Rangkaian penguat operasional (Op-amp) non Linier

Rangkaian penguat operasional
(Op-amp) non Linier
Sigit Pramono, ST,MT
Tujuan Pembelajaran
Setelah mengikuti kuliah ini, Mahasiswa dapat mendesain
(C5) dan membandingkan (A4) rangkaian penguat
operasional (Op-amp) Non Linier
Materi Ajar
 Rangkaian pembanding
 Rangkaian pemicu schmitt
 Rangkaian integrator
 Rangkaian deferensiator
Rangkaian Comparator (Pembanding)
A comparator is a specialized nonlinear opamp circuit that compares two input voltages
and produces an output state that indicates
which one is greater.
Comparators are designed to be fast and
frequently have other capabilities to optimize
the comparison function
Jenis – Jenis Comparator
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Comparator Inverting
Comparator Non Inverting
Comparator Inverting dg Level Tegangan Positif
Comparator Inverting dg Level Tegangan Negatif
Comparator Non Inverting dg Level Tegangan
Comparator Non Inverting dg Level Negatif
Comparator Non-inverting
Vo
Vo
Vo
+V
Vsat
+
Vi
Vi
+Vsat
-
-Vi
-V
Vref = 0
0
Vi
0
t
RL Vo
-Vsat
-Vsat
-Vo
Gambar 1. Rangkaian
Vi  0, VO = - VSat
Gambar 2. Kurva Transfer
Vi > 0, VO = VSat
Gambar 3. Gelombang Output
Vi = 0, VO = 0
Comparator Inverting
Vo
Vsat
Vi
Vo
Vo
+V
Vi
+Vsat
+
-Vi
-V
Vi
0
0
RL Vo
-Vsat
Vref = 0
-Vsat
-Vo
Gambar 1. Rangkaian
Vi  0, VO = VSat
Gambar 2. Kurva Transfer
Vi > 0, VO = - VSat
Gambar 3. Gelombang Output
Vi = 0, VO = 0
Comparator Non Inverting dg Level Tegangan Positif
Vo
Vo
+V
Vsat
+Vsat
+
Vi
Vref
-
-Vi
-V
0
Vref
Vi
0
t
RL Vo
-Vsat
-Vo
-Vsat
-Vo
Gambar 1. Rangkaian
Gambar 2. Kurva Transfer
Vi  Vref, VO = -VSat Vi > Vref, VO = VSat
Gambar 3. Gelombang Output
Vi = Vref, VO = 0
Comparator Non Inverting dg Level Tegangan Negatif
Vo
Vo
+V
Vo
Vsat
+Vsat
+
Vi
-
-Vi
-V
-Vref
0
Vi
RL Vo
0
-Vref
t
-Vsat
-Vo
-Vsat
-Vo
Gambar 1. Rangkaian
Vi  Vref, VO = -VSat
Gambar 2. Kurva Transfer
Vi > Vref, VO = VSat
Gambar 3. Gelombang Output
Vi = Vref, VO = 0
Comparator Inverting dg Level Tegangan Positif
Vo
Vo
+V
-
Vo
Vsat
+Vsat
Vi
Vref
+
-Vi
-V
0
Vref
Vi
0
RL Vo
-Vsat
-Vo
-Vsat
-Vo
Gambar 1. Rangkaian
Vi  Vref, VO = VSat
Gambar 2. Kurva Transfer
Vi > Vref, VO = +VSat
Gambar 3. Gelombang Output
Vi = Vref, VO = 0
Comparator Inverting dg Level Tegangan Negatif
Vo
Vo
+V
-
+Vsat
+
-Vi
-V
-Vref
Vo
Vsat
Vi
0
RL Vo
0
-Vref
-Vsat
-Vo
-Vsat
-Vo
Gambar 1. Rangkaian
Vi  Vref, VO = VSat
Gambar 2. Kurva Transfer
Vi > Vref, VO = +VSat
Gambar 3. Gelombang Output
Vi = Vref, VO = 0
Schmitt trigger
A comparator with hysteresis is also called a Schmitt trigger.
The trigger points are found by applying the voltage-divider.
 Schmitt trigger Inverting
 Schmitt trigger Non Inverting
 Schmitt trigger Inverting dg Level Tegangan
 Schmitt trigger Non Inverting dg Level Tegangan
Rangkaian Schmitt trigger Inverting
Vo
+V
-
Vo
Vsat
Vo
Vi
Vsat
+
-V
R1
-Vi
VLT
Vo
Vref
R2
0 VUT
Vi
VUT
0
VLT
t
-Vsat
-Vsat
-Vo
-Vo
Cara Kerja :
+V
Vo = +Vsat
Vi
+
-V
R1
R2
 VSat 
R2  R1
Pada Vi  VUT , VO = +VSat
Pada Vi ≥ VUT, VO = -VSat
+
VUT
VUT 
R2
VUT = Voltage Upper Threshold
+V
Vo = -Vsat
Vi
+
-V
R1
VLT 
R2
 VSat 
R2  R1
VLT
+
VLT = Voltage Lower Threshold
R2
Pada Vi > VLT , VO = -VSat
Pada Vi  VLT, VO = +VSat
Rangkaian Schmitt trigger non Inverting
Vo
mR
Vo
Vsat
Vi
+V
R
Vsat
+
-Vi
VLT
-
Vi
Vo
0
VUT
Vi
VUT
0
VLT
t
Vo
-V
-Vsat
-Vsat
-Vo
-Vo
VUT
 VSat

m
Pada Vi  VUT , VO = -VSat
Pada Vi ≥ VUT, VO = VSat
 VSat
m
Pada Vi > VLT , VO = VSat
Pada Vi  VLT, VO = -VSat
VLT 
Schmitt trigger Non Inverting dg Level Tegangan
Vo
Vo
Vi
Vo
nR
Vsat
VUT
+V
R
Vsat
Vref
+
-
Vi
VLT
-V
Vref
VUT
0
Vi
t
VH
Vo
Vref
VLT
Vctr
-Vi
0
Vctr
-Vsat
-Vsat
-Vo
-Vo
VUT
 1   VSat
 Vref 1   
n
 n
VH  VUT  VLT 
VLT
 1  V
 Vref 1    Sat
n
 n
VUT  VLT
 1
VCTR 
 Vref 1  
2
 n
 VSat    VSat 
n
Schmitt trigger Inverting dg Level Tegangan
Vo
+V
Vsat
Vi
Vo
Vi
Vo
VUT
Vo
+
-V
Vsat
VLT
Vref
nR
Vctr
Vctr
-Vi
0
Vref
VLT
VUT
Vi
0
t
VH
R
-Vsat
Vref
-Vsat
-Vo
-Vo
VUT  VLT  n 

Vref
2
 n 1
VUT
 VSat
n

(Vref ) 
1 n
n 1
VCTR 
VLT
 VSat
n

(Vref ) 
n 1
n 1
VH  VUT  VLT 
 VSat    VSat 
n 1
INTEGRATOR
I
VO  A.Vi
C
I
d V1  VO 
Vi  V1
C
R
dt
Persamaan menjadi :
R
Vi
+V
V1
dV
dV 
Vi
1 V
 C O   O  C O 
R
dt A  R
dt 
Vo
Vd=0
Apabila A harganya sangat besar,
+
-V
C
dVO
dVO 
1  VO

C


dt
A R
dt 
Persamaan menjadi :
dVO
Vi
 C
R
dt
1
VO  
Vi.dt

RC
dVO
1

Vi
dt
RC
 10 R
V
C
Vi
+V
R
Vo
-
Vi
Vo 0
Vd=0
+
1
2
3
4
t
-V
Pemasangan Resistor paralel dengan Kapsitor
digunakan untuk megurangi pengaruh offset
masukan
Contoh :Rangkaian Integrator seperti pada gambar, tentukan
bentuk gelombang tegangan output
C : 1uF
VO  
+V
R : 100K
VO  
-
Vi
Vo
Vd=0
+
-V
1
Vi.dt

RC
1
Vi.dt  10 Vi.dt

100 K 1uF 
Untuk Vi dengan t :1 - 3 mS, maka :
 Vi.dt  10V . 0,002 S   0,02
Vi(Volt)
10
Vi
Vo
0,2
0
-0,2
-10
1
3
5
t
7 (mS)
V

VO  10 S   0,02   0,2V
S

Untuk Vi dengan t : 3 - 5 mS, maka :
 Vi.dt  10V . 0,002S   0,02
V

VO  10 S  0,02   0,2V
S

Contoh :Rangkaian Integrator dengan R = 10K dan C = 100nF. VIN gelombang
kotak dengan frekuensi 1 KHz dan amplitudo 5 Volt. Bagaimana bentuk
gelombang output?
Vi  5V , t0 t  t1
Vi
5V
0
t0
t1
t2
t3
Vi  5V , t1 t  t2
t (mS)
-5V
VO
Vi
1
VO  
Vi dt  
t

RC
RC
2,5V
0
t (mS)
t0
t1
t2
t3
- 2,5V
Untuk setengah periode dari tegangan input, t0 – t1 :
VO  
Vi
t
RC
t 0,5 m S
t 0 m S

50,5mS 
 2,5V
10 K0,1uF 
Untuk setengah periode dari tegangan input, t1 – t2 :
V
VO   i t
RC
t 1m S
t 0,5 m S

 50,5mS 
 2,5V
10 K0,1uF 
DIFFERENSIATOR
dVi
iC
dt
R
C
+V
-
Vi
i
Vo
Vd=0
+
Vi  i.R  VO
-V
V
Vi
Vo
0
1
2
3
4
5
t
dVi
VO   RC
dt
R
Vi
C
Rs
+V
i
Vo
Vd=0
+
-V
Pemasangan resistor seri (Rs) digunakan untuk
menghindari kecenderungan rangkaian untuk
berosilasi, nilainya antara 0,01R sampai dengan
0,1R
Contoh :
Untuk t : 0 – 2 mS
R : 10K
dVi  10V   10V 
20


 10 4V / S
3
dt
2mS
2.10
+V
C :1n
-
Vi
Vo
Vd=0
+


dV
VO  RC i  10.103 1.109
dt
 104V 

  0,1V
S



-V
Untuk t : 2 – 4 mS
Vi
10V
0
1
2
3
4
5
t (mS)
6
dVi  10V   10V   20


 10 4V / S
3
dt
2mS
2.10
- 10V
VO

0,1V
0
- 0,1V
1
2
3
4
5
6
t (mS)

dV
VO  RC i  10.103 1.109
dt
 104V
 
S



  0,1V

Contoh : Rangkaian differensiator dengan R = 2K2 dan C = 1 nF.
Jika input seperti pada gambar, tentukan gelombang output
Vi
5V
10uS
0
5uS
15uS
t (mS)
RC  2,2K 1nF   2,2S
- 5V
VO
Untuk t : 0 – 5uS
4,4V
0
5uS
10uS
15uS
t (mS)
- 4,4V
VO   RC
 10V 
dVi
  4,4V
 2,2S 
dt
 5S 
Untuk t : 5uS – 10uS
VO   RC
  10V 
dVi
  4,4V
 2,2S 
dt
 5S 
Aplikasi Persamaan Differensial
 VmCos  t
1F
1M 
1F
4M
VO
dVO
dt
330K
1M 
+
1M 
-
1M 
+
+
d 2VO
dVO VO
3

 VmCost
2
dt
dt
4
VO