MULTIVIBRATOR

 

Capaian Pembelajaran

1. Mahasiswa mampu mendesain rangkaian Multivibrator menggunakan gerbang logika dasar (logic gates).

2. Mahasiswa mampu menganalisis cara kerja dari rangkaian Multivibrator.

 

Materi Pembelajaran

Konsep Dasar Multivibrator

Multivibrator merupakan rangkaian elektronik yang menghasilkan gelombang non-sinusoidal seperti, gelombang persegi, gergaji, dan persegi panjang. Secara prinsip, Multivibrator merupakan rangkaian dua tahap yang menggunakan kombinasi resistor dan kapasitor (RC) sebagai penguat, dengan umpan balik positif dari output satu tahap ke input tahap lainnya. Output dari tahap pertama berfungsi sebagai input untuk tahap kedua, dan output dari tahap kedua akan kembali sebagai input pertama melalui jalur umpan balik yang telah disediakan.

 

Jenis-jenis Multivibrator

1. Multivibrator Astabil

Multivibrator astabil merupakan suatu rangkaian elektronik yang secara terus-menerus menghasilkan gelombang kotak atau gelombang persegi dengan dua keadaan yang berbeda, yaitu tinggi dan rendah. Multivibrator astabil juga dikenal sebagai multivibrator berjalan bebas, karena jenis rangkaian ini dapat berayun secara terus-menerus antara kedua keadaan tersebut tanpa memerlukan pemicu eksternal atau sinyal masukan.

Rangkaian multivibrator astabil terdiri dari dua perangkat penguat, seperti transistor atau operational amplifier, yang saling terhubung melalui resistor dan kapasitor. Hubungan silang ini memastikan bahwa setiap perangkat secara bergantian mendorong perangkat lainnya ke keadaan saturasi dan pemutusan, sehingga menghasilkan osilasi yang berkesinambungan pada keluaran rangkaian.

 

Berikut merupakan contoh rangkaian dari Multivibrator Astabil.

Apabila tegangan suplai Vcc diberikan, rangkaian akan mulai bekerja.. Salah satu transistor akan langsung mengalami aktivasi atau hantar terlebih dahulu dibandingkan yang lain. Jika transistor satu aktif, maka transistor yang lainnya tidak aktif. Misalnya, jika T2 mengalami aktivasi terlebih dahulu, tegangan pada kolektornya akan menjadi hampir nol Volt (keadaan rendah), sehingga C2 mulai mengumpulkan muatan melalui resistor R2. Tegangan pada simpul T1 (terhubung dengan R2 dan C3) secara perlahan meningkat. Ketika tegangan mencapai sekitar 0,6V, T1 akan aktif.

Aktivasi T1 menyebabkan T2 menjadi tidak aktif, karena tegangan hampir nol Volt pada kolektor T1 mengosongkan muatan C1, dan simpul T2 terhubung dengan ground melalui proses pengosongan C1. Hal ini hanya berlangsung sebentar, muatan C1 segera terisi kembali dengan polaritas yang berkebalikan melalui R3. Tegangan pada simpul T2 kemudian naik secara bertahap, sehingga ketika mencapai sekitar 0,6V, T2 akan kembali aktif, sementara T1 tidak lagi aktif. Proses ini terjadi secara berulang-ulang. Kondisi high dan low pada kolektor T1 dan T2 bergantian. Output rangkaian dapat diambil dari kolektor T1 atau T2.

 

2. Multivibrator Bistabil

Multivibrator bistabil adalah jenis multivibrator yang memiliki dua keadaan stabil. Dalam multivibrator bistabil, terdapat dua transistor atau sirkuit flip-flop yang terhubung melalui umpan balik positif. Keadaan stabil pertama terjadi saat satu transistor jenuh dan transistor lainnya cut-off. Keadaan stabil kedua terjadi ketika transistor yang sebelumnya cut-off menjadi jenuh, dan transistor yang sebelumnya jenuh menjadi cut-off. Perubahan keadaan dalam multivibrator bistabil dipicu oleh sinyal eksternal, seperti tekanan tombol atau sinyal pulsa.

Saat sinyal eksternal memicu perubahan, salah satu transistor akan beralih menjadi cut-off, sedangkan transistor lainnya akan beralih menjadi jenuh. Perubahan ini akan dipertahankan sampai ada pemicu yang mengubah kembali keadaan transistor. Output multivibrator bistabil dapat diambil dari salah satu transistor yang sedang jenuh atau cut-off. Keunggulan multivibrator bistabil adalah kestabilan dan keandalannya dalam mempertahankan keadaan yang berlawanan sampai ada pemicu perubahan. Multivibrator bistabil sering digunakan dalam aplikasi seperti pengunci digital, register geser, dan memori elektronik.

Berikut merupakan contoh rangkaian Multivibrator Bistabil.

Rangkaian ini adalah SR flip-flop yang memiliki dua input dan dua output. Saat diberikan tegangan suplai Vcc, rangkaian mulai beroperasi, di mana salah satu transistor akan aktif sementara yang lainnya tidak aktif. Misalnya, jika T1 aktif, maka kolektornya akan berada dalam keadaan rendah (low), sedangkan kolektor T2 akan berada dalam keadaan tinggi (high). Keadaan ini akan tetap bertahan.

Pada basis T1, terdapat tegangan sekitar 0,6V. Jika basis T1 terhubung ke ground (walaupun hanya sebentar), T1 akan menjadi tidak aktif, dan sebaliknya, T2 menjadi aktif. Setelah T2 aktif, jika basisnya terhubung ke ground, maka T2 akan menjadi tidak aktif, dan sebaliknya, T1 akan menjadi aktif. Menghubungkan basis transistor ke ground memiliki efek yang sama dengan memberikan pulsa rendah ke input multivibrator.

 

3. Multivibrator Monostabil

Multivibrator monostabil merupakan sebuah jenis rangkaian elektronik yang menghasilkan satu pulsa output tunggal setelah menerima sinyal input tertentu. Biasanya, multivibrator monostabil memiliki dua keadaan stabil, yaitu keadaan istirahat dan keadaan aktif.

Terdapat dua mode operasi yang umum pada multivibrator monostabil, yaitu mode non-retriggerable dan retriggerable. Dalam mode non-retriggerable, setelah menghasilkan satu pulsa output, multivibrator tidak akan merespons sinyal input tambahan sampai pulsa output tersebut berakhir. Sementara dalam mode retriggerable, multivibrator akan merespons sinyal input tambahan dan memperpanjang durasi pulsa output jika sinyal input baru diterima sebelum pulsa output selesai.

Durasi pulsa output pada multivibrator monostabil ditentukan oleh komponen eksternal seperti resistor dan kapasitor. Ketika multivibrator monostabil menerima sinyal input yang mengubah keadaannya dari keadaan istirahat menjadi keadaan aktif, pulsa output akan dihasilkan dengan durasi yang ditentukan oleh waktu pengisian dan pengosongan kapasitor melalui resistor. Setelah durasi tersebut berakhir, multivibrator monostabil akan kembali ke keadaan istirahat dan siap menerima sinyal input berikutnya.

Berikut merupakan contoh rangkaian Multivibrator Monostabil.

 

Aplikasi multivibrator

1. Osilator

Ketiga jenis multivibrator dapat digunakan pada osilator. Namun, pada umumnya multivibrator astabil yang paling umum digunakan sebagai osilator. Rangkaian osilator astabil tidak memiliki keadaan stabil secara terus menerus dan akan menghasilkan sinyal output berbentuk pulsa dengan durasi tertentu. Contoh dari penggunaannya pada pembentukan pulsa, generasi frekuensi yang diinginkan, dan penggunaan dalam timer elektronik.

2. Timer

Dalam timer elektronik, sinyal pulsa yang dihasilkan oleh multivibrator astabil berfungsi sebagai penentu waktu atau acuan waktu. Sinyal pulsa ini dapat digabungkan dengan elemen logika kontrol lain, seperti flip-flop, untuk mengatur tindakan atau peristiwa yang terjadi setelah periode waktu tertentu. Sebagai contoh, ketika timer mencapai waktu yang telah ditetapkan, sinyal pulsa tersebut dapat digunakan untuk mengaktifkan atau menonaktifkan suatu perangkat, mengubah status logika, atau memicu tindakan lainnya.

3. Flip-flop

Multivibrator dapat berperan dalam menyediakan sinyal kontrol yang diperlukan dalam rangkaian flip-flop. Sebagai contoh, multivibrator astabil dapat digunakan untuk menghasilkan sinyal pulsa berulang sebagai clock atau sebagai sinyal taktil (trigger) untuk mengatur perubahan keadaan dalam flip-flop.

 

Kelebihan dan Kekurangan Multivibrator

Kelebihan	Kekurangan
Simple/sederhana	Akurasi gelombang yang terbatas
Lebih murah	Stabilitas frekuensi kurang baik
Jangkauan frekuensi luas	Rentan terganggu

 

Contoh Rangkaian dan Cara Kerja dari Multivibrator

Rangkaian Flip-flop sederhana

 

 

Cara Kerja

Rangkaian flip-flop ini menggunakan IC 555 untuk memudahkan proses perangkaian dibandingkan dengan menggunakan transistor, karena IC memberikan kemudahan dan kepraktisan dalam merangkai rangkaian. Prinsip kerja rangkaian ini adalah mengatur timer untuk mengontrol waktu saat lampu harus menyala atau mati sesuai dengan kebutuhan pengguna. Rangkaian ini menggunakan efek kedip LED yang sangat dipengaruhi oleh nilai komponen elko. Nilai yang tertera dalam rangkaian adalah 10u, tetapi nilai ini dapat diubah sesuai kebutuhan. Pengaturan elko secara signifikan mempengaruhi kecepatan dan lambatnya kedipan LED. Kecepatan kedipan LED sangat bergantung pada kecepatan Clock Speed yang digunakan.

 

Quiz Time!

1. Apa yang dimaksud dengan multivibrator?

2. Apa fungsi utama kapasitor dalam rangkaian multivibrator?

3. Multivibrator monostabil memiliki berapa keadaan stabil?

4. Apa yang membedakan multivibrator astabil dan multivibrator monostabil?

5. Apa manfaat dari menggunakan multivibrator dalam rangkaian elektronik?

SERIAL ADDER

 

Capaian Pembelajaran

1. Mahasiswa mampu mendesain rangkaian Serial Adder.

2. Mahasiswa mampu menganalisis cara kerja dari rangkaian Serial Adder.

 

Materi Pembelajaran

Konsep Dasar Serial Adder

Serial adder merupakan rangkaian yang digunakan untuk melakukan penjumlahan secara serial bit demi bit pada dua bilangan. Rangkaian serial adder terdiri dari berbagai gerbang logika yang dirancang untuk melaksanakan operasi penjumlahan biner bit per bit. Dalam serial adder, bilangan input dipecah menjadi bit-bit yang lebih kecil, dan setiap bit dijumlahkan secara berurutan. Proses dimulai dengan menjumlahkan bit pertama menggunakan gerbang logika, dan hasilnya disimpan dalam register atau flip-flop. Kemudian, bit kedua ditambahkan dengan bit carry (bawa) dari operasi sebelumnya, dan langkah ini berlanjut sampai semua bit terjumlahkan.

Salah satu jenis serial adder yang umum digunakan adalah serial adder paralel-in-serial-out (PISO). Pada PISO serial adder, dua input paralel diumpankan secara serial ke rangkaian, dan setiap hasil penjumlahan bit dipindahkan ke output secara berurutan.

Konsep dasar serial adder melibatkan penggunaan gerbang logika seperti AND, XOR, dan flip-flop untuk melaksanakan operasi penjumlahan biner. Dalam beberapa implementasi, rangkaian serial adder dapat dikombinasikan dengan rangkaian kontrol tambahan untuk mengatur urutan penjumlahan, mendeteksi overflow, atau melaksanakan operasi lain yang relevan.

 

Jenis-jenis Serial Adder

1. Half Adder

Half adder adalah sebuah jenis serial adder yang sederhana yang berfungsi untuk menjumlahkan dua bit input, yaitu bit A dan bit B. Hasil dari penjumlahan tersebut menghasilkan bit hasil penjumlahan yang disebut S, serta bit carry yang disebut C. Namun, half adder hanya mampu menangani penjumlahan satu bit tanpa memperhitungkan carry dari bit sebelumnya.

2. Full Adder

Full adder adalah sebuah jenis serial adder yang lebih kompleks dibandingkan dengan half adder. Full adder memiliki kemampuan untuk menjumlahkan tiga bit input, yaitu bit A, bit B, dan carry-in. Dari penjumlahan tersebut, akan dihasilkan bit hasil penjumlahan yang disebut S, serta bit carry yang disebut C. Kelebihan dari full adder adalah kemampuannya untuk mengatasi carry dari bit sebelumnya, sehingga lebih cocok digunakan untuk penjumlahan dengan multiple bit.

3. Carry-Lookahead Adder

Carry-Lookahead Adder (CLA), meskipun termasuk dalam jenis serial adder karena penjumlahan dilakukan secara berurutan, bit per bit, memiliki perbedaan dalam cara menghasilkan carry-in dan carry-out. CLA menggunakan logika tambahan yang memungkinkannya untuk menghasilkan carry-in dan carry-out secara simultan. Hal ini memungkinkan penjumlahan bit-bit dilakukan secara paralel tanpa harus menunggu carry-in dari bit-bit sebelumnya. Dengan demikian, CLA menggabungkan keuntungan dari penjumlahan paralel dengan pendekatan serial dalam melaksanakan penjumlahan bit per bit.

4. Carry-Save Adder

Carry-Save Adder merupakan jenis serial adder yang digunakan untuk melakukan penjumlahan tiga bilangan input. Dalam Carry-Save Adder, hasil penjumlahan bit-bit tidak langsung dihasilkan, tetapi digunakan sebagai carry-out untuk tahap penjumlahan berikutnya. Pendekatan ini memungkinkan penjumlahan paralel yang lebih efisien, namun memerlukan langkah-langkah tambahan untuk menghasilkan bit-bit penjumlahan akhir.

5. Serial Adder Paralel

Serial Adder Paralel mengkombinasikan prinsip penjumlahan paralel dengan output serial. Pada tahap awal, penjumlahan dilakukan secara paralel menggunakan adder paralel. Kemudian, hasil penjumlahan tersebut disimpan dan secara berturut-turut di-shift keluar dari rangkaian. Serial adder paralel memungkinkan penjumlahan yang cepat dengan menggunakan jumlah pin yang lebih sedikit.

 

Kelebihan dan Kekurangan Serial Adder

 

Contoh aplikasi Serial Adder

1. Sistem Pengendalian Kendaraan

Serial adder dapat digunakan dalam aplikasi sistem pengendalian kendaraan, seperti sistem rem ABS (Anti-lock Braking System) atau sistem kendali traksi. Dalam hal ini, serial adder berperan dalam melakukan penjumlahan pada data sensor dan menghasilkan output yang digunakan dalam pengendalian kendaraan secara real-time.

2. Pemrosesan Sinyal Digital

Dalam berbagai aplikasi pemrosesan sinyal digital, seperti filter digital atau transformasi Fourier cepat (FFT), serial adder digunakan. Serial adder berfungsi dalam blok penjumlahan bit per bit untuk memproses sinyal digital dengan tingkat presisi yang tinggi.

3. Sisten Komunikasi Digital

Dalam sistem komunikasi digital, seperti modulasi digital atau pengkodean saluran, serial adder digunakan. Dalam pengkodean, fungsi serial adder adalah untuk menjalankan operasi penjumlahan bit-bit yang relevan dalam rangkaian pemrosesan sinyal digital.

 

Rangkaian Serial Adder

Half Adder

Aturan:

Aturan 1 0 + 0 = 0

Aturan 2 0 + 1 = 1

Aturan 3 1 + 0 = 1

Aturan 4 1 + 1 = 0 dan carry 1 = 10

Tiga aturan pertama dapat dengan mudah dipahami, sedangkan aturan keempat menyatakan bahwa saat menjumlahkan angka biner 1 + 1, hasilnya adalah 10 (desimal 2). Angka 1 dari hasil penjumlahan ditempatkan di kolom dengan tingkat yang lebih tinggi, dan ini disebut sebagai carry.

Diagram logika dirancang menggunakan gerbang XOR dan AND. Input diberi simbol A dan B, sedangkan output diberi simbol ∑ yang melambangkan jumlah (SUM), dan simbol Co melambangkan carry keluar (Carry Out). Berikut adalah diagram logika dan penambahan setengah (half adder) dengan input A dan B.

Tabel Kebenaran

Input		Output
A	B	SUM	CARRY
0	0	0	0
0	1	1	0
1	0	1	0
1	1	0	1

 

Full Adder

Rangkaian full adder (FA) digunakan untuk menjumlahkan bilangan biner dengan lebih dari 1 bit. Rangkaian full adder dapat dibentuk dengan menggabungkan dua rangkaian half adder dan sebuah gerbang OR untuk menjumlahkan carry output. Dalam penjumlahan penuh, terdapat aturan kelima yang menyatakan bahwa penjumlahan setengah tidak akan berhasil jika ada carry-in. Oleh karena itu, penjumlahan penuh memiliki tiga input, yaitu A, B, dan C-in, sedangkan outputnya adalah SUM dan Co (carry out).

Tabel Kebenaran

Input			Output
A	B	Cin	SUM	Cout
0	0	0	0	0
0	0	1	1	0
0	1	0	1	0
0	1	1	0	1
1	0	0	1	0
1	0	1	0	1
1	1	0	0	1
1	1	1	1	1

 

Quiz Time!

1. Apa fungsi utama dari serial adder?

2. Bagaimana operasi penjumlahan dilakukan dalam serial adder?

3. Berapa jumlah bit yang dapat ditambahkan dalam serial adder?

4. Apa yang terjadi jika hasil penjumlahan dalam serial adder melampaui jumlah bit yang dapat ditampung?

5. Apa manfaat dari menggunakan serial adder dalam rangkaian elektronik?