10.1 Multivibrator & 10.2 Integrated Circuit (IC) Multivibrators

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

    a. Alat

    b. Bahan

3. Dasar Teori

    a. Materi

    b. Bahan

4. Percobaan

    a. Prosedur Percobaan

    b. Rangkaian Simulasi

    c. Video

    d. Download File

5. Example

6. Problem

7. Multiple Choice

1. Tujuan [KEMBALI]

    a. Mengetahui dan memahami macam-macam rangkaian multivibrator.

    b. Mengetahui dan memahami macam-macam IC's multivibrator.

    c. Mampu membuat rangkaian menggunakan IC's multivibrator. 

2. Alat dan Bahan [KEMBALI]

    a. Alat [KEMBALI]

        1. Generator DC

        2. Voltmeter DC

        3. Logic State Source

        4. Logic State Indicator

    b. Bahan [KEMBALI]

        1. Resistor

        Resistor berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian elektronika.

• Spesifikasi :

- Pada umumnya resistor memiliki 4 sampai 6 pita.

- Pada gelang terakhir merupakam toleransi dari nilai resistansi.

- Daya standar : 1/4 Watts, 1/8 Watts, ½ Watt, 1 Watts, 2 Watts.

        2. Kapasitor

        Kapasitor berfungsi sebagai penyimpan tegangan listrik sementara.

        3. Dioda

        Dioda berfungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya.

• Konfigurasi Pin :

- Pin 1 : Anoda : Arus selalu masuk melalui anoda.

- Pin 2 : Katoda : Arus selalu keluar melalui katoda.

• Spesifikasi :

- Arus maju rata-rata adalah 1A.

- Arus puncak non-repetitif adalah 30A.

- Arus balik adalah 5uA.

- Tegangan balik RMS adalah 35V.

- Tegangan Reverse repetitif puncak adalah 50V.

- Tersedia dalam Paket DO-41.

        4. Transistor

        NPN berfungsi untuk memperkuat arus listrik yang masuk ke dalam rangkaian.

• Konfigurasi Pin :

- Pin 1 : Emitor : Arus mengalir keluar melalui emitor.

- Pin 2 : Base : Mengontrol bias transistor.

- Pin 3 : Collector : Arus mengalir melalui kolektor.

• Spesifikasi :

- Transistor NPN Bi-Polar.

- Penguatan Arus DC (hFE) maksimum 300.

- Arus Kolektor Kontinyu (IC) adalah 200mA.

- Base- Emitter Voltage (VBE) adalah 6V.

- Collector-Emitter Voltage (VCE) adalah 40V.

- Collector-Base Voltage (VCB) adalah 60V.

- Tersedia dalam Paket To-92.

    5. Op-Amp

• Konfigurasi Pin :

Pin Number	Pin Name	Description
1 , 5	OFFSET NULL	Pin used for remove the offset voltage and balance input voltage.
2	INPUT-	Inverting signal Input
3	INPUT+	Non-Inverting signal Input
4	V-	Ground or Negative Supply Voltage
6	OUTPUT	Output of op amp
7	V+	Positive Supply Voltage
8	NC	Not connected

• Spesifikasi :

- LM741 has only one op-amp inside, there are some op-amp IC’s having more than one op-amp like LM358, LM148, LM248, LM348

- Provided with short circuit and overload protection.

- Low power consumption.

- Large common mode rejection ratio (CMRR) and differential voltage ranges.

- No external frequency compensation is required.

- Prevent from latch-up when common-mode range is exceeded.

- Minimum, normal and maximum Power Consumption for this IC is ±10v, ±15v and ±22v respectively.

- Operating temperature should be -50 to 125 ˚C.

- Supply current – 1.7 to 2.8mA.

- Soldering pin temperature – PDIP package - 260 ˚C (for 10 seconds – prescribed)

- TO-99 and CDIP - 300 ˚C (for 10 seconds – prescribed)

- Available packages: TO-99, CDIP & PDIP

        6. IC 74121

• Spesifikasi :

- Triggered from active-HIGH transition or active-LOW transition inputs

- Variable pulse width from 30 ns to 28 seconds

- Jitter free Schmitt-trigger input

- Excellent noise immunity typically 1.2V

- Stable pulse width up to 90% duty cycle

- TTL, DTL compatible

- Compensated for Vcc and temperature variations

- Input clamp diodes

        7. IC 74123

74123 Triggering Truth Table

• Spesifikasi :

- DC triggered from active-HIGH transition or active-LOW transition inputs
- Retriggerable to 100% duty cycle
- Compensated for VCC and temperature variations
- Triggerable from CLEAR input
- DTL, TTL compatible
- Input clamp diodes

        8. IC 555

• Konfigurasi Pin :

Pin Number	Pin Name	Description
1	Ground	Ground Reference Voltage 0V
2	Trigger	Responsible for transition of the flip-flop from set to reset. The output of the timer depends 2 I on the amplitude of the external trigger pulse applied to this pin
3	Output	This pin is normally connected to load as it is the only pin with output driven waveform
4	Reset	Negative pulse applied to this pin to disable or reset the timer. When not used for reset 4 I purposes, it should be connected to VCC to avoid false triggering
5	Control	Controls the threshold and trigger levels. It determines the pulse width of the output 5 Voltage I waveform. An external voltage applied to this pin can also be used to modulate the output waveform
6	Threshold	Compares the voltage applied to the terminal with a reference voltage of 2/3 Vcc. The 6 I amplitude of voltage applied to this terminal is responsible for the set state of the flip-flop
7	Discharge	Open collector output which discharges a capacitor between intervals (in phase with output). 7 I It toggles the output from high to low when voltage reaches 2/3 of the supply voltage
8	Vcc	Supply Voltage (Typical = 5V, Maximum = 18V)

• Spesifikasi :

- Typical operating voltage is +5V, can withstand a maximum of +18V.- The source/sink current of the output pin is 200mA

- Consumes up to 3mA when operating at +5V

- Trigger Voltage is 1.67 when operating at +5V

- Operating Temperature is 70 degree Celsius.

- Available in 8-pin PDIP, SOIC, and VSSOP packages

3. Dasar Teori [KEMBALI]

    a. Materi [KEMBALI]

10.1 Multivibrator

        Multivibrator adalah sirkuit dengan umpan balik regeneratif yang menghasilkan keluaran berdenyut. Ada tiga tipe dasar multivibrator, yaitu multivibrator bistable, multivibrator monostabil dan multivibrator astabil.

    10.1.1 Bistable Multivibrator

        Multivibrator bistabil adalah multivibrator yang mempunyai state stabil pada kedua bagian yang membangunnya. Satu bagian dapat berkondisi high terus, atau low terus, begitu pula bagian lainnya. Untuk merubah kondisi dari low ke high pada satu bagian dilakukan dengan memberikan pulsa low di jalan masukannya. Multivibrator bistabil diterapkan sebagai SR flip-flop (Set-Reset flip-flop) dan sirkuit elemen dalam sistem memori.

        Pada susunan rangkaian Gambar 10.1 dapat dibuktikan bahwa kedua transistor Q tidak bisa secara bersamaan ON atau OFF. Jika Q1 ON, umpan balik regeneratif memastikan bahwa Q2 OFF, dan kapan Q1 OFF, umpan balik menggerakkan transistor Q2 ke status ON. 

    10.1.2 Schmitt Triger

        Saat V = 0, transistor Q1terputus. Kopel dari Q1 kolektor ke Q2 basis drive transistor Q2 ke saturasi, dengan hasil bahwa V0 rendah. Jika kita berasumsi bahwa Vce2 (sat) adalah nol, maka tegangannya melintasi Rc diberikan oleh persamaan berikut

Voltage across Rc = [Vcc.Rc/(Rc+Rc2)]

        Untuk membuat transistor Q1 tingkah laku, V harus setidaknya 0,7 V lebih dari tegangan di Rc

Vin (min.) = [Vcc.Rc/(Rc+Rc2)] + 0,7

Saat Vin melebihi tegangan ini, Q1 mulai menyalurkan. Tindakan regeneratif sekali lagi mendorong Q2 untuk memotong. Output beralih ke status TINGGI. Tegangan melintasi Rc2 berubah menjadi nilai baru yang diberikan oleh persamaan

Voltage across Rc = [Vcc.Rc/(Rc+Rc1)]

Vin = [Vcc.Rc/(Rc+Rc1)] + 0,7

        Transistor Q1 akan terus dilakukan selama Vin sama dengan atau lebih besar dari nilai yang diberikan oleh cenderung keluar dari kejenuhan dan berperilaku lebih sedikit berat. Tindakan regeneratif melakukan sisanya, dengan proses yang berpuncak pada Q1 akan terputus dan Q2 ke saturasi. Jadi, status keluaran (TINGGI atau RENDAH) tergantung pada level tegangan masukan.

        Gambar 10.3 menunjukkan karakteristik transfer pemicu Schmitt sirkuit. Titik perjalanan bawah VLT dan titik perjalanan atas VUT karakteristik tersebut masing-masing diberikan oleh persamaan

VLT = [Vcc.Rc/(Rc+Rc1)] + 0,7

VUT = [Vcc.Rc/(Rc+Rc2)] + 0,7

    10.1.3 Monostable Multivibrator

        Gambar 10.4 menunjukkan rangkaian multivibrator monostabil dasar. Awalnya transistor Q melalui R Coupling dari Q2 kolektor ke Q1 berada dalam kondisi jenuh karena bias dasarnya berasal dari + V dasar memastikan bahwa Q terputus. Sekarang, jika sesuai memicu pulsa menginduksi transisi di Q.

        

        Output TINGGI ini jika digabungkan ke Q1 ke kolektor Q2 dari saturasi ke cut-off, output beralih ke status TINGGI karena tidak ada kopling langsung dari dasar, yang diperlukan untuk proses regeneratif untuk diatur.

        10.1.3.1 Retriggerable Monostable Multivibrator

    10.1.4 Astable Multivibrator

        Multivibrator astabil adalah multivibrator yang tidak mempunyai state stabil pada dua bagian yang membangunnya. Kedua bagiannya senantiasa berganti-ganti keadaan terus-menerus sehingga outputnya pun berganti-ganti antara high dan low. Karena itu multivibrator tipe ini diterapkan untuk menghasilkan gelombang blok, atau sebagai osilator gelombang blok.

        Apabila tegangan suplai Vcc diberikan, maka rangkaian akan mulai bekerja. Salah satu transistor langsung aktif/menghantar, mendahului lainnya. Jika yang satu aktif, maka yang satunya lagi tidak aktif. Apabila (misalnya) T2 aktif lebih dulu, maka tegangan di kolektornya akan praktis nol Volt (kondisi low), karena itu C2 mulai diisi muatan melalui resistor R2. Tegangan pada basis T1 (terhubung dengan R2 dan C2) berangsur naik. Ketika tegangan telah mencapai sekitar 0,6V maka T1 akan aktif. Aktifnya T1 berakibat T2 menjadi tidak aktif lagi, karena kolektor T1 yang praktis nol Volt itu membuat muatan C1 terksosongkan, dan basis T2 seolah terhubung ke ground dengan proses pengosongan C1 itu. Hanya sesaat, muatan C1 pun sempat kosong, namun langsung diisi kembali dengan polaritas yang terbalik melalui R3. Tegangan pada basis T2 kemudian berangsur naik, sehingga ketika telah mencapai sekitar 0,6V T2 ia akan kembali aktif, sedangkan T1 tidak aktif lagi. Begitulah terjadi terus menerus. Pada kolektor T1 dan T2 terjadi kondisi high dan low yang saling bergantian. Output rangkaian dapat diambil dari kolektor T1 atau T2.

        Periode waktu (T) untuk satu siklus gelombang adalah :

T = t1 + t2

t1 = 0,7(R3).C1

t2 = 0,7(R2).C2

        Frekwensi gelombang yang dihasilkan adalah :

f = 1/1,38RC

f = 0,7/RC.

        Perhitungan ini berlaku untuk R2 = R3, dan C1 = C2.

10.2 Integrated Circuit (IC) Multivibrators

    10.2.1 Digital IC-Based Monostable Multivibrator

        Beberapa IC digital yang umum digunakan yang dapat digunakan sebagai multivibrator monostabil adalah 74121 (multivibrator monostabil tunggal), 74221 (multivibrator monostabil ganda), 74122 (retriggerable tunggal multivibrator monostabil) dan 74123 (multivibrator monostabil ganda yang dapat dipicu), semua milik keluarga TTL, dan 4098B (multivibrator monostabil ganda yang dapat ditarik kembali) milik keluarga CMOS. 

        Gambar 10.7 menunjukkan penggunaan IC 74121 sebagai multivibrator monostabil bersama dengan pemicu memasukkan. IC menyediakan fitur untuk memicu pada tepi LOW-to-HIGH atau HIGH-to-LOW dari pulsa pemicu. Gambar 10.7 (a) menunjukkan salah satu rangkaian aplikasi yang mungkin untuk HIGH-to-LOW edge triggering, dan Gambar 10.7 (b) menunjukkan salah satu sirkuit aplikasi yang mungkin untuk LOW-to-HIGH edge triggering. Lebar denyut keluaran tergantung pada eksternal R dan C. Lebar denyut keluaran bisa dihitung dari T = 0 7 RC. Rentang nilai yang direkomendasikan untuk R dan C adalah 4–40 K dan 10 pf hingga 1000 F. IC memberikan keluaran yang saling melengkapi. Artinya, kami memiliki LOW stabil atau Status TINGGI dan status TINGGI atau RENDAH stabil semu yang sesuai tersedia di Q dan Keluaran Q.

    10.2.2 IC Timer-Based Multivibrators

        IC timer 555 adalah salah satu rangkaian terintegrasi linier serba guna yang paling umum digunakan. Itu kesederhanaan sirkuit multivibrator monostabil dan astabil dapat dikonfigurasi di sekitar IC ini adalah salah satu alasan utama penggunaannya secara luas. 

        Gambar 10.9 menunjukkan skema internal timer IC 555. Ini terdiri dari dua pembanding opamp, flip-flop, transistor pelepasan, tiga resistor identik dan tahap keluaran. Resistor mengatur level tegangan referensi pada input noninverting yang lebih rendah komparator dan input pembalik dari komparator atas di (+Vcc/3) dan (+2Vcc/3). Keluarannya dari dua pembanding memberi makan input SET dan RESET dari flip-flop dan dengan demikian menentukan status logikanya dari keluarannya dan selanjutnya keluaran akhir. Keluaran komplementer flip-flop memberi makan keluaran tahap dan dasar transistor pelepasan. Ini memastikan bahwa ketika outputnya TINGGI, pelepasannya transistor OFF, dan ketika output RENDAH transistor pelepasan ON.

        10.2.2.1 Astable Multivibrator Using Timer IC 555

HIGH-state time period T high = 0.69(R1+R2).C

LOW-state time period T low = 0.69R2.C

        Bentuk gelombang yang relevan ditunjukkan pada Gambar 10.10 (b). Periode waktu T dan frekuensi f dari keluaran bentuk gelombang masing-masing diberikan oleh persamaan

Time period T = 0.69(R1+2.R2).C

Frequency f = 1/ [0.69(R1+2.R2).C]

        Dalam kasus rangkaian multivibrator astabil pada Gambar 10.10 (a), periode waktu status-TINGGI selalu lebih besar dari periode waktu status RENDAH. Gambar 10.10 (c) dan (d) menunjukkan dua sirkuit yang dimodifikasi dimana Periode waktu status-TINGGI dan RENDAH dapat dipilih secara independen. Untuk multivibrator astabil sirkuit pada Gambar. 10.10 (c) dan (d), dua periode waktu diberikan oleh persamaan

HIGH-state time period = 0.69 R1.C

LOW-state time period = 0.69 R2.C

Untuk R1 = R2 = R

T = 1.38 RC dan f = 1/1.38 RC

        10.2.2.2 Monostable Multivibrator Using Timer IC 555

        Gambar 10.11 (a) menunjukkan rangkaian multivibrator monostabil dasar yang dikonfigurasi di sekitar timer 555. Periode waktu ini, yang sama dengan lebar pulsa keluaran monoshot, diberikan oleh persamaan

T = I.1 RC

        Gambar 10.12 (a) menunjukkan konfigurasi monoshot yang dapat dipicu pada tepi tertinggal dari bentuk gelombang pemicu. R1–C1 merupakan sirkuit diferensiator.

        Gambar 10.13 (a) menunjukkan konfigurasi monoshot yang dapat dipicu di tepi depan dari bentuk gelombang pemicu. R1–C1 kombinasi merupakan pembeda yang menghasilkan positif dan pulsa negatif yang berhubungan dengan transisi pemicu LOW-to-HIGH dan HIGH-ke-LOW bentuk gelombang.

    b. Bahan [KEMBALI]

4. Percobaan [KEMBALI]

    a. Prosedur Percobaan [KEMBALI]

1. Siapkan alat dan bahan pada software proteus.

2. Rangkailah alat dan bahan pada breadboard seperti gambar.

3. Hubungkan logic state source ke pin input logic gates sebanyak jumlah pinnya.

4. Hubungkan logic state indicator (logic probe) ke pin output logic gates.

5. Beri judul rangkaian dan judul pada logic gates.

6. Simulasikan rangkaian, dan amati outputnya.

 

    b. Rangkaian Simulasi [KEMBALI]

    c. Video [KEMBALI]

    d. Download File [KEMBALI]

|| [HTML] || [PROTEUS] || [RANGKAIAN] || [VIDEO] || 

5. Example [KEMBALI]

Example 1. Bentuk gelombang berdenyut dari Gambar 10.14 (b) diterapkan ke terminal RESET dari multivibrator astabil sirkuit dari Gambar 10.14 (a). Gambarkan bentuk gelombang keluaran.

Solution :

        Sirkuit yang ditunjukkan pada Gambar 10.14 (a) adalah multivibrator astabil dengan bentuk gelombang simetris 500 Hz diterapkan ke terminal RESET-nya. Terminal RESET secara bergantian TINGGI dan RENDAH selama 1,0 ms. Kapan input RESET adalah RENDAH, output dipaksa ke status RENDAH. Ketika input RESET adalah HIGH, sebuah bentuk gelombang astabil muncul di output. Periode waktu TINGGI dan RENDAH dari multivibrator astabil ditentukan sebagai berikut:

HIGH time = 0.69 × 14.5 × 10³ ×0.01 × 10^-6 = 100 µs

LOW time = 0.69 × 14.5 × 10³ × 0.01 × 10^-6 = 100 µs

        Output astabil dengan demikian adalah bentuk gelombang simetris 5 kHz. Setiap kali terminal RESET pergi ke TINGGI selama 1,0 ms, lima siklus bentuk gelombang 5 kHz muncul pada keluaran. Gambar 10.15 menunjukkan keluarannya bentuk gelombang muncul di terminal 3 dari IC timer.

Example 2. Lihat rangkaian multivibrator monostabil pada Gambar 10.16. Terminal pemicu (pin 2 dari IC) adalah didorong oleh bentuk gelombang berdenyut simetris 10 kHz. Tentukan frekuensi dan duty cycle dari bentuk gelombang keluaran.

Solution :

• Frekuensi gelombang pemicu = 10 kHz.
• Jangka waktu antara dua tepi depan atau belakang yang berurutan = 100 µs.
• Lebar pulsa yang diharapkan dari keluaran monoshot = 1.1RC = 1.1 × 10⁴ × 10⁻⁸ = 110 µs.
• Bentuk gelombang pemicu adalah yang simetris; itu memiliki periode waktu TINGGI dan RENDAH masing-masing 50 µs. Karena periode waktu keadaan RENDAH dari bentuk gelombang pemicu kurang dari pulsa keluaran yang diharapkan lebar, itu berhasil memicu monoshot di tepi belakangnya.
• Karena periode waktu antara dua tepi belakang yang berurutan adalah 100 µs dan pulsa keluaran yang diharapkan lebar 110 µs, hanya tepi trailing alternatif dari bentuk gelombang pemicu yang akan memicu monoshot.
• Frekuensi bentuk gelombang keluaran = 10/2 = 5 kHz.
• Periode waktu bentuk gelombang keluaran = 1 / (5 × 10³) = 200 µs.
• Oleh karena itu, siklus kerja bentuk gelombang keluaran = 110/200 = 0,55.

6. Problem [KEMBALI]

Problem 1. 

Solution :

Problem 2.

Solution :

7. Multiple Choice [KEMBALI]

Question 1.

Question 2.