362

Bab ini membahas elektronik pada

tingkat yang terdapat pada sebuah buku

pegangan, yang pada dasarnya terdiri dari

grafik, tabel, dan grafik , dan buku teks, di

mana menarik, penting, dan kesimpulan

berguna hanya datang setelah dikembangkan

diskusi dengan contoh-contoh. Tujuan di sini

adalah sebuah presentasi yang memiliki

kontinuitas yang cukup dan kemampuan

membaca yang sesi perorangan dapat

menguntungkan dibaca tanpa harus merujuk

ke bagian sebelumnya atau teks lainnya. Di

sisi lain, ini penting karena mempunyai

kebergunaan dan sering dirujuk materi dalam

bentuk tabel, grafik , dan diagram yang

sangat sedikit dalam referensi materi teks

yang mana diperlukan. Tujuan penting

lainnya adalah kosakata. Sejumlah besar

jargon dalam elektronik adalah

kebermaknaan yang belum tahu, tapi

diperlukan untuk memahami sifat-sifat dari

perangkat elektronik dari deskripsi teknis

yang ditulis, saat menulis spesifikasi untuk

peralatan elektronik, atau ketika berbicara

dengan seorang insinyur elektronik,

salesman, atau teknisi, kosakata sangat

penting .Dengan pemikiran ini, istilah tidak

di luar elektronik dicetak miring.

Untuk digunakan untuk keuntungan

terbaik, bab ini seharusnya dilengkapi

dengan katalog pabrik, buku data, teks

aplikasi, buku panduan, dan lebih khusus

teks yang memperlakukan topik yang

menarik secara mendalam. Produsen

peralatan elektronik laboratorium, perangkat

diskrit, dan sirkuit terpadu memiliki

publikasi yang enjelaskan, dalam hal praktis

yang jelas, sifat-sifat dari produk mereka dan

aplikasi mereka untuk berbagai tugas.

Banyak dari materi ini juga tersedia di

internet, dan untuk alasan ini alamat internet

yang diberikan tersedia.

Materi telah disusun dan ditulis sebagai

penjelaskan kepada siswa atau teknisi untuk

bekerja di laboratorium untuk pertama

kalinya. Kompleksitas elektronik modern

adalah sedemikian rupa sehingga pendekatan

cut-and-try terlalu tidak efisien dan mahal

dalam hal materi dan waktu. Ada terlalu

banyak kemungkinan saat menghubungkan

perangkat dan rangkaian multi komponen,

dan penting untuk membentuk suatu

pendekatan sistematis sederhana, prinsip

pemahaman baik. Hal ini mungkin tidak

masuk akal di laboratorium untuk

mengharapkan solusi cepat untuk masalah

yang sepenuhnya pngalaman luar seseorang

sebelumnya. Sejumlah situasi benar-benar

baru yang dapat timbul adalah terbatas,

namun, masalah yang paling menjadi variasi

pada situasi dasar. Kemampuan untuk

mengenali hal ini dan untuk mengisolasi

sumber kesulitan datang dengan praktek dan

penguasaan prinsip dasar. Ketika dihadapkan

dengan situasi baru yang melibatkan rak atas

rak peralatan, kecenderungannya adalah

percaya bahwa pemahaman tentang

bagaimana segala sesuatu bekerja adalah di

luar kemampuan semua tapi ahli insinyur

elektronik. Ini jauh dari kebenaran. Pada

operasional tingkat, masa kini elektronik

adalah yang paling dapat diandalkan, mudah

digunakan, dan mudah dipahami elemen

pada sebagian besar ekperimen.

6.1PENDAHULUAN

6.1.1 Teori Rangkaian

Pemahaman tentang teori rangkaian dasar

dan kosakata yang menyertai

memungkinkan seseorang untuk mengurangi

rangkaian kompleks yang terdiri dari banyak

elemen untuk beberapa

BAB6

ELEKTRONIK

363

penting, memprediksi perilaku rangkaian

yang kompleks, menentukan operasi

komponen-komponen, dan memahami dan

menggunakan lembar data dan manual

operasi. Secara rutin pekerjaan laboratorium,

tidak perlu harus terampil dengan teori

rangkaian. Hal ini diperlukan untuk dapat

mengisolasi elemen dasar dari sebuah

rangkaian dan memahami perilaku mereka.

Dengan kemampuan itu, ketika rangkaian

gagal untuk beroperasi dengan benar,

penyebab kerusakan tersebut dapat

dilokalisasi dan diperbaiki.

Teori rangkaian linear berlaku untuk

perangkat yang outputnya sebanding dengan

input diterapkan. Jika salah satu

meningkatkan arus melalui resistor dengan

faktor dari dua, misalnya, tegangan itu akan

berlipat ganda. Contoh dari perangkat

nonlinear adalah sebuah saklar baik terbuka

atau tertutup dan perubahan dasar tiba-tiba di

sebuah ambang. Sebuah perangkat nonlinier

sering dapat diobati dengan teori linear

dengan membagi respon dari perangkat ke

daerah yang terpisah di mana berperilaku

dalam cara quasi-linear. Ini disebut

linearizing the response curve (melinearkan

kurva respon). Contohnya adalah linierisasi

piecewise dari respon arus-tegangan dioda,

seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.1.

Eksponensial meningkat maju arus listrik dan

konstan arus balik yang diwakili oleh garis

lurus dari kemiringan fR/1 dan R/1 , yang

bergabung pada tegangan V .

Kita mulai dengan mempertimbangkanhanya perangkat linear pasif; yaitu, perangkatyang baik menghilangkan energi (resistor)atau menyimpan energi listrik dalam(kapasitor) atau magnet (induktor,transformer) bidang. Perangkat aktif, sepertitransistor, bisa memasok energi ke rangkaianketika tepat didukung oleh sumber eksternal.Analisis rangkaian dengan perangkat aktifdidasarkan pada representasi menggunakanangkaian ekivalen terdiri dari perangkatpasif.

Analisis rangkaian konvensionalmenggunakan tiga elemen rangkaiandisamakan (lumped)- resistor (R), kapasitor(C), dan induktor (L). Cara menganalisarangkaian cara inin valid pada frekuensisinyal f untuk panjang gelombang adalah

jauh lebih besar daripada dimensi fisikrangkaian. Karena fc / , dimana c

adalah kecepatan cahaya, ini berarti bahwaanalisis dalam istilah elemen-elemendisamakan berlaku sampai dengan frekuensibeberapa ratus megahertz.

Keterbatasan frekuensi ini juga tidaktermasuk bentuk gelombang dengankomponen frekuensi yang signifikan di atasbeberapa ratus megahertz, meskipun tingkatpengulangan bentuk gelombang mungkinjauh lebih sedikit. Sebuah cara mudah untukmemperkirakan frekuensi dari komponenfrekuensi tertinggi dari sebuah bentukgelombang nonsinusoidal adalah membagi0,3 dengan rise time (waktu munculnya)bentuk gelombang, rt , didefinisikan sebagai

waktu antara 10% sampai 90% titikamplitudo di tepi terkemuka dari bentukgelombang. Sebuah pulsa dengan 10 ns risetime, misalnya, memiliki komponenfrekuensi yang signifikan hingga 30 MHz.

364

Fall time (waktu jatuh), ft , bentuk

gelombang adalah waktu antara 10% sampai90% titik amplitudo pada trailing edge.Gambar 6.2 menggambarkan rise time danfall time.

Bahkan pada frekuensi rendah tidak adaresistor, kapasitor, atau induktor yang ideal.Resistor yang sebenarnya memiliki beberapakapasitansi dan induktansi, sedangkankapasitor memiliki hambatan daninduktansi,dan induktor memiliki hambatandan kapasitansi. Keberangkatan ini dariidealistis adalah sebagian besar masalahkonstruksi.

Pada frekuensi tinggi, kapasitansi nyasardan induktansi menjadi signifikan, dan orangbiasanya berbicara tentang parameterterdistribusi, berbeda dengan parameterdisamakan (lumped) pada frekuensi rendah.Kabel koasial adalah contoh dari jenisrangkaian parameter tersdistribusi. Sifatlistrik dari kabel koaksial biasanya diberikandalam hal ketahanan dan redaman per satuanpanjang sebagai fungsi dari frekuensi. Padafrekuensi tinggi, hambatan konduktor(bahkan menghubungkan kabel) meningkatkarena apa yang disebut skin effect (efekkulit). Besarnya efek ini untuk putaran kawatcross-section diberikan dalam Tabel 6.1sebagai fungsi dari frekuensi. Koneksifrekuensi tinggi

adalah terbaik dibuat dengan arahan yang

memiliki sebuah permukaan luas rasio luas

ke volume, dengan rata-pita geometri yang

terbaik.

Teori rangkaian konvensional didasarkanpada beberapa undang-undang, prinsip, danteorema. Dalam persamaan berikut, hurufkecil mewakili nilai-nilai sesaat daritegangan dan arus, sedangkan huruf besarmenunjukkan nilai-nilai efektif atau d.c. Inijuga mudah untuk membedakan antara root-mean-square (rms), puncak ke puncak, dannilai rata-rata dari tegangan dan arus listrikuntuk memvariasi tegangan secarasinusoidal. Jika tVv cos v, dimana vadalah nilai tegangan sesaat dan V adalah

nilai puncak, nilai rms adalah 2/V , nilaipuncak ke puncak adalah 2V, dan nilai rata-rata jelas nol. Ini diilustrasikan pada Gambar6.3. Secara umum tegangan listrik AS yaitu110 V a.c., yang merupakan nilai rms.Tegangan puncak adalah 156 V, sehinggategangan puncak ke puncak adalah 312 V.

Dalam kondisi tertentu, nilai rms tidakcukup untuk menentukan output dari sumbera.c. Sebuah sumber memproduksi lonjakantegangan amplitudo besar, tetapi durasipendek ditumpangkan pada tegangansinusoidal bervariasi kecil akan memilikinilai rms sangat dekat yang itu tanpalonjakan, namun lonjakan dapat memilikidampak yang besar pada rangkaian yangterhubung ke sumber. Ketika menentukanoutput dari power supply DC,besarnya,frekuensi, dan durasi nonsinusoidal bentukgelombang yang muncul pada output harusditentukan, serta nilai rms dari setiap.komponen a.c dari output.Hukum(i) Hubungan arus dan tegangan untuk

resistor, kapasitor, dan induktor kitamempunyai:

365

masing-masing, di mana hambatan Rdalam ohm; capacitace yang C dalamfarad, dan induktansi L di henry.

(ii) Loops dan node (hukum Kirchhoff).Dalam ini, jumlah aljabar (tanda-tandadiperhitungkan):(1) (tegangan turun sekitar sebuah

loop tertutup)= (tegangan sumber).(2) (arus listrik masuk ke sebuah

node/simpul) = (arus listrik keluardari sebuah node), dimana nodeadalah titik dimana dua atau lebihelemen memiliki koneksi umum.

Teorema(i) teorema Thevenin. Sebuah sumbertegangan yang nyata dalam sebuah rangkaianselalu dapat digantikan dengan sumbertegangan ideal dalam seri dengan resistasiumum. Sebuah sumber tegangan yang idealadalah salah satu yang dapat menjagategangan konstan di terminal terlepas daribeban di atasnya. Dalam kata lain, sumbertegangan ideal memiliki hambatan internalnol. Sebuah baterai mobile, dengan hambataninternal beberapa ratus ohm, adalahpendekatan yang baik untuk sumber teganganideal pada arus listrik beberapa ampere.Secara elektronik pasokan listrik diatursering memiliki hambatan internal efektifsangat rendah ketika dioperasikan dalamtingkat tegangan dan arus listrik mereka.(ii) Teorema Norton. Sebuah sumber aruslistrik nyata dalam rangkaian selalu dapatdigantikan oleh sumber arus listrik idealdidorong oleh hambatan umum. Sebuahsumber arus listrik ideal adalah salah satuyang memasok arus listrik konstan terlepasdari beban–seperti sumber memilikihambatan internal yang tak terbatas. Photo-multiplier dan perangkat electron-multipliermemberikan arus listrik, meskipun sangatrendah, yang hampir independen dari beban,dan mereka perkiraan sumber arus listrikideal.Superposisi, Rangkaian dengan beberapasumber

Untuk rangkaian yang terdiri beberapasumber (tegangan, arus listrik,atau kombinasikeduanya) kontribusi masing-masing sumberdengan tegangan antara dua titik atau aruslistrik yang telah lewat sebuah titik dapatdipertimbangkan secara terpisah dengansemua sumber-sumber lain diwakili olehresistensi internal mereka. Tegangan totalatau arus listrik total merupakan jumlahaljabar dari kontribusi terpisah dari masing-masing sumber individu.

Ketika menghubungkan sebuah sumber arusatau tegangan ke sebuah rangkaian, ini seringpenting untuk mengetahui hambatan internal darisumber. Hal ini dapat ditentukan dengan terlebihdahulu mengukur terbuka tegangan rangkaianterbuka dari sumber dengan voltmeter hambataninternal tinggi dan kemudian menghubungkanhambatan variabel di sumber dan mengaturnyasampai voltmeter membaca satu setengah nilairangkaian terbuka. Sumber resistensi inikemudian sama dengan nilai dari setinghambatan variabel. Jika sumber memilikihambatan internal yang sangat tinggi,pengukuran arus listrik dapat digantikan untukpengukuran tegangan. Dalam hal ini, outputdidorong dengan ammeter dan disebut aruslistrik rangkaian pendek (short-circuit current)diukur. Sebuah hambatan variabel kemudianditempatkan secara seri dengan ammeter dandiatur sampai arus listrik melalui ammeteradalah satu setengah arus listrik rangkaianpendek. Nilai dari resistor variabel pada titik iniadalah sama dengan hambatan internal sumber.Pengukuran analog dapat dibuat untuk sumbera.c. dengan menggunakan salah satu darivoltmeter a.c. dan amperemeter atau osiloskop.6.1.2 Analisis CircuitUntuk setiap sumber tertentu, pilihan representasi(Thevenin atau Norton) adalah sewenang-wenangdan, pada kenyataannya, hambatan seri dalamrepresentasi Thevenin adalah persis sama denganhambatan paralel dalam representasi Norton.Teorema Thevenin dan Norton menyederhanakanpenerapan hukum dan prinsip-prinsip yangdibahas di atas.

Metode yang paling umum untukmemecahkan masalah rangkaian adalahmenerapkan hukum Kirchhoff menggunakanhubungan teganagan dan arus listrik yang sesuaiuntuk setiap elemen dalam rangkaian. Hal inimemberikan naik ke satu atau lebih persamaandiferensial linear, yang, ketika diselesaikandengan kondisi batas yang tepat, memberikansolusi umum. Hal ini digambarkan untukrangkaian RC di Bagian 6.1.3.

Ketika berhadapan dengan sumbersinusoidal frekuensi sudut , analisis rangkaiandapat sangat disederhanakan ketika hanya solusisteady-state diperlukan. Dalam hal ini, rangkaiankapasitansi dan induktansi digantikan olehreaktansi:

reaktansi kapasitif= CjX , dimanaC

X C

1

reaktansi induktif= LjX ,dimana LX C (6.2)

1j

366

Impedansi Z dari rangkaian diperolehdengan menggabungkan reaktansi dan

hambatan dengan rumus CL XXjRZ

. Jumlah ini dapat direpresentasikan dalambidang kompleks dengan vektor (lihatGambar 6.4). Sudut antara Z dab sumbu real

(nyata) adalah . Dengan analogi dengan

hubungan VI untuk hambatan murni, CX

adalah rasio tegangan a.c. melewatikapasitor untuk arus listrik yang melalui nya,

LX adalah rasio tegangan a.c. yangmelewati induktor untuk aruslistrik melaluinya, dan Z adalah rasio bersih tegaman acdengan arus listrik dalam rangkaian yangterdiri dari resistor, kapasitor, dan induktor.

Fakta bahwa CjX dan LjX adalahimaginary (khayalan) berarti bahwa

tegangan dan arus listrik adalaho90 keluar

dari fase satu sama lain.Untuk sebuah kapasitor, tegangan tertinggal

arus listrik sebesaro90 , Sementara

untuk induktor tegangan mendahului arus

listrik sebesaro90 .

Kuantitas lain yang kadang-kadangberguna dalam analisis rangkaian adalah

complex admittance (masukan kompleks)Y ,yang merupakan timbal balik dari impedansi.Satuan SI admittance adalah siemen.Kegunaan admittance muncul dalamrangkaian dengan beberapa cabang paralel,di mana admittance bersih adalah jumlah dariadmittance cabang.

Dalam melakukan analisis rangkaian,hasil berikut dari hukum-hukum di atasberguna:Rangkaian Seri. Pada setiap instan aruslistrik adalah sama di setiap tempat dalamrangkaian seri, dan jumlah aljabar dari(voltage drops)tegangan turun sekitarrangkaian sama dengan jumlah aljabarsumber. Untuk rangkaian elemen-elemenimpedansi nZZZ ,...,, 21 dalam rangkaian seri

N elemen,

Total impedansi adalah NZZZZ ...21 .

Jika semua elemen adalah resistor, atau

induktor, atau kapasitor, ekspresi umum

penyederhanaan, masing-masing, adalah:

Rangkaian Paralel. Untuk rangkaian elemen

dalam paralel, teganagan jatuh melalui

cabang adalah sama ketika arus listrik

melewati setiap cabang dan berbanding

terbalik dengan impedansi cabang. Arus

listrik total melalui semua cabang adalah

tegangan melewati jaringan dibagi oleh

impedansi ekuivalent untuk jaringan tersebut.

Impedasi ekuivalen Z dan admittance Y

untuk rangkaian paralel N cabang adalah:

dan

dimana nZZZ ,...,, 21 adalah impedansi

cabang-cabang dan nYYY ,...,21,adalah

admittance. Pada spesial kasus dimana

semua elemen-elemen rangkaian dalam

cabang-cabang adalah berjenis sama:

dimana R, C, dan L adalah hambatan,

kapasitansi, induktansi total dalam rangkaian.

Pembagi Tegangan. Pembagi teganagan

diilustrasikan dalam Gambar 6.5(a),

merupakan sangat umum elemen rangkaian.

Tegangan sesaat melintasi NZ adalah

NNin ZZZZZv .../ 321 ; yang

merupakan fraksi dari inv menunjukkan

367

melalui suatu elemen rangkaian adalah

impedansi dari elemen tersebut dibagi

dengan total impedansi rangkaian seri.

Pembagi tegangan menyediakan cara mudah

untuk mendapatkan tegangan output variabel

dari tegangan input tetap, tetapi ada

keterbatasan. Untuk menghindari

menggambar terlalu banyak arus listrik

dari sumber tegangan, impedansi dari deretan

pembagi tegangan

sebaiknya tidak terlalu kecil. Jika, demikepentingan melestarikan daya, namun,impedansi dibuat besar, impedansi output

dari rangkaian akan menjadi besar dan outv

akan akan sangat bergantung pada beban. Halini dapat dilihat dari Rangkaian Theveninekuivalen yang diberikan dalam Gambar 6.5

(b) di mana sv adalah tegangan sesaat dari

sumber tegangan ideal. Ketika sZ besar,tegangan melewati sebuah beban akansangat bergantung pada nilai beban tersebut.Pembebanan tersebut dari pembagi harus

dihindari. Untuk aplikasi nonkritikal, sZ

seharusnya paling banyak 1/10 dari setiapbeban antisipasi.

Presisi, sangat linier, potensiometermultiturn biasanya digunakan untuk posisipenginderaan. Dalam aplikasi ini,poros potensiometer digabungkan secaramekanis ke elemen bergerak yang posisinyaditentukan, dan sumber tegangan yang stabildihubungkan pada ujung-ujungpotensiometer. Rasio tegangan dari kontakvariabel potensiometer sampai akhirmemberikan sudut melalui poros yang telahberputar.Rangkaian Ekuivalen (setara). Duarangkaian adalah ekuivalen jika hubunganantara arus listrik terukur dan teganganadalah identik. Seperti yang telah terlihat,rangkaian dengan dua terminal eksternaldapat diganti dengan kesetaraan Theveninatau Norton. Transformasi kesetaraan umumuntuk rangkaian dengan tiga terminal(Transformasi Miller dan Y ) ditunjukkanpada Gambar 6.6 dan 6.7. Pada bagianpertama Transformasi Miller pada Gambar6.6, itu perlu mengetahui rasio tegangan padanode 1 dan 2; yang kedua perlu untukmengetahui rasio arus listrik ke node 1 dan 2.

Diskusi rangkaian amplifier selalumerujuk pada Efek Miller. Hal ini terjadiketika rangkaian amplifier input dan outputdigabungkan dengan impedansi

'Z . Denganmenggunakan transformasi pada Gambar 6.6,

'Z antara terminal input 1 dan terminaloutput 2 dapat ditransformasikan dalamrangkaian ekuivalen dimana

'Z digantikan

oleh 1Z dan 2Z dari terminal 1 dan 2 ke

ground. Hubungan antara'

21 dan,, ZZZ

diberikan pada gambar. Ketika koplingdiantara terminal 1 dan 2 adalah kapasitif

dengan'' /1 CjZ , 1Z dan 2Z juga

impedansi kapasitif sama dengan)1(/1 ' KCj dan )1/(/1 ' KKCj

di mana K adalah tegangan yang diperolahpenguat, negatif untuk contoh ditunjukkanpada Gambar. 6.6.

368

369

Transformasi Y memungkinkanseseorang untuk mengubah rangkaiandari tiga unsur dari node ke konfigurasi loop.

6.1.3 Rangkaian High-Pass dan Low-PassAnalisis rangkaian high-pass dan low-passyang ditunjukkan pada Gambar 6.8menggambarkan beberapa hal prinsip analisisrangkaian. Kombinasi sv dan sR

mempresentasikan sebuah sumber tegangannyata dengan tegangan rangkaian terbukaseketika sv dan hambatan internal sR .

Untuk rangkaian high-pass ataudifferentiating, tegangan output ov di resistor

R ; untuk rangkaian low-pass atauintegrating, itu di kapasitor C. Sangat sering,sifat penting dari srangkaian yang kompleksdapat dipahami dalam hal salah satu dari duarangkaian ini, sehingga sangat berguna untukmengetahui dengan karakteristik mereka.Rangkaian ini dapat di analaisis denganmetode persamaan differensial. Untuk keduarangkaian tersebut:

Persamaan ini menggunakan fakta bahwajumlah dari tegangan jatuh dalam rangkaiansama dengan jumlah sumber tegangan danarus listrik adalah sama disetiap tempat dalarangkaian seri. Pendiferensialan terhadapwaktu:

Solusi untuk persamaan homogenadalah :

dimana RRR s ' dan A adalah konstanta

integrasi dari kondisi awal. Solusi umummemerlukan yang bentuk fungsional sv

diketahui. Berdasarkan tiga kasus:(1) Tegangan a.c amplitudo V:

(2) Tahap tegangan amplitudo V:

(3)Pulsa persegi amplitudo V dan durasi T:

Untuk kasus 1, tegangan output adalahsinosoidal pada frekuensi sama sepertiteganagan input. Rasio ov dan sv sebagai

fungsi frekuensi ternormalisasi ditunjukkanGambar 6.9 (a). Frekuensi H dan

L untuk dua rangkaian, ov adalah

2/1 dari nilai maksimum. Frekuensitersebut disebut frekuensi sudut atas danbawah, masing-masing.

Daya maksimum yang dapat diantarkan kesebuah beban sebanding dengan kuadrattegangan output, sehingga pada H dan

L , daya maksimum yang rangkaian

370

Rangkaian dapat memberikan untuk bebankonstan adalah satu-setengah nilaikemungkinan maksimal. Cara biasa untukmengungkapkan ini adalah dalam istilahdesibel dB, di mana:

Jika inout RR , yang mana sering diasumsikan,

kemudian( rasio dalam dB)=

. Ketika , iniadalah berkisar -3, sehingga -3 dbmempresentasikan daya reduksi faktor daridua. Karena respon frekuensi amplifier,

filter, dan transduser secara rutin diberikandalam dB, maka penting untuk diingat bahwaskala dB adalah logaritmik.Pancaindera manusia adalah sekitarlogaritmik, dan perubahan 3 dB dalamtingkat suara atau tingkat cahayanyaris tak terlihat.

Karena elemen reaktif dalam rangkaianRC ( kapasitor), tegangan tidak sefase denganarus listrik, seperti diilustrasikan padaGambar 6.9 (b). Plot ini dari fase dan log(tegangan output) sebagai fungsi dari log(frekuensi) disebut plot Bode, setelah H. W.Bode.1

Hal ini sering nyaman untukmemperkirakan kurva respon frekuensidengan fungsi linear piecewise. Seperti PlotBode diidealkan ditunjukkan pada Gambar6.10 (a) dan (b). Corner frequencies

(frekuensi sudut) merupakan dan

371

Mereka cocok untuk titik -3 dB padaunapproximated plot Bode. Untuk sebagianbesar tujuan, kurva disederhanakan adalahrepresentasi yang memuaskan. Dari kurvaini, setiap reduksi 10 kali lipat dalam

frekuensi di bawah L for rangkaian high-pass menurunkan tegangan output sebesar20 dB, dan setiapreduksi dua kali lipat berkurang 6 dB.Rangkaian low-pass mempunyai sifatberlawanan: peningkatan 10 kali lipat pada

frekuensi diatas H menghasilkan penurunan20 dB tegangan output, dan hasil peningkatandua kali lipat penurunan 6 dB. Satu seringmenyatakan fakta ini sebagai 20 dB perdekade dan 6dB per oktaf. Kurva respon faseterlinier ditunjukkan pada Gambar 6.10 (c).Frekuensi -3dB terjadi pada pergeseran fase

untuk dua rangkaian.Untuk bentuk gelombang tegangan input

dari kasus nonrepetitive (tidak berulang) (2)dan (3), bentuk gelombang output diberikanpada Gambar 6.11.

Output, bentuk gelombang untuk fungsiinput gelombang persegi dapat digunakanuntuk menentukan konstanta waktu RCuntuk memdiferensialkan danmengintegralkan rangkaian. Ini disebutpengujian gelombang persegi (square-wavetesting). Konstanta waktu RC untukrangkaian pendifferensialan diperoleh denganmenggunakan masukan gelombang persegidengan waktu kenaikan jauh lebih kecildaripada RC dan periode jauh lebih besardaripada RC. Untuk perkalian kecildibandingkan dengan RC, kemiringan tepiatas output, seperti yang terlihat denganosiloskop waktu naik cepat (fast-rise-timeosciloscope) (lihat Gambar 6.12) secaralangsung berkaitan dengan RC. Penurunan

pecahan dalam ov , dalam waktu 1t adalahRCt /1 , yang dapat ditetapkan sama dengan

dan diselesaikan untuk RC.Untuk rangkaian pengintegrasian, RCdiperoleh dengan mengukur waktumunculnya bentuk gelombang output padaosiloskop waktu naik cepat. Menggunakan

definisi waktu naik rt , sebagai waktu antaratitik-titik 10% dan 90%

372

di mendahului tepi bentuk gelombangoutput, yang memiliki hubungan:

6.1.4 Rangkaian ResonanTegangan dan arus listrik dalam rangkaiandengan kapasitor, induktor, dan resistormenunjukkan sifat berosilasi sepertiosilator mekanik. Rangkaian elektronikmemiliki

373

frekuensi alami dari osilasi dan bisa secarakritis teredam, di bawah teredam, atau lebihteredam, tergantung pada hubungan antaranilai-nilai dari parameter rangkaian.Rangkaian resonan dengan kapasitor idealdan induktor ideal adalah dari tipe seri atauparalel yang ditunjukkan pada Gambar 6.13.Ketika didorong oleh sumber inputsinusoidal, reaktansi kapasitif pada rangkaianseri akan membatalkan reaktansi induktifpada frekuensi resonansi c, di mana

LC oo /1 dan LCo /1 . Pada o

impedansi dari rangkaian seri adalahminimum dan arus listrik yang melaluinyaadalah maksimal.

Untuk rangkaian resonansi paralel padafrekuensi rendah, cabang L akan memilikireaktansi yang sangat rendah dan arus listrikdiambil dari sumber akan mengalir hampirseluruhnya melalui cabang. Pada frekuensitinggi, arus listrik melalui cabang RC dibatasioleh nilai R. Impedansi total dari rangkaianparalel adalah kecil pada feekuensi rendahdan tinggi, melewati pada frekuensi

maksimum , asalkan

Grafik arus listrik dalam duasirkuit sebagai fungsi dari mengemudi(driving) frekuensi diberikan pada Gambar6.14. Induktor nyata memilikihambatan/resistansi terkait, yang umumnyajuga harus diperhitungkan ketikamenganalisis rangkaian.

Pengukuran ketajaman resonansi dalamrangkaian seri dan paralel adalah Q atau

kualitas rangkaian. Untuk tujuan praktis, /oQ dimana adalah lebar penuh

pada setengah maksimum puncak ataulembah. Dalam istilah parameter rangkaian,

RCRLQ oo /1//1 . Ini adalah rasio

energi yang tersimpan ( dalam kapasitor atauinduktor) untuk energi didisipasikan dalamresistor per siklus pada resonansi. Nilai-nilaidari Q

374

sama besar dengan 100 dapat dicapai dalamrangkaian listrik sementara osilator mekanikdapat mencapai nilai setinggi 106. Hubunganfase antara tegangan dan arus listrik dalamrangkaian resonan seri dan paralelditunjukkan pada Gambar 6.15.

Perilaku rangkaian LRC atas penerapanlangkah atau input persegi panjang jauhseperti respon dari sebuah sistem mekanisdengan dorongan tiba-tiba. Secara kritisteredam kritis, dibawah teredam, dan diatasteredam arus listrik mengalirkan hasil.6.1.5 Metode Transformasi LaplaceSebuah teknik umum untuk menganalisarangkaian untuk sewenang-wenang bentukgelombang tegangan input adalah metodetransformasi Laplace. Dengan metode iniadalah mungkin untuk hanya menggunakanaljabar dan daftar transformasi - seperti yangdiberikan dalam Tabel 6.2 - untuk solusipersamaan diferensial dan evaluasi kondisibatas. Hasil dari metode akan disajikan tanpapembuktian. Kosakata transformasi Laplaceterjadi dalam diskusi rangkaian dan termasukdalam bab ini untuk alasan tersebut.

Metode ini didasarkan pada integraltransformasi dari tipe:

dimana adalah transformasi Laplace

dari , ditulis sebagai . Fungsi

dapat melibatkan integral dan

differensial. Ketika diterapkan padapersamaan diferensial orde kedua yangmuncul dalam analisis rangkaian, bukanpenyederhanaan penting terjadi dan hasilnyasering bisa ditulis dengan inspeksi.Transformasi Laplace dari tegangan output

dari sebuah rangkaian adalahtransformasi Laplace dari tegangan input

kali trasnformasi Laplace dari fungsi

transfer -fungsi transfer menjadi fungsiyang berkaitan output dengan input. Untuk

mendapatkan , nilai semua elemendalam rangkaian diganti dengan transformasiekuivalen sesuai dengan resep

danDalam kasus sederhana pembagi tegangan,fungsi transfer adalah rasio impedansi darielemen rangkaian output untuk impedansitotal dari rangkaian rantai. T(s) diperolehpersis dengan cara yang sama, menggunakanekuivalensi untuk R, C, dan L. Pada

umumnya, adalah dalam bentuk rasiodari dua fungsi s, G(s) dan H(s), yangmerupakan polinomial dalam s:

Nilai-nilai s untuk yang G(s) adalah nol

disebut nol dari , nilai-nilai s untuk H(s)

adalah nol adalah lokasi dari kutub .Dalam kasus yang paling umum, nol dankutub adalah kompleks. Posisi nol

dan kutub dalam bidang kompleksmemberikan informasi penting dalam sifatrangkaian di bawah analisis. Ketika kutubadalah kompleks, mereka terjadi dalampasangan, sementara

375

376

kutub bernilai real dapat terjadi secaratunggal atau berpasangan. Nilai-nilaikomponen real dan imajiner dari koordinatkutub, biasanya diberi label dan ,memiliki arti fisis yang penting. Komponenreal adalah ukuran redaman dalamrangkaian sedangkan bagian imajiner

adalah frekuensi alami osilasi. Nilai negatifdari memberikan rangkaian stabil yangsinyal transien semua kerusakan menjadi noldengan waktu. Rangkaian mempekerjakanhanya elemen pasif berperilaku dengan caraini dan stabil. Rangkaian dengan elemen aktifdapat berperilaku seperti sebuah cara yangoutput meningkat dengan waktu dalammenanggapi sinyal input transien. Rangkaiantersebut tidak stabil dan memiliki nilai

lebih besar dari nol. Mereka harus dihindari,kecuali dalam kasus osilator, yang harus idaktstabil agar dapat berfungsi.

Transformasi Laplace ekuivalen padarangkaian high-pass dan low-pass yangditunjukkan pada Gambar 6.16. Untukrangkaian high-pass, tegangan output padaresistor R untuk rangkaiantransformasiadalah:

dimana )(sT , fungsi transfer, mempunyai

sebuah kutub pada s=-1/(R+Rs)C. Untukrangkaian low-pass, tegangan output padakapasitor untuk rangkaian yangditransformasikan adalah:

)(sT mempunyai sebuah S=-1/(R+Rs)C.

Frekuensi steady-state dan respon fase dari

rangkaian didapatkan dari )(sT dengan

menggantikan s dengan j . Fungsi transfer

sekarang, untuk rangkaian high-pass:

dan

untuk rangkaian low-pass. Untuk rangkaian

ini untuk

377

Seperti yang terlihat sebelumnya, L

dan H adalah frekuensi sudut darirangkaian. Dengan merasionalisasikanpenyebut fungsi transfer, satu memperolehfase respon. Karena tidak ada elemeninduktif dalam rangkaian, tidak ada frekuensialami osilasi. Kutub-kutub meletakkan padasumbu nyata negatif karena disana tidak adaelemen aktif dalam rangkaian menyebabkanosilasi berkelanjutan.6.1.6 Rangkaian RLCPertimbangkan rangkaian setara danTransformasi Laplace diberikan padaGambar 6.17. Untuk menganalisis rangkaian,mempertimbangkan kombinasi parallel dariR dan 1/sC, yang di seri dengan sL dalamsebuah konfigurasi pembagi tegangan:

jadi,

Kutub )(sT terjadi pada:

Membiarkan frekuensi alami osilasi dari

rangkaian menjadi kita

memiliki , dan kutub dapatditulis kembali sebagai:

Terdapat tiga kemungkinan berbeda untukakar s:(1) 4/1 2 Q : satu akar real pada

Qs o 2/

(2) 22/1 mQ (m real): dua akar real pada

2/2/ mQs oo

(3) 22/1 mQ (m real): dua akar konjugat

kompleks pada 2/2/ mjQs oo

Nilai dari s dalam , bidang j adala

o ; dalam istilah geometris ini berarti

bahwa akar dari s terbatas pada setengahlingkaran dari radius o di kiri setengah

dari bidang kompleks (lihatGambar 6.18).

378

6.1.7 Respon Transient dari RangkaianResonan

Stabilitas dari sistem linear mengalami(driving function) fungsi mengemuditergantung pada sistem itu sendiri daripadafungsi mengemudi. Untuk memudahkananalisis, mempertimbangkan rangkaian RLCpada Gambar 6.17 didorong oleh teganganinput langkah satuan dari bentuk vi (t)=1untuk t> 0. Transformasi Laplace daritegangan output kemudian transform dari

tegangan input, )(svi , dikalikan dengan

transformasi dari fungsi transfer )(sTi :

Untuk langkah satuan, input vi (t)=1/s dariTabel 6.2, sehingga:

Untuk menemukan vo (t) maka perlu untukmencari transformasi invers pada Tabel 6.2.Hasilnya adalah:

di mana k=1/2Q. Redaman kritis, atasredaman. dan di bawah redaman sesuaidengan k=1, k> 1, dan k <1, masing-masing.Respon ternormalisasi dari rangkaian untukberbagai nilai k ditunjukkan pada Gambar6.19.

Seperti dapat dilihat, bentuk gelombangbawah redaman lampaui nilai steady-statedari satu dan berosilasi tentang hal tersebutdengan penurunan amplitudo. Ini kadang-kadang disebut ringing (dering). Redamanmeningkat, osilasi bentuk gelombang outputmenurun dalam amplitudo sampai, untuk k=1(redaman kritis), osilasi benar-benar hilang.meningkatkan redaman luar k =1 hanyameningkatkan waktu untuk bentukgelombang untuk sampai pada nilai steady-state.

Overshoot, rise time, settling time, anderror band merupakan istilah digunakanuntuk karakteristik bentuk gelombang output.Mereka diilustrasikan pada Gambar 6.20.

Untuk Redaman kritis, tr=3.3/ o . Denganmenurunkan redaman sehingga k<1, tr dapatlebih dikecilkan, tetapi pada biaya ringing.Kompromi cocok yang sering digunakanadalah k= 0,707, dimana keadaan overshootadalah 4,3% dan tr direduksi menjadi

2.16/ o , Gambar 6.21 adalah grafik daripersentase overshoot sebagai fungsi k

Analisis di atas tidak terbatas padarangakain pasif. Amplifier dengan umpanbalik negatif dapat memiliki respon fungsiidentik dalam bentuk tersebut untukrangkaian RLC. Respon amplifier tersebutuntuk bentuk gelombang nonrepetitif adalahditentukan dengan menggunakan persyaratanyang sama untuk rangkaian pasif di atas.Dalam amplifier pulsa, respon transienadalah fundamental terbatas pada tingkatpengulangan pulsa. Untuk amplifier teredamkritis, lebar T respon dari respon impuls danrise time tr adalah berkisar terkait olehT=1.5tr, sehingga pulsa tidak dapat dikirimpada tingkat yang lebih besar dari 1/T persekon. T, dalam kasus ini, umumnyadianggap sebagai waktu antara 50%menunjuk pada kenaikan dan turunnya tepibentuk gelombang output.

Untuk kontrol presisi suhu padatermostat, three-term control seringdigunakan. Dengan metode ini, daya yangdigunakan untuk elemen pemanas ditetapkansama dengan tingkat latar belakang konstanditambah term sebanding dengan perbedaanantara suhu suhu setelan titik Ts dan suhuarus listrik T, term sebanding dengan integralwaktu dari Ts-T, dan term sebanding denganturunan waktu dari sesuai dengan waktuturunan dari Ts-T. Menghasilkan persamaandiferensial, dalam kondisi tertentu, analogdengan tersebut untuk rangkaian RLC.Parameter eksperimental yang dipilih untukmendapatkan respon waktu tercepatkonsisten dengan stabilitas sistem secarakeseluruhan. Hal ini dibahas lebih detaildalam Bagian 6.7.9 dan dalam Bab 7.

379

6.1.8 Transformers dan InduktansiMutual

Transformers terdiri dari gulungan primerdan sekunder digabungkan dengan inti, yangdapat menjadi bahan magnetik atauudara. Sebuah tegangan diinduksi dalamsekunder pada transformator ketika terjadiperubahan arus listrik di primer. Sebaliknyajuga terjadi tegangan induksi di primerkarena perubahan arus listrik dalamsekunder. Sebuah rangkaian transformatordan transformasi Laplace ekuivalendiilustrasikan pada Gambar 6.22. Titik yangberhubungan dengan setiap

380

gulungan dari transformator menunjukkanorientasi relatif dari gulungan. Konvensiadalah M, saling induktansi, adalah positifjika arus i1 dan i2 keduanya mengalirmasuk atau keluar dari ujung putus-putusdari kumparan, dan negatif sebaliknya.

Fungsi transfer )(sTi diperoleh dengan

menerapkan hukum Kirchhoff untuk dualoop:

mengeliminasi )(sii dan mensubtitusikan

untuk )(2 si dalam persamaan ketiga

memberikan hasil:

6.1.9 KompensasiHal ini sering diinginkan untuk memodifikasirespon frekuensi rangkaian yang diberikan.Dua metode umum adalah penambahansebuah kutub yang jauh lebih kecil daripadakutub lain dari fungsi transfer danpenambahan simultan dari sebuah kutub dannol untuk fungsi transfer. Penambahan kutubdicapai dengan resistor dan kapasitor dalamkonfigurasi low pass pada keluaran darirangkaian yang akan dimodifikasi,diilustrasikan pada Gambar 6.23 (a). Jika

rangkaian asli memiliki kutub 1 danpengenalan rangkaian RC menghasilkan

kutub pada 2 dimana 2 << 1 , responkeseluruhan rangkaian akan menjadi 20 dB/

dekade menurun dalam gain dari 2

ke 1 diikuti dengan penurunan 40 dB/

dekade untuk frekuensi lebih besar dari 1 .Penambahan kutub dan nol dicapai

dengan rangkaian pada Gambar 6.23 (b).Fungsi transfer untuk jaringan kompesasikutub-nol kompensasi adalah:

dengan nol pada s=-1/R2C dan kutub padas=-1/(R1+R2)C. Jika nol dalam fungsitransfer dipilih untuk

membatalkan kutub terkecil dari rangkaianasli, secara keseluruhan respon frekuensiakan datar hingga frekuensi sesuai dengankutub baru. Gain kemudian akan menurunsebesar 20 dB / dekade dengan meningkatnyafrekuensi sampai dengan kutub kedua darirangkaian asli. Gain kemudian akan menurunsebesar 40 dB / dekade kutub frekuensi tinggiberikutnya, setelah yang penurunan akanmenjadi 60 dB / dekade. Respon rangkaian-kompensasi nol kutub lebih tajamdibandingkan dengan kompensasi kutubtunggal.6.1.10 FilterFilter umumnya digolongkan low-pass, high-pass, bandpass, dan band-reject. RangkaianRC adalah contoh pertama dua jenis,sedangkan rangkaian RLC seri dan paralelmenggambarkan dua terakhir. Serangkaianfilter band-pass atau Band-reject I denganband pass di berbeda, namun berjarak dekat,frekuensi disebut comb filter (filter sisir).

381

Filter yang ideal akan berlalu tidakmelemehkan semua frekuensi dalam pass nyasementara secara komplit menolak frekuensidi luar band pass. Rangkaian sederhana,kami telah memeriksa sejauh ini hanyaperkiraan untuk ideal. Di sana adalahperkiraan yang sangat baik untuk filter idealyang mengandalkan pilihan bijaksana kutubfungsi transfer rangkaian RC dan RLC. Adaempat kelas dari desain filter, masing-masingyang memiliki keuntungan:(1)Maximally flat (datar maksimal) memiliki

respon amplitudo sangat flat dalam passband. Filter Butterworth adalahcontohnya.

(2)Equal ripple (riak sama) memilikifluktuasi pass band tetapi pelemahanyang lebih besar dalam stop band daripadafilter Maximally flat.

(3)Elliptic (pengutuban) memiliki tingkatpelemahan maksimum antara pass banddan stop band. Filter Chebyshev adalahcontoh dari jenis ini.

(4)Linear phase (fase linear) memiliki cutoffjauh lebih tajam daripada yang lain, tetapimempertahankan hampir fase linearrespon dalam pass band. Filter Besseladalah contoh dari jenis ini.

Metode desain filter dibuat baik, danterdapat banyak teks dan buku peganganyang menyediakan tabel untuk filter sintesis.Sebelum merancang atau menentukan filter,itu penting untuk mengetahui, tidak hanyacutoff dan sifat fase, tetapi juga respontransien dan impedasi input dan output.

Amplifier dengan umpan balik negatifyang diberikan oleh resistor dan kapasitordapat memiliki respon identik denganrangkaian RLC. Dengan pilihan yang tepatdari elemen-elemen dalam jaringan umpanbalik, amplifier ini dapat dibuat menjadifilter. Ini yang disebut filter aktif sangatberguna pada frekuensi rendah, dimanainduktor besar dengan hambatan rendahadalah berat dan mahal. Ada banyak teksdan buku pegangan pada desain filter aktif .Lancaster's Active Filter Cookbook (D.Lancaster, 2nd ed., Butterworth-Heinemann, Oxford, 1996) ditulis dari sudutpandang praktis dengan minimal matematika. Kebanyakan desain filter aktif didasarkanpada amflifier operasional rangkaian high-Dengan respon frekuensi dari amplifier inisekarang memperluas dengan baik ke daerahmegahertz, filter aktif menemukanmeningkatnya aplikasi untuk rangkaianfrekuensi tinggi. Stabilitas adalah faktorpenting dalam desain filter, terutama untuknilai Q besar. Jika penyimpanan harusdiminimalkan, sangat stabil komponen pasifdiperlukan

6.1.11 Analisis Rangkaian BerbantuanKomputerSimulation Program with Integrated-CircuitEmphasis (SPICE) pada awalnya ditujukanuntuk rangkaian desain terpadu dimanajumlah yang sangat besar dari elemenrangkaian membuat analisis rangkaiantradisional lambat, rumit, dan tunduk padakesalahan. Program SPICE pertama terbatasdigunakan pada komputer dengan aksesjaringan, namun berbagai versi sekarangtersedia untuk komputer pribadi (PCs) . Salahsatu versi PC populer SPICE adalah PSPICE,sekarang tersedia dari Cadence. KarenaGambar SPICE dan PSPICE menonjol dalamlistrik kursus analisis rangkaian teknik,mereka biasanya tersedia melalui jaringanuniversitas dan berbagai versi, termasukmahasiswa/ dosen dan evaluasiversi, dapat didownload dari web. analisisrangkaian digital dengan SPICEmembutuhkan informasi rinci tentang bentukgelombang dan penundaan dalam unit-unitindividual. Rangkaian digital semakinmeningkat dirakit dari programmable arraydan produsen array umumnya memasokinformasi yang diperlukan dengan softwareprogram mereka.

Berikut prosedur sebaiknya diikutiketika akan menggunakan program analisisrangkaian:(1)Buat diagram skematik rangkaian:

Merakit komponen dari programperpustakaan

Impor atau membuat komponen yang tidaktersedia di perpustakaan

Memberikan nilai untuk resistor, kapasitor,dan induktor

Membuat interkoneksi(2)Buat file SPICE / PSPICE:

Tentukan suhu Tentukan sumber

- Independen- Controlled

Verifikasi interkoneksi (node)(3)Analisis:

DC, diam Transien A.c., sinyal kecil

(4)Output: grafik

- Plot Bode- Bentuk gelombang- Tabel numerik

(5) Sesuaikan rangkaian untuk memenuhi desainkriteria dan menganalisis kembali.

382

Program analisis sangat berguna, tapi tidakbisa menggantikan pemahaman tentang teorirangkaian. Tidak realistis untuk percaya bahwakita dapat mulai dengan rangkaian perkiraan danmenggunakan sebuah program untuk mengaturnilai-nilai komponen dan konfigurasi sampaihasil yang diinginkan tercapai. Bahkan untukrangkaian sederhana dari 10 komponen, jumlahkemungkinan adalah begitu besar sehingga upayakurang informasi untuk tiba pada hasil akhir yangdiinginkan tidak bisa sukses. Di sisi lain, sebuah rangkaian yang sewenang-wenang dapatdianalisis untuk menentukan apakah akanmelakukan sesuai dengan persyaratan.Kebanyakan program analisis datang denganperpustakaan umum perangkat aktif (transistor,dioda, amplifier operasional) Namun , perangkatbaru muncul di pasar harian dan perangkat yanglebih tua menjadi usang sehingga tidak praktisuntuk setiap perpustakaan tunggal untukmenampung semua perangkat. Menambahkanspesifikasi perangkat analisis programperpustakaan dapat memakan waktu dan seringlebih efisien untuk menggunakan perangkat yangtersedia dengan parameter operasi dekat denganmereka dari perangkat tersebut. Hal inimemerlukan penelitian tambahan, namunspesifikasi perangkat sekarang tersedia secararutin pada situs-situs produsen . Dalam beberapakasus, produsen menyediakan file SPICE untukperangkat mereka untuk memuat langsung keperpustakaan. Sebuah keuntungan tambahan dariprogram analisis adalah kompatibilitas dengansofware menangkap skema dan layout papanrangkaian cetak. Hal ini dibahas secara lebihdetail dalam Bagian 6.10.3 pada papan sirkuitcetak.6.2 KOMPONEN PASIFDalam membahas komponen pasif, penekananakan ditempatkan dalam memilih jenis yang tepatuntuk fungsi yang akan dilakukan. Hal ini jaranguntuk menentukan nilai nominal dari komponen.Hal ini dapat dihargai dengan melihat melaluikatalog pemasok elektronik di bawah resistor-resistor dan menemukan mungkin 50 jenisresistor yang berbeda, masing-masing dengankisaran nilai-nilai hamabatan. Berikut ini adalahbeberapa pertimbangan umum dalam pemilihankomponen pasif:(1)Nilai Nominal dan toleransi. Aspek ini adalah

coding diterapkan untuk komponen. Warna,huruf, dan kode nomor yang digunakan.

(2)Stabilitas. Nilai nominal sebagai fungsi daritemperatur [koefisien suhu (tempco) seringdinyatakan dalam% atau dalam bagian perjuta per perubahanoC atau ppm /oC]. Usia dankondisi lingkungan seperti kelembaban,

getaran, atau guncangan juga mempengaruhi nilai-nilai komponen. Di sisi lain, komponen dapatmempengaruhi lingkungan mereka - misalnya,outgassing dari kapasitor dalam hampa udara ataupemanasan dari satu komponen dengan yang lain.

(3) Ukuran dan bentuk. Seiring dengan penguranganukuran yang elektronik solid-state telah membawa,Disana telah terjadi reduksi serupa dalam ukurankomponen pasif. Umumnya, satu menggunakanukuran praktis terkecil, tapi pertimbangankerapatan-daya dapat membatasi pengemasankerapatan dari komponen daya-menghamburkan.Juga, komponen datang dalam berbagai bentukgeometri dengan timah yang berbeda tergantungpada metode pemasangan yang dimaksudkan. Halini dibahas pada bagian hardware.

(4) Disipasi daya dan rating tegangan. Sebuah resistormemiliki power rating dan voltage rating. Untuknilai-nilai hambatan yang sangat besar, sangatmungkin untuk beroperasi baik dalam rating dayaresistor, namun melebihi rating tegangan.Hasilnya adalah kerusakan listrik danmenghancurkan resistor. Untuk nilai-nilai moderatkapasitansi, kapasitor menghilangkan daya yangsangat kecil dan rating daya tidak penting.Kapasitor dengan kapasitansi sangat tinggi denganarea permukaan efektif besar, bagaimanapun,memiliki non konduktansi shunt diabaikan. Arusbesar yang mengalir dalam kapasitor dapatmenyebabkan cukup panas yang akan dihasilkandengan hasil yang berpotensi fatal (untukkapasitor) .

(5) Noise (kebisingan). Komponen pasif dapatmemperkenalkan kebisingan dalam rangkaianelektronik, dan salah satu harus sangat disadariimasalah ini dalam rangkaian tingkat rendah danpilih yang sesuai komponen low-noise.

(6) Karakteristik frekuensi. Resistor murni, kapasitor,dan induktor praktis dapat direalisasikan, dan sifatlistrik komponen pasif nyata tergantung padafrekuensi dengan cara nonideal. Hal ini seringditandai dengan rangkaian ekivalen. Induktor dantransformator dengan inti magnet, bagaimanapun,adalah pada dasarnya nonlinear dan dapat diobatihanya dengan cara ini.

(7) Derating. Ini adalah istilah teknik terkait denganfaktor-faktor keselamatan yang harus digunakansaat mengoperasikan komponen di bawah berbagaikondisi. Desain yang baik mensyaratkan bahwakomponen dioperasikan tidak lebih dari 50% darirating maksimal yang direkomendasikan produsen,khususnya sehubungan dengan daya dan tegangan.Pada lingkungan yang suhu tinggi, komponenharus diturunkan bahkan dalam jumlah yang lebihbesar. Penurunan mengakibatkan stres sangatmeningkatkan komponen seumur hidup. Dalamperalatan laboratorium, faktor keamanan yangbesar harus selalu digunakan untuk ditingkatkankehandalan. Singkatan SOA, safe operating area(daerah operasi yang aman), menentukan batas-batas tegangan, arus, dan temperatur untuksemikonduktor.

383

(8)Biaya. Untuk aplikasi laboratorium ituadalah praktek miskin untuk menghematpada komponen pasif denganmenggunakan yang paling mahalorang yang akan melakukan pekerjaan.Pekerjaan laboratorium adalah tenagakerja intensif. Biaya tambahan komponenkelas atas sangat melebihi waktu yangdisimpan dalam pemecahan masalah danperbaikan.

6.2.1 Resistor dan Kapasitor TetapJenis yang lebih umum dari resistor tetap danvariabel dan kapasitor tetap tercantum dalamTabel 6,3-6,5. Pada Tabel 6.5, rwntang Cdan range V mengacu pada nilai minimumdan maksimum yang tersedia untuk semuajenis dielektrik yang diberikan. Itu tidakmungkin untuk memiliki kapasitansimaksimum pada tegangan maksimum.Kapasitansi yang lebih besar memiliki lebihrendah working voltage/ tegangan kerja(WV), sedangkan yang lebih kecil memiliki

384

WV yang lebih tinggi. Koefisien suhu biasanyaberlaku hanya untuk rentang suhu terbatas dalamoperasi yang lebih besar kisaran suhu.

Rangkaian komponen berdenisitas tinggimenggunakan surface-mount technology ( SMT )chip resistordan kapasitor . ini berbeda dari jeniskawat timah yang lebih tradisional, keduanyadalam konfigurasi mereka dan cara merekasecara elektrik dan mekanis terhubung kerangkaian. Chip resistor dan kapasitor adalahkomponen SMT umum, tetapi semikonduktordan rangkaian terpadu juga diproduksi untukpemasangan permukaan . Sementara packingdensity tinggi tidak sering menjadi pertimbanganutama di laboratorium elektronik, ukurankomponen kecil dapat menjadi pentingkeuntungan untuk beberapa rangkaian di manamenyimpang kapasitansi dan induktansi adalahfaktor. Permukaan – mulut resistor dan kapasitortelah dilogamkan permukaan kontak danterhubung ke bantalan papan rangkaian dengansolder yang menjembatani metalisasi SMT danbantalan circuit -board . Permukaan-mulutteknologi resistor dan kapasitor dapat sedikitlebih besar yang akhir pensil memimpin danmenggunakan kode-kode khusus untukmengidentifikasi nilai-nilai mereka . Koderesistor adalah kode tiga digit (untuk 2 % dantoleransi yang lebih besar ) dan toleransikarakter . Dua digit pertama adalah dua pertamayang signifikan figur dari hambatan dan digitketiga adalah daya sepuluh multiplier. Kode 563 ,misalnya, adalah 56 kohms . Untuk hambatanikurang dari 100 ohm huruf R digunakan untukmewakili titik desimal. Misalnya 33R adalahresistor 33ohm . Toleransi yang ditentukan olehsatu huruf pada akhir kode angka. Tabel 6.8Daftar Resistor SMT dan kode-kode kapasitor .

Tantalum adalah yang paling stabil darisemua bahan pembentuk film. kapasitortantalum-foil memiliki karakteristik yang samadengan kapasitor elektrolit aluminium foil, tetapi

menawarkan stabilitas superior dan kebebasandari kebocoran. Itu tipe wet-slugt memilikiefisiensi volumetrik tertinggi dari kapasitor.Kapasitor elektrolit Tantalum padat memilikistabilitas yang lebih baik, frekuensi, dan suhukarakteristik dibandingkan jenis cairan elektrolit.

Rangkaian setara untuk resistor tetap dankapasitor diberikan pada Gambar 6.24. PowerFactor (PF), rasio daya yang dikonsumsi untukdaya semu, adalah cara dari menentukan sifatnonideal resistor, kapasitor, dan induktor. Faktordaya dari hambatan murni adalah salah satu,sedangkan faktor daya dari hambatan murni(kapasitor atau induktor) adalah nol. Untukresistor dan kapasitor, faktor daya ditentukanpada 104 sampai 105 Hz di mana XL

umumnya jauh lebih kecil dari XC. Gambar 6.25mengilustrasikan jenis kapasitor umum.Pengkodean diberikan dalam Tabel 6.6,6.7, dan 6.8.6.2.2 Resistor VariabelDalam peralatan elektronik, resistor variabelumumnya disebut potensiometer. Lebih khusus,mereka dapat digolongkan sebagaipotensiometer, pemangkas, dan rheostat. semuaadalah perangkat tiga terminal dengan terminal disetiap akhir dari unsur resistif dan terminal ketigaterpasang ke kontak geser atau tekan.Potensiometer dirancang untuk gerakan biasa,pemangkas perubahan sesekali, dan rheostatuntuk membatasi arus dalam rangkaian dayatinggi. Beberapa jenis umum dari resistorvariabel ditunjukkan pada Gambar 6.26. Terdapatsejumlah bahan elemen resistif berbeda untukpotensiometer. Mereka terdaftar dalam Tabel 6.4.

Tujuan umum, potensiometer single-turndatang dalam tingkat daya 0,5 sampai 5 W danberbagai ukuran dan taper (taper adalahperubahan hamabatan sebagai fungsi dari sudutporos). Kemiringan nonlinier sering digunakandalam kontrol volume,dimana respon logaritmikperkiraan yang diinginkan. beberapa desain dapatditumpuk pada poros umum, dan sering jugamemungkinkan untuk menggabungkan saklar on-off. Poros dengan penguncian nuts sangatberguna ketika diperlukan untuk memperbaikiseting yang diberikan. Potensiometer presisidapat menjadi single-turn atau jenis 3-, 5-, atau10-turn. Elemen-elemen resistif adalah kawat,plastik konduktif, atau zat keramik logam yangdisebut cermet. Poros berputar biasanyadidukung dalam bushing, yang dipasang denganbenang kerah. Tingkat daya

385

386

Dari 0.25 sampai 2 W dengan suhu operasimaksimum 125oC. Nilai hambatan dari 50 ohmsampai 200k ohm bergantung pada model, dan

toleransi 1% sampai 5%. Linearitas adalah 0.25% sampai 10% dan koefisien suhu

adalah 20ppm/oC. Untuk model 10-turn,tombol turn-counting tersedia.

387

388

Trimmer (Pemangkas) digunakan untukmengkompensasi toleransi dan variasikomponen tetap. Mereka tidak dirancanguntuk penyesuaian terus menerus, 200 sikluskehidupan desain mereka. Elemen lahkomposisi karbon, cermet, atau kawat.Mereka dapat menjadi single-turn ataumemiliki sekrup lead multiturn atau gigiworm (cacing).

6.2.3 Garis TransmisiGaris transmisi yang paling umum adalahdengan dua konduktor. Sejumlah konfigurasiumum ditunjukkan pada Gambar 6.27.Antena televisi datar VHF umum memimpindalam kabel adalah contoh dari salurantransmisi dua kawat. Kabel RG / Uditemukan hampir di semua laboratoriumadalah contoh

389

garis transmisi koaksial-kabel koaksialtersebut juga digunakan untuk UHF dantelevisi satelit. Konfigurasi bidang dan kawatkurang umum. Konfigurasi bidang dan pitaterjadi sangat sering di papan rangkaianrcetak (printed circuit biard/ PCB), di manapita adalah jejak logam di satu sisi papan danbidang adalah lembaran melakukan terusmenerus di sisi yang berlawanan, seringdisebut bidang ground. Garis transmisi jenisini disebut garis microstrip. Rumus untukkarakteristik impedansi Z0 geometris padaGambar 6.27 dapat dilihat pada Tabel 6.9.

Sifat dari garis transmisi yang diberikandalam bentuk dari impedansi seri Z danadminittance shunt Y per satuan panjang:

dimana j= 1 dan G adalah konduktansishunt, yang merupakan kebalikan darihambatan shunt per satuan panjang.

Karakteristik impedansi Z0 adalah YZ /. Tegangan dan arus listrik merambatsepanjang jalur transmisi sebagaigelombang . Sifat-sifat darigelombang ditentukan oleh perambatankonstan dan fase kecepatan vp . Mereka

diberikan oleh jZY dan vp=

/ , dimana adalah frekuensi

gelombang. Panjang gelombang di salurantransmisi adalah /2/2 pv .

Atenuasi gelombang diberikan oleh faktore per satuan panjang. Rumus ini

dirangkum dalam Tabel 6.10. Untuk yangpaling praktis jalur transmis, hambatanseri per satuan panjang R kecildibandingkan dengan reaktansi induktif XL

, dan konduktansi shunt G kecildibandingkan dengan kebalikan darikapasitansi reaktansi 1/XC . Dengankondisi tersebut , Z0 adalah pada dasarnya

CL / , menjadi [ R/Z0+GZ0 ] / 2 , dan

menjadi LC . Kecepatan fase

independen dari frekuensi dan merupakanrasio dari kecepatan cahaya dalam

390

vakum dengan akar kuadrat dari konstantadielektrik, €, bahan memisahkan konduktor.Untuk nilai konduktor geometri wajar, Z0

meletakkan sekitar antara 50 dan 500 ohm.Redaman diperoleh dari konduktansishunt G dan hambatan seri R, dikenal Z0.Bagi kebanyakan dielektrik, G sangat kecil

(untuk udara, G dapat sama dengan nol) danR menjadi faktor yang dominan. Karena skineffect, R meningkatkan dengan frekuensi(lihat Tabel 6.1). Sifat-sifat umum kabelkoaksial dapat dilihat pada Tabel 6.11.peringkat attenuation untuk kabel RG / Usebagai fungsi dari frekuensi dapat dilihatpada Tabel 6.12. bersama dengan informasijaket. Seperti yang diharapkan,