkan ke terminal non-pembalik dan pembalik op-amp masing-masing.

Itu operation dari pembanding non-pembalik dijelaskan di bawah ini -

• Selama positive half cycledari sinyal masukan sinusoidal, tegangan yang ada pada terminal non-pembalik op-amp lebih besar dari nol volt. Oleh karena itu, nilai keluaran dari komparator non-pembalik akan sama dengan$+V_{sat}$ selama setengah siklus positif dari sinyal masukan sinusoidal.

• Demikian pula selama negative half cycledari sinyal masukan sinusoidal, tegangan yang ada di terminal non-pembalik op-amp kurang dari nol volt. Oleh karena itu, nilai keluaran dari komparator non-pembalik akan sama dengan$-V_{sat}$ selama setengah siklus negatif dari sinyal input sinusoidal.

Gambar berikut menunjukkan input and output waveforms dari komparator non-pembalik, ketika tegangan referensi adalah nol volt.

Dari gambar yang ditunjukkan di atas, kita dapat mengamati bahwa transisi keluaran baik dari $+V_{sat}$ untuk $-V_{sat}$ atau dari $-V_{sat}$ untuk $+V_{sat}$setiap kali sinyal input sinusoidal melintasi nol volt. Artinya, output berubah nilainya ketika input melewati nol volt. Karenanya, rangkaian di atas juga disebut sebagainon-inverting zero crossing detector.

Sirkuit elektronik yang melakukan operasi matematika seperti logaritma dan anti-logaritma (eksponensial) dengan amplifikasi disebut sebagai Logarithmic amplifier dan Anti-Logarithmic amplifier masing-masing.

Bab ini membahas tentang Logarithmic amplifier dan Anti-Logarithmic amplifiersecara terperinci. Harap dicatat bahwa amplifier ini termasuk dalam aplikasi non-linier.

Penguat Logaritmik

SEBUAH logarithmic amplifier, atau a log amplifier, Merupakan rangkaian elektronik yang menghasilkan keluaran yang sebanding dengan logaritma dari masukan yang diterapkan. Bagian ini membahas tentang penguat logaritmik berbasis op-amp secara rinci.

Penguat logaritmik berbasis op-amp menghasilkan tegangan pada keluaran, yang sebanding dengan logaritma dari tegangan yang diterapkan ke resistor yang terhubung ke terminal pembalik. Itucircuit diagram penguat logaritmik berbasis op-amp ditunjukkan pada gambar berikut -

Pada rangkaian di atas, terminal input non-pembalik dari op-amp dihubungkan ke ground. Itu berarti nol volt diterapkan pada terminal input non-pembalik dari op-amp.

Menurut virtual short concept, tegangan pada terminal masukan pembalik op-amp akan sama dengan tegangan pada terminal masukan non-pembalik. Jadi, tegangan pada terminal input pembalik akan menjadi nol volt.

Itu nodal equation di node terminal input pembalik adalah -

$$\frac{0-V_i}{R_1}+I_{f}=0$$

$$=>I_{f}=\frac{V_i}{R_1}......Equation 1$$

Berikut ini adalah equation for current mengalir melalui dioda, ketika berada dalam bias maju -

$$I_{f}=I_{s} e^{(\frac{V_f}{nV_T})} ......Equation 2$$

dimana,

$I_{s}$ adalah arus saturasi dioda,

$V_{f}$ adalah penurunan tegangan dioda, ketika berada dalam bias maju,

$V_{T}$ adalah tegangan ekuivalen termal dioda.

Itu KVL equation di sekitar loop umpan balik op amp akan -

$$0-V_{f}-V_{0}=0$$

$$=>V_{f}=-V_{0}$$

Mengganti nilai $V_{f}$ dalam Persamaan 2, kita mendapatkan -

$$I_{f}=I_{s} e^{\left(\frac{-V_0}{nV_T}\right)} ......Equation 3$$

Perhatikan bahwa suku sisi kiri dari persamaan 1 dan persamaan 3 adalah sama. Jadi, samakan suku ruas kanan dari kedua persamaan tersebut seperti yang ditunjukkan di bawah ini -

$$\frac{V_i}{R_1}=I_{s}e^{\left(\frac{-V_0}{nV_T}\right)}$$

$$\frac{V_i}{R_1I_s}= e^{\left(\frac{-V_0}{nV_T}\right)}$$

Menerapkan natural logarithm di kedua sisi, kami mendapatkan -

$$In\left(\frac{V_i}{R_1I_s}\right)= \frac{-V_0}{nV_T}$$

$$V_{0}=-{nV_T}In\left(\frac{V_i}{R_1I_s}\right)$$

Perhatikan bahwa dalam persamaan di atas, parameter n, ${V_T}$ dan $I_{s}$adalah konstanta. Jadi, tegangan keluarannya$V_{0}$ akan sebanding dengan natural logarithm dari tegangan input $V_{i}$ untuk nilai resistansi yang tetap $R_{1}$.

Oleh karena itu rangkaian penguat logaritma berbasis op-amp yang dibahas di atas akan menghasilkan keluaran yang sebanding dengan logaritma natural dari tegangan masukan. ${V_T}$, kapan ${R_1I_s}=1V$.

Perhatikan tegangan keluarannya $V_{0}$ mempunyai sebuah negative sign, yang menunjukkan bahwa terdapat perbedaan fasa 180 ⁰ antara masukan dan keluaran.

Penguat Anti-Logaritmik

Sebuah anti-logarithmic amplifier, atau anti-log amplifier, Merupakan rangkaian elektronik yang menghasilkan keluaran yang sebanding dengan anti logaritma dari masukan yang diterapkan. Bagian ini membahas tentang penguat anti-logaritmik berbasis op-amp secara detail.

Penguat anti-logaritmik berbasis op-amp menghasilkan tegangan pada keluaran, yang sebanding dengan anti-logaritma dari tegangan yang diterapkan ke dioda yang terhubung ke terminal pembalik.

Itu circuit diagram penguat anti-logaritmik berbasis op-amp ditunjukkan pada gambar berikut -

Pada rangkaian yang ditunjukkan di atas, terminal input non-pembalik dari op-amp dihubungkan ke ground. Ini berarti nol volt diterapkan ke terminal input non-pembalik.

Menurut virtual short concept, tegangan pada terminal masukan pembalik op-amp akan sama dengan tegangan yang ada pada terminal masukan non-pembalik. Jadi, tegangan pada terminal input pembalik akan menjadi nol volt.

Itu nodal equation di node terminal input pembalik adalah -

$$-I_{f}+\frac{0-V_0}{R_f}=0$$

$$=>-\frac{V_0}{R_f}=I_{f}$$

$$=>V_{0}=-R_{f}I_{f}.........Equation 4$$

Kita tahu bahwa persamaan arus yang mengalir melalui dioda, ketika berada dalam bias maju, adalah sebagai berikut -

$$I_{f}=I_{s} e^{\left(\frac{V_f}{nV_T}\right)}$$

Mengganti nilai $I_{f}$ dalam Persamaan 4, kita dapatkan

$$V_{0}=-R_{f}\left \{{I_{s} e^{\left(\frac{V_f}{nV_T}\right)}}\right \}$$

$$V_{0}=-R_{f}{I_{s} e^{\left(\frac{V_f}{nV_T}\right)}}......Equation 5$$

Persamaan KVL di sisi masukan dari terminal pembalik op amp adalah

$$V_{i}-V_{f}=0$$

$$V_{f}=V_{i}$$

Mengganti, nilai dalam Persamaan 5, kita dapatkan -

$$V_{0}=-R_{f}{I_{s} e^{\left(\frac{V_i}{nV_T}\right)}}$$

Perhatikan bahwa, dalam persamaan di atas parameter n, ${V_T}$ dan $I_{s}$adalah konstanta. Jadi, tegangan keluarannya${V_0}$ akan sebanding dengan anti-natural logarithm (eksponensial) dari tegangan input ${V_i}$, untuk nilai resistansi umpan balik yang tetap ${R_f}$.

Oleh karena itu rangkaian penguat anti logaritma berbasis op-amp yang dibahas di atas akan menghasilkan keluaran yang sebanding dengan logaritma anti natural (eksponensial) dari tegangan masukan tersebut. ${V_i}$ kapan, ${R_fI_s}= 1V$. Perhatikan tegangan keluarannya${V_0}$ sedang mengalami a negative sign, yang menunjukkan bahwa terdapat perbedaan fasa 180 ⁰ antara masukan dan keluaran.

AC dan DC adalah dua istilah yang sering Anda temui saat mempelajari aliran muatan listrik. Alternating Current (AC)memiliki properti untuk mengubah statusnya terus menerus. Misalnya, jika kita menganggap gelombang sinus, arus mengalir dalam satu arah untuk setengah siklus positif dan ke arah yang berlawanan untuk setengah siklus negatif. Di samping itu,Direct Current (DC) mengalir hanya dalam satu arah.

Sirkuit elektronik, yang menghasilkan sinyal DC atau sinyal DC berdenyut, ketika sinyal AC diterapkan padanya disebut sebagai rectifier. Bab ini membahas tentang penyearah berbasis op-amp secara detail.

Jenis Penyearah

Penyearah diklasifikasikan menjadi dua jenis: Half wave rectifier dan Full wave rectifier. Bagian ini membahas tentang kedua jenis ini secara mendetail.

Penyearah setengah gelombang

SEBUAH half wave rectifier adalah penyearah yang menghasilkan setengah siklus positif pada keluaran untuk satu setengah siklus masukan dan nol keluaran untuk setengah siklus masukan lainnya.

Itu circuit diagram penyearah setengah gelombang ditunjukkan pada gambar berikut.

Amati bahwa diagram rangkaian penyearah setengah gelombang yang ditunjukkan di atas tampak seperti penguat pembalik, dengan dua dioda D ₁ dan D ₂ sebagai tambahan.

Itu working dari rangkaian penyearah setengah gelombang yang ditunjukkan di atas dijelaskan di bawah ini

• Untuk positive half cycledari masukan sinusoidal, keluaran op-amp akan negatif. Oleh karena itu, dioda D ₁ akan bias maju.

• Ketika dioda D ₁ dalam bias maju, tegangan keluaran op-amp akan menjadi -0,7 V. Jadi, dioda D ₂ akan bias balik. Oleh karena itu,output voltage dari rangkaian di atas adalah zero volt.

• Oleh karena itu, ada no (zero) output penyearah setengah gelombang untuk setengah siklus positif dari masukan sinusoidal.

• Untuk negative half cycledari masukan sinusoidal, keluaran op-amp akan positif. Oleh karena itu, dioda D ₁ dan D ₂ masing-masing akan menjadi bias balik dan bias maju. Jadi, tegangan keluaran rangkaian di atas akan menjadi -

$$V_0=-\left(\frac{R_f}{R_1}\right)V_1$$

• Oleh karena itu, keluaran dari penyearah setengah gelombang adalah a positive half cycle untuk setengah siklus negatif dari masukan sinusoidal.

Bentuk gelombang

Itu input dan output waveforms dari penyearah setengah gelombang ditunjukkan pada gambar berikut

Seperti yang Anda lihat dari grafik di atas, diagram rangkaian penyearah setengah gelombang yang telah kita bahas akan dihasilkan positive half cycles untuk setengah siklus negatif masukan sinusoidal dan keluaran nol untuk setengah siklus masukan sinusoidal positif

Penyearah gelombang penuh

SEBUAH full wave rectifier menghasilkan setengah siklus positif pada keluaran untuk kedua setengah siklus masukan.

Itu circuit diagram penyearah gelombang penuh ditunjukkan pada gambar berikut -

Diagram rangkaian di atas terdiri dari dua op-amp, dua dioda, D ₁ & D ₂ dan lima resistor, R ₁ hingga R ₅ . Ituworking dari rangkaian penyearah gelombang penuh yang ditunjukkan di atas dijelaskan di bawah ini -

• Untuk positive half cycledari masukan sinusoidal, keluaran op-amp pertama akan negatif. Oleh karena itu, dioda D ₁ dan D ₂ masing-masing akan bias maju dan bias balik.

• Kemudian, tegangan keluaran op-amp pertama adalah -

$$V_{01}=-\left(\frac{R_2}{R_1}\right)V_i$$

• Perhatikan bahwa keluaran op-amp pertama dihubungkan ke resistor R ₄ yang dihubungkan ke terminal pembalik dari op-amp kedua. Tegangan yang ada pada terminal non-pembalik dari op-amp kedua adalah 0 V.Jadi, op-amp kedua dengan resistor, R ₄ dan R ₄ bertindak sebagaiinverting amplifier.

• Tegangan keluaran op-amp kedua adalah

  $$V_0=-\left(\frac{R_5}{R_4}\right)V_{01}$$

  Substituting nilai dari $V_{01}$ dalam persamaan di atas, kita mendapatkan -

  $$=>V_{0}=-\left(\frac{R_5}{R_4}\right)\left \{ -\left(\frac{R_2}{R_1}\right)V_{i} \right \}$$

  $$=>V_{0}=\left(\frac{R_2R_5}{R_1R_4}\right)V_{i}$$

• Oleh karena itu, keluaran dari penyearah gelombang penuh akan menjadi setengah siklus positif untuk positive half cycledari masukan sinusoidal. Dalam hal ini, keuntungan dari output adalah$\frac{R_2R_5}{R_1R_4}$. Jika kita pertimbangkan$R_{1}=R_{2}=R_{4}=R_{5}=R$, maka keuntungan dari keluarannya akan menjadi satu.

• Untuk negative half cycledari masukan sinusoidal, keluaran op-amp pertama akan positif. Oleh karena itu, dioda D ₁ dan D ₂ masing-masing akan menjadi bias balik dan bias maju.

• Tegangan keluaran op-amp pertama adalah -

$$V_{01}=-\left(\frac{R_3}{R_1}\right)V_{i}$$

• Keluaran op-amp pertama langsung terhubung ke terminal non-pembalik dari op-amp kedua. Sekarang, op-amp kedua dengan resistor, R ₄ dan R ₅ bertindak sebagai anon-inverting amplifier.

  Tegangan keluaran op-amp kedua adalah -

  $$V_{0}=\left(1+\frac{R_5}{R_4}\right)V_{01}$$

  Substituting nilai dari $V_{01}$ dalam persamaan di atas, kita dapatkan

  $$=>V_{0}=\left(1+\frac{R_5}{R_4}\right) \left\{-\left(\frac{R_3}{R_1}\right)V_{i}\right \} $$

  $$=>V_{0}=-\left(\frac{R_3}{R_1}\right)\left(1+\frac{R_5}{R_4}\right)V_{i}$$

• Oleh karena itu, keluaran dari penyearah gelombang penuh adalah a positive half cycleuntuk setengah siklus negatif masukan sinusoidal juga. Dalam hal ini, besarnya keuntungan dari output adalah$\left(\frac{R_3}{R_1}\right)\left(1+\frac{R_5}{R_4}\right)$. Jika kita pertimbangkan$R_{1}=2R_{3}=R_{4}=R_{5}=R$ maka keuntungan dari output akan menjadi one.

Itu input dan output waveforms penyearah gelombang penuh ditunjukkan pada gambar berikut

Seperti yang Anda lihat pada gambar di atas, diagram rangkaian penyearah gelombang penuh yang kami anggap hanya akan menghasilkan positive half cycles untuk setengah siklus positif dan negatif dari masukan sinusoidal.

Wave shaping circuitsadalah rangkaian elektronik, yang menghasilkan bentuk yang diinginkan pada keluaran dari bentuk gelombang masukan yang diterapkan. Sirkuit ini melakukan dua fungsi -

• Kurangi gelombang yang diterapkan
• Ubah level dc dari gelombang yang diterapkan.

Ada dua jenis rangkaian pembentuk gelombang: Clippers dan Clampers. Pada bab ini, Anda akan mempelajari secara detail tentang gunting.

Clippers berbasis op-amp

SEBUAH clipperadalah rangkaian elektronik yang menghasilkan keluaran dengan membuang sebagian masukan di atas atau di bawah nilai referensi. Artinya, output clipper akan sama dengan input untuk selain bagian yang terpotong. Karena itu, amplitudo puncak ke puncak dari keluaran clipper akan selalu lebih kecil dari pada masukan.

Keuntungan utama dari pemangkas adalah mereka menghilangkan gangguan yang tidak diinginkan dalam amplitudo sinyal ac.

Clippers dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis berikut berdasarkan bagian kliping input.

• Clipper positif
• Clipper Negatif

Ini dibahas secara rinci seperti yang diberikan di bawah ini -

Clipper positif

SEBUAH positive clipper adalah clipper yang hanya menjepitkan bagian positif dari sinyal input.

Itu circuit diagramclipper positif ditunjukkan pada gambar berikut -

Di sirkuit yang ditunjukkan di atas, sinyal tegangan sinusoidal $V_{t}$diterapkan ke terminal non-pembalik op-amp. Nilai tegangan referensi$V_{ref}$ dapat dipilih dengan memvariasikan resistor $R_{2}$.

Itu operation dari rangkaian yang ditunjukkan di atas dijelaskan di bawah -

• Jika nilai tegangan input $V_i$ lebih kecil dari nilai tegangan referensi $V_{ref}$, kemudian dioda D _{1 bekerja} . Kemudian, rangkaian yang diberikan di atas berperilaku sebagai avoltage follower. Oleh karena itu, tegangan keluaran$V_{0}$ dari rangkaian di atas akan sama dengan tegangan input $V_{i}$, untuk $V_{i}$ < $V_{ref}$.

• Jika nilai tegangan input $V_{i}$ lebih besar dari nilai tegangan referensi $V_{ref}$, maka dioda D ₁ akan mati. Sekarang, op-amp beroperasi dalam loop terbuka karena jalur umpan balik terbuka. Oleh karena itu, tegangan keluaran$V_{0}$ dari rangkaian di atas akan sama dengan nilai tegangan referensi $V_{ref}$, untuk $V_{i}$ > $V_{ref}$.

Itu input wave form dan yang sesuai output wave form clipper positif untuk tegangan referensi positif $V_{ref}$, diperlihatkan pada gambar berikut -

Clipper Negatif

SEBUAH negative clipperadalah clipper yang hanya menjepitkan bagian negatif dari sinyal input. Anda dapat memperoleh rangkaian pemangkas negatif hanya dengan membalik dioda dan mengambil polaritas terbalik dari tegangan referensi, dalam rangkaian yang telah Anda lihat untuk pemangkas positif.

Itu circuit diagram clipper negatif ditunjukkan pada gambar berikut -

Di rangkaian di atas, sinyal tegangan sinusoidal $V_{i}$diterapkan ke terminal non-pembalik op-amp. Nilai tegangan referensi$V_{ref}$ dapat dipilih dengan memvariasikan resistor $R_{2}$.

Itu operation dari sirkuit clipper negatif dijelaskan di bawah ini -

Jika nilai tegangan input $V_{t}$ lebih besar dari nilai tegangan referensi $V_{ref}$, kemudian dioda D _{1 bekerja} . Kemudian, rangkaian di atas berperilaku sebagai avoltage follower. Oleh karena itu, tegangan keluaran$V_{0}$ dari rangkaian di atas akan sama dengan tegangan input $V_{i}$ untuk $V_{i}$> $V_{ref}$.

Jika nilai tegangan input $V_{i}$lebih kecil dari nilai tegangan referensi, maka dioda D ₁ akan mati. Sekarang, op-amp beroperasi dalam loop terbuka karena jalur umpan balik terbuka. Oleh karena itu, tegangan keluaran$V_{0}$ dari rangkaian di atas akan sama dengan nilai tegangan referensi,$V_{ref}$ untuk $V_{i}$ < $V_{ref}$.

Itu input wave form dan yang sesuai output wave form dari pemangkas negatif, untuk tegangan referensi negatif $V_{ref}$, diperlihatkan pada gambar berikut -

Pada bab sebelumnya, kita membahas tentang gunting. Sekarang, mari kita bahas tentang jenis rangkaian pembentuk gelombang lainnya, yaitu penjepit.

Clamper berbasis Op-amp

SEBUAH clamperadalah rangkaian elektronik yang menghasilkan keluaran, yang mirip dengan masukan tetapi dengan pergeseran level DC. Dengan kata lain, keluaran penjepit adalah replika masukan yang sama persis. Oleh karena itu, amplitudo puncak ke puncak dari keluaran penjepit akan selalu sama dengan masukan.

Clamper digunakan untuk memasukkan atau mengembalikan level sinyal input DC pada output. Adatwo types penjepit berbasis op-amp berdasarkan pergeseran DC input.

• Penjepit Positif
• Penjepit Negatif

Bagian ini membahas tentang kedua jenis penjepit ini secara mendetail.

Penjepit Positif

Penjepit positif adalah rangkaian penjepit yang menghasilkan keluaran sedemikian rupa sehingga sinyal masukan digeser secara vertikal dengan nilai DC positif.

Itu circuit diagram penjepit positif ditunjukkan pada gambar berikut -

Di sirkuit di atas, a sinusoidal voltage signal, $V_{i}$ diterapkan ke terminal pembalik op-amp melalui jaringan yang terdiri dari kapasitor $C_{1}$ dan resistor $R_{1}$. Artinya, sinyal tegangan AC diterapkan ke terminal pembalik op-amp.

Itu DC reference voltage $V_{ref}$ diterapkan ke terminal non-pembalik op-amp. Nilai tegangan referensi$V_{ref}$ dapat dipilih dengan memvariasikan resistor $R_{2}$. Dalam hal ini, kita akan mendapatkan tegangan referensi$V_{ref}$ dari nilai positif.

Sirkuit di atas menghasilkan output, yang is the combination (resultant sum) dari sinyal tegangan sinusoidal $V_{i}$ dan tegangan referensi $V_{ref}$. Artinya, rangkaian penjepit menghasilkan keluaran sedemikian rupa sehingga berupa sinyal tegangan sinusoidal$V_{i}$ bergeser secara vertikal ke atas dengan nilai tegangan referensi $V_{ref}$.

Bentuk gelombang masukan dan bentuk gelombang keluaran yang sesuai dari penjepit positif ditunjukkan pada gambar di atas -

Dari gambar di atas, Anda dapat mengamati bahwa penjepit positif menggeser bentuk gelombang masukan yang diterapkan vertically upwardpada keluaran. Besarnya pergeseran akan tergantung pada nilai tegangan referensi DC.

Penjepit Negatif

SEBUAH negative clamper adalah rangkaian penjepit yang menghasilkan keluaran sedemikian rupa sehingga sinyal masukan digeser secara vertikal oleh nilai DC negatif.

Itu circuit diagram penjepit negatif ditunjukkan pada gambar berikut -

Di sirkuit di atas, a sinusoidal voltage signal $V_{i}$ diterapkan ke terminal pembalik op-amp melalui jaringan yang terdiri dari kapasitor C ₁ dan resistor$R_{1}$. Artinya, sinyal tegangan AC diterapkan ke terminal pembalik op-amp.

Itu DC reference voltage $V_{ref}$ diterapkan ke terminal non-pembalik op-amp. Nilai tegangan referensi $V_{ref}$ dapat dipilih dengan memvariasikan resistor $R_{2}$. Dalam hal ini, kita akan mendapatkan tegangan referensi$V_{ref}$ dari nilai negatif.

Rangkaian di atas menghasilkan keluaran yang merupakan kombinasi (resultan sum) dari sinyal tegangan sinusoidal $V_{i}$ dan tegangan referensi $V_{ref}$. Artinya, rangkaian penjepit menghasilkan keluaran sedemikian rupa sehingga berupa sinyal tegangan sinusoidal$V_{i}$ bergeser secara vertikal ke bawah dengan nilai tegangan referensi $V_{ref}$.

Bentuk gelombang masukan dan bentuk gelombang keluaran yang sesuai dari penjepit negatif ditunjukkan pada gambar berikut -

Kita dapat mengamati dari keluaran bahwa penjepit negatif menggeser bentuk gelombang masukan yang diterapkan vertically downwardpada keluaran. Besarnya pergeseran akan tergantung pada nilai tegangan referensi DC.

Filtersadalah rangkaian elektronik yang memungkinkan komponen frekuensi tertentu dan / atau menolak komponen frekuensi lainnya. Anda mungkin telah menemukan filter dalam tutorial teori jaringan. Mereka pasif dan merupakan rangkaian atau jaringan listrik yang terdiri dari elemen pasif seperti resistor, kapasitor, dan (atau) induktor.

Bab ini membahas tentang active filters secara terperinci.

Jenis Filter Aktif

Filter aktif adalah rangkaian elektronik, yang terdiri dari elemen aktif seperti op-amp bersama dengan elemen pasif seperti resistor (s) dan kapasitor.

Filter aktif terutama diklasifikasikan menjadi berikut ini four types berdasarkan pita frekuensi yang diizinkan dan / atau ditolak -

• Filter Akses Rendah Aktif
• Filter Akses Tinggi Aktif
• Filter Band Pass Aktif
• Filter Penghenti Pita Aktif

Filter Akses Rendah Aktif

Jika filter aktif mengizinkan (lolos) saja low frequency komponen dan menolak (memblokir) semua komponen frekuensi tinggi lainnya, kemudian disebut sebagai active low pass filter.

Itu circuit diagram dari low pass filter yang aktif ditunjukkan pada gambar berikut -

Kita tahu bahwa jaringan listrik, yang dihubungkan ke terminal non-pembalik dari sebuah op-amp adalah a passive low pass filter. Jadi, masukan dari terminal non-pembalik dari sebuah opamp adalah keluaran dari filter lolos rendah pasif.

Perhatikan bahwa rangkaian di atas menyerupai a non-inverting amplifier. Ini memiliki output dari filter lolos rendah pasif sebagai input ke terminal non-pembalik op-amp. Oleh karena itu, ia menghasilkan keluaran, yaitu$\left(1+\frac{R_f}{R_1}\right)$ kali input hadir di terminal non-pembalik.

Kita bisa memilih nilai $R_{f}$ dan $R_{1}$ sesuai untuk mendapatkan desired gainpada keluaran. Misalkan, jika kita mempertimbangkan nilai resistansi$R_{f}$ dan $R_{1}$ sebagai nol ohm dan tak terhingga ohm, maka rangkaian di atas akan menghasilkan a unity gain keluaran filter lolos rendah.

Filter Akses Tinggi Aktif

Jika filter aktif mengizinkan (lolos) saja high frequency komponen dan menolak (memblokir) semua komponen frekuensi rendah lainnya, maka itu disebut active high pass filter.

Itu circuit diagram dari high pass filter yang aktif ditunjukkan pada gambar berikut -

Kita tahu bahwa jaringan listrik, yang dihubungkan ke terminal non-pembalik dari sebuah op-amp adalah a passive high pass filter. Jadi, input dari terminal non-inverting opamp adalah output dari filter high pass pasif.

Sekarang, rangkaian di atas menyerupai a non-inverting amplifier. Ini memiliki output dari filter high pass pasif sebagai input ke terminal op-amp non-pembalik. Oleh karena itu, ia menghasilkan keluaran, yaitu$\left(1+\frac{R_f}{R_1}\right)$ kali input yang ada di terminal non-pembalik.

Kita bisa memilih nilai $R_f$ dan $R_1$ sesuai untuk mendapatkan desired gainpada keluaran. Misalkan, jika kita mempertimbangkan nilai resistansi$R_{f}$ dan $R_{1}$ sebagai nol ohm dan tak terhingga ohm, maka rangkaian di atas akan menghasilkan a unity gain keluaran filter lolos tinggi.

Filter Band Pass Aktif

Jika filter aktif memungkinkan (melewati) hanya satu pita frekuensi, maka itu disebut sebagai active band pass filter. Secara umum pita frekuensi ini terletak di antara rentang frekuensi rendah dan rentang frekuensi tinggi. Jadi, filter band pass aktif menolak (blok) komponen frekuensi rendah dan tinggi.

Itu circuit diagram dari sebuah band pass filter yang aktif ditunjukkan pada gambar berikut

Amati bahwa ada two parts pada diagram rangkaian active band pass filter: Bagian pertama adalah aktif high pass filter, sedangkan bagian kedua adalah aktif low pass filter.

Output dari active high pass filter diaplikasikan sebagai masukan dari active low pass filter, artinya baik filter high pass aktif maupun filter low pass aktif adalah cascaded untuk mendapatkan keluaran sedemikian rupa sehingga hanya berisi pita frekuensi tertentu.

Itu active high pass filter, yang hadir pada tahap pertama memungkinkan frekuensi yang lebih besar dari lower cut-off frequencydari filter band pass aktif. Jadi, kita harus memilih nilai$R_{B}$ dan $C_{B}$ sesuai, untuk mendapatkan yang diinginkan lower cut-off frequency dari filter band pass aktif.

Demikian pula dengan active low pass filter, yang hadir pada tahap kedua memungkinkan frekuensi yang lebih kecil dari frekuensi cut-off yang lebih tinggi dari filter jalur pita aktif. Jadi, kita harus memilih nilai$R_{A}$ dan $C_{A}$ sesuai untuk mendapatkan yang diinginkan higher cut-off frequency dari filter band pass aktif.

Karenanya, rangkaian pada diagram yang dibahas di atas akan menghasilkan keluaran filter band pass aktif.

Filter Penghenti Pita Aktif

Jika filter aktif menolak (memblokir) pita frekuensi tertentu, maka itu disebut sebagai active band stop filter. Secara umum pita frekuensi ini terletak di antara rentang frekuensi rendah dan rentang frekuensi tinggi. Jadi, band stop filter aktif memungkinkan (lewat) komponen frekuensi rendah dan tinggi.

Itu block diagram dari band stop filter aktif ditunjukkan pada gambar berikut -

Perhatikan bahwa diagram blok filter penghenti pita aktif terdiri dari dua blok pada tahap pertama: filter akses rendah aktif dan filter akses tinggi aktif. Keluaran dari kedua blok ini diterapkan sebagai masukan ke blok yang ada pada tahap kedua. Sehinggasumming amplifier menghasilkan keluaran, yang merupakan versi yang diperkuat dari jumlah keluaran dari filter akses rendah aktif dan filter jalur tinggi aktif.

Oleh karena itu, keluaran dari diagram blok di atas adalah output of an active band stop , ketika kita memilih frekuensi cut-off dari low pass filter menjadi lebih kecil daripada frekuensi cut-off dari high pass filter.

Itu circuit diagram dari band stop filter aktif ditunjukkan pada gambar berikut -

Kita telah melihat diagram sirkuit dari low pass filter aktif, filter high pass aktif, dan penguat penjumlahan. Perhatikan bahwa kita mendapatkan yang di atascircuit diagram filter penghenti pita aktif dengan mengganti blok dengan diagram sirkuit masing-masing dalam diagram blok filter penghenti pita aktif.

Osilator adalah rangkaian elektronik yang menghasilkan sinyal periodik. Jika osilator menghasilkan osilasi sinusoidal, itu disebut sebagai asinusoidal oscillator. Ini mengubah energi masukan dari sumber DC menjadi energi keluaran AC dari sinyal periodik. Sinyal periodik ini akan memiliki frekuensi dan amplitudo tertentu.

Itu block diagram osilator sinusoidal ditunjukkan pada gambar berikut -

Gambar di atas terutama terdiri dari two blocks: Penguat dan jaringan umpan balik. Jaringan umpan balik mengambil bagian dari keluaran penguat sebagai masukan untuk itu dan menghasilkan sinyal tegangan. Sinyal tegangan ini diterapkan sebagai input ke penguat.

Diagram blok dari osilator sinusoidal yang ditunjukkan di atas menghasilkan osilasi sinusoidal, jika berikut ini two conditions puas -

• Itu loop gain $A_{v}\beta$ dari diagram blok osilator sinusoidal di atas harus lebih besar dari atau sama dengan unity. Sini,$A_{v}$ dan $\beta$ masing-masing adalah gain penguat dan penguatan jaringan umpan balik.

• Jumlah seluruhnya phase shift di sekitar loop diagram blok di atas dari osilator sinusoidal harus baik 0⁰ atau 360⁰.

Kedua kondisi di atas bersama-sama disebut sebagai Barkhausen criteria.

Osilator Berbasis Op-Amp

Ada two jenis osilator berbasis op-amp.

• Osilator pergeseran fasa RC
• Osilator jembatan Wien

Bagian ini membahas masing-masing secara mendetail.

Osilator Pergeseran Fase RC

Osilator berbasis op-amp, yang menghasilkan sinyal tegangan sinusoidal pada keluaran dengan bantuan penguat pembalik dan jaringan umpan balik dikenal sebagai a RC phase shift oscillator. Jaringan umpan balik ini terdiri dari tiga bagian RC bertingkat.

Itu circuit diagram dari osilator pergeseran fasa RC ditunjukkan pada gambar berikut -

Pada rangkaian di atas, op-amp beroperasi di inverting mode. Oleh karena itu, ini memberikan pergeseran fasa 180 ⁰ . Jaringan umpan balik yang ada pada rangkaian di atas juga menyediakan pergeseran fasa 180 ⁰ , karena setiap bagian RC memberikan pergeseran fasa 60 ⁰ . Oleh karena itu, rangkaian di atas memberikan pergeseran fasa total 360 ⁰ pada beberapa frekuensi.

• Itu output frequency dari osilator pergeseran fasa RC adalah -

$$f=\frac{1}{2\Pi RC\sqrt[]{6}}$$

• Itu gain $A_{v}$ penguat pembalik harus lebih besar dari atau sama dengan -29,

$$i.e.,-\frac{R_f}{R_1}\geq-29$$

$$=>\frac{R_f}{R_1}\geq-29$$

$$=>R_{f}\geq29R_{1}$$

Jadi, kita harus mempertimbangkan nilai resistor umpan balik $R_{f}$, minimal 29 kali nilai resistor $R_{1}$, untuk menghasilkan osilasi berkelanjutan pada keluaran osilator pergeseran fasa RC.

Osilator Jembatan Wien

Osilator berbasis op-amp, yang menghasilkan sinyal tegangan sinusoidal pada keluaran dengan bantuan penguat non-pembalik dan jaringan umpan balik dikenal sebagai Wien bridge oscillator.

Itu circuit diagram osilator jembatan Wien ditunjukkan pada gambar berikut -

Pada rangkaian yang ditunjukkan di atas untuk osilator jembatan Wein, op-amp beroperasi di non inverting mode. Oleh karena itu, memberikan pergeseran fasa 00. Jadi, jaringan umpan balik yang ada pada rangkaian di atas tidak boleh memberikan pergeseran fasa apa pun.

Jika jaringan umpan balik menyediakan beberapa pergeseran fasa, maka kita harus melakukannya balance the bridgesedemikian rupa sehingga tidak akan ada pergeseran fasa. Jadi, rangkaian di atas memberikan pergeseran fasa total 0 ⁰ pada beberapa frekuensi.

• Itu output frequency osilator jembatan Wien adalah

$$f=\frac{1}{2\Pi RC}$$

• Itu gain $A_{v}$ dari penguat non-pembalik harus lebih besar dari atau sama dengan 3

$$i.e.,1+\frac{R_f}{R_1}\geq3$$

$$=>\frac{R_f}{R_1}\geq2$$

$$=>R_{f}\geq2R_{1}$$

Jadi, kita harus mempertimbangkan nilai resistor umpan balik $R_{f}$ setidaknya dua kali nilai resistor, $R_{1}$ untuk menghasilkan osilasi berkelanjutan pada output osilator jembatan Wien.

SEBUAH waveform generatoradalah sirkuit elektronik, yang menghasilkan gelombang standar. Ada dua jenis generator gelombang berbasis op-amp -

• Generator gelombang persegi
• Generator gelombang segitiga

Bab ini membahas masing-masing generator gelombang berbasis op-amp ini secara mendetail.

Generator Gelombang Persegi

SEBUAH square wave generatoradalah rangkaian elektronik yang menghasilkan gelombang persegi. Bagian ini membahas tentang generator gelombang persegi berbasis op-amp.

Itu circuit diagram generator gelombang persegi berbasis op-amp ditunjukkan pada gambar berikut

Amati bahwa dalam diagram rangkaian yang ditunjukkan di atas, resistor $R_{1}$dihubungkan antara terminal masukan pembalik op-amp dan keluaran op-ampnya. Jadi resistornya$R_{1}$ digunakan di negative feedback. Begitu pula dengan resistornya$R_{2}$terhubung antara terminal masukan non-pembalik dari op-amp dan keluarannya. Jadi resistornya$R_{2}$ digunakan di positive feedback jalan.

Kapasitor C dihubungkan antara terminal input pembalik op-amp dan ground. Sehinggavoltage across capacitor Cakan menjadi tegangan input pada terminal pembalik op-amp ini. Begitu pula dengan resistor$R_{3}$terhubung antara terminal input non-pembalik op-amp dan ground. Sehinggavoltage across resistor $R_{3}$ akan menjadi tegangan input pada terminal non-pembalik op-amp ini.

Itu operation generator gelombang persegi dijelaskan di bawah ini -

• Asumsikan, ada no chargedisimpan di kapasitor pada awalnya. Kemudian, tegangan yang ada di terminal pembalik op-amp adalah nol volt. Tetapi, ada beberapa tegangan offset pada terminal non-pembalik op-amp. Karena ini, nilai yang ada pada output rangkaian di atas akan menjadi$+V_{sat}$.

• Sekarang, kapasitor C mulai charging melalui resistor $R_{1}$. Nilai yang ada pada keluaran rangkaian di atas akan berubah menjadi$-V_{sat}$, ketika tegangan di kapasitor C mencapai lebih besar dari tegangan (nilai positif) di resistor $R_{3}$.

• Kapasitor C dimulai discharging melalui resistor $R_{1}$, ketika output dari rangkaian di atas adalah $-V_{sat}$. Nilai yang ada pada keluaran rangkaian di atas akan berubah menjadi$+V_{sat}$, ketika tegangan kapasitor C mencapai kurang dari (lebih negatif) tegangan (nilai negatif) di resistor $R_{3}$.

Jadi rangkaian yang ditunjukkan pada diagram di atas akan menghasilkan a square wave pada output seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut -

Dari gambar di atas kita dapat mengamati bahwa output generator gelombang persegi akan memiliki salah satu dari dua nilai berikut: $+V_{sat}$ dan $-V_{sat}$. Jadi, keluarannya tetap pada satu nilai untuk beberapa durasi dan kemudian bertransisi ke nilai lain dan tetap di sana untuk beberapa durasi. Dengan cara ini, itu berlanjut.

Generator Gelombang Segitiga

Generator gelombang segitiga adalah sirkuit elektronik, yang menghasilkan gelombang segitiga. Itublock diagram generator gelombang segitiga ditunjukkan pada gambar berikut -

Diagram blok generator gelombang segitiga terutama berisi dua blok: generator gelombang persegi dan integrator. Kedua blok inicascaded. Artinya, keluaran generator gelombang persegi digunakan sebagai masukan integrator. Perhatikan bahwa integrasi gelombang persegi tidak lain adalah gelombang segitiga.

Itu circuit diagram generator gelombang segitiga berbasis op-amp ditunjukkan pada gambar berikut -

Kami telah melihat diagram rangkaian generator gelombang persegi dan integrator. Perhatikan bahwa kita mendapatkan yang di atascircuit diagram generator gelombang segitiga berbasis op-amp dengan mengganti blok dengan diagram rangkaian masing-masing dalam diagram blok generator gelombang segitiga.

Itu 555 Timer IC mendapatkan namanya dari ketiganya $5K\Omega$resistor yang digunakan dalam jaringan pembagi tegangannya. IC ini berguna untuk menghasilkan penundaan waktu dan osilasi yang akurat. Bab ini menjelaskan tentang 555 Timer secara rinci.

Diagram Pin dan Diagram Fungsional

Pada bagian ini, pertama mari kita bahas tentang diagram pin IC Timer 555 dan kemudian diagram fungsionalnya.

Diagram Pin

IC Timer 555 adalah Paket Dual-Inline (DIP) mini 8 pin. Itupin diagram IC Timer 555 ditunjukkan pada gambar berikut -

Signifikansi setiap pin dapat dijelaskan dengan jelas dari diagram di atas. IC Timer 555 ini dapat dioperasikan dengan supply DC + 5V hingga + 18V. Ini terutama berguna untuk menghasilkannon-sinusoidal bentuk gelombang seperti persegi, ramp, pulsa & dll

Diagram Fungsional

Representasi bergambar yang menunjukkan detail internal Pewaktu 555 dikenal sebagai diagram fungsional.

Itu functional diagram dari IC Timer 555 ditunjukkan pada gambar berikut -

Perhatikan bahwa diagram fungsional Timer 555 berisi jaringan pembagi tegangan, dua pembanding, satu SR flip-flop, dua transistor, dan inverter. Bagian ini membahas tentang tujuan setiap blok atau komponen secara rinci -

Jaringan Pembagi Tegangan

• Jaringan pembagi tegangan terdiri dari tiga $5K\Omega$ resistor yang dihubungkan secara seri antara tegangan suplai $V_{cc}$ dan tanah.

• Jaringan ini memberikan tegangan $\frac{V_{cc} }{3}$ antara titik dan tanah, jika hanya ada satu $5K\Omega$penghambat. Demikian pula, ini memberikan tegangan$\frac{2V_{cc} }{3}$ antara titik dan tanah, jika hanya ada dua $5K\Omega$ resistor.

Pembanding

• Diagram fungsional IC Timer 555 terdiri dari dua komparator: Pembanding Atas (UC) dan Pembanding Bawah (LC).

• Ingat bahwa a comparator membandingkan dua masukan yang diterapkan padanya dan menghasilkan keluaran.

• Jika tegangan yang ada di terminal non-pembalik dari sebuah op-amp lebih besar dari tegangan yang ada di terminal pembalik, maka keluaran dari komparator akan menjadi $+V_{sat}$. Ini bisa dianggap sebagaiLogic High ('1') dalam representasi digital.

• Jika tegangan yang ada pada terminal non-pembalik op-amp kurang dari atau sama dengan tegangan pada terminal pembalik, maka keluaran dari komparator akan menjadi $-V_{sat}$. Ini bisa dianggap sebagaiLogic Low ('0') dalam representasi digital.

SR Flip-Flop

• Ingat bahwa a SR flip-flopberoperasi dengan baik transisi jam positif atau transisi jam negatif. Ini memiliki dua masukan: S dan R, dan dua keluaran: Q (t) dan Q (t) '. Outputnya, Q (t) & Q (t) 'saling melengkapi.

• Tabel berikut menunjukkan state table dari SR flip-flop

S	R	Q (t + 1)
0	0	Q (t)
0	1	0
1	0	1
1	1	-

• Di sini, Q (t) & Q (t + 1) masing-masing adalah keadaan sekarang & keadaan berikutnya. Jadi, SR flip-flop dapat digunakan untuk salah satu dari tiga fungsi ini seperti Hold, Reset & Set berdasarkan kondisi input, ketika transisi sinyal clock positif (negatif) diterapkan.

• Output dari Pembanding Bawah (LC) dan Pembanding Atas (UC) diterapkan sebagai inputs of SR flip-flop seperti yang ditunjukkan pada diagram fungsional IC Timer 555.

Transistor dan Inverter

• Diagram fungsional IC Timer 555 terdiri dari satu transistor npn $Q_{1}$ dan satu transistor pnp $Q_{2}$. Transistor npn$Q_{1}$akan ON jika tegangan basis ke emitornya positif dan lebih besar dari tegangan cut-in. Jika tidak, itu akan DIMATIKAN.

• Transistor pnp $Q_{2}$ digunakan sebagai buffer untuk mengisolasi input reset dari SR flip-flop dan transistor npn $Q_{1}$.

• Itu inverter digunakan dalam diagram fungsional IC Timer 555 tidak hanya melakukan aksi pembalik tetapi juga memperkuat level daya.

IC IC 555 Timer dapat digunakan dalam operasi mono stabil untuk menghasilkan pulsa pada output. Demikian pula, dapat digunakan dalam operasi astabil untuk menghasilkan gelombang persegi pada keluaran.

Loop Terkunci Fase (PLL)adalah salah satu blok penting dalam sistem linier. Berguna dalam sistem komunikasi seperti radar, satelit, FM, dll.

Bab ini membahas tentang diagram blok PLL dan IC 565 secara rinci.

Diagram Blok PLL

Phase Locked Loop (PLL) terutama terdiri dari berikut ini three blocks -

• Detektor Fase
• Filter Akses Rendah Aktif
• Osilator Kontrol Tegangan (VCO)

Itu block diagram PLL ditunjukkan pada gambar berikut -

Keluaran detektor fasa diterapkan sebagai masukan filter akses rendah aktif. Demikian pula, output dari filter low pass aktif diterapkan sebagai input VCO.

Itu working dari PLL adalah sebagai berikut -

• Phase detector menghasilkan tegangan DC, yang sebanding dengan perbedaan fasa antara sinyal input yang memiliki frekuensi $f_{in}$ dan sinyal umpan balik (keluaran) yang memiliki frekuensi $f_{out}$.

• SEBUAH Phase detector adalah pengali dan menghasilkan dua komponen frekuensi pada keluarannya - jumlah frekuensi $f_{in}$ dan $f_{out}$ dan perbedaan frekuensi $f_{in}$ & $f_{out}$.

• Sebuah active low pass filtermenghasilkan tegangan DC pada outputnya, setelah menghilangkan komponen frekuensi tinggi yang ada dalam output detektor fasa. Ini juga memperkuat sinyal.

• SEBUAH VCOmenghasilkan sinyal yang memiliki frekuensi tertentu, ketika tidak ada input yang diterapkan padanya. Frekuensi ini dapat digeser ke salah satu sisi dengan menerapkan tegangan DC padanya. Oleh karena itu, deviasi frekuensi berbanding lurus dengan tegangan DC yang ada pada output filter low pass.

Operasi di atas berlangsung sampai frekuensi VCO sama dengan frekuensi sinyal input. Berdasarkan jenis aplikasinya, kita bisa menggunakan output active low pass filter atau output VCO. PLL digunakan di banyakapplications seperti demodulator FM, generator jam, dll.

PLL beroperasi di salah satu following three modes -

• Mode berjalan gratis
• Mode pengambilan
• Mode kunci

Awalnya, PLL beroperasi di free running modeketika tidak ada masukan yang diterapkan padanya. Ketika sinyal masukan yang memiliki frekuensi tertentu diterapkan ke PLL, maka frekuensi sinyal keluaran VCO akan mulai berubah. Pada tahap ini dikatakan PLL akan beroperasi dicapture mode. Frekuensi sinyal keluaran VCO akan berubah terus menerus hingga sama dengan frekuensi sinyal masukan. Sekarang, dikatakan PLL beroperasi dilock mode.

IC 565

IC 565 adalah IC loop terkunci fasa yang paling umum digunakan. Ini adalah Paket Dual-Inline (DIP) 14 pin. Itupin diagram IC 565 ditunjukkan pada gambar berikut -

Tujuan masing-masing pin sudah jelas dari diagram di atas. Dari 14 pin, hanya 10 pin (nomor pin 1 sampai 10) yang digunakan untuk pengoperasian PLL. Jadi, 4 pin yang tersisa (nomor pin 11 hingga 14) diberi label NC (No Connection).

Itu VCOmenghasilkan output pada pin nomor 4 dari IC 565, ketika pin nomor 2 dan 3 di-ground. Secara matematis, kita dapat menulis frekuensi keluaran,$f_{out}$ dari VCO sebagai.

$$f_{out}=\frac{0.25}{R_VC_V}$$

dimana,

$R_{V}$ merupakan resistor eksternal yang dihubungkan ke pin nomor 8

$C_{V}$ adalah kapasitor eksternal yang dihubungkan ke pin nomor 9

• Dengan memilih nilai yang tepat dari $R_{V}$ dan $C_{V}$, kita dapat memperbaiki (menentukan) frekuensi keluaran, $f_{out}$ dari VCO.

• Pin numbers 4 and 5disingkat dengan kabel eksternal sehingga output VCO dapat diterapkan sebagai salah satu input detektor fasa.

• IC 565 memiliki resistansi internal sebesar $3.6K\Omega$. Sebuah kapasitor, C harus dihubungkan antara pin nomor 7 dan 10 untuk membuat alow pass filter dengan perlawanan internal itu.

Perhatikan bahwa sesuai kebutuhan, kita harus mengkonfigurasi pin IC 565 dengan benar.

Fungsi dari a voltage regulatoradalah untuk menjaga tegangan DC konstan pada keluaran terlepas dari fluktuasi tegangan pada masukan dan (atau) variasi arus beban. Dengan kata lain, regulator tegangan menghasilkan tegangan output DC yang diatur.

Regulator tegangan juga tersedia dalam bentuk Sirkuit Terpadu (IC). Ini disebut sebagaivoltage regulator ICs.

Jenis Regulator Tegangan

Ada two types regulator tegangan -

• Regulator tegangan tetap
• Pengatur tegangan yang dapat disesuaikan

Bab ini membahas tentang kedua jenis regulator tegangan ini satu per satu.

Regulator tegangan tetap

SEBUAH fixed voltage regulatormenghasilkan tegangan keluaran DC tetap, yang bisa positif atau negatif. Dengan kata lain, beberapa regulator tegangan tetap menghasilkan nilai tegangan DC tetap positif, sementara yang lain menghasilkan nilai tegangan DC tetap negatif.

78xx IC regulator tegangan menghasilkan nilai tegangan DC tetap positif, sedangkan IC regulator tegangan 79xx menghasilkan nilai tegangan DC tetap negatif.

Poin-poin berikut harus diperhatikan saat bekerja dengan 78xx dan 79xx IC pengatur tegangan -

• "Xx" sesuai dengan angka dua digit dan mewakili jumlah (besaran) tegangan yang dihasilkan IC regulator tegangan.

• Baik IC regulator tegangan 78xx dan 79xx memiliki 3 pins masing-masing dan pin ketiga digunakan untuk mengumpulkan output dari mereka.

• Tujuan dari pin pertama dan kedua dari kedua jenis IC ini berbeda -

  • Pin pertama dan kedua 78xx IC regulator tegangan digunakan untuk menghubungkan input dan ground masing-masing.

  • Pin pertama dan kedua 79xx IC regulator tegangan digunakan untuk menghubungkan ground dan input masing-masing.

Contoh

• IC regulator tegangan 7805 menghasilkan tegangan DC +5 volt.
• IC regulator tegangan 7905 menghasilkan tegangan DC -5 volt.

Gambar berikut menunjukkan bagaimana menghasilkan a fixed positive voltage pada output dengan menggunakan regulator tegangan positif tetap dengan koneksi yang diperlukan.

Pada gambar di atas yang menunjukkan regulator tegangan positif tetap, kapasitor input C _i digunakan untuk mencegah osilasi yang tidak diinginkan dan kapasitor output, C ₀ bertindak sebagai filter saluran untuk meningkatkan respons transien.

Note - mendapatkan a fixed negative voltage pada output dengan menggunakan regulator tegangan negatif tetap dengan koneksi yang sesuai.

Pengatur tegangan yang dapat disesuaikan

Regulator tegangan yang dapat disesuaikan menghasilkan tegangan keluaran DC, yang dapat disesuaikan dengan nilai lain dari rentang tegangan tertentu. Oleh karena itu, regulator tegangan yang dapat disesuaikan juga disebut sebagai avariable voltage regulator.

Nilai tegangan keluaran DC dari regulator tegangan yang dapat diatur dapat berupa positif atau negatif.

IC regulator tegangan LM317

LM317 IC regulator tegangan dapat digunakan untuk menghasilkan nilai tegangan DC tetap positif yang diinginkan dari rentang tegangan yang tersedia.

IC regulator tegangan LM317 memiliki 3 pin. Pin pertama digunakan untuk mengatur tegangan output, pin kedua digunakan untuk mengumpulkan output dan pin ketiga digunakan untuk menghubungkan input.

Pin yang dapat disesuaikan (terminal) dilengkapi dengan resistor variabel yang memungkinkan output bervariasi antara berbagai macam.

Gambar di atas menunjukkan power supply yang tidak diatur yang menggerakkan IC regulator tegangan LM 317, yang biasa digunakan. IC ini dapat memasok arus beban 1,5A pada kisaran output yang dapat disesuaikan dari 1,25 V hingga 37 V.

Semua kuantitas dunia nyata bersifat analog. Kita dapat merepresentasikan besaran ini secara elektrik sebagai sinyal analog. Sebuahanalog signal adalah sinyal dengan variasi waktu yang memiliki sejumlah nilai (variasi) untuk slot waktu tertentu.

Berbeda dengan ini, a digital signal bervariasi secara tiba-tiba dari satu tingkat ke tingkat lainnya dan hanya akan memiliki jumlah nilai yang terbatas (variasi) untuk slot waktu tertentu.

Bab ini membahas tentang jenis konverter data dan spesifikasinya.

Jenis Pengonversi Data

Sirkuit elektronik yang dapat dioperasikan dengan sinyal analog disebut sirkuit analog. Demikian pula dengan rangkaian elektronik, yang dapat dioperasikan dengan sinyal digital disebut rangkaian digital. Konverter data adalah rangkaian elektronik yang mengubah data dari satu bentuk ke bentuk lainnya.

Ada dua types of data converters -

• Konverter Analog ke Digital
• Konverter Digital ke Analog

Jika kita ingin menghubungkan keluaran dari rangkaian analog sebagai masukan dari rangkaian digital, maka kita harus menempatkan rangkaian penghubung di antara keduanya. Sirkuit interfacing ini yang mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital disebut sebagaiAnalog to Digital Converter.

Demikian pula, jika kita ingin menghubungkan keluaran dari rangkaian digital sebagai masukan dari rangkaian analog, maka kita harus menempatkan rangkaian penghubung di antara keduanya. Sirkuit interfacing ini yang mengubah sinyal digital menjadi sinyal analog disebut sebagaiDigital to Analog Converter.

Perhatikan bahwa beberapa Pengonversi Analog ke Digital mungkin memerlukan Pengonversi Digital ke Analog sebagai blok internal untuk pengoperasiannya.

Spesifikasi

Berikut ini adalah specifications yang terkait dengan konversi data -

• Resolution
• Waktu Konversi

Resolusi

Resolusi adalah minimum amount of changediperlukan dalam tegangan masukan analog agar dapat direpresentasikan dalam keluaran biner (digital). Itu tergantung pada jumlah bit yang digunakan dalam keluaran digital.

Mathematically, resolusi dapat direpresentasikan sebagai

$$Resolution=\frac{1}{2^{N}}$$

dimana, 'N' adalah jumlah bit yang ada dalam keluaran digital.

Dari rumus di atas, kita dapat mengamati bahwa terdapat file inverse relationshipantara resolusi dan jumlah bit. Oleh karena itu, resolusi menurun dengan bertambahnya jumlah bit dan sebaliknya.

Resolution dapat juga didefinisikan sebagai rasio tegangan input analog maksimum yang dapat direpresentasikan dalam biner dan bilangan biner ekivalen.

Mathematically, resolusi dapat direpresentasikan sebagai

$$Resolution=\frac{V_{FS}}{2^{N}-1}$$

dimana,

$V_{FS}$ adalah tegangan input skala penuh atau tegangan input analog maksimum,

'N' adalah jumlah bit yang ada dalam keluaran digital.

Waktu Konversi

Jumlah waktu yang diperlukan untuk konverter data untuk mengubah data (informasi) dari satu bentuk menjadi data yang setara dalam bentuk lain disebut sebagai conversion time. Karena kami memiliki dua jenis konverter data, ada dua jenis waktu konversi sebagai berikut

• Waktu Konversi Analog ke Digital
• Waktu Konversi Digital ke Analog

Jumlah waktu yang dibutuhkan oleh Analog to Digital Converter (ADC) untuk mengubah tegangan input analog menjadi output biner (digital) yang setara disebut sebagai Analog to Digital conversion time. Itu tergantung pada jumlah bit yang digunakan dalam keluaran digital.

Jumlah waktu yang diperlukan untuk Digital to Analog Converter (DAC) untuk mengubah input biner (digital) menjadi tegangan output analog yang setara disebut sebagai Digital to Analog conversion time. Itu tergantung pada jumlah bit yang ada dalam input biner (digital).

SEBUAH Digital to Analog Converter (DAC)mengubah sinyal masukan digital menjadi sinyal keluaran analog. Sinyal digital direpresentasikan dengan kode biner, yang merupakan kombinasi dari bit 0 dan 1. Bab ini membahas Pengonversi Digital ke Analog secara rinci.

Itu block diagram DAC ditunjukkan pada gambar berikut -

Konverter Digital ke Analog (DAC) terdiri dari sejumlah input biner dan satu output. Secara umum, filenumber of binary inputs dari DAC akan menjadi kekuatan dua.

Jenis DAC

Ada two types dari DAC

• Resistor Tertimbang DAC
• Tangga R-2R DAC

Bagian ini membahas tentang dua jenis DAC ini secara detail -

Resistor Tertimbang DAC

Sebuah resistor tertimbang DAC menghasilkan keluaran analog, yang hampir sama dengan masukan digital (biner) dengan menggunakan binary weighted resistorsdi sirkuit penambah pembalik. Singkatnya, resistor DAC berbobot biner disebut sebagai resistor tertimbang DAC.

Itu circuit diagram dari resistor DAC tertimbang biner 3-bit ditunjukkan pada gambar berikut -

Ingatlah bahwa bit bilangan biner hanya dapat memiliki satu dari dua nilai. yaitu, baik 0 atau 1. Biarkan3-bit binary input adalah $b_{2}b_{1}b_{0}$. Ini, bagiannya$b_{2}$ dan $b_{0}$ menunjukkan Most Significant Bit (MSB) and Least Significant Bit (LSB) masing-masing.

Itu digital switchesyang ditunjukkan pada gambar di atas akan terhubung ke ground, ketika bit input yang sesuai sama dengan '0'. Demikian pula, sakelar digital yang ditunjukkan pada gambar di atas akan dihubungkan ke tegangan referensi negatif,$-V_{R}$ ketika bit input yang sesuai sama dengan '1'.

Pada rangkaian di atas, terminal input non-pembalik dari op-amp dihubungkan ke ground. Itu berarti nol volt diterapkan pada terminal input non-pembalik op-amp.

Menurut virtual short concept, tegangan pada terminal masukan pembalik opamp sama dengan tegangan yang ada pada terminal masukan non-pembalik. Jadi, tegangan pada node terminal input pembalik akan menjadi nol volt.

Itu nodal equation di node terminal input pembalik adalah:

$$\frac{0+V_{R}b_{2}}{2^{0}R}+\frac{0+V_{R}b_{1}}{2^{1}R}+\frac{0+V_{R}b_{0}}{2^{2}R}+\frac{0-V_{0}}{R_{f}}=0$$

$$=>\frac{V_{0}}{R_{f}}=\frac{V_{R}b_{2}}{2^{0}R}+\frac{V_{R}b_{1}}{2^{1}R}+\frac{V_{R}b_{0}}{2^{2}R}$$

$$=>V_{0}=\frac{V_{R}R_{f}}{R}\left \{\frac{b_{2}}{2^{0}}+\frac{b_{1}}{2^{1}}+\frac{b_{0}}{2^{2}}\right \}$$

Mengganti, $R=2R_{f}$ dalam persamaan di atas.

$$=>V_{0}=\frac{V_{R}R_{f}}{2R_{f}}\left \{\frac{b_{2}}{2^{0}}+\frac{b_{1}}{2^{1}}+\frac{b_{0}}{2^{2}}\right \}$$

$$=>V_{0}=\frac{V_{R}}{2}\left \{\frac{b_{2}}{2^{0}}+\frac{b_{1}}{2^{1}}+\frac{b_{0}}{2^{2}}\right \}$$

Persamaan di atas mewakili output voltage equationdari resistor DAC tertimbang biner 3-bit. Karena jumlah bit adalah tiga dalam input biner (digital), kita akan mendapatkan tujuh kemungkinan nilai tegangan output dengan memvariasikan input biner dari 000 hingga 111 untuk tegangan referensi tetap,$V_{R}$.

Kita bisa menulis generalized output voltage equation dari resistor DAC tertimbang biner N-bit seperti yang ditunjukkan di bawah ini berdasarkan persamaan tegangan keluaran dari resistor DAC tertimbang biner 3-bit.

$$=>V_{0}=\frac{V_{R}}{2}\left \{ \frac{b_{N-1}}{2^{0}}+ \frac{b_{N-2}}{2^{1}}+....+\frac{b_{0}}{2^{N-1}} \right \}$$

Itu disadvantages dari resistor DAC tertimbang biner adalah sebagai berikut -

• Perbedaan antara nilai resistansi yang sesuai dengan LSB & MSB akan meningkat seiring dengan meningkatnya jumlah bit yang ada dalam input digital.

• Sulit untuk mendesain resistor yang lebih akurat karena jumlah bit yang ada dalam input digital meningkat.

Tangga R-2R DAC

R-2R Ladder DAC mengatasi kerugian dari resistor DAC berbobot biner. Seperti namanya, R-2R Ladder DAC menghasilkan keluaran analog yang hampir sama dengan masukan digital (biner) dengan menggunakanR-2R ladder network di sirkuit penambah pembalik.

Itucircuit diagramdari 3-bit R-2R Ladder DAC ditunjukkan pada gambar berikut -

Ingatlah bahwa bit bilangan biner hanya dapat memiliki satu dari dua nilai. yaitu, baik 0 atau 1. Biarkan3-bit binary input adalah $b_{2}b_{1}b_{0}$. Ini, bagiannya$b_{2}$ dan $b_{0}$ menunjukkan Bit Paling Signifikan (MSB) dan Bit Signifikan Terkecil (LSB) masing-masing.

Sakelar digital yang ditunjukkan pada gambar di atas akan dihubungkan ke ground, ketika bit input yang sesuai sama dengan '0'. Demikian pula, sakelar digital yang ditunjukkan pada gambar di atas akan dihubungkan ke tegangan referensi negatif,$-V_{R}$ ketika bit input yang sesuai sama dengan '1'.

Sulit untuk mendapatkan persamaan tegangan keluaran umum dari DAC Tangga R-2R. Tetapi, kita dapat menemukan nilai tegangan output analog dari R-2R Ladder DAC untuk kombinasi input biner individual dengan mudah.

Itu advantages dari R-2R Ladder DAC adalah sebagai berikut -

• Tangga R-2R DAC hanya berisi dua nilai resistor: R dan 2R. Jadi, mudah untuk memilih dan mendesain resistor yang lebih akurat.

• Jika lebih banyak jumlah bit hadir dalam input digital, maka kami harus menyertakan jumlah bagian R-2R yang diperlukan sebagai tambahan.

Karena kelebihan di atas, R-2R Ladder DAC lebih disukai daripada DAC resistor pembobotan biner.

Pada bab sebelumnya, kita telah membahas dua jenis DAC. Bab ini membahas contoh soal berdasarkan R-2R ladder DAC.

Contoh

Mari kita cari nilai tegangan output analog R-2R Ladder DAC untuk input biner, $b_{2}b_{1}b_{0}$ = 100.

Diagram Sirkuit dan Penyederhanaannya

Itu circuit diagram dari 3-bit R-2R Ladder DAC saat input biner, $b_{2}b_{1}b_{0}$ = 100 diterapkan padanya ditunjukkan pada gambar berikut -

Di rangkaian di atas, ada kombinasi resistor seri dan paralel di sebelah kiri point Asehubungan dengan tanah. Jadi, kita dapat mengganti seluruh jaringan resistor itu dengan resistor tunggal yang memiliki resistansi$2R\Omega$.

Itu simplified circuit diagram ditunjukkan pada gambar berikut -

Kita dapat mengganti bagian jaringan yang terhubung ke kiri titik B sehubungan dengan ground dengan menggunakan rangkaian ekivalen Thevenin. Itumodified circuit diagram ditunjukkan pada gambar berikut -

Pada rangkaian di atas, terdapat rangkaian kombinasi dua resistor. Gantilah kombinasi ini dengan resistor tunggal. Akhircircuit diagram setelah penyederhanaan ditunjukkan pada gambar berikut -

Sekarang, diagram sirkuit di atas terlihat seperti inverting amplifier. Ini memiliki tegangan input$-\frac{V_{R}}{2}$ volt, resistansi masukan $2R\Omega$ dan penolakan umpan balik $2R\Omega$.

Itu output voltage dari rangkaian yang ditunjukkan di atas akan menjadi -

$$V_{0}=-\frac{2R}{2R}\left(-\frac{V_{R}}{2}\right)$$

$$V_{0}=\frac{V_{R}}{2}$$

Oleh karena itu, output voltage dari 3-bit R-2R Ladder DAC adalah $\frac{V_{R}}{2}$ volt untuk input biner, $b_{2}b_{1}b_{0}$ = 100.

Konverter Analog ke Digital (ADC)mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital. Sinyal digital direpresentasikan dengan kode biner yang merupakan kombinasi dari bit 0 dan 1.

Itu block diagram ADC ditunjukkan pada gambar berikut -

Perhatikan bahwa pada gambar yang ditunjukkan di atas, Analog to Digital Converter (ADC)terdiri dari satu masukan analog dan banyak keluaran biner. Secara umum, jumlah keluaran biner ADC akan menjadi pangkat dua.

Ada two typesADC: ADC tipe langsung dan ADC tipe tidak langsung. Bab ini membahas tentang ADC tipe Direct secara rinci.

Jika ADC melakukan konversi analog ke digital secara langsung dengan memanfaatkan kode digital (biner) ekuivalen yang dihasilkan secara internal untuk membandingkan dengan masukan analog, maka ini disebut sebagai Direct type ADC.

Berikut ini adalah examples ADC tipe langsung -

• Jenis penghitung ADC
• ADC Pendekatan Berturutan
• Jenis lampu kilat ADC

Bagian ini membahas tentang ADC tipe Langsung ini secara mendetail.

Jenis penghitung ADC

SEBUAH counter type ADC menghasilkan keluaran digital, yang kira-kira sama dengan masukan analog dengan menggunakan operasi pencacah secara internal.

Itu block diagram ADC tipe counter ditunjukkan pada gambar berikut -

ADC tipe counter terutama terdiri dari 5 blok: Generator sinyal clock, Counter, DAC, Comparator dan logika Kontrol.

Itu working ADC counter type adalah sebagai berikut -

• Itu control logic mereset penghitung dan mengaktifkan generator sinyal clock untuk mengirim pulsa clock ke penghitung, ketika menerima sinyal perintah mulai.

• Itu counterbertambah satu untuk setiap pulsa clock dan nilainya akan dalam format biner (digital). Output dari penghitung ini diterapkan sebagai input DAC.

• DACmengubah masukan biner (digital) yang diterima, yang merupakan keluaran penghitung, menjadi keluaran analog. Pembanding membandingkan nilai analog ini,$V_{a}$ dengan nilai input analog eksternal $V_{i}$.

• Itu output of comparator akan ‘1’selama lebih besar dari. Operasi yang disebutkan dalam dua langkah di atas akan dilanjutkan selama logika kontrol menerima '1' dari keluaran komparator.

• Itu output of comparator akan ‘0’ kapan $V_{i}$ kurang dari atau sama dengan $V_{a}$. Jadi, logika kontrol menerima '0' dari keluaran komparator. Kemudian, logika kontrol menonaktifkan generator sinyal clock sehingga tidak mengirimkan pulsa clock apa pun ke penghitung.

• Saat ini, output dari penghitung akan ditampilkan sebagai digital output. Ini hampir setara dengan nilai input analog eksternal yang sesuai$V_{i}$.

ADC Pendekatan Berturutan

SEBUAH successive approximation type ADC menghasilkan keluaran digital, yang kira-kira sama dengan masukan analog dengan menggunakan teknik pendekatan berturut-turut secara internal.

Itu block diagram dari ADC aproksimasi yang berurutan ditunjukkan pada gambar berikut

Perkiraan ADC yang berurutan terutama terdiri dari 5 blok - Generator sinyal jam, Daftar Perkiraan Berturut-turut (SAR), DAC, pembanding dan logika Kontrol.

Itu working dari ADC aproksimasi yang berurutan adalah sebagai berikut -

• Itu control logic mereset semua bit SAR dan mengaktifkan generator sinyal clock untuk mengirim pulsa clock ke SAR, ketika sinyal tersebut menerima sinyal mulai memerintah.

• Data biner (digital) ada di SARakan diperbarui untuk setiap pulsa clock berdasarkan output dari komparator. Output SAR diterapkan sebagai input DAC.

• DAC mengubah input digital yang diterima, yang merupakan output SAR, menjadi output analog. Pembanding membandingkan nilai analog ini$V_{a}$ dengan nilai input analog eksternal $V_{i}$.

• Itu output of a comparator akan menjadi '1' selama $V_{i}$ lebih besar dari $V_{a}$. Demikian pula, keluaran dari komparator akan menjadi '0', ketika$V_{i}$ kurang dari atau sama dengan $V_{a}$.

• Operasi yang disebutkan dalam langkah-langkah di atas akan dilanjutkan hingga keluaran digitalnya valid.

Keluaran digital akan menjadi keluaran yang valid, jika hampir sama dengan nilai masukan analog eksternal yang sesuai $V_{i}$.

Jenis lampu kilat ADC

SEBUAH flash type ADCmenghasilkan keluaran digital yang setara untuk masukan analog yang sesuai dalam waktu singkat. Oleh karena itu, ADC tipe flash adalah ADC tercepat.

Itu circuit diagram ADC tipe flash 3-bit ditunjukkan pada gambar berikut -

ADC tipe flash 3-bit terdiri dari jaringan pembagi tegangan, 7 pembanding, dan encoder prioritas.

Itu working dari ADC tipe flash 3-bit adalah sebagai berikut.

• Itu voltage divider networkberisi 8 resistor yang sama. Tegangan referensi$V_{R}$diterapkan di seluruh jaringan terkait dengan tanah. Penurunan tegangan pada setiap resistor dari bawah ke atas sehubungan dengan ground akan menjadi kelipatan bilangan bulat (dari 1 hingga 8) dari$\frac{V_{R}}{8}$.

• Eksternal input voltage $V_{i}$diterapkan ke terminal non-pembalik dari semua pembanding. Penurunan tegangan pada setiap resistor dari bawah ke atas sehubungan dengan ground diterapkan ke terminal pembalik pembanding dari bawah ke atas.

• Pada suatu waktu, semua pembanding membandingkan tegangan input eksternal dengan penurunan tegangan yang ada di terminal input lainnya. Artinya, operasi perbandingan dilakukan oleh masing-masing pembandingparallelly.

• Itu output of the comparator akan menjadi '1' selama $V_{i}$lebih besar dari penurunan tegangan yang ada di masing-masing terminal input lainnya. Demikian pula, keluaran dari komparator akan menjadi '0', ketika,$V_{i}$ kurang dari atau sama dengan penurunan tegangan yang ada di masing-masing terminal input lainnya.

• Semua keluaran dari pembanding dihubungkan sebagai masukan dari priority encoderEncoder prioritas ini menghasilkan kode biner (keluaran digital), yang sesuai dengan masukan prioritas tinggi yang memiliki '1'.

• Oleh karena itu, keluaran encoder prioritas tidak lain adalah padanan biner (digital output) tegangan input analog eksternal, $V_{i}$.

ADC tipe flash digunakan dalam aplikasi di mana kecepatan konversi input analog menjadi data digital harus sangat tinggi.

Pada bab sebelumnya, kita telah membahas tentang apa itu ADC dan contoh ADC tipe Direct. Bab ini membahas tentang ADC tipe tidak langsung.

Jika ADC melakukan konversi analog ke digital dengan metode tidak langsung, maka itu disebut Indirect type ADC. Secara umum, pertama mengubah input analog menjadi fungsi linier waktu (atau frekuensi) dan kemudian akan menghasilkan output digital (biner).

ADC kemiringan ganda adalah yang terbaik exampledari ADC tipe tidak langsung. Bab ini membahasnya secara detail.

ADC Miring Ganda

Seperti namanya, a dual slope ADC menghasilkan keluaran digital yang setara untuk masukan analog yang sesuai dengan menggunakan dua teknik kemiringan (ganda).

Itu block diagram ADC lereng ganda ditunjukkan pada gambar berikut -

ADC kemiringan ganda terutama terdiri dari 5 blok: Integrator, Pembanding, generator sinyal Jam, logika Kontrol, dan Penghitung.

Itu working dari ADC kemiringan ganda adalah sebagai berikut -

• Itu control logic me-reset penghitung dan mengaktifkan generator sinyal clock untuk mengirim pulsa clock ke penghitung, ketika sinyal tersebut diterima mulai dari perintah.

• Logika kontrol mendorong sakelar sw untuk menyambung ke external analog input voltage $V_{i}$, ketika menerima sinyal perintah mulai. Tegangan input ini diterapkan ke integrator.

• Output dari integrator terhubung ke salah satu dari dua input komparator dan input komparator lainnya terhubung ke ground.

• Comparator membandingkan output integrator dengan nol volt (ground) dan menghasilkan output, yang diterapkan ke logika kontrol.

• Itu counterbertambah satu untuk setiap pulsa clock dan nilainya akan dalam format biner (digital). Ini menghasilkan sinyal overflow ke logika kontrol, ketika bertambah setelah mencapai nilai hitungan maksimum. Saat ini, semua bit penghitung hanya akan memiliki nol.

• Sekarang, logika kontrol mendorong sakelar sw untuk menyambung ke negative reference tegangan $-V_{ref}$. Tegangan referensi negatif ini diterapkan ke integrator. Ini menghilangkan muatan yang disimpan di kapasitor sampai menjadi nol.

• Saat ini, kedua input komparator memiliki volt nol. Jadi, pembanding mengirimkan sinyal ke logika kontrol. Sekarang, logika kontrol menonaktifkan generator sinyal clock dan mempertahankan (menahan) nilai penghitung. Itucounter value sebanding dengan tegangan input analog eksternal.

• Saat ini, output dari penghitung akan ditampilkan sebagai digital output. Ini hampir setara dengan nilai input analog eksternal yang sesuai$V_{i}$.

ADC kemiringan ganda digunakan dalam aplikasi, di mana accuracy lebih penting saat mengubah input analog menjadi data digital (biner) yang setara.

---