PEMBANGKIT SINYAL & FILTER

RAMP GENERATOR

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan bahan

4. Dasar Teori

5. Prinsip Kerja

6. Problem

7. Soal Latihan

8. Percobaan

9. Download File

 

1. Pendahuluan (kembali)

    Ramp generator adalah rangkaian elektronik yang dirancang untuk menghasilkan sinyal ramp, yaitu sinyal dengan perubahan tegangan yang linear terhadap waktu, baik dalam bentuk kenaikan (positif ramp) atau penurunan (negatif ramp). Dalam konteks pembangkit sinyal dan filter, ramp generator memainkan peran penting dalam menghasilkan sinyal yang diperlukan untuk berbagai pengujian dan karakterisasi sistem elektronik, serta untuk aplikasinya dalam filter.

Sinyal ramp adalah bentuk gelombang yang mengalami perubahan tegangan secara linier, baik naik ataupun turun, dalam rentang waktu tertentu. Sinyal ini dapat dianggap sebagai representasi sederhana dari fungsi linear yang penting untuk berbagai aplikasi elektronik, termasuk pengujian sistem, sinyal uji, dan sebagai referensi dalam rangkaian filter.

Ramp generator digunakan untuk menghasilkan sinyal ramp yang berfungsi sebagai sinyal uji dalam berbagai aplikasi elektronika. Dalam banyak sistem, sinyal ramp sangat penting untuk menilai respon sistem terhadap perubahan tegangan yang bersifat linear. Sinyal ramp ini banyak diterapkan pada pengujian osilator, rangkaian penguat, dan perangkat lainnya yang memerlukan sinyal bertahap dalam pengukurannya.

Ramp generator juga digunakan dalam pengujian filter. Dalam hal ini, ramp generator dapat menghasilkan sinyal dengan spektrum frekuensi yang luas, yang berguna untuk menguji karakteristik frekuensi dari filter. Misalnya, dalam aplikasi pengolahan sinyal, sinyal ramp dapat digunakan untuk mengamati bagaimana filter menanggapi perubahan sinyal secara bertahap.

          

2. Tujuan (kembali)

1. Memahami Prinsip Kerja Ramp Generator

2. Mempelajari Pengujian Respons Sistem Elektronik

3. Menggunakan Ramp Generator untuk Pengujian Filter

4. Mengamati Pengaruh Sinyal Ramp pada Sistem Pengukuran

5. Mempelajari Aplikasi Ramp Generator dalam Kalibrasi Sistem

6. Melatih Pengukuran Linearitas dan Kecepatan Respons Rangkaian

7. Menggunakan Ramp Generator dalam Pengujian Perangkat Audio dan Video

3. Alat dan Bahan (kembali)

a. Alat

   1). Oscilloscope 

Gambar Oscilloscope 

 

        Oscilloscope adalah alat ukur elektronika yang berfungsi memproyeksikan bentuk sinyal listrik.

            2). DC Voltmeter 

alat yang digunakan untuk mengukur besar tengangan pada suatu komponen.

           3). Power Supply

    Power Supply atau dalam bahasa Indonesia disebut dengan Catu Daya adalah suatu alat listrik yang dapat menyediakan energi listrik untuk perangkat listrik ataupun elektronika lainnya.

        

        Spesifikasi:

                                                 

b. Komponen

    1). Resistor

        Spesifikasi:

    2). Transistor

        Spesifikasi:

        Konfigurasi pin

:

    3). Dioda

        Spesifikasi:

    4). Relay

        Spesifikasi:

    5). Motor DC

        Spesifikasi:

        Konfigurasi pin:

    6). Kapasitor

       menyimpan energi dalam medan listrik dengan mengumpulkan ketidakseimbangan internal muatan listrik.

    7). Touch Sensor

        Spesifikasi :

• Tegangan kerja: 2v s/d 5.5v (optimal 3v)
• Output high VOH: 0.8VCC (typical)
• Output low VOL: 0.3VCC (max)
• Arus Output Pin Sink (@ VCC 3V, VOL 0.6V): 8mA
• Arus Output pin pull-up (@ VCC=3V, VOH=2.4V): 4mA
• Waktu respon (low power mode): max 220ms
• Waktu respon (touch mode): max 60ms
• Ukuran: 24x24x7.2mm

        Grafik Respon sensor:

    8). Baterai

    Baterai adalah sebuah sumber energi yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi listrik yang dapat digunakan seperti perangkat elektronik.

Pinout dari baterai :

  

4. Dasar Teori (kembali)

    Ramp generator adalah suatu rangkaian elektronik yang menghasilkan sinyal berbentuk ramp atau tegangan yang berubah secara linier terhadap waktu. Sinyal ramp merupakan bentuk gelombang yang meningkat (atau menurun) secara konstan dalam selang waktu tertentu, sehingga sangat berguna dalam berbagai aplikasi, seperti sistem kontrol, pengujian filter, pewaktuan (timing), pemindaian sinyal (scanning), dan simulasi. Karakteristik Sinyal Ramp dibedakan menjadi dua jenis yaitu Positive Ramp, dimana tegangan naik secara linier dari titik awal ke titik maksimum dan Negative Ramp dimana  tegangan turun secara linier dari titik maksimum ke titik minimum.

Rangkaian Ramp generator berdasarkan respon outputnya ada dua macam yaitu ramp-up dan ramp-down seperti gambar di bawah,

Gambar Rangkaian Ramp generator (a) ramp-up dan (b) ramp-down

Untuk membuat respon seperti gambar, maka rangkaian memakai kapasitor dengan menerapkan prinsip kerja kapasitor seperti pada gambar berikut.

(Gambar Prinsip kerja kapasitor)

 dimana,

dengan Q = muatan dalam kapasitor.

(gambar rangkaian Ramp generator)

Gambar rangkaian dan bentuk gelombang tegangan output VO dengan tegangan input sebesar +Vi

5. Prinsip Kerja [kembali]

Prinsip dasar ramp generator adalah mengisi atau mengosongkan kapasitor dengan arus konstan. Karena tegangan pada kapasitor ($V = \frac{1}{C} \int i(t) dt$) meningkat secara linier jika arus tetap, maka proses pengisian ini menghasilkan tegangan output berbentuk ramp. Untuk menghasilkan arus konstan ke kapasitor, biasanya digunakan:

• Transistor

• Op-Amp (Operational Amplifier)

• Current Source

Rangkaian ini diatur agar arus yang masuk ke kapasitor tetap, sehingga tegangan berubah secara linier terhadap waktu.

6. Problem [kembali]

Masalah Umum pada Ramp Generator :

1. Ketidaklinieran Sinyal Ramp

• Salah satu masalah paling umum adalah bentuk gelombang ramp tidak linier atau tidak konstan naik/turunnya.

• Penyebab: arus pengisian kapasitor tidak stabil, atau komponen tidak ideal (nilai resistor/kapasitor berubah karena suhu atau toleransi pabrik).

2. Gangguan dari Ripple atau Noise

• Output ramp bisa terganggu oleh noise atau riak (ripple) yang membuat bentuk gelombangnya tidak bersih.

• Penyebab: gangguan dari sumber daya listrik, penempatan komponen yang buruk, atau sinyal dari lingkungan sekitar.

3. Kesalahan Penyetelan Komponen

• Nilai resistor dan kapasitor yang tidak sesuai dapat menyebabkan slope (kemiringan) ramp terlalu lambat atau terlalu cepat.

• Akibatnya, sinyal tidak sesuai dengan waktu atau frekuensi yang diinginkan.

4. Masalah Reset atau Pengulangan Ramp

• Pada ramp generator yang bersifat periodik (mengulang), sering terjadi masalah saat sinyal harus kembali ke titik awal (reset).

• Penyebab: kesalahan dalam komponen comparator, transistor switch, atau kontrol clock.

5. Pengaruh Suhu pada Komponen

• Perubahan suhu dapat mempengaruhi nilai resistansi dan kapasitansi, sehingga mengubah kemiringan ramp atau kestabilan sinyal.

6. Tegangan Output Tidak Stabil

• Tegangan puncak ramp tidak mencapai level yang diharapkan atau terlalu tinggi/rendah.

• Penyebab: sumber tegangan tidak mencukupi, atau adanya beban yang terlalu besar di output.

7. Keterbatasan Frekuensi Operasi

• Ramp generator memiliki batasan frekuensi, terutama jika dirancang dengan komponen analog. Jika sinyal ramp dihasilkan terlalu cepat, kapasitor mungkin tidak sempat terisi/terdischarge dengan benar.

8. Kesalahan Pengamatan di Osiloskop

• Sinyal ramp tampak tidak jelas atau tidak stabil saat dilihat di osiloskop.

• Penyebab: penyetelan waktu (time base) dan volt/div pada osiloskop yang tidak sesuai, atau grounding tidak baik.

7. Soal Latihan [kembali]   

Sebuah ramp generator menggunakan rangkaian integrator sederhana dengan tegangan input konstan dan sebuah kapasitor 1 µF. Tegangan input konstan sebesar 5 V diberikan melalui resistor 100 kΩ ke kapasitor. Hitung:

1. Laju perubahan tegangan (slope) ramp (dV/dt).

2. Tegangan output setelah 2 detik.

Rumus Dasar

Rangkaian ramp generator biasanya menggunakan prinsip integrasi dari kapasitor:

$$V(t)=\frac{1}{RC}\cdot \int V_{\text{in}}dt$$

Jika $V_{\text{in}}$ adalah konstan, maka tegangan output akan naik secara linier:

$$\frac{dV}{dt} = \frac{V_{\text{in}}}{RC}$$Jawaban:

Diketahui:

• $V_{\text{in}} = 5 \, \text{V}$

• $R = 100 \, \text{k}\Omega = 100 \times 10^3 \, \Omega$

• $C = 1 \, \mu\text{F} = 1 \times 10^{-6} \, \text{F}$

• $t = 2 \, \text{detik}$

Hitung Laju Perubahan Tegangan (Slope):

$$\frac{dV}{dt} = \frac{5}{100 \times 10^3 \times 1 \times 10^{-6}} = \frac{5}{0.1} = 50 \, \text{V/s}$$

Jadi, slope atau kemiringan ramp adalah 50 V/s.

Lalu hitung Tegangan Setelah 2 Detik:

Karena tegangan naik secara linier, maka :

$$V(t)=\left(\frac{dV}{dt}\right)\cdot t=50\cdot 2=100\text{V<span style="font-family: times; font-size: x-large; text-indent: -18pt;"> </span>}$$

8. Percobaan [kembali]

A) Rangkaian Ramp Generator

Prinsip kerja:

    Prinsip yang digunakan adalah prinsip pada kapasitor. Kapasitor bekerja dengan cara menciptakan perbedaan potensial di antara dua konduktor yang sering dinamakan ‘lempengan’ yang dipisahkan oleh materi insulasi yang dinamakan dielektrik, sehingga muatan-muatan yang sama tetapi berlawanan membentuk lempengan-lempengan yang berlawanan, membentuk bidang listrik  disepanjang kapasitor.

    Semakin luas area lempengan, dan semakin kecil celah antara lempengan-lempengan, maka semakin tinggi kapasitansinya. Sebuah kapasitor bisa dialiri dengan cara menghubungkan lempengan-lempengan dengan konduktor lainnya, tetapi dikarenakan voltase tinggi yang bisa lempengan-lempengan itu ciptakan, lempengan-lempengan itu sering dihubungkan dengan materi resistif tinggi untuk alasan keamanan.

Tampilan pada oscilloscope pada saat dijalankan;

B) Rangkaian Aplikasi Ramp Generator

Prinsip kerja:

    Prinsip yang digunakan adalah prinsip pada kapasitor. Kapasitor bekerja dengan cara menciptakan perbedaan potensial di antara dua konduktor yang sering dinamakan ‘lempengan’ yang dipisahkan oleh materi insulasi yang dinamakan dielektrik, sehingga muatan-muatan yang sama tetapi berlawanan membentuk lempengan-lempengan yang berlawanan, membentuk bidang listrik  disepanjang kapasitor.

    Semakin luas area lempengan, dan semakin kecil celah antara lempengan-lempengan, maka semakin tinggi kapasitansinya. Sebuah kapasitor bisa dialiri dengan cara menghubungkan lempengan-lempengan dengan konduktor lainnya, tetapi dikarenakan voltase tinggi yang bisa lempengan-lempengan itu ciptakan, lempengan-lempengan itu sering dihubungkan dengan materi resistif tinggi untuk alasan keamanan. 

    Rangkaian di atas merupakan sebuah rangkaian ramp generator yang di aplikasikan/dipasangkan ke sebuah sensor touch, ketika sensor menerima sentuhan, sehingga menyebabkan logicstate berlogika 1, yaang menandakan ada tegangan input (Vin) sebesar 5V mengalirkan arus ke R1, kemudian masuk ke kaki non inverting dari Amplifier. kemudian menghasilkan tegangan output (Vout) sebesar 11V kemudian tegangan Vout diumpankan ke R4, sehingga arus mengalir ke rangkaian fixed bias/terminal base dari transistor. Sehingga menyebabkan transistornya aktif, transistor aktif ditandai dengan nilai VBE >0,7V, disitu terlihat nilai VBE sebesar 0,76V karna transistornya on maka ada arus mengalir ke R3 lalu ke base lalu ke emitor dan berakhir di ground, ada juga arus dari suplay 15 volt lewat relay masuk ke kaki collector terus ke emitor dan trakhir ke ground, karna relay dapat arus maka switchnya berpindah kekiri, maka arus akan akan mengalir dari batterai dan motor dc akan bergerak.

9. Download File [kembali]

Rangkaian Ramp Generator [Klik Disini]

Rangkaian Aplikasi Ramp Generator [Klik Disini]

Download Datasheet

• Datasheet voltmeter klik disini

• Datasheet transistor klik disini

• Datasheet osiloskop klik disini

• Datasheet dioda klik disini

• Datasheet baterai klik disini

• Datasheet Op- Amp klik disini

• Datasheet resistor klik disini

• Datasheet relay klik disini

• Datasheet motor DC klik disini

• Datesheet touch sensor klik disini