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
50,5mS 2,5V 10 K0,1uF
Untuk setengah periode dari tegangan input, t1 – t2 :
V VO i t RC
t 1m S t 0,5 m S
50,5mS 2,5V 10 K0,1uF
DIFFERENSIATOR dVi iC 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 1.109 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 1.109 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 2,2S
- 5V
VO
Untuk t : 0 – 5uS
4,4V
0
5uS
10uS
15uS
t (mS)
- 4,4V
VO RC
10V dVi 4,4V 2,2S dt 5S
Untuk t : 5uS – 10uS VO RC
10V dVi 4,4V 2,2S dt 5S
Aplikasi Persamaan Differensial VmCos t
1F
1M
1F
4M
VO dVO dt
330K
1M
+
1M
-
1M
+ +
d 2VO dVO VO 3 VmCost 2 dt dt 4
VO
