Gambar 1. Rangkaian Komparator Tak-Membalik

Materi Perkuliahan
Rangkaian Linier Aktif
Oleh :
Ihyauddin
SEKOLAH TINGGI
MANAJEMEN INFORMATIKA & TEKNIK KOMPUTER
SURABAYA
Konfigurasi open-loop pada Op Amp dapat difungsikan sebagai
komparator. Jika kedua input pada Op Amp pada kondisi open-loop, maka
Op Amp akan membandingkan kedua saluran input tersebut. Hasil
komparasi dua tegangan pada saluran masukan akan menghasilkan
tegangan saturasi positif (+Vsat) atau saturasi negatif (-Vsat).
Sebuah rangkaian komparator akan membandingkan isyarat
tegangan yang masuk pada satu saluran input dengan tegangan pada
saluran input lain, yang disebut tegangan referensi. Tegangan output
berupa isyarat tegangan high atau low sesuai dengan besar isyarat
tegangan masukan yang lebih tinggi.
Besar isyarat tegangan keluaran dari komparator tidak bersifat
linier secara proporsional terhadap besar tegangan input. Terdapat dua
macam komparator, antara lain :
1. Komparator Tak-Membalik (Non-Inverting Comparator)
2. Komparator Membalik (Inverting Comparator)
I. Komparator Tak-Membalik (Non-Inverting Comparator)
Pada jenis komparator ini, isyarat tegangan input dipasang pada
saluran input tak-membalik (saluran +) dan tegangan nol pada saluran
input membalik (saluran -). Sehingga saluran input membalik di-groundkan. Isyarat tegangan masukan disimbolkan dengan Vin dan isyarat
tegangan referensi disimbolkan dengan Vref. Gambar 1. Menunjukkan
rangkaian komparator Tak-Membalik.
Gambar 1. Rangkaian Komparator Tak-Membalik
Pada rangkaian komparator Tak-Membalik, jika Vin lebih besar
dari Vref, maka tegangan output adalah +Vsat (mendekati tegangan
+VCC). Jika Vin lebih kecil dari Vref, maka tegangan output adalah -Vsat
(mendekati tegangan -VEE)
Pada grafik Gambar 2. dijelaskan, saat Vref=0 dan Vin bernilai
positif, maka Vout (Vo) = +Vsat ≈ +VCC. Sedangkan saat Vin bernilai
negatif, maka Vo= -Vsat ≈ -VEE. Hal ini dikarenakan, saat Op Amp dalam
kondisi open-loop, penguatan tegangan (AOL) yang dihasilkan sangat
besar bahkan untuk input Vin yang sangat kecil, Op Amp dapat
menghasilkan output saturasi.
Berdasarkan model kerjanya, tingkat saturasi yang dihasilkan
berupa +Vsat dan –Vsat tanpa adanya feed-back pada Op Amp dan
diopersaikan dalam konsisi open-loop. Sehingga Op Amp bekerja dalam
kondisi saturasi.
Gambar 2. Menunjukkan Vin dalam gelombang sinusoidal.
Dengan AOL yang besar, maka saat input inverting di-groundkan,
tegangan input Vin dalam nilai mikrovolt pun sudah cukup untuk membuat
Op Amp dalam kondisi saturasi. Besar ±Vsat ditunjukkan pada datasheet.
Persamaan untuk mendapatkan tegangan input pada tingkat minimal saat
saturasi adalah
𝑉𝑠𝑎𝑡
Vin(min)= 𝐴𝑂𝐿 saat saturasi ……….. (1)
Gambar 2. Grafik isyarat Vin dan Vout Komparator Tak-Membalik
Gambar
3.
menunjukkan
grafik
karakteristik
perpindahan
tegangan saturasi yang dihasilkan.
(a) Ideal
(b) Secara Praktis
Gambar 3. Grafik Karakteristik Perpindahan Tegangan Saturasi
II. Komparator Membalik (Inverting Comparator)
Gambar 4. Menunjukkan komparator membalik yang menggunakan
tegangan referensi (Vref) pada saluran non-inverting (+) dan tegangan
input (Vin) pada saluran inverting (-). Tegangan referensi dapat
menggunakan sumber catu daya tegangan konstan atau rangkaian
pembagi tegangan.
Gambar 4. Rangkaian Dasar Komparator Inverting
Pada saat Vin kurang dari Vref, tegangan output Vo adalah +Vsat
(≈ +VCC). Hal ini dikarenakan tegangan pada saluran input inverting lebih
kecil dari saluran input non-inverting.
Gambar 5. Gelombang Input dan Output pada Komparator Inverting
Gambar 6. Menunjukkan grafik karakteristik tegangan output yang
dihasilkan komparator inverting terhadap tegangan inverting.
Gambar 6. Karakteristik perubahan tegangan output terhadap tegangan
input pada komparator inverting
Schmitt Trigger
Schmitt trigger adalah jenis komparator dengan dua tegangan
pembanding yang berbeda (Threshold voltage). Saat tegangan input
melebihi tegangan batas atas (high threshold) maka tegangan komparator
akan bernilai high pada model non-inverting input atau low pada model
inverting input. Tegangan output akan bernilai tetap sampai tegangan
input berada di bawah tegangan batas bawah (low threshold). Saat
tegangan input berada di bawah tegangan batas bawah, maka tegangan
ouptut akan berubah dari keadaan sebelumnya.
Kondisi tegangan output high atau low bernilai mendekati
tegangan positif atau negatif dari catu daya yang digunakan pada
komparator. Gambar 7. Menunjukkan grafik perubahan tegangan output
terhadap tegangan input pada rangkaian Schmitt Trigger
Gambar 7. Grafik perubahan tegangan output terhadap tegangan input
pada rangkaian Schmitt Trigger
Rangkaian Dasar Schmitt Trigger
Gambar 8. (a) Schmitt Trigger Non-Inverting
±𝑉𝑡ℎ = 𝑉𝑠 ×
(b) Schmitt Trigger Inverting
𝑅𝐼
𝑅𝐼 + 𝑅𝐹𝐵
Dimana +Vth adalah tegangan batas atas dan –Vth adalah tegangan
batas bawah. RI adalah hambatan input dan RFB adalah hambatan
umpan-balik.
Rangkaian Non-Symetrical Schmitt Trigger
Gambar 9. Non-Symetrical Schmitt Trigger
𝑅𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿 =
1
1
1
1
𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅𝐹𝐵
𝐴=
𝑉𝑅𝐸𝐹 × 𝑅𝑇𝑂𝑇
𝑅1
𝐵=
𝑉𝑆 × 𝑅𝑇𝑂𝑇
𝑅𝐹𝐵
𝑉𝑇𝐻𝑈𝑝 = 𝐴 + 𝐵
𝑉𝑇𝐻𝐿𝑜𝑤 = 𝐴 − 𝐵
Rangkaian Non-Symetrical Schmitt Trigger dengan Single-Supply
Gambar 10. Non-Symetrical Schmitt Trigger dengan Single Supply
𝑅𝑇𝑂𝑇1 =
𝑅1 × 𝑅𝐹𝐵
𝑅1 + 𝑅𝐹𝐵
𝑉𝑇ℎ_𝑢𝑝 =
𝑅2
𝑉
𝑅2 + 𝑅𝑇𝑂𝑇1 𝑆
𝑅𝑇𝑂𝑇2 =
𝑅2 × 𝑅𝐹𝐵
𝑅2 + 𝑅𝐹𝐵
𝑉𝑇ℎ_𝑙𝑜𝑤 =
𝑅𝑇𝑂𝑇
𝑉
𝑅1 + 𝑅𝑇𝑂𝑇2 𝑆