Bentuk Gelombang Listrik dan Sinyal Listrik

Sistem elektronik menggunakan berbagai jenis dan bentuk gelombang sinyal yang sangat luas mulai dari sinusoidal hingga yang dibuat oleh generator bentuk gelombang.

Dalam tutorial Osilator kami melihat bahwa osilator adalah rangkaian elektronik yang digunakan untuk menghasilkan sinyal output kontinu. Umumnya sinyal output ini dalam bentuk sinusoid pada frekuensi atau panjang gelombang yang telah ditentukan oleh komponen resonansi rangkaian.

Kita juga melihat bahwa ada banyak jenis rangkaian osilator yang tersedia, tetapi umumnya semuanya terdiri dari penguat (amplifier) dan salah satu rangkaian tangki Induktor-Kapasitor, (LC) atau Resistor-Kapasitor, (RC) yang digunakan untuk menghasilkan sinyal output jenis gelombang sinus.

Tetapi kadang-kadang di rangkaian elektronik kita perlu menghasilkan berbagai jenis, frekuensi dan bentuk Bentuk Gelombang Sinyal seperti Gelombang Persegi, Gelombang Persegi Panjang, Gelombang Segitiga, Bentuk Gelombang Gigi Gergaji dan berbagai macam pulsa dan paku.

Jenis-jenis gelombang sinyal ini kemudian dapat digunakan untuk sinyal timing, sinyal clock atau sebagai pulsa pemicu. Namun, sebelum kita dapat mulai melihat bagaimana berbagai jenis bentuk gelombang dihasilkan, pertama-tama kita perlu memahami karakteristik dasar yang membentuk Bentuk Gelombang Listrik.

Secara teknis, Bentuk Gelombang Listrik pada dasarnya adalah representasi visual dari variasi tegangan atau arus dari waktu ke waktu. Dalam bahasa Inggris biasa ini berarti bahwa jika kita memplot tegangan atau variasi arus ini pada selembar kertas grafik terhadap basis (sumbu-x) dari waktu, (t ) menghasilkan plot atau gambar yang akan mewakili bentuk Gelombang seperti yang ditunjukkan. Ada berbagai jenis bentuk gelombang listrik yang tersedia, tetapi umumnya semuanya dapat dipecah menjadi dua kelompok berbeda.

1. Bentuk gelombang Uni-directional - bentuk gelombang listrik Searah ini selalu positif atau negatif yang mengalir dalam satu arah maju hanya karena mereka tidak melewati titik sumbu nol. Bentuk gelombang uni-directional yang umum termasuk sinyal timing gelombang-persegi, pulsa Clock dan pulsa Trigger.

2. Bentuk gelombang Bi-directional - bentuk gelombang listrik Dua-arah ini juga disebut bentuk gelombang bolak-balik karena mereka berganti dari arah positif ke arah negatif terus-menerus melintasi titik sumbu nol. Bentuk gelombang dua arah mengalami perubahan periodik dalam amplitudo, dengan yang paling umum adalah gelombang sinus.

Apakah bentuk gelombangnya uni-directional, bi-directional, periodik, non-periodik, simetris, non-simetris, sederhana atau kompleks, semua bentuk gelombang listrik mencakup tiga karakteristik umum berikut:

• Periodik (berkala): - Ini adalah lamanya waktu dalam detik yang diperlukan oleh gelombang untuk mengulangi dirinya sendiri dari awal hingga selesai. Nilai ini juga bisa disebut Waktu Berkala, ( T ) dari bentuk gelombang untuk gelombang sinus, atau Lebar Pulsa untuk gelombang persegi.

• Frekuensi: - Ini adalah berapa kali gelombang berulang dengan sendirinya dalam periode waktu satu detik. Frekuensi adalah kebalikan dari periode waktu, ( ƒ = 1/T ) dengan satuan frekuensi standar adalah Hertz, (Hz).

• Amplitudo: - Ini adalah besarnya atau intensitas bentuk gelombang sinyal yang diukur dalam volt atau amp.

Bentuk Gelombang Periodik (berkala)

Bentuk gelombang periodik adalah yang paling umum dari semua bentuk gelombang listrik karena termasuk Gelombang Sinusoidal. Bentuk gelombang utama AC (Alternating Current) di rumah Anda adalah gelombang sinus dan yang terus-menerus berganti-ganti antara nilai maksimum dan nilai minimum dari waktu ke waktu.

Jumlah waktu yang dibutuhkan antara setiap pengulangan individu atau siklus bentuk gelombang sinusoidal dikenal sebagai "waktu periodik" atau hanya Periode bentuk gelombang. Dengan kata lain, waktu yang dibutuhkan gelombang untuk mengulang sendiri.

Kemudian periode ini dapat bervariasi dengan setiap bentuk gelombang dari fraksi detik hingga ribuan detik karena tergantung pada frekuensi gelombang. Misalnya, bentuk gelombang sinusoidal yang membutuhkan satu detik untuk menyelesaikan siklusnya akan memiliki waktu periodik satu detik. Demikian pula gelombang sinus yang membutuhkan waktu lima detik untuk menyelesaikannya akan memiliki waktu periodik lima detik dan seterusnya.

Jadi, jika panjang waktu yang dibutuhkan untuk bentuk gelombang untuk menyelesaikan satu pola atau siklus penuh sebelum berulang itu sendiri dikenal sebagai "periode gelombang" dan diukur dalam hitungan detik, kita kemudian dapat mengekspresikan bentuk gelombang sebagai jumlah periode per kedua dilambangkan dengan huruf T seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Bentuk Gelombang Sinusoidal

Satuan waktu periodik, ( T ) meliputi: Detik ( s ), milidetik ( ms ) dan mikrodetik (  µs ).

Untuk Gelombang Sinusoidal gelombang saja, kami juga bisa mengekspresikan waktu periodik dari gelombang baik derajat atau radian, sebagai salah satu siklus penuh adalah sama dengan 360° ( T = 360° ) atau dalam Radian sebagai 2pi, 2π ( T = 2π ), maka kita dapat mengatakan bahwa 2π radian = 360° - (Ingat ini!).

Kita sekarang tahu bahwa waktu yang diperlukan untuk bentuk gelombang listrik untuk mengulang sendiri dikenal sebagai waktu periodik atau periode yang mewakili jumlah waktu tetap. Jika kita mengambil kebalikan dari periode, ( 1/T ) kita berakhir dengan nilai yang menunjukkan berapa kali periode atau siklus berulang dalam satu detik atau siklus per detik, dan ini dikenal sebagai Frekuensi dengan unit Hertz, (Hz). Kemudian Hertz juga dapat didefinisikan sebagai "siklus per detik" (cps) dan 1Hz persis sama dengan 1 siklus per detik.

Kedua periode dan frekuensi adalah kebalikan dari matematika satu sama lain dan sebagai waktu periodik dari gelombang menurun, frekuensinya meningkat dan sebaliknya dengan hubungan antara waktu periodik dan frekuensi yang diberikan sebagai.

Hubungan antara Frekuensi dan Waktu Periodik

Di mana: ƒ dalam Hertz dan T dalam Detik.

Satu Hertz persis sama dengan satu siklus per detik, tetapi satu hertz adalah unit yang sangat kecil sehingga satuan digunakan yang menunjukkan urutan besarnya bentuk gelombang seperti kHz, MHz dan bahkan GHz.

Gelombang Listrik Gelombang Persegi

Bentuk gelombang persegi digunakan secara luas dalam rangkaian elektronik dan mikro elektronik untuk sinyal kontrol clock dan timing karena bentuk gelombang simetris dengan durasi yang sama dan persegi mewakili setiap setengah siklus dan hampir semua rangkaian logika digital menggunakan bentuk gelombang persegi pada input dan output gerbang mereka.

Tidak seperti gelombang sinusoidal yang memiliki gelombang naik dan turun yang mulus dengan sudut-sudut bulat pada puncak positif dan negatifnya, gelombang persegi di sisi lain memiliki sisi-sisi naik dan turun yang sangat curam hampir vertikal dengan bagian atas dan bawah yang rata menghasilkan gelombang yang sesuai dengan uraiannya, - "Kotak" seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Gelombang Listrik Gelombang Persegi

Kita tahu bahwa bentuk gelombang listrik persegi berbentuk simetris karena setiap setengah siklus identik, sehingga waktu lebar pulsa positif harus sama dengan waktu lebar pulsa negatif atau nol. Ketika bentuk gelombang gelombang persegi digunakan sebagai sinyal "clock" di rangkaian digital, waktu dari lebar pulsa positif dikenal sebagai "Siklus Kerja" pada periode tersebut.

Maka kita dapat mengatakan bahwa untuk gelombang gelombang persegi waktu positif atau "ON" sama dengan negatif atau "OFF" sehingga siklus kerja harus 50%, (setengah dari periode). Karena frekuensi sama dengan kebalikan dari periode, ( 1/T ) kita dapat mendefinisikan frekuensi dari bentuk gelombang persegi sebagai:

Contoh: Bentuk Gelombang Listrik No.1

Bentuk gelombang listrik Gelombang Persegi memiliki lebar pulsa 10 ms, hitung frekuensinya, ( ƒ ).

Untuk bentuk gelombang berbentuk gelombang persegi, siklus kerja diberikan sebagai 50%, oleh karena itu periode bentuk gelombang harus sama dengan: 10ms + 10ms atau 20ms

Jadi untuk meringkas sedikit tentang Gelombang Persegi. Sebuah Bentuk Gelombang Persegi simetris dalam keadaan bentuk dan memiliki lebar pulsa positif sama dengan lebar pulsa negatif yang mengakibatkan siklus 50%. Bentuk gelombang persegi digunakan dalam sistem digital untuk mewakili level logika “1”, amplitudo tinggi dan level logika “0”, amplitudo rendah. Jika siklus kerja dari bentuk gelombang adalah nilai lain dari 50%, (setengah-ON setengah-OFF) bentuk gelombang yang dihasilkan kemudian akan disebut Bentuk Gelombang Persegi Panjang atau jika "ON" waktu benar-benar kecil Pulsa.

Gelombang Persegi Panjang

Bentuk gelombang persegi panjang mirip dengan bentuk gelombang persegi di atas, perbedaannya adalah bahwa dua lebar pulsa dari bentuk gelombang adalah periode waktu yang tidak sama. Oleh karena itu bentuk gelombang persegi panjang diklasifikasikan sebagai bentuk gelombang "Non-simetris" seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Bentuk Gelombang Persegi Panjang

Contoh di atas menunjukkan bahwa lebar pulsa positif lebih pendek dalam waktu daripada lebar pulsa negatif. Demikian pula, lebar pulsa negatif bisa lebih pendek dari lebar pulsa positif, bagaimanapun bentuk gelombang yang dihasilkan masih berupa bentuk gelombang persegi panjang.

Lebar pulsa positif dan negatif ini kadang-kadang disebut “Mark” dan “Space” masing-masing, dengan rasio waktu Mark ke waktu Space dikenal sebagai “Mark-to-Space” rasio periode dan untuk bentuk gelombang persegi ini akan sama dengan satu.

Contoh: Bentuk Gelombang Listrik No2

Bentuk gelombang Persegi Panjang memiliki lebar pulsa positif (Mark time) 10ms dan siklus kerja 25%, hitung frekuensinya.

Siklus kerja diberikan 25% atau 1/4 dan ini sama dengan waktu Mark yaitu 10 ms, maka periode bentuk gelombang harus sama dengan: 10 ms (25%) + 30 ms (75%) yang sama dengan 40 ms ( 100%) total.

Bentuk gelombang persegi panjang dapat digunakan untuk mengatur jumlah daya yang diterapkan pada beban seperti lampu atau motor dengan memvariasikan siklus kerja gelombang. Semakin tinggi siklus kerja, semakin besar jumlah rata-rata daya yang diterapkan pada beban dan semakin rendah siklus kerja, semakin sedikit jumlah rata-rata daya yang diterapkan pada beban dan contoh yang sangat baik dari ini adalah dalam penggunaan pengontrol kecepatan “Modulasi Lebar Pulsa”.

Gelombang Segitiga

Bentuk gelombang segitiga adalah bentuk gelombang bi-directional non-sinusoidal yang berosilasi antara nilai puncak positif dan negatif. Meskipun disebut bentuk gelombang segitiga, gelombang segitiga sebenarnya lebih merupakan bentuk gelombang linier simetris karena hanya merupakan sinyal tegangan naik dan turun yang lambat pada frekuensi atau laju yang konstan. Laju perubahan tegangan antara masing-masing arah jalan sama selama kedua bagian siklus seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Bentuk Gelombang Segitiga

Secara umum, untuk Bentuk Gelombang Segitiga, jalan-positif lereng atau kemiringan (naik), memiliki durasi waktu yang sama dengan jalan-negatif lereng (kerusakan) yang menghasilkan siklus gelombang berbentuk segitiga pada siklus kerja 50%. Kemudian setiap amplitudo tegangan yang diberikan, frekuensi gelombang akan menentukan tingkat tegangan rata-rata gelombang.

Jadi untuk kenaikan yang lambat dan waktu tunda yang lambat dari tanjakan akan memberikan tingkat tegangan rata-rata yang lebih rendah daripada kenaikan dan waktu peluruhan yang lebih cepat. Namun, kita dapat menghasilkan bentuk gelombang segitiga non-simetris dengan memvariasikan baik nilai lereng naik atau peluruhan untuk memberi kita jenis gelombang lain yang dikenal sebagai Bentuk Gelombang Gigi-Gergaji atau Sawtooth.

Gelombang Gigi-Gergaji

Bentuk gelombang gigi-gergaji adalah jenis lain dari bentuk gelombang periodik. Seperti namanya, bentuk gelombang menyerupai gigi mata gergaji. Bentuk gelombang gigi-gergaji dapat memiliki citra cermin diri mereka sendiri, dengan memiliki peluruhan yang naik lambat namun sangat curam, atau kenaikan hampir vertikal yang sangat curam dan peluruhan lambat seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Bentuk Gelombang Gigi-Gergaji

Jalan positif Gelombang Gigi-Gergaji adalah yang paling umum dari dua jenis gelombang dengan bagian lereng gelombang hampir linier sempurna. Bentuk gelombang Gelombang Gigi-Gergaji umumnya tersedia dari sebagian besar generator fungsi dan terdiri dari frekuensi dasar ( ƒ ) dan semua rasio bilangan bulat dari harmonik genap saja, 1/2, 1/4, 1/6 1/8... 1/n dll. Apa ini berarti secara praktis adalah bahwa Gelombang Gigi-Gergaji kaya akan harmonik dan untuk synthesizer musik dan musisi memberikan kualitas suara atau warna nada untuk musik mereka tanpa distorsi.

Gelombang Pulsa dan Pemicu (Trigger)

Meskipun secara teknis Pemicu dan Pulsa adalah dua bentuk gelombang yang terpisah, kita dapat menggabungkan keduanya di sini, karena "Pemicu" pada dasarnya hanyalah "Pulsa" yang sangat sempit. Perbedaannya adalah bahwa pemicu dapat berupa arah positif atau negatif sedangkan pulsa hanya arah positif.

Sebuah Gelombang Pulsa atau “Pulse-train”, adalah jenis gelombang non-sinusoidal yang mirip dengan gelombang Persegi-Panjang kita melihat sebelumnya. Perbedaannya adalah bahwa bentuk tepat dari pulsa ditentukan oleh rasio "Mark-to-Space" pada periode tersebut dan untuk bentuk gelombang pulsa atau pemicu, bagian Mark dari gelombang sangat pendek dengan kenaikan cepat dan bentuk peluruhan seperti yang ditunjukkan di bawah.

Bentuk Gelombang Pulsa

Sebuah Pulsa adalah gelombang atau sinyal dalam dirinya sendiri. Ini memiliki rasio Mark-to-Space yang sangat berbeda dibandingkan dengan sinyal clock gelombang persegi frekuensi tinggi atau bahkan bentuk gelombang persegi panjang.

Tujuan dari "Pulsa" dan pemicu adalah untuk menghasilkan sinyal yang sangat singkat untuk mengontrol waktu di mana sesuatu terjadi misalnya, untuk memulai Timer, Counter, Monostabil atau Flip-flop dll, atau sebagai pemicu untuk beralih "ON" Thyristor, Triac dan perangkat semikonduktor daya lainnya.

Gelombang Generator

Sebuah Gelombang Generator atau kadang-kadang disebut Fungsi Generator adalah perangkat atau rangkaian yang menghasilkan berbagai bentuk gelombang yang berbeda pada frekuensi yang diinginkan. Itu dapat menghasilkan gelombang sinusoidal, gelombang persegi, bentuk gelombang segitiga dan gigi-gergaji serta jenis bentuk gelombang output lainnya.

Ada banyak generator gelombang "off-the-shelf" IC yang tersedia dan semuanya dapat dimasukkan ke dalam rangkaian untuk menghasilkan berbagai bentuk gelombang periodik yang diperlukan.

Salah satu perangkat tersebut adalah IC generator bentuk gelombang presisi 8038 yang mampu menghasilkan bentuk gelombang output sinusoidal, kuadrat, dan segitiga, dengan jumlah minimum komponen eksternal atau penyesuaian. Rentang frekuensi operasinya dapat dipilih selama delapan dekade frekuensi, dari 0.001Hz hingga 300kHz, dengan pilihan yang benar dari komponen RC eksternal.

Bentuk Gelombang Generator IC 8038

Frekuensi osilasi sangat stabil pada rentang temperatur yang luas dan perubahan tegangan supply dan frekuensi setinggi 1MHz dimungkinkan. Masing-masing dari tiga output bentuk gelombang dasar, sinusoidal, segitiga dan persegi tersedia secara simultan dari terminal output independen. Rentang frekuensi 8038 dapat dikontrol tegangan tetapi bukan fungsi linier. Simetri segitiga dan karenanya distorsi gelombang sinus dapat disesuaikan.

Dalam tutorial berikutnya tentang Bentuk Gelombang, kita akan melihat Multivibrator yang digunakan untuk menghasilkan bentuk gelombang output berkelanjutan atau pulsa satu individu. Salah satu rangkaian multivibrator yang digunakan sebagai generator pulsa disebut Multivibrator Monostabil.