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.
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.
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.

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.

- 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.

- 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.