TTL

TTL berbeda dengan pendahulunya, generasi logika resistor–transistor (RTL) dan logika dioda–transistor (DTL) dengan menggunakan transistor tidak hanya untuk penguatan keluaran tetapi juga untuk mengisolasi masukan. Pertemuan p-n dari dioda mempunyai kapasitansi yang cukup besar, jadi mengubah taraf logika pada masukan DTL memerlukan waktu dan energi yang tidak sedikit. Seperti terlihat pada skema kiri atas, konsep dasar dari TTL adalah mengisolasi masukan dengan menggunakan sambungan basis-bersama, dan menguatkan fungsi dengan sambungan emitor-bersama. Perhatikan bahwa basis dari transistor keluaran digerakan tinggi hanya oleh pertemuan basis-kolektor dari transistor masukan yang dipanjar maju.

Skema kedua menambahkan keluaran tiang totem. Ketika Q₂ mati (logika 1), resistor membuat Q₃ hidup dan Q₄ mati, menghasilkan logika 1 yang lebih kuat di keluaran. Ketika Q₂ hidup, ini mengaktifkan Q₄, menggerakan logika 0 ke keluaran. Dioda memaksa emitor dari Q₃ ke ~0.7 V, sedangkan R₂, R₄ dipilih untuk menarik basis ke tegangan yang lebih rendah, membuatnya mati. Dengan menghilangkan resistor pull-up dan resistor pull-down pada tingkat keluaran, memungkinkan kekuatan gerbang ditingkatkan tanpa mempengaruhi konsumsi daya secara signifikan.

TTL sangat sesuai dibuat sebagai sirkuit terpadu karena masukan sebuah gerbang dapat disatukan kedalam sebuah daerah dasar untuk membentuk transistor multi emitor. Karena peranti yang rumit mungkin menambah biaya sirkuit jika dibuat dari transistor terpisah, tetapi dengan mengkombinasikan beberapa sirkuit kecil menjadi peranti yang lebih rumit, sebaliknya ini mengurangi biaya implementasi pada IC. Seperti logika yang menggunakan transistor dwikutub lainnya, arus kecil harus diambil dari masukan untuk memastikan taraf logika yang benar. Arus yang diambil harus dalam kapasitas tingkat sebelumnya, sehingga membatasi gerbang yang dapat disambungkan (fanout). Semua TTL standar bekerja pada pencatu daya 5 volt. Isyarat masukan TTL dikatakan rendah jika berada di antara A TTL 0 V dan 0.8 V dimana mewakili titik ground, dan tinggi ketika berada di antara 2.2 V dan 5 V, mewakili titik catu^[12] (taraf logika presisi mungkin sedikit bervariasi di antara subtipe). Keluaran TTL biasanya terbatas pada batas yang lebih sempit di antara 0 V dan 0.4 V untuk logika rendah dan di antara 2.6 V dan 5 V untuk logika tinggi, memberikan ketahanan desah 0,4V. Standarisasi taraf logika TTL sangat penting karena papan sirkuit yang rumit sering menggunakan IC TTL yang diproduksi oleh berbagai pabrik dan dipilih berdasarkan kesiapan dan harga, kecocokan harus meyakinkan, dua papan sirkuit dari jalur perakitan yang pada mungkin memiliki campuran merk yang berbeda untuk posisi yang sama dalam papan. Dalam batas dapat digunakan yang cukup luas, gerbang logika dapat dianggap sebagai peranti Boolean ideal tanpa kekhawatiran akan batasan elektronik.

·         Skema gerbang NAND TTL dua masukan yang disederhanakan

v Pembalik sebagai penguat analog

Walaupun didesain untuk penggunaan taraf logika sinyal digital, sebuah TTL dapat dipanjar untuk digunakan sebagai penguat analog. Penguat seperti ini mungkin sangat berguna pada peranti yang harus mengubah sinyal analog km sinyal digital, tetapi biasanya tidak digunakan ketika penguatan analog menjadi kegunaan utama peranti. Pembalik TTL dapat juga digunakan pada osilator kristal karena kemampuan penguatan analognya sangat berarti dalam analisis performansi osilator.

v Penggunaan

Sebelum penemuan peranti integrasi skala sangat besar (VLSI), TTL merupakan standar metode konstruksi untuk prosesor dasar, seperti DEC VAX dan Data General Eclipse. Karena mikroprosesor menjadi lebih berguna, peranti TTL menjadi penting untuk digunakan sebagai logika penempel, seperti penggerak bus cepat pada motherboard, yang menyambungkan blok-blok fungsi sehingga menjadi elemen VLSI.

Setelah seri TTL standar dikenalkan pertama kali, beberapa seri yang lain mulai dikembangkan. Hal yang menjadi pertimbangan perkembangan seri yang lain adalah pada pemilihan kecepatan dan karakteristik daya. Seri-seri tersebut antara lain:

a.     TTL Daya-Rendah, seri 74L

Rangkaian TTL daya-rendah yang didesain dalam seri 74L secara garis besar adalah sama dengan rangkaian dasar TTL seri standar kecuali pada semua nilai hambatan yang digunakan. Nilai hambatan yang besar dapat mengurangi kebutuhan daya tetapi berakibat juga pada kenaikan waktu perambatan. Gerbang TTL seri ini mempunyai disipasi daya rata-rata 1 mW dan waktu tunda perambatan sekitar 33 ns. Seri 74L ini sesuai untuk perlatan yang membutuhkan disipasi daya yang rendah dan tidak begitu mementingkan kecepatan. Calculator adalah salah satu contoh peralatan yang memungkinkan penggunaan seri 74L karena membutuhkan frekuensi yang rendah dan merupakan rangkaian yang beroperasi dengan baterai.

b.     TTL Kecepatan-Tinggi, seri 74H

Rangkaian dasar TTL ini sama dengan rangkaian TTL standar tetapi dengan menggunakan nilai hambatan yang lebih kecil dan transistor Q₃ menggunakan pasangan Darlington. Perbedaan ini menghasilkan kecepatan pensaklaran (switching) yang begitu tinggi dengan rata-rata nilai waktu tunda perambatan 6 ns. Tetapi dengan penambahan kecepatan ini berarti pula meningkatkan disipasi daya yaitu sekitar 23 mW.

PENGUKURAN RADIASI-TERMAL DAN RADIASI-NUKLIR

Pengukuran radioaktivitas merupakan salah satu di antara berbagai kegiatan yang harus dilakukan oleh para insinyur.  Pengukuran ini  kian penting dan kian banyak juga penerapannya. Dalam hal ini kita bahas beberapa pengukuran  yang telah mendapat penerapan secara luas, dan akan ditunjukkan pula peranti-peranti yang digunakan  untuk pengukuran ini.

DETEKSI RADIASI TERMAL

            Pengukuran radiasi termal pada dasarnya merupakan pengukuran fluks energi radiasi. Deteksi fluks-energi ini dapat dilaksanakan dengan melakukan pengukuran atas suhu sebuah bilah logam tipis yang dikenakan radiasi. Bilah ini biasanya dikelamkan supaya dapat menyerap sebagian besar daripada radiasi yang menimpanya; dan dibuat setipis mungkin untuk menimumkan kapasitas kalornya, sehingga dengan  demkian di dapatkanlah karakteristik transien yang paling di kehendaki. Skema detektor radiasi termalbisa di tunjukkan pada gambar di bawah ini. Suhu yang dicapai unsur itu bukan hanya merupakan fungsi energi radiasi yang diserap, tetapi juga bergantung pada rugi konveksi ke lingkungan, dan juga konduksi kedudukan. Rugi konveksi unsure itu dapat dikurangi dengan mengurung detektor itu di dalam suatu sistem vakum yang diberi jendela seperlunya untuk menyalurkan radiasi. Karakteristik transmisi-inframerah beberapa bahan digunakan sebagai jendela diberikan pada gambar dibawah ini. Rugi konduksi dapat dikurangi dengan menggunakan bahan isolasi sebagaimana mestinya.

            Untuk mendeteksi suhu unsur peka-radiasi yang dihitamkan itu, kita dapat menggunakan termokopel atau termopil. Termopil lebih menguntungkan karena keluaran tegangannya tinggi. Berbagai metode konduksi yang cerdik telah diciptakan orang untuk termokopil itu; contoh komersialnya terlihat pada gambar di bawah ini. Gambar termokopil yang diperbesar itu menunjukkan bagaimana pasangan-sambungan yang dihitamkan itu dilelilingi oleh gelang annulus yang terbuat dari mika, yang berfungsi sebagai isolasi listrik dan termal. Termopil itu mencatat perbedaan suhu antara sambungan panas dan suhu sekitar yang melingkupi detektor itu. Lensa di depan peranti itu memfokuskan radiasi pada sopil. Untuk mendapatkan kompensasi suhu-sekitar antara 50 dan 250⁰ F, (10 sampai 121⁰ C) digunakan rangkaian-rangkaian khusus.

            Radiasi termal dapat pula diindra dengan bolometer logam yang terbuat dari sebuah kepingan lembaran-tipis logam yang dihitamkan, umpamanya platina. Suhu lembaran-tipis itu ditunjukkan oleh perubahan-tahanan yang disebabkan oleh perubahan suhu. Untuk mengukur tahanan,  digunakan suatu rangkaian jembatan.

            Sebagai detektor radiasi-termal biasanya digunakan termistor; gambar potongan peranti-deteksi  komersial terlihat pada gambar di bawah ini;

Peranti terdiri dari dua buah termistor yang ditempatkan kotak detektor. Kotak itu ditutup dengan suatu jendela kaca yang mempunyai karakteristik transmisi yang memuaskan. Di antara kedua transmistor itu , sebuah dikenai radiasi yang akan diukur , sedang yang satu lagi terlindung dari radiasi ini. Unsur yang dilindungi dengan perisai ini dihubungkan dengan rangkaian sehingga dapat memberikan kompensasai terus-menerus terhadap suhu kotak detektor. Skema radiometer komersial yang menggunakan detektor termistor terlihat pada gambar di bawah ini ;

            Radiasi masuk difokuskan dengan sistem cermin ke detektor termistor itu. Sebuah pemenggal yang digerakkan motor memotong radiasi ini sehingga terjadi sinyal bolak-balik yang dapa dengan mudah diperkuat. Sinyal yang diperkuat itu kemudian diratakan untuk menghasilkan tegangan keluaran yang sebanding dengan fluks radiasi yang menimpa detektor termistor itu. Dalam sistem ini cermin-cermin itu dapat diatur sedemikian rupa sehingga system optic itu dapat difokuskan ke bidang sempit yang luasnya sampai sekecil 1 mm². Untuk ini digunakan cermin yang dapat digerak-gerakkan dan lampu pemfokus. Sistem ini sangat peka, dan bahkan digunakan untuk deteksi radiasi dari sumber-sumber dekat suhu kamar.

            Kalibrasi detektor radiasi-termal dilakukan secara langsung, yaitu dengan mengukur keluarannya sebagai fungsi suatu radiasi yang diketahui, yang berasal dari benda-hitam yang suhunya diubah-ubah. Contoh sumber benda hitam itu adalah  seperti padagambar di atas. Lubang kerucut dibuat dari bahan berkonduktivitas tinggi, umpamanya aluminium atau tembaga, dan permukaan dalamnya dihitamkan. Suhu lubang itu dipelihara denagn suatu pemanas listrik, dan ditunjukkan serta dikendalikan denagn termistor atau thermometer tahanan listrik. Sekat-sekat yang dipasang dekat bukaan itu mencegah radiasi liar dari lingkungan, yang mungkin mempengaruhi  keluaran radiasi dari lubang. Konstruksi terperinci standar-standar benda hitan dibahas oleh Marcus (9). Patut dicatat bahwa lubang-lubang seperti yang dibahas di atas dapat memberikan emisivitas efektif dalam jangkau 1% dari kondisi benda hitam.

            Perbandingan antara karakteristik transien dan ambang energi untuk tiga jenis penerima radiasi termal diberikan pada tabel 12-1 di bawah ini menurut rujukan (2). Nilai ambang energi ialah energy minimum yang bias dideteksi dengan piranti itu.

Tabel 12-1 Karakteristik penerima termal

Jenis	Waktu respons	Ambang energi,W
Termokopel	0,2 s	3,0 x 10-4
Bolometer  termistor	3,0 ms	7,2 x 10-8
Bolometer logam	4,0 ms	3,3 x 10-8

           

            Detektor radiasi fotokonduksi telah dibahas dalam bagian di atas dan karakteristik espons beberapa pengindra praktis telah kita catatkan pula. Untuk deteksi radiasi dalam jangkau 1 sampai 4 μm banyak digunakan sel timbal-sulfida.

 Contoh 12.1

Sebuah detektor bolometer radiasi termistor tertentu mempunyai karakteristik sedemikian rupa untuk menghasilkan ratio sinyal derau sebesar satu diperlukan daya masukan minimum sebesar 10^-8 W. umpamakan detektor itu hitam sempurna dan ditempatkan pada jarak 1,0 m dari benda hitam sumber radiasi. Hitunglah suhu sumber itu yang diperlukan untuk menghasilkan ratio sinyal derau 10, andaikan detektor dan lingkungan dijaga pada 20⁰ C. Sumber itu adalah sebuah bola hitam, diameternya 5,0 cm;  dan luas detektor 1 mm².

Energi netto yang diserap ialah;

                        q = σA ( T⁴ – 293⁴) ( 2,5/100)²

di mana A ialah luas detektor. Untuk ratio sinyal-derau 10, daya masukan harus 10 x 10^-8 = 10^-7 W = q.

Jadi,  - 293⁴ =  = 2,82 x 10⁹

                                Ts = 317,7 K = 44,7⁰ C

OSILATOR

Osilator adalah suatu alat yang merupakan gabungan elemen-elemen aktif dan pasif untuk menghasilkan bentuk gelombang sinusoidal atau bentuk gelombang periodik lainnya. Suatu osilator memberikan tegangan keluaran dari suatu bentuk gelombang yang diketahui tanpa penggunaan sinyal masuk dari luar. Osilator mengubah daya arus seaarh (dc) dari catu daya ke daya arus bolak-balik (ac) dalam beban. Dengan demikian fungsi osilator berlawanan dengan penyearah yang mengubah daya searah ke daya bolak-balik.

Suatu osilator dapat membangkitkan bentuk gelombang pada suatu frekuensi dalam batas beberapa siklus tiap jam sampai beberapa ratus juta siklus tiap detik. Osilator dapat hamper secara murni menghasikan gelombang sinusoidal dengan frekuensi tetap, ataupun gelombang yang hanya dengan harmonic. Osilator umumnya digunakan dalam pemancar dan penerima radio dan televise, dalam radar dan dalam berbagai sistem komunikasi.

Pesawat penerima radio dan televise juga menggunakan osilator untuk mengolah isyarat yang datang. Isyarat yang datang ini dicampur dengan isyarat dari osilator local sehingga menghasilkan isyarat pembawa informasi dengan frekuensi yang lebih rendah. Isyaratyang terakhir ini dikenal sebagai isyarat  if (intermediate frequensi).

Osiator juga digunakan untuk menentukan dan mendeteksi dengan gelombang mikro (radar) ataupun gelombang  ultrasonic (sonar).

Pada dasarnya ada tiga macam osilator, yaitu osilator RC, osilaotor LC, dan osilator relaksi. Dua yang pertama menghasilkan isyarat berbentuk sinusoida sedangkan osilator relaksi menghasilkan isyarat  persegi, segitiga, gigi gergaji atau pulsa.

a)   OSILATOR RC

Osilator RC menggunakan hambatan R dan kapansitansi C untuk mengatur frekuensi. Isyarat yang dapat dihasilakan dapat diusahakan agar berbentuk sinusoida . Osilator ini menghasilkan balikan positif yang bersifat reaktif, sehingga kondisi osilasi, yaitu  hanya berlaku untuk satu nilai frekuensi, yang berakibat isyarat keluar berbentuk sinusoida.

Ada beberapa macam osilator RC yang akan dibahas di sini, yaitu osilator jembatan RC, oslator jembatan Wien dan osilator T-kembar.

b) OSILATOR LC

 Isolator RC digunakan untuk menghasilakan isyarat sinusoida frekuensi rendah, yaitu dibawah 500 KHz. Osilator RC tidak menggunakan inductor, dan frekuensi dapat di ubah dengan mengatur hambatan suatu potensiometer. Di dalam pasal ini kita akan membahas osilator LC, dengan osilasi yang di peroleh melalui rangkaian LC paralel. Osilator LC digunakan untuk memperoleh isyarat sinusoida dan frekuensi audio hingga frekuensi radio, bahkan sampai frekuensi gelombang mikro.

c) Osilator Kristal

Agar diperoleh frekuensi yang mantap orang menggunakan kristal pada rangkaian osilator. Yang dimaksud dengan kristal di sini adalah kristal kuarsa, yaitu kristal silikondioksida. Kristalini bersifat piezoelektrik.

Sifat piezoelektrisitas adalah sifat beberapa macam kristal, kristal ini ditekan, antara dua permukaan yang ditekan akan timbul beda tegangan listrik. Sebaliknya, jika antara dua permukaan Kristal diberi beda potensial listrik terjadilah tekanan antara kedua permukaan tersebut yang menyebabkan perubahan bentuk pada kristal.

Sifat piezoelektrik pada kristal kuarsa mengakibatkan kristal ini berperilaku sebagai suatu system resonanasi. Lengkung resonansi kristal ini amat tajam, atau mempunyai faktor Q yang amat tinggi (dalam orde ribuan). Frekuensi resonansi kristal bergantung pada tebal kristal, dan arah bidang pemotongan kristal menentukan kekuatan isolasi dan perubahan frekuensi terhadap suhu.

Osilator ini disebut osilator Pierce. Dari gambar di atas dan uraian tentang dasar osilator LC pada pasal (14.4) dapat kita simpulkan bahwa kristal mempunyai reaktansi positif haruslah bersifat induktif. Akibatnya frekuensi resonanasi terutama ditentukan oleh Kristal,dan ini akan terjadi antara frekuensi ω_s dan ω_p dari kristal (lebih dekat pada frekuensi ω_p).

Suatu osilator dapat membangkitkan bentuk gelombang pada suatu frekuensi dalam batas beberapa siklus tiap jam sampai beberapa ratus juta siklus tiap detik. Osilator dapat hamper secara murni menghasikan gelombang sinusoidal dengan frekuensi tetap, ataupun gelombang yang hanya dengan harmonic. Osilator umumnya digunakan dalam pemancar dan penerima radio dan televise, dalam radar dan dalam berbagai sistem komunikasi.

Pesawat penerima radio dan televise juga menggunakan osilator untuk mengolah isyarat yang datang. Isyarat yang datang ini dicampur dengan isyarat dari osilator local sehingga menghasilkan isyarat pembawa informasi dengan frekuensi yang lebih rendah. Isyaratyang terakhir ini dikenal sebagai isyarat  if (intermediate frequensi).

Osiator juga digunakan untuk menentukan dan mendeteksi dengan gelombang mikro (radar) ataupun gelombang  ultrasonic (sonar).

Pada dasarnya ada tiga macam osilator, yaitu osilator RC, osilaotor LC, dan osilator relaksi. Dua yang pertama menghasilkan isyarat berbentuk sinusoida sedangkan osilator relaksi menghasilkan isyarat  persegi, segitiga, gigi gergaji atau pulsa.

a