Education, Science, and Technologi Information: Februari 2022

Contoh Kasus Kerusakan Rangkaian Digital

Untuk lebih memperjelas apa yang akan kita bahas pada judul di atas, maka diberikan contoh kasus rangkaian digital di bawah ini.

· Rangkaian pertama adalah rangkaian lampu kedip dengan memori se- perti pada Gambar 5.35.

GC Loveday,1980, 93

Gambar 5.37: Rangkaian Lampu Kedip dengan Memori

Cara kerja rangkaiannya adalah: Rangkaian ini menggunakan IC CMOS sehingga arus yang diambil sangat kecil (efisien). Ada dua ba- gian penting dalam rangkaian ini, yaitu untuk gerbang C dan D bekerja sebagai rangkaian memori satu bit paling sederhana (RS FF). Sedangkan gerbang A dan B bekerja sebagai rangkaian osilator freku- ensi rendah. Jika saklar trip ditekan maka pin 8 mendapat rendah (logik

0) sesaat sehingga pin 10 akan tinggi (logik 1) terus (termemori) sampai saklar clear ditekan maka pin 10 akan rendah. Saat pin 10 tinggi maka rangkaian osilator bekerja sehingga keluaran dari gerbang D akan beru- bah-ubah berbentuk pulsa (bergantian logik 0 dan 1) dan ini dipakai un- tuk mengonkan/mengoffkan transistor secara bergantian, sehingga LED juga berkedip hidup dan mati. Frekuensi rangkaian ini ditentukan oleh besarnya C1 dan R3, makin kecil harga C1 dan R3 maka frekuensinya makin tinggi. Jika rangkaian ini akan dimodifikasi menjadi rangkaian a- larm maka harga C1 atau R3 dirubah ke harga yang lebih kecil {bisa di- coba-coba atau gunakan rumus mencari frekuensi f = 0,7 / (R3.C1) Hz} dan LED diganti dengan speaker.

Sebelum mempelajari kerusakan rangkaian ini maka kita harus lebih dahulu mengetahui logik-logik apa saja yang terdapat pada keluaran masing-masing gerbang saat bekerja normal, yaitu:

Kaki / Pin IC	1	3	4	8	9	10	11	12	13
Kondisi Logik A	1/0	0/1	1/0	1	0	1	0	1	1
Kondisi Logik B	0	1	0	1	1	0	1	0	1

Kondisi logik A adalah keadaan logik setelah saklar trip ditekan sesaat. Kondisi logik B adalah keadaan logic setelah saklar clear ditekan sesaat 1/0 atau 0/1 adalah kondisi pulsa dilihat dengan logik probe.

Untuk beberapa kerusakan di bawah ini akan kita pelajari melalui data yang ada.

a. Kerusakan ke 1: terukur dengan logik probe pada kaki-kaki IC setelah saklar trip ditekan sesaat, sebagai berikut:

Kaki 10	Kaki 1	Kaki 3	Kaki 4
1	0	1	0

Dari data di atas, jelas bahwa rangkaian RS FF tak ada masalah, jadi yang bermasalah adalah rangkaian osilatornya tak bekerja, hanya berfungsi sebagai gerbang-gerbang saja. Jadi komponen yang mem- buat berosilasi ada yang rusak yaitu R3 terbuka atau C1 hubung singkat.

b. Kerusakkan ke 2: terukur dengan logik probe pada kaki-kaki IC setelah saklar trip ditekan sesaat adalah sebagai berikut:

Kaki 10	Kaki 1	Kaki3	Kaki 4	Basis T1
1	1/0	0/1	1/0	0

Dari data di atas, jelas bahwa rangkaian FF dan osilator bekerja de- ngan baik. Jadi tinggal rangkaian akhir sebuah rangkaian pensaklar dengan transistor yang kemungkinannya rusak karena seharusnya kaki basis sama dengan kaki 4 IC. Untuk itu tentunya yang paling dicurigai rusak adalah R4 terbuka atau transistornya rusak basis dan emiternya hubung singkat.

c. Kerusakkan ke 3: LED akan hidup terus tak berkedip setelah saklar trip ditekan sesaat, tetapi jika saklar clear ditekan sesaat maka LED akan mati lagi. Dari data di atas, jelas rangkaian FF bekerja dengan baik, tetapi rangkaian osilatornya tak bekerja hanya sebagai pelewat gerbang-gerbang biasa. Jadi komponen yang rusak adalah C1 terbuka atau R6 terbuka.

Jadi hanya dengan menggunakan sebuah alat logic probe kita sudah dapat menganalisa sebuah rangkaian digital sederhana dari kerjanya sampai saat ada kerusakan pada rangkaian tersebut.

· Rangkaian kedua adalah rangkaian ramp generator seperti pada Gambar 5.38 dibawah ini:

GC Loveday,1980, 100

Gambar 5.38: Rangkaian Ramp Generator

Cara kerja rangkaian ini adalah: generator ramp digital, yang dibangun dari IC 7493 (penghitung 4 bit) dengan ditambah jaringan ladder R-2R. jaringan ini biasa digunakan pada rangkaian DAC. Rangkaian ini meng- gunakan TTL yang menghasilkan output ramp 16 tangga. Osilator ber- dasarkan schmitt trigger menghasilkan pulsa untuk menaikkan penca- cah biner 4-bit (7493). Pencacah ini membagi frekuensi masukan de- ngan 2, 4, 8 dan 16 sehingga bentuk gelombang 16-step akan muncul pada keluaran jaringan ladder R-2R. Osilator menghasilkan sekitar 1KHz sehingga bentuk gelombang tangga dapat mudah diamati.

Bentuk gelombang ramp ini banyak digunakan dalam banyak peralatan dan pengukuran yang biasanya membutuhkan linearitas yang baik. Jadi kondisi normalnya dapat dilihat dengan osiloskop pada masing –masing Tpnya. Dimana TP1 berbentuk pulsa gelombang kotak sebagai pengi- rim pulsa kerangkaian rampnya, sehingga dihasilkan pada keluarannya bentuk tangga 16 step (lihat Gambar 5.38).

Beberapa kerusakan akan kita tinjau di bawah ini:

a. Kerusakan ke 1: didapat frekuensi keluarannya menjadi dua kalinya tapi bentuk tangganya hanya 8 step saja seperti Gambar 5.39.

Gambar 5.39: 8 Step Tangga

Disini terlihat ada satu langkah yang hilang sehingga keluarannya berubah menjadi 8 step saja dengan frekuensi dua kali lipat dari normalnya, yaitu pada step terakhir (kaki 11 7493) tak terhubung, jadi kerusakannya sudah pasti R8 terbuka.

b. Kerusakan ke 2: suatu gelombang kotak muncul pada keluarannya dengan frekuensi sama dengan frekuensi ramp. Jelas selama kelu- aran masih ada walau salah maka IC 74123 maupun 7493 masih bekerja, jadi hanya pada rangkaian diluar IC tersebut. Karena hanya menjadi satu pulsa dalam waktu sama dengan ramp, maka bagian R7 terbuka karena fungsi ladder menjadi tak ada (kaki 8, 9, 12 tak muncul pada keluarannya).

Dari kerusakkan di atas dapat disimpulkan bahwa saat kerusakan R7 maka jumlah step pada keluaran akan berubah tetapi frekuensinya tetap normal, sedangkan untuk kerusakan R8 baik jumlah step maupun frekuensinya berubah.

KESIMPULAN :

· Ada bermacam-macam tipe IC digital, yaitu: RTL, DCTL, DTL, TTL, ECL, CMOS, LOCMOS, PMOS, NMOS, IIL, SSI, MSI dan LSI, yang masing-masingnya mempunyai karakteristik yang berbeda-beda.

· IC digital yang banyak digunakan pada rangkaian secara umum saat ini adalah IC TTL dan CMOS.

· Rangkaian memori pada IC digital (Flip-Flop) dapat digunakan untuk membuat rangkaian counter (penghitung) dan register.

· Peralatan Bantu untuk mencari kerusakan pada rangkaian digital, selain multimeter dan osiloskop biasanya agak khusus, seperti: klip logik, logik probe, pemulsa logik dan penguji IC digital.

· Teknik melacak kerusakan rangkaian digital adalah: lihat dan sentuh, panaskan dan dinginkan, penumpukan IC, pendekatan dengan IC sejenis dan pengukuran yang sangat teliti.

PEMODELAN MATEMATIS SISTEM FISIK

Model Matematis

1. Model Matematis Untuk Sistem Listrik

Contoh 3.1 : Tentukan persamaan dinamis untuk rangkaian listrik R-L-C seri berikut ini:

Jawab : Hukum Fisis : Hukum Kirchoff Persamaan dinamis sistem yang diekspresikan dengan menggunakan persamaan linear diferensial.

Model Matematis Untuk Sistem Mekanis Contoh 3.2 : Tentukan persamaan dinamis untuk sistem gerak mekanik gerobak

Dimana

m : Massa (kg) ,

a : Percepatan ( ) 2 m , s

F : Gaya (N)

Jawab : Hukum Fisis : Hukum Gerak Newton

dengan beberapa asumsi.

Pada saat t < 0 sistem tidak bergerak dan t = 0 gerobak digerakan dengan kecepatan konstan

Input : u t( ) dengan du dt bersifat konstan

Output : y(t) merupakan gerak relatif terhadap tanah Persamaan dinamis sistem yang diekspresikan dengan menggunakan persamaan linear diferensial.

Model Matematis Untuk Sistem Ketinggian Air Contoh 3.3 : Tentukan persamaan dinamis untuk untuk sistem ketinggian air berikut ini:

Jawab : dengan beberapa asumsi

Input : Q(t) - Output : H (t) 2

Semua kondisi awal bernilai nol Persamaan dinamis sistem yang diekspresikan dengan menggunakan persamaan linear diferensial

Untuk tangki 1

Dimana

Sehingga

Untuk Tanki 2

Dimana

Sehingga

Dengan mengeliminasi 1 h diperoleh

Fungsi Alih

Dalam teori kendali, fungsi yang disebut fungsi alih seringkali digunakan untuk mencirikan hubungan masukan dan keluaran dari sistem linier parameter konstan. Konsep fungsi alih ini hanya digunakan pada sistem linier parameter konstan. Fungsi alih sistem linier parameter konstan didefinisikan sebagai perbandingan dari transformasi Laplace keluaran dan transformasi Laplace masukan dengan asumsi semua kondisi awal bernilai nol. Sistem linier parameter konstan dinyatakan dengan persamaan linier diferensial berikut:

Dimana y adalah keluaran sistem dan x adalah masukan sistem. Fungsi alih dari sistem ini diperoleh dengan mencari transformasi Laplace dari kedua persamaan (3.14) dengan asumsi semua kondisi awal bernilai nol.

Rumus

SIMBOL-SIMBOL DAN GAMBAR LISTRIK

Memahami Macam-macam Simbol

Gambar skematik rangkaian adalah peta untuk mendisain, membuat dan mencari kesalahan rangkaian.Pemahaman bagaimana untuk membaca dan mengikuti alur skematik adalah keterampilan sangat penting.

11.1. Macam-macam Simbol Penghubung

Penghubung antara kaki-kaki masing-masing komponen listrik menggunakan sebuah garis seperti ditunjukkan pada table dibawah ini:

Tabel 12.1 Simbol Penghubung

Simbol

Nama Komponen

Arti

Electrical Wire

Penghubung arus listrik

Connected Wires

Percabangan penghubung

Not Connected Wires

Penghubung yang tidak tersambung

11.2. Macam-macam Simbol Resistor

Resistor adalah komponen listrik untuk menahan arus listrik nilai

tegangan terhadap resistansi berbanding dengan arus berdasarkan hukum Ohm. yang mengalir, Berdasarkan hukum Ohm.

Tabel 12.2 Simbol Resistor

Simbol

Nama Komponen

Arti

Resistor (IEEE)

Resistor.

Resistor (IEC)

Potentiometer (IEEE)

Adjustable resistor - 3 terminal.

Potentiometer (IEC)

Variable Resistor / Rheostat(IEEE)

Adjustable resistor - 2 terminal.

Variable Resistor / Rheostat(IEC)

Trimer Resistor

Resistor trimer

Thermist cr

Thermal resistor – resistansi berubah bila temperatur berubah

Photoresistor / Light depende t resistor (LDR)

Photoresistor - resistansi berubah bila cahaya berubah

Macam-macam Simbol Kapasitor

Kapasitor atau sering disebut sebagai kondensator adalah suatu alat

yang dapat menyimpan energi di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kondensator memiliki satuan yang disebut Farad.

Tabel 12.3 Simbol Kapasitor

Simbol

Nama Komponen

Arti

Capacitor

Kapasitor yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik. Itu bekerja sebagai rangkaian hubung pendek bila dialiri arus AC dan terbuka bila dialiri arus DC.

Capacitor

Polarized Capacitor

Kapasitor electrolit

Polarized Capacitor

Variable Capacitor

Kapasitansiyang bias diatur

Macam-macam Simbol Induktor

Induktor atau reaktor adalah sebuah komponen listrik pasif yang dapat menyimpan energi pada medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melintasinya. Kemampuan induktor untuk menyimpan energi magnet ditentukan oleh induktansinya, dalam satuan Henry.

Tabel 12.4 Simbol Induktor

Simbol

Nama Komponen

Arti

Ind ctor

Coil / solenoid yang menghasilkan medan magnet

Iron Core Inductor

Inti besi

Variable Inductor

11.5. Macam-macam Simbol Sakelar dan Relay

Saklar adalah sebuah perangkat yang digunakan untuk menyambung atau pemutus aliran listrik. Relai adalah suatu peranti yang menggunakan elektromagnet untuk mengoperasikan seperangkat kontak saklar.

Tabel 12.5 Simbol Saklar dan Relay

Simbol

Nama Komponen

Arti

SP T Toggle Switch

Memutus arus ketika terbuka

SP T Toggle Switch

Pilihan antara dua hubungan

Pushbutton Switch (N.O)

Tombol - normally open

Pushbutton Switch (N.C)

Tombol - normally cl sed

DIP Switch

DIP switch digunakan untuk konfigurasi pada PCB

SPS T Relay

Relay hubungan terbuka atau tertutup oleh electromagnet

SPS T Relay

Jumper

Hubungan tertutup oleh pin jumper.

Solder Bridge

Solder untuk menutup hubungan

11.6. Macam-macam Simbol Sumber Tegangan

Pencatu Daya (power supply) adalah sebuah piranti listrik yang berguna sebagai sumber daya untuk piranti lain, terutama daya listrik.

Tabel 12.6 Simbol Sumber Tegangan

Simbol

Nama Komponen

Arti

Voltage Source

Pembangkit tegangan

Current Source

Pembangkit arus

AC Voltage Source

Pembangkit tegangan AC

Generator

Tegangan lidtrik yang dibangkitkan oleh putaran mekanis dari generator

Battery Cell

Pembangkit tegangan konstan

Battery

Controlled Voltage Source

Membangkitkan tegangan sebagai fungsi dari tegangan atau arus dari elemen rangkaian lain

Controlled Current Source

Membangkitkan arus sebagai fungsi dari tegangan atau arus dari elemen rangkaian lain

11.7. Macam-macam Simbol Alat Ukur

Alat ukur adalah alat yang digunakan untuk mengukur benda atau kejadian tersebut.Alat ukur listrik adalah untuk mengukur kejadian listrik.

Tabel 12.7 Simbol Alat Ukur

Simbol

Nama Komponen

Arti

Voltmeter

Pengukur tegangan, terhubung paralel.

Ammeter

Pengukur arus, terhubung seri.

Ohmmeter

Pengukur resistansi

Wattmeter

Pengukur daya

11.8. Macam-macam Simbol Lampu

Lampu adalah sebuah peranti yang memproduksi cahaya.Lampu pijar terdiri dari berbagai macam bentuk dan tersedia untuk tegangan (voltase) kerja dari mulai 1,25 volt hingga 300 volt.

Tabel 12.8 Simbol Lampu

Simbol

Nama Komponen

Arti

Lamp / light bulb

Menghasilkan cahaya bila dialiri arus listrik

Lamp / light bulb

11.9. Macam-macam Simbol Antena

Sebuah antena adalah bagian vital dari suatu pemancar atau penerima yang berfungsi untuk menyalurkan sinyal radio ke udara.

Tabel 12.9 Simbol Antena

Simbol

Nama Komponen

Arti

Antenna / aerial

Memancarkan dan menerima gelombang radio

Antenna / aerial

Dipole Antenna

Antena sederhana dua kawat

11.10. Macam-macam Simbol Transistor

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya.Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat.

Tabel 12.10 Simbol Transistor

Simbol

Nama Komponen

Arti

NPN Bipolar Transistor

Melalukan arus listrik bila potensial tinggi pada basis

PNP Bipolar Transistor

Melalukan arus listrik bila potensial rendah pada basis

Darlington Transistor

Dibuat dari 2 transistor bipolar. Mempunyai penguatan total dari masing-masing penguatan.

JFET-N Transistor

Transistor efek medan kanal N

JFET-P Transistor

Transistor efek medan kanal P

NMOS Transistor

Transistor MOSFET kanal N

PMOS Transistor

Transistor MOSFET kanal P

11.11. Macam-macam Simbol Dioda

Diode adalah komponen aktif bersifat semikonduktor, yang memperbolehkan arus listrik mengalir ke satu arah (kondisi panjar maju) dan menghambat arus dari arah sebaliknya (kondisi panjar mundur).

Tabel 12.11 Simbol Dioda

Simbol

Nama Komponen

Arti

Diode

Dioda melalukan arus listrik hanya dalam satu arah(kiri-kanan)

Zener Diode

Melalukan arus listrik dalam satu arah, tetapi juga dapat mengalir pada arah sebaliknya apabila tegangan diatas tegangan breakdown

Schottky Diode

Dioda Schottky adalah sebuah diode dengan drop tegangan rendah

Varactor / Varicap Diode

diode kapasitansi yang berubah-ubah

Light Emitting Diode (LED)

LED menghasilkan cahaya bila dilalui arus listrik

Photodiode

Photodiode akan melalukan arus listrik bila terkena cahaya

11.12. Macam-macam Simbol Gerbang Logika

Gerbang logika atau gerbang logik adalah suatu entitas dalam elektronika dan matematika Boolean yang mengubah satu atau beberapa masukan logik menjadi sebuah sinyal keluaran logik.