Embed Size (px)
Citation preview
TUGAS AKHIR
INVERTER UNTUK MENGONTROL MOTOR INDUKSI
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik pada
Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma
Disusun oleh:
YOHANES DWI ATMOKO NIM: 025114044
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2007
i
FINAL PROJECT
INVERTER CONTROLLING INDUCTION MOTOR
Submitted as partial fulfillment of The requirement for Sarjana Teknik degree in Electrical Engineering Faculty of Engineering Sanata dharma University
Compiled by:
YOHANES DWI ATMOKO NIM: 025114044
DEPARTMENT ELECTRICAL ENGINEERING
FACULTY OF ENGINEERING
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2007
ii
iii
iv
v
MOTO DAN PERSEMBAHAN
MOTO:
]tÇztÇ Åâwt áx~tÄ| ÅxÇçxÜt |~t ~xtwttÇ ÅxÇtw| uâÜâ~? ~tÜxÇt gâtÇ ux~xÜt w| wtÄtÅ |wâÑ ~|àtA ]|~t à|wt~ wtÑtà tÑt çtÇz ~|àt áâ~tAAAAAuxÄttÜÄt âÇàâ~ ÅxÇçâ~t| tÑt çtÇz ~|àt wtÑtàAAA
PERSEMBAHAN: ~â ÑxÜáxÅut~tÇ ~tÜçt ~xv|Ä~â |Ç| âÇàâ~ M gâtÇ ]xáâá ^Ü|áàâá tàtá áxztÄt ~tá| wtÇ ~xut|~tÇ@açt |uâ utÑt~~â âzt ~t~t~~â wtÇ tw|~@tw|~~â àxÜv|Çàt çtÇz áxÇtÇà|tát ÅxÇwÉt~tÇ wtÇ ÅxÇztá|| t~â
vi
KATA PENGANTAR
Syukur kepada Tuhan yang telah melimpahkan rahmat serta kasih-Nya kepada
penulis untuk menyelesaikan tugas akhir yang berjudul “Inverter Untuk Mengontrol
Motor Induksi”.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini tidak mungkin dapat terselesaikan dengan
baik tanpa bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan
terimakasih kepada:
1. Bapak A. Bayu Primawan, S.T.,M.Eng. selaku Kaprodi Teknik Elektro.
2. Bapak Martanto, S.T., M.T dan pak Petrus Setyo Prabowo S.T. yang telah dengan
sabar membimbing dan menyemangati serta memberikan ilmunya kepada penulis,
sehingga penulis semakin terpacu untuk menyelesaikan skripsi ini dengan sebaik-
baiknya.
3. Pak Djoko Untoro, S.si, M.T selaku pembimbing akademik
4. Segenap dosen dan karyawan Teknik atas bimbingan, ilmu dan pelayanan yang
diberikan selama ini.
5. Laboran TE mas hardi, mas mardi, mas Sur, Mas Broto serta mas Yusuf yang sering
tak repotin selama ini.
6. Ibu, Bapak, kakakku dan adik-adikku yang telah memberikan kasih sayang, dorongan
moril dan materiil kepada penulis.
7. Teman-teman TE ‘02 dan ‘03 atas segala pengalaman hidup bersama selama ini.
8. Andre “PK” , Tanto, kelik , Briatma makasih banget atas bantuaannya.
vii
9. Yusnita, d lia yang telah memberikan doa, dorongan, dan kesabaran karena ke-Betean
ku selama penyusunan tugas akhir ini.
10. Cah-cah kampung wiyu dimana aku tinggal, yang selalu penuh kerja keras “ angkat
sekopmu”.
11. Mitsubishi 120Ps 91 yang banyak membantu aku, “ojo rusak terus aku masih
membutuhkanmu”.
Semoga Tuhan melimpahkan rahmat-Nya kepada kita semua dan semoga tulisan ini
dapat berguna dan bermanfaat bagi penulis maupun pembaca semuanya, Amin.
Jogjakarta, Juli 2007
Penulis,
Yohanes Dwi Atmoko
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .................................................................................. i
HALAMAN JUDUL (INGGRIS)................................................................ ii
HALAMAN PENGESAHAN ..................................................................... iii
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA TULIS.......................................... v
HALAMAN MOTO DAN PERSEMBAHAN........................................... vi
KATA PENGANTAR ................................................................................ vii
DAFTAR ISI................................................................................................ ix
DAFTAR GAMBAR .................................................................................. xiii
DAFTAR TABEL ……………………………………………………….. xvi
DAFTAR LAMPIRAN................................................................................ xvii
INTISARI .................................................................................................... xviii
ABSTRACT................................................................................................... xix
BAB I. PENDAHULUAN .......................................................................... 1
1.1 Judul.............................................................................................. 1
1.2 Latar Belakang ............................................................................. 1
1.3 Perumusan Masalah ...................................................................... 2
1.4 Batasan Masalah ........................................................................... 2
1.5 Manfaat Penelitian ........................................................................ 3
1.6 Susunan Penulisan Tugas Akhir .................................................. 3
BAB II. DASAR TEORI ............................................................................. 5
2.1 Penyearah ..................................................................................... 6
ix
2.2 Tapis Kapasitor ........................................................................... 7
2.3 Pembangkit Gelombang Sinus ..................................................... 8
2.4 Buffer Tegangan ........................................................................... 9
2.5 Pembangkit Gelombang Segitiga ................................................. 10
2.6 SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation) . ............................ 11
2.7 Transistor . .................................................................................... 16
2.8 Optokopler . .................................................................................. 18
2.9 Chopper Empat Kuadran . ............................................................ 18
2.9.1 Kuadran satu ....................................................................... 19
2.9.2 Kuadran dua ........................................................................ 20
2.9.3 Kuadran tiga ........................................................................ 20
2.9.4 Kuadran empat .................................................................... 21
2.10 MOSFET .................................................................................... 22
2.11 Motor Induksi Satu Fasa ............................................................ 24
2.12 Penapis Aktif Lolos Rendah ....................................................... 25
2.13 Multivibrator Astabil .................................................................. 26
2.14 D Flip-Flop.................................................................................. 28
2.15 Gerbang logika NAND ............................................................... 29
2.16 Pencacah Dekade ........................................................................ 30
2.17 Dekoder....................................................................................... 32
BAB III. PERANCANGAN ........................................................................ 34
3.1 Penyearah ..................................................................................... 35
3.2 Tapis Kapasitor ............................................................................. 37
x
3.3 Pembangkit Gelombang Sinus...................................................... 38
3.4 Pembangkit Gelombang Segitiga.................................................. 39
3.5 SPWM........................................................................................... 41
3.6 Kendali Kaki Gate ........................................................................ 44
3.7 Chopper......................................................................................... 46
3.8 Motor AC...................................................................................... 47
3.9 Pewaktu......................................................................................... 49
3.10 Rangkaian Basis Waktu .............................................................. 51
3.11 Penampil Frekuensi Inverter....................................................... 51
3.11.1 Rangkaian Pengondisi Sinyal ........................................... 52
3.11.2 Rangkaian Pencacah, Lacth, dan Multiplekser ................. 53
3.11.3 Dekoder dan 7-segmen LED.............................................. 55
3.11 Penampil Kecepatan Motor......................................................... 55
3.11.1 Rangkaian Pengondisi Sinyal ........................................... 56
3.11.2 Rangkaian Pencacah, Lacth, dan Multiplekser ................. 57
3.11.3 Dekoder dan 7-segmen LED ............................................. 60
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................... 61
4.1 Cara Pengoperasian Alat............................................................... 61
4.2 Pengamatan Penyearah ................................................................ 62
4.3 Pengamatan Pembangkit Gelombang Sinus ................................ 63
4.4 Pengamatan pembangkit Gelombang Segitiga ............................. 65
4.5 Pengamatan SPWM . .................................................................... 68
4.6 Pengamatan Kendali Kaki Gate.................................................... 69
xi
4.7 Pengamatan Motor. ....................................................................... 71
4.7.1 Pengamatan Frekuensi Motor . ............................................ 71
4.7.2 Pengamatan Kecepatan Motor ............................................ 75
4.7.3 Pengamatan Arus Motor . .................................................... 79
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN .................................................... 81
5.1 Kesimpulan ................................................................................... 81
5.2 Saran ............................................................................................. 81
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 82
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Jembatan penyearah gelombang penuh.................................................. 6
Gambar 2.2 Penyearah dengan filter kapasitor .......................................................... 7
Gambar 2.3 Pembangkit gelombang sinus dengan XR-2206 .................................... 9
Gambar 2.4 Konfigurasi buffer tegangan................................................................... 9
Gambar 2.5 Pembangkit gelombang segitiga ............................................................ 10
Gambar 2.6 Cara kerja pembangkitan gelombang segitiga ....................................... 11
Gambar 2.7 Pembangkit sinyal SPWM ..................................................................... 12
Gambar 2.8 Bentuk gelombang SPWM..................................................................... 13
Gambar 2.9 Kontrol tegangan dengan mengubah nilai ....................................... 14 am
Gambar 2.10 karakteristik BJT. (a) NPN transistor. (b) ideal karakteristik (c) karakteristik transistor .......................................................................................... 16
Gambar 2.11 Transistor sebagai saklar...................................................................... 17
Gambar 2.12 Optokopler. .......................................................................................... 18
Gambar 2.13 Chopper empat kuadran ....................................................................... 19
Gambar 2.14 Kuadran pertama dengan tegangan dan arus beban positif.................. 19
Gambar 2.15 Kuadran kedua dengan tegangan beban negatif dan arus positif ......... 20
Gambar 2.16 Kuadran ketiga dengan tegangan dan arus beban negatif .................... 21
Gambar 2.17 Kuadran keempat dengan tegangan positif dan arus beban negatif ..... 21
Gambar 2.18 Simbol MOSFET ................................................................................. 22
Gambar 2.19 Transfer karakteristik dari n-chanel MOSFET tipe enhancement ....... 23
Gambar 2.20 Karakteristik keluaran dari MOSFET tipe enhancement..................... 23
Gambar 2.21 Rangkaian pensaklaran MOSFET........................................................ 24
xiii
Gambar 2.22 Motor Induksi satu fasa........................................................................ 24
Gambar 2.23 Motor kapasitor .................................................................................... 25
Gambar 2.24 Kurva umum karakteristik penapis lolos rendah.................................. 26
Gambar 2.25 Rangkaian penapis VCVS.................................................................... 26
Gambar 2.26 Rangkaian multivibrator dengan IC 555.............................................. 27
Gambar 2.27 Rangkaian D flip-flop .......................................................................... 28
Gambar 2.28 Rangkaian logika gerbang logika NAND ............................................ 29
Gambar 2.29 (a) pencacah dekade (b) bentuk gelombang......................................... 31
Gambar 2.30 Rangkaian dekoder BCD ke 7-segmen LED ....................................... 33
Gambar 3.1 Blok diagram voltage source inverter.................................................... 35
Gambar 3.2 Jembatan penyearah gelombang penuh.................................................. 35
Gambar 3.3 Tapis kapasitor ....................................................................................... 37
Gambar 3.4 Pembangkit gelombang sinus menggunakan XR-2206 ......................... 39
Gambar 3.5 Pembangkit gelombang segitiga ............................................................ 41
Gambar 3.6 Rangkaian SPWM.................................................................................. 42
Gambar 3.7 Rangkaian kendali kaki gate .................................................................. 45
Gambar 3.8 Chopper empat kuadran ......................................................................... 47
Gambar 3.9 (a) Rangkaian pewaktu 1 detik, (b) Rangkaian reset dan lacth ............ 50
Gambar 3.10 Rangkaian basis waktu......................................................................... 51
Gambar 3.11 Rangkaian penapis lolos rendah dengan fc 50Hz ................................ 53
Gambar 3.12 Rangkaian pengondisi sinyal ............................................................... 53
Gambar 3.13 Rangkaian penampil frekuensi dengan mengunakan IC 4553, IC 4511 dan 7-segmen LED dua digit. ...................................................... 54
Gambar 3.14 Rangkaian sensor dan pengondisi sinyal ............................................. 57
xiv
Gambar 3.15 Rangkaian penampil kecepatan dengan menggunakan IC 4553, IC 4511 dan 7-segmen LED tiga digit. ...................................................... 59
Gambar 4.1 Gelombang sinus dengan frekuensi 45Hz.............................................. 63
Gambar 4.2 Pengamatan Gelombang segitiga ........................................................... 65
Gambar 4.3 Pengamatan keluaran pembanding gelombang segitiga dengan sinus ........................................................................................................................... 67 Gambar 4.4 Pengamatan pendeteksi perpotongan dengan nol dengan frekuensi 48Hz........................................................................................................................... 68 Gambar 4.5 Pengamatan keluaran SPWM................................................................. 69
Gambar 4.6 Pengamatan kendali kaki gate satu dan tiga........................................... 70
Gambar 4.7 Grafik galat pada pengamatan frekuensi................................................ 74
Gambar 4.8 Grafik galat pengukuran kecepatan........................................................ 77
Gambar 4.9 Pengaruh perubahan frekuensi terhadap kecepatan motor..................... 78
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Harmonisa yang ternormalisasi untuk Vo dengan > 21............................ 15 fm
Tabel 2.2 Tabel kebenaran D flip-flop............................................................................. 29
Tabel 2.3 Tabel kebenaran gerbang logika NAND ......................................................... 30
Tabel 2.4 Tabel kebenaran Pencacah dekade .................................................................. 32
Tabel 3.1 hubungan frekuensi dan kecepatan .................................................................. 48
Tabel 4.1 Pengamatan pada penyearah............................................................................ 62
Tabel 4.2 Pengamatan pada gelombang sinus ................................................................. 64
Tabel 4.3 Pengamatan pada gelombang segitiga ............................................................. 66
Tabel 4.4 Pengamatan pada kendali kaki gate................................................................. 70
Tabel 4.5 Pengamatan frekuensi ...................................................................................... 72
Tabel 4.6 Pengamatan kecepatan..................................................................................... 75
Tabel 4.7 Pengamatan pengaruh perubahan frekuensi terhadap arus dan Kecepatan......................................................................................................................... 79
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
A. Rangkaian lengkap inverter ............................................................................. L1
B. Data percobaan................................................................................................. L2
C. Data Sheet ........................................................................................................ L3
xvii
INTISARI
Elektronika daya dimanfaatkan pada peralatan elektronika di industri dan rumah tangga. Inverter memberikan kemudahan dalam pengaturan kecepatan motor AC, inverter merupakan konverter tegangan DC ke tegangan AC. Dengan menggunakan inverter modulasi lebar pulsa dimungkinkan tegangan keluaran AC dapat mendekati bentuk gelombang sinus, sehingga disebut modulasi lebar pulsa sinus. Gelombang sinus dengan frekuensi yang dapat diatur dibandingkan dengan gelombang segitiga dengan frekuensi tetap.
Pada perancangan ini dijelaskan perancangan inverter 1 fasa. Gelombang sinus dengan frekuensi yang dapat diatur dari 15Hz sampai dengan 50Hz dibandingkan dengan gelombang segitiga dengan frekuensi 2000Hz. Hasil pembandingan merupakan sinyal modulasi lebar pulsa sinus dengan rasio modulasi amplitudo =1 dan rasio modulasi frekuensi minimal adalah 40. Penyerahan masukan AC menggunakan dioda jembatan H 35MB60A, dan untuk konversi DC ke AC menggunakan chopper empat kuadran dengan pensaklaran menggunakan MOSFET 2SK2611. Tampilan frekuensi dan kecepatan putar motor ditampilkan dengan 7-segmen LED. Pengaturan frekuensi inverter dilakukan dengan mengatur frekuensi gelombang sinus.
am
fm
Pada tugas akhir ini inverter yang dibuat diatur frekuensinya dari 25Hz sampai dengan 48Hz yang menghasilkan perubahan putaran dari 1470rpm sampai dengan 2870rpm, dengan menggunakan beban motor AC 220V/50Hz. Kata kunci: inverter, modulasi lebar pulsa sinus, Pengaturan frekuensi.
xviii
ABSTRACT
Power electronics used in electronic devices of industry and household. Inverter
is voltage converter DC to AC, Inverter gives amenity in speed control of AC motor. By using pulse width modulation inverter in order to shape the output AC voltage to be as close to sine wave, causing is called as sinusoidal pulse width modulation. Sine wave with variable frequency compared to triangular wave with constant frequency.
At this scheme explained the scheme of single phase inverter. Sine wave with variable frequency 15Hz up to 50Hz compared to triangular wave with frequency 2000Hz. Result of compared is modulation signal of sine pulse width with amplitude modulation ratio = 1 and frequency modulation ratio minimum is 40. The AC input is rectified through a diode bridge 30MB60A, and switch-mode DC to AC inverters applies four quadrants chopper with MOSFET 2SK2611 switches. Frequency appearance and rotation speed of motor is presented with 7-segmen LED. Frequency Control of inverter is done by arranging sine wave frequency.
am fm
At this final task the frequency of the inverter is arranged from 25Hz up to 48Hz gets change of rotation speed from 1470rpm up to 2870rpm, by using AC motor 220V/50Hz. Keyword: inverter, sinusoidal pulse width modulation, frequency control.
xix
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Judul
Inverter Untuk Mengontrol Motor Induksi (Inverter Controlling Induction Motor)
1.2 Latar Belakang
Perkembangan teknologi elektronika memberikan kemudahan dan menambah
kenyamanan bagi semua lapisan masyarakat dalam malakukan aktifitas sehari-hari.
Elektronika daya dimanfaatkan pada berbagai peralatan elektronika yang dapat dijumpai
setiap hari antara lain televisi, dan catu daya tak terputus (UPS Uninterruptible power
supplies).
Salah satu pemanfaatan yang lain adalah dalam pengendalian motor AC.
Pengendalian putaran motor AC banyak dijumpai dalam industri antara lain pada
pengendalian blower, HPP (High Pressure Pump), sugar mills, blending, dan lain-lain.
Peralatan elektronik yang menggunakan motor AC pada rumah tangga umumnya masih
memakai peralatan mekanik, antara lain pada mixer dengan saklar mekanik dan pada
motor mesin jahit dengan menggunakan batang arang.
Pengendalian motor AC dilakukan dengan mengatur frekuensi dan atau amplitudo
tegangan yang masuk ke motor AC. Pengaturan frekuensi dan atau amplitudo dapat
dilakukan dengan menggunakan peralatan yang disebut inverter, yang merupakan suatu
konverter yang mengkonversi tegangan DC menjadi AC dengan frekuensi yang dapat
diatur.
1
2
1.3 Perumusan Masalah
Permasalahan yang timbul dalam penyusunan tugas akhir ini dapat dirumuskan
sebagai berikut:
1. Bagaimana merancang dan membuat piranti yang dapat mengkonversi tegangan
listrik AC PLN menjadi tegangan DC (Penyearah).
2. Bagaimana merancang dan membuat alat perangkat keras yang dapat
mengkonversi tegangan DC menjadi AC (Inverter).
3. Bagaiman merancang dan membuat piranti yang dapat mengontrol frekuensi
keluaran.
4. Pemilihan motor induksi yang akan di kontrol.
1.4 Batasan Masalah
Batasan masalah pada tugas akhir ini yaitu:
1. Inverter yang akan dirancang dan dibuat adalah Voltage Source Inverter.
2. Motor induksi yang dipakai memiliki tegangan 220V, frekuensi 50Hz, satu fasa,
dan memiliki kecepatan 3000rpm (rotation per minute).
3. Bentuk gelombang keluarannya adalah Modulasi Lebar Pulsa Sinus (SPWM,
Sinusoidal Pulse Width Modulation), dengan frekuensi pembawa 2kHz.
4. Inverter memiliki tegangan tetap dengan frekuensi yang dapat diatur pada 15Hz
sampai dengan 50Hz dan menghasilkan perubahan putaran dari 900rpm sampai
dengan 3000rpm
3
1.5 Manfaat Penelitian
Menerapkan pemanfaatan elektronika daya pada pengaturan kecepatan motor
listrik AC 1 fasa.
1.6 Susunan Penulisan Tugas Akhir
Untuk lebih memperjelas penyampaian materi laporan ini, maka dipaparkan
susunan penulisan sebagai berikut:
BABI PENDAHULUAN
Dijelaskan tentang latar belakang, rumusan dan batasan masalah yang
akan disampaikan, tujuan penulisan serta sistematika penulisan ini.
BAB II DASAR TEORI
Berisi dasar teori yang digunakan yaitu penyearah, tapis kapasitor,
SPWM, pembangkit gelombang sinus, pembangkit gelombang segitiga,
transistor sebagai saklar, MOSFET, optokopler, chopper, motor induksi
satu fasa, penapis lolos rendah, mutivibrator astabil, D flip-flop, logika
gerbang NAND, pencacah dekade, demultiplekser dan dekoder.
BAB III PERANCANGAN ALAT
Berisikan perancangan tiap bagian dari Voltage Source Inverter yaitu
penyearah, tapis kapasitor, pembangkit gelombang sinus, pembangkit
gelombang segitiga, SPWM, kendali kaki gerbang dan chopper, penampil
frekuensi, pewaktu, rangkaian basis waktu dan penampil kecepatan.
4
BAB IV PEMBAHASAN
Berisi hasil uji coba alat yang dibuat dan pembahasan dari penelitian yang
dilakukan.
BAB V PENUTUP
Berisi kesimpulan dari penelitian yang dilakukan.
BAB II
DASAR TEORI
Inverter digunakan untuk mengkonversi tegangan dari sumber DC menjadi AC.
Inverter banyak digunakan untuk mengontrol motor AC dan UPS [2]. Sumber DC bisa
didapatkan dari baterai atau dengan penyearahan dari sumber AC. Untuk penyearahan
dapat mengunakan penyearahan takterkontrol (mengunakan dioda) atau penyearahan
terkontrol (mengunakan saklar), untuk penyearahan terkontrol dapat mengunakan SCR
(Silicon Controlled Rectifier) sebagai penyaklaran.
Ada dua tipe inverter yaitu: voltage source inverters (VSIs) dan current source
inverters (CISs). Untuk VSIs dapat dibagi ke dalam tiga kategori umum yaitu:
1. PWM Inverter.
Inverter ini memiliki masukan DC yang selalu tetap, oleh karena itu inverter
harus mengendalikan amplitudo dan frekuensi dari tegangan keluaran AC.
Dengan PWM dimungkinkan tegangan keluaran AC dapat mendekati bentuk
gelombang sinus, sehingga disebut sinusoida PWM.
2. Square Wave Inverter.
Inverter ini memiliki tegangan masukan DC yang dikontrol untuk mengendalikan
amplitudo dari tegangan keluaran AC, maka inverter hanya digunakan untuk
mengontrol frekuensi dari tegangan keluaran AC. Tegangan keluaran AC
memiliki bentuk gelombang yang serupa dengan gelombang kotak.
5
6
3. Single Phase Inverter With Cancellation.
Dalam kasus dari inverter dengan keluaran satu fasa sangat mungkin untuk
mengendalikan amplitudo dan frekuensi keluaran, masukan dari inverter adalah
DC konstan dan pensaklaran inverter mengunakan gelombang kotak. Oleh karena
itu, inverter ini mengkombinasikan karakteristik dari kedua inverter sebelumnya.
Teknik voltage cancellation hanya bekerja pada inverter satu fasa.
2.1 Penyearah
Konverter AC ke DC secara umum dikenal dengan nama penyearah dan dioda
penyearah menyediakan tegangan DC yang pasti [4]. Penyearah gelombang penuh adalah
rangkaian yang mengubah bentuk gelombang bolak-balik menjadi searah pada seluruh
siklus gelombangnya. Rangkaian ini menggunakan metode jembatan, seperti terlihat pada
gambar 2.1.
0
D3
DIODE
RVs
220Vac
D2
DIODE
D1
DIODE
D4
DIODE
Gambar 2.1. Jembatan penyearah gelombang penuh.
Pada setengah siklus pertama bila sumber tegangan memiliki tegangan positif,
maka arus akan mengalir lewat D1, R, D4, dan menuju sumber tegangan. Pada setengah
siklus berikutnya arus akan mengalir lewat D2, R, D3, dan kembali ke sumber tegangan.
Tegangan puncak penyearahan adalah mV
7
rmsm VV ×= 2 (2-1)
Tegangan keluaran rata-rata adalah
mm
T
mdc VV
tdtVT
V 6366.02
sin20
=== ∫ πϖπ (2-2)
Nilai rms tegangan dan arus keluaran adalah
( ) mm
T
mrms VV
dttVT
V 707.02
sin2 21
2
0
2 ==⎥⎦⎤
⎢⎣⎡= ∫ ω (2-3)
RV
RV
I mrmsrms
707.0==
(2-4)
2.2 Tapis Kapasitor
Penapisan dilakukan dengan menghubung paralel kapasitor dengan beban [4].
Kapasitor memperlama arus yang mengalir ke beban sehingga mengurangi ripple pada
tegangan keluaran, gambar 2.2 menunjukkan penyearah dengan tapis kapasitor. Bila
tegangan masukan melebihi tegangan kapasitor, maka kapasitor berisi muatan, dioda-
dioda (D1 dan D4 atau D2 dan D3) konduksi. Bila tegangan masukan lebih rendah dari
pada tegangan kapasitor maka dioda-dioda (D1 dan D4 atau D2 dan D3) mengalami bias
mundur dan kapasitor melepaskan muatannya melalui resistansi beban.
0
D3
DIODE
R
Vs220Vac
L
D2
DIODE
D1
DIODE
Ce
D4
DIODE
Gambar 2.2. Penyearah dengan filter kapasitor.
8
Agar arus ripple harmonisa ke-n lebih mudah melewati tapis kapasitor, impedansi beban
harus lebih besar dibandingkan kapasitor, maka:
eCn
LnRω
ω 1)( 22 ⟩⟩+ (2-5)
Dengan f×= πω 2 dan f merupakan frekuensi sumber tegangan ac.
Kondisi ini dipenuhi dengan hubungan
eCn
LnRω
ω 10)( 22 =+ (2-6)
Dan dengan kondisi ini, pengaruh beban akan diabaikan.
2.3 Pembangkit Gelombang Sinus
Gelombang sinus dibangkitkan oleh XR-2206 yang merupakan sebuah generator
fungsi yang mampu membangkitkan gelombang sinus, segiempat, segitiga, lereng dan
denyut dengan ketelitian yang cukup tinggi [7]. Frekuensi kerja dari XR-2206 dapat
dipilih antara rentang 0.01Hz sampai dengan lebih dari 1MHz. Rangkaian ini idealnya
digunakan pada komunikasi, instrumentasi dan generator fungsi. Frekuensi keluaran
dapat diperoleh dari persamaan 2.7.
XR-2206 dibagi dalam empat blok menurut fungsinya yaitu voltage controlled
oscillator (VCO), analog multiplier and sine shaper, buffer dan current switches. VCO
menghasilkan frekuensi yang sebanding dengan arus input, arus tersebut diperoleh dari
resistor yang dihubungkan dari terminal pewaktu dengan pentanahan. Rangkaian
pembangkit gelombang sinus seperti terlihat pada gambar 2.3.
RC
f 1= (2-7)
9
Potensiometer digunakan untuk mengatur frekuensi keluaran. Keluaran
amplitudo maksimum sebanding dengan resistor , untuk gelombang keluaran berupa
sinus, amplitudo keluaran mendekati 60mV puncak per kiloOhm.
1R
3R
Gambar 2.3. Pembangkit gelombang sinus dengan XR-2206.
2.4 Buffer Tegangan
Buffer tegangan berfungsi untuk mempertahankan tegangan keluaran agar tidak
terbebani oleh beban [6]. Tegangan keluaran yang dihasilkan rangkaian buffer tegangan
sama dengan tegangan masukan. Konfigurasi buffer tegangan seperti pada gambar 2.4.
+
-
Op1
3
26
74
VoVin
Gambar 2.4. Konfigurasi buffer tegangan.
10
2.5 Pembangkit Gelombang Segitiga
Gelombang segitiga dibangkitkan mengunakan dua buah OpAmp (Operational
Amplifier), OpAmp yang pertama digunakan untuk menghasilkan tegangan kotak dan
OpAmp yang kedua sebagai integrator yang menghasilkan tegangan segitiga[6].
Rangkaian pembangkit gelombang segitiga ditunjukkan pada gambar 2.5.
Vee
Vcc
+
-
3
26
74
Rc +
-
3
26
74
Vcc
V1
pR
Vee
C1
Ri
R
Gambar 2.5. Pembangkit gelombang segitiga.
Cara kerja pembangkitan gelombang segitiga dapat diterangkan dengan gambar
2.6. Dengan acuan waktu sampai titik B, pada kondisi awal Vramp = 0 dan keluaran
pembanding . Setelah t = pada kapasitor terjadi pengosongan sehinga Vramp
turun sampai batas , saat Vramp = maka keluaran pembading akan bernilai
. Ini menyebabkan Vramp nilainya naik sampai batas , karena terjadi pengisisan
pada kapasitor. Sehingga menyelesaikan satu siklus lengkap dari gelombang segitiga.
satV+ +0
LTV LTV
satV− UTV
11
satV+
UTV Vramp A B C D
LTV
satV− Gambar 2.6. Cara kerja pembangkitan gelombang segitiga.
Tegangan puncak dari gelombang segitiga dirumuskan dengan rasio perbandingan
p antara resistor umpan balik pR ke resistor R dan tegangan saturasi. Diberikan oleh
persamaan 2-8a dan 2-8b.
pV
V satUT
−−= (2-8a)
pV
V satUT
+−= (2-8b)
Dengan:
RpRp = (2-9)
Frekuensi keluaran pembangkit gelombang segitiga ini diberikan oleh persamaan 2-10.
RiCpf
4= (2-10)
2.6 SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation)
SPWM merupakan rangkaian yang menghasilkan variasi pulsa untuk masukan
sinus [2]. Dengan SPWM akan didapatkan nilai duty cycle yang berubah-ubah tergantung
nilai amplitudo masukan sinusnya. Secara prinsip SPWM ini membandingkan
12
gelombang segitiga yang memiliki periode konstan dengan gelombang sinus. Blok
diagram SPWM untuk inverter satu fasa terlihat pada gambar 2.7.
sinus
+
-
U3A
OP-11
3
21
411
SPWM
segitiga
Gambar 2.7. Pembangkit sinyal SPWM.
Pada inverter frekuensi dari gelombang segitiga selalu konstan dengan amplitudo
. Gelombang segitiga memiliki frekuensi , yang disebut sebagai frekuensi
pembawa. Sinyal kontrol digunakan untuk memodulasi dan memiliki frekuensi
( juga disebut sebagai frekuensi modulasi), sinyal kontrol ini merupakan gelombang
sinus sebagai frekuensi dasar dari tegangan keluaran inverter. Bentuk gelombang SPWM
dapat dilihat pada gambar 2.8. Keluaran tegangan dari inverter tidak dapat seperti sinus
murni dan pasti memiliki komponen tegangan pada frekuensi harmonis dari . Modulasi
amplitudo memiliki rasio di definisikan sebagai:
triV sf
contolV 1f
1f
1f
am
tri
controla V
Vm = (2-11)
Dengan adalah tegangan puncak kontrol sinyal, dan adalah amplitudo dari
sinyal segitiga yang selalu konstan.
contolV triV
Modulasi frekuensi rasio didefinisikan sebagai: fm
1f
fm s
f = (2-12)
13
Gambar 2.8. Bentuk gelombang SPWM.
Tegangan keluaran Vo terdapat harmonisa dengan tegangan harmonisa
ternormalisasi VdVoh , yang memiliki amplitudo yang signifikan. Tegangan puncak dari
komponen frekuensi dasar adalah Vd . Maka rata-rata tegangan keluaran Vo dapat
diperoleh dari perbandingan V dengan dan Vd: contol triV
VdV
VVo
tri
control ×= dengan tricontol VV ≤ (2-13)
Dalam SPWM, amplitudo dari komponen frekuensi dasar pada tegangan keluaran
yang bervariasi secara linear dengan (menghasilkan am 0.1≤am ). Hal tersebut
memberikan jangkauan dari 0 sampai dengan 1. am
Maka:
dengan VdmVo a ×=1)( 0.1≤am (2-14)
Dengan menaikkan amplitudo dari gelombang sinus menyebabkan nilai
berada diatas 1, sehingga disebut overmodulation, karena tegangan keluaran lebih banyak
am
14
mengandung harmonisa jika dibandingkan dengan daerah linear. Gambar 2.9
menunjukkan amplitudo puncak dari frekuensi dasar ternormalisasi sebagai fungsi dari
modulasi amplitudo . am
VdVoh
4π
0 overmodulation Linear gelombang kotak
0 1 3,24 am
Gambar 2.9 Kontrol tegangan dengan mengubah nilai . am
Harmonisa dalam bentuk gelombang tegangan keluaran inverter tampak pada
sideband, yang terpusat pada frekuensi pensaklarannya, dan perkaliannya yaitu berada di
sekitar harmonis , 2 , 3 , dan sebagainya. Amplitudo harmonisa tidak
dipengaruhi oleh . meskipun demikian mengambarkan frekuensi dimana itu
terjadi. Frekuensi dimana tegangan harmonis itu terjadi dapat diketahui dengan:
fm fm fm
fm fm
( ) 1fkjmf fh ±= (2-15)
Harmonis ke-h harus sesuai dengan ke-k sideband dari j waktu perbandingan modulasi
frekuensi fm
( ) kmjh f ±= (2-16)
15
Dalam table 2-1, harmonisa yang ternormalisasi VdVoh menyusun tabel sebagai fungsi
dari modulasi amplitudo , dengan asumsi . Dalam tabel hanya yang memiliki
amplitudo yang penting sampai j = 4.
am 9≥fm
Tabel 2-1. Harmonisa yang ternormalisasi untuk Vo dengan > 21. fm am
H
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1
Fundamental
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
4
2
±
±
f
f
f
m
m
m
1.242
0.016
1.15
0.061
1.006
0.131
0.818
0.220
0.601
0.318
0.018
52
32
12
±
±
±
f
f
f
m
m
m
0.190
0.326
0.024
0.370
0.071
0.314
0.139
0.013
0.181
0.212
0.033
63
4323
3
±
±
±
f
f
f
f
m
mm
m
0.335
0.044
0.123
0.139
0.012
0.083
0.203
0.047
0.171
0.176
0.104
0.016
0.113
0.062
0.157
0.044
74
5434
14
±
±
±
±
f
f
f
f
m
mm
m
0.163
0.012
0.157
0.070
0.008
0.132
0.034
0.105
0.115
0.084
0.017
0.068
0.009
0.119
0.050
Dari tabel tegangan rms keluaran inverter pada semua nilai h di definisikan dengan:
VdVo
VdVo hh ××=
21)(
16
Disubtitusi dengan persamaan 2-11 diperoleh:
VdVdmVdVo ha
h×
××=)(
21)(
hah mVdVo )(2
1)( ××= (2-17)
2.7 Transistor Sebagai Saklar
Simbol dan karakteristik dari BJT (Bipolar Junction Transistor) dapat dilihat pada
gambar 2.10 [2]. BJT memiliki tiga terminal yaitu kolektor, basis dan emitor (gambar
2.10a). BJT diaktifkan dengan memberikan sinyal yang konstan pada basis. BJT memiliki
tegangan bloking pada kondisi off dan arus maju yang besar pada kondisi on (gambar
2.10b). Karena BJT dikendalikan arus, maka arus basis yang besar, dan β transistor yang
besar membuat transistor pada kondisi saturasi (gambar 2.10c). Pada kondisi saturasi
tegangan kolektor-emitor selalu konstan dan arus kolektor didefinisikan sebagai arus
eksternal pada rangkaian kontak.
(a)
Ic Saturasi Linear Ic
saturasi Vce (b) cutoff cutoff Vce Gambar 2.10. karakteristik BJT. (a) NPN transistor. (b) ideal karakteristik (c) karakteristik transistor.
17
Transistor memiliki tiga daerah operasi (gambar 2.10c) saturasi, aktif, dan cutoff.
Untuk transistor NPN pada daerah saturasi, arus basis besar sehingga tegangan kolektor
emitor rendah dan transistor bekerja sebagai saklar, sambungan kolektor emitor, dan basis
emitor bias maju gambar 2.11. Pada daerah linear atau aktif transitor bekerja sebagai
penguat dengan arus kolektor dikuatkan sebesar penguatan tertentu. Pada daerah cutoff
(kondisi off) arus basis tidak mencukupi atau sangat rendah dan sambungan basis emitor
bias mundur.
RBQ1
3
2
1
VCC
RB
RCRC
0V +Vbb
RC
Q1
3
2
1
RC
VCC VCCVCC
Gambar 2.11. Transistor sebagai saklar.
Level saturasi untuk arus kolektor pada rangkaian dapat di definisikan sebagai
berikut:
RcVceVcc
Ic satsat
−= (2-18)
Untuk level saturasi arus basis harus memenuhi kondisi:
dc
IcIb sat
β> (2-19)
Nilai resistansi basis maksimal dapat dicari dengan persamaan:
Ib
VbeVbbRb −= (2-20)
18
Maka:
Ib
VbeVbbRb −< (2-21)
Dengan persamaan-persamaan diatas maka dapat dicari nilai Rb dan Rc yang
sesuai agar transistor dapat berfungsi sebagi saklar.
2.8 Optokopler
Optokopler terdiri dari dua bagian yaitu bagian pengirim cahaya dengan
mengunakan dioda infra merah dan bagian penerima cahaya dengan mengunakan photo
transistor diperlihatkan pada gambar 2.12 [8]. Optokopler dapat diaplikasikan sebagai
sensor dan isolasi antara dua rangkaian. Dioda infra merah dan photo transistor dipasang
saling berhadapan, jika dioda infra merah dialiri arus maka akan menghasilkan cahaya
infra merah. Karena cahaya mengenai bagian basis dari photo transistor menyebakan
photo transistor dapat menghantarkan arus (on). Saat dioda infra merah tidak
memancarkan cahaya atau cahaya yang dihasilkan terhalang, photo transistor off, karena
pada bagian basis tidak mendapatkan cahaya infra merah.
Gambar 2.12. Optokopler.
2.9 Chopper Empat Kuadran
Chopper empat kuadran dengan mengunakan saklar transistor ditunjukkan pada
gambar 2.13 [2]. Dengan beban berupa motor DC dan sumber DC serta kapasitor yang
dihubungkan paralel dengan sumber DC untuk membuat tegangan yang konstan. Untuk
19
mempermudah, diasumsikan saklar ideal dan sinyal kendali basis dapat digunakan untuk
menggambarkan tegangan beban.
T4
C
D2
Vo
T1 T2
II
IV
T3
III
D4D3
D1
VdI
Ia
A -+
1 2
Gambar 2.13. Chopper empat kuadran.
2.9.1 Kuadran Satu
Pada kuadran pertama menghasilkan tegangan dan arus keluaran positif. Ini
diperoleh dengan menghidupkan T1 dan T4 secara bersama-sama, seperti terlihat pada
gambar 2.14. menyebakan tegangan beban sama dengan tegangan sumber. Pada kuadran
pertama ini menghasilkan perputaran motor yang searah jarum jam atau forward
motoring.
T4
C
I
T1
Ia
Vd A -+
1 2Vo
Gambar 2.14. Kuadran pertama dengan tegangan dan arus beban positif.
20
2.9.2 Kuadran Dua
Kuadran kedua menghasilkan arus positif dengan tegangan negatif yang mengalir
ke beban. Karena T1 dan T4 terhubung dalam waktu tertentu, dan kemudian dimatikan.
Tegangan sumber lebih kecil dari tegangan ggl induksi motor. Arus dalam induktor tetap
mengalir sampai energi di dalamnya habis ke titik 0. karenanya, dioda D2 dan D3
mengambil alih, membuat arus tetap mengalir ke arah yang sama, tetapi tegangan beban
adalah negatif dalam bentuk rangkaian yang baru, seperti pada gambar 2.15.
C
II
D2 Ia
D3
Vd A -+
1 2Vo
Gambar 2.15. Kuadran kedua dengan tegangan beban negatif dan arus positif.
2.9.3 Kuadran Tiga
Pada daerah operasi kuadran ketiga menghasilkan tegangan dan arus negatif pada
beban. Ini diperoleh dengan menghidupkan T2 dan T3 secara bersama-sama, seperti
terlihat pada gambar 2.16. Menyebakan tegangan beban merupakan kebalikan dari
tegangan sumber. Pada kuadran ketiga ini menghasilkan perputaran motor yang
berlawanan arah jarum jam.
21
T3
CIII
Ia
Vd
T2
A -+
1 2Vo
Gambar 2.16. Kuadran ketiga dengan tegangan dan arus beban negatif.
2.9.4 Kuadran Empat
Pada operasi kuadran keempat menghasilkan tegangan positif dan arus negatif
pada beban. T2 dan T3 off dan karena tegangan sumber lebih kecil dari tegangan ggl
induksi motor. Arus dalam induktor tetap mengalir sampai energi di dalamnya habis ke
titik 0. karenanya, dioda D1 dan D4 mengambil alih, membuat arus tetap mengalir ke
arah yang sama, tetapi tegangan beban adalah positif dalam bentuk rangkaian yang baru,
seperti pada gambar 2.17.
D1
C
D4
IV
Ia
Vd A -+
1 2Vo
Gambar 2.17. Kuadran keempat dengan tegangan positif dan arus beban negatif.
22
2.10 MOSFET
Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET) merupakan piranti
yang dikendalikan dengan tegangan dan hanya membutuhkan arus masukkan yang kecil
[2]. MOSFET memiliki tiga kaki yaitu source, gate, dan drain. MOSFET memiliki
kecepatan kontak yang tinggi dan waktu kontak dalam orde nano detik. MOSFET dapat
ditemui dalam aplikasi daya rendah dengan konversi frekuensi tinggi.
Ada dua tipe MOSFET yaitu depletion MOSFET dan enhancement MOSFET,
symbol MOSFET ditunjukan pada gambar 2.18. MOSFET memiliki impedansi input
yang tinggi, hingga . MOSFET membutuhkan energi gate yang rendah dan
memiliki switching losses yang rendah. Penguatan arus yaitu perbandingan antara arus
drain dan arus gate rata-rata dalam orde . Transconductance yaitu
perbandingan arus drain dengan tegangan gate, sebagai transfer karakteristik dan
merupakan parameter yang sangat penting.
910 1110
DI GI 910
DI
SSn-chanel MOSFET tipe enhancement
D
n-chanel MOSFET tipe depletion
2
13
G
D
G
Gambar 2.18. Simbol MOSFET.
Transfer karakteristik dari n-chanel MOSFET tipe enhancement ditunjukan pada
gambar 2.19. Gambar 2.20 menunjukan karakteristik keluaran dari MOSFET tipe
enhancement. MOSFET memiliki tiga daerah operasi:
1. Daerah cutfoff ketika TGS VV ≤ .
2. Daerah saturasi atau pinch-off ketika TGSDS VVV −≥ .
23
3. Daerah linear ketika TGSDS VVV −≤ .
Transconductance didefinisikan sebagai berikut: mg
GS
Dm V
IgΔΔ
= dengan = konstan (2-22) DSV
DI
0 TV GSVGambar 2.19. Transfer karakteristik dari n-chanel MOSFET tipe enhancement.
Daerah linear daerah saturasi atau pinch off DI 4GSGS VV > 4GSV 3GSV TGSDS VVV −= 2GSV 1GSV 0 TGS VV = DSV
Gambar 2.20. Karakteristik keluaran dari MOSFET tipe enhancement.
Ketika pada daerah linear, arus drain berubah secara proporsional terhadap
tegangan drain source . Pada daerah saturasi arus drain selalu konstan untuk
setiap penigkatan nilai .
DI
DSV DI
DSV
Tanpa sinyal gate, MOSFET memiliki karakteristik sama dengan dioda yang
dihubung berlawanan atau serperti transistor NPN. Gambar 2.21 menunjukkan rangkaian
pensaklaran dengan MOSFET, dengan hambatan sumber sinyal Rs, hambatan gate-
source Rg dan hambatan beban Rl.
24
I1
RL
RS
RG
M1
VDD
Gambar 2.21. Rangkaian pensaklaran MOSFET.
Tegangan gate-source dapat ditentukan dengan: GSV
GS
GGGS RR
VRV
+×
= (2-23)
Nilai adalah nilai hambatan dalam pada kendali kaki gate. Maka nilai
diperoleh dengan:
SR GR
GSG
GSG VV
VRR
−×
= 3 (2-24)
2.11 Motor Induksi Satu Fasa
Motor induksi satu fasa memiliki lilitan stator yang terbagi dalam beberapa celah
sehingga menghasilkan pembagian arus gerak magnetik [1]. Motor ini tidak memiliki
momen putar awal pada saat dihidupkan, tetapi apabila motor ini dihidupkan dengan cara
bantuan, motor akan terus bekerja gambar 2.22.
Vs220Vac
lilitan stator
lilitan stator
Gambar 2.22. Motor Induksi satu fasa.
25
Motor induksi diklasifikasikan menurut metoda bagaimana motor tersebut
dihidupkan dan dinyatakan dengan nama yang menjelaskan metode tersebut. Kapasitor
digunakan untuk memperbaiki penampilan pada saat motor dihidupkan. Pada motor
kapasitor tetap gambar 2.23, kapasitor dan lilitan tambahan tidak diputus setelah motor
hidup. Arus lilitan tambahan dibuat mendahului lilitan utama sebesar 90° listrik.
Sehingga terdapat perbaikan faktor daya dan efisiensi.
Vs220Vac
lilitan utama
lilitan bantu
rotor
C
Gambar 2.23. Motor kapasitor.
Kecepatan putar motor (n) dalam rpm dipengaruhi oleh frekuensi tegangan yang
masuk ke motor dan jumlah kutub (pole) motor dinyatakan dengan persamaan:
pfn ×
=120 (2-25)
Besarnya flux dalam stator pada motor induksi diperoleh dari hukum faraday:
dtdNtv Φ
−=)( (2-26)
Dengan tegangan stator adalah tVtv m ωsin)( = , sehingga:
∫∫ ==Φ tdtVN
dttvN
t mpp
ωsin1)(1)(
tN
Vtp
m ωω
cos)( −=Φ (2-27)
Jika frekuensi masukan stator diturunkan sebesar 10 persen dengan tegangan
masukan konstan, flux pada stator motor akan naik sebesar 10 persen dan arus yang
26
diinduksikan flux magnet pada motor juga ikut meningkat. Pada daerah bukan saturasi,
kenaikan pada arus medan magnetnya juga akan 10 persen. Dalam daerah saturasi dari
medan magnet motor, kenaikan flux sebesar 10 persen memerlukan kenaikan lebih
banyak pada arus medan magnetnya. Pada motor induksi perubahan tegangan ±10%
menyebabkan perubahan kecil pada putaran motor.
2.12 Penapis Aktif Lolos Rendah
Sebuah penapis lolos rendah akan melewatkan sinyal-sinyal yang masuk hanya
dengan sedikit, bahkan tidak ada pelemahan hingga frekuensi sinyal tertentu (frekuensi
cutoff), diatas frekuensi ini penapis akan menahan sinyal-sinyal masukan[3]. Kurva
umum karakteristik penapis lolos rendah ditunjukkan pada gambar 2.24
ViVo Pass Band Stop Band
fc f
Gambar 2.24. Kurva umum karakteristik penapis lolos rendah.
Rangkaian penapis lolos rendah VCVS (Voltage Controlled Voltage Source)
ditunjukkan pada gambar 2.25. frekuensi cutoff ditentukan dengan persamaan:
21
4321 )(2
1
CCRRfc
π= (2-28)
27
VCC
+
-
Op1
3
26
74C4
v in
VEE
v o
R1
C3
R2
Gambar 2.25. Rangkaian penapis VCVS.
Dengan penguatan passband adalah 1 dan 21 RR = maka 43 2CC = , dengan
konfigurasi pengikut tegangan. Untuk frekuensi cutoff 1radian/detik diperoleh nilai-nilai
komponen sebagai berikut:
FCFC
RR
707,0414,1
1
4
3
21
==
Ω==
2.13 Multivibrator Astabil.
Multivibrator astabil adalah multivibrator yang tidak mempunyai keadaan stabil.
Multivibrator akan berada pada salah satu keadaan selama sesaat dan kemudian
berpindah ke keadaan lain selama sesaat pula[5]. Multivibrator astabil dapat dibangun
menggunakan IC (Integrated Circuit) pewaktu.
28
U11NE555
2
5
3
7
6
4
TR
CV
Q
DIS
THR
R
VCC
4.7uF
C
Ra10k
(A)
kotak
Rb
POT
13
2
Gambar 2.26. Rangkaian multivibrator dengan IC 555.
Membangun multivibrator astabil dapat dilakukan dengan menggunakan IC
pewaktu 555. Cara kerja pewaktu ini ditentukan oleh resistor dan kapasitor yang
dihubungkan ke IC tersebut. Gambar 2.26 menunjukkan rangkaian multivibrator astabil.
Pada saat pengisian kapasitor dari Vcc, arus lewat Ra dan Rb. Waktu pengisianya adalah:
693.02ln1 ×=×= CRT Atinggi τ (2-29)
Sedangkan saat pengosongan kapasitor arus akan melewati Rb ke pin pengosongan
(discharge), sehingga waktu pengosongan kapasitor adalah:
693.02ln2 ×=×= CRT Brendah τ (2-30)
Dan duty cycle diperoleh dengan persamaan:
%1002
×++
=ba
ba
RRRRδ
(2-31)
29
2.14 D Flip-Flop
Satu variasi rangkaian RS Flip-flop yang berguna adalah Data latch, atau D flip-
flop, keluarannya mengikuti masukan pada saat clk (clock) tinggi[5]. Seperti yang
ditunjukkan pada diagram logika pada gambar 2.27.
Gambar 2.27. Rangkaian D flip-flop.
Pada D Flip-flop, jika input CLK berlogika 1, output Q akan selalu mengeluarkan
logika sesuai input dari D, tidak mempedulikan perubahannya. Ketika input CLK jatuh ke
logika 0, kondisi terakhir dari input D disimpan pada Flip-flop, untuk digunakan
rangkaian lain yang membutuhkan sinyal ini. Tabel kebenaran dari D flip-flop ini dapat
dilihat pada tabel 2.2.
Tabel 2.2. Tabel kebenaran D flip-flop.
D CLK Q
0 0 0
0 1 Keadaan terakhir
1 0 0
1 1 1
30
2.15 Gerbang Logika NAND
Merupakan gerbang kombinasi yang sama dengan gerbang logika dasar AND,
tetapi pada bagian keluarannya dibalik dengan gerbang logika inverter (NOT)[5]. Gambar
2.28 menunjukan rangkaian logika dan tabel kebenaran gerbang NAND.
Dari gambar 2.28 dapat dijelaskan operasi dari gerbang logika NAND. Dengan
mengubah-ubah keadaan masukannya pada keadaan 0 (rendah) atau pada keadaan 1
(tinggi), dapat diketahui perubahan pada bagian keluarannya. Jika kedua masukan berupa
keadaan 0, maka keluaran akan 1. Dan jika diinginkan keluaran 1, maka salah satu
masukan harus 0. Jika salah satu masukanya 1, maka keluaran akan 1, tetapi jika kedua
masukanya 1, maka keluarannya akan 0. Tabel 2.3 menunjukan tabel kebenaran gerbang
logika NAND.
Y
NAND2
12
3
A
B
Gambar 2.28. Rangkaian logika gerbang logika NAND.
Tabel 2.3. Tabel kebenaran gerbang logika NAND.
A B BAY ×=
0 0 1
1 0 1
0 1 1
1 1 0
31
2.16 Pencacah Dekade
Pencacah dekade mencacah dari 0000 sampai dengan 1001 atau dalam desimal 0
sampai dengan 9[5]. Pencacah dekade dibangun dari empat flip-flop ditunjukkan pada
gambar 2.29. Dengan masukan gelombang segiempat (clock) pada flip-flop A, maka flip-
flop A akan aktif tinggi pada tepian rendah gelombang masukanya. Keluaran tepian
rendah flip-flop A digunakan untuk membuat aktif tinggi flip-flop B. Keluaran tepian
rendah flip-flop B selanjutnya digunakan untuk membuat aktif tinggi flip-flop C. Dan
keluaran tepian rendah flip-flop C digunakan untuk membuat aktif tinggi flip-flop D. Saat
kondisi keluaran DCBA = 1010 maka semua flip-flop di reset, dengan memberikan
logika rendah pada masukan-masukan CLR (clear).
AND2
JKFF
J
CLK
K
CLR
NP
RN
Q
clock
B
JKFF
J
CLK
K
CLR
NP
RN
QCA D
VCC
JKFF
J
CLK
K
CLR
NP
RN
Q
JKFF
J
CLK
K
CLR
NP
RN
Q
(a)
Clock A B C D
(b)
Gambar 2.29. (a) pencacah dekade (b) bentuk gelombang.
32
Untuk memperjelas diagram waktu pada gambar 2.28 dapat dilihat tabel
kebenaran dari pencacah dekade pada tabel 2.4.
Tabel 2.4. Tabel kebenaran Pencacah dekade.
Clock ke- D C B A Cacahan
0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 1 1
2 0 0 1 0 2
3 0 0 1 1 3
4 0 1 0 0 4
5 0 1 0 1 5
6 0 1 1 0 6
7 0 1 1 1 7
8 1 0 0 0 8
9 1 0 0 1 9
10 0 0 0 0 0
2.17 Dekoder
Dekoder merupakan suatua piranti yang dapat mengubah suatau sistem bilangan
biner yang terdapat pada masukan, menjadi sistem bilangan yang lainnya yang terdapat
pada bagian keluaranya[5].
Dekoder berfungsi sebagai pengubah kode dari BCD (Binary code decimal) ke
kode 7-segmen LED gambar 2.30. Dengan masukan BCD maka pada tujuh-segmen led
akan menampilkan angka-angka desimal. Gambar 2.25 menunjukkan kode BCD 0101
pada input dekoder akan mengaktifkan output a, c, d, f, dan g sehingga pada pada 7-
segmen LED menyala dan membentuk angka 5 desimal.
33
0 1 0 1
Dekoder
Gambar 2.30. Rangkaian dekoder BCD ke 7-segmen LED.
BAB III
PERANCANGAN
Konverter DC ke AC dikenal sebagai inverter. Fungsi dari inverter adalah untuk
mengubah tegangan masukan DC menjadi tegangan keluaran AC dengan amplitudo dan
frekuensi tertentu. Blok diagram voltage source inverter ditunjukan pada gambar 3.1.
Tegangan jala-jala dari PLN disearahkan untuk mendapatkan tegangan DC. Karena
keluaran penyearah ini masih memiliki ripple, maka digunakan tapis kapasitor untuk
mengurangi faktor ripple tegangan keluaran. Gelombang segitiga dibandingkan dengan
gelombang sinus, hasil perbandingan tersebut merupakan sinyal SPWM. Frekuensi
gelombang sinus merupakan frekuensi dasar dari inverter dan ditampilkan dengan
mengunakan dua buah 7-segmen LED untuk mempermudah pengamatan frekuensi kerja
dari inverter. Putaran motor AC ditampilkan dengan menggunakan tiga buah 7-segmen
LED, sehingga mempermudah pengamatan kecepatan putaran motor AC.
SPWM digunakan untuk mengendalikan inverter 1 fasa dengan beban motor AC.
Inverter yang dirancang dapat digunakan untuk motor induksi dengan tegangan kerja
220V dan arus maksimum yang diijinkan 2A.
34
35
PLN
Penyearah dan Tapis kapasitor
Chopper
Driver
SPWM
Pembangkit Gelombang
Sinus
Tampilan Frekuensi
Pembangkit Gelombang
Segitiga
Motor Induksi
Tampilan Kecepatan
Gambar 3.1. Blok diagram voltage source inverter.
3.1 Penyearah
Untuk mendapatkan tegangan DC, dari sumber AC maka dibutuhkan penyearah,
penyearah yang dibuat mengunakan penyearah takterkontrol. Rangkaian ini
menggunakan metode dioda jembatan, seperti terlihat pada gambar 3.2. Tipe dioda
jembatan yang dipakai adalah 35MB60A dengan (Maximum Peak Reverse
Voltage) sebesar 600V.
RRMV
D3
DIODE
D2
DIODE
0
D4
DIODE
D1
DIODE
Vdc
0
Vs220Vac
Gambar 3.2. Jembatan penyearah gelombang penuh.
36
Dengan tegangan keluaran dari inverter 220V dan 1=am , maka nilai tegangan DC (Vd)
dapat diperoleh dengan persamaan 2-17:
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛×
=
××=
××=
1
1
11
)(2
1)(
)(2
1)(
)(2
1)(
a
a
hah
m
VoVd
mVdVo
mVdVo
VVd 127,3111
21220
=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛×
=
Dengan tegangan maju maksimal pada dioda sebesar 1,2Volt (dari data sheet) maka : fmV
VVd 327,3122,1127,311 =+=
Besarnya tegangan masukan dapat dihitung dengan persamaan (2-1), dengan = Vd
yaitu :
mV
VVdV
VV
rms
rmsm
85,2202327,312
2
2
===
×=
Nilai tegangan tersebut mendekati nilai tegangan dari PLN yang memiliki tegangan
220V.
37
3.2 Tapis Kapasitor
Karena keluaran dari penyerah masih memiliki ripple maka digunakan tapis
kapasitor, penapisan dilakukan dengan menghubung paralel kapasitor dengan beban.
Kapasitor akan memperlama arus yang mengalir ke beban sehingga mengurangi ripple
pada tegangan keluaran (gambar 2.3).
0
Vd
Ce
Vdc
0 Gambar 3.3. Tapis kapasitor.
Dengan resistansi beban sebesar 50Ω dan induktansi sebesar 121,7mH, serta
frekuensi suplai sumber penyearah sebesar 50Hz maka besarnya yang dipakai dapat
diselesaikan dengan persamaan (2-6).
eC
Dengan nilai n = 2:
eCLR
ωω
210)2( 22 =+
( )22 44
10
fLRfCe
ππ +=
( )
uFCe 202,1741217.050450504
1022=
××+×=
ππ
Maka kapasitor yang dipakai harus lebih besar dari 174,202uF dan pada rangkaian
dipakai nilai kapasitor sebesar 940uF/450V. Dengan menggunakan 2 buah kapasitor
470uF/450V yang dipasang secara paralel.
38
3.3 Pembangkit Gelombang Sinus
Gelombang sinus dibangkitkan oleh XR-2206 yang merupakan sebuah generator
fungsi. Rangkaian pembangkit gelombang sinus seperti terlihat pada gambar 3.5.
frekuensi kerja XR-2206 dapat dipilih diantara rentang 0.01Hz sampai dengan 1MHz.
Nilai resistor pewaktu dapat diperoleh menggunkan persamaan 2-7:
RC
f 1=
Dengan frekuensi keluaran yang diinginkan dari 15Hz sampai dengan 50Hz, dan
dipilih C sebesar 470nF, maka:
Ω≈Ω=××
== − kCf
R 1421419441047015
119
minmax
Ω≈Ω=××
== − kCf
R 42425531047050
119
maxmin
Dari hasil perhitungan diketahui bahwa besarnya nilai R maksimum adalah
142kΩ, sehingga dibutuhkan potensiometer senilai 100kΩ untuk mengatur nilai frekuensi
keluaran yang dihubungkan seri dengan resistor 42kΩ untuk membatasi frekuensi
maksimal sebesar 50Hz. Dengan keluaran sinus mendekati 60mV/kΩ dan nilai amplitudo
maksimum sebesar 6V maka dibutuhkan R3 sebesar :
Ω=×
= − kR 100106063 3
Rangkaian pembangkit gelombang sinus seperti terlihat pada gambar 3.5.
keluaran gelombang sinus dihubungkan dengan buffer sebagai penyangga agar tegangan
keluaran konstan.
39
AMSI
VCC
R35.1K
R1
42KTR2 C3
1uF
SYMA2
C1
470nF
SYMA1
100K
POT
13
2
WAVEA2
VCC WAVEA1
GND
SYNCO
VEE
STO
BIAS
sinus
FSKI
VCC
+
-
Op1
3
26
74
XR-2206
MO
R35.1K
100K
POT
132
Vcc
R510K
R6
200
C510uF
Pengatur frekuensi.
TC1C4
1uF TC2
TR1
Gambar 3.4. Pembangkit gelombang sinus menggunakan XR-2206.
3.4 Pembangkit Gelombang Segitiga
Rangkaian pembangkit gelombang segitiga ditunjukkan pada gambar 3.6.
Tegangan puncak dari gelombang segitiga dirumuskan dengan rasio p antara resistor
umpan balik pR ke resistor R dengan tegangan saturasi. Frekuensi gelombang segitiga
yang dibangkitkan diperoleh melalui persamaan 2-12 dan tegangan puncak diperoleh
dengan persamaan 2-11. Dengan yang diinginkan adalah 1 dan tegangan puncak
gelombang sinus adalah 6V maka besarnya nilai tegangan puncak gelombang segitiga
adalah:
am
tri
controla V
Vm =
Vm
VV
a
controltri 6
16===
40
Nilai rasio p antara resistor umpan balik pR ke resistor R diperoleh dengan
persamaan 2-9:
67,1610
=−
−=−
−=VV
Vp
UT
sat
Dengan R = 12kΩ maka pR:
RpRp =
Ω=×=×= 200401067,1 3RppR
Diperoleh pR = 20kΩ
Ω=×+××××
=+×
= 7500)102,1()102()102,1()102(
44
44
RpRRpRRc
Sehingga besarnya Rc yang dipakai 6,8kΩ
Dengan yang diinginkan adalah 40 dan frekuensi maksimal gelombang sinus adalah
50Hz. Maka nilai frekuensi gelombang segitiga dapat diperoleh dengan persamaan 2-12:
fm
Hzfmf
ffm
fs
sf
200050401
1
=×=×=
=
Dengan f = 2000Hz dan C yang dipilih = 100nF
RiCpf
4=
Ω=××
== − 5,20871020004
67,14 8fC
pRi
Sehingga nilai Ri yang dipakai adalah 2kΩ
41
segitiga+
-
3
26
74
VEE
+
-
3
26
74
VEE
VCC
R
VCC
Ri
pRC1
Rc
Gambar 3.5. Pembangkit gelombang segitiga.
3.5 SPWM
Dengan SPWM akan didapatkan nilai duty cycle yang berubah-ubah tergantung
nilai amplitudo sinusnya. SPWM ini membandingkan gelombang segitiga yang memiliki
periode konstan dengan gelombang sinus yang dapat diatur frekuensinya. Untuk
pembanding dan pendeteksi perpotongan dengan nol pada SPWM ini dengan
mengunakan OpAmp. Rangkaian SPWM ditunjukkan pada gambar 3.6.
Gelombang sinus sebagai referensi dihasilkan dari generator gelombang sinus
XR2206. Gelombang segitiga sebagai gelombang pembawa dibandingkan dengan
gelombang sinus sebagai referensi. Menghasilkan setengah periode inverter pada
pembanding OpAmp-1 dan setengah periode berikutnya diperoleh dari pembanding
OpAmp-3. OpAmp-2 digunakan sebagai pendeteksi perpotongan dengan 0 (nol), sebagai
kontrol frekuensi keluaran setengah periode pertama. Dan untuk setengah periode
berikutnya dengan OpAmp-4. Untuk kontrol periode keluaran digunakan saklar analog
menggunakan transistor. Untuk setengah periode pertama S1, dan untuk setengah periode
berikutnya S2.
42
S2
+
-
Op2
3
26
74
VEE
+
-
Op1
3
26
74
VEE
D4
VCC
S2+
sinus
R2
R1
R1
Q2 S1
D3
VCC
D1
segitiga
VEE
S1+
VEE
D2
+
-
Op4
3
26
74
VCC
Q1
VCC
+
-
Op3
3
26
74
Q1
VCC
R2 Q2
VCC
Gambar 3.6. Rangkaian SPWM.
Untuk menentukan hambatan pada kaki emitor (R1), maka perlu diketahui arus
kolektor maksimum, dengan Ic =20 mA dan tegangan masukan sebesar VVsat 10=+
sedangkan tegangan kolektor-emitor Q2 saat saturasi VVcesat 4,0= , tegangan basis
43
emitor , tegangan maju dioda Vd = 1V dan tegangan infra merah
sehingga:
VVbe 3,1= VVL 7,1=
( )
( )
( )Ω=
×+−−−
=
+−−−=
−−−=
− 2801020
)7,14,0(3,11101
)(1
1
3R
IVlVceVVdV
R
IVeeVVdV
R
c
satbesat
c
besat
Dan nilai R1 yang dipakai sebesar 330Ω
Untuk menentukan hambatan pada kaki basis (R2) saat transistor Q2 pada kondisi
saturasi, arus kolektor maksimum sebesar Ic = 20 mA dan tegangan masukan sebesar
sedangkan Vbe = 1,3V dan VVsat 10=+ 100=dcβ sehingga;
( )
( )
( )Ω=
×−
=
−=
−=
− 4350010010203,1102
2
2
3R
IVbeVccR
IVbeVccR
DCc
b
β
Nilai R2 harus kurang dari 43500Ω agar transistor dapat saturasi, dan nilai hambatan
yang dipakai sebesar 10kΩ
3.6 Kendali Kaki Gate
Rangkaian kendali pada kaki gate ini berfungsi sebagai isolasi antara kendali gate
pada tingkat rendah dengan tingkat tinggi pada rangakaian inverter, serta sebagai kendali
chopper. Rangkaian kendali kaki gate terdiri dari bagian optokopler dan penguat.
Rangkaian kendali pada kaki gate dapat dilihat pada gambar 3.7.
44
Untuk menentukan hambatan pada kaki emitor (R1) pada photo transistor , arus
kolektor maksimum Ic = 5mA denga Ie ≈ Ic, tegangan basis emitor Vbe = 1,4V tegangan
masukan sebesar S+ = 10 Volt sehingga;
( )
( )Ω=
×−
=
−+=
− 1720105
4,1101
1
3R
IVVsR
e
be
Besarnya nilai R1 yang dipakai sebesar 2kΩ
Untuk menentukan hambatan pada kaki kolektor (R2) saat transistor Q2 pada
kondisi saturasi, diinginkan arus kolektor maksimum sebesar Ic = 10 mA dan tegangan
masukan sebesar Vcc = 10 Volt sedangkan Vce = 0,4V saat transistor pada kondisi
saturasi sehingga;
( )
( )Ω=
×−
=
−=
− 9601010
4,0102
2
3R
IVceVccR
c
Besarnya nilai R2 yang dipakai sebesar 1kΩ
45
R1
2k
G2
R2
1k
S2
R3
1k
GND4
R1
2k
R3
1k
Gnd2
Q3
R2
1k
Vcc2
Q2
3
2
1
Gnd1
G1
12
54
Q2
3
2
1
Gnd4
R1
2k
Vcc1
12
54
G4
GND2
GND1
Vcc4
Q3
R2
1k
R3
1k
G3
Gnd3 GND3
Q2
3
2
1
R2
1k
Q2
3
2
1
R3
1k
R1
2k
12
54
S2+
S1+
12
54
Vcc3
Q3
Q3
S1
Gambar 3.7. Rangkaian kendali kaki gate.
Untuk menentukan hambatan pada kaki kolektor (R3) saat transistor Q3 pada
kondisi saturasi, dibutuhkan arus kolektor maksimum sebesar Ic = 20 mA dan tegangan
46
masukan sebesar Vcc = 10 Volt sedangkan Vce = 0,4V saat transistor pada kondisi
saturasi sehingga;
( )
( )Ω=
×−
=
−=
− 4801020
4,0103
3
3R
IVceVccR
c
Besarnya nilai R3 yang dipakai sebesar 1kΩ
3.7 Chopper
Chopper dapat digunakan sebagai inverter satu fasa karena memiliki kemampuan
untuk bekerja dalam semua kuadran. Chopper empat kuadran pada gambar 3.8
dihubungkan dengan motor AC sebagai beban. Pada satu siklus gelombang, setengah
periode M1 dan M4 on sesuai dengan sinyal yang masuk kaki gate. Dan untuk setengah
periode berikutnya M2 dan M3 on.
Nilai tegangan gate-source yang diinginkan VVGS 9,9= , maka besarnya nilai
hambatan gate-source , diperoleh dengan persamaan 2-24. GR
Ω=−×
=
−×
=
990009,9109,91000
3
G
GSG
GSG
R
VVVR
R
Sehingga nilai yang dipakai adalah 100KΩ. GR
47
Vd
RG1100K
Gnd3
F1
FUSE
MG1
MOTOR AC
1 2
Gnd1
D1
D1N4007
F5
FUSE
Gnd2
G1 G2
M3
2SK2611
M1
2SK2611
M2
2SK2611
RG4100K
F4
FUSE
F2
FUSE
G4
M4
2SK2611D3
D1N4007
F3
FUSE
0
RG2100K
D2
D1N4007
D4
D1N4007RG3100K
G3
Gnd4
Gambar 3.8. Chopper empat kuadran.
Tipe MOSFET yang dipakai 2SK2611 yang memiliki tegangan Drain to source
, arus drain , sehingga dapat digunakan pada rangkaian ini yang
memiliki tegangan masukan dc sebesar 312,327V.
VVDSS 900= AI D 9=
3.8 Motor AC
Motor AC satu fasa digunakan sebagai beban dari chooper dengan tegangan
keluaran tetap dan frekuensi yang dapat di atur. Dengan pengaturan frekuensi maka
putaran motor juga akan berubah. Hubungan antara frekuensi dengan kecepatan dapat
dilihat pada tabel 3.1. Kecepatan diperoleh dari persamaan 2-25.
48
pfn ×
=120
Dengan jumlah pole pada motor adalah 2 dan frekuensi chooper dari 15Hz sampai
dengan 50Hz.
Tabel 3.1 hubungan frekuensi dan kecepatan Jumlah pole Frekuensi (Hz) Kecepatan (rpm)
2 15 900 2 16 960 2 17 1020 2 18 1080 2 19 1140 2 20 1200 2 21 1260 2 22 1320 2 23 1380 2 24 1440 2 25 1500 2 26 1560 2 27 1620 2 28 1680 2 29 1740 2 30 1800 2 31 1860 2 32 1920 2 33 1980 2 34 2040 2 35 2100 2 36 2160 2 37 2220 2 38 2280 2 39 2340 2 40 2400 2 41 2460 2 42 2520 2 43 2580 2 44 2640 2 45 2700 2 46 2760 2 47 2820 2 48 2880 2 49 2940 2 50 3000
49
3.9 Pewaktu
Sistem ini menggunakan tiga buah pewaktu yaitu pewaktu untuk membangkitkan
pulsa 1 detik, pewaktu untuk mereset pencacah dan pewaktu untuk mengaktifkan dekoder
7-segmen LED. Pewaktu yang digunakan untuk membangkitkan pulsa satu detik adalah
IC NE555 yang dirancang untuk menghasilkan gelombang kotak. Disamping untuk
membangkitkan pulsa satu detik, pewaku ini juga digunakan untuk penyulut kedua
pewaktu yang lainnya. Nilai resistor pewaktu dapat diperoleh dengan persamaan 2-27.
Dengan C = 1uF, Ra = 10K Ω dan T = 1 maka:
Ω=××
××−=
×−
=
+=
−
−
716500102693,0
)1010000693,0(1
2693,0)693,0(
)2(693,0
6
6
Rb
CCRT
R
CRRT
ab
ba
Digunakan potensiometer sebesar 1MΩ.
Besarnya duty cycle keluaran diperoleh lewat persamaan 2-29.
%34,50%100
10.716521010.716510
%1002
24
24
=××+
+=
×++
=
δ
δba
ba
RRRR
Sedangkan pewaktu untuk me-reset pencacah dekade dan pewaktu untuk
mengaktifkan dekoder 7 segmen menggunakan gerbang NAND, kapasitor dan resistor.
Rangkaian RC digunakan untuk menghasilkan pulsa sempit dengan tetapan waktu:
CRt ×=
50
Dengan waktu yang diinginkan adalah 0,0001 detik dan nilai C ditetapkan 10nF maka
nilai R diperoleh:
Ω=×
== − 100001010
0001,09C
tR
Rangkaian dari ketiga pewaktu tersebut adalah seperti pada gambar 3.9.
U11NE555
2
5
3
7
6
4
TR
CV
Q
DIS
THR
R
VCC
4.7uF
C
Ra10k
(A)
kotak
Rb
POT1
32
(B)
RESET
1uFC
U7
NAND2
12
3
1uF
CU10
NAND2
12
3
LATCH
pewaktu 1 detik
1kR
1kR
U8
NAND2
12
3
Gambar 3.9 (a) Rangkaian pewaktu 1 detik, (b) Rangkaian reset dan lacth.
3.10 Rangkaian Basis Waktu
Pewaktu 555 memiliki duty cycle 50,34%, sehingga terdapat selisih antara
besarnya waktu tinggi dan waktu tendah. Untuk mendapatkan nilai duty cycle 50% maka
diperlukan pembagi 2. Pembagi 2 ini mengunakan IC 4518 seperti terlihat pada gambar
51
3.10. Sehingga diperoleh keluaran dengan waktu kondisi tinggi dan waktu kondisi rendah
1 detik.
pewaktu 1 detikkotak
U15A
4518
712
3456
CLRCLKEN
Q1Q2Q3Q4
U17A
4093
1
23
VCC
Gambar 3.10 Rangkaian basis waktu.
3.11 Penampil Frekuensi Inverter
Penampil frekuensi inverter merupakan pelengkap dari sistem yang dirancang,
yaitu untuk memudahkan dalam pengamatan dan pengaturan fekuensi. Perubahan
frekuensi diperoleh dengan dengan mengubah nilai hambatan pada resistor pewaktu pada
pembangkit gelombang sinus. Penampil frekuensi menampilkan frekuensi dalam dua
digit, yaitu satuan dan puluhan.
Komponen utama dari penampil frekuensi ini adalah tapis lolos rendah, gerbang
NAND, pencacah dekade, dekoder, dan 7-segmen LED. Gelombang sinus di konversi ke
gelombang kotak dengan menggunakan gerbang NAND, gelombang kotak ini digunakan
sebagai clock pencacah dekade. Jumlah clock tersebut dihitung oleh pencacah dalam satu
detik. Kemudian hasilnya ditampilkan pada 7-segmen LED.
3.11.1 Rangkaian Pengondisi Sinyal
Untuk mengetahui frekuensi inverter digunakan rangkaian pencacah frekuensi
dengan menggunakan penapis lolos rendah dan gerbang NAND. Gambar 3.12
memperlihatkan rangkaian pengondisi sinyal frekuensi. Dengan penapis lolos rendah
52
maka hanya frekuensi dasar dari gelombang sinus saja yang dilewatkan, sehingga
gangguan akan dapat dikurangi.
Pembuatan penapis lolos rendah dengan frekuensi cutoff 1 radian/detik diperoleh
nilai-nilai komponen sebagai berikut:
FCFC
RR
707,0414,1
1
4
3
21
==
Ω==
Dengan persamaan 2-26 maka dapat diperoleh frekuensi cutoff dalam Hz:
Hzfc
CCRRfc
159,0)707,0414,111(2
1)(2
1
21
21
4321
=×××
=
=
π
π
Dengan frekuensi cutoff yang diinginkan 50Hz maka nilai-nilai resistor yang
mempengaruhi frekuensi ( dan ) dikalikan dengan 1R 2R 00318,050159,0
=⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ sehingga
= = 0,00318Ω, selanjutnya diubah ke nilai standard dan mudah mencarinya.
Digunakan = 220nF. Lalu dan dibagi dengan
1R
2R 4C
4C 1R 2R 99
10311707.0
10220 −−
×=⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ × ,
dengan demikian diperoleh = =10219Ω sehingga digunakan = = 10kΩ.
Karena maka = 440nF sehingga digunakan nilai = 470nF. Gambar
rangkaian penapis lolos rendah dengan fc 50Hz ditunjukkan gambar 3.11.
1R 2R 1R 2R
43 2CC = 3C 3C
53
VCC
+
-
Op1
3
26
74C4
220nf
sinus
VEE
R1
10k
C3
470nf
LPF
R2
10k
Gambar 3.11. Rangkaian penapis lolos rendah dengan fc 50Hz .
Gerbang logika NAND dengan masukan gelombang sinus menghasilkan keluaran
gelombang kotak. Gelombang sinus diambil amplitudo positif dengan memasang dioda
dan dihubungkan dengan Gerbang NAND untuk mendapatkan gelombang kotak. Pada
rangkaian digunakan IC 4093 sebagai gerbang NAND, IC ini memiliki penyulut schimtt
pada setiap inputnya. Keluaran Gerbang logika NAND ini digunakan sebagai pulsa
masukan clock bagi pencacah dekade.
LPFD4
1N4001
1 2
U19A
4093
1
23 SENSOR f rek
Gambar 3.12. Rangkaian pengondisi sinyal.
3.11.2 Pencacah, Latch dan Multiplekser
IC 4553 memiliki fasilitas pencacah BCD, latch dan multiplekser. Dengan adanya
multiplekser dimungkinkan untuk membuat 3 penampil dengan satu dekoder. Pulsa dari
pewaktu 1 detik dan pencacah frekuensi dimasukkan pada gerbang NAND, sedangkan
latch pad pin 10 dan reset pada pin 13. Dua buah pin pemilih digit digunakan untuk
memilih 7-segmen LED yang akan diaktifkan. Dengan pin 2 untuk satuan dan pin 1 untuk
puluhan. Pemilih digit ini aktif rendah sehingga untuk pensaklaran mengunakan transistor
54
PNP.Gambar 3.13 menunjukkan rangkaian penampil frekuensi dengan mengunakan
pencacah IC 4553, dekoder IC 451 dan 7-segmen LED dua digit.
RC4K7
QCBC557
1
2
3
C2C
U6
4511
7126
345
1312111091514
ABCD
LTBILE
ABCDEFG
Vcc
RB4K7
QBBC557
1
2
3
pewaktu 1 detik
U13
4553
121011
4
3
13
9765
142115
CLKLEDIS
C1A
C1B
RST
Q0Q1Q2Q3
OFDS1DS2DS3
330RA...RG
SENSOR f rekU14A
4011
1
23
RESET
LACTH
Gambar 3.13. Rangkaian penampil frekuensi dengan mengunakan
IC 4553, IC 4511 dan 7-segmen LED dua digit.
Digunakan transistor BC 557 dengan β = 200 dan mAIC 100= . Arus maksimum
dari 7-segmen LED sebesar 10mA. Dengan asumsi arus kolektor sama dengan arus
emiter. Dengan tegangan keluaran pemilih digit sebesar 5V maka besarnya hambatan
basis maksimal adalah:
( )
( )
( )Ω=
×−
=
−=
−=
− 860002001010
7,053..
..
..
CB
DCcCB
bCB
R
IVbeVccR
IVbeVccR
β
55
Digunakan nilai resistor sebesar 4700Ω.
Transistor akan on jika tegangan di basis lebih rendah dari tegangan sumber dari 7
segmen, ini terjadi saat keluaran dari pemilih digit bernilai rendah (0).
3.11.3 Dekoder dan 7-Segmen LED
Keluaran kedua pencacah masih dalam bentuk biner, sehingga untuk merubah ke
bentuk kode 7-segmen LED dibutuhkan dekoder 7-segmen. Dua buah 7-segmen LED
digunakan sebagai penampil dua digit dari frekuensi inverter.
Dekoder dan kendali 7 segmen mengunakan IC 4511. Dengan Vcc = 5V dan arus
yang melewati 7 segmen adalah 10mA, dari data sheet diperoleh tegangan keluaran IC
sebesar 4,12V yang akan menghasilkan intensitas cahaya LED pada 7-segmen LED
dalam kategori sedang. Untuk itu diperlukan hambatan sebesar:
( )
( )Ω=
×−
=
−=
− 2521010
5,112,43..
..
GA
LED
LEDOGA
R
IVVR
Dipilih resistor sebesar 330 Ω (gambar3.13)
3.12 Penampil kecepatan Motor
Penampil kecepatan motor merupakan pelengkap dari sistem yang di rancang,
yaitu untuk memudahkan dalam pengamatan. Perubahan kecepatan ditampilakan dengan
mengunakan 7-segmen LED. Penampil kecepatan menampilkan kecepatan dalam tiga
digit yaitu puluhan, ratusan, dan ribuan.
56
Komponen utama dari penampil kecepatan ini adalah pencacah putaran motor
AC, pengondisi sinyal, pencacah dekade, dekoder, dan 7-segmen LED. Gelombang kotak
keluaran pengondisi sinyal digunakan sebagai clock pencacah dekade. Jumlah clock
tersebut dihitung oleh pencacah dalam satu detik. Kemudian hasilnya ditampilkan pada 7-
segmen LED.
3.12.1 Rangkaian Sensor dan Pengondisi Sinyal
Untuk mengetahui kecepatan putaran motor AC digunakan sensor optokopler dan
pengodisi sinyal. Gambar 3.14 memperlihatkan rangkaian sensor dan pengondisi sinyal.
Optokopler yang terdiri dioda infra merah dan foto transistor yang dipasang saling
berhadapan. Berdasarkan ada tidaknya sinar infra merah yang diterima oleh foto
transistor, melalui sebuah piringan bercelah yang dipasang pada motor AC.
Kecepatan putaran motor AC dinyatakan dalam rpm. Karena waktu pencacahan 1
detik dan jumlah celah pada piringan adalah 6 maka:
ppshjumlahcela
rpm 106
60601 === (pulse per second)
Keluaran foto transistor dihubungkan dengan transistor sebagai saklar. Agar
gelombang kotak berada pada level digital maka keluaran transistor dihubungkan dengan
gerbang logika NAND. Keluaran gerbang NAND ini digunakan sebagai pulsa masukan
clock bagi pencacah dekade.
Dengan , tegangan infra merah VVCC 5= VVL 7,1= dan maka
besarnya resistor R1 sebesar:
mAI L 10=
57
( )
( )Ω=
×−
=
−=
− 3301010
7,151
1
3R
IVVR
L
LCC
Sedangkan untuk menentukan hambatan R2 pada photo transistor , arus kolektor
maksimum denga Ie ≈ Ic, sedangkan mAIc 5= VVce 4,0= saat transistor pada kondisi
saturasi dan tegangan masukan sebesar VVCC 5= sehingga;
( )
( )Ω=
×−
=
−=
− 920105
4,052
2
3R
IVVR
e
ceCC
Gerbang NAND mengunakan IC 4093 dengan menghubungkan kedua
masukannya pada keluaran transistor. Pada saat keluaran transistor tinggi maka keluaran
gerbang NAND ini rendah dan sebaliknya saat keluaran transistor rendah maka keluaran
gerbang NAND tinggi.
R2
1k
Q3
U1A
4093
1
23
R1
330
Vcc
SENSOR kec12
54
Gambar 3.14. Rangkaian sensor dan pengondisi sinyal.
58
3.12.2 Pencacah, Latch, dan Multiplekser
Tiga buah pencacah dekade digunakan untuk menghitung pulsa keluaran
pengondisi sinyal. Masing-masing pencacah akan menghitung dari 0 sampai dengan 9
dalam desimal. Keluaran QA dan QD dihubungkan dengan gerbang AND sehingga
ketika pencacah satuan berubah nilainya dari 9 ke 0 output gerbang AND berubah dari
rendah ke tinggi. Keluaran gerbang AND digunakan sebagai clock pencacah puluhan.
Dan pencacah puluhan akan menaktifkan pencaah ratusan. Sehingga nilai maksimum dari
kedua pencacah dekade ini adalah 999. setelah menghitung selama satu detik hasilnya
akan ditampilkan dengan 7-segmen LED, dengan mengaktifkan dekoder 7-segmen LED.
Kemudian ketiga pencacah dekade tersebut akan di reset oleh pewaktu reset. Selanjutnya
akan melakukan penghitungan lagi untuk satu detik berikutnya.
IC 4553 memiliki fasilitas pencacah BCD, latch, dan multiplekser. Dengan
adanya multiplekser dimungkinkan untuk membuat 3 penampil dengan satu dekoder.
Pulsa dari pewaktu 1 detik dan pencacah frekuensi dimasukkan pada gerbang NAND,
sedangkan latch pada pin 10 dan reset pada pin 13. Dua buah pin pemilih digit digunakan
untuk memilih 7-segmen LED yang akan diaktifkan. Dengan pin 2 untuk satuan dan pin 1
untuk puluhan. Pemilih digit ini aktif rendah sehingga untuk pensaklaran menggunakan
transistor PNP. Gambar 3.15 menunjukkan rangkaian penampil kecepatan dengan
menggunakan pencacah IC 4553, dekoder IC 451 dan 7-segmen LED tiga digit.
59
RA4K7
RB4K7
QCBC557
1
2
3
RC4K7
U13
4553
121011
4
3
13
9765
142115
CLKLEDIS
C1A
C1B
RST
Q0Q1Q2Q3
OFDS1DS2DS3
SENSOR
QBBC557
1
2
3
LACTH
C2C
RESET
U6
4511
7126
345
1312111091514
ABCD
LTBILE
ABCDEFG
330RA...RG
Vcc
U14A
4011
1
23
pewaktu 1 detik
QABC557
1
2
3
Gambar 3.15. Rangkaian penampil kecepatan dengan menggunakan
IC 4553, IC 4511 dan 7-segmen LED tiga digit.
Digunakan transistor BC 557 dengan β = 200 dan mAIC 100= . Arus maksimum
dari 7-segmen LED sebesar 10mA. Dengan asumsi arus kolektor sama dengan arus
emiter. Dengan tegangan keluaran pemilih digit sebesar 5V maka besarnya hambatan
basis maksimal adalah:
( )
( )
( )Ω=
×−
=
−=
−=
− 860002001010
7,053..
..
..
CA
DCcCA
bCA
R
IVbeVccR
IVbeVccR
β
Digunakan nilai resistor sebesar 4700Ω.
60
Transistor akan on jika tegangan di basis lebih rendah dari tegangan sumber dari 7
segmen, ini terjadi saat keluaran dari pemilih digit bernilai rendah (0).
3.12.3 Dekoder dan 7-Segmen LED
Keluaran kedua pencacah masih dalam bentuk biner, sehingga untuk merubah ke
bentuk kode 7-segmen LED dibutuhkan dekoder 7-segmen. Dua buah 7-segmen LED
digunakan sebagai penampil dua digit dari frekuensi inverter.
Dekoder dan kendali 7-segmen LED mengunakan IC 4511. Dengan Vcc = 5V dan
arus yang melewati 7-segmen LED adalah 10mA, dari data sheet diperoleh tegangan
keluaran IC sebesar 4,12V yang akan menghasilkan intensitas cahaya LED pada 7-
segmen LED dalam kategori sedang. Untuk itu diperlukan hambatan sebesar:
( )
( )Ω=
×−
=
−=
− 2521010
5,112,43..
..
GA
LED
LEDOGA
R
IVVR
Digunakan nilai resistor sebesar 330 Ω (gambar3.15)
BAB 1V
HASIL DAN PEMBAHASAN
Dalam bab ini di bahas pengamatan dari perancangan inverter untuk mengontrol
motor induksi, yang berupa pengujian rangkaian dan pengaruh perubahan frekuensi
terhadap perubahan kecepatan motor. Motor yang digunakan adalah motor kapasitor 1
fasa, 220V, 50Hz dan daya 128W. Pengamatan rangkaian meliputi rangkaian penyearah,
pembangkit gelombang sinus, pembangkit gelombang segitiga, SPWM, kontrol kaki gate
dan motor. Frekuensi dasar inverter ditampilkan dengan mengunakan dua buah 7-segmen
LED, yang menampilkan frekuensi dalam satuan dan puluhan. Kecepatan putaran motor
ditampilkan dengan menggunakan tiga buah 7-segmen LED, yang menunjukkan rpm
dalam puluhan, ratusan dan ribuan.
Untuk pengaman dari hubung singkat dan beban lebih inverter ini dilengkapi
dengan MCB (Main Circuit Breaker) dan sekering. Pengujian, pengamatan, dan
pengambilan data dari inverter ini mengunakan multimeter digital Sanwa CD800a,
ampermeter analog, osiloskop digital Instek GDS-820S, dan Tachometer Prova RM-
1000.
4.1 Cara Pengoperasian Alat
Agar alat dapat bekerja dengan baik maka dalam mengoperasikan alat harus
mengikuti petunjuk berikut:
1. Pastikan saklar utama dan saklar kontrol dalam kondisi off.
2. Hubungkan dengan tegangan listrik PLN, dengan menghubungkan stop kontak.
61
62
3. Ubah saklar utama ke kondisi on (hidup), ini akan mengaktifkan penyearahan
tegangan jala-jala dan penapis kapasitor, sehingga tegangan tinggi DC tersedia.
4. Kemudian ubah saklar kontrol ke kondisi on (hidup), mengaktifkan kontrol
SPWM yang akan mengatur kerja Chopper, sehingga motor dapat berputar.
5. Set frekuensi agar diperoleh kecepan putaran yang diinginkan.
6. Untuk menghentikan kerja alat, off-kan saklar utama. Setelah motor berhenti
berputar off-kan saklar kontrol dan putus hubungan dengan tegangan jala-jala
PLN dengan mencabut stop kontak.
4.2 Pengamatan Penyearah
Penyearah digunakan untuk mengubah tegangan AC jala-jala PLN menjadi
tegangan DC. Tegangan keluaran diukur sebanyak tiga kali dan diperoleh data rata-rata
298V, pada saat tegangan AC 220V. Perbandingan hasil perancangan dan hasil pengujian
alat ditunjukkan pada tabel 4.1
Tabel 4.1 Pengamatan pada penyearah Nilai perancangan Hasil pengujian
Vdc 312,327V 298V
Galat dari pengamatan tersebut dirumuskan sebagai berikut :
100% nperancanga Nilaipengujian Hasil -n perancanga Nilaigalat ×⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
%58,4
%100327,312
298327,312
=
×⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ −=
galat
galat
Dari hasil pengujian alat, penyearah tegangan DC pengamatan berbeda 4,58%
terhadap nilai perancangan, hal ini menyebabkan tegangan keluaran inverter berubah.
63
4.3 Pengamatan Pembangkit Gelombang Sinus
Pengamatan dilakukan dengan mengamati bentuk gelombang sinus dengan
mengunakan osiloskop digital. Gelombang sinus dihasilkan oleh pembangkit gelombang
sinus dengan mengunakan XR-2206 dengan jangkauan antara 15Hz sampai dengan 50Hz.
Gambar 4.1 menunjukkan gelombang sinus dengan frekuensi 48Hz.
Gambar 4.1. Gelombang sinus dengan frekuensi 45Hz.
Dari perancangan jangkauan frekuensi 15Hz sampai 50Hz, sedangkan dari
pengujian jangkauan frekuensi 15Hz sampai 48Hz. Terjadi perbedaan jangkauan sebesar
2Hz.
Galat yang terjadi pada pengujian jangkauan frekuensi adalah:
100% nperancanga Nilaipengujian Hasil -n perancanga Nilaigalat ×⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
64
( ) ( )
( )%7,5
%1001550
15481550
=
×⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−
−−−=
galat
galat
Dengan jangkauan dari pembangkit gelombang sinus antara 15Hz sampai 48Hz,
menyebabkan inverter yang dibuat hanya memiliki frekuensi kerja antara 15Hz sampai
dengan 48Hz. Frekuensi maksimal inverter tersebut di bawah frekuensi kerja motor yaitu
50Hz.
Tabel 4.2 Pengamatan pada gelombang sinus Nilai Perancangan Hasil Pengujian Tegangan puncak positif 6V 6,2V Tegangan puncak negatif -6V -5,8V
Perbandingan amplitudo sinus hasil perancangan dan hasil pengujian ditunjukkan
pada tabel 4.2. Dengan adanya perbedaan tegangan puncak positif dan negatif
menyebabkan modulasi amlitudo berubah dari perancangan. Dengan persamaan 2-11,
dapat dihitung kembali nilai pada tegangan puncak segitiga 6V:
am
am
Untuk nilai pada tegangan puncak positif adalah: am
033,162,6===
tri
controla V
Vm
Dan nilai pada tegangan puncak negatif adalah: am
97,068,5===
tri
controla V
Vm
Dengan nilai yang diinginkan adalah 1, sehingga pada tegangan puncak
positif terjadi peningkatan 1,033%, sehingga terjadi overmodulation pada tegangan
puncak positif karena lebih dari 1, ini menyebabkan tegangan keluaran inverter naik.
am
am
65
Sedangkan pada tegangan puncak negatif terjadi penurunan 0,97%, masih berada
pada daerah linear.
am
4.4 Pengamatan Gelombang Segitiga
Gelombang segitiga pada perancangan memiliki frekuansi 2kHz dan amplitudo
6V. Pengamatan dilakukan dengan mengamati bentuk gelombang segitiga dengan
mengunakan osiloskop digital. Gambar 4.2 menunjukkan pengamatan gelombang
segitiga.
Gambar 4.2. Pengamatan Gelombang segitiga.
Dari pengamatan diperoleh frekuensi gelombang segitiga 2,058kHz. Dengan
frekuensi gelombang segitiga yang lebih besar dari perancangan dan gelombang sinus
66
yang memiliki frekuensi pengamatan 48Hz. Dan dapat dihitung kembali dengan
persamaan 1-12;
fm
87,4248
20581
==
=
f
sf
m
ffm
Dari perhitungan tersebut ternyata pada rasio modulasi frekuensi meningkat.
Karena meningkat menyebabkan amplitudo pada subharmonisa akan semakin rendah.
fm
fm
Tabel 4.3 Pengamatan pada gelombang segitiga. Nilai Perancangan Hasil Pengujian Tegangan puncak positif 6V 6V Tegangan puncak negatif -6V -5,7V
Tabel 4.3 menunjukkan perbandingan tegangan puncak segitiga hasil perancangan
dan alat. Pada perancangan diinginkan amplitudo sinus sebesar 6V dan dari pengamatan
diperoleh tegangan puncak positif 6V dan tegangan puncak negatif -5,7V. Sehingga dapat
dihitung kembali nilai pada alat. Dengan persamaan 2-11, dapat dihitung kembali
nilai .
am
am
Untuk nilai pada tegangan puncak positif adalah: am
033,162,6===
tri
controla V
Vm
Dan nilai pada tegangan puncak negatif adalah: am
014,172,58,5===
tri
controla V
Vm
67
Pada tegangan puncak positif terjadi peningkatan 0,033 dan pada tegangan puncak
negatif terjadi peningkatan 0,014. Dan rata-rata dari tegangan puncak positif dan
tegangan puncak negatif adalah 1,0235. Sehingga terjadi overmodulation dan ini
menyebabkan tegangan AC keluaran inverter naik. Bentuk gelombang overmodulasi
ditunjukkan gambar 4.3. Pada motor induksi perubahan tegangan ±10% menyebabkan
putaran motor sedikit sekali berubahnya. Sehingga overmodulasi sebesar 1,0235 tersebut
kecil pengaruhnya terhadap kerja inverter.
am
Overmodulation
Gambar 4.3. Bentuk gelombang overmodulation.
68
4.5 Pengamatan SPWM
Pengamatan SPWM dilakukan dengan mengamati bentuk keluaran
gelombangnya. Gelombang kotak yang dihasilkan memiliki duty cycle yang berubah-
ubah, dengan pola yang dihasilkan memiliki kesamaan dengan dasar teori.
Gambar 4.4 Pengamatan pendeteksi perpotongan dengan nol dengan frekuensi 48Hz.
Gambar 4.4 menunjukkan pengamatan pendeteksi perpotongan dengan nol. Dari
pengamatam diperoleh data bahwa gelombang keluaran adalah gelombang kotak dan
tidak terjadi benturan (over clock). Gelombang kotak bagian atas (channel 1) sebagai
kendali amplitudo tinggi. Gelombang kotak bagian bawah (channel 2) sebagai kendali
amplitudo rendah.
Gambar 4.5 menunjukkan bentuk gelombang keluaran SPWM. Gelombang
bagian atas (channel 1) memiliki bentuk gelombang SPWM pada setengah periode
69
pertama dan setengah periode berikutnya dalam kondisi off. Gelombang bagian bawah
dalam kondisi dibalik (channel 2), memiliki kondisi yang berlawanan dengan gelombang
bagian atas. Saat kondisi bagian atas memiliki bentuk gelombang SPWM, bagian bawah
off. Dan saat bagian atas off, bagian bawah memiliki bentuk gelombang SPWM.
Gambar 4.5 Pengamatan keluaran SPWM
4.6 Pengamatan Kendali Kaki Gate
Pengamatan kendali kaki gate dilakukan dengan mengukur tegangan keluaran dan
mengamati bentuk keluaran gelombangnya. SPWM memiliki dua keluaran yang memiliki
perbedaan sebesar 180°, yaitu untuk kontrol SPWM tegangan puncak positif yang
digunakan untuk mengendalikan kaki gate satu dan empat serta kontrol SPWM tegangan
puncak negatif yang digunakan untuk mengendalikan kaki gate dua dan tiga. Gambar 4.6
70
menunjukkan gelombang keluaran kendali kaki gate untuk MOSFET satu dan tiga.
Perbandingan amplitudo segitiga hasil perancangan dan alat ditunjukkan pada tabel 4.4.
Gambar 4.6 Pengamatan kendali kaki gate satu dan tiga.
Dari gambar 4.6 diperoleh data bahwa gelombang keluaran merupakan
gelombang SPWM dan tidak terjadi benturan (over clock) untuk kontrol SPWM tegangan
puncak positif (bentuk gelombang atas) dengan kontrol SPWM tegangan puncak negatif
(bentuk gelombang bawah).
Tabel 4.4 Pengamatan pada kendali kaki gate. Nilai Perancangan Hasil Pengujian
GSV 9,9V 9,9V
71
Dari tabel 4.4 diperoleh data bahwa hasil pengamatan sama dengan nilai
perancangan.
Galat yang terjadi pada pengamatan kendali kaki gate ini adalah
100% nperancanga Nilaipengujian Hasil -n perancanga Nilaigalat ×⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
%0
%1009,9
9,99,9
=
×⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ −=
galat
galat
Dari pengamatan diperoleh data yang sama dengan perancangan, sehingga dapat
dikatakan rangkaian pengendali kaki gate bekerja dengan baik.
4.7 Pengamatan Motor.
4.7.1 Pengamatan Frekuensi Motor
Motor yang dipakai memiliki frekuensi kerja 50Hz, dan pengaturan frekuensi
motor dilakukan dalam jangkauan frekuensi antara 25Hz sampai dengan 48Hz. Tabel 4.5
menunjukkan pengamatan frekuensi dibandingkan dengan perancangan. Dilakukan tiga
kali pengamatan frekuensi tiap kenaikan 1Hz. Hasil pengukuran tersebut kemudian di
rata-rata dan dibandingkan dengan tampilan untuk melihat apakah rangkaian inverter
sudah bisa bekerja dengan baik. Nilai galat antara nilai perancangan dengan hasil
pengamatan diperoleh dengan rumus :
100% referensi
tampilan-referensigalat ×⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
Maka di dapat nilai seperti yang ditunjukkan pada tabel 4.5
Sebagai contoh diambil frekuensi = 25Hz
72
%35,0g
%10025,09
25-25,09galat
=
×⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=
alat
Tabel 4.5 Pengamatan frekuensi. Frekuensi (Hz) No.
Referensi Rata-rata Referensi
Tampilan Rata-rata tampilan galat (%)
1 15,08 15,10 15,10
15,09
15 15 16
15.33
1.59
2 16,12
16,11 16,16
16,13
16 16 16
16
0.81
3 17,07
17,12 17,10
17,09
17 17 17
17
0.53
4 18,10
18,12 18,12
18,11
18 18 19
18.33
1.21
5 19,08
19,13 19,16
19,12
19 18 19
19.33
1.35
6 20,08
20,08 20,12
20,09
20 20 20
20
0.45
7 21,11
21,12 21,11
21,11
21 21 21
21
0.52
8 22,13
22,13 22,12
22,13
22 22 23
22.33
0.90
9 23,06
23,13 23,12
23,10
24 23 23
23.33
0.99
10 24,08
24,10 24,10
24,09
24 25 24
24.33
0.99
11 25,01
25,12 25,16
25,09
25 25 25
25
0.35
12 26,16
26,15 26,15
26,15
27 26 26
26.33
0.68
73
Lanjutan dari tabel 4.5 Pengamatan frekuensi. Frekuensi (Hz) No.
Referensi Rata-rata Referensi
Tampilan Rata-rata tampilan galat (%)
13 27,04 27,05 26,99
27,03
27 27 27
27
0.11
14 28,14
28,12 28,10
28,12
28 28 28
28
0.42
15 29,11
29,12 29,12
29,12
29 29 29
29
0.41
16 30,08
30,08 30,14
30,10
30 30 30
30
0.33
17 31,12
31,21 31,12
31,15
31 31 31
31
0.48
18 32,04
32,24 32,06
32,14
32 32 32
32
0.43
19 33,12
33,03 33,03
33,06
33 33 33
33
0.18
20 34,05
34,05 34,09
34,06
34 34 35
34.33
0.79
21 35,04
35,05 35,15
35,08
35 35 35
35
0.23
22 36,10
36,10 36,10
36,10
36 36 36
36
0.27
23 37,02 37,02 36,99
37,02
37 37 37
37
0.05
24 38,14 38,01 38,01
38,06
39 38 38
38.33
0.71
25 39,23 39,24 39,01
39,15
40 39 39
39.33
0.46
26 40,13 40,19 40,11
40,14
40 40 40
40
0.35
74
Lanjutan dari tabel 4.5 Pengamatan frekuensi. Frekuensi (Hz) No.
Referensi Rata-rata Referensi
Tampilan Rata-rata tampilan galat (%)
27 41,03 41,03 41,12
41,06
41 41 41
41
0.15
28 42,13 42,11 42,06
42,10
43 42 42
42.33
0.54
29 43,01 43,15 43,12
43,09
43 44 43
43.33
0.56
30 44,20 44,03 44,03
44,08
45 44 44
44.33
0.57
31 45,12 45,13 44,99
45,05
46 45 45
45.33
0.62
32 46,21 46,09 46,09
46,13
47 46 46
46.33
0.43
33 47,04 47,19 47,04
47,09
47 47 47
47
0.19
34 48,01 48,05 48,01
48,02
48 49 48
48.33
0.64
Tampilan terdiri dari 2 digit yaitu digit satuan dan puluhan. Dan nilai tampilan
dianggap benar jika hanya meleset 1 digit. Dengan frekuensi terendah adalah 15Hz,maka
perbedaan maksimum yang diijinkan adalah:
%25.6g
%10016
15-16g
=
×⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
alat
alat
75
Pengamatan galat frekuensi
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
0 10 20 30 40 50 60
Frekuensi (Hz)
Gal
at (%
)
Galat
Gambar 4.7 Grafik galat pada pengamatan frekuensi
Gambar 4.7 menampilkan grafik galat pada pengamatan frekuensi keluaran
inverter, pada pengamatan galat diperoleh data bahwa galat maksimum pada alat sebesar
1.59% dan galat maksimum yang diijinkan adalah 6.25%. Dengan galat pada alat berada
dibawah galat maksimum yang diijinkan, maka penampil frekuensi yang dibuat bekerja
dengan baik.
4.7.2 Pengamatan Kecepatan Motor
Untuk melihat pengaruh perubahan frekuensi terhadap perubahan kecepatan,
dilakukan tiga kali pengamatan kecepatan. Hasil pengukuran tersebut kemudian di rata-
rata dan akan dibandingkan dengan tampilan. Tampilan hanya menampilkan digit
puluhan, ratusan dan ribuan, sehingga nilai satuan dianggap nol (0). Tabel 4.6
76
menunjukkan pengamatan kecepatan motor. Nilai galat antara nilai perancangan dengan
hasil pengamatan diperoleh dengan rumus :
100% referensi
tampilan-referensig ×⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=alat
Maka di dapat nilai seperti yang ditunjukkan pada tabel 4.6
Sebagai contoh diambil frekuensi = 1479
%61,0galat
%1001479
1470-1479galat
=
×⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
Tabel 4.6 Pengamatan kecepatan. Kecepatan (rpm) No.
Referensi Rata-rata Referensi
Tampilan x10
Rata-rata tampilan galat (%)
1 1469 1487 1482
1479
147 148 148
1473
0.41
2 1542
1540 1547
1543
154 153 153
1533
0.64
3 1602
1600 1584
1595
160 160 159
1597
0.12
4 1679
1675 1668
1674
168 165 167
1670
0.24
5 1734
1729 1730
1731
173 170 173
1720
0.63
6 1785
1786 1797
1789
179 178 179
1787
0.11
7 1855
1851 1854
1853
186 183 185
1847
0.32
8 1928 1917 1915
1920
192 190 191
1910
0.52
9 1983
1957 1981
1974
198 196 197
1970
0.20
77
Lanjutan dari tabel 4.6 pengamatan kecepatan. kecepatan (Hz) No.
Referensi Rata-rata Referensi
Tampilan x10
Rata –rata tampilan
galat (%)
10 2033 2028 2048
2036
203 202 203
2027
0.44
11 2097
2090 2105
2097
209 207 209
2083
0.67
12 2163
2153 2153
2156
216 214 215
2150
0.28
13 2217 2225 2210
2218
222 218 221
2203
0.67
14 2286 2266 2261
2271
228 226 227
2270
0.04
15 2348 2356 2345
2350
234 233 234
2337
0.55
16 2405 2407 2398
2403
241 239 239
2397
0.25
17 2464 2455 2456
2458
246 243 245
2447
0.45
18 2533 2543 2517
2531
252 251 251
2513
0.71
19 2585 2586 2571
2581
257 257 257
2570
0.43
20 2625 2635 2639
2631
263 263 263
2630
0.04
21 2696 2702 2689
2695
270 270 268
2693
0.07
23 2814 2825 2817
2819
282 281 281
2813
0.21
24 2877 2887 2870
2878
287 287 286
2867
0.38
78
Tampilan terdiri dari 3 digit yaitu digit ribuan, ratusan, dan puluhan. Dan nilai
tampilan dianggap benar jika hanya meleset 1 digit. Dengan tampilan terendah adalah
147, maka perbedaan maksimum yang diperbolehkan adalah :
%68,0galat
%100147
146-147galat
=
×⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
Pengamatan galat Kecepatan
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Kecepatan (Rpm)
Gal
at (%
)
galat
Gambar 4.8 Grafik galat pengukuran kecepatan
Dan grafik perbedaannya ditunjukkan pada gambar 4.8. Digambarkan bahwa galat
tertinggi pada kecepatan 2531rpm dengan galat 0.71%, dan galat terendah pada kecepatan
3631rpm dengan galat sebesar 0.04%. Dan kebanyakan galat berada dibawah galat
maksimum yang diijinkan.
Dari tabel 4.5 dan tabel 4.6 dapat dibuat grafik hubungan perubahan frekuensi
terhadap kecepatan. Gambar 4.9 menunjukan pengaruh perubahan frekuensi terhadap
kecepatan motor.
79
Pengaruh Perubahan frekuensi terhadap kecepatan motor
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 10 20 30 40 50 60
Frekuensi (Hz)
Kec
epat
an (R
pm)
perancanganreferensipengamatan
Gambar 4.9 Pengaruh perubahan frekuensi terhadap kecepatan motor
Dengan pengaturan frekuensi maka kecepatan motor akan berubah, jika frekuensi
naik maka kecepatan motor akan ikut naik. Dengan hasil pengamatan tidak berbeda jauh
dengan nilai referensi. Dengan perubahan frekuensi maka kecepatan juga akan berubah
secara linear terhadap frekuensi.
4.7.3 Pengamatan Arus Motor.
Pengamatan arus motor dilakukan dengan mengatur frekuensi, yang menyebabkan
arus pada motor juga akan ikut berubah. Tabel 4.7 menunjukkan pengaruh perubahan
frekuensi terhadap arus dan kecepatan. Arus masukkan motor akan semakin besar jika
frekuensi inverter diturunkan.
80
Pengaturan dilakukan pada frekuensi diatas 25Hz, karena pada frekuensi 15Hz
sampai dengan 25Hz motor tidak bekerja.
Tabel 4.7 Pengamatan pengaruh perubahan frekuensi terhadap arus dan kecepatan. No Frekuensi (Hz) Kecepatan
X10rpm Arus (A)
1 25 148 2 2 30 176 1,9 3 35 209 1,7 4 40 238 1,5 5 44 263 1,2 6 48 287 0,8
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan perancangan dan pengamatan inverter untuk mengontrol motor
induksi dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Frekuensi dari kerja dari inverter 15Hz sampai dengan 48Hz, sama dengan
frekuensi keluaran pembangkit gelombang sinus.
2. Motor tidak berputar pada saat frekuensi inverter 15Hz sampai dengan 24Hz dan
pada frekuensi 25Hz sampai dengan 48Hz motor berputar dengan kecepatan naik
secara linear sesuai dengan perubahan frekuensi inverter.
5.2 Saran
1. Agar arus yang masuk tidak melebihi arus motor, maka pengaturan frekuensi
diikuti dengan pengaturan amplitudo. Pengaturan amplitudo bisa dilakukan
dengan mengatur amplitudo sinus atau dengan mengunakan penyearah terkontrol.
2. Alat ini dapat dikembangkan lebih lanjut menjadi inverter 3 fasa, yang telah
banyak digunakan dalam industri.
81
DAFTAR PUSTAKA
1. Fitzgerald A.E, Kingsley C.Jr dan Usman S.D, ELECTRIC MACHINERY. United
Kingdom: Mc Grow-Hill. 1992.
2. Mohan, M., T.M. Underland, dan W.D. Robbins, POWER ELECTRONICS:
Converter, Applications and Design. New York: Jhon Wiley & Son Inc. 2003.
3. Putra . A.E, PENAPIS AKTIF ELEKTRONIKA: Teori dan Praktek. Yogyakarta:
Gava Media.2002.
4. Rashid, M.H, POWER ELECTRONICS: Circuit, Device and Application. New
Jersey: Person Education Inc. 2004.
5. Roger. L. Tokhiem, DIGITAL ELECTRONICS PRINCIPLES AND
APPLICATIONS: Sixth Edition. New York: McGrow-Hill. 2003.
6. Stanly W. D, OPERATIONAL AMPLIFIER WITH LINEAR INTEGRATED
CIRCUIT. Ontario: Maxwell Macmillan Canada Inc. 1994.
7. Suyono .W, DATA SHEET BOOK 1: Data IC linear, TTL dan Cmos. Jakarta:
Elex Media Komputindo.1992.
8. Uiga .E, OPTOELECTRONICS. New Jersey: Prentice-Hall International. Inc.
1995.
9. http://alldatasheet.com/datasheet-pdf diakses januari 2007
82
LAMPIRAN 1
RANGKAIAN LENGKAP
R5
10K
Q2
R2
GND
pR
Q1
SYNCOD
2
+-
Op3
326
74
S
STO
D1
D4
S2+
Vee
Vcc
BIAS
D3
FSKI
R3
5.1K
WAVEA2
S1+
R150K
XR-2206
SYMA1
+-
Op1
326
74
WAVEA1
R
MO
R1
SYMA2
C3
1uF
sinus
C11uF
TR2
+-
Op4
326
74
R3
Rc
AMSI
R6200
R3
C5
10uF
Vcc
50K
PO
T
1 3
2
R3
5.1K
Ri
Q1
TR1
+-
Op1
326
74
TC2
VCC
VCC
VCC
+-
Op2
326
74
C1
Vee
C41uF
VCC
TC1
R1
S1
Q2
R2
100K PO
T13
2
+-
326
74
Vcc
2 3+-
6
74
R21k
R12k
M1
2SK2368
S1
R31k
D1D1N4007
R12k
F1FUSE
S1+
100K
RG
Q2
3
2
1
Gnd3
12
54
Gnd4
MG1
MOTO
R AC
12
R31k
Vcc4
Vs220Vac
M4
2SK2368C
e
R21k
R12k
D4
R21k
D1
S2
R21k
Q3
Vcc2Vcc1
100K
RG
RG
100K
F4FUSE
F3FUSE
D3D1N4007
F2FUSE
D2D1N
4007
100K
RG
D4D1N
4007
Q3
Vcc3
Gnd1
M3
2SK2368
R12k
F5FUSE
S2
D2
Q2
3
2
1
Q2
3
2
1
S2+
0
Q2
3
2
1
R31k
Gnd2S1
D3
Q3 R31k
M2
2SK2368
12
54
Q3
12
54
12
54
S2+S1+
VCC
U7
NA
ND
2
123
1uF
C
R1
1K
LATCH
U19A
4093
123
C3
1uFC
Rb
PO
T1 3
2
74LS14/LCC
23
4.7uFC
VEE
+-
Op1
326
74
sinus
U8
NA
ND
2
123
(B)
U21A
4518
712
3456
CLR
CLK
EN
Q1
Q2
Q3
Q4
SE
NS
OR
frek
R2
C4
SE
NS
OR
kec
R112
54R
ESET
R2
1K
1kR
Pewaktu 1 detik
U10
NA
ND
2
123
VCC
Ra
10k
D4
1N4001
12
VCC
U11
NE
555
5 2376
4
TRCV
Q
DIS
THR
RU
19A
4093
123
1kR
2
1
Q1
2N2221A
3
U64511
7126345
1312111091514
ABCDLTBILE
ABCDEFG
QA
BC
557
1
2
3
SEN
SO
R kec
U14A
4011
123
330R
A...R
G
Vcc
U13
4553
1210114313
9765142115
CLK
LEDIS
C1A
C1B
RST
Q0
Q1
Q2
Q3
OF
DS
1D
S2
DS
3
RA
4K7
QB
BC
557
1
2
3
LAC
TH
RB
4K7
QC
BC
557
1
2
3
pewaktu 1 detik
RE
SET
RC
4K7
C2
C
pewaktu 1 detik
U64511
7126345
1312111091514
ABCDLTBILE
ABCDEFG
RB
4K7
U14A
4011
123
LAC
TH
SE
NSO
R frek
QC
BC
557
1
2
3
U13
4553
1210114313
9765142115
CLK
LEDIS
C1A
C1B
RST
Q0
Q1
Q2
Q3
OF
DS1
DS2
DS3
330R
A...RG
RC
4K7
Vcc
QB
BC
557
1
2
3
C2
C
RES
ET
LAMPIRAN 2
DATA PERCOBAAN
1. Data pengamatan penyearah:
Dilakukan pengamatan tiga kali dan diperoleh data seperti pada tabel di bawah ini:
Keluaran Pengamatan ke- 297V 1 298V 2 298V 3
2. Data pengamatan gelombang sinus:
Dilakukan pengamatan tiga kali dan diperoleh data seperti pada tabel di bawah ini:
Tegangan puncak negatif Tegangan puncak positif Pengamatan ke- 5,8V 6,2V 1 5,8V 6,2V 2 5,8V 6,2V 3
3. Data pengamatan gelombang segitiga:
Dilakukan pengamatan tiga kali dan diperoleh data seperti pada tabel di bawah ini:
Tegangan puncak negatif Tegangan puncak positif Pengamatan ke- 5,7V 6V 1 5,72V 6V 2 5,7V 5,9V 3
4. Data pengamatan keluaran kendali kaki gate:
Pengamatan dilakukan dengan mengamati bentuk gelombang keluaran tiap perubahan
frekuensi:
Frekuensi 15,12Hz
Frekuensi 16,09Hz
Frekuensi17,05Hz
Frekuensi 18,03Hz
Frekuensi 19,09Hz
Frekuensi 20,03Hz
Frekuensi 21,06Hz
Frekuensi 22,06Hz
Frekuensi 23,05Hz
Frekuensi 24,06Hz
Frekuensi 25,01Hz
Frekuensi 26,16Hz
Frekuensi 27,04Hz
Frekuensi 28,14Hz
Frekuensi 29,11Hz
Frekuensi 30,08Hz
Frekuensi 31,12Hz
Frekuensi 32,04Hz
Frekuensi 33,12Hz
Frekuensi 34,05Hz
Frekuensi 35,04Hz
Frekuensi 36,10Hz
Frekuensi 37,02Hz
Frekuensi 38,14Hz
Frekuensi 39,23Hz
Frekuensi 40,13Hz
Frekuensi 41,03Hz
Frekuensi 42,13Hz
Frekuensi 43,01Hz
Frekuensi 44,20 Hz
Frekuensi 45,12Hz
Frekuensi 46,21Hz
Frekuensi 47,04Hz
Frekuensi 48,01Hz
LAMPIRAN 3
DATA SHEET
XR-2206...the analog plus companyTM
MonolithicFunction Generator
Rev. 1.031972
EXAR Corporation, 48720 Kato Road, Fremont, CA 94538 (510) 668-7000 (510) 668-7017
1
June 1997-3
FEATURES
Low-Sine Wave Distortion, 0.5%, Typical
Excellent Temperature Stability, 20ppm/°C, Typ.
Wide Sweep Range, 2000:1, Typical
Low-Supply Sensitivity, 0.01%V, Typ.
Linear Amplitude Modulation
TTL Compatible FSK Controls
Wide Supply Range, 10V to 26V
Adjustable Duty Cycle, 1% TO 99%
APPLICATIONS
Waveform Generation
Sweep Generation
AM/FM Generation
V/F Conversion
FSK Generation
Phase-Locked Loops (VCO)
GENERAL DESCRIPTION
The XR-2206 is a monolithic function generatorintegrated circuit capable of producing high quality sine,square, triangle, ramp, and pulse waveforms ofhigh-stability and accuracy. The output waveforms can beboth amplitude and frequency modulated by an externalvoltage. Frequency of operation can be selectedexternally over a range of 0.01Hz to more than 1MHz.
The circuit is ideally suited for communications,instrumentation, and function generator applicationsrequiring sinusoidal tone, AM, FM, or FSK generation. Ithas a typical drift specification of 20ppm/°C. The oscillatorfrequency can be linearly swept over a 2000:1 frequencyrange with an external control voltage, while maintaininglow distortion.
ORDERING INFORMATION
Part No. PackageOperating
Temperature Range
XR-2206M 16 Lead 300 Mil CDIP -55°C to +125°C
XR-2206P 16 Lead 300 Mil PDIP –40°C to +85°C
XR-2206CP 16 Lead 300 Mil PDIP 0°C to +70°C
XR-2206D 16 Lead 300 Mil JEDEC SOIC 0°C to +70°C
XR-2206
2
Rev. 1.03
11 SYNCO
VCO
4
VCC
12
GND
10
BIAS
TimingCapacitor
5TC1
6TC2
TimingResistors
7TR1
8TR2
9FSKI
1AMSI
CurrentSwitches
MultiplierAnd SineShaper
2 STO
3 MO
13WAVEA1
14WAVEA2
15SYMA1
16SYMA2
Figure 1. XR-2206 Block Diagram
+1
XR-2206
3
Rev. 1.03
16 Lead PDIP, CDIP (0.300”)
SYMA2SYMA1WAVEA2WAVEA1GNDSYNCOBIASFSKI
AMSISTOMOVCCTC1TC2TR1TR2
1
2
3
4
5
6
7
8
16
15
14
13
12
11
10
9
AMSISTOMOVCCTC1TC2TR1TR2
SYMA2SYMA1WAVEA2WAVEA1GNDSYNCOBIASFSKI
16 Lead SOIC (Jedec, 0.300”)
161
98
2
3
4
5
6
7
15
14
13
12
11
10
PIN DESCRIPTION
Pin # Symbol Type Description
1 AMSI I Amplitude Modulating Signal Input.
2 STO O Sine or Triangle Wave Output.
3 MO O Multiplier Output.
4 VCC Positive Power Supply.
5 TC1 I Timing Capacitor Input.
6 TC2 I Timing Capacitor Input.
7 TR1 O Timing Resistor 1 Output.
8 TR2 O Timing Resistor 2 Output.
9 FSKI I Frequency Shift Keying Input.
10 BIAS O Internal Voltage Reference.
11 SYNCO O Sync Output. This output is a open collector and needs a pull up resistor to VCC.
12 GND Ground pin.
13 WAVEA1 I Wave Form Adjust Input 1.
14 WAVEA2 I Wave Form Adjust Input 2.
15 SYMA1 I Wave Symetry Adjust 1.
16 SYMA2 I Wave Symetry Adjust 2.
XR-2206
4
Rev. 1.03
DC ELECTRICAL CHARACTERISTICSTest Conditions: Test Circuit of Figure 2 Vcc = 12V, TA = 25°C, C = 0.01F, R1 = 100k, R2 = 10k, R3 = 25kUnless Otherwise Specified. S1 open for triangle, closed for sine wave.
XR-2206M/P XR-2206CP/D
Parameters Min. Typ. Max. Min. Typ. Max. Units Conditions
General Characteristics
Single Supply Voltage 10 26 10 26 V
Split-Supply Voltage +5 +13 +5 +13 V
Supply Current 12 17 14 20 mA R1 10k
Oscillator Section
Max. Operating Frequency 0.5 1 0.5 1 MHz C = 1000pF, R1 = 1k
Lowest Practical Frequency 0.01 0.01 Hz C = 50F, R1 = 2M
Frequency Accuracy +1 +4 +2 % of fo fo = 1/R1C
Temperature StabilityFrequency
+10 +50 +20 ppm/°C 0°C TA 70°CR1 = R2 = 20k
Sine Wave Amplitude Stability2 4800 4800 ppm/°C
Supply Sensitivity 0.01 0.1 0.01 %/V VLOW = 10V, VHIGH = 20V,R1 = R2 = 20k
Sweep Range 1000:1 2000:1 2000:1 fH = fL fH @ R1 = 1kfL @ R1 = 2M
Sweep Linearity
10:1 Sweep 2 2 % fL = 1kHz, fH = 10kHz
1000:1 Sweep 8 8 % fL = 100Hz, fH = 100kHz
FM Distortion 0.1 0.1 % +10% Deviation
Recommended Timing Components
Timing Capacitor: C 0.001 100 0.001 100 F Figure 5
Timing Resistors: R1 & R2 1 2000 1 2000 k
Triangle Sine Wave Output 1 Figure 3
Triangle Amplitude 160 160 mV/k Figure 2, S1 Open
Sine Wave Amplitude 40 60 80 60 mV/k Figure 2, S1 Closed
Max. Output Swing 6 6 Vp-p
Output Impedance 600 600
Triangle Linearity 1 1 %
Amplitude Stability 0.5 0.5 dB For 1000:1 Sweep
Sine Wave Distortion
Without Adjustment 2.5 2.5 % R1 = 30k
With Adjustment 0.4 1.0 0.5 1.5 % See Figure 7 and Figure 8
Notes1 Output amplitude is directly proportional to the resistance, R3, on Pin 3. See Figure 3.2 For maximum amplitude stability, R3 should be a positive temperature coefficient resistor.Bold face parameters are covered by production test and guaranteed over operating temperature range.
XR-2206
5
Rev. 1.03
DC ELECTRICAL CHARACTERISTICS (CONT’D)
XR-2206M/P XR-2206CP/D
Parameters Min. Typ. Max. Min. Typ. Max. Units Conditions
Amplitude Modulation
Input Impedance 50 100 50 100 k
Modulation Range 100 100 %
Carrier Suppression 55 55 dB
Linearity 2 2 % For 95% modulation
Square-Wave Output
Amplitude 12 12 Vp-p Measured at Pin 11.
Rise Time 250 250 ns CL = 10pF
Fall Time 50 50 ns CL = 10pF
Saturation Voltage 0.2 0.4 0.2 0.6 V IL = 2mA
Leakage Current 0.1 20 0.1 100 A VCC = 26V
FSK Keying Level (Pin 9) 0.8 1.4 2.4 0.8 1.4 2.4 V See section on circuit controls
Reference Bypass Voltage 2.9 3.1 3.3 2.5 3 3.5 V Measured at Pin 10.
Notes1 Output amplitude is directly proportional to the resistance, R3, on Pin 3. See Figure 3.2 For maximum amplitude stability, R3 should be a positive temperature coefficient resistor.Bold face parameters are covered by production test and guaranteed over operating temperature range.
Specifications are subject to change without notice
ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS
Power Supply 26V. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Power Dissipation 750mW. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Derate Above 25°C 5mW/°C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Total Timing Current 6mA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Storage Temperature -65°C to +150°C. . . . . . . . . . . .
SYSTEM DESCRIPTION
The XR-2206 is comprised of four functional blocks; avoltage-controlled oscillator (VCO), an analog multiplierand sine-shaper; a unity gain buffer amplifier; and a set ofcurrent switches.
The VCO produces an output frequency proportional toan input current, which is set by a resistor from the timing
terminals to ground. With two timing pins, two discreteoutput frequencies can be independently produced forFSK generation applications by using the FSK inputcontrol pin. This input controls the current switches whichselect one of the timing resistor currents, and routes it tothe VCO.
XR-2206
6
Rev. 1.03
5
Figure 2. Basic Test Circuit
Symmetry Adjust
25K
1
6
7
8
9
11
3
2
13
1415
16
4
10 12 XR-2206
1F
VCC
C
R1
R2
FSK Input
S1 THD Adjust
500Triangle OrSine WaveOutputSquare WaveOutput
VCC
10K
1F
R325K
5.1K 5.1KVCC
1F
CurrentSwitches
Mult.AndSine
Shaper
+1
VCO
+
S1 = Open For Triangle
= Closed For Sinewave
Figure 3. Output Amplitudeas a Function of the Resistor,
R3, at Pin 3
ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ
Triangle
Sinewave
26
22
18
14
108 12 16 20 24 28
70°C Max.PackageDissipation
1K
2K
10K
30K
Figure 4. Supply Current vsSupply Voltage, Timing, R
0 20 40 60 80 100
1
2
3
4
5
6
Pea
k O
utpu
t Vol
tage
(V
olts
)
R3 in (K
I CC
(mA
)
VCC (V)
XR-2206
7
Rev. 1.03
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
MINIMUM TIMING R
ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ
Figure 5. R versus Oscillation Frequency.
ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ
4V 4V
10M
1M
100K
10K
1K
10-2 10 102
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
MAXIMUM TIMING R
VCC / 2
DC Voltage At Pin 1Frequency (Hz)
Tim
ing
Res
isto
r
0
0.5
1.0
Nor
mal
Out
put A
mpl
itude
Figure 6. Normalized Output Amplitude versus DC Bias at AM Input (Pin 1)
Figure 7. Trimmed Distortion versusTiming Resistor.
Dis
tort
ion
(%)
Timing R K(
0
1
2
3
4
5
1.0 10 100 103
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
C = 0.01FTrimmed For MinimumDistortion At 30 K
Figure 8. Sine Wave Distortion versus Operating Frequency with Timing Capacitors Varied.
10 100 1K 10K 100K 1M
0
1
2
3
4
5
Dis
tort
ion
(%)
Frequency (Hz)
ÁÁÁR=3K
ÁÁÁÁÁÁÁÁ
RL=10K
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
NORMAL RANGE
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
TYPICAL VALUE
=0.5VRMS Pin 2VOUT
()
104 106
XR-2206
8
Rev. 1.03
Figure 9. Frequency Drift versusTemperature.
3
2
1
0
-1
-2
-3-50 -25 0 25 50 75 125
C=0.01F
R=1M
R=2K
R=10KR=200K
R=1M
R=1K
R=10KR=2K
R=1K
Ambient Temperature (C °)
Figure 10. Circuit Connection for Frequency Sweep.
SweepInput +
- VC
R
IB
ICRc
IT Pin 7or 8
12
ÁÁ100
Figure 11. Circuit tor Sine Wave Generation without External Adjustment.(See Figure 3 for Choice of R 3)
R=200K
Fre
quen
cy D
rift (
%)
+
-
1 5
6
7 8
9
11
3
2
13
14
15
164
10 1 2 XR-2206
1F
C
R12M 1K
S1
Triangle OrSine Wave Output
Square WaveOutput
200
10KR350K
5.1K 5.1KVCC
10F
1F
R
VCC
VCC
CurrentSwitches
Mult.AndSine
Shaper
+1
+
+
VCO
S1 Closed For Sinewave
3V
XR-2206
9
Rev. 1.03
0
Figure 12. Circuit for Sine Wave Generation with Minimum Harmonic Distortion. (R3 Determines Output Swing - See Figure 3 )
Figure 13. Sinusoidal FSK Generator
Symmetry Adjust
25K RB
1 5
6
7 8
9
11
3
2
13
1415
164
1 12 XR-2206
1F
C
1KR12M
F =S1
Triangle OrSine Wave OutputSquare WaveOutput
RA
500
10K
5.1K 5.1K
10F
R350K
1F
R
Mult.AndSine
Shaper
CurrentSwitches
VCC
VCC
VCO
+
+
+1
VCC
1 5
6
7 8
9
11
3
2
13
14
15
164
10 12 XR-2206
1F
VCC
C
FSK InputR1
R2
<1V
>2V F1
F2
F1=1/R1C
200
5.1K 5.1K
10F
1F
R350K
F2=1/R2C
VCC
Mult.AndSine
Shaper
VCO
+
+
+1Current
Switches
S1 Closed For Sinewave1RC
FSK Output
XR-2206
10
Rev. 1.03
Figure 14. Circuit for Pulse and Ramp Generation.
1 5
6
7 8
9
11
3
2
13
1415
16
4
10 12 XR-2206
1F
VCC
C
R1R2
5.1K
5.1K 5.1K
10F
1F
R324K
VCC
VCC
Mult.AndSine
Shaper
VCO
+1
+
+
CurrentSwitches
f 2C 1
R1 R2
R1
R1 R2Duty Cycle =
Sawtooth Output
Pulse Output
Frequency-Shift Keying
The XR-2206 can be operated with two separate timingresistors, R1 and R2, connected to the timing Pin 7 and 8,respectively, as shown in Figure 13. Depending on thepolarity of the logic signal at Pin 9, either one or the otherof these timing resistors is activated. If Pin 9 isopen-circuited or connected to a bias voltage 2V, onlyR1 is activated. Similarly, if the voltage level at Pin 9 is1V, only R2 is activated. Thus, the output frequency canbe keyed between two levels. f1 and f2, as:
f1 = 1/R1C and f2 = 1/R2C
For split-supply operation, the keying voltage at Pin 9 isreferenced to V-.
Output DC Level Control
The dc level at the output (Pin 2) is approximately thesame as the dc bias at Pin 3. In Figure 11, Figure 12 andFigure 13, Pin 3 is biased midway between V+ andground, to give an output dc level of V+/2.
APPLICATIONS INFORMATION
Sine Wave Generation
Without External Adjustment
Figure 11 shows the circuit connection for generating asinusoidal output from the XR-2206. The potentiometer,R1 at Pin 7, provides the desired frequency tuning. Themaximum output swing is greater than V+/2, and thetypical distortion (THD) is < 2.5%. If lower sine wavedistortion is desired, additional adjustments can beprovided as described in the following section.
The circuit of Figure 11 can be converted to split-supplyoperation, simply by replacing all ground connectionswith V-. For split-supply operation, R3 can be directlyconnected to ground.
XR-2206
11
Rev. 1.03
With External Adjustment:
The harmonic content of sinusoidal output can bereduced to -0.5% by additional adjustments as shown inFigure 12. The potentiometer, RA, adjusts thesine-shaping resistor, and RB provides the fineadjustment for the waveform symmetry. The adjustmentprocedure is as follows:
1. Set RB at midpoint and adjust RA for minimum distortion.
2. With RA set as above, adjust RB to further reduce distortion.
Triangle Wave Generation
The circuits of Figure 11 and Figure 12 can be convertedto triangle wave generation, by simply open-circuiting Pin13 and 14 (i.e., S1 open). Amplitude of the triangle isapproximately twice the sine wave output.
FSK Generation
Figure 13 shows the circuit connection for sinusoidal FSKsignal operation. Mark and space frequencies can beindependently adjusted by the choice of timing resistors,R1 and R2; the output is phase-continuous duringtransitions. The keying signal is applied to Pin 9. Thecircuit can be converted to split-supply operation bysimply replacing ground with V-.
Pulse and Ramp Generation
Figure 14 shows the circuit for pulse and ramp waveformgeneration. In this mode of operation, the FSK keyingterminal (Pin 9) is shorted to the square-wave output (Pin11), and the circuit automatically frequency-shift keysitself between two separate frequencies during thepositive-going and negative-going output waveforms.The pulse width and duty cycle can be adjusted from 1%to 99% by the choice of R1 and R2. The values of R1 andR2 should be in the range of 1k to 2M.
PRINCIPLES OF OPERATION
Description of Controls
Frequency of Operation:
The frequency of oscillation, fo, is determined by theexternal timing capacitor, C, across Pin 5 and 6, and bythe timing resistor, R, connected to either Pin 7 or 8. Thefrequency is given as:
f0 1
RC Hz
and can be adjusted by varying either R or C. Therecommended values of R, for a given frequency range,as shown in Figure 5. Temperature stability is optimumfor 4k < R < 200k. Recommended values of C are from1000pF to 100F.
Frequency Sweep and Modulation:
Frequency of oscillation is proportional to the total timingcurrent, IT, drawn from Pin 7 or 8:
f 320IT (mA)
C(F)Hz
Timing terminals (Pin 7 or 8) are low-impedance points,and are internally biased at +3V, with respect to Pin 12.Frequency varies linearly with IT, over a wide range ofcurrent values, from 1A to 3mA. The frequency can becontrolled by applying a control voltage, VC, to theactivated timing pin as shown in Figure 10. The frequencyof oscillation is related to VC as:
f 1RC1 R
RC
1 –VC
3Hz
where VC is in volts. The voltage-to-frequency conversiongain, K, is given as:
K fVC – 0.32RCC
HzV
CAUTION: For safety operation of the circuit, IT should belimited to 3mA.
XR-2206
12
Rev. 1.03
Output Amplitude:
Maximum output amplitude is inversely proportional tothe external resistor, R3, connected to Pin 3 (seeFigure 3). For sine wave output, amplitude isapproximately 60mV peak per k of R3; for triangle, thepeak amplitude is approximately 160mV peak per k ofR3. Thus, for example, R3 = 50k would produceapproximately 13V sinusoidal output amplitude.
Amplitude Modulation:
Output amplitude can be modulated by applying a dc biasand a modulating signal to Pin 1. The internal impedance
at Pin 1 is approximately 100k. Output amplitude varieslinearly with the applied voltage at Pin 1, for values of dcbias at this pin, within 14 volts of VCC/2 as shown inFigure 6. As this bias level approaches VCC/2, the phaseof the output signal is reversed, and the amplitude goesthrough zero. This property is suitable for phase-shiftkeying and suppressed-carrier AM generation. Totaldynamic range of amplitude modulation is approximately55dB.
CAUTION: AM control must be used in conjunction with awell-regulated supply, since the output amplitude now becomesa function of VCC.
Figure 15. Equivalent Schematic Diagram
21616145 1311VR V215VCC
5
6
7VCC
VR
V1
V2Reg.Int’nI.
12
4
VCC10
VR
V1
VR
8
9
3
XR-2206
13
Rev. 1.03
A 0.100 0.200 2.54 5.08
A1 0.015 0.060 0.38 1.52
B 0.014 0.026 0.36 0.66
B1 0.045 0.065 1.14 1.65
c 0.008 0.018 0.20 0.46
D 0.740 0.840 18.80 21.34
E1 0.250 0.310 6.35 7.87
E 0.300 BSC 7.62 BSC
e 0.100 BSC 2.54 BSC
L 0.125 0.200 3.18 5.08
α 0° 15° 0° 15°
D
B
e
B1
16 LEAD CERAMIC DUAL-IN-LINE(300 MIL CDIP)
Rev. 1.00
SYMBOL MIN MAX MIN MAX
INCHES MILLIMETERS
1 8
9
αc
E1
A
L
A1
SeatingPlane
BasePlane
16
E
Note: The control dimension is the inch column
XR-2206
14
Rev. 1.03
16 LEAD PLASTIC DUAL-IN-LINE(300 MIL PDIP)
Rev. 1.00
16
1
9
8
D
e B1
A1
E1
E
AL
B
SeatingPlane
SYMBOL MIN MAX MIN MAX
INCHES
A 0.145 0.210 3.68 5.33
A1 0.015 0.070 0.38 1.78
A2 0.115 0.195 2.92 4.95
B 0.014 0.024 0.36 0.56
B1 0.030 0.070 0.76 1.78
C 0.008 0.014 0.20 0.38
D 0.745 0.840 18.92 21.34
E 0.300 0.325 7.62 8.26
E1 0.240 0.280 6.10 7.11
e 0.100 BSC 2.54 BSC
eA 0.300 BSC 7.62 BSC
eB 0.310 0.430 7.87 10.92
L 0.115 0.160 2.92 4.06
α 0° 15° 0° 15°
MILLIMETERS
α
A2
C
Note: The control dimension is the inch column
eB
eA
XR-2206
15
Rev. 1.03
SYMBOL MIN MAX MIN MAX
A 0.093 0.104 2.35 2.65
A1 0.004 0.012 0.10 0.30
B 0.013 0.020 0.33 0.51
C 0.009 0.013 0.23 0.32
D 0.398 0.413 10.10 10.50
E 0.291 0.299 7.40 7.60
e 0.050 BSC 1.27 BSC
H 0.394 0.419 10.00 10.65
L 0.016 0.050 0.40 1.27
α 0° 8° 0° 8°
INCHES MILLIMETERS
16 LEAD SMALL OUTLINE(300 MIL JEDEC SOIC)
Rev. 1.00
e
16 9
8
D
E H
B
A
L
C
A1
SeatingPlane α
Note: The control dimension is the millimeter column
1
XR-2206
16
Rev. 1.03
NOTICE
EXAR Corporation reserves the right to make changes to the products contained in this publication in order to im-prove design, performance or reliability. EXAR Corporation assumes no responsibility for the use of any circuits de-scribed herein, conveys no license under any patent or other right, and makes no representation that the circuits arefree of patent infringement. Charts and schedules contained here in are only for illustration purposes and may varydepending upon a user’s specific application. While the information in this publication has been carefully checked;no responsibility, however, is assumed for inaccuracies.
EXAR Corporation does not recommend the use of any of its products in life support applications where the failure ormalfunction of the product can reasonably be expected to cause failure of the life support system or to significantlyaffect its safety or effectiveness. Products are not authorized for use in such applications unless EXAR Corporationreceives, in writing, assurances to its satisfaction that: (a) the risk of injury or damage has been minimized; (b) theuser assumes all such risks; (c) potential liability of EXAR Corporation is adequately protected under the circum-stances.
Copyright 1972 EXAR CorporationDatasheet June 1997Reproduction, in part or whole, without the prior written consent of EXAR Corporation is prohibited.
GENERAL PURPOSE J-FETSINGLE OPERATIONAL AMPLIFIER
.WIDE COMMON-MODE (UP TO VCC+) AND
DIFFERENTIAL VOLTAGE RANGE. LOW INPUT BIAS AND OFFSET CURRENT.OUTPUT SHORT-CIRCUIT PROTECTION.HIGH INPUT IMPEDANCE J–FET INPUTSTAGE. INTERNAL FREQUENCY COMPENSATION. LATCH UP FREE OPERATION.HIGH SLEW RATE : 16V/µs (typ)
NDIP8
(Plastic Package)
1
2
3
4
8
6
5
7
1 - Offset Null 12 - Inverting input3 - Non-inverting input4 - VCC
-
5 - Offset Null 26 - Output7 - VCC
+
8 - N.C.
PIN CONNECTIONS (top view)
DESCRIPTION
The TL081, TL081A and TL081B are high speedJ–FET inputsingleoperationalamplifiers incorporatingwell matched,high voltageJ–FETand bipolar transis-tors in a monolithic integratedcircuit.The devicesfeaturehighslew rates, low inputbiasandoffsetcurrents, and low offset voltage temperaturecoefficient.
TL081TL081A - TL081B
December 1998
DSO8
(Plastic Micropackage)
ORDER CODES
Part Number TemperatureRange
Package
N D
TL081M/AM/BM –55oC, +125oC • •TL081I/AI/BI –40oC, +105oC • •TL081C/AC/BC 0oC, +70oC • •Examples : TL081CD, TL081IN
1/9
ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS
Symbol Parameter Value Unit
VCC Supply Voltage - (note 1) ±18 V
Vi Input Voltage - (note 3) ±15 V
Vid Differential Input Voltage - (note 2) ±30 V
Ptot Power Dissipation 680 mW
Output Short-circuit Duration - (note 4) Infinite
Toper Operating Free Air Temperature Range TL081C,AC,BCTL081I,AI,BITL081M,AM,BM
0 to 70–40 to 105–55 to 125
oC
Tstg Storage Temperature Range –65 to 150 oCNotes : 1. All voltage values, except differential voltage, are with respect to the zero reference level (ground) of the supply voltages where the
zero reference level is the midpoint between VCC+ andVCC
–.2. Differential voltages are at the non-inverting input terminal with respect to the inverting input terminal.3. The magnitude of the input voltage must never exceed the magnitude of the supply voltage or 15 volts, whichever is less.4. The output may be shorted to ground or to either supply. Temperature and /or supply voltages must be limited to ensure that the
dissipation rating is not exceeded.
Output
Non-invertinginput
Inver tinginput
VCC
VCC
100 Ω
1.3k
30k
35k 35k 100 Ω1.3k
8.2k
Offset Null1 Offset Null2
100 Ω
200 Ω
SCHEMATIC DIAGRAM
N1 N2
TL081
100k Ω
V CC
INPUT OFFSET VOLTAGE NULL CIRCUITS
TL081 - TL081A - TL081B
2/9
ELECTRICAL CHARACTERISTICSVCC = ±15V, Tamb = 25oC (unless otherwise specified)
Symbol ParameterTL081I,M,AC,AI,
AM,BC,BI,BM TL081CUnit
Min. Typ. Max. Min. Typ. Max.
Vio Input Offset Voltage (RS = 50Ω)Tamb = 25oC TL081
TL081ATL081B
Tmin. ≤ Tamb ≤ Tmax. TL081TL081ATL081B
331
1063
1375
3 10
13
mV
DVio Input Offset Voltage Drift 10 10 µV/oC
Iio Input Offset Current *Tamb = 25oCTmin. ≤ Tamb ≤ Tmax.
5 1004
5 1004
pAnA
Iib Input Bias Current *Tamb = 25oCTmin. ≤ Tamb ≤ Tmax.
20 20020
20 40020
pAnA
Avd Large Signal Voltage Gain (RL = 2kΩ, VO = ±10V)Tamb = 25oCTmin. ≤ Tamb ≤ Tmax.
5025
200 2515
200V/mV
SVR Supply Voltage Rejection Ratio (RS = 50Ω)Tamb = 25oCTmin. ≤ Tamb ≤ Tmax.
8080
86 7070
86dB
ICC Supply Current, no LoadTamb = 25oCTmin. ≤ Tamb ≤ Tmax.
1.4 2.52.5
1.4 2.52.5
mA
Vicm Input Common Mode Voltage Range ±11 +15-12
±11 +15-12
V
CMR Common Mode Rejection Ratio (RS = 50Ω)Tamb = 25oCTmin. ≤ Tamb ≤ Tmax.
8080
86 7070
86dB
Ios Output Short-circuit CurrentTamb = 25oCTmin. ≤ Tamb ≤ Tmax.
1010
40 6060
1010
40 6060
mA
±VOPP Output Voltage SwingTamb = 25oC RL = 2kΩ
RL = 10kΩTmin. ≤ Tamb ≤ Tmax. RL = 2kΩ
RL = 10kΩ
10121012
1213.5
10121012
1213.5
V
SR Slew Rate (Vin = 10V, RL = 2kΩ, CL = 100pF,Tamb = 25oC, unity gain) 8 16 8 16
V/µs
tr Rise Time (Vin = 20mV, RL = 2kΩ, CL = 100pF,Tamb = 25oC, unity gain) 0.1 0.1
µs
KOV Overshoot (Vin = 20mV, RL = 2kΩ, CL = 100pF,Tamb = 25oC, unity gain) 10 10
%
GBP Gain Bandwidth Product (f = 100kHz,Tamb = 25oC, Vin = 10mV, RL = 2kΩ, CL = 100pF) 2.5 4 2.5 4
MHz
Ri Input Resistance 1012 1012 ΩTHD Total Harmonic Distortion (f = 1kHz, AV = 20dB,
RL = 2kΩ, CL = 100pF, Tamb = 25oC, VO = 2VPP) 0.01 0.01%
enEquivalent Input Noise Voltage(f = 1kHz, Rs = 100Ω) 15 15
nV√Hz
∅ m Phase Margin 45 45 Degrees* The input bias currents are junction leakage currents which approximately double for every 10oC increase in the junction temperature.
TL081 - TL081A - TL081B
3/9
30
20
25
15
10
5
0
MA
XIM
UM
PE
AK
-TO
-PE
AK
OU
TP
UT
VO
LTA
GE
(V)
100 1K 10K 100K 10M1M
FREQUENCY (Hz)
See Figure 2
= 2kΩR L
= +25 °CT a m b
= 15VV CC
= 5VVCC
= 10VV CC
MAXIMUM PEAK-TO-PEAK OUTPUTVOLTAGE VERSUS FREQUENCY
30
20
25
15
10
5
0
MA
XIM
UM
PE
AK
-TO
-PE
AK
OU
TP
UT
VO
LTA
GE
(V)
100 1K 10K 100K 10M1M
FREQUENCY (Hz)
See Figure 2= +25 CTa mb
= 10kΩRL
VCC= 10V
VCC = 15V
VCC= 5V
MAXIMUM PEAK-TO-PEAK OUTPUTVOLTAGE VERSUS FREQUENCY
30
25
20
15
10
5
0
MA
XIM
UM
PE
AK
-TO
-PE
AK
OU
TP
UT
VO
LTA
GE
(V)
FREQUENCY (Hz)
10k 40k 100k 400k 1M 4M 10M
Tamb = +25 C
Tamb = -55 C
Tamb = +125 C
RL = 2kΩSee Figure 2
VCC= 15V
MAXIMUM PEAK-TO-PEAK OUTPUTVOLTAGE VERSUS FREQUENCY
3 0
2 5
2 0
1 0
5
1 5
0- 75 - 25 2 5 7 5 1 25- 50 0 5 0 - 50
MA
XIM
UM
PE
AK
-TO
-PE
AK
OU
TP
UT
VO
LTA
GE
(V)
TEMPER ATURE ( ° C)
V C C = 1 5 V
See Figure 2
R L = 10kΩ
R L = 2kΩ
MAXIMUM PEAK-TO-PEAK OUTPUTVOLTAGE VERSUS FREE AIR TEMP.
30
25
20
15
10
5
0MA
XIM
UM
PE
AK
-TO
-PE
AK
OU
TP
UT
VO
LTA
GE
(V)
0.1 0.2 0.4 0.7 1 2 4 7 10
Tamb = +25°CVCC
= 15V
See Figure 2
LOAD RESISTANCE (k Ω)
MAXIMUM PEAK-TO-PEAK OUTPUTVOLTAGE VERSUS LOAD RESISTANCE
30
25
20
15
10
5
0 2 4 6 8 10 12 14 16
MA
XIM
UM
PE
AK
-TO
-PE
AK
OU
TP
UT
VO
LTA
GE
(V)
RL = 10 kΩTamb = +25°C
SUPPLY VOLTAGE ( V)
MAXIMUM PEAK-TO-PEAK OUTPUTVOLTAGE VERSUS SUPPLY VOLTAGE
TL081 - TL081A - TL081B
4/9
100
10
1
0.1
0.01
INP
UT
BIA
SC
UR
RE
NT
(nA
)
-50 -25 0 25 50 75 100 125
TEMPERATURE (°C)
V CC = 15V
INPUT BIAS CURRENT VERSUSFREE AIR TEMPERATURE
1000
400
200100
20
40
10
4
2
1
DIF
FE
RE
NT
IAL
VO
LTA
GE
AM
PLI
FIC
AT
ION
(V/V
)
-75 -50 -25 0 25 50 75 100 125
TEMPERATURE (°C)
RL
= 2k ΩV
O = 10V
VCC = 15V
LARGE SIGNAL DIFFERENTIALVOLTAGE AMPLIFICATION VERSUS
FREE AIR TEMPERATURE
FREQUENCY (Hz)
DIF
FE
RE
NT
IAL
VO
LTA
GE
AM
PLI
FIC
AT
ION
(V/V
) 100
10
100 1K 10K 100K 10M1M
1
DIFFERENTIALVOLTAGE
AMPLIFICATION(leftsca le)
180
90
0
R = 2kΩC = 100pFV = 15VT = +125 C
LLCCamb
P HASE SHIFT(right sca le)
LARGE SIGNAL DIFFERENTIALVOLTAGE AMPLIFICATION AND PHASE
SHIFT VERSUS FREQUENCY
250
225
200
175
150
125
100
75
50
25
0
TO
TA
LP
OW
ER
DIS
SIP
AT
ION
(mW
)
-75 -50 -25 0 25 50 75 100 125
TEMPERATURE (°C)
VCC = 15V
No signal
No load
TOTAL POWER DISSIPATION VERSUSFREE AIR TEMPERATURE
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
SU
PP
LYC
UR
RE
NT
(mA
)
-75 -50 -25 0 25 50 75 100 125
TEMPERATURE (°C)
VCC = 15V
No signalNo load
SUPPLY CURRENT PER AMPLIFIERVERSUS FREE AIR TEMPERATURE
2.01.81.61.41.21.00.80.60.40.20
SU
PP
LYC
UR
RE
NT
(mA
)
2 4 6 8 10 12 14 16
No signalNo load
= +25°CTamb
SUPPLY VOLTAGE ( V)
SUPPLY CURRENT PER AMPLIFIERVERSUS SUPPLY VOLTAGE
TL081 - TL081A - TL081B
5/9
89
88
87
86
85
84
-50 -25 0 25 50 75 100 125
CO
MM
ON
MO
DE
MO
DE
RE
JEC
TIO
N
RA
TIO
(dB
)
TEMPERATURE (°C)
83-75
RL = 10 kΩ
= 15VVC C
COMMON MODE REJECTION RATIOVERSUS FREE AIR TEMPERATURE
6
4
2
0
-2
-4
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5INP
UT
AN
DO
UT
PU
TV
OLT
AG
ES
(V)
TIME (µs )
-6
= 15VVCC
RL = 2 kΩ= 100pFCL
Tamb= +25 C
OUTPUTINPUT
VOLTAGE FOLLOWER LARGE SIGNALPULSE RESPONSE
t r
28
24
20
16
12
8
4
0
-4
OU
TP
UT
VO
LTA
GE
(mV
)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
TIME (µs)
10%
90%
OVERSHOOT
R L= 2kΩTamb = +25°C
VCC
= 15V
OUTPUT VOLTAGE VERSUSELAPSED TIME
70
60
50
40
30
20
10
0
EQ
UIV
ALE
NT
INP
UT
NO
ISE
VO
LTA
GE
(nV
/VH
z)
10 40 100 400 1k 4k 10k 40k 100k
FREQUENCY (Hz)
A V = 10
R S = 100 ΩTamb = +25°C
VCC = 15V
EQUIVALENT INPUT NOISE VOLTAGEVERSUS FREQUENCY
1
0.4
0.1
0.04
0.01
0.004
0.001TO
TA
LH
AR
MO
NIC
DIS
TO
RT
ION
(%)
100 400 1k 4k 10k 40k 100k
FREQUENCY (Hz)
A V = 1
T amb = +25°C
V CC = 15V
= 6VV O (rms)
A V = 1
Tamb = +25°C
= 6VV O (rms)
V CC = 15V
TOTAL HARMONIC DISTORTION VERSUSFREQUENCY
TL081 - TL081A - TL081B
6/9
-
eI
TL081 eo
CL= 100pF R = 2kΩL
Figure 1 : Voltage Follower
PARAMETER MEASUREMENT INFORMATION
-eI
TL081
R L C L = 100pF
1k Ω
10k Ω
eo
Figure 2 : Gain-of-10 Inverting Amplifier
-
TL0 81
1 k Ω
R F = 1 0 0k Ω
9.1k Ω3.3k Ω
+15V
-15V
3.3k Ω
C = 3.3 µFF
f =osc1
F2 x R FC
TYPICAL APPLICATIONS
(0.5Hz) SQUARE WAVE OSCILLATOR
TL081
-
R1 R2
C3
R3
C2C1
C1 = C2 =C32
= 100pF
R1 = R2 = 2R3 = 1. 5MΩ
f =o1 = 1kHz
12 x R 1C
HIGH Q NOTCH FILTER
TL081 - TL081A - TL081B
7/9
PACKAGE MECHANICAL DATA8 PINS - PLASTIC DIP
DimensionsMillimeters Inches
Min. Typ. Max. Min. Typ. Max.A 3.32 0.131
a1 0.51 0.020B 1.15 1.65 0.045 0.065b 0.356 0.55 0.014 0.022b1 0.204 0.304 0.008 0.012
D 10.92 0.430
E 7.95 9.75 0.313 0.384e 2.54 0.100e3 7.62 0.300e4 7.62 0.300
F 6.6 0260i 5.08 0.200
L 3.18 3.81 0.125 0.150Z 1.52 0.060
TL081 - TL081A - TL081B
8/9
PACKAGE MECHANICAL DATA8 PINS - PLASTIC MICROPACKAGE (SO)
DimensionsMillimeters Inches
Min. Typ. Max. Min. Typ. Max.A 1.75 0.069
a1 0.1 0.25 0.004 0.010a2 1.65 0.065a3 0.65 0.85 0.026 0.033
b 0.35 0.48 0.014 0.019b1 0.19 0.25 0.007 0.010
C 0.25 0.5 0.010 0.020c1 45o (typ.)D 4.8 5.0 0.189 0.197
E 5.8 6.2 0.228 0.244e 1.27 0.050
e3 3.81 0.150F 3.8 4.0 0.150 0.157L 0.4 1.27 0.016 0.050M 0.6 0.024
S 8o (max.)
Information furnished is believed to be accurate and reliable. However, STMicroelectronics assumes no responsibility for theconsequences of use of such information nor for any infringement of patents or other rights of third parties which may resultfrom its use. No license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of STMicroelectronics. Specifi-cations mentioned in this publication are subject to change without notice. This publication supersedes and replaces all infor-mation previously supplied. STMicroelectronics products are not authorized for use as critical components in life supportdevices or systems without express written approval of STMicroelectronics.
The ST logo is a trademark of STMicroelectronics
1998 STMicroelectronics – Printed in Italy – All Rights Reserved
STMicroelectronics GROUP OF COMPANIESAustralia - Brazil - Canada - China - France - Germany - Italy - Japan - Korea - Malaysia - Malta - Mexico - Morocco
The Netherlands - Singapore - Spain - Sweden - Switzerland - Taiwan - Thailand - United Kingdom - U.S.A.
http://www.st.com
TL081 - TL081A - TL081B
9/9
Semiconductor Components Industries, LLC, 2000
March, 2000 – Rev. 31 Publication Order Number:
MC14511B/D
The MC14511B BCD–to–seven segment latch/decoder/driver isconstructed with complementary MOS (CMOS) enhancement modedevices and NPN bipolar output drivers in a single monolithic structure.The circuit provides the functions of a 4–bit storage latch, an 8421BCD–to–seven segment decoder, and an output drive capability. Lamptest (LT), blanking (BI), and latch enable (LE) inputs are used to test thedisplay, to turn–off or pulse modulate the brightness of the display, andto store a BCD code, respectively. It can be used with seven–segmentlight–emitting diodes (LED), incandescent, fluorescent, gas discharge,or liquid crystal readouts either directly or indirectly.
Applications include instrument (e.g., counter, DVM, etc.) displaydriver, computer/calculator display driver, cockpit display driver, andvarious clock, watch, and timer uses.
• Low Logic Circuit Power Dissipation
• High–Current Sourcing Outputs (Up to 25 mA)
• Latch Storage of Code
• Blanking Input
• Lamp Test Provision
• Readout Blanking on all Illegal Input Combinations
• Lamp Intensity Modulation Capability
• Time Share (Multiplexing) Facility
• Supply Voltage Range = 3.0 V to 18 V
• Capable of Driving Two Low–power TTL Loads, One Low–powerSchottky TTL Load or Two HTL Loads Over the Rated TemperatureRange
• Chip Complexity: 216 FETs or 54 Equivalent Gates
• Triple Diode Protection on all Inputs
MAXIMUM RATINGS (Voltages Referenced to VSS) (2.)
Symbol Parameter Value Unit
VDD DC Supply Voltage Range –0.5 to +18.0 V
Vin Input Voltage Range, All Inputs –0.5 to VDD + 0.5 V
I DC Current Drain per Input Pin 10 mA
PD Power Dissipation,per Package (3.)
500 mW
TA Operating Temperature Range –55 to +125 °C
Tstg Storage Temperature Range –65 to +150 °C
IOHmax Maximum Output Drive Current(Source) per Output
25 mA
POHmax Maximum Continuous OutputPower (Source) per Output (4.)
50 mA
2. Maximum Ratings are those values beyond which damage to the devicemay occur.
3. Temperature Derating:Plastic “P and D/DW” Packages: – 7.0 mW/C From 65C To 125C
4. POHmax = IOH (VDD – VOH)
http://onsemi.com
A = Assembly LocationWL or L = Wafer LotYY or Y = YearWW or W = Work Week
Device Package Shipping
ORDERING INFORMATION
MC14511BCP PDIP–16 2000/Box
MC14511BD SOIC–16 48/Rail
MC14511BDW SOIC–16 47/Rail
1. For ordering information on the EIAJ version ofthe SOIC packages, please contact your localON Semiconductor representative.
MARKINGDIAGRAMS
1
16PDIP–16P SUFFIXCASE 648
MC14511BCPAWLYYWW
MC14511BDWR2 SOIC–16 1000/Tape & Reel
SOIC–16DW SUFFIXCASE 751G
1
16
14511B
AWLYYWW
SOEIAJ–16F SUFFIXCASE 966
1
16
MC14511BAWLYWW
SOIC–16D SUFFIX
CASE 751B1
16
14511BAWLYWW
MC14511BF SOEIAJ–16 See Note 1.
MC14511BFEL SOEIAJ–16 See Note 1.
MC14511B
http://onsemi.com2
This device contains protection circuitry to protect the inputs against damage due to high static voltages or electric fields. However, it is advisedthat normal precautions be taken to avoid application of any voltage higher than maximum rated voltages to this high–impedance circuit. Adestructive high current mode may occur if Vin and Vout are not constrained to the range VSS (Vin or Vout) VDD.
Due to the sourcing capability of this circuit, damage can occur to the device if VDD is applied, and the outputs are shorted to VSS and are at alogical 1 (See Maximum Ratings).
Unused inputs must always be tied to an appropriate logic voltage level (e.g., either VSS or VDD).
PIN ASSIGNMENT
13
14
15
16
9
10
11
125
4
3
2
1
8
7
6
b
a
g
f
VDD
e
d
c
BI
LT
C
B
VSS
A
D
LE
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
DISPLAY
a
b
c
d
e
f g
Inputs OutputsLE BI LT D C B A a b c d e f g DisplayX X 0 X X X X 1 1 1 1 1 1 1 8X 0 1 X X X X 0 0 0 0 0 0 0 Blank0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 00 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 10 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 20 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 30 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 40 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 50 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 60 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 70 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 80 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 90 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 Blank0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 Blank0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Blank0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 Blank0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 Blank0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 Blank1 1 1 X X X X * *
X = Don’t Care*Depends upon the BCD code previously applied when LE = 0
TRUTH TABLE
MC14511B
http://onsemi.com3
ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ
ELECTRICAL CHARACTERISTICS (Voltages Referenced to VSS)
VDD– 55C 25C 125C
Characteristic SymbolVDDVdc Min Max Min Typ (5.) Max Min Max Unit
Output Voltage “0” LevelVin = VDD or 0
VOL 5.01015
———
0.050.050.05
———
000
0.050.050.05
———
0.050.050.05
Vdc
“1” LevelVin = 0 or VDD
VOH 5.01015
4.19.114.1
———
4.19.114.1
4.579.5814.59
———
4.19.114.1
———
Vdc
Input Voltage # “0” Level(VO = 3.8 or 0.5 Vdc)(VO = 8.8 or 1.0 Vdc)(VO = 13.8 or 1.5 Vdc)
VIL5.01015
———
1.53.04.0
———
2.254.506.75
1.53.04.0
———
1.53.04.0
Vdc
“1” Level(VO = 0.5 or 3.8 Vdc)(VO = 1.0 or 8.8 Vdc)(VO = 1.5 or 13.8 Vdc)
VIH5.01015
3.57.011
———
3.57.011
2.755.508.25
———
3.57.011
———
Vdc
Output Drive Voltage(IOH = 0 mA) Source(IOH = 5.0 mA)(IOH = 10 mA)(IOH = 15 mA)(IOH = 20 mA)(IOH = 25 mA)
VOH5.0 4.1
—3.9—3.4—
——————
4.1—3.9—3.4—
4.574.244.123.943.703.54
——————
4.1—3.5—3.0—
——————
Vdc
(IOH = 0 mA)(IOH = 5.0 mA)(IOH = 10 mA)(IOH = 15 mA)(IOH = 20 mA)(IOH = 25 mA)
10 9.1—9.0—8.6—
——————
9.1—9.0—8.6—
9.589.269.179.048.908.70
——————
9.1—8.6—8.2—
——————
Vdc
(IOH = 0 mA)(IOH = 5.0 mA)(IOH = 10 mA)(IOH = 15 mA)(IOH = 20 mA)(IOH = 25 mA)
15 14.1—14—
13.6—
——————
14.1—14—
13.6—
14.5914.2714.1814.0713.9513.70
——————
14.1—
13.6—
13.2—
——————
Vdc
Output Drive Current(VOL = 0.4 V) Sink(VOL = 0.5 V)(VOL = 1.5 V)
IOL5.01015
0.641.64.2
———
0.511.33.4
0.882.258.8
———
0.360.92.4
———
mAdc
Input Current Iin 15 — ± 0.1 — ±0.00001 ± 0.1 — ± 1.0 µAdc
Input Capacitance Cin — — — — 5.0 7.5 — — pF
Quiescent Current(Per Package) Vin = 0 or VDD,Iout = 0 µA
IDD 5.01015
———
5.01020
———
0.0050.0100.015
5.01020
———
150300600
µAdc
Total Supply Current (6.) (7.)
(Dynamic plus Quiescent,Per Package) (CL = 50 pF on all outputs, all buffers switching)
IT 5.01015
IT = (1.9 µA/kHz) f + IDDIT = (3.8 µA/kHz) f + IDDIT = (5.7 µA/kHz) f + IDD
µAdc
5. Noise immunity specified for worst–case input combination.Noise Margin for both “1” and “0” level =
1.0 Vdc min @ VDD = 5.0 Vdc 2.0 Vdc min @ VDD = 10 Vdc 2.5 Vdc min @ VDD = 15 Vdc
6. The formulas given are for the typical characteristics only at 25C.7. To calculate total supply current at loads other than 50 pF:
IT(CL) = IT(50 pF) + 3.5 x 10–3 (CL – 50) VDDf
where: IT is in µA (per package), CL in pF, VDD in Vdc, and f in kHz is input frequency.
MC14511B
http://onsemi.com4
ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ
SWITCHING CHARACTERISTICS (8.) (CL = 50 pF, TA = 25C)
Characteristic SymbolVDDVdc Min Typ Max Unit
Output Rise TimetTLH = (0.40 ns/pF) CL + 20 nstTLH = (0.25 ns/pF) CL + 17.5 nstTLH = (0.20 ns/pF) CL + 15 ns
tTLH5.01015
———
403025
806050
ns
Output Fall TimetTHL = (1.5 ns/pF) CL + 50 nstTHL = (0.75 ns/pF) CL + 37.5 nstTHL = (0.55 ns/pF) CL + 37.5 ns
tTHL5.01015
———
1257565
250150130
ns
Data Propagation Delay TimetPLH = (0.40 ns/pF) CL + 620 nstPLH = (0.25 ns/pF) CL + 237.5 nstPLH = (0.20 ns/pF) CL + 165 ns
tPLH5.01015
———
640250175
1280500350
ns
tPHL = (1.3 ns/pF) CL + 655 nstPHL = (0.60 ns/pF) CL + 260 nstPHL = (0.35 ns/pF) CL + 182.5 ns
tPHL 5.01015
———
720290200
1440580400
Blank Propagation Delay TimetPLH = (0.30 ns/pF) CL + 585 nstPLH = (0.25 ns/pF) CL + 187.5 nstPLH = (0.15 ns/pF) CL + 142.5 ns
tPLH5.0I015
———
600200150
750300220
ns
tPHL = (0.85 ns/pF) CL + 442.5 nstPHL = (0.45 ns/pF) CL + 177.5 nstPHL = (0.35 ns/pF) CL + 142.5 ns
tPHL 5.01015
———
485200160
970400320
Lamp Test Propagation Delay TimetPLH = (0.45 ns/pF) CL + 290.5 nstPLH = (0.25 ns/pF) CL + 112.5 nstPLH = (0.20 ns/pF) CL + 80 ns
tPLH5.01015
———
31312590
625250180
ns
tPHL = (1.3 ns/pF) CL + 248 nstPHL = (0.45 ns/pF) CL + 102.5 nstPHL = (0.35 ns/pF) CL + 72.5 ns
tPHL 5.01015
———
31312590
625250180
Setup Time tsu 5.01015
1004030
———
———
ns
Hold Time th 5.01015
604030
———
———
ns
Latch Enable Pulse Width tWL 5.01015
520220130
26011065
———
ns
8. The formulas given are for the typical characteristics only.
MC14511B
http://onsemi.com5
Figure 1. Dynamic Power Dissipation Signal Waveforms
Input LE low, and Inputs D, BI and LT high.f in respect to a system clock.All outputs connected to respective CL loads.
20 ns 20 nsVDD
VSS
VOH
VOL
90%50%
10%
50%
A, B, AND C
ANY OUTPUT
50% DUTY CYCLE
12f
Figure 2. Dynamic Signal Waveforms
20 ns 20 nsVDD90%
INPUT C
(a) Inputs D and LE low, and Inputs A, B, BI and LT high.
VSS
VOH
VOL
50%10%
OUTPUT g
tPLH tPHL
90%
10%50%
tTLH tTHL
(b) Input D low, Inputs A, B, BI and LT high.
20 ns
10%
90%50%
VDD
VSS
VDD
VSS
VOH
VOL
thtsu
50%INPUT C
OUTPUT g
LE
(c) Data DCBA strobed into latches.
20 ns20 ns
VDD
VSS
LE90%
50%10%
tWL
MC14511B
http://onsemi.com6
CONNECTIONS TO VARIOUS DISPLAY READOUTS
COMMONCATHODE LED
≈ 1.7 V
VDD
VSS
VDD
COMMONANODE LED
VSS
≈ 1.7 V
LIGHT EMITTING DIODE (LED) READOUT
INCANDESCENT READOUT FLUORESCENT READOUT
GAS DISCHARGE READOUT LIQUID CRYSTAL (LCD) READOUT
VDD VDD
**
VSS
VDD
VSS
FILAMENTSUPPLY
DIRECT(LOW BRIGHTNESS)
VSS OR APPROPRIATEVOLTAGE BELOW VSS.
(CAUTION: Maximum working voltage = 18.0 V)
VDD
APPROPRIATEVOLTAGE
VSS VSS
VDD
EXCITATION(SQUARE WAVE,
VSS TO VDD)
1/4 OF MC14070B
** A filament pre–warm resistor is recommended to reduce filamentthermal shock and increase the effective cold resistance of thefilament.
Direct dc drive of LCD’s not recommended for life ofLCD readouts.
MC14511B
http://onsemi.com7
LOGIC DIAGRAM
LE 5
D 6
C 2
B 1
A 7
VDD = PIN 16VSS = PIN 8
BI 4
LT 3
14 g
15 f
9 e
10 d
11 c
12 b
13 a
MC14511B
http://onsemi.com8
PACKAGE DIMENSIONS
PDIP–16P SUFFIX
PLASTIC DIP PACKAGECASE 648–08
ISSUE R
NOTES:1. DIMENSIONING AND TOLERANCING PER ANSI
Y14.5M, 1982.2. CONTROLLING DIMENSION: INCH.3. DIMENSION L TO CENTER OF LEADS WHEN
FORMED PARALLEL.4. DIMENSION B DOES NOT INCLUDE MOLD FLASH.5. ROUNDED CORNERS OPTIONAL.
–A–
B
F C
S
HG
D
J
L
M
16 PL
SEATING
1 8
916
K
PLANE–T–
MAM0.25 (0.010) T
DIM MIN MAX MIN MAXMILLIMETERSINCHES
A 0.740 0.770 18.80 19.55B 0.250 0.270 6.35 6.85C 0.145 0.175 3.69 4.44D 0.015 0.021 0.39 0.53F 0.040 0.70 1.02 1.77G 0.100 BSC 2.54 BSCH 0.050 BSC 1.27 BSCJ 0.008 0.015 0.21 0.38K 0.110 0.130 2.80 3.30L 0.295 0.305 7.50 7.74M 0 10 0 10 S 0.020 0.040 0.51 1.01
MC14511B
http://onsemi.com9
PACKAGE DIMENSIONS
SOIC–16D SUFFIX
PLASTIC SOIC PACKAGECASE 751B–05
ISSUE JNOTES:
1. DIMENSIONING AND TOLERANCING PER ANSIY14.5M, 1982.
2. CONTROLLING DIMENSION: MILLIMETER.3. DIMENSIONS A AND B DO NOT INCLUDE
MOLD PROTRUSION.4. MAXIMUM MOLD PROTRUSION 0.15 (0.006)
PER SIDE.5. DIMENSION D DOES NOT INCLUDE DAMBAR
PROTRUSION. ALLOWABLE DAMBARPROTRUSION SHALL BE 0.127 (0.005) TOTALIN EXCESS OF THE D DIMENSION ATMAXIMUM MATERIAL CONDITION.
1 8
16 9
SEATINGPLANE
F
JM
R X 45
G
8 PLP–B–
–A–
M0.25 (0.010) B S
–T–
D
K
C
16 PL
SBM0.25 (0.010) A ST
DIM MIN MAX MIN MAXINCHESMILLIMETERS
A 9.80 10.00 0.386 0.393B 3.80 4.00 0.150 0.157C 1.35 1.75 0.054 0.068D 0.35 0.49 0.014 0.019F 0.40 1.25 0.016 0.049G 1.27 BSC 0.050 BSCJ 0.19 0.25 0.008 0.009K 0.10 0.25 0.004 0.009M 0 7 0 7 P 5.80 6.20 0.229 0.244R 0.25 0.50 0.010 0.019
MC14511B
http://onsemi.com10
PACKAGE DIMENSIONS
SOIC–16DW SUFFIX
PLASTIC SOIC PACKAGECASE 751G–03
ISSUE B
D
14X
B16X
SEATINGPLANE
SAM0.25 B ST
16 9
81
hX
45
MB
M0.
25
H8X
E
B
A
eTA
1
A
L
C
NOTES:1. DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS.2. INTERPRET DIMENSIONS AND TOLERANCES
PER ASME Y14.5M, 1994.3. DIMENSIONS D AND E DO NOT INLCUDE MOLD
PROTRUSION.4. MAXIMUM MOLD PROTRUSION 0.15 PER SIDE.5. DIMENSION B DOES NOT INCLUDE DAMBAR
PROTRUSION. ALLOWABLE DAMBARPROTRUSION SHALL BE 0.13 TOTAL IN EXCESSOF THE B DIMENSION AT MAXIMUM MATERIALCONDITION.
DIM MIN MAXMILLIMETERS
A 2.35 2.65A1 0.10 0.25B 0.35 0.49C 0.23 0.32D 10.15 10.45E 7.40 7.60e 1.27 BSCH 10.05 10.55h 0.25 0.75L 0.50 0.90 0 7
MC14511B
http://onsemi.com11
PACKAGE DIMENSIONS
HE
A1
DIM MIN MAX MIN MAXINCHES
––– 2.05 ––– 0.081
MILLIMETERS
0.05 0.20 0.002 0.0080.35 0.50 0.014 0.0200.18 0.27 0.007 0.0119.90 10.50 0.390 0.4135.10 5.45 0.201 0.215
1.27 BSC 0.050 BSC7.40 8.20 0.291 0.3230.50 0.85 0.020 0.0331.10 1.50 0.043 0.0590
0.70 0.90 0.028 0.035––– 0.78 ––– 0.031
A1
HE
Q1
LE 10
0 10
LE
Q1
NOTES:1. DIMENSIONING AND TOLERANCING PER ANSI
Y14.5M, 1982.2. CONTROLLING DIMENSION: MILLIMETER.3. DIMENSIONS D AND E DO NOT INCLUDE
MOLD FLASH OR PROTRUSIONS AND AREMEASURED AT THE PARTING LINE. MOLD FLASHOR PROTRUSIONS SHALL NOT EXCEED 0.15(0.006) PER SIDE.
4. TERMINAL NUMBERS ARE SHOWN FORREFERENCE ONLY.
5. THE LEAD WIDTH DIMENSION (b) DOES NOTINCLUDE DAMBAR PROTRUSION. ALLOWABLEDAMBAR PROTRUSION SHALL BE 0.08 (0.003)TOTAL IN EXCESS OF THE LEAD WIDTHDIMENSION AT MAXIMUM MATERIAL CONDITION.DAMBAR CANNOT BE LOCATED ON THE LOWERRADIUS OR THE FOOT. MINIMUM SPACEBETWEEN PROTRUSIONS AND ADJACENT LEADTO BE 0.46 ( 0.018).
M
L
DETAIL P
VIEW P
cA
b
e
M0.13 (0.005) 0.10 (0.004)
1
16 9
8
DZ
E
A
bcDEe
L
M
Z
SOEIAJ–16F SUFFIX
PLASTIC EIAJ SOIC PACKAGECASE 966–01
ISSUE O
MC14511B
http://onsemi.com12
ON Semiconductor and are trademarks of Semiconductor Components Industries, LLC (SCILLC). SCILLC reserves the right to make changeswithout further notice to any products herein. SCILLC makes no warranty, representation or guarantee regarding the suitability of its products for any particularpurpose, nor does SCILLC assume any liability arising out of the application or use of any product or circuit, and specifically disclaims any and all liability,including without limitation special, consequential or incidental damages. “Typical” parameters which may be provided in SCILLC data sheets and/orspecifications can and do vary in different applications and actual performance may vary over time. All operating parameters, including “Typicals” must bevalidated for each customer application by customer’s technical experts. SCILLC does not convey any license under its patent rights nor the rights of others.SCILLC products are not designed, intended, or authorized for use as components in systems intended for surgical implant into the body, or other applicationsintended to support or sustain life, or for any other application in which the failure of the SCILLC product could create a situation where personal injury ordeath may occur. Should Buyer purchase or use SCILLC products for any such unintended or unauthorized application, Buyer shall indemnify and holdSCILLC and its officers, employees, subsidiaries, affiliates, and distributors harmless against all claims, costs, damages, and expenses, and reasonableattorney fees arising out of, directly or indirectly, any claim of personal injury or death associated with such unintended or unauthorized use, even if such claimalleges that SCILLC was negligent regarding the design or manufacture of the part. SCILLC is an Equal Opportunity/Affirmative Action Employer.
PUBLICATION ORDERING INFORMATIONCENTRAL/SOUTH AMERICA:Spanish Phone : 303–308–7143 (Mon–Fri 8:00am to 5:00pm MST)
Email : ONlit–[email protected]
ASIA/PACIFIC : LDC for ON Semiconductor – Asia SupportPhone : 303–675–2121 (Tue–Fri 9:00am to 1:00pm, Hong Kong Time)
Toll Free from Hong Kong & Singapore:001–800–4422–3781
Email : ONlit–[email protected]
JAPAN : ON Semiconductor, Japan Customer Focus Center4–32–1 Nishi–Gotanda, Shinagawa–ku, Tokyo, Japan 141–8549Phone : 81–3–5740–2745Email : [email protected]
ON Semiconductor Website : http://onsemi.com
For additional information, please contact your localSales Representative.
MC14511B/D
NORTH AMERICA Literature Fulfillment :Literature Distribution Center for ON SemiconductorP.O. Box 5163, Denver, Colorado 80217 USAPhone : 303–675–2175 or 800–344–3860 Toll Free USA/CanadaFax: 303–675–2176 or 800–344–3867 Toll Free USA/CanadaEmail : [email protected] Response Line: 303–675–2167 or 800–344–3810 Toll Free USA/Canada
N. American Technical Support : 800–282–9855 Toll Free USA/Canada
EUROPE: LDC for ON Semiconductor – European SupportGerman Phone : (+1) 303–308–7140 (M–F 1:00pm to 5:00pm Munich Time)
Email : ONlit–[email protected] Phone : (+1) 303–308–7141 (M–F 1:00pm to 5:00pm Toulouse Time)
Email : ONlit–[email protected] Phone : (+1) 303–308–7142 (M–F 12:00pm to 5:00pm UK Time)
Email : [email protected]
EUROPEAN TOLL–FREE ACCESS*: 00–800–4422–3781*Available from Germany, France, Italy, England, Ireland
2N2218-2N22192N2221-2N2222
January 1989
HIGH-SPEED SWITCHES
ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS
Symbol Parameter Value Unit
VCBO Collector-base Voltage (IE = 0) 60 V
VCEO Collector-emitter Voltage (IB = 0) 30 V
VEBO Emitter-base Voltage (IC = 0) 5 V
IC Collector Current 0.8 A
Pto t Total Power Dissipation at T amb ≤ 25 °Cfor 2N2218 and 2N2219for 2N2221 and 2N2222at Tc as e ≤ 25 °Cfor 2N2218 and 2N2219for 2N2221 and 2N2222
0.80.5
31.8
WW
WW
T stg Storage Temperature – 65 to 200 °C
T j Junction Temperature 175 °C
DESCRIPTION
TO-18TO-39
INTERNAL SCHEMATIC DIAGRAM
2N2218/2N2219 approved to CECC 50002-100, 2N2221/2N2222 approved to CECC50002-101 available on request.
The 2N2218, 2N2219, 2N2221 and 2N2222 are sili-con planar epitaxial NPN transistors in JedecTO-39 (for 2N2218 and 2N2219) and in JedecTO-18 (for 2N2221 and 2N2222) metal cases. Theyare designed for high-speed switching applicationsat collector currents up to 500 mA, and feature use-ful current gain over a wide range of collector cur-rent, low leakage currents and low saturation volt-ages.
1/5
ELECTRICAL CHARACTERISTICS (Tamb = 25 °C unless otherwise specified)
Symbol Parameter Test Conditions Min. Typ. Max. Unit
ICBO Collector Cutoff Current(IE = 0)
VCB = 50 VVCB = 50 V T amb = 150 °C
1010
nAµA
IE BO Emitter Cutoff Current(IC = 0)
VE B = 3 V 10 nA
V(BR) CBO Colllector-base BreakdownVoltage (IE = 0)
IC = 10 µA 60 V
V(BR)CE O* Collector-emitter BreakdownVoltage (IB = 0)
IC = 10 mA 30 V
V(BR) EBO Emittter-base BreakdownVoltage (IC = 0)
IE = 10 µA 5 V
VCE (s at )* Collector-emitter SaturationVoltage
IC = 150 mAIC = 500 mA
IB = 15 mAIB = 50 mA
0.41.6
VV
VB E (s at )* Base-emitter SaturationVoltage
IC = 150 mAIC = 500 mA
IB = 15 mAIB = 50 mA
1.32.6
VV
hF E* DC Current Gain for 2N2218IC = 0.1 mAIC = 1 mAIC = 10 mAIC = 150 mAIC = 500 mAIC = 150 mAfor 2N2219IC = 0.1 mAIC = 1 mAIC = 10 mAIC = 150 mAIC = 500 mAIC = 150 mA
and 2N2221VCE = 10 VVCE = 10 VVCE = 10 VVCE = 10 VVCE = 10 VVCE = 1 V
and 2N2222VCE = 10 VVCE = 10 VVCE = 10 VVCE = 10 VVCE = 10 VVCE = 1 V
202535402020
355075
1003050
120
300
fT Transition Frequency IC = 20 mAf = 100 MHz
VCE = 20 V 250 MHz
CCBO Collector-base Capacitance IE = 0f = 100 kHz
VCB = 10 V 8 pF
Re (h ie ) Real Part of InputImpedance
IC = 20 mAf = 300 MHz
VCE = 20 V 60 Ω
* Pulsed : pulse duration = 300 µs, duty cycle = 1 %.
THERMAL DATA
2N22182N2219
2N22212N2222
Rth j- cas e
Rth j-amb
Thermal Resistance Junction-caseThermal Resistance Junction-ambient
MaxMax
50 °C/W187.5 °C/W
83.3 °C/W300 °C/W
2N2218-2N2219-2N2221-2N2222
2/5
DIM.mm inch
MIN. TYP. MAX. MIN. TYP. MAX.
A 12.7 0.500
B 0.49 0.019
D 5.3 0.208
E 4.9 0.193
F 5.8 0.228
G 2.54 0.100
H 1.2 0.047
I 1.16 0.045
L 45o 45o
L
G
I
D A
F E
B
H
C
TO-18 MECHANICAL DATA
0016043
2N2218-2N2219-2N2221-2N2222
3/5
DIM.mm inch
MIN. TYP. MAX. MIN. TYP. MAX.
A 12.7 0.500
B 0.49 0.019
D 6.6 0.260
E 8.5 0.334
F 9.4 0.370
G 5.08 0.200
H 1.2 0.047
I 0.9 0.035
L 45o (typ.)
L
G
I
D A
F E
B
H
TO39 MECHANICAL DATA
P008B
2N2218-2N2219-2N2221-2N2222
4/5
Information furnished is believed to be accurate and reliable. However, SGS-THOMSON Microelectronics assumes no responsability for theconsequences of use of such information nor for any infringement of patents or other rights of third parties which may results from its use. Nolicense is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of SGS-THOMSON Microelectronics.Specificationsmentionedin this publication are subject to change without notice. This publication supersedes and replaces all information previously supplied.SGS-THOMSON Microelectronicsproducts are not authorized for use as critical components in life supportdevices or systems without expresswritten approval of SGS-THOMSON Microelectonics.
1994 SGS-THOMSON Microelectronics - All Rights Reserved
SGS-THOMSON Microelectronics GROUP OF COMPANIESAustralia - Brazil - France - Germany - Hong Kong - Italy - Japan - Korea - Malaysia - Malta - Morocco - The Netherlands -
Singapore - Spain - Sweden - Switzerland - Taiwan - Thailand - United Kingdom - U.S.A
2N2218-2N2219-2N2221-2N2222
5/5
©2002 Fairchild Semiconductor Corporation
www.fairchildsemi.comwww.fairchildsemi.comwww.fairchildsemi.comwww.fairchildsemi.com
Rev. 1.0.3
FeaturesFeaturesFeaturesFeatures• High Current Drive Capability (200mA)• Adjustable Duty Cycle• Temperature Stability of 0.005%/°C• Timing From µSec to Hours• Turn off Time Less Than 2µSec
ApplicationsApplicationsApplicationsApplications• Precision Timing• Pulse Generation• Time Delay Generation• Sequential Timing
DescriptionDescriptionDescriptionDescriptionThe LM555/NE555/SA555 is a highly stable controllercapable of producing accurate timing pulses. With amonostable operation, the time delay is controlled by oneexternal resistor and one capacitor. With an astable operation, the frequency and duty cycle are accurately controlled by two external resistors and one capacitor.
8-DIP8-DIP8-DIP8-DIP
8-SOP8-SOP8-SOP8-SOP
1
1
Internal Block DiagramInternal Block DiagramInternal Block DiagramInternal Block Diagram
F/FF/FF/FF/FOutPutOutPutOutPutOutPutStageStageStageStage
1111
7777
5555
2222
3333
4444
6666
8888RRRR RRRR RRRR
Comp.Comp.Comp.Comp.
Comp.Comp.Comp.Comp.
Discharging Tr.Discharging Tr.Discharging Tr.Discharging Tr.
VrefVrefVrefVref
VccVccVccVcc
DischargeDischargeDischargeDischarge
ThresholdThresholdThresholdThreshold
ControlControlControlControlVoltageVoltageVoltageVoltage
GNDGNDGNDGND
TriggerTriggerTriggerTrigger
OutputOutputOutputOutput
ResetResetResetReset
LM555/NE555/SA555Single Timer
LM555/NE555/SA555
2222
Absolute Maximum Ratings (TAbsolute Maximum Ratings (TAbsolute Maximum Ratings (TAbsolute Maximum Ratings (TAAAA = 25 = 25 = 25 = 25°°°°C)C)C)C)ParameterParameterParameterParameter SymbolSymbolSymbolSymbol ValueValueValueValue UnitUnitUnitUnitSupply Voltage VCC 16 VLead Temperature (Soldering 10sec) TLEAD 300 °CPower Dissipation PD 600 mWOperating Temperature Range LM555/NE555SA555
TOPR 0 ~ +70-40 ~ +85
°C
Storage Temperature Range TSTG -65 ~ +150 °C
LM555/NE555/SA555
3333
Electrical CharacteristicsElectrical CharacteristicsElectrical CharacteristicsElectrical Characteristics(TA = 25°C, VCC = 5 ~ 15V, unless otherwise specified)
Notes:Notes:Notes:Notes:1. When the output is high, the supply current is typically 1mA less than at VCC = 5V.2. Tested at VCC = 5.0V and VCC = 15V.3. This will determine the maximum value of RA + RB for 15V operation, the max. total R = 20MΩ, and for 5V operation, the max.
total R = 6.7MΩ.4. These parameters, although guaranteed, are not 100% tested in production.
ParameterParameterParameterParameter SymbolSymbolSymbolSymbol ConditionsConditionsConditionsConditions Min.Min.Min.Min. Typ.Typ.Typ.Typ. Max.Max.Max.Max. UnitUnitUnitUnitSupply Voltage VCC - 4.5 - 16 V
Supply Current (Low Stable) (Note1) ICCVCC = 5V, RL = ∞ - 3 6 mAVCC = 15V, RL = ∞ - 7.5 15 mA
Timing Error (Monostable)Initial Accuracy (Note2)Drift with Temperature (Note4)Drift with Supply Voltage (Note4)
ACCUR∆t/∆T
∆t/∆VCC
RA = 1kΩ to100kΩC = 0.1µF
- 1.0500.1
3.0
0.5
%ppm/°C
%/V
Timing Error (Astable) Intial Accuracy (Note2)Drift with Temperature (Note4)Drift with Supply Voltage (Note4)
ACCUR∆t/∆T
∆t/∆VCC
RA = 1kΩ to 100kΩC = 0.1µF
- 2.251500.3
- %ppm/°C
%/V
Control Voltage VCVCC = 15V 9.0 10.0 11.0 VVCC = 5V 2.6 3.33 4.0 V
Threshold Voltage VTHVCC = 15V - 10.0 - VVCC = 5V - 3.33 - V
Threshold Current (Note3) ITH ---- - 0.1 0.25 µA
Trigger Voltage VTRVCC = 5V 1.1 1.67 2.2 VVCC = 15V 4.5 5 5.6 V
Trigger Current ITR VTR = 0V 0.01 2.0 µAReset Voltage VRST ---- 0.4 0.7 1.0 VReset Current IRST ---- 0.1 0.4 mA
Low Output Voltage VOL
VCC = 15VISINK = 10mAISINK = 50mA
- 0.060.3
0.250.75
VV
VCC = 5VISINK = 5mA - 0.05 0.35 V
High Output Voltage VOH
VCC = 15VISOURCE = 200mAISOURCE = 100mA 12.75
12.513.3
- VV
VCC = 5VISOURCE = 100mA 2.75 3.3 - V
Rise Time of Output (Note4) tR ---- - 100 - nsFall Time of Output (Note4) tF ---- - 100 - nsDischarge Leakage Current ILKG ---- - 20 100 nA
LM555/NE555/SA555
4444
Application InformationApplication InformationApplication InformationApplication InformationTable 1 below is the basic operating table of 555 timer:
When the low signal input is applied to the reset terminal, the timer output remains low regardless of the threshold voltage or the trigger voltage. Only when the high signal is applied to the reset terminal, the timer's output changes according to threshold voltage and trigger voltage.When the threshold voltage exceeds 2/3 of the supply voltage while the timer output is high, the timer's internal discharge Tr. turns on, lowering the threshold voltage to below 1/3 of the supply voltage. During this time, the timer output is maintained low. Later, if a low signal is applied to the trigger voltage so that it becomes 1/3 of the supply voltage, the timer's internal discharge Tr. turns off, increasing the threshold voltage and driving the timer output again at high.
1. Monostable Operation1. Monostable Operation1. Monostable Operation1. Monostable Operation
Table 1. Basic Operating TableTable 1. Basic Operating TableTable 1. Basic Operating TableTable 1. Basic Operating TableThreshold Voltage Threshold Voltage Threshold Voltage Threshold Voltage
(V(V(V(Vthththth)(PIN 6))(PIN 6))(PIN 6))(PIN 6)Trigger VoltageTrigger VoltageTrigger VoltageTrigger Voltage
(V(V(V(Vtrtrtrtr)(PIN 2))(PIN 2))(PIN 2))(PIN 2) Reset(PIN 4)Reset(PIN 4)Reset(PIN 4)Reset(PIN 4) Output(PIN 3)Output(PIN 3)Output(PIN 3)Output(PIN 3) Discharging Tr.Discharging Tr.Discharging Tr.Discharging Tr.(PIN 7)(PIN 7)(PIN 7)(PIN 7)
Don't care Don't care Low Low ONVth > 2Vcc / 3 Vth > 2Vcc / 3 High Low ON
Vcc / 3 < Vth < 2 Vcc / 3 Vcc / 3 < Vth < 2 Vcc / 3 High - -Vth < Vcc / 3 Vth < Vcc / 3 High High OFF
10101010-5-5-5-5 10101010-4-4-4-4 10101010-3-3-3-3 10101010-2-2-2-2 10101010-1-1-1-1 101010100000 101010101111 10101010222210101010-3-3-3-3
10101010-2-2-2-2
10101010-1-1-1-1
101010100000
101010101111
101010102222
10M
10M
10M
10M
ΩΩΩΩ
1M1M1M1MΩΩΩΩ10
k10
k10
k10
kΩΩΩΩ10
0k10
0k10
0k10
0kΩΩΩΩ
RRRR AAAA=1k=1k=1k=1k
ΩΩΩΩ
C
apac
itanc
e(uF
)C
apac
itanc
e(uF
)C
apac
itanc
e(uF
)C
apac
itanc
e(uF
)
Time Delay(s)Time Delay(s)Time Delay(s)Time Delay(s)
Figure 1. Monoatable CircuitFigure 1. Monoatable CircuitFigure 1. Monoatable CircuitFigure 1. Monoatable Circuit Figure 2. Resistance and Capacitance vs.Figure 2. Resistance and Capacitance vs.Figure 2. Resistance and Capacitance vs.Figure 2. Resistance and Capacitance vs. Time delay(tTime delay(tTime delay(tTime delay(tdddd))))
Figure 3. Waveforms of Monostable OperationFigure 3. Waveforms of Monostable OperationFigure 3. Waveforms of Monostable OperationFigure 3. Waveforms of Monostable Operation
1
5
6
7
84
2
3
RESET VccDISCH
THRES
CONTGND
OUT
TRIG
+Vcc
RA
C1
C2RL
Trigger
LM555/NE555/SA555
5555
Figure 1 illustrates a monostable circuit. In this mode, the timer generates a fixed pulse whenever the trigger voltage falls below Vcc/3. When the trigger pulse voltage applied to the #2 pin falls below Vcc/3 while the timer output is low, the timer's internal flip-flop turns the discharging Tr. off and causes the timer output to become high by charging the external capacitor C1 and setting the flip-flop output at the same time. The voltage across the external capacitor C1, VC1 increases exponentially with the time constant t=RA*C and reaches 2Vcc/3 at td=1.1RA*C. Hence, capacitor C1 is charged through resistor RA. The greater the time constant RAC, the longer it takes for the VC1 to reach 2Vcc/3. In other words, the time constant RAC controls the output pulse width. When the applied voltage to the capacitor C1 reaches 2Vcc/3, the comparator on the trigger terminal resets the flip-flop, turning the discharging Tr. on. At this time, C1 begins to discharge and the timer output converts to low.In this way, the timer operating in the monostable repeats the above process. Figure 2 shows the time constant relationship based on RA and C. Figure 3 shows the general waveforms during the monostable operation. It must be noted that, for a normal operation, the trigger pulse voltage needs to maintain a minimum of Vcc/3 before the timer output turns low. That is, although the output remains unaffected even if a different trigger pulse is applied while the output is high, it may be affected and the waveform does not operate properly if the trigger pulse voltage at the end of the output pulse remains at below Vcc/3. Figure 4 shows such a timer output abnormality.
2. Astable Operation2. Astable Operation2. Astable Operation2. Astable Operation
Figure 4. Waveforms of Monostable Operation (abnormal)Figure 4. Waveforms of Monostable Operation (abnormal)Figure 4. Waveforms of Monostable Operation (abnormal)Figure 4. Waveforms of Monostable Operation (abnormal)
100m100m100m100m 1111 10101010 100100100100 1k1k1k1k 10k10k10k10k 100k100k100k100k1E-31E-31E-31E-3
0.010.010.010.01
0.10.10.10.1
1111
10101010
100100100100
10M10M10M10M
ΩΩΩΩ
1M1M1M1MΩΩΩΩ
100k100k100k100kΩΩΩΩ
10k10k10k10kΩΩΩΩ
1k1k1k1kΩΩΩΩ
(R(R(R(R AAAA+2R+2R+2R+2R BBBB))))
Cap
acita
nce(
uF)
Cap
acita
nce(
uF)
Cap
acita
nce(
uF)
Cap
acita
nce(
uF)
Fr equency(Hz)Frequency(Hz)Frequency(Hz)Frequency(Hz)
Figure 5. Astable CircuitFigure 5. Astable CircuitFigure 5. Astable CircuitFigure 5. Astable Circuit Figure 6. Capacitance and Resistance vs. FrequencyFigure 6. Capacitance and Resistance vs. FrequencyFigure 6. Capacitance and Resistance vs. FrequencyFigure 6. Capacitance and Resistance vs. Frequency
1
5
6
7
84
2
3
RESET VccDISCH
THRES
CONTGND
OUT
TRIG
+Vcc
RA
C1
C2RL
RB
LM555/NE555/SA555
6666
An astable timer operation is achieved by adding resistor RB to Figure 1 and configuring as shown on Figure 5. In the astable operation, the trigger terminal and the threshold terminal are connected so that a self-trigger is formed, operating as a multi vibrator. When the timer output is high, its internal discharging Tr. turns off and the VC1 increases by exponential function with the time constant (RA+RB)*C. When the VC1, or the threshold voltage, reaches 2Vcc/3, the comparator output on the trigger terminal becomes high,resetting the F/F and causing the timer output to become low. This in turn turns on the discharging Tr. and the C1 discharges through the discharging channel formed by RB and the discharging Tr. When the VC1 falls below Vcc/3, the comparator output on the trigger terminal becomes high and the timer output becomes high again. The discharging Tr. turns off and the VC1 rises again. In the above process, the section where the timer output is high is the time it takes for the VC1 to rise from Vcc/3 to 2Vcc/3, and the section where the timer output is low is the time it takes for the VC1 to drop from 2Vcc/3 to Vcc/3. When timer output is high, the equivalent circuit for charging capacitor C1 is as follows:
Since the duration of the timer output high state(tH) is the amount of time it takes for the VC1(t) to reach 2Vcc/3,
Figure 7. Waveforms of Astable OperationFigure 7. Waveforms of Astable OperationFigure 7. Waveforms of Astable OperationFigure 7. Waveforms of Astable Operation
Vcc
RA RB
C1 Vc1(0-)=Vcc/3
C1dvc1
dt-------------
Vcc V 0-( )–
RA RB+-------------------------------= 1( )
VC1 0+( ) VCC 3⁄= 2( )
VC1 t( ) VCC 1 23---e
- tRA RB+( )C1
------------------------------------–
–
= 3( )
LM555/NE555/SA555
7777
The equivalent circuit for discharging capacitor C1, when timer output is low is, as follows:
Since the duration of the timer output low state(tL) is the amount of time it takes for the VC1(t) to reach Vcc/3,
Since RD is normally RB>>RD although related to the size of discharging Tr.,tL=0.693RBC1 (10)
Consequently, if the timer operates in astable, the period is the same with 'T=tH+tL=0.693(RA+RB)C1+0.693RBC1=0.693(RA+2RB)C1' because the period is the sum of the charge time and discharge time. And since frequency is the reciprocal of the period, the following applies.
3. Frequency divider3. Frequency divider3. Frequency divider3. Frequency dividerBy adjusting the length of the timing cycle, the basic circuit of Figure 1 can be made to operate as a frequency divider. Figure 8. illustrates a divide-by-three circuit that makes use of the fact that retriggering cannot occur during the timing cycle.
VC1 t( ) 23---VCC V=
CC1 2
3---e
-tH
RA RB+( )C1------------------------------------–
–
= 4( )
tH C1 RA RB+( )In2 0.693 RA RB+( )C1== 5( )
C1
RB
RDVC1(0-)=2Vcc/3
C1dvC1
dt-------------- 1
RA RB+-----------------------VC1 0=+ 6( )
VC1 t( ) 23---V
CCe
- tRA RD+( )C1
-------------------------------------
= 7( )
13---VCC
23---V
CCe
-tL
RA RD+( )C1-------------------------------------
= 8( )
tL C1 RB RD+( )In2 0.693 RB RD+( )C1== 9( )
frequency, f 1T--- 1.44
RA 2RB+( )C1----------------------------------------= = 11( )
LM555/NE555/SA555
8888
4. Pulse Width Modulation4. Pulse Width Modulation4. Pulse Width Modulation4. Pulse Width ModulationThe timer output waveform may be changed by modulating the control voltage applied to the timer's pin 5 and changing the reference of the timer's internal comparators. Figure 9 illustrates the pulse width modulation circuit.When the continuous trigger pulse train is applied in the monostable mode, the timer output width is modulated according to the signal applied to the control terminal. Sine wave as well as other waveforms may be applied as a signal to the control terminal. Figure 10 shows the example of pulse width modulation waveform.
5. Pulse Position Modulation5. Pulse Position Modulation5. Pulse Position Modulation5. Pulse Position ModulationIf the modulating signal is applied to the control terminal while the timer is connected for the astable operation as in Figure 11, the timer becomes a pulse position modulator.In the pulse position modulator, the reference of the timer's internal comparators is modulated which in turn modulates the timer output according to the modulation signal applied to the control terminal.Figure 12 illustrates a sine wave for modulation signal and the resulting output pulse position modulation : however, any wave shape could be used.
Figure 8. Waveforms of Frequency Divider OperationFigure 8. Waveforms of Frequency Divider OperationFigure 8. Waveforms of Frequency Divider OperationFigure 8. Waveforms of Frequency Divider Operation
Figure 9. Circuit for Pulse Width ModulationFigure 9. Circuit for Pulse Width ModulationFigure 9. Circuit for Pulse Width ModulationFigure 9. Circuit for Pulse Width Modulation Figure 10. Waveforms of Pulse Width ModulationFigure 10. Waveforms of Pulse Width ModulationFigure 10. Waveforms of Pulse Width ModulationFigure 10. Waveforms of Pulse Width Modulation
84
7
1
2
3
5
6
CONTGND
Vcc
DISCH
THRES
RESET
TRIG
OUT
+Vcc+Vcc+Vcc+Vcc
TriggerTriggerTriggerTrigger
RRRRAAAA
CCCC
OutputOutputOutputOutputInputInputInputInput
LM555/NE555/SA555
9999
6. Linear Ramp6. Linear Ramp6. Linear Ramp6. Linear RampWhen the pull-up resistor RA in the monostable circuit shown in Figure 1 is replaced with constant current source, the VC1 increases linearly, generating a linear ramp. Figure 13 shows the linear ramp generating circuit and Figure 14 illustrates the generated linear ramp waveforms.
In Figure 13, current source is created by PNP transistor Q1 and resistor R1, R2, and RE.
For example, if Vcc=15V, RE=20kΩ, R1=5kW, R2=10kΩ, and VBE=0.7V, VE=0.7V+10V=10.7VIc=(15-10.7)/20k=0.215mA
84
7
1
2
3
5
6
CONTGND
Vcc
DISCH
THRES
RESET
TRIG
OUT
+Vcc+Vcc+Vcc+Vcc
RRRRAAAA
CCCC
RRRRBBBB
ModulationModulationModulationModulation
OutputOutputOutputOutput
Figure 11. Circuit for Pulse Position ModulationFigure 11. Circuit for Pulse Position ModulationFigure 11. Circuit for Pulse Position ModulationFigure 11. Circuit for Pulse Position Modulation Figure 12. Waveforms of pulse position modulationFigure 12. Waveforms of pulse position modulationFigure 12. Waveforms of pulse position modulationFigure 12. Waveforms of pulse position modulation
Figure 13. Circuit for Linear RampFigure 13. Circuit for Linear RampFigure 13. Circuit for Linear RampFigure 13. Circuit for Linear Ramp Figure 14. Waveforms of Linear RampFigure 14. Waveforms of Linear RampFigure 14. Waveforms of Linear RampFigure 14. Waveforms of Linear Ramp
1
5
6
7
84
2
3
RESET VccDISCH
THRES
CONTGND
OUT
TRIG
+Vcc
C2
R1
R2
C1
Q1
Output
RE
ICVCC VE–
RE---------------------------= 12( )
Here, VE is
VE VBER2
R1 R2+----------------------VCC+= 13( )
LM555/NE555/SA555
10101010
When the trigger starts in a timer configured as shown in Figure 13, the current flowing through capacitor C1 becomes a constant current generated by PNP transistor and resistors. Hence, the VC is a linear ramp function as shown in Figure 14. The gradient S of the linear ramp function is defined as follows:
Here the Vp-p is the peak-to-peak voltage.If the electric charge amount accumulated in the capacitor is divided by the capacitance, the VC comes out as follows:
V=Q/C (15)
The above equation divided on both sides by T gives us
and may be simplified into the following equation.
S=I/C (17)
In other words, the gradient of the linear ramp function appearing across the capacitor can be obtained by using the constant current flowing through the capacitor. If the constant current flow through the capacitor is 0.215mA and the capacitance is 0.02µF, the gradient of the ramp function at both ends of the capacitor is S = 0.215m/0.022µ = 9.77V/ms.
SVp p–
T----------------= 14( )
VT---- Q T⁄
C------------= 16( )
LM555/NE555/SA555
11111111
Mechanical DimensionsMechanical DimensionsMechanical DimensionsMechanical DimensionsPackagePackagePackagePackage
Dimensions in millimetersDimensions in millimetersDimensions in millimetersDimensions in millimeters
6.40 ±0.20
3.30 ±0.30
0.130 ±0.012
3.40 ±0.20
0.134 ±0.008
#1
#4 #5
#8
0.252 ±0.008
9.20
±0.
20
0.79
2.54
0.10
0
0.03
1(
)
0.46
±0.
10
0.01
8 ±0
.004
0.06
0 ±0
.004
1.52
4 ±0
.10
0.36
2 ±0
.008
9.60
0.37
8M
AX
5.080.200
0.330.013
7.62
0~15°
0.300
MAX
MIN
0.25+0.10–0.05
0.010+0.004–0.002
8-DIP8-DIP8-DIP8-DIP
LM555/NE555/SA555
12121212
Mechanical Dimensions Mechanical Dimensions Mechanical Dimensions Mechanical Dimensions (Continued)
PackagePackagePackagePackageDimensions in millimetersDimensions in millimetersDimensions in millimetersDimensions in millimeters
4.9
2 ±
0.2
0
0.1
94
±0.0
08
0.4
1 ±
0.1
0
0.0
16
±0.0
04
1.2
70
.05
0
5.720.225
1.55 ±0.20
0.061 ±0.008
0.1~0.250.004~0.001
6.00 ±0.30
0.236 ±0.012
3.95 ±0.20
0.156 ±0.008
0.50 ±0.20
0.020 ±0.008
5.1
30
.20
2M
AX
#1
#4 #5
0~8°
#8
0.5
60
.02
2(
)
1.800.071
MA
X0
.10
MA
X0
.00
4
MAX
MIN
+0.1
0-0
.05
0.1
5
+0.0
04
-0.0
02
0.0
06
8-SOP8-SOP8-SOP8-SOP
LM555/NE555/SA555
13131313
Ordering InformationOrdering InformationOrdering InformationOrdering InformationProduct NumberProduct NumberProduct NumberProduct Number PackagePackagePackagePackage Operating TemperatureOperating TemperatureOperating TemperatureOperating Temperature
LM555CN 8-DIP0 ~ +70°C
LM555CM 8-SOP
Product NumberProduct NumberProduct NumberProduct Number PackagePackagePackagePackage Operating TemperatureOperating TemperatureOperating TemperatureOperating TemperatureNE555N 8-DIP
0 ~ +70°CNE555D 8-SOP
Product NumberProduct NumberProduct NumberProduct Number PackagePackagePackagePackage Operating TemperatureOperating TemperatureOperating TemperatureOperating TemperatureSA555 8-DIP
-40 ~ +85°CSA555D 8-SOP
LM555/NE555/SA555LM555/NE555/SA555LM555/NE555/SA555LM555/NE555/SA555
11/29/02 0.0m 001Stock#DSxxxxxxxx
2002 Fairchild Semiconductor Corporation
LIFE SUPPORT POLICY LIFE SUPPORT POLICY LIFE SUPPORT POLICY LIFE SUPPORT POLICY FAIRCHILD’S PRODUCTS ARE NOT AUTHORIZED FOR USE AS CRITICAL COMPONENTS IN LIFE SUPPORT DEVICES OR SYSTEMS WITHOUT THE EXPRESS WRITTEN APPROVAL OF THE PRESIDENT OF FAIRCHILD SEMICONDUCTOR CORPORATION. As used herein:
1. Life support devices or systems are devices or systems which, (a) are intended for surgical implant into the body, or (b) support or sustain life, and (c) whose failure to perform when properly used in accordance with instructions for use provided in the labeling, can be reasonably expected to result in a significant injury of the user.
2. A critical component in any component of a life support device or system whose failure to perform can be reasonably expected to cause the failure of the life support device or system, or to affect its safety or effectiveness.
www.fairchildsemi.com
DISCLAIMER DISCLAIMER DISCLAIMER DISCLAIMER FAIRCHILD SEMICONDUCTOR RESERVES THE RIGHT TO MAKE CHANGES WITHOUT FURTHER NOTICE TO ANY PRODUCTS HEREIN TO IMPROVE RELIABILITY, FUNCTION OR DESIGN. FAIRCHILD DOES NOT ASSUME ANY LIABILITY ARISING OUT OF THE APPLICATION OR USE OF ANY PRODUCT OR CIRCUIT DESCRIBED HEREIN; NEITHER DOES IT CONVEY ANY LICENSE UNDER ITS PATENT RIGHTS, NOR THE RIGHTS OF OTHERS.
DATA SHEET
Product specificationSupersedes data of 1997 Mar 27
1999 Apr 15
DISCRETE SEMICONDUCTORS
BC556; BC557PNP general purpose transistors
book, halfpage
M3D186
1999 Apr 15 2
Philips Semiconductors Product specification
PNP general purpose transistors BC556; BC557
FEATURES
• Low current (max. 100 mA)
• Low voltage (max. 65 V).
APPLICATIONS
• General purpose switching and amplification.
DESCRIPTION
PNP transistor in a TO-92; SOT54 plastic package.NPN complements: BC546 and BC547.
PINNING
PIN DESCRIPTION
1 emitter
2 base
3 collector
Fig.1 Simplified outline (TO-92; SOT54)and symbol.
handbook, halfpage1
32
MAM281
3
2
1
LIMITING VALUESIn accordance with the Absolute Maximum Rating System (IEC 134).
SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN. MAX. UNIT
VCBO collector-base voltage open emitter
BC556 − −80 V
BC557 − −50 V
VCEO collector-emitter voltage open base
BC556 − −65 V
BC557 − −45 V
VEBO emitter-base voltage open collector − −5 V
IC collector current (DC) − −100 mA
ICM peak collector current − −200 mA
IBM peak base current − −200 mA
Ptot total power dissipation Tamb ≤ 25 °C − 500 mW
Tstg storage temperature −65 +150 °CTj junction temperature − 150 °CTamb operating ambient temperature −65 +150 °C
1999 Apr 15 3
Philips Semiconductors Product specification
PNP general purpose transistors BC556; BC557
THERMAL CHARACTERISTICS
Note
1. Transistor mounted on an FR4 printed-circuit board.
CHARACTERISTICSTj = 25 °C unless otherwise specified.
Notes
1. VBEsat decreases by about −1.7 mV/K with increasing temperature.
2. VBE decreases by about −2 mV/K with increasing temperature.
SYMBOL PARAMETER CONDITIONS VALUE UNIT
Rth j-a thermal resistance from junction to ambient note 1 250 K/W
SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN. TYP. MAX. UNIT
ICBO collector cut-off current IE = 0; VCB = −30 V − −1 −15 nA
IE = 0; VCB = −30 V; Tj = 150 °C − − −4 µA
IEBO emitter cut-off current IC = 0; VEB = −5 V − − −100 nA
hFE DC current gain IC = −2 mA; VCE = −5 V;see Figs 2, 3 and 4BC556 125 − 475
BC557 125 − 800
BC556A 125 − 250
BC556B; BC557B 220 − 475
BC557C 420 − 800
VCEsat collector-emitter saturationvoltage
IC = −10 mA; IB = −0.5 mA − −60 −300 mV
IC = −100 mA; IB = −5 mA − −180 −650 mV
VBEsat base-emitter saturation voltage IC = −10 mA; IB = −0.5 mA; note 1 − −750 − mV
IC = −100 mA; IB = −5 mA; note 1 − −930 − mV
VBE base-emitter voltage IC = −2 mA; VCE = −5 V; note 2 −600 −650 −750 mV
IC = −10 mA; VCE = −5 V; note 2 − − −820 mV
Cc collector capacitance IE = ie = 0; VCB = −10 V; f = 1 MHz − 3 − pF
Ce emitter capacitance IC = ic = 0; VEB = −0.5 V; f = 1 MHz − 10 − pF
fT transition frequency IC = −10 mA; VCE = −5 V; f = 100 MHz 100 − − MHz
F noise figure IC = −200 µA; VCE = −5 V; RS = 2 kΩ;f = 1 kHz; B = 200 Hz
− 2 10 dB
1999 Apr 15 4
Philips Semiconductors Product specification
PNP general purpose transistors BC556; BC557
Fig.2 DC current gain; typical values.
handbook, full pagewidth
0
300
100
200
MBH726
−10−1
hFE
−1 IC (mA)−10 −103−102
VCE = −5 V
BC556A.
Fig.3 DC current gain; typical values.
handbook, full pagewidth
0
300
200
100
400MBH727
−10−2 −10−1
hFE
−1 IC (mA)−10 −103−102
VCE = −5 V
BC556B; BC557B.
1999 Apr 15 5
Philips Semiconductors Product specification
PNP general purpose transistors BC556; BC557
Fig.4 DC current gain; typical values.
handbook, full pagewidth
0
300
200
100
600
500
400
MBH728
−10−2 −10−1
hFE
−1 IC (mA)−10 −103−102
VCE = −5 V
BC557C.
1999 Apr 15 6
Philips Semiconductors Product specification
PNP general purpose transistors BC556; BC557
PACKAGE OUTLINE
UNIT A
REFERENCESOUTLINEVERSION
EUROPEANPROJECTION ISSUE DATE
IEC JEDEC EIAJ
mm5.25.0
b
0.480.40
c
0.450.40
D
4.84.4
d
1.71.4
E
4.23.6
L
14.512.7
e
2.54
e1
1.27
L1(1)
2.5
b1
0.660.56
DIMENSIONS (mm are the original dimensions)
Note
1. Terminal dimensions within this zone are uncontrolled to allow for flow of plastic and terminal irregularities.
SOT54 TO-92 SC-43 97-02-28
A L
0 2.5 5 mm
scale
b
c
D
b1 L1
d
E
Plastic single-ended leaded (through hole) package; 3 leads SOT54
e1e
1
2
3
1999 Apr 15 7
Philips Semiconductors Product specification
PNP general purpose transistors BC556; BC557
DEFINITIONS
LIFE SUPPORT APPLICATIONS
These products are not designed for use in life support appliances, devices, or systems where malfunction of theseproducts can reasonably be expected to result in personal injury. Philips customers using or selling these products foruse in such applications do so at their own risk and agree to fully indemnify Philips for any damages resulting from suchimproper use or sale.
Data sheet status
Objective specification This data sheet contains target or goal specifications for product development.
Preliminary specification This data sheet contains preliminary data; supplementary data may be published later.
Product specification This data sheet contains final product specifications.
Limiting values
Limiting values given are in accordance with the Absolute Maximum Rating System (IEC 134). Stress above one ormore of the limiting values may cause permanent damage to the device. These are stress ratings only and operationof the device at these or at any other conditions above those given in the Characteristics sections of the specificationis not implied. Exposure to limiting values for extended periods may affect device reliability.
Application information
Where application information is given, it is advisory and does not form part of the specification.
Internet: http://www.semiconductors.philips.com
Philips Semiconductors – a worldwide company
© Philips Electronics N.V. 1999 SCA63
All rights are reserved. Reproduction in whole or in part is prohibited without the prior written consent of the copyright owner.
The information presented in this document does not form part of any quotation or contract, is believed to be accurate and reliable and may be changedwithout notice. No liability will be accepted by the publisher for any consequence of its use. Publication thereof does not convey nor imply any licenseunder patent- or other industrial or intellectual property rights.
Netherlands: Postbus 90050, 5600 PB EINDHOVEN, Bldg. VB,Tel. +31 40 27 82785, Fax. +31 40 27 88399
New Zealand: 2 Wagener Place, C.P.O. Box 1041, AUCKLAND,Tel. +64 9 849 4160, Fax. +64 9 849 7811
Norway: Box 1, Manglerud 0612, OSLO,Tel. +47 22 74 8000, Fax. +47 22 74 8341
Pakistan: see Singapore
Philippines: Philips Semiconductors Philippines Inc.,106 Valero St. Salcedo Village, P.O. Box 2108 MCC, MAKATI,Metro MANILA, Tel. +63 2 816 6380, Fax. +63 2 817 3474
Poland: Ul. Lukiska 10, PL 04-123 WARSZAWA,Tel. +48 22 612 2831, Fax. +48 22 612 2327
Portugal: see Spain
Romania: see Italy
Russia: Philips Russia, Ul. Usatcheva 35A, 119048 MOSCOW,Tel. +7 095 755 6918, Fax. +7 095 755 6919
Singapore: Lorong 1, Toa Payoh, SINGAPORE 319762,Tel. +65 350 2538, Fax. +65 251 6500
Slovakia: see Austria
Slovenia: see Italy
South Africa: S.A. PHILIPS Pty Ltd., 195-215 Main Road Martindale,2092 JOHANNESBURG, P.O. Box 7430 Johannesburg 2000,Tel. +27 11 470 5911, Fax. +27 11 470 5494
South America: Al. Vicente Pinzon, 173, 6th floor,04547-130 SÃO PAULO, SP, Brazil,Tel. +55 11 821 2333, Fax. +55 11 821 2382
Spain: Balmes 22, 08007 BARCELONA,Tel. +34 93 301 6312, Fax. +34 93 301 4107
Sweden: Kottbygatan 7, Akalla, S-16485 STOCKHOLM,Tel. +46 8 5985 2000, Fax. +46 8 5985 2745
Switzerland: Allmendstrasse 140, CH-8027 ZÜRICH,Tel. +41 1 488 2741 Fax. +41 1 488 3263
Taiwan: Philips Semiconductors, 6F, No. 96, Chien Kuo N. Rd., Sec. 1,TAIPEI, Taiwan Tel. +886 2 2134 2886, Fax. +886 2 2134 2874
Thailand: PHILIPS ELECTRONICS (THAILAND) Ltd.,209/2 Sanpavuth-Bangna Road Prakanong, BANGKOK 10260,Tel. +66 2 745 4090, Fax. +66 2 398 0793
Turkey: Talatpasa Cad. No. 5, 80640 GÜLTEPE/ISTANBUL,Tel. +90 212 279 2770, Fax. +90 212 282 6707
Ukraine : PHILIPS UKRAINE, 4 Patrice Lumumba str., Building B, Floor 7,252042 KIEV, Tel. +380 44 264 2776, Fax. +380 44 268 0461
United Kingdom: Philips Semiconductors Ltd., 276 Bath Road, Hayes,MIDDLESEX UB3 5BX, Tel. +44 181 730 5000, Fax. +44 181 754 8421
United States: 811 East Arques Avenue, SUNNYVALE, CA 94088-3409,Tel. +1 800 234 7381, Fax. +1 800 943 0087
Uruguay: see South America
Vietnam: see Singapore
Yugoslavia: PHILIPS, Trg N. Pasica 5/v, 11000 BEOGRAD,Tel. +381 11 62 5344, Fax.+381 11 63 5777
For all other countries apply to: Philips Semiconductors,International Marketing & Sales Communications, Building BE-p, P.O. Box 218,5600 MD EINDHOVEN, The Netherlands, Fax. +31 40 27 24825
Argentina: see South America
Australia: 34 Waterloo Road, NORTH RYDE, NSW 2113,Tel. +61 2 9805 4455, Fax. +61 2 9805 4466
Austria: Computerstr. 6, A-1101 WIEN, P.O. Box 213,Tel. +43 1 60 101 1248, Fax. +43 1 60 101 1210
Belarus: Hotel Minsk Business Center, Bld. 3, r. 1211, Volodarski Str. 6,220050 MINSK, Tel. +375 172 20 0733, Fax. +375 172 20 0773
Belgium: see The Netherlands
Brazil: see South America
Bulgaria: Philips Bulgaria Ltd., Energoproject, 15th floor,51 James Bourchier Blvd., 1407 SOFIA,Tel. +359 2 68 9211, Fax. +359 2 68 9102
Canada: PHILIPS SEMICONDUCTORS/COMPONENTS,Tel. +1 800 234 7381, Fax. +1 800 943 0087
China/Hong Kong: 501 Hong Kong Industrial Technology Centre,72 Tat Chee Avenue, Kowloon Tong, HONG KONG,Tel. +852 2319 7888, Fax. +852 2319 7700
Colombia: see South America
Czech Republic: see Austria
Denmark: Sydhavnsgade 23, 1780 COPENHAGEN V,Tel. +45 33 29 3333, Fax. +45 33 29 3905
Finland: Sinikalliontie 3, FIN-02630 ESPOO,Tel. +358 9 615 800, Fax. +358 9 6158 0920
France: 51 Rue Carnot, BP317, 92156 SURESNES Cedex,Tel. +33 1 4099 6161, Fax. +33 1 4099 6427
Germany: Hammerbrookstraße 69, D-20097 HAMBURG,Tel. +49 40 2353 60, Fax. +49 40 2353 6300
Hungary: see Austria
India: Philips INDIA Ltd, Band Box Building, 2nd floor,254-D, Dr. Annie Besant Road, Worli, MUMBAI 400 025,Tel. +91 22 493 8541, Fax. +91 22 493 0966
Indonesia: PT Philips Development Corporation, Semiconductors Division,Gedung Philips, Jl. Buncit Raya Kav.99-100, JAKARTA 12510,Tel. +62 21 794 0040 ext. 2501, Fax. +62 21 794 0080
Ireland: Newstead, Clonskeagh, DUBLIN 14,Tel. +353 1 7640 000, Fax. +353 1 7640 200
Israel: RAPAC Electronics, 7 Kehilat Saloniki St, PO Box 18053,TEL AVIV 61180, Tel. +972 3 645 0444, Fax. +972 3 649 1007
Italy: PHILIPS SEMICONDUCTORS, Piazza IV Novembre 3,20124 MILANO, Tel. +39 2 6752 2531, Fax. +39 2 6752 2557
Japan: Philips Bldg 13-37, Kohnan 2-chome, Minato-ku,TOKYO 108-8507, Tel. +81 3 3740 5130, Fax. +81 3 3740 5077
Korea: Philips House, 260-199 Itaewon-dong, Yongsan-ku, SEOUL,Tel. +82 2 709 1412, Fax. +82 2 709 1415
Malaysia: No. 76 Jalan Universiti, 46200 PETALING JAYA, SELANGOR,Tel. +60 3 750 5214, Fax. +60 3 757 4880
Mexico: 5900 Gateway East, Suite 200, EL PASO, TEXAS 79905,Tel. +9-5 800 234 7381, Fax +9-5 800 943 0087
Middle East: see Italy
Printed in The Netherlands 115002/00/03/pp8 Date of release: 1999 Apr 15 Document order number: 9397 750 05679
HCC/HCF4093B
QUAD 2-INPUT NAND SCHMIDT TRIGGERS
.SCHMITT-TRIGGER ACTION ONEACHINPUTWITH NO EXTERNAL COMPONENTS.HYSTERESIS VOLTAGE TYPICALLY 0.9V ATVDD = 5V AND 2.3V AT VDD = 10V.NOISE IMMUNITY GREATER THAN 50% OFVDD (typ.).NO LIMIT ON INPUT RISE AND FALL TIMES.STANDARDIZED SYMMETRICAL OUTPUTCHARACTERISTICS.QUIESCENT CURRENT SPECIFIED TO 20VFOR HCC DEVICE.5V, 10V, AND 15V PARAMETRIC RATINGS. INPUT CURRENT OF 100nA AT 18V AND25°C FOR HCC DEVICE.100% TESTED FOR QUIESCENT CURRENT.MEETS ALL REQUIREMENTS OF JEDECTEN-TATIVE STANDARD N°. 13A, ”STANDARDSPECIFICATIONS FOR DESCRIPTION OF ”B”SERIES CMOS DEVICES”
June 1989
EY(Plastic Package)
F(Ceramic Frit Seal Package)
C1(Plastic Chip Carrier)
ORDER CODES :HCC4093BF HCF4093BM1HCF4093BEY HCF4093BC1
PIN CONNECTIONS
M1(Micro Package)
DESCRIPTIONThe HCC4093B (extended temperature range) andHCF4093B (intermediate temperature range) areavailable in 14-lead dual in-line plastic or ceramicpackage and plastic micropackage. TheHCC/HCF4093B consists of four Schmitt-trigger cir-cuits. Each circuit functions as a two-input NANDgate with Schmitt-trigger action on both inputs. Thegate switches at different points for positive and ne-gative-going signals.
The difference between the positive voltage (VP)and the negative voltage (VN) is defined as hys-teresis voltage (VH) (see fig. 1).
1/13
FUNCTIONAL DIAGRAM
ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS
Symbol Parameter Value Unit
VDD* Supply Voltage : HCC TypesHCF Types
– 0.5 to + 20– 0.5 to + 18
VV
V I Input Voltage – 0.5 to VDD + 0.5 V
I I DC Input Current (any one input) ± 10 mA
Pto t Total Power Dissipation (per package)Dissipation per Output Transistorfor To p = Full Package-temperature Range
200
100
mW
mW
T o p Operating Temperature : HCC TypesHCF Types
– 55 to + 125– 40 to + 85
°C°C
T s tg Storage Temperature – 65 to + 150 °C
RECOMMENDED OPERATING CONDITIONS
Symbol Parameter Value Unit
VDD Supply Voltage : HCC TypesHCF Types
3 to 183 to 15
VV
VI Input Voltage 0 to VDD V
T o p Operating Temperature : HCC TypesHCF Types
– 55 to + 125– 40 to + 85
°C°C
Stresses above those listed under ”Absolute Maximum Ratings ”may cause permanent damage to the device. This is a stressrating only and functional operation of the device at these or any other conditions above those indicated in the operational sec-tions of this specification is not implied. Exposure to absolute maximum rating conditions for external periods may affect devicereliabil ity.* All voltage values are referred to VSS pin voltage.
1 of 4 Schmitt triggers
HCC/HCF4093B
2/13
STATIC ELECTRICAL CHARACTERISTICS (over recommended operating conditions)
Test Conditions ValueV I V O |IO | V D D T L o w* 25°C T Hig h*Symbol Parameter(V) (V) (µA) (V) Min. Max. Min. Typ. Max. Min. Max.
Unit
I L QuiescentCurrent HCC
Types
0/ 5 5 1 0.02 1 30
µA
0/10 10 2 0.02 2 600/15 15 4 0.02 4 1200/20 20 20 0.04 20 600
HCFTypes
0/ 5 5 4 0.02 4 300/10 10 8 0.02 8 600/15 15 16 0.02 16 120
VP Positive TriggerThreshold Voltage
a 5 2.2 3.6 2.2 2.9 3.6 2.2 3.6
V
a 10 4.6 7.1 4.6 5.9 7.1 4.6 7.1a 15 6.8 10.8 6.8 8.8 10.8 6.8 10.8b 5 2.6 4 2.6 3.3 4 2.6 4b 10 5.6 8.2 5.6 7 8.2 5.6 8.2b 15 6.3 12.7 6.3 9.4 12.7 6.3 12.7
VN Negative TriggerThreshold Voltage
a 5 0.9 2.8 0.9 1.9 2.8 0.9 2.8
V
a 10 2.5 5.2 2.5 3.9 5.2 2.5 5.2a 15 4 7.4 4 5.8 7.4 4 7.4b 5 1.4 3.2 1.4 2.3 3.2 1.4 3.2b 10 3.4 6.6 3.4 5.1 6.6 3.4 6.6b 15 4.8 9.6 4.8 7.3 9.6 4.8 9.6
VH Hysteresis Voltage a 5 0.3 1.6 0.3 0.9 1.6 0.3 1.6
V
a 10 1.2 3.4 1.2 2.3 3.4 1.2 3.4a 15 1.6 5 1.6 3.5 5 1.6 5b 5 0.3 1.6 0.3 0.9 1.6 0.3 1.6b 10 1.2 3.4 1.2 2.3 3.4 1.2 3.4b 15 1.6 5 1.6 3.5 5 1.6 5
VOH Output HighVoltage
0/ 5 < 1 5 4.95 4.95 4.95
V0/10 < 1 10 9.95 9.95 9.950/15 < 1 15 14.95 14.95 14.95
VOL Output LowVoltage
5/0 < 1 5 0.05 0.05 0.05
V10/0 < 1 10 0.05 0.05 0.0515/0 < 1 15 0.05 0.05 0.05
IOH OutputDriveCurrent
HCCTypes
0/ 5 2.5 5 – 2 – 1.6 – 3.2 – 1.15
mA
0/ 5 4.6 5 – 0.64 – 0.51 – 1 – 0.360/10 9.5 10 – 1.6 – 1.3 – 2.6 – 0.90/15 13.5 15 – 4.2 – 3.4 – 6.8 – 2.4
HCFTypes
0/ 5 2.5 5 – 1.53 – 1.36 – 3.2 – 1.10/ 5 4.6 5 – 0.52 – 0.44 – 1 – 0.360/10 9.5 10 – 1.3 – 1.1 – 2.6 – 0.90/15 13.5 15 – 3.6 – 3.0 – 6.8 – 2.4
a : input on terminals 1, 5, 8, 12 or 2, 6, 9, 13 ; other inputs to VDD.b : input on terminals 1 and 2, 5 and 6, 8 and 9, or 12 and 13 ; other inputs to VDD.* TLow = –55°C for HCC device : -40°C for HCF device.* THigh = +125°C for HCC device : +85°C for HCF device.
HCC/HCF4093B
3/13
STATIC ELECTRICAL CHARACTERISTICS ( continued)
Test Conditions Value
V I V O |I O | V D D T L o w* 25°C T Hig h*Symbol Parameter(V) (V) (µA) (V) Min. Max. Min. Typ. Max. Min. Max.
Unit
IOL OutputSinkCurrent
0/ 5 0.4 5 0.64 0.51 1 0.36
mA
0/10 0.5 10 1.6 1.3 2.6 0.9
0/15 1.5 15 4.2 3.4 6.8 2.4
0/ 5 0.4 5 0.52 0.44 1 0.36
0/10 0.5 10 1.3 1.1 2.6 0.9
0/15 1.5 15 3.6 3.0 6.8 2.4
I IH, IIL InputLeakageCurrent
HCCTypes
0/18
Any Input µA18 ± 0.1 ± 10-5 ± 0.1 ± 1
HCFTypes
0/15 15 ± 0.3 ± 10-5 ± 0.3 ± 1
CI Input Capacitance Any Input 5 7.5 pF
DYNAMIC ELECTRICAL CHARACTERISTICS (Tamb = 25°C, CL = 50pF, RL = 200kΩ,typical temperature coefficient for all VDD = 0.3%/°C values , all input rise and fall time = 20ns)
ValueSymbol Parameter
Test Conditions
V D D (V) Min. Typ. Max.Unit
tP L H, tP HL Propagation Delay Time 5 190 380
ns10 90 180
15 65 130
tTL H, tT HL Transition Time 5 100 200
ns10 50 100
15 40 80
Figure1 : Hysteresis Definition, Characteristics and Test Setup.
(a) Definition of VP, VN and VH (b) Transfer characteristics of 1 of 4 gates
HCC/HCF4093B
4/13
(c) Test setup Figure 2 : Input and Output Characteristics.
Figure 3 : Typical Current and Voltage Transfer Characteristics.
Figure 4 : Typical Voltage Transfer Characteristics as a Function of Temperature, and Test Circuit.
HCC/HCF4093B
5/13
Figure 5 : Typical Output Low (sink) Current Char-acteristics.
Figure6 : Minimum Output Low (sink) Current Char-acteristics.
Figure 7 : Typical Output High (source) CurrentCharacteristic.
Figure 8 : Minimum Output High Current Charac-teristics.
Figure 9 : Typical Propagation Delay Time vs. Sup-ply Voltage.
Figure10 : Typical Transition Time vs. Load Capa-citance.
HCC/HCF4093B
6/13
Figure 11 : Typical Trigger Threshold Voltagevs.VDD
Figure 12 : Typical per cent Hysteresis vs. SupplyVoltage.
Figure 13 : Typical Dissipation Characteristics. Figure 14 : Power Dissipation vs. Rise and FallTimes.
HCC/HCF4093B
7/13
APPLICATIONS
Figure 15 : Wave Shaper. Figure 16 : Monostable Multivibrator.
Figure17 : Astable Multivibrator.
Figure 19 : Input Leakage Current.
TEST CIRCUITS
Figure18 : Quiescent Device Current.
HCC/HCF4093B
8/13
Plastic DIP14 MECHANICAL DATA
DIM.mm inch
MIN. TYP. MAX. MIN. TYP. MAX.
a1 0.51 0.020
B 1.39 1.65 0.055 0.065
b 0.5 0.020
b1 0.25 0.010
D 20 0.787
E 8.5 0.335
e 2.54 0.100
e3 15.24 0.600
F 7.1 0.280
I 5.1 0.201
L 3.3 0.130
Z 1.27 2.54 0.050 0.100
P001A
HCC/HCF4093B
9/13
Ceramic DIP14/1 MECHANICAL DATA
DIM.mm inch
MIN. TYP. MAX. MIN. TYP. MAX.
A 20 0.787
B 7.0 0.276
D 3.3 0.130
E 0.38 0.015
e3 15.24 0.600
F 2.29 2.79 0.090 0.110
G 0.4 0.55 0.016 0.022
H 1.17 1.52 0.046 0.060
L 0.22 0.31 0.009 0.012
M 1.52 2.54 0.060 0.100
N 10.3 0.406
P 7.8 8.05 0.307 0.317
Q 5.08 0.200
P053C
HCC/HCF4093B
10/13
SO14 MECHANICAL DATA
DIM.mm inch
MIN. TYP. MAX. MIN. TYP. MAX.
A 1.75 0.068
a1 0.1 0.2 0.003 0.007
a2 1.65 0.064
b 0.35 0.46 0.013 0.018
b1 0.19 0.25 0.007 0.010
C 0.5 0.019
c1 45° (typ.)
D 8.55 8.75 0.336 0.344
E 5.8 6.2 0.228 0.244
e 1.27 0.050
e3 7.62 0.300
F 3.8 4.0 0.149 0.157
G 4.6 5.3 0.181 0.208
L 0.5 1.27 0.019 0.050
M 0.68 0.026
S 8° (max.)
P013G
HCC/HCF4093B
11/13
PLCC20 MECHANICAL DATA
DIM.mm inch
MIN. TYP. MAX. MIN. TYP. MAX.
A 9.78 10.03 0.385 0.395
B 8.89 9.04 0.350 0.356
D 4.2 4.57 0.165 0.180
d1 2.54 0.100
d2 0.56 0.022
E 7.37 8.38 0.290 0.330
e 1.27 0.050
e3 5.08 0.200
F 0.38 0.015
G 0.101 0.004
M 1.27 0.050
M1 1.14 0.045
P027A
HCC/HCF4093B
12/13
Information furnished is believed to be accurate and reliable. However, SGS-THOMSON Microelectronics assumes no responsability for theconsequences of use of such information nor for any infringement of patents or other rights of third parties which may results from its use. Nolicense is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of SGS-THOMSON Microelectronics. Specificationsmentionedin this publication are subject to change without notice. This publication supersedes and replaces all information previously supplied.SGS-THOMSON Microelectronicsproducts are not authorized foruse ascritical components in life support devices or systems without expresswritten approval of SGS-THOMSON Microelectonics.
1994 SGS-THOMSON Microelectronics - All Rights Reserved
SGS-THOMSON Microelectronics GROUP OF COMPANIESAustralia - Brazil - France - Germany - Hong Kong - Italy - Japan - Korea - Malaysia - Malta - Morocco - The Netherlands -
Singapore - Spain - Sweden - Switzerland - Taiwan - Thailand - United Kingdom - U.S.A
HCC/HCF4093B
13/13
Semiconductor Components Industries, LLC, 2000
March, 2000 – Rev. 31 Publication Order Number:
MC14553B/D
The MC14553B 3–digit BCD counter consists of 3 negative edgetriggered BCD counters that are cascaded synchronously. A quad latchat the output of each counter permits storage of any given count. Theinformation is then time division multiplexed, providing one BCDnumber or digit at a time. Digit select outputs provide display control.All outputs are TTL compatible.
An on–chip oscillator provides the low–frequency scanning clockwhich drives the multiplexer output selector.
This device is used in instrumentation counters, clock displays,digital panel meters, and as a building block for general logicapplications.
• TTL Compatible Outputs
• On–Chip Oscillator
• Cascadable
• Clock Disable Input
• Pulse Shaping Permits Very Slow Rise Times on Input Clock
• Output Latches
• Master Reset
MAXIMUM RATINGS (Voltages Referenced to VSS) (Note 1.)
Symbol Parameter Value Unit
VDD DC Supply Voltage Range –0.5 to +18.0 V
Vin, Vout Input or Output Voltage Range(DC or Transient)
–0.5 to VDD + 0.5 V
Iin Input Current(DC or Transient) per Pin
±10 mA
Iout Output Current(DC or Transient) per Pin
+20 mA
PD Power Dissipation,per Package (Note 2.)
500 mW
TA Ambient Temperature Range –55 to +125 °C
Tstg Storage Temperature Range –65 to +150 °C
TL Lead Temperature(8–Second Soldering)
260 °C
1. Maximum Ratings are those values beyond which damage to the devicemay occur.
2. Temperature Derating:Plastic “P and D/DW” Packages: – 7.0 mW/C From 65C To 125C
This device contains protection circuitry to guard against damage due to highstatic voltages or electric fields. However, precautions must be taken to avoidapplications of any voltage higher than maximum rated voltages to thishigh–impedance circuit. For proper operation, Vin and Vout should be constrainedto the range VSS (Vin or Vout) VDD.
Unused inputs must always be tied to an appropriate logic voltage level (e.g.,either VSS or VDD). Unused outputs must be left open.
http://onsemi.com
A = Assembly LocationWL or L = Wafer LotYY or Y = YearWW or W = Work Week
Device Package Shipping
ORDERING INFORMATION
MC14553BCP PDIP–16 25/Rail
MC14553BDW SOIC–16 47/Rail
MARKINGDIAGRAMS
1
16PDIP–16P SUFFIXCASE 648
MC14553BCPAWLYYWW
SOIC–16DW SUFFIXCASE 751G
1
16
14553B
AWLYYWW
MC14553B
http://onsemi.com2
BLOCK DIAGRAM
12
10
11
13
9
7
6
5
14
2
1
15
VDD = PIN 16VSS = PIN 8
4 3
CLOCK
LE
DIS
MR
Q0
Q1
Q2
Q3O.F.
DS1
DS2
DS3
CIA CIB
TRUTH TABLE
Inputs
MasterReset Clock Disable LE Outputs
0 0 0 No Change0 0 0 Advance0 X 1 X No Change0 1 0 Advance0 1 0 No Change0 0 X X No Change0 X X Latched0 X X 1 Latched1 X X 0 Q0 = Q1 = Q2 = Q3 = 0
X = Don’t Care
MC14553B
http://onsemi.com3
ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ
ELECTRICAL CHARACTERISTICS (Voltages Referenced to VSS)
VDD– 55C 25C 125C
Characteristic SymbolVDDVdc Min Max Min Typ (3.) Max Min Max Unit
Output Voltage “0” LevelVin = VDD or 0
VOL 5.01015
———
0.050.050.05
———
000
0.050.050.05
———
0.050.050.05
Vdc
“1” LevelVin = 0 or VDD
VOH 5.01015
4.959.9514.95
———
4.959.9514.95
5.01015
———
4.959.9514.95
———
Vdc
Input Voltage “0” Level(VO = 4.5 or 0.5 Vdc) (VO = 9.0 or 1.0 Vdc) (VO = 13.5 or 1.5 Vdc)
VIL5.01015
———
1.53.04.0
———
2.254.506.75
1.53.04.0
———
1.53.04.0
Vdc
“1” Level(VO = 0.5 or 4.5 Vdc) (VO = 1.0 or 9.0 Vdc) (VO = 1.5 or 13.5 Vdc)
VIH5.01015
3.57.011
———
3.57.011
2.755.508.25
———
3.57.011
———
Vdc
Output Drive Current(VOH = 4.6 Vdc) Source —(VOH = 9.5 Vdc) Pin 3(VOH = 13.5 Vdc)
IOH5.01015
– 0.25– 0.62– 1.8
———
– 0.2– 0.5– 1.5
– 0.36– 0.9– 3.5
———
0.140.351.1
———
mAdc
(VOH = 4.6 Vdc) Source —(VOH = 9.5 Vdc) Other(VOH = 13.5 Vdc) Outputs
5.01015
– 0.64– 1.6– 4.2
———
– 0.51– 1.3– 3.4
– 0.88– 2.25– 8.8
———
– 0.36– 0.9– 2.4
———
mAdc
(VOL = 0.4 Vdc) Sink —(VOL = 0.5 Vdc) Pin 3(VOL = 1.5 Vdc)
IOL 5.01015
0.51.11.8
———
0.40.91.5
0.882.258.8
———
0.280.651.20
———
mAdc
(VOL = 0.4 Vdc) Sink — Other(VOL = 0.5 Vdc) Outputs(VOL = 1.5 Vdc)
5.01015
3.06.018
———
2.55.015
4.08.020
———
1.63.510
———
mAdc
Input Current Iin 15 — ±0.1 — ±0.00001 ±0.1 — ±1.0 µAdc
Input Capacitance(Vin = 0)
Cin — — — — 5.0 7.5 — — pF
Quiescent Current(Per Package)
MR = VDD
IDD 5.01015
———
5.01020
———
0.0100.0200.030
5.01020
———
150300600
µAdc
Total Supply Current (4.) (5.)
(Dynamic plus Quiescent,Per Package)(CL = 50 pF on all outputs, all buffers switching)
IT 5.01015
IT = (0.35 µA/kHz) f + IDDIT = (0.85 µA/kHz) f + IDDIT = (1.50 µA/kHz) f + IDD
µAdc
3. Data labelled “Typ” is not to be used for design purposes but is intended as an indication of the IC’s potential performance.4. The formulas given are for the typical characteristics only at 25C.5. To calculate total supply current at loads other than 50 pF:
IT(CL) = IT(50 pF) + (CL – 50) Vfk
where: IT is in µA (per package), CL in pF, V = (VDD – VSS) in volts, f in kHz is input frequency, and k = 0.004.
MC14553B
http://onsemi.com4
ÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎÎ
SWITCHING CHARACTERISTICS (6.) (CL = 50 pF, TA = 25C)
Characteristic Figure Symbol VDD Min Typ (7.) Max Unit
Output Rise and Fall TimetTLH, tTHL = (1.5 ns/pF) CL + 25 nstTLH, tTHL = (0.75 ns/pF) CL + 12.5 nstTLH, tTHL = (0.55 ns/pF) CL + 9.5 ns
2a tTLH,tTHL 5.0
1015
———
1005040
20010080
ns
Clock to BCD Out 2a tPLH,tPHL
5.01015
———
900500200
18001000400
ns
Clock to Overflow 2a tPHL 5.01015
———
600400200
1200800400
ns
Reset to BCD Out 2b tPHL 5.01015
———
900500300
18001000600
ns
Clock to Latch Enable Setup TimeMaster Reset to Latch Enable Setup Time
2b tsu 5.01015
600400200
300200100
———
ns
Removal TimeLatch Enable to Clock
2b trem 5.01015
– 80– 10
0
– 200– 70– 50
———
ns
Clock Pulse Width 2a tWH(cl) 5.01015
550200150
27510075
———
ns
Reset Pulse Width 2b tWH(R) 5.01015
1200600450
600300225
———
ns
Reset Removal Time — trem 5.01015
– 80020
– 180– 50– 30
———
ns
Input Clock Frequency 2a fcl 5.01015
———
1.55.07.0
0.92.53.5
MHz
Input Clock Rise Time 2b tTLH 5.01015
NoLimit
ns
Disable, MR, Latch EnableRise and Fall Times
— tTLH,tTHL
5.01015
———
———
155.04.0
µs
Scan Oscillator Frequency(C1 measured in µF)
1 fosc 5.01015
———
1.5/C14.2/C17.0/C1
———
Hz
6. The formulas given are for the typical characteristics only at 25C.7. Data labelled “Typ” is not to be used for design purposes but is intended as an indication of the IC’s potential performance.
MC14553B
http://onsemi.com5
Figure 1. 3–Digit Counter Timing Diagram (Reference Figure 3)
1000
999
998
997
996
995
994
993
992
991
990
901
900
899
101
100
99989796959493929190898887861716151413121110987654321
UNITS CLOCK
UNITS Q0
UNITS Q1
UNITS Q2
UNITS Q3
TENS CLOCK
TENS Q0
TENS Q3HUNDREDS
CLOCK
HUNDREDS Q0
HUNDREDS Q3
DISABLE
OVERFLOWMASTER
RESET
SCANOSCILLATOR
DIGIT SELECT 1
DIGIT SELECT 2
DIGIT SELECT 3
UP AT 80 UP AT 980
UP AT 800(DISABLES CLOCK WHEN HIGH)
UNITSTENS
HUNDREDS
PULSEGENERATOR
(a) 16 VDD
Q3Q2Q1Q0
O.F.DS1DS2DS3
8 VSS
C
LE
DIS
MR
CL
CL
CL
CL
CL
GENERATOR1
(b) VDD
Q3Q2Q1Q0
O.F.DS1DS2DS3
VSS
C
LE
MR
DIS
CL
CL
CL
CL
CL
GENERATOR2
GENERATOR3
20 ns20 ns
90%10%
tPLHtPHL
50%
50%tTHLtTLH
10% 90% 50%
1/fcl
tWL(cl)
999
1000
tTLH
50%
OVERFLOW
BCD OUT
CLOCK
90%
10%trem
tPHL, tPLH
50%
50%
50%
tWH(R)
tsu
tPHL
MASTER RESET
BCD OUT
LATCHENABLE
CLOCK
Figure 2. Switching Time Test Circuits and Waveforms
tsu
tPHL
MC14553B
http://onsemi.com6
OPERATING CHARACTERISTICS
The MC14553B three–digit counter, shown in Figure 3,consists of three negative edge–triggered BCD counterswhich are cascaded in a synchronous fashion. A quad latchat the output of each of the three BCD counters permitsstorage of any given count. The three sets of BCD outputs(active high), after going through the latches, are timedivision multiplexed, providing one BCD number or digit ata time. Digit select outputs (active low) are provided fordisplay control. All outputs are TTL compatible.
An on–chip oscillator provides the low frequencyscanning clock which drives the multiplexer output selector.The frequency of the oscillator can be controlled externallyby a capacitor between pins 3 and 4, or it can be overriddenand driven with an external clock at pin 4. Multiple devicescan be cascaded using the overflow output, which providesone pulse for every 1000 counts.
The Master Reset input, when taken high, initializes thethree BCD counters and the multiplexer scanning circuit.While Master Reset is high the digit scanner is set to digitone; but all three digit select outputs are disabled to prolongdisplay life, and the scan oscillator is inhibited. The Disableinput, when high, prevents the input clock from reaching thecounters, while still retaining the last count. A pulse shapingcircuit at the clock input permits the counters to continueoperating on input pulses with very slow rise times.Information present in the counters when the latch inputgoes high, will be stored in the latches and will be retainedwhile the latch input is high, independent of other inputs.Information can be recovered from the latches after thecounters have been reset if Latch Enable remains highduring the entire reset cycle.
Figure 3. Expanded Block Diagram
PULSESHAPER
CLOCK12
11DISABLE(ACTIVE
HIGH)
C
R
Q0Q1Q2Q3÷ 10
UNITS
C
R
Q0Q1Q2Q3÷ 10
TENS
C
R
Q0Q1Q2Q3÷ 10
HUNDREDS
10LATCH ENABLE
QUADLATCH
QUADLATCH
QUADLATCH
R
R
SCANOSCILLATOR
SCANNER
PULSEGENERATORC1
43
C1A
C1B
MULTIPLEXER
9
7
6
5
Q0
Q1
Q2
Q3
BCDOUTPUTS(ACTIVE
HIGH)
13 14
2 1 15
MR(ACTIVE HIGH)
OVERFLOW
DS1 DS2 DS3(LSD) DIGIT SELECT (MSD)
(ACTIVE LOW)
MC14553B
http://onsemi.com7
Figure 4. Six–Digit Display
V DD
STR
OBE
RES
ET
CLO
CK
INPU
T
1013
56
79
151
2
143412 11
CLK
DIS Q
3Q
2Q
1Q
0D
S3D
S2D
S1C1 A
C1 B O.F
.
µ0.00
1F
5 3 2 4 6 1 7
A B C D Ph LD BI
a b c d e f g
9 10 11 12 13 15 14
MC
1454
3B
LSD
V DD
DIS
PLAY
S AR
E LO
W C
UR
REN
T LE
Ds
(Ipe
ak<
10 m
A PE
R S
EGM
ENT)
MSD
V DD
5 3 2 4 6 1 7
A B C D Ph LD BI
a b c d e f g
9 10 11 12 13 15 14
MC
1454
3B
1013
56
79
151
2
143412 11
CLK
DIS Q
3Q
2Q
1Q
0D
S3D
S2D
S1C1 A
C1 B O.F
.
MC
1455
3BM
C14
553B
LEM
RLE
MR
MC14553B
http://onsemi.com8
PACKAGE DIMENSIONS
PDIP–16P SUFFIX
PLASTIC DIP PACKAGECASE 648–08
ISSUE R
NOTES:1. DIMENSIONING AND TOLERANCING PER ANSI
Y14.5M, 1982.2. CONTROLLING DIMENSION: INCH.3. DIMENSION L TO CENTER OF LEADS WHEN
FORMED PARALLEL.4. DIMENSION B DOES NOT INCLUDE MOLD FLASH.5. ROUNDED CORNERS OPTIONAL.
–A–
B
F C
S
HG
D
J
L
M
16 PL
SEATING
1 8
916
K
PLANE–T–
MAM0.25 (0.010) T
DIM MIN MAX MIN MAXMILLIMETERSINCHES
A 0.740 0.770 18.80 19.55B 0.250 0.270 6.35 6.85C 0.145 0.175 3.69 4.44D 0.015 0.021 0.39 0.53F 0.040 0.70 1.02 1.77G 0.100 BSC 2.54 BSCH 0.050 BSC 1.27 BSCJ 0.008 0.015 0.21 0.38K 0.110 0.130 2.80 3.30L 0.295 0.305 7.50 7.74M 0 10 0 10 S 0.020 0.040 0.51 1.01
MC14553B
http://onsemi.com9
PACKAGE DIMENSIONS
SOIC–16DW SUFFIX
PLASTIC SOIC PACKAGECASE 751G–03
ISSUE B
D
14X
B16X
SEATINGPLANE
SAM0.25 B ST
16 9
81
hX
45
MB
M0.
25
H8X
E
B
A
eTA
1
A
L
C
NOTES:1. DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS.2. INTERPRET DIMENSIONS AND TOLERANCES
PER ASME Y14.5M, 1994.3. DIMENSIONS D AND E DO NOT INLCUDE MOLD
PROTRUSION.4. MAXIMUM MOLD PROTRUSION 0.15 PER SIDE.5. DIMENSION B DOES NOT INCLUDE DAMBAR
PROTRUSION. ALLOWABLE DAMBARPROTRUSION SHALL BE 0.13 TOTAL IN EXCESSOF THE B DIMENSION AT MAXIMUM MATERIALCONDITION.
DIM MIN MAXMILLIMETERS
A 2.35 2.65A1 0.10 0.25B 0.35 0.49C 0.23 0.32D 10.15 10.45E 7.40 7.60e 1.27 BSCH 10.05 10.55h 0.25 0.75L 0.50 0.90 0 7
MC14553B
http://onsemi.com10
Notes
MC14553B
http://onsemi.com11
Notes
MC14553B
http://onsemi.com12
ON Semiconductor and are trademarks of Semiconductor Components Industries, LLC (SCILLC). SCILLC reserves the right to make changeswithout further notice to any products herein. SCILLC makes no warranty, representation or guarantee regarding the suitability of its products for any particularpurpose, nor does SCILLC assume any liability arising out of the application or use of any product or circuit, and specifically disclaims any and all liability,including without limitation special, consequential or incidental damages. “Typical” parameters which may be provided in SCILLC data sheets and/orspecifications can and do vary in different applications and actual performance may vary over time. All operating parameters, including “Typicals” must bevalidated for each customer application by customer’s technical experts. SCILLC does not convey any license under its patent rights nor the rights of others.SCILLC products are not designed, intended, or authorized for use as components in systems intended for surgical implant into the body, or other applicationsintended to support or sustain life, or for any other application in which the failure of the SCILLC product could create a situation where personal injury ordeath may occur. Should Buyer purchase or use SCILLC products for any such unintended or unauthorized application, Buyer shall indemnify and holdSCILLC and its officers, employees, subsidiaries, affiliates, and distributors harmless against all claims, costs, damages, and expenses, and reasonableattorney fees arising out of, directly or indirectly, any claim of personal injury or death associated with such unintended or unauthorized use, even if such claimalleges that SCILLC was negligent regarding the design or manufacture of the part. SCILLC is an Equal Opportunity/Affirmative Action Employer.
PUBLICATION ORDERING INFORMATIONCENTRAL/SOUTH AMERICA:Spanish Phone : 303–308–7143 (Mon–Fri 8:00am to 5:00pm MST)
Email : ONlit–[email protected]
ASIA/PACIFIC : LDC for ON Semiconductor – Asia SupportPhone : 303–675–2121 (Tue–Fri 9:00am to 1:00pm, Hong Kong Time)
Toll Free from Hong Kong & Singapore:001–800–4422–3781
Email : ONlit–[email protected]
JAPAN : ON Semiconductor, Japan Customer Focus Center4–32–1 Nishi–Gotanda, Shinagawa–ku, Tokyo, Japan 141–8549Phone : 81–3–5740–2745Email : [email protected]
ON Semiconductor Website : http://onsemi.com
For additional information, please contact your localSales Representative.
MC14553B/D
NORTH AMERICA Literature Fulfillment :Literature Distribution Center for ON SemiconductorP.O. Box 5163, Denver, Colorado 80217 USAPhone : 303–675–2175 or 800–344–3860 Toll Free USA/CanadaFax: 303–675–2176 or 800–344–3867 Toll Free USA/CanadaEmail : [email protected] Response Line: 303–675–2167 or 800–344–3810 Toll Free USA/Canada
N. American Technical Support : 800–282–9855 Toll Free USA/Canada
EUROPE: LDC for ON Semiconductor – European SupportGerman Phone : (+1) 303–308–7140 (M–F 1:00pm to 5:00pm Munich Time)
Email : ONlit–[email protected] Phone : (+1) 303–308–7141 (M–F 1:00pm to 5:00pm Toulouse Time)
Email : ONlit–[email protected] Phone : (+1) 303–308–7142 (M–F 12:00pm to 5:00pm UK Time)
Email : [email protected]
EUROPEAN TOLL–FREE ACCESS*: 00–800–4422–3781*Available from Germany, France, Italy, England, Ireland
