rangkaian penguat operasional (op-amp) non...
TRANSCRIPT
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 op-amp 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. Comparator Inverting
2. Comparator Non Inverting
3. Comparator Inverting dg Level Tegangan Positif
4. Comparator Inverting dg Level Tegangan Negatif
5. Comparator Non Inverting dg Level Tegangan
6. Comparator Non Inverting dg Level Negatif
Comparator Non-inverting
Vo
RL
+
-
+V
-V
-Vi Vi
Vo
-Vo
+Vsat
-Vsat
0
Vref = 0
Vi
0
-Vsat
Vsat
Vo
t Vi
Vo
Gambar 1. Rangkaian Gambar 2. Kurva Transfer Gambar 3. Gelombang Output
Vi 0, VO = - VSat
Vi > 0, VO = VSat
Vi = 0, VO = 0
Comparator Inverting
Vi
VoVo
RL
+
-
+V
-V
-Vi Vi
Vo
-Vo
+Vsat
-Vsat
0
Vref = 0
Vi
0
-Vsat
Vsat
Vo
Gambar 1. Rangkaian Gambar 2. Kurva Transfer Gambar 3. Gelombang Output
Vi 0, VO = VSat
Vi > 0, VO = - VSat
Vi = 0, VO = 0
Comparator Non Inverting dg Level Tegangan Positif
Vo
RL
+
-
+V
-V
-ViVref
Vo
-Vo
+Vsat
-Vsat
0
Vi
0
-Vsat
Vsat
Vo
Vi
-Vo
Vref
t
Gambar 1. Rangkaian Gambar 2. Kurva Transfer Gambar 3. Gelombang Output
Vi Vref, VO = -VSat
Vi > Vref, VO = VSat
Vi = Vref, VO = 0
Comparator Non Inverting dg Level Tegangan Negatif
Vo
Vo
RL
+
-
+V
-V
-Vi-Vref
Vo
-Vo
+Vsat
-Vsat
0
Vi
0
-Vsat
Vsat
Vo
Vi
-Vo
-Vreft
Gambar 1. Rangkaian Gambar 2. Kurva Transfer Gambar 3. Gelombang Output
Vi Vref, VO = -VSat
Vi > Vref, VO = VSat
Vi = Vref, VO = 0
Comparator Inverting dg Level Tegangan Positif
Vo
Vo
RL
+
-
+V
-V
-ViVref
Vo
-Vo
+Vsat
-Vsat
0
Vi
0
-Vsat
Vsat
Vo
Vi
-Vo
Vref
Gambar 1. Rangkaian Gambar 2. Kurva Transfer
Vi Vref, VO = VSat
Vi > Vref, VO = +VSat
Vi = Vref, VO = 0
Gambar 3. Gelombang Output
Comparator Inverting dg Level Tegangan Negatif
Vo
Vo
RL
+
-
+V
-V
-Vi-Vref
Vo
-Vo
+Vsat
-Vsat
00
-Vsat
Vsat
Vo
Vi
-Vo
-Vref
Gambar 1. Rangkaian Gambar 2. Kurva Transfer
Vi Vref, VO = VSat
Vi > Vref, VO = +VSat
Vi = Vref, VO = 0
Gambar 3. Gelombang Output
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
Vref
R1
Vo
R2
Vo
Vo
-Vo
-Vsat
0
0
-Vsat
Vsat
Vo
Vi
-Vo
VUT
+
-
+V
-V -ViVUTVLT
VLT
Vsat
Vi
t
Cara Kerja :
Vo = +Vsat
Vo = -Vsat
VUT
+
-
+V
-V
VLT
+
-
+V
-V
-
R2
R1
R2
R1
-
+
Vi
+
Vi
VUT = Voltage Upper Threshold
VLT = Voltage Lower Threshold
SatUT VRR
RV
12
2
SatLT VRR
RV
12
2
Pada Vi VUT , VO = +VSat
Pada Vi ≥ VUT, VO = -VSat
Pada Vi > VLT , VO = -VSat
Pada Vi VLT, VO = +VSat
Rangkaian Schmitt trigger non Inverting
Vi
mR
Vo
R
Vo
Vo
-Vo
-Vsat
00
-Vsat
Vsat
Vo
Vi
-Vo
VUT+
-
+V
-V
-ViVUTVLT VLT
Vsat
Vi
t
m
VV Sat
UT
m
VV Sat
LT
Pada Vi VUT , VO = -VSat
Pada Vi ≥ VUT, VO = VSat
Pada Vi > VLT , VO = VSat
Pada Vi VLT, VO = -VSat
Schmitt trigger Non Inverting dg Level Tegangan
VrefVi
nR
Vo
R
VoVo
-Vo
-Vsat
00
-Vsat
Vsat
Vo
Vi
-Vo
VUT
+
-
+V
-V
-Vi
VUTVLT
VLT
Vsat
Vi
t
VrefVctr
Vctr
Vref
VH
n
V
nVV Sat
refUT
11
n
V
nVV Sat
refLT
11
n
VVVVV SatSat
LTUTH
nVref
VVV LTUT
CTR
11
2
Schmitt trigger Inverting dg Level Tegangan
Vref
Vi
nR
Vo
R
VoVo
-Vo
-Vsat
00
-Vsat
Vsat
Vo
Vi
-Vo
VUT
+
-+V
-V -Vi
VUTVLT
VLT
Vsat
Vi
t
VrefVctr
Vctr
Vref
VH
1)(
1
n
VV
n
nV Sat
refUT
1)(
1
n
VV
n
nV Sat
refLT
1
n
VVVVV SatSat
LTUTH
Vrefn
nVVV LTUT
CTR
12
INTEGRATOR
I
V1
Vd=0 Vo
+
-
+V
-V
RVi
C
dt
VVdC
R
VViI O
11
ViAVO .
dt
dVC
R
V
Adt
dVC
R
Vi OOO 1
Persamaan menjadi :
Apabila A harganya sangat besar,
dt
dVC
R
V
Adt
dVC OOO 1
Persamaan menjadi :
dt
dVC
R
Vi O
ViRCdt
dVO 1 dtVi
RCVO .
1
Vd=0 Vo
+
-
+V
-V
RVi
C
R10
Pemasangan Resistor paralel dengan Kapsitor
digunakan untuk megurangi pengaruh offset
masukan
t
V
0 4321
Vi
Vo
Contoh :Rangkaian Integrator seperti pada gambar, tentukan bentuk gelombang tegangan output
Vd=0 Vo
+
-
+V
-V
R : 100KVi
C : 1uF
t
(mS)
Vi(Volt)
0 7531
Vi
Vo
10
-10
0,2
-0,2
dtViRC
VO .1
dtVidtViuFK
VO .10.1100
1
: maka mS, 3 - 1 :dengan t Vi Untuk
02,0002,0.10. SVdtVi
VS
VSVO 2,002,010
: maka mS, 5 - 3 :dengan t Vi Untuk
VS
VSVO 2,002,010
02,0002,0.10. SVdtVi
Contoh :Rangkaian Integrator dengan R = 10K dan C = 100nF. VIN gelombang kotak dengan frekuensi 1 KHz dan amplitudo 5 Volt. Bagaimana bentuk gelombang output?
0t0 t1 t2 t3
t (mS)
5V
-5V
Vi
VO
2,5V
- 2,5V
0t0 t1 t2 t3
t (mS)
10,5 tttVVi
21,5 tttVVi
tRC
VdtV
RCV i
iO
1
VuFK
mSt
RC
VV
mSt
mSt
iO 5,2
1,010
5,055,0
0
VuFK
mSt
RC
VV
mSt
mSt
iO 5,2
1,010
5,051
5,0
Untuk setengah periode dari tegangan input, t0 – t1 :
Untuk setengah periode dari tegangan input, t1 – t2 :
DIFFERENSIATOR
i Vd=0 Vo
+
-
+V
-V
R
Vi
C dt
dViCi
OVRiVi .
dt
dViRCVO
V
0 4321
Vi
Vo
5t
Rs
i Vd=0 Vo
+
-
+V
-V
R
Vi
C
Pemasangan resistor seri (Rs) digunakan untuk
menghindari kecenderungan rangkaian untuk
berosilasi, nilainya antara 0,01R sampai dengan
0,1R
Contoh :
Vd=0 Vo
+
-
+V
-V
R : 10K
Vi
C :1n
10V
- 10V
t (mS)
0 t (mS)
0,1V
- 0,1V
VO
Vi
01 2 3 4 5 6
1 2 3 4 5 6
SV
mS
VV
dt
dVi /1010.2
20
2
1010 4
3
VS
V
dt
dVRCV i
O 1,010
10.110.104
93
SV
mS
VV
dt
dVi /1010.2
20
2
1010 4
3
VS
V
dt
dVRCV i
O 1,010
10.110.104
93
Untuk t : 0 – 2 mS
Untuk t : 2 – 4 mS
Contoh : Rangkaian differensiator dengan R = 2K2 dan C = 1 nF. Jika input seperti pada gambar, tentukan gelombang output
5V
- 5V
t (mS)
0 t (mS)
4,4V
- 4,4V
VO
Vi
05uS
10uS
15uS
10uS5uS 15uS
SnFKRC 2,212,2
VS
VS
dt
dVRCV i
O 4,45
102,2
VS
VS
dt
dVRCV i
O 4,45
102,2
Untuk t : 0 – 5uS
Untuk t : 5uS – 10uS
Aplikasi Persamaan Differensial
-
--
++
+
tVmCos
dt
dVO
OV
M1
M4
K330
F1
F1
M1
M1
M1
OV
tVmCosV
dt
dV
dt
Vd OOO 4
32
2