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 : 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 -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 Vref -Vjenuh Gambar 3.

Rangkaian pembanding dengan titik transisi berada pada nilai negatif adl sbb: Vout +Vjenuh -Vref Vin -Vjenuh Gambar 4

Rangkaian pembanding dengan catu daya tunggal diperlihatkan pada Gambar 5 Vout V jenuh tinggi V jenuh rendah Vin Gambar 5.

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 Vin -Vjenuh -Vref Gambar 6

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: Bila keluaran mengalami kejenuhan negatif, tegangan referensi adalah :

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).

Histerisi = Vref – (-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 titik-titik transisi dengan menambahkan sebuah tahanan R3 diantara masukan tak membalik dan +Vcc Gambar 8.

Tahanan R3 ini menentukan titik pusat dari simpul histerisis : Umpan balik positif menyebabkan titik perpindahan ke kedua sisi dari tegangan pusat. Bagian umpan balik

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 Vout +Vjenuh +Vref Vin -Vref Gambar 9 -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 negatif. Vout +Vjenuh -Vref Vin +Vref -Vjenuh Gambar 10

Bila keluarannya pada kejenuhan negatif, Vout = -Vjenuh sehingga: Bila keluarannya pada kejenuhan positif, Vout = +Vjenuh sehingga:

Menggeser Titik Transisi Bila ingin menggeser titik-titik perpindahan maka terapkan tegangan referensi pada masukan membalik. Lihat Gambar 11. Vout +Vjenuh -Vref Vin +Vref -Vjenuh Gambar 11

Tegangan referensi : Tegangan titik pusat histerisis : Maka batas histerisisnya adalah

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 -V T 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 : Tegangan kapasitor : Tegangan keluaran : V = tegangan kapasitor I = arus pengisian T= waktu pengisian C= kapasitansi

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 Vin T I Ic Vout -IR Gambar 13

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 : Tegangan keluaran: Vout = - IR I = arus kapasitor C = kapasitansi V= tegangan akhir lereng T= waktu saat awal dan saat akhir lereng