Teknik Komputer

A. Definisi Rangkaian Digital

Rangkaian Digital adalah rangkaian yang hanya menangani sinyal tinggi dan rendah, dengan kata lain dapat kita katakan bahwa elektronika digital merupakan dunia dari logika 0 dan logika 1. Peralatan digital beroperasi dengan sinyal digital dengan penggambaran suatu pembangkit gelombang persegi.

Didalam suatu rangkaian elektronika digital hanya terdapat dua tegangan pada diagram bentuk gelombang, tegangan ini dilabelkan TINGGI dan RENDAH. Tegangan tinggi adalah +5 V sedangkan tegangan rendah adalah 0 V. Tegangan tinggi (+ 5V) disebut sebagai logika 0. Logika ini menandakan 2 kondisi yaitu bila rangkaian bernilai 0 maka peralatan tidak beroperasi atau disebut juga LOW, sedangkan bila rangkaian bernilai 1 maka peralatan beroperasi atau disebut juga HIGH.

Bahasa logika/biner ini adalah satu-satunya bahasa yang dapat dimengerti oleh mesin, hal ini dikarenakan untuk memberikan tingkat efisiensi dan efektifitas dari sebuah peralatan mesin maka dipergunakan system digital. Rangkaian digital sendiri dapat terbagi menjadi 2 sifat, yaitu rangkaian kombinasional dan rangkaian sekuensial.

Sinyal digital dapat dibangkitkan oleh oleh saklar hidup-mati yang sederhana, sinyal digital dapat juga dibangkitkan oleh suatu resistor yang berubah hidup dan mati. Sejak beberpa tahun terakhir ini sinyal elektronika biasanya dibangkitkan dan diolah oleh rangkaian terpadu ( IC, integrated circuit ). Suatu multimeter digital (DMM) merupakan suatu contoh peralatan pengukuran digital.

Bila arus, hambatan atau tegangan yang diukur oleh DMM naik, maka akan pada tayangan/ display meloncat ke atas dengan langkah yang kecil. Bila tangkai gesser pada potensiometer digeser ke atas, maka tegangan dari titik A ke B akan berangsur-angsur naik.

Kelemahan dari suatu sistem rangkaian digital adalah tingginya daya energi yang dibutuhkan untuk mengubah kode desimal menjadi kode mesin atau kode biner. Selain itu rangkaian digital mempunyai komponen-komponen yang kebanyakan tersusun atas komponen IC (Integrated Circuit) yang di dalamnya terdapat kumpulan bahkan puluhan ribu gerbang logika. Dengan kata lain, pada umumnya komponen ini sangat rapuh dan butuh biaya yang cukup mahal untuk menggantikan komponen IC.

Meskipun memiliki kelemahan dalam hal biaya tetapi rangkaian digital ini sangat efisien atau hanya membutuhkan waktu yang singkat untuk mengkonversi data desimal kedalam bahasa yang dapat dimengerti oleh mesin karena hanya menggunakan kapasitas memori yang efisien. Adanya network interface juga merupakan nilai plus bagi rangkaian digital.

Kelebihan sistem digital

Beberapa kelebihan dari sistem digital adalah :

Teknologi digital menawarkan biaya lebih rendah, keandalan (reability) lebih baik, pemakain ruang yang lebih kecil dan konsumsi daya yang lebih rendah
Teknologi digital membuat kualitas komunikasi tidak tergantung pada jarak
Jaringan digital ideal untuk komunikasi data yang semakin berkembang
Teknologi digital memungkinkan pengenalan layanan-layanan baru
Teknologi digital menyediakan kapasitas transmisi yang besar
Kemampuan memproduksi sinyal yang lebih baik dan akurat.
Mempunyai reliabilitas yang lebih baik (noise lebih rendah akibat imunitas yang lebih baik).
Fleksibilitas dan fungsionalitas yang lebih baik.
Kemampuan pemrograman yang lebih mudah.
Mampu mengirimkan informasi dengan kecepatan cahaya yang mengakibatkan informasi dapat dikirim dengan kecepatan tinggi.
Penggunaan yang berulang-ulang terhadap informasi tidak mempengaruhi kualitas dan kuantitas informasi itu sendiri.

Sistem komunikasi digital berhubungan dengan nilai-nilai, bukan dengan bentuk gelombang. Nilai-nilai bisa dimanipulasi dengan rangkaian rangkaian logika, atau jika perlu, dengan mikroprosesor. Operasi-operasi matematika yang rumit bisa secara mudah ditampilkan untuk mendapatkan fungsi-fungsi pemrosesan sinyal atau keamanan dalam transmisi sinyal.

Kelemahan sistem digital

Sistem digital juga mempunyai beberapa kerugian dibandingkan dengan sistem analog, bahwa sistem digital memerlukan bandwidth yang besar. Sebagai contoh, sebuah kanal suara tunggal dapat ditransmisikan menggunakan single – sideband AM dengan bandwidth yang kurang dari 5 kHz. Dengan menggunakan sistem digital, untuk mentransmisikan sinyal yang sama, diperlukan bandwidth hingga empat kali dari sistem analog. Kerugian yang lain adalah selalu harus tersedia sinkronisasi. Ini penting bagi sistem untuk mengetahui kapan setiap simbol yang terkirim mulai dan kapan berakhir, dan perlu meyakinkan apakah setiap simbol sudah terkirim dengan benar.

B. Gangguan Sinyal pada Rangkaian Elektronik dan Digital

Gangguan Sinyal pada Rangkaian Elektronik dan Digital. Pada sistem rangkaian elektronika baik analog maupun digital, tidak jarang mengalami masalah gangguan sinyal. Yang dimaksud dengan gangguan sinyal di sini adalah terganggunya sistem kerja rangkaian baik sebagian atau keseluruhan oleh adanya sinyal yang tidak dikehendaki muncul pada rangkaian terssebut.

Pada saat pengendalian masih menggunakan relai (mekanik), munculnya sinyal gangguan dalam suatu sistem instalasi tidaklah berakibat sama seperti sekarang ini. Memang ada sinyal asing, namun karena waktunya yang singkat dan dengan level yang rendah daya, maka tidak sampai menyebabkan kesalahan pensakelaran pada sistem relai.

http://oprekzoneimage.files.wordpress.com/2012/02/perambatan-sinyal-gangguan.jpg

Masalah gangguan sinyal mulai muncul bersamaan dengan perkembangan elektronika (transistor dan SCR sebagai sakelar dan sakelar digital) dan hal tersebut sempat membuat ragu para perancang untuk beralih dari listrik ke elektronik. Berbagai keuntungan dari perkembangan komponen dengan kerugian yang semakin kecil dan resistansi yang tinggi dan kecepatan pensakelaran yang semakin tinggi, ternyata menyebabkan pulsa yang singkat dan kecil sudah cukup untuk mendatangkan gangguan pada sistem digital. Berbagai macam rancangan penghilang sinyal gangguan digunakan untuk meredam sinyal-sinyal liar ini.

Cara klasik menghilangkan sinyal gangguan dengan Kondensator atau saluran bercadar sering tidak berhasil, bahkan berakibat sebaliknya. Terkadang secara tidak sengaja pemasangan kondensator dapat menyebabkan induktivitas dan dapat membentuk rangkaian ayunan tegangan (osilasi parasitik) yang beresonansi dengan frekuensi sinyal gannguan. Sumber gangguan pada umumnya tidak jelas dan tidak ada cara umum yang dapat digunakan kecuali harus dengan percobaan-percobaan.

Gangguan Sinyal pada rangkaian elektronik dan digital dapat dikelompokkan dalam 3 komponen :

Sumber Gangguan. Sumber gangguan bisa berasal dari motor (percikan api kolektor), sakelar alat-alat listrik, transformator, saluran arus kuat, pemicuan SCR, pemancar HF, kilat, pulsa arus, relai, dan puncak-puncak tegangan pada saluran.
Perambatan Gangguan. Perambatan sinyal gangguan ke sistem dapat melalui medan listrik (kopling kapasitif), medan magnet (kopling induktif), medan elektromagnet (pancaran HF), dan melalui saluran (kopling galvanis).
Penerima Gangguan. Penerima gangguan bisa berupa penguat, penerima radio, Televisi, komputer, pengendali dan pengatur digital, dan sebagainya.

Jenis Gangguan Sinyal dapat dibagi menjadi dua, yaitu :

Gangguan Sinyal Searah. Sinyal ini dapat timbul jika sebuah saluran yang mengganggu berjalan secara pararel dengan dua saluran masukan dan gangguan timbul akibat dari kopling kapasitif dari saluran yang ada di sampingnya. Gangguan searah ini paling banyak dijumpai dan memiliki rentang frekuensi gangguan antara 1 hingga 20 MHz.
Sinyal Gangguan Dua Arah. Adalah sinyal gangguan yang muncul akibat ketidak-simetrikan impedansi dua saluran masukan yang biasanya terjadi pada penguat diferensial. Sinyal gangguan dua arah ini kebanyakan timbul pada rentang frekuensi yang lebih rendah yaitu 0,1 hingga 2,0 MHz.

Penyebab Muncul Sinyal Gangguan pada Rangkaian Elektronik :

Akibat menghubungkan atau memutuskan sakelar pada saluran jala-jala terutama pada beban yang besar. Pada keadaan ekstrim, dapat menimbulkan puncak-puncak tegangan dalam rentang kilovolt dengan rentang frekuensi 0,1 sampai 3,0 MHz saat pemutusan beban induktif.
Terjadinya busur api pada kolektor motor-motor listrik. Busur api pada motor-motor listrik dapat menimbulkan gangguan dengan rentang frekuensi yang sangat lebar.

http://oprekzoneimage.files.wordpress.com/2012/02/busur-api-motor.jpg

Akibat gejala ayunan pada beban induktif yang dipasangi tegangan berpulsa. Pemutusan sakelar saat proses pensakelaran yang singkat pada komponen semikonduktor modern dapat menimbulkan puncak tegangan dalam rentang kilovolt.

http://oprekzoneimage.files.wordpress.com/2012/02/sinyal-gangguan-pada-beban-induktif.jpg

Arus berbentuk pulsa pada saluran arus searah dan bagian jala-jala. Perlu diketahui bahwa setiap 10 cm jalur penghantar pada PCB diperkirakan mempunyai induktansi 100 nH. Berdasarkan hukum induksi (V = delta I/delta t) maka pada perubahan arus sebesar 100 mA dan waktu pensakelaran 10 nanodetik, akan dihasilkan puncak tegangan 2 volt yang disuperposisikan pada tegangan catu. Meskipun kabel berpilin diterapkan pada sistem ini maka masih akan muncul sinyal gangguan akibat dari pembebanan dan panjang kabel yang digunakan terutama pada penggunaan arus penutupan yang cukup besar sehingga kehilangan data dapat saja terjadi.
Adanya pelepasan muatan listrik Statis. Gerakan tubuh manusia di atas lantai sintetik dapat menghasilkan muatan listrik hingga 20 kV. Menyentuh atau menyinggung kotak logam komputer dapat menyebabkan pelepasan muatan listrik berupa kejutan dengan kecepatan naik hingga 4 ampere per nanodetik.
Potensial Ground yang berlainan. Jika dua bagian rangkaian yang tergandeng secara langsung (galvanis) ditanahkan secara terpisah dan diantara kedua titik ground tersebut terdapat perbedaan potensial, maka akan terdapat arus yang mengalir pada saluran ground yang menimbulkan derau cakap-silang (cross-talk). Efek yang sama juga dapat timbul jika medan gangguan magnetik menginduksikan tegangan pada tabir (selubung pada kabel bercadar atau selubung-shield).

Untuk menghilangkan gangguan sinyal pada Rangkaian elektronik dan digital seperti di atas dapat dikatakan mudah dan juga susah. Yang perlu diperhatikan adalah jenis gangguan dan perambatannya. Beberapa cara dapat digunakan seperti menghilangkan gangguan pada sumbernya, menghalangi perambatannya, atau mencegah sinyal gangguan masuk ke rangkaian yang dapat terkena gangguan. Untuk menghilangkan sinyal gangguan, maka harus diperhatikan perambatan gangguan seperti posting saya sebelumnya tentang gangguan sinyal pada rangkaian elektronik dan digital. Gangguan sinyal dapat dihilangkan pada sumbernya, menghalangi perambatannya, atau mencegah gangguan masuk ke rangkaian yang terkena gangguan.

1. Menghilangkan Gangguan pada Sumbernya

Cara ini paling sulit dilakukan, karena gangguan pada umumnya tidak dapat dilokalisir dengan tepat, dan pada perambatan melalui jala-jala, sumber gangguan tidak dapat dijangkau. Cara yang paling baik adalah menyelubungi sumber gangguan dengan selubung logam. Agar efektif, maka harus tertutup semua sisinya dengan menerapkan konsep “Sangkar Faraday”. Saluran arus searah harus dilengkapi dengan kondensator. Cara menghilangkan sinyal gangguan pada rangkaian elektronik dan digital.

Pada motor-motor listrik dianjurkan untuk memasang filter sedekat mungkin dengan sambungan ke kolektor, sedangkan nilai kondensator-nya sendiri harus ditentukan dengan percobaan. Rangkaian ayunan terbentuk oleh induktansi kumparan dan induktansi saluran, dengan frekuensi resonansi yang harus terletak di luar rentang frekuensi daerah kerja rangkaian elektronik. Pada pengendalian komponen yang mengandung induktansi (magnet, motor, dsb), dipergunakan dioda penyalur untuk membatasi puncak-puncak tegangan da pada relai dirangkaikan kombinasi RC secara paralel dengan kontak-kontaknya.

2. Mempengaruhi Gangguan pada Saluran Transmisi

Pada saluran transmisi, yang merupakan jalan sinyal gangguan dari pemancar (sumber) menuju penerima, terdapat 4 alternatif yang berlainan. Sesuai dengan itu tersedia beberapa cara untuk menghilangkannya.

Kopling kapasitif adalah yang paling sering menjadi penyebab perambatan sinyal gangguan. Cara umum untuk mencegah medan listrik seperti itu adalah dengan menggunakan tabir yang hanya boleh ditanahkan pada satu sisi untuk mencegah perbedaan potensial ground. Untuk saluran transmisi HF, kedua ujung saluran boleh dihubungkan dengan ground. Lintasan melalui sasis atau sistem kabel ground tidak menjadi masalah, karena impedansi tinggi bagi HF tidak berpengaruh. Pada beberapa sumber sinyal, setiap saluran harus diberi tabir terpisah dan ditanahkan secara terpisah pada sumber sinyal yang bersangkutan.

Pada PCB, sebaiknya antara dua jalur yang menyalurkan sinyal ditempatkan jalur ground. Hal ini akan mengurangi kapasitas parasitik hingga seperlimanya. Selain itu, pada bagian yang tidak dipergunakan sedapat mungkin dibiarkan adanya bagian tembaga seluas mungkin yang dihubungkan dengan ground.

Pada transformator, antara sisi primer dan sekunder transformator terdapat kapasitas parasitik, yang mengkopling gangguan (terutama gangguan searah –> dari jala-jala ke bagian catu). Hal itu berarti juga menyalurkan gangguan tersebut ke bagian rangkaian selebihnya. Hal tersebut dapat dicegah dengan memakai transformator dengan lapisan tabir antara primer dan sekunder, dan mentanahkannya. Cara menghilangkan sinyal gangguan pada rangkaian digital.

Pada tabir untuk gangguan medan magnet ada beberapa anjuran :

Penerima diusahakan sejauh mungkin dari sumber garis gaya magnet.
Lintasan saluran sebaiknya tidak paralel, tetapi tegak lurus pada medan magnet.
Hindari aliran arus melalui ground, karena dapat mengalirkan arus yang besar, hal tersebut karena sistem ground mempunyai resistansi yang kecil.
Permukaan induksi diusahakan sekecil mungkin. Pada induksi tegangan, luas permukaan saluran mempunyai peranan yang menentukan. Saluran sinyal dan saluran ground yang bersangkutan harus berjajar sedekat mungkin.

Pada frekuensi hingga 1 MHz, pemakaian saluran yang dipilin merupakan hal yang ideal, karena garis-garis medan pada kumparan akan saling meniadakan dari samping hingga ke luar. Pada beberapa jenis kawat, sebaiknya kawat dipilin bersama dengan kawat ground-nya. Pemilinan ini dapat meredam gangguan hingga 40 dB. Pada frekuensi yang lebih tinggi (hingga 1 GHz), pemakaian kabel koaksial adalah ideal. Dalam hal ini, aturan bahwa tabir hanya boleh ditanahkan pada satu sisi dan tidak boleh mengalirkan arus tidak berlaku karena selubung luar tidak berfungsi sebagai tabir melainkan berfungsi untuk menetralisir medan yang dibentuk oleh kawat yang ada di dalam, sehingga kombinasi ini tidak menimbulkan gangguan.

Pada gangguan yang diteruskan akibat kopling galvanis, terdapat tiga persolanan. Pertama adalah cara menghindarkan puncak-puncak tegangan pada saluran jala-jala. Kedua adalah menghilangkan sinyal gangguan yang timbul akibat catu daya yang berbentuk pulsa. Persoalan ketiga adalah pentanahan. Untuk mengatasi puncak-puncak tegangan pada saluran jala-jala paling baik dicegah dengan tapis/filter. Filter yang paling efektif adalah filter jenis phi ganda dan paling baik dipasang langsung pada lubang masuk ke kotak peralatan.

Pada sinyal gangguan yang timbul akibat beban catu daya yang berbentuk pulsa yang timbul pada saluran tegangan catu akibat penutupan/pemutusan, terutama yang disebabkan oleh tingkat daya digital, dapat dihilangkan dengan kondensator keramik atau tantalum. Keistimewaan kondensator jenis gulungan adalah bahwa gulungan tersebut merupakan rangkaian seri dari induktansi dan kapasitansi, yang pada beban berpulsa (pada frekuensi tinggi) besarnya melebihi induktansi. Kondensator yang dapat dipergunakan adalah 20 nF hingga 1 µF, yang dihubungkan secara paralel dengan kondensator elektrolit catu daya. Selain itu, pada PCB, setiap IC sebaiknya dipasang kondensator sekitar 0,1 µF langsung pada saluran catu daya IC sebagai kompensasi atas pengaruh induktansi jalur PCB. Hal tersebut untuk mengantisipasi timbulnya gangguan karena pulsa arus.

Sistem Pentanahan yang ideal adalah berbentuk bintang dibandingkan pentanahan seri yang sering tidak berhasil mengatasi munculnya gangguan sinyal pada rangkaian elektronik dan digital, karena masing-masing arus dan gangguan terbaur pada setiap modul. Dalam praktek sering dijumpai teknik pentanahan kombinasi, yaitu pentanahan seri seri pada PCB dan pentanahan bintang untuk saluran dari masing-masing kelompok komponen ke titik ground. Pada saluran transmisi sinyal, karena perbedaan potensial ground dan adanya pancaran gangguan, kadang-kadang persoalan galvanis tidak timbul. Dalam hal ini, pemisahan potensial dapat dilakukan dengan pertolongan optokopler (opto coupler). Dengan demikian dapat diperoleh pemisahan total terhadap potensial tegangan searah, dan menghindarkan arus yang timbul karena perbedaan potensial serta edaran arus derau.

3. Menghilangkan Gangguan pada Penerima

Prinsipnya, pada penerima tidak banyak yang dapat dilakukan untuk mencegah gangguan. Kotak logam yang tertutup dapat dipakai sebagai selubung. Saat ini sudah banyak logam yang mudah menghantarkan listrik dan dapat melawan medan listrik maupun magnet. Khusus untuk mencegah medan magnet, diperlukan bahan dengan permeabilitas tinggi yang dapat “menghisap” medan magnet (besi atau logam feromagnetik lainnya). Menghilangkan sinyal gangguan pada rangkaian elektronik dan digital. Pada saluran masukan, sinyal gangguan frekuensi tinggi yang terbaur dengan sinyal yang sebenarnya, dapat disaring oleh tapis frekuensi rendah. Pada rangkaian digital, hal ini menyebabkan kecuraman lereng pulsa berkurang sehingga harus diperbaiki dengan pemicu schmitt atau schmitt trigger.

Teknik Komputer

Jumat, 12 April 2019

Khas IMB Tahun 2019

Minggu, 16 Juli 2017

MENGATASI MASALAH YANG BERKAITAN DENGAN RANGKAIAN DIGITAL