Multivibrator

Abstact :
Multivibrator is connecting structure of two active device with a output related to one by one input. Multivibrator is a osilator. Base of multivibrator have a 3 kind, astable multivibrator, monostable multivibrator and bistable multivibrator. Astable multivibrator is kind of relaxation oscilator. Oscilator connecting structure use RC network and produce drawer wave in the ouput. Monostable multivibrator is called also one shoot, produce single signal output in the certain timed. Bistable multivibrator : trigger a outside source (externel source).
Keyword : two column multivibrator.

Abstrak :
Multivibrator adalah suatu rangkaian yang terdiri dari dua buah piranti aktif dengan keluaran yang saling berhubungan dengan masukan yang lain. Multivibrator merupakan osilator. Pada dasarnya ada 3 jenis dari multivibrator, yaitu: Astable Multivibrator, Monostable Multivibrator dan Bistable Multivibrator. Astable Multivibrator merupakan jenis osilator relaksasi yang sangat penting. Rangkaian osilator ini menggunakan jaringan RC dan menghasilkan gelombang kotak pada keluarannya. Multivibrator monostable : disebut juga multivibrator one-shoot, menghasilkan pulsa output tunggal pada waktu pengamatan tertentu saat mendapat trigger dari luar. Bisatable Multivibrator : ditrigger oleh sebuah sumber dari luar (external source) pada salah satu dari dua state digital. Ciri khas dari multivibrator ini adalah state-nya tetap bertahan pada nilai tertentu, sampai ada trigger kembali yang mengubah ke nilai yang berlawanan.
Kata Kunci : Multivibrator dua kolom.


1. Pendahuluan
Multivibrator adalah suatu rangkaian yang terdiri dari dua buah piranti aktif dengan keluaran yang saling berhubungan dengan masukan yang lain. Umpan balik positif yang dihasilkan menyebabkan piranti yang satu harus di cut off, sedangkan piranti yang lain dipaksa melakukan penghantaran. Multivibrator dikelompokkan kedalam bistabil, monostabil dan astabil. Rangkaian multivibrator bistabil memiliki ciri-ciri, bahwa rangkaian ini tetap berada pada tingkatan (level) keluaran yang diberikan apabila tidak dikenakan sinyal (trigger) dari luar. Penerapan sinyal dari luar akan menyebabkan perubahan keadaan, dan tingkat keluaran ini akan tetap sampai ada sinyal dari luar berikutnya. Jadi rangkaian bistabil memerlukan dua sinyal sebelum kembali kekeadaan awal. Multivibrator monostabil atau one shot, menghasilkan satu pulsa dengan selang waktu tertentu dalam menanggapi suatu sinyal trigger dari luar. Ini berarti bahwa hanya satu saja keadan stabil. Penerapan trigger mengakibatkan perubahan keadaan kuasi stabil, yang berarti bahwa rangkaian tetap berada pada keadaan kuasistabil pada selang waktu yang ditentukan dan kemudian kembali kekeadaan awal. Akibatnya adalah sinyal trigger internal dibangkitkan yang menghasilkan transisi keadaan stabil. Multivibrator astabil atau free running adalah multivibrator yang memiliki dua keadaan kuasi stabil ( bukan keadaan stabil), dan kondisi rangkaian berosilasi diantaranya. Dalam hal ini tidak diperlukan sinyal trigger luar untuk menghasilkan perubahan keadaan. Karena sifat osilasi diantara dua keadaan ini, rangkaian astabil digunakan untuk menghasilkan gelombang segi empat.

2. Pembahasan
2.1 Multivibrator
Multivibrator merupakan osilator. Sedangkan osilator adalah rangkaian elektronika yang menghasilkan perubahan keadaan pada sinyal output.
Osilator dapat menghasilkan clock / sinyal pewaktuan untuk sistem digital seperti komputer. Osilator juga bisa menghasilkan frekuensi dari pemancar dan penerima radio. Multivibrator adalah suatu rangkaian yang terdiri dari dua buah piranti aktif dengan keluaran yang saling berhubungan dengan masukan yang lain. Umpan balik positif yang dihasilkan menyebabkan piranti yang satu harus di cut off, sedangkan piranti yang lain dipaksa melakukan penghantaran.
Multivibrator dikelompokkan kedalam bistabil, monostabil dan astabil. Rangkaian multivibrator bistabil memiliki ciri-ciri, bahwa rangkaian ini tetap berada pada tingkatan (level) keluaran yang diberikan apabila tidak dikenakan sinyal (trigger) dari luar. Penerapan sinyal dari luar akan menyebabkan perubahan keadaan, dan tingkat keluaran ini akan tetap sampai ada sinyal dari luar berikutnya. Jadi rangkaian bistabil memerlukan dua sinyal sebelum kembali kekeadaan awal.
Multivibrator monostabil atau one shot, menghasilkan satu pulsa dengan selang waktu tertentu dalam menanggapi suatu sinyal trigger dari luar. Ini berarti bahwa hanya satu saja keadan stabil. Penerapan trigger mengakibatkan perubahan keadaan kuasi stabil, yang berarti bahwa rangkaian tetap berada pada keadaan kuasistabil pada selang waktu yang ditentukan dan kemudian kembali kekeadaan awal. Akibatnya adalah sinyal trigger internal dibangkitkan yang menghasilkan transisi keadaan stabil.

Multivibrator astabil atau free running adalah multivibrator yang memiliki dua keadaan kuasi stabil ( bukan keadaan stabil), dan kondisi rangkaian berosilasi diantaranya. Dalam hal ini tidak diperlukan sinyal trigger luar untuk menghasilkan perubahan keadaan. Karena sifat osilasi diantara dua keadaan ini, rangkaian astabil digunakan untuk menghasilkan gelombang segi empat.

Pada dasarnya ada 3 jenis dari multivibrator, yaitu:
1. Astable Multivibrator
2. Monostable Multivibrator
3. Bistable Multivibrator

2.2 Jenis-Jenis Multivibrator
2.2.1 Astable Multivibrator
Multivibrator merupakan jenis osilator relaksasi yang sangat penting. Rangkaian osilator ini menggunakan jaringan RC dan menghasilkan gelombang kotak pada keluarannya.
Astabel multivibrator biasa digunakan pada penerima TV untuk mengontrol berkas elektron pada tabung gambar. Pada komputer rangkaian ini digunakan untuk mengembangkan pulsa waktu.
Astable multivibrator atau disebut freerunning multivibrator adalah mutivibrator yang tidak mempunyai stable state yang permanen. Setiap transistor secara bergantian saturated dan cut off.

Multivibrator difungsikan sebagai piranti pemicu (trigerred device) atau freerunning. Multivibrator pemicu memerlukan isyarat masukan atau pulsa. Keluaran multivibrator dikontrol atau disinkronkan (sincronized) oleh isyarat masukan. Astable multivibrator termasuk jenis free-running.

Sebuah multivibrator terdiri atas dua penguat yang digandeng secara silang. Keluaran penguat yang satu dihubungkan dengan masukan penguat yang lain. Karena masing-masing penguat membalik isyarat masukan, efek dari gabungan ini adalah berupa balikan positif.
Dengan adanya (positif) balikan, osilator akan “regenerative” (selalu mendapatkan tambahan energi) dan menghasilkan keluaran yang kontinyu. Astabil Multivibrator adalah suatu rangkaian yang mempunyai dua state dan yang berosilasi secara kontinu guna menghasilkan bentuk gelombang persegi atau pulsa dioutputnya. Pada multivibrator astabil, outputnya tidak stabil pada setiap state, tapi akan berubah secara kontinudari 0 ke 1 dan dari 1 ke 0. Prinsip ini sama dengan rangkaian osilator dan kondisi ini sering disebut dengan free running.

Operasi dari osilator seperti pada gambar Rangkaian Multivibrator Astabil Schmitt Trigger adalah:

1. Tegangan supply IC dalam keadaan hidup/ ON, sehingga Vkap adalah 0 V dan Vout akan tinggi/ sama dengan tegangan IC ≈5 V.

2. Kapasitor akan mulai mengisi yang sama dengan tegangan Vout.

3. Ketika Vkap menuju tegangan positif (VT+) dari schmitt trigger yaitu sebesar 5 V, maka output
4. Dari Schmitt akan berubah menjadi rendah (≈0 V).

5. Karena Vout ≈ 0 V, maka akan terjadi pengosongan kapasitor terhadap 0 V.

6. Ketika Vka pdrop menuju tegangan negatif (VT-), maka output Schmitt akan kembali menjadi tinggi.

7. Kejadian seperti ini akan terus berulang, dimana saat pengisian tegangan kapasitor menjadi VT+ dan saat pengosongan tegangan kapasitor turun menjadi VT-.

Bentuk gelombang dari Vout dan Vkap dapat dilihat pada gambar dibawah.

Contoh Soal:

a. Buatlah bentuk gelombang dari rangkaian multivibrator astabil Schmitt trigger berdasarkan rangkaian Scmitt Trigger yang mempunyai spesifikasi CMOS 74HC14 (VCC = 5 V).VOH = 5 V,VOL = 0 V VT+ = 2,75 V,VT-= 1,67 V
b. Hitunglah waktu yang dibutuhkan saat pengisian tegangan kapasitor(tHI), pengosongan tegangan kapasitor(tLO), duty cycle dan rekuensi jika R = 10 KΩ dan C = 0,022 μF.

Jawab:
a. Bentuk gelombang darirangkaian Schmitt Trigger Multivibrator Astabil adalah:

b. Untuk mencari tHI adalah:
ΔV = VT+ −VT-
ΔV = 2,75 V −1,67 V = 1,08 V
E = 5 V −1,67 V = 3,33 V tHI= RC ln= (10 KΩ).(0,022 μF) ln= 86,2 μs

Untuk mencari tLO adalah:
ΔV = 2,75 V −1,67 V = 1,08 V
E = 2,75 V −0 V = 2,75 V
tLO= RCln= (10 KΩ).(0,022 μF) ln=110 μs

Untuk mencari duty cycl (perbandingan antara lebar waktu saat kondisi high/tinggi dengan total perioda suatu gelombang) adalah:
D = = = 0,439 = 43,9 %
Untuk mencari frekuensi adalah:
f = = = 5,10 KHz

2.2.2 Monostable Multivibrator
Multivibrator monostable : disebut juga multivibrator one-shoot, menghasilkan pulsa output tunggal pada waktu pengamatan tertentu saat mendapat trigger dari luar.
Monostable multivibrator memiliki satu kondisi stabil sehingga sring juga disebut sebagai multibrator one-shot.
Saat osilator terpicu untuk berubah ke suatu kondisi pengoperasian, maka pada waktu singkat akan kembali ke titik awal pengoperasian.
Konstanta waktu RC menentukan periode waktu perubahan keadaan. Monostable multivibrator termasuk jenis osilator triggered.
Skema rangkaian monostable multivibrator diperlihatkan pada gambar.Rangkaian memiliki dua kondisi yaitu kondisi stabil dan kondisi tak stabil.
Rangkaian akan rileks pada kondisi stabil saat tidak ada pulsa. Kondisi tak stabil diawali dengan pulsa pemicu pada masukan. Setelah selang waktu 2 1 0,7 ´ R C , rangkaian kembali ke kondisi stabil. Rangkaian tidak mengalami perubahan sampai ada pulsa pemicu yang datang pada masukan.
Pada multivibrator monostable, kondisi one-shoot mempunyai satu state stabil, dimana ini terjadi jika clock berada pada negative edge trigger (tergantung jenis IC-nya). Saat mendapat trigger, Q menjadi LOW pada panjang t tertentu (tw), selanjutnya berubah ke nilai sebaliknya (HIGH), hingga bertemu lagi dengan negative edge trigger berikutnya dari clock. Salah satu IC Multivibrator monostable adalah 74121.
Multivibrator monostabil adalah suatu rangkaian yang banyak dipakai untuk membangkitkan pulsa output yang lebarnya dan amplitudonya tetap. Multivibrator monostabil ini dapat dibuat dengan menggunakan komponen-komponen tersendiri atau dapat diperoleh dalam paket terintegrasi.



Cara kerja rangkaian tersebut adalah:

1. Ketika tegangan diberikan, anggaplah bahwa dalam keadaan tinggi, Q = rendah, = tinggidan pada C terjadi pengosongan tegangan, sehingga titik D = tinggi.

2. Jika diberikan pulsa negatif pada, maka Q menjadi tinggi dan = rendah.

3. Tegangan kapasitor akan berubah dengan segera dan titik D akan drop menjadi 0 V.

4. Karena pada titik d = 0 V, maka akan menyebabkan salah satu input pada gerbang 1 menjadi rendah, meskipun di trigger menjadi tinggi. Oleh karena itu Q tetap dalam keadaan tinggi dan = rendah.

5. Beberapa lama kemudian akan terjadi pengisian kapasitor terhadap VCC. Ketika tegangan kapasitor pada titik D menuju level tegangan input (VIH) dari gerbang 1 dalam keadaan tinggi, maka Q akan menjadi rendah dan menjadi tinggi.

6. Rangkaian kembali pada state yang stabil, sampai munculnya sinyal trigger dari. Dan pada kapasitor terjadi lagi pengosongan tegangan ≈ 0 V.

Bentuk gelombang pada gambar menunjukkan karakteristik input/output dari rangkaian dan akan digunakan untuk membangun suatu persamaan untuk menentukan tw.Pada kondisi state stabil( = tinggi), tegangan pada titik D akan sama dengan VCC.



2.2.3 Bistable Multivibrator
Bisatable Multivibrator : ditrigger oleh sebuah sumber dari luar (external source) pada salah satu dari dua state digital. Ciri khas dari multivibrator ini adalah state-nya tetap bertahan pada nilai tertentu, sampai ada trigger kembali yang mengubah ke nilai yang berlawanan. SR Flip-flop adalah contoh multivibrator bistable. Bistable multivibrator mempunyai dua keadaan stabil. Pulsa pemicu masukan akan menyebabkan rangkaian diasumsikan pada salah satu kondisi stabil. Pulsa kedua akan
menyebabkan terjadinya pergeseran ke kondisi stabil lainnya. Multivibraator tipe ini hanya akan berubah keadaan jika diberi pulsa pemicu. Multivibrator ini sering disebut sebagai flip-flop. Ia akan lompat ke satu kondisi (flip) saat dipicu dan bergeser kembali ke kondisi lain (flop) jika dipicu. Rangkaian kemudian menjadi stabil pada suatu kondisi dan tidak akan berubah atau toggle sampai ada perintah dengan diberi pulsa pemicu.

Multivibrator ini disebut juga dengan flip flop atau latch (penahan) yang mempunyai dua state. Flip flop merupakan elemen dasar dari rangkaian logika sekuensial. Output dari flip flop tergantung dari keadaan rangkaian sebelumnya.


Gambar 5 Diagram menunjukkan trigger pulsa 3 buah input.Sesudah pulsa ke tiga outputnya tetap tinggi

Pada dasarnya multivibrator adalah dua amplifier dengan feedback positif dari output amplifier kedua ke input amplifier yang pertama. Multivibrator ini mempunyai dua keadaan stabil.


Gambar 6 Bistable Multivibrator

Keadaan stabil pertama adalah bila Tr1 tidak menghantar, maka Basis Tr2 pasti pada posisi low dan berarti Tr2 menghantar. Keadaan ini stabil sampai ada switching pulse yang mengakibatkan Tr1 menghantar, dengan begitu Tr2 tidak menghantar dan terjadilah keadaan stabil kedua.

2.3 Merancang Multivibrator Digital Dengan Gerbang Logika
Dalam elektronika digital saklar transistor dikembangkan menjadi gelombang-gelombang logika, selanjutnya gelombang logika dikembangkan menjadi berbagai bentuk multivibrator. Ada empat macam multivibrator tiga diantaranya yaitu: astabil, monostabil dan picu Schmitt.
Astabil berfungsi sebagai osilator relaksasi yang dapat digunakan sebagai pembangkit isyarat dan pembangkit Clock. Monostabil mempunyai satu keadaan stabil sehingga dapat digunakan untuk menghasilkan pulsa dengan lebar tertentu oleh adanya transisi logika.
Sedangkan Picu Schmitt berubah keadaan bila isyarat masukan melampaui suatu harga tegangan tertentu. Picu Schmitt tak lain adalah komparator dengan histeresis sehingga dapat digunakan sebagai komparator jendela dengan waktu naik yang cepat serta dapat digunakan sebagai astabil.

2.4 Astable Multivibrator Dari IC 555


Gambar 7 Blok Diagram dari IC 555 dengan komponen eksternal


IC 555 sudah banyak dikenal sebagai suatu IC pewaktu yang general purpose. IC 555 berasal dari tiga buah resistor yang terdapat pada rangkaian tersebut yang masing-masing nilainya adalah 5 KΩ. Resistor ini akan membentuk rantai pembagi tegangan dari VCC ke ground. Ada tegangan sebesar 1/3 VCC pada komparator 1 yang melewati resistor 5 KΩ yang pertama. Dan tegangan 2/3 VCC pada komparator 2 yang melewati resistor 5 KΩ yang kedua. Komparator disini berfungsi untuk menunjukkan tinggi atau rendahnya output berdasarkan perbandingan level tegangan analog pada input. Jika input positif lebih besar dari input negatif maka outputnya akan bernilai tinggi. Sebaliknya jika input positif lebih kecil dari input negatif maka outputnya akan bernilai rendah.

Untuk menentukan Duty Cycle (D) dan frekuensi:
Untuk menentukan tLO
:tLO = 0,693 . RB.C
Untuk menentukan tHI:
tHI = 0,693 . (RA+ RB)C


Contoh Soal:
Tentukan tHI, tLO, untuk rangkaian multivibrator 555 berdasarkan gambar dibawah ini:



Jawab:
a. tLO = 0,693 . RBC
= 0,693 . (10 KΩ) . 680 pF
= 4,71 μs
b. tHI = 0,693 .(RA+ RB)C
= 0,693 . (4,7 KΩ+ 10 KΩ) . 680 pF
= 6,93 μs


2.5 Multivibrator Monostabil Dari IC 555



Gambar Hubungan pin IC pewaktu 555 dengan Multivibrator Monostabil



Gambar Bentuk Gelombang pada masing-masing output/input


2.6 IC MULTIVIBRATOR MONOSTABIL 74121




Gambar Blok Diagram IC 74121

3. Kesimpulan
Multivibrator adalah suatu rangkaian yang terdiri dari dua buah piranti aktif dengan keluaran yang saling berhubungan dengan masukan yang lain. Pada dasarnya ada 3 jenis dari multivibrator, yaitu:
1. Astable Multivibrator
Astable multivibrator atau disebut freerunning multivibrator adalah mutivibrator yang tidak mempunyai stable state yang permanen. Setiap transistor secara bergantian saturated dan cut off.

2. Monostable Multivibrator
Multivibrator monostable : disebut juga multivibrator one-shoot, menghasilkan pulsa output tunggal pada waktu pengamatan tertentu saat mendapat trigger dari luar.

3. Bistable Multivibrator
Bisatable Multivibrator : ditrigger oleh sebuah sumber dari luar (external source) pada salah satu dari dua state digital.


DAFTAR PUSTAKA
·http://ecturer.eepisits.edu/~prima/elektronika%20digital/elektronika_digital2/bahan-ajar/bab5-multivibrator.pdf Tanggal 19 Januari 2008 Jam 11.20
· http://labdasar.ee.itb.ac.id/modul/modul_el2007_2.pdf Tanggal 19 Januari 2008 Jam 12.00