Lilikvengeance

Mikrokontroler Atmel AT89S51 adalah produk pengembangan terbaru dari produsen mikrokontroler Atmel. AT89S51 termasuk dalam keluarga MCS-51, yang pertama kali dibuat oleh Intel pada awal 1980-an. Jenis yang pertama adalah 8051, dimana fitur-fiturnya sebagian besar masih diadaptasi oleh AT89S51. Jenis pertama ini dikembangkan menjadi berpuluh – puluh varian oleh banyak perusahaan seperti Philips, Dallas, Atmel, maupun Intel sendiri. Mikrokontroler AT89S51 dibuat pada akhir 2003 dan merupakan pengembangan dari AT89C51. Perbedaan utama adalah cara mengisikan program dalam IC. AT89C51 menggunakan metoda transfer paralel, sedangkan AT89S51 menggunakan metoda serial ISP (In System Programmable). Penggunaan ISP ini sangat menguntungkan karena bisa mempercepat pembuatan aplikasi program, dimana IC mikrokontroler tidak perlu dicabut dari rangkaian sewaktu proses pemrograman.

Fitur-fitur utama dari mikrokontroler AT89S51 adalah:

1. 4 KB Internal Flash ROM yang bisa diprogram menggunakan ISP.
2. 128 byte internal RAM.
3. maksimum 32 pin I/O yang bisa deprogram.
4. 2 buah timer / counter 16-bit.
5. 6 buah sumber interupsi.
6. komunikasi serial asinkron.
7. 3 level pelindung memori (memory lock).
8. watchdog ( penjaga dari kesalahan yang tidak terduga, dengan cara mereset lagi mikronya secara otomatis ).

Untuk membuat aplikasi minimum AT89S51 hanya diperlukan sebuah IC AT89S51, kristal, dan dua buah kapasitor 30pF. Selain itu diperlukan alat untukmen-download program yang telah dibuat ke dalam IC.

1.1 Arsitektur Dan Blok Diagram Mikrokontroler AT89S51

Mikrokontroler AT89S51 terdiri dari sebuah Central Processing Unit (CPU), dua jenis memori data Random Acces  Memory (RAM) dan memori program Read Only Memory (ROM), port input / output dengan programmable pin secara independent, dan register – register mode, status internal dan counter, serial communication serta logika random yang diperlukan oleh berbagai fungsi pheriperal. Masing – masing bagian saling berhubungan satu dengan yang lainnya lewat kabel data bus 8 bit. Bus ini di buffer
melalui port I/O bila diperlukan perluasan memori atau sebagian perangkat I/O.

1.2 Konfigurasi Pin AT89S51

Konfigurasi pin mikrokontroler AT89S51 digolongkan menjadi pin sumber tegangan, pin osilator, pin I/O dan pin untuk proses interupsi luar. Gambar konfigurasi pin – pinnya dapat dilihat dalam Gambar dibawah ini

Fungsi dari tiap-tiap pin adalah sebagai berikut:

1. Pena 1–8 : Port 1 (P1.0 – P1.7), merupakan port paralel 8 bit dua arah (bidirectional). Port ini bekerja baik untuk operasi bit maupun byte, tergantung dari pengaturan software.

2. Pin 9 : Reset, merupakan pin input yang aktif tinggi, jika pin ini aktif tinggi selama dua siklus mesin, maka ketika osilator bekerja akan mereset peralatan.

3. Pin 10-17 : Port 3 (P3.0 – P3.7): adalah port paralel 8 bit 2 arah yang juga memiliki fungsi khusus atau fungsi pengganti sebagai berikut:

RXD (P3.0) : Masukan penerima data serial.
TXD (P3.1) : Keluaran pengirim data serial.
INT0 (P3.2) : Masukan interupsi 2
INT1 (P3.3) : Masukan interupsi 1
T0 (P3.4) : Masukan dari pewaktu/pencacah 0
T1 (P3.5) : Masukan dari pewaktu/pencacah 1
WR (P3.6) : Sinyal penulisan memori data luar
RD (P3.7) : Sinyal p embaca memori data

4. Pin 18 : XTAL 1, adalah pin masukan ke rangkaian osilator internal. Sebuah osilator kristal atau sumber osilator eksternal dapat digunakan.

5. Pin 19 : XTAL 2, adalah pin keluaran ke rangkaian osilator internal. Pin ini dipakai bila menggunakan osilator kristal.

6. Pin 20 (Ground) : Dihubungkan ke Vss atau GND.

7. Pin 21-28 : Port 2 (P2.0 – P2.7), adalah port paralel 8 bit 2 arah (Bidirectional). Port 2 ini mengirimkan byte alamat bila dilakukan pengaksesan memori ekternal.

8. Pin 29 : Pin PSEN (Program Strobe Enable), yang merupakan sinyal pengontrol yang memperbolehkan program memori eksternal masuk ke dalam bus selama proses (pengambilan instruksi).

9. Pin 30 : ALE (Address Latch Enable), digunakan untuk menahan alamat memori eksternal selama pelaksanaan instruksi.

10. Pin 31 : EA, pin EA harus di hold rendah secara eksternal atau dihubungkan ke ground agar AT89C51 dapat mengakses kode mesin dari program memori eksternal.

11. Pin 32-39 : Port 0 (P0.0 – P0.7), port 0 adalah merupakan port paralel 8 bit dua arah. Port ini digunakan sebagai multipleks bus alamat rendah dan bus data selama pengaksesan ke memori eksternal.

12. Pin 40 : Vcc, dihubungkan dengan sumber tegangan +5V.

Mengupas sedikit tentang ADC 0804 yang pernah gua pelajari dikuliah piranti mikroelektronika, Karena sistem mikroprosesor hanya dapat mengolah data dalam bentuk digital maka  segala sesuatu yang akan diolah oleh mikroprosesor harus diubah dulu ke dalam bentuk digital.

Fungsi dasar dari pengubah analog ke digital adalah mengubah tegangan analog ke dalam bentuk biner, sehingga dapat diolah oleh mikroprosesor. Tegangan analog yang merupakan masukan ADC dapat berasal dari tranduser atau sumber tegangan lain, tranduser inilah yang mengubah besaran kontinyu seperti suhu, tekanan, kecepatan atau putaran menjadi tegangan listrik. Tegangan listrik ini disebut tegangan analog dan tegangan analog inilah yang diubah oleh ADC menjadi bentuk digital yang sebanding dengan besaran analog. Kode biner hasil konversi ini diolah oleh mikroprosesor lewat data busnya.

Analog to Digital Converter (ADC) adalah sebuah piranti yang dirancang untuk mengubah sinyal-sinyal analog menjadi bentuk sinyal digital. IC ADC 0804 dianggap dapat memenuhi kebutuhan dari rangkaian yang akan dibuat. IC jenis ini bekerja secara cermat dengan menambahkan sedikit komponen sesuai dengan spesifikasi yang harus diberikan dan dapat mengkonversikan secara cepat suatu masukan tegangan. Hal-hal yang juga perlu diperhatikan dalam penggunaan ADC ini adalah tegangan maksimum yang dapat dikonversikan oleh ADC dari rangkaian pengkondisi sinyal, resolusi, pewaktu eksternal ADC, tipe keluaran, ketepatan dan waktu konversinya. Ada banyak cara yang dapat digunakan untuk mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital yang nilainya proposional. Jenis ADC yang biasa digunakan dalam perancangan adalah jenis Successive Approximation Convertion (SAR) atau pendekatan bertingkat yang memiliki waktu konversi jauh lebih singkat dan tidak tergantung pada nilai masukan analognya atau sinyal yang akan diubah.

SPESIFIKASI

∙ Mudah di interfacekan dengan semua mikroprosesor

∙ Tidak memerlukan adjust untuk full scale atau zero

∙ Multiplexer 8 kanal dengan selektor logika

∙ Range input 0-5 volt dengan supply 5 volt

∙ Resolusi 8 bit

∙ Error +/- ½ LSB dan ½ MSB

∙ Konsumsi daya 15 mW

∙ Waktu konversi 100 us

KONSEP UMUM

Resolusi

Resolusi pada konverter menunjukkan nomer dari nilai diskrit yang dapat menghasilkan berbagai nilai analog. Nilai nilai tersebut disimpan secara elektronis dalam bentuk biner, sehingga resolusi biasanya dinyatakan dalam bit.

Q = Vref / 2n-1

Dimana :

Q= resolusi dalam volt per step

Vref =tegangan referensi

n= jumlah bit

contoh:

sebuah ADC 8 bit mempunyai tegangan referensi sebesar 5 volt, berapa resolusi per stepnya?

Jawab : Q= vref/256-1=5/255=0.00196 Volt

Metode konversi

succesive aproximation ADC, menggunakan comparator untuk menolak kisaran tegangan. Sucessive aproximation bekerja secara terus-menerus membandingkan tegangan input dengan output pada internal digital to analog converter sampai pendekatan yang terbaik tercapai. Pada setiap step proses ini, nilai biner dari perkiraan disimpan dalam register Succesive Aproximation Register ( SAR ). Register SAR menggunakan tegangan referensi sebagai pembanding. Sebagai contoh, jika tegangan input adalah 60 V dan tegangan referensi adalah 100 V, pada clock pertama 60 V dibandingkan dengan 50 V ( tegangan referensi dibagi 2 ), dan tegangan pada comparator adalah positif atau ”1” ( karena 60 V lebih besar dari 50 V ). Karenanya digit pertama biner ( MSB ) diset ke ”1”.  Pada saat clock kedua tegangan input dibandingkan dengan 75 V ( didapatkan dari tengah-tengah antara 100 V dengan 50 V ), karena 60 V lebih kecil dari 75 V, keluaran dari comparator sekarang bernilai negatif atau ”0”. Digit biner kedua diset ”0”. Pada clock ketiga, tegangan input di bandingkan dengan 62.5 V ( tengah-tengah antara 75 V dengan 50 V ). Output dari comparator bernilai negatif atau ”0” ( karena 60 V lebih kecil dari 62.5 V ), sehingga digit biner ketiga diset ke ”0”. Pada clock keempat menghasilkan digit ke empat biner menjadi ”1” ( 60 V lebih besar dari 56.25 V ). Hasil dari proses ini akan menghasilkan bentuk biner 1001.

Keterangan pin :

Vin (-)                      : masukan analog negatif

Vin(+)                      : masukan analog positif

A-GND                    : analog ground

Vref/2                      : setengah tegangan referensi untuk skala penuh

Clk R dan Clk IN   : untuk mengatur besarnya clock eksternal

WR                          : sinyal kontrol untuk memulai konversi

RD                           : sinyal kontrol untuk mengambil data

CS                            : sinyal untuk mengaktifkan komponen

INTR                       : status untuk mengetahui bahwa konversi telah selwsai

DB0-DB7                : data 8 bit

VCC dan D-GND   :tegangan catu daya

CARA KERJA ADC 0808

Pertama-tama chip select ( CS ) diaktifkan dahulu dengan cara memberikan logika nol, apabila ADC yang dipakai hanya satu maka cukup hubungkan saja kaki CS ke ground, sehingga ADC akan selalu dalam keadaan aktif. Kemudian Start of Conversion ( SOC ) dilakukan dengan mememberi logika HIGH-LOW-HIGH pada kaki WR. Setelah menerima kondisi tersebut, ADC 0804 mulai melakukan konversi yang memerlukan waktu sekitar 64 periode sinyal denyut pada kaki clock. Setelah proses konversi selesai , ADC akan memberikan logika nol pada kaki INTR yang akan menginterupsi mikrokontroller, sehingga mikrokontroller tahu bahwa proses konversi telah selesai. Berikutnya mikrokontroller mulai mengambil data hasil konversi yang telah selesai, untuk mengambil data mikrokontroller harus meberikan logika nol terlebih dulu pada kaki RD. setelah logika nol diterima oleh kaki RD, akan mengakibatkan penyangga ( tristate buffer ) pada DB0…..DB7 “membuka”, sehingga data hasil konversi bisa diambil oleh mikrokontroller.

Contoh Aplikasi:

Penjelasan rangkaian

Dalam rangkaian, ADC0804 menunggu perintah dari AT89C51 untuk mulai melakukan konversi tegangan analog, perintah ini berupa perubahan tegangan dari ‘1’ menjadi ‘0’ pada WR* (kaki 3 ADC0809). Hal ini dilakukan dengan instruksi MOVX @R0,A, yakni perintah menuliskan data ke memori-data eksternal yang di-sinkron-kan dengan sinyal WR* (kaki 16 AT89C51) menjadi ‘0’ sesaat.

Setelah menerima perintah tersebut, ADC0804 mulai melakukan konversi yang memerlukan waktu sekitar 64 periode sinyal denyut pada kaki CLK (kaki 4 ADC0804). Selesai konversi, ADC0804 me-‘nol’-kan INTR* (kaki 5 ADC0804), sinyal ini diterima AT89C51 lewat INT0* (kaki 12 AT89C51). AT89C51 menunggu sinyal INTR* dari ADC0804 dengan instruksi JB INT0,$.

Berikutnya AT89C51 mengambil data hasil konversi ADC0904 dengan intruksi MOVX A,@R0. Instruksi ini merupakan instruksi untuk mengambil data dari memori-data ekternal, dalam melaksanakan instruksi ini MCS51 membuat RD* (kaki 17 AT89C51) sesaat menjadi ‘0’, sinyal ini diterima ADC0804 lewat kaki 2 yang mengakibatkan penyangga (tristate buffer) pada DB0 .. DB7 (kaki 18 sampai 11 ADC0804) mem-‘buka’, sehingga data hasil konversi ADC0804 bisa diambil AT89C51 lewat P0.0 .. P0.7.

Dalam pembahasan di atas, R0 hanya sekedar dipinjam untuk melaksanakan instruksi-instruksi memori-data ekternal, MOVX A,@R0 maupun MOVX @R0,A, nilai dari R0 tidak berpengaruh, mengingat dalam rangkaian Gambar 2 pada saluran-data hanya dipasang ADC0804 saja, tidak ada peralatan digital lainnya.

Program pendek untuk melakukan hal hal tersebut di atas, dengan demikian bisa dituliskan sebagai berikut :

01: ReadADC0804:

02: MOVX @R0,A

03: JB   INT0,*

04: MOVX A,@R0

05: RET

wis sekian..

Sudah menjadi suatu hal yang lumrah jika seseorang selalu mencari sesuatu yang lebih baik. Tak terkecuali di bidang rancang bangun penguat amplifier, perancang, peminat atau insinyur elektronika tak pernah berhenti mencari berbagai macam konsep yang lebih baik. Ada beberapa jenis penguat audio yang dikategorikan antara lain sebagai penguat class A, B, AB, C, D, T, G, H dan beberapa tipe lainnya yang belum disebut di sini. Tulisan berikut membahas secara singkat apa yang menjadi ciri dan konsep dari sistem power amplifier (PA) tersebut. Fidelitas dan Efisiensi Penguat audio (amplifier) secara harfiah diartikan dengan memperbesar dan menguatkan sinyal input. Tetapi yang sebenarnya terjadi adalah, sinyal input di-replika (copied)  dan kemudian di reka kembali (re-produced) menjadi sinyal yang lebih besar dan lebih kuat. Dari sinilah muncul istilah fidelitas (fidelity) yang berarti seberapa mirip bentuk sinyal keluaran hasil replika terhadap sinyal masukan. Ada kalanya sinyal input dalam prosesnya kemudian terdistorsi karena berbagai sebab, sehingga bentuk sinyal keluarannya menjadi cacat. Sistem penguat dikatakan memiliki fidelitas yang tinggi (high fidelity), jika sistem tersebut mampu menghasilkan sinyal keluaran yang bentuknya persis sama dengan sinyal input. Hanya level tegangan atau amplituda saja yang telah diperbesar dan dikuatkan. Di sisi lain, efisiensi juga mesti diperhatikan. Efisiensi yang dimaksud adalah efisiensi dari penguat itu yang dinyatakan dengan besaran persentasi dari power output dibandingkan dengan power input. Sistem penguat dikatakan memiliki tingkat efisiensi tinggi (100 %) jika tidak ada rugi-rugi pada proses penguatannya yang terbuang menjadi panas. PA kelas A Contoh dari penguat class A adalah adalah rangkaian dasar common emiter (CE) transistor. Penguat tipe kelas A dibuat dengan mengatur arus bias yang sesuai di titik tertentu yang ada pada garis bebannya. Sedemikian rupa sehingga titik Q ini berada tepat di tengah garis beban kurva VCE-IC dari rangkaian penguat tersebut dan sebut saja titik ini titik A. Gambar berikut adalah contoh rangkaian common emitor dengan transistor NPN Q1. gambar 1 : rangkaian dasar kelas A Garis beban pada penguat ini ditentukan oleh resistor Rc dan Re dari rumus VCC = VCE + IcRc + IeRe. Jika Ie = Ic maka dapat disederhanakan menjadi VCC = VCE + Ic (Rc+Re). Selanjutnya pembaca dapat menggambar garis beban rangkaian ini dari rumus tersebut. Sedangkan resistor Ra dan Rb dipasang untuk menentukan arus bias. Pembaca dapat menentukan sendiri besar resistor-resistor pada rangkaian tersebut dengan pertama menetapkan berapa besar arus Ib yang memotong titik Q. gambar 2 : Garis beban dan titik Q kelas A Besar arus Ib biasanya tercantum pada datasheet transistor yang digunakan. Besar penguatan sinyal AC dapat dihitung dengan teori analisa rangkaian sinyal AC. Analisa rangkaian AC adalah dengan menghubung singkat setiap komponen kapasitor C dan secara imajiner menyambungkan VCC ke ground. Dengan  cara  ini rangkaian gambar-1dapat dirangkai menjadi seperti gambar-3. Resistor Ra dan Rc dihubungkan ke ground dan semua kapasitor dihubung singkat. gambar 3 : rangkaian imajimer analisa ac kelas A Dengan adanya kapasitor Ce, nilai Re pada analisa sinyal AC menjadi tidak berarti. Pembaca dapat mencari lebih lanjut literatur yang membahas penguatan transistor untuk mengetahui bagaimana perhitungan nilai penguatan transistor secara detail.  Penguatan didefenisikan dengan Vout/Vin = rc / re`, dimana rc adalah resistansi Rc paralel dengan beban RL (pada penguat akhir, RL adalah speaker 8 Ohm) dan re` adalah resistansi penguatan transitor. Nilai re` dapat dihitung dari rumus re` = hfe/hie yang datanya juga ada di datasheet transistor.  Gambar-4 menunjukkan ilustrasi penguatan sinyal input serta proyeksinya menjadi sinyal output terhadap garis kurva x-y rumus penguatan vout = (rc/re) Vin. gambar 4 : kurva penguatan kelas A Ciri khas dari penguat kelas A, seluruh sinyal keluarannya bekerja pada daerah aktif. Penguat tipe class A disebut sebagai penguat yang memiliki tingkat fidelitas yang tinggi. Asalkan sinyal masih bekerja di daerah aktif, bentuk sinyal keluarannya akan sama persis dengan sinyal input. Namun penguat kelas A ini memiliki efisiensi yang rendah kira-kira hanya 25% – 50%. Ini tidak lain karena titik Q yang ada pada titik A, sehingga walaupun tidak ada sinyal input (atau ketika sinyal input = 0 Vac) transistor tetap bekerja pada daerah aktif dengan arus bias konstan. Transistor selalu aktif (ON) sehingga sebagian besar dari sumber catu daya terbuang menjadi panas. Karena ini juga transistor penguat kelas A perlu ditambah dengan pendingin ekstra seperti heatsink yang lebih besar.

PA kelas B

Panas yang berlebih menjadi masalah tersendiri pada penguat kelas A. Maka dibuatlah penguat kelas B dengan titik Q yang digeser ke titik B (pada gambar-5). Titik B adalah satu titik pada garis beban dimana titik ini berpotongan dengan garis arus I_b = 0. Karena letak titik yang demikian, maka transistor hanya bekerja aktif pada satu bagian phase gelombang saja. Oleh sebab itu penguat kelas B selalu dibuat dengan 2 buah transistor Q1 (NPN) dan Q2 (PNP).

gambar 5 : titik Q penguat A, AB dan B

Karena kedua transistor ini bekerja bergantian, maka penguat kelas B sering dinamakan sebagai penguat Push-Pull. Rangkaian dasar PA kelas B adalah seperti pada gambar-6. Jika sinyalnya berupa gelombang sinus, maka transistor Q1 aktif pada 50 % siklus pertama (phase positif 0^o-180^o) dan selanjutnya giliran transistor Q2 aktif pada siklus 50 % berikutnya (phase negatif 180^o – 360^o). Penguat kelas B lebih efisien dibanding dengan kelas A, sebab jika tidak ada sinyal input ( v_in = 0 volt) maka arus bias I_b juga = 0 dan praktis membuat kedua trasistor dalam keadaan OFF.

gambar 6 : rangkaian dasar penguat kelas B

Efisiensi penguat kelas B kira-kira sebesar 75%. Namun bukan berarti masalah sudah selesai, sebab transistor memiliki ke-tidak ideal-an. Pada kenyataanya ada tegangan jepit Vbe kira-kira sebesar 0.7 volt yang menyebabkan transistor masih dalam keadaan OFF walaupun arus Ib telah lebih besar beberapa mA dari 0. Ini yang menyebabkan masalah cross-over pada saat transisi dari transistor Q1 menjadi transistor Q2 yang bergantian menjadi aktif. Gambar-7 menunjukkan masalah cross-over ini yang penyebabnya adalah adanya dead zone transistor Q1 dan Q2 pada saat transisi. Pada penguat akhir, salah satu cara mengatasi masalah cross-over adalah dengan menambah filter cross-over (filter pasif L dan C) pada masukan speaker.

gambar 7 : kurva penguatan kelas B

PA Kelas AB

Cara lain untuk mengatasi cross-over adalah dengan menggeser sedikit titik Q pada garis beban dari titik B ke titik AB (gambar-5). Ini tujuannya tidak lain adalah agar pada saat transisi sinyal dari phase positif ke phase negatif dan sebaliknya, terjadi overlap diantara transistor Q1 dan Q2. Pada saat itu, transistor Q1 masih aktif sementara transistor Q2 mulai aktif dan demikian juga pada phase sebaliknya. Penguat kelas AB merupakan kompromi antara efesiensi (sekitar 50% – 75%) dengan mempertahankan fidelitas sinyal keluaran.

gambar 8 : overlaping sinyal keluaran penguat kelas AB

Ada beberapa teknik yang sering dipakai untuk menggeser titik Q sedikit di atas daerah cut-off.  Salah satu contohnya adalah seperti gambar-9 berikut ini. Resistor R₂ di sini berfungsi untuk memberi tegangan jepit antara base transistor Q1 dan Q2. Pembaca dapat menentukan berapa nilai R2 ini untuk memberikan arus bias tertentu bagi kedua transistor. Tegangan jepit pada R2 dihitung dari pembagi tegangan R₁, R₂ dan R₃ dengan rumus V_R2 = (2V_CC) R₂/(R₁+R₂+R₃). Lalu tentukan arus base dan lihat relasinya dengan arus Ic dan Ie sehingga dapat dihitung relasiny dengan tegangan jepit R2 dari rumus V_R2 = 2×0.7 + I_e(R_e1 + R_e2). Penguat kelas AB ternyata punya masalah dengan teknik ini, sebab akan terjadi peng-gemukan sinyal pada kedua transistornya aktif ketika saat transisi. Masalah ini disebut dengan gumming.

gambar 9 : rangkaian dasar penguat kelas AB

Untuk menghindari masalah gumming ini, ternyata sang insinyur (yang mungkin saja bukan seorang insinyur) tidak kehilangan akal. Maka dibuatlah teknik yang hanya mengaktifkan salah satu transistor saja pada saat transisi. Caranya adalah dengan membuat salah satu transistornya bekerja pada kelas AB dan satu lainnya bekerja pada kelas B. Teknik ini bisa dengan memberi bias konstan pada salah satu transistornya yang bekerja pada kelas AB (biasanya selalu yang PNP). Caranya dengan menganjal base transistor tersebut menggunakan deretan dioda atau susunan satu transistor aktif. Maka kadang penguat seperti ini disebut juga dengan penguat kelas AB plus B atau bisa saja diklaim sebagai kelas AB saja atau kelas B karena dasarnya adalah PA kelas B. Penyebutan ini tergantung dari bagaimana produk amplifier anda mau diiklankan. Karena penguat kelas AB terlanjur memiliki konotasi lebih baik dari kelas A dan B. Namun yang penting adalah dengan teknik-teknik ini tujuan untuk mendapatkan efisiensi dan fidelitas yang lebih baik dapat terpenuhi.

PA kelas C

Kalau penguat kelas B perlu 2 transistor untuk bekerja dengan baik, maka ada penguat yang disebut kelas C yang hanya perlu 1 transistor. Ada beberapa aplikasi yang memang hanya memerlukan 1 phase  positif saja. Contohnya adalah pendeteksi dan penguat frekuensi pilot, rangkaian penguat tuner RF dan sebagainya. Transistor penguat kelas C bekerja aktif hanya pada phase positif saja, bahkan jika perlu cukup sempit hanya pada puncak-puncaknya saja dikuatkan. Sisa sinyalnya bisa direplika oleh rangkaian resonansi L dan C. Tipikal dari rangkaian penguat kelas C adalah seperti pada rangkaian berikut ini.

gambar 10 : rangkaian dasar penguat kelas C

Rangkaian ini juga tidak perlu dibuatkan bias, karena transistor memang sengaja dibuat bekerja pada daerah saturasi. Rangkaian L C pada rangkaian tersebut akan ber-resonansi dan ikut berperan penting dalam me-replika kembali sinyal input menjadi sinyal output dengan frekuensi yang sama. Rangkaian ini jika diberi umpanbalik dapat menjadi rangkaian osilator RF yang sering digunakan pada pemancar. Penguat kelas C memiliki efisiensi yang tinggi bahkan sampai 100%, namun tingkat fidelitasnya memang lebih rendah. Tetapi sebenarnya fidelitas yang tinggi bukan menjadi tujuan dari penguat jenis ini.

PA kelas D

Penguat kelas D menggunakan teknik PWM (pulse width modulation), dimana lebar dari pulsa ini proporsioal terhadap amplituda sinyal input. Pada tingkat akhir, sinyal PWM men-drive transistor switching ON dan OFF sesuai dengan lebar pulsanya. Transistor switching yang digunakan biasanya adalah transistor jenis FET. Konsep penguat kelas D ditunjukkan pada gambar-11. Teknik sampling pada sistem penguat kelas D memerlukan sebuah generator gelombang segitiga dan komparator untuk menghasilkan sinyal PWM yang proporsional terhadap amplituda sinyal input. Pola sinyal PWM hasil dari teknik sampling ini seperti digambarkan pada gambar-12. Paling akhir diperlukan filter untuk meningkatkan fidelitas.

gambar 11 : konsep penguat kelas D

gambar 12 : ilustrasi modulasi PWM penguat kelas D

Beberapa produsen pembuat PA meng-klaim penguat kelas D produksinya sebagai penguat digital. Secara kebetulan notasi D dapat diartikan menjadi Digital. Sebenarnya bukanlah persis demikian, sebab proses digital mestinya mengandung proses manipulasi sederetan bit-bit yang pada akhirnya ada proses konversi digital ke analog (DAC) atau ke PWM. Kalaupun mau disebut digital, penguat kelas D adalah penguat digital 1 bit (on atau off saja).

PA kelas E

Penguat kelas E pertama kali dipublikasikan oleh pasangan ayah dan anak Nathan D dan Alan D Sokal tahun 1972. Dengan struktur yang mirip seperti penguat kelas C, penguat kelas E memerlukan rangkaian resonansi L/C dengan transistor yang hanya bekerja kurang dari setengah duty cycle. Bedanya, transistor kelas C bekerja di daerah aktif (linier). Sedangkan pada penguat kelas E, transistor bekerja sebagai switching transistor seperti pada penguat kelas D. Biasanya transistor yang digunakan adalah transistor jenis FET. Karena menggunakan transistor jenis FET (MOSFET/CMOS), penguat ini menjadi efisien dan cocok untuk aplikasi yang memerlukan drive arus yang besar namun dengan arus input yang sangat kecil. Bahkan dengan level arus dan tegangan logik pun sudah bisa membuat transitor switching tersebut  bekerja. Karena dikenal efisien dan dapat dibuat dalam satu chip IC serta dengan disipasi panas yang relatif kecil, penguat kelas E banyak diaplikasikan pada peralatan transmisi mobile semisal telepon genggam. Di sini antena adalah bagian dari rangkaian resonansinya.

PA kelas T

Penguat kelas T bisa jadi disebut sebagai penguat digital. Tripath Technology membuat desain digital amplifier dengan metode yang mereka namakan Digital Power Processing (DPP). Mungkin terinspirasi  dari PA kelas D, rangkaian akhirnya menggunakan konsep modulasi PWM dengan switching transistor serta filter. Pada penguat kelas D, proses dibelakangnnya adalah proses analog. Sedangkan pada penguat kelas T, proses sebelumnya adalah manipulasi bit-bit digital. Di dalamnya ada audio prosesor dengan proses umpanbalik yang juga digital untuk koreksi timing delay dan phase.

PA kelas G

Kelas G tergolong penguat analog yang tujuannya untuk memperbaiki efesiensi dari penguat kelas B/AB. Pada kelas B/AB, tegangan supply hanya ada satu pasang yang sering dinotasikan sebagai +V_CC dan –V_EE misalnya +12V dan –12V (atau ditulis dengan +/-12volt). Pada penguat kelas G, tegangan supply-nya dibuat bertingkat. Terutama untuk aplikasi yang membutuhkan power dengan tegangan yang tinggi, agar efisien tegangan supplynya ada 2 atau 3 pasang yang berbeda. Misalnya ada tegangan supply +/-70 volt, +/-50 volt dan +/-20 volt. Konsep ranagkaian PA kelas G seperti pada gambar-13. Sebagai contoh, untuk alunan suara yang lembut dan rendah, yang aktif adalah pasangan tegangan supply +/-20 volt. Kemudian jika diperlukan untuk men-drive suara yang keras, tegangan supply dapat di-switch ke pasangan tegangan supply maksimum +/-70 volt.

gambar 13 : konsep penguat kelas G dengan tegangan supply yang bertingkat

PA kelas H

Konsep penguat kelas H sama dengan penguat kelas G dengan tegangan supply yang dapat berubah sesuai kebutuhan. Hanya saja pada penguat kelas H, tinggi rendahnya tegangan supply di-desain agar lebih linier tidak terbatas hanya ada 2 atau 3 tahap saja. Tegangan supply mengikuti tegangan output dan lebih tinggi hanya beberapa volt. Penguat kelas H ini cukup kompleks, namun akan menjadi sangat efisien.

Penutup

High fidelity dan high efficiency adalah dua hal yang menjadi tujuan pokok pada setiap rancangan rangkaian penguat amplifier. Ada beberapa konsep dan metoda lain dari penguat amplifier yang belum disinggung pada tulisan ini. Biasanya konsep dan metoda tersebut dinamakan menurut urutan abjad latin. Mungkin saja pada satu saat kita akan mengenal penguat kelas Z.

Abstrak:

Sebuah rangkaian ‘bio amplifier’ yang memperkuat signal gelombang listrik yang berasal dari kegiatan fungsi jantung, dihubungkan dengan alat perekam atau display membentuk sebuah instrumentas medis yang dikenal dengan Electro-Cardiograph (ECG). Alat perekam (recorder) atau display yang berfungsi untuk mengambarkan bentuk signal jantung ini, merupakan komponen ECG yang cukup mahal, tetapi dipergunakan hanya untuk fungsi yang terbatas karena diperuntukkan bagi ECG tersebut. Dengan menambahkan sebuah rangkaian filter dan rangkaian antarmuka (interface) pada keluaran (output) bio amplifier sehingga dapat dihubungkan dengan Personal Computer (PC), membentuk komposisi baru dari sebuah ECG. Komponen ini dapat memberikan fasilitas untuk pengolahan data signal jantung yang terdeteksi dan terekam dalam memory PC. Selain itu, PC yang berfungsi sebagai display dapat berdiri sendiri untuk keperluan lain.

1. Pendahuluan

Kelainan fungsi jantung tidak hanya ditemukan dikota-kota besar yang penuh dengan teknologi maju, tetapi juga terdapat pada masyarakat daerah yang jauh dari kecukupan dan sentuhan teknologi. ECG merupakan Instrumen Medis yang dibutuhkan oleh para medis untuk memperoleh informasi tentang kerja fungsi jantung seseorang. Karena harganya, ECG tidak tersedia di pusat-pusat pelayanan medis didaerah atau Puskesmas. Untuk mengetahui kerja jantung seorang pasien, para medis didaerah harus mengirim pasiennya terlebih dahulu kerumah sakit atau laboratorium medis yang hanya terdapat di kota besar. Karenanya, seorang pasien harus mengeluarkan biaya yang lebih besar lagi untuk mengetahui kesehatan jantungnya.

Personal Computer (PC) merupakan perangkat yang sudah menjadi kebutuhan masyarakat banyak dari berbagai tingkat strata ekonomi. Selain itu, PC sudah dipergunakan dikantor-kantor pemerintahan termasuk kecamatan dan Puskesmas di daerah. Keberadaan PC di Puskesmas-Puskesmas didaerah merupakan peluang baru untuk dimanfaatkan sebesar-besarnya, tidak sekedar hanya dipergunakan untuk menyimpan data atau kegiatan administrasi lainnya. Selain itu, para dokter muda yang bekerja ditempat-tempat terpencil, banyak yang telah mempunyai PC untuk kebutuhan kegiatan pribadinya.