Timer IC Unit Operation

[menuju akhir]

 

1. Pendahuluan (kembali)

    Timer IC, khususnya NE555, merupakan salah satu komponen integral dalam perancangan rangkaian elektronik yang memerlukan pengaturan waktu atau osilasi. Diperkenalkan pada tahun 1971 oleh Hans R. Camenzind, IC ini dikenal karena kestabilan dan fleksibilitasnya dalam berbagai konfigurasi operasi, termasuk mode monostable, astable, dan bistable.

    Dalam mode monostable, IC 555 menghasilkan satu pulsa output sebagai respons terhadap sinyal pemicu, yang berguna dalam aplikasi seperti deteksi pulsa hilang dan pengatur waktu. Mode astable memungkinkan IC berfungsi sebagai osilator bebas, menghasilkan gelombang persegi yang digunakan dalam aplikasi seperti PWM dan generator frekuensi. Sementara itu, mode bistable memungkinkan IC berperilaku sebagai flip-flop, mempertahankan keadaan output hingga menerima sinyal pemicu berikutnya.

    Kemampuan IC 555 untuk bekerja dalam rentang tegangan yang luas (4.5V hingga 15V) dan mengendalikan arus hingga 200 mA menjadikannya pilihan utama dalam berbagai aplikasi, mulai dari mainan elektronik hingga sistem kontrol industry.


2. Tujuan (kembali)

- Mengetahui definisi dan fungsi dari Timer IC Unit Operation

- Mengetahui bentuk rangkaian sederhana Timer IC Unit Operation

- Mensimulasikan rangkaian Timer IC Unit Operation pada aplikasi proteus


3. Alat dan Bahan (kembali)

A. ALAT & BAHAN

1. Ptoteus

Proteus adalah perangkat lunak simulasi dan desain rangkaian elektronik yang umum digunakan dalam dunia teknik elektro. Software ini memungkinkan pengguna untuk merancang, menguji, dan memvisualisasikan rangkaian elektronik secara virtual sebelum direalisasikan secara fisik.


2. IC 555 Timer


3. IC NE555 Timer


4. Power Terminals


5. Kapasitor


6. Oscilloscope Instruments


7. LED Yellow


8. DCLOCK Generators


9. Ground



4. Dasar Teori (kembali)

    Monostabil multivibrator merupakan rangkaian elektronik yang hanya memiliki satu keadaan stabil dan satu keadaan tidak stabil. Pada rangkaian ini, keadaan stabil terjadi ketika output berada pada level logika rendah (0 V). Rangkaian ini akan tetap dalam kondisi stabil hingga menerima sebuah sinyal pemicu (trigger) dari luar. Ketika sinyal pemicu diterima, rangkaian akan beralih ke keadaan tidak stabil dengan output berada pada level logika tinggi (5 V) selama interval waktu tertentu. Setelah waktu tersebut berlalu, rangkaian secara otomatis akan kembali ke keadaan stabil. Oleh karena itu, monostabil multivibrator sering disebut sebagai "one-shot timer" karena hanya menghasilkan satu pulsa untuk setiap pemicu yang diterima.

    Pada rangkaian monostabil multivibrator berbasis IC 555, pulsa keluaran bergantung pada lama waktu pengisian kapasitor yang dikontrol oleh kombinasi resistor dan kapasitor dalam rangkaian. Setelah pulsa selesai, output kembali ke keadaan rendah tanpa perlu ada sinyal tambahan, sehingga rangkaian ini sangat cocok untuk aplikasi yang memerlukan respon cepat terhadap pemicu sesaat, seperti deteksi sinyal, timer tunggal, atau pembangkit pulsa tunggal.



    Pada gambar rangkaian di atas konfigurasi IC 555 menunjukkan sebuah rangkaian monostabil dengan input pemicu yang diberikan pada pin 2. Ketika sinyal pemicu diterapkan, output berubah dari rendah ke tinggi selama jangka waktu tertentu, kemudian kembali ke keadaan rendah secara otomatis. Hal ini menunjukkan bahwa pada saat sinyal input berubah dari tinggi ke rendah (falling edge), rangkaian akan menghasilkan keluaran berupa pulsa tunggal. Pulsa ini memiliki durasi yang ditentukan oleh komponen resistor dan kapasitor yang terpasang dalam rangkaian.



    Jika dikaitkan dengan di atas yang menunjukkan astabil multivibrator, perbedaan utamanya adalah pada mekanisme pembangkitan sinyal. Rangkaian astabil bekerja tanpa pemicu dan menghasilkan sinyal gelombang persegi secara berkelanjutan, sedangkan rangkaian monostabil memerlukan sinyal pemicu untuk menghasilkan satu pulsa. Pada astabil multivibrator, output akan terus bergantian antara tinggi dan rendah secara periodik, sedangkan pada monostabil, output hanya berubah tinggi saat ada pemicu dan kembali rendah setelah waktu tertentu.

    Dengan demikian, rangkaian monostabil lebih cocok digunakan pada aplikasi yang membutuhkan respons sekali pakai, seperti timer dan detektor, sedangkan astabil lebih cocok untuk pembangkitan sinyal kontinu seperti osilator atau pembangkit clock. Kedua rangkaian ini memanfaatkan IC 555 dengan konfigurasi yang berbeda untuk mencapai tujuan yang spesifik sesuai kebutuhan fungsionalnya.

 

5. Prinsip Kerja [kembali]

    Rangkaian astabil multivibrator menggunakan IC 555 merupakan osilator yang menghasilkan sinyal gelombang persegi secara terus-menerus tanpa memerlukan pemicu eksternal. Ketika rangkaian dinyalakan, kapasitor mulai mengisi melalui resistor RA dan RB. Saat tegangan pada kapasitor mencapai dua pertiga dari tegangan catu daya (VCC), IC 555 mendeteksi kondisi ini melalui pin threshold (pin 6). Akibatnya, flip-flop internal akan mengubah keadaan output dari tinggi (5 V) menjadi rendah (0 V). Pada saat yang sama, transistor discharge pada pin 7 aktif, sehingga kapasitor mulai mengosongkan muatannya melalui resistor RB. Ketika tegangan pada kapasitor turun hingga sepertiga VCC, flip-flop kembali berubah, output menjadi tinggi, dan proses pengisian ulang kapasitor dimulai. Siklus ini terus berulang, menghasilkan gelombang persegi secara kontinu pada pin output. Oleh karena itu, rangkaian ini bersifat astabil, tidak memiliki keadaan tetap, dan secara otomatis terus berosilasi.

    Berbeda dengan astabil, monostabil multivibrator hanya menghasilkan satu pulsa keluaran ketika menerima pemicu dari luar. Pada kondisi awal yang stabil, output berada pada keadaan rendah (0 V) dan kapasitor dalam keadaan terisi penuh dengan tegangan VCC. Ketika sinyal pemicu diberikan pada pin trigger (pin 2) dengan tegangan yang lebih rendah dari sepertiga VCC, flip-flop internal terpicu sehingga output berubah dari rendah (0 V) menjadi tinggi (5 V). Pada saat ini, kapasitor mulai mengisi melalui resistor RA, dan transistor discharge pada pin 7 berada dalam kondisi off. Tegangan pada kapasitor meningkat hingga mencapai dua pertiga VCC. Setelah mencapai nilai tersebut, IC 555 akan mereset flip-flop, sehingga output kembali ke keadaan rendah, dan transistor discharge aktif kembali, menyebabkan kapasitor mengosongkan muatannya. Output akan tetap rendah hingga ada pemicu berikutnya, sehingga rangkaian ini hanya menghasilkan satu pulsa untuk setiap pemicu yang diterima.

        
6. Example [kembali]

Example 1: Perhitungan Waktu Output 555 Monostable

Soal:

Sebuah rangkaian monostable menggunakan IC 555 dengan nilai R = 100 kΩ dan C = 10 μF. Hitung waktu output aktif (tinggi) ketika tombol pemicu ditekan!

Pembahasan:

Pada mode monostable, waktu aktif output (t) dihitung dengan:

t = 1.1 × R × C

t = 1.1 × 100.000 × 10 × 10⁻⁶

t = 1.1 detik

Jawaban: t = 1.1 detik

Example 2: Frekuensi Output IC 555 Astable

Soal:

IC 555 dirangkai sebagai multivibrator astable dengan nilai RA = 5 kΩ, RB = 10 kΩ, dan C = 1 μF. Hitung frekuensi output rangkaian!

Pembahasan:

Rumus frekuensi output mode astable:

f = 1.44 / ((RA + 2RB) × C)

f = 1.44 / ((5000 + 2×10000) × 10⁻⁶)

f = 1.44 / (25000 × 10⁻⁶)

f = 57.6 Hz

Jawaban: f = 57.6 Hz

Example 3: Duty Cycle IC 555 Astable

Soal:

Gunakan nilai RA = 1 kΩ, RB = 3 kΩ, dan C = 0.1 μF untuk rangkaian astable. Hitung duty cycle (D) dari output sinyal IC 555!

Pembahasan:

Duty cycle:

D = (RA + RB) / (RA + 2RB) × 100%

D = (1 + 3) / (1 + 6) × 100%

D = 4 / 7 × 100% ≈ 57.14%

Jawaban: D ≈ 57.14%


7. Problem [kembali]
a. Problem 1 : Prinsip Kerja Timer IC 555

Sebuah rangkaian astabil menggunakan IC 555 dengan konfigurasi dasar memiliki resistor R1 = 2 kΩ, R2 = 4 kΩ, dan kapasitor C = 10 µF.
  • (a) Hitung frekuensi keluaran dari rangkaian astabil tersebut.
  • (b) Tentukan juga periode gelombang yang dihasilkan.
  • (c) Jelaskan bagaimana perubahan nilai R1 memengaruhi frekuensi dan duty cycle dari rangkaian.
Gunakan rumus frekuensi astabil pada IC 555


b. Problem 2 : Aplikasi Timer IC 555 pada PWM Generator

Anda diminta merancang sebuah Pulse Width Modulation (PWM) generator menggunakan IC 555 untuk mengatur kecepatan motor DC. Jika motor bekerja optimal pada frekuensi 1 kHz, tentukan:

  • (a) Rangkaian dasar yang digunakan beserta skema bloknya.

  • (b) Parameter resistor dan kapasitor yang dibutuhkan untuk menghasilkan frekuensi tersebut.
  • (c) Bagaimana cara mengatur duty cycle PWM agar motor dapat berjalan lebih lambat tanpa mengubah frekuensi?

c. Problem 3 : Analisis Mode Monostabil pada IC 555

IC 555 digunakan dalam mode monostabil untuk menghasilkan pulsa tunggal saat tombol ditekan. Rangkaian tersebut menggunakan resistor R = 10 kΩ dan kapasitor C = 100 µF.
  • (a) Hitung durasi pulsa (lebar pulsa) yang dihasilkan.
  • (b) Jika pulsa yang dihasilkan dirasa terlalu pendek, bagaimana cara memperpanjangnya tanpa mengganti IC?
  • (c) Berikan satu aplikasi praktis dari konfigurasi monostabil pada IC 555 dalam kehidupan sehari-hari.


8. Soal Latihan [kembali]         

Soal 1: Prinsip Dasar RC Low-Pass Filter

Apa yang terjadi pada sinyal keluaran RC Low-Pass Filter jika frekuensi input meningkat jauh di atas frekuensi cut-off?
A. Amplitudo sinyal keluaran meningkat tajam
B. Amplitudo sinyal keluaran mendekati nol
C. Sinyal keluaran tidak terpengaruh dan tetap stabil
D. Fase sinyal keluaran menjadi 0 derajat

Jawaban: B
Pembahasan:
RC Low-Pass Filter hanya melewatkan frekuensi rendah dan meredam frekuensi tinggi. Jika frekuensi input jauh di atas frekuensi cut-off, amplitudo sinyal keluaran akan mendekati nol akibat atenuasi (peredaman) yang tinggi.

Soal 2: Frekuensi Cut-Off pada RC High-Pass Filter

Sebuah RC High-Pass Filter menggunakan resistor R = 1 kΩ dan kapasitor C = 1 µF. Berapakah frekuensi cut-off dari filter tersebut?
A. 159 Hz
B. 1000 Hz
C. 1590 Hz
D. 100 Hz

Jawaban: A
Pembahasan:
Frekuensi cut-off pada RC High-Pass Filter dapat dihitung dengan rumus berikut:

fc = 1 / (2 * π * R * C)

Substitusi nilai:

fc = 1 / (2 * 3.14 * 1000 * 0.000001)

fc = 1 / (6.28 * 0.001)

fc = 1 / 0.00628 ≈ 159 Hz

Jawaban yang benar adalah A. 159 Hz.

Soal 3: Respons Frekuensi pada RC Band-Pass Filter

Sebuah RC Band-Pass Filter dirancang untuk melewatkan frekuensi antara 1 kHz hingga 10 kHz. Apa yang terjadi jika sinyal input berada pada frekuensi 500 Hz?
A. Sinyal akan diteruskan tanpa perubahan
B. Sinyal akan dilemahkan secara signifikan
C. Sinyal akan diperkuat dengan gain tinggi
D. Sinyal akan memiliki amplitudo yang sama dengan input

Jawaban: B
Pembahasan:
RC Band-Pass Filter hanya melewatkan frekuensi dalam rentang yang telah ditentukan (1 kHz - 10 kHz). Jika frekuensi input berada di luar rentang tersebut (misalnya 500 Hz), sinyal akan dilemahkan (atenuasi) secara signifikan, sehingga amplitudonya akan sangat kecil pada keluaran.

                                      

9. Percobaan [kembali]

Fig 13.18

Fig 13.20

10. Download File [kembali]


[menuju awal]

 

Komentar

Posting Komentar

Postingan populer dari blog ini

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA] DAFTAR ISI 1. tujuan 2. Alat dan Bahan 3. Dasar Teori 4. Percobaan 5. Video Penjelasan   6. Download File   1. Tujuan [Kembali] 2. Alat dan Bahan [Kembali] 3. Dasar Teori [Kembali]   4. Percobaan [Kembali] 5. Video Penjelasan [Kembali] 6. Download File [Kembali]
Baca selengkapnya