Rangkain-Rangkaian Op-amp Non Linear - Danny Kurnianto

Rangkain-Rangkaian Op-amp
Non Linear
Oleh : Danny Kurnianto,ST.,M.Eng
ST3 Telkom Purwokerto
1. Rangkaian Pembanding
Rangkaian pembanding adalah rangkaian
dengan dua tegangan masukan (tak membalik
dan membalik) dan satu tegangan keluaran.
Di dalam rangkaian pembanding, kita akan
membandingkan antara dua tegangan
masukan.
Bila tegangan tak membalik lebih besar
daripada tegangan membalik, maka
pembanding menghasilkan tegangan keluaran
yang tinggi.
Bila tegangan masukan tak membalik lebih
kecil daripada tegangan masukan membalik,
tegangan keluaran rendah.
Cara yang paling sederhana untuk membuat
rangkaian pembanding adalah dengan
menggunakan sebuah op-amp tanpa tahanan
umpan balik seperti yg ditunjukkan pada
Gambar 1.
Bila masukan membalik dihubungkan ke
tanah, maka tegangan masukan yang amat
kecil sdh bisa membuat op-amp menjadi
jenuh.
Gambar 1.
Misalkan, Op-amp yg digunakan adl 741C
dengan bati tegangan simpul terbuka berharga
100000, dan tegangan jenuh positif +Vjenuh =
+13 V serta tegangan jenuh negatif –Vjenuh = 13 V, maka
Tegangan masuk (Vin) yg dibutuhkan untuk
menghasilkan tegangan jenuh positif (13 V)
adalah :
13
Vin 
 0,13mV
100000
Tegangan masuk yg dibutuhkan untuk
menghasilkan tegangan jenuh negatif (-13 V)
adalah :
Vin = -0,13 mV
Karena tegangan masukan (+0,13 mV dan 0,13 mV) yang dibutuhkan untuk
menghasilkan tegangan jenuh sangat kecil,
sehingga titik transisi seakan menjadi vertikal
(tegangan +0,13 mV dan -0,13 mV bisa
dianggap nol) Vout
Gambar 2
+Vjen
Vin
0
-Vjen
• Pergeseran Titik Transisi
Titik transisi adl tegangan input yang
menyebabkan tegangan keluaran beralih
keadaan
Pada gambar 1, titik transisi bisa dianggap
bernilai 0 V .
Untuk menggeser titik transisi, maka tegangan
referensi bernilai tidak 0 (bisa positif atau
negatif).
Rangkaian pembanding dengan titik transisi
berada pada nilai positif adl sbb:
+Vout
+Vjenuh
Vin
-Vjenuh
Gambar 3.
R2
Vref 
Vcc
R1  R2
Vref
Rangkaian pembanding dengan titik transisi
berada pada nilai negatif adl sbb:
Vout
-Vref
+Vjenuh
Vin
-Vjenuh
R2
 Vref 
(Vee)
R1  R2
Gambar 4
Rangkaian pembanding dengan catu daya
tunggal diperlihatkan pada Gambar 5
Vout
V jenuh tinggi
V jenuh rendah
Gambar 5.
Vin
2. Pemicu Schmitt (Schmitt Trigger)
Rangkaian pemicu schmitt merupakan
rangkaian pembanding dengan umpan balik
positif.
Fungsinya untuk menghindari pemicuan derau
pada masukan pembanding yang akan
menyebabkan keluarannya menjadi tidak
teratur pada saat Vin mendekati titik transisi.
Rangkaian dasar pemicu schmitt ditunjukkan
pada Gambar 6.
Vout
+Vjenuh
+Vref
-Vref
Gambar 6
-Vjenuh
Vin
Bila tegangan keluar mengalami kejenuhan
positif, maka tegangan positif ini diumpankan
kembali ke masukan tak membalik. Masukan
positif ini menjaga keluaran pada keadaan
tinggi.
Sebaliknya, bila tegangan keluar mengalami
kejenuhan negatif, maka tegangan negatif
akan diumpankan kembali ke masukan tak
membalik. Masukan ini akan menjaga
keluaran pada keadaan rendah.
Bila keluaran mengalami kejenuhan positif,
tegangan referensi yang diterapkan pada
masukan tak membalik adalah:
R2
Vref 
Vjenuh
R1  R2
Bila keluaran mengalami kejenuhan negatif,
tegangan referensi adalah :
R2
 Vref  
Vjenuh
R1  R2
• Histerisis
Umpan balik positif mengakibatkan penguatan
tegangan referensi agar mempunyai polaritas
yang sama dg tegangan keluar.
Tegangan referensi menjadi positif bila
keluarannya tinggi dan negatif bila
keluarannya rendah.
Itulah sebabkan, skrg kita mempunyai dua titik
transisi yaitu titik transisi atas (+Vref) dan titik
transisi bawah (-Vref).
Perbedaan antara dua titik transisi inilah yang
disebut sebagai histerisis.
Histerisi = Vref – (-Vref)
+Vref
-Vref
Histerisis
Gambar 7.
• Menggeser Titik Transisi
Gambar 8 menunjukkan cara menggeser titiktitik transisi dengan menambahkan sebuah
tahanan R3 diantara masukan tak membalik
dan +Vcc
Gambar 8.
Tahanan R3 ini menentukan titik pusat dari
simpul histerisis :
R2
Vcen 
Vcc
R2  R3
Umpan balik positif menyebabkan titik
perpindahan ke kedua sisi dari tegangan
pusat.
Bagian umpan balik
R2 // R3
B
R1  R2  R3
Bila keluarannya mengalami kejenuhan positif,
tegangan referensi tak membalik adalah:
+Vref = Vcen + B Vjenuh
Bila keluarannya mengalami kejenuhan
negatif, tegangan tak membaliknya adalah:
-Vref = Vcen – B Vjenuh
+Vjenuh
Vout
+Vref
Vin
Gambar 9
-Vref
-Vjenuh
• Rangkaian Tak Membalik
Pada gambar 10 ditunjukkan rangkaian
pemicu schmitt dengan histerisis tak
membalik.
Misalnya, keluaran mengalami kejenuhan
negatif, maka umpan baliknya berharga
negatif. Tegangan umpan balik ini akan tetap
menjaga keluaran untuk berada di kejenuhan
negatif sampai tegangan masuknya menjadi
cukup positif (+Vref) sehingga keluarannya
menjadi kejenuhan positif.
Bila keluarannya jenuh positif, maka umpan
baliknya pun akan postif, hal ini akan menjaga
keluaran tetap positif sampai tegangan
masuknya menjadi cukup negatif (-Vref)
sehingga keluarannya menjadi kejenuhan
Vout
negatif.
+Vjenuh
-Vref
Vin
+Vref
-Vjenuh
Gambar 10
Bila keluarannya pada kejenuhan negatif, Vout
= -Vjenuh sehingga:
R2
 Vref  Vjenuh
R1
Bila keluarannya pada kejenuhan positif, Vout
= +Vjenuh sehingga:
R2
 Vref  Vjenuh
R1
• Menggeser Titik Transisi
Bila ingin menggeser titik-titik perpindahan
maka terapkan tegangan referensi pada
masukan membalik. Lihat Gambar 11.
Vout
+Vjenuh
-Vref
Vin
-Vjenuh
Gambar 11
+Vref
Tegangan referensi :
R4
Vref 
Vcc
R3  R4
Tegangan titik pusat histerisis :
 R2 
Vcen  1  Vref
 R1 
Maka batas histerisisnya adalah
R2
 Vref  Vcen  Vjenuh
R1
R2
 Vref  Vcen  Vjenuh
R1
3. Integrator
Rangkaian integrator adalah rangkaian yg
mampu melakukan operasi integral secara
matematis karena dapat menghasilkan
tegangan keluar yg sebanding dg integral
masukan.
Pemakaian umum ialah menggunakan
tegangan masuk yang tetap untuk
menghasilkan tegangan keluaran berbentuk
lereng (ramp)
Sebuah lereng adalah tegangan yang menaik
atau menurun secara linear.
Gambar 12 menunjukkan rangkaian integrator
Vin
0
0
T
-V
T
 Cara kerjanya adalah : Masukan yang berupa
pulsa persegi dengan Vin menyatakan tegangan
yang tetap selama waktu pulsa T. Karena arus
yang tetap mengalir ke kapasitor, maka tegangan
kapasitor naik secara linear dg polaritas seperti
ditunjukkan pada Gambar 12. Karena adanya
pembalikan fasa Op-amp, tegangan keluaran
berbentuk lereng negatif seperti ditunjukkan
pada Gambar 12.
 Pada ujung pulsa, tegangan masuk kembali
menjadi nol dan arus pengisian berhenti. Karena
kapasitor menjaga muatannya, tegangan keluar
masih tetap pada tingkat negatif.
Arus masuk / arus pengisian kapasitor adalah :
Vin
I
R
Tegangan kapasitor :
IT
V 
C
V = tegangan kapasitor
I = arus pengisian
T= waktu pengisian
C= kapasitansi
Tegangan keluaran :
Vout  V
4. Deferensiator
Rangkaian deferensiator adalah rangkaian
yang mampu melakukan operasi deferensial
secara matematis terhadap sinyal masukan.
Rangkaian ini menghasilkan tegangan keluar
yang sebanding dengan kemiringan tegangan
masuk.
Pemakaian umum dari deferensiator adalah
untuk mendeteksi tepi mendahului dan tepi
ketinggalan dari sebuah pulsa persegi atau
untuk menghasilkan keluaran pulsa persegi
dari masukan lereng.
Rangkaian deferensiator dengan op-amp
ditunjukkan pada Gambar 13.
V
0
Vin
T
I
Ic
0
Vout
Gambar 13
-IR
Masukan yg umum adalah berbentuk lereng,
karena sifat tanah semu maka semua
tegangan masuk muncul melintas kapasitor.
Suatu lereng tegangan mengandung arti
bahwa arus kapasitor tetap. Karena semua
arus kapasitor yg tetap ini mengalir melintas
umpan balik, kita mendapatkan pulsa
membalik pada keluaran.
Arus pada kapasitor :
CV
I
T
I = arus kapasitor
C = kapasitansi
V= tegangan akhir lereng
T= waktu saat awal dan saat akhir lereng
Tegangan keluaran:
Vout = - IR