Op Amp Pembangkit Sinyal

Op Amp Pembangkit Sinyal

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Ramp Generator

2. Triangle Generator

3. Sawtooth Generator

4. Sinus Generator

5. Astable Multivibrator

6. One shot Multivibrator 

1. Ramp Generator[kembali]

Gambar 1 Rangkaian Ramp generator (a) ramp-up dan (b) ramp-down

Untuk membuat respon seperti gambar 1 maka rangkaian memakai kapasitor dengan menerapkan prinsip kerja kapasitor seperti pada gambar 2.

Gambar 2 Prinsip kerja kapasitor

 dimana,

Gambar 3 Rangkaian Ramp generator

 

Gambar 4 rangkaian dan bentung gelombang tegangan output V_O dengan tegangan input sebesar +V_i

_{2. Triangle Generator[kembali]}

_{Rangkaian pembangkit gelombang segitiga (Triangle Generator) dapat dibuat dari rangkaian ramp generator diseri dengan komparator dan output komparator di-feedback-kan ke input ramp generator seperti gambar 5 dan bentuk gelombang output seperti gambar 6.} 

Gambar 5 rangkaian triangle generator

Gambar 141 Bentung gelombang tegangan output V_O

 

 3. Sawtooth Generator[kembali]

Rangkaian pembangkit gelombang gigigergaji (Sawtooth Generator) seperti gambar 6(a) jika –Vi maka akan menghasilkan gelombang output (V_O = V_P ) gigigergaji positif seperti gambar 6(b). 

Gambar 6 rangkaian triangle generator dan bentuk gelombang tegangan output V_O

  
 4. Sinus Generator[kembali]

Salah satu rangkaian pembangkit gelombang sinus adalah memanfaatkan osilator jembatan Wein seperti gambar 7. Dioda Zener berfungsi untuk membuat output tidak saturasi karena akan ada satu dioda zener yang aktif dan menguragi penguatan bila tegangan keluaran melampaui tegangan saturasi seperti gambar 8.  

 

Gambar 7 rangkaian pembangkit gelombang sinus

 

Gambar 8 Rangkaian simulasi dan bentuk gelombang input dan output

5.Astable Multivibrator [kembali]

 

     Rangkaian Astable Multivibrator adalah rangkaian pembangkit gelombang persegi tanpa sumber input. Prinsip kerjanya hampir sama seperti rangkaian pembangkit gelombang segitiga dengan memakai rangkaian ramp dan komparator. Rangkaian ini gabungan dua rangkaian dalam satu op-amp yaitu rangkaian penguat yang menggunakan sebuah kapasitor sebagai pengganti R_i dan rangkaian komparator seperti gambar 9.

Gambar 9 rangkaian pembangkit gelombang persegi

Gambar 10 Bentung gelombang tegangan kapasitor V_C dan tegangan output V_O

Adapun prinsip pengisian (Charge) dan pengosongan (discharge) kapasitor adalah:

1.     Pengisian kapasitor

Gambar 11 Kurva pengisian kapasitor

2.     Pengosongan kapasitor

Adapun kurva pengosongan kapasitor seperti gambar 12.

Gambar  12  Kurva pengosongan kapasitor

Gambar 13 Rangkaian simulasi dan bentuk gelombang input dan output untuk D = 50%

Gambar 14 Rangkaian simulasi dan bentuk gelombang input dan output untuk D tidak sama 50%

6. One shot Multivibrator[kembali]

Rangkaian One shot Multivibrator adalah rangkaian astable multivibrator yang mempunyai satu kondisi stabil dan akan kembali ke kondisi stabil kembali sesudah ditriger. Rangkaian One shot Multivibrator merupakan rangkaian  astable multivibrator dengan ditambahkan rangkaian triger yang terhubung ke kaki non inverting seperti gambar 15. Untuk membuat kondisi output V_O menjadi tidak stabil dapat diberikan sinyal input trigger positif maupun negatif sesuai rancangan seperti gambar 16.  

Gambar 15 rangkaian One shot Multivibrator

Dari gambar 15 dapat dijelaskan bahwa pada saat keadaan steady state V_i = 0, V_O = +V_sat sehingga,

  

 

maka kapasitor C mengisi (charge) dari V_O melalui R₃, D₂, dan C ke ground.

Tegangan kapasitor V_C < V_LT karena Vc_max = V_D = 0,7 Volt. 

Gambar 16 Bentung gelombang tegangan input trigger, tegangan kapasitor V_C dan tegangan output V_{O(comparator)}.

Ketika diberi trigger V_i yang besarnya V_ip =2 (–V_LT) (supaya bekerja baik) maka V_O berubah dari +Vsat menjadi –Vsat sehingga C discharge atau arus discharge dari kapasitor C melalui D₁ dan R₄ ke output op-amp V_O = -V_sat, sehingga

 

Pada input non inverting akan berharga minus dari penjumlahan tegangan Vip = 2 (–V_LT) dengan V_UT maka dihasilkan harga sama dengan V_LT sehingga bila dibandingkan dengan input inverting sebesar V_d akan membuat output V_O berubah dari +V_sat menjadi –V_sat dan V_ref berubah menjadi sebesar V_LT.

Kapasitor C mengalami discharge sampai V_C £ V_LT maka tegangan output V_O berubah dari -V_sat menjadi +Vsat dan V_ref berubah menjadi sebesar V_UT  .

Untuk membuat waktu kapasitor C saat charge (t_C) lebih kecil adalah dengan memasang R yang lebih kecil. Misalkan R₃=0,1 R₄ maka t_r (recovery time) = 0,1 t.

Gambar 17 Rangkaian simulasi dan bentuk gelombang input dan output

Op Amp : Komparator

Komparator

Ketika rangkaian detektor dengan input V_i ditumpangi oleh noise V_n yang berfrekuensi tinggi seperti gambar 84 maka frekuensi output menjadi tidak sama dengan frekuensi input seperti terlihat pada gambar 85.

Gambar 84 Rangkaian yang ditumpangi noise

Gambar 85 Frekuensi input tidak sama dengan frekuensi output (f_out > f_in)

Untuk menghindari pengaruh tegangan noise V_n yang membuat frekuensi output tidak sama dengan frekuensi inputnya maka digunakan rangkaian komparator dengan feedback positif seperti gambar 86 dan menjadikan frekuensi output sama dengan frekuensi input walaupun ada terjadi pergeseran fasa seperti terlihat pada gambar 87.

Gambar 86 Rangkaian komparator

Gambar 87 Frekuensi input sama dengan frekuensi output (f_out = f_in)

          Rangkaian komparator ada 2 macam yaitu:

4.2.1.              Komparator inverting

a.     Dengan V_ref = 0 Volt

Rangkaian komparator inverting dengan tegangan input V_i berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi V_ref  = 0 Volt adalah seperti gambar 88.

Gambar 88 Rangkaian komparator inverting

          Untuk menghitung berapa tegangan ambang V_UT(Upper Threshold Voltage)  atau V_LT(Lower Threshold Voltage)   maka lakukan pemisalan kondisi tegangan output V_O sama dengan +V_sat atau –V_sat.

Misalkan tegangan output  V_O = +V_sat seperti gambar 89 maka dapat dihitung tegangan ambang atas V_UT:

dimana, selama:

Gambar 89 Rangkaian komparator inverting saat V_O = +V_sat

Misalkan tegangan output  V_O = -V_sat seperti gambar 90 maka dapat dihitung tegangan ambang bawah V_LT:

dimana, selama:

Gambar 90 Rangkaian komparator inverting saat V_O = -V_sat

Bentuk gelombang tegangan output V_O adalah seperti pada gambar 91 dan karakteristik I-O seperti pada gambar 92.

Gambar 91 Bentung gelombang tegangan output

Gambar 92 Kurva karakteristik I-O

dimana,

b.     Dengan V_ref 0 Volt

Rangkaian komparator inverting dengan tegangan input V_i berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi V_ref 0 Volt adalah seperti gambar 93.

Gambar 93 Rangkaian komparator inverting

          Misalkan tegangan output  V_O = +V_sat seperti gambar 94 maka dapat dihitung tegangan ambang atas V_UT:

eliminasi R  selama,

Gambar 94 Rangkaian komparator inverting saat V_O = +V_sat

Misalkan tegangan output  V_O = -V_sat seperti gambar 95 maka dapat dihitung tegangan ambang bawah V_LT:

eliminasi R  selama,

Gambar 95 Rangkaian komparator inverting saat V_O = -V_sat

Bentuk gelombang tegangan output V_O adalah seperti pada gambar 96 dan gambar 97 dan karakteristik I-O seperti pada gambar 98 dan gambar 99.

Gambar 96 Bentung gelombang tegangan output dengan V_ref = bertegangan positif

Gambar 97 Bentung gelombang tegangan output dengan V_ref = bertegangan negatif

Gambar 98 Kurva karakteristik I-O dengan V_ref = bertegangan positif

Gambar 99 Kurva karakteristik I-O dengan V_ref = bertegangan negatif

4.2.2.                        Komparator non inverting

a.     Dengan V_ref = 0 Volt

Rangkaian komparator non inverting dengan tegangan input V_i berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi V_ref = 0 Volt adalah seperti gambar 100.

Gambar 100 Rangkaian komparator non inverting

          Untuk menghitung berapa tegangan ambang V_UT atau V_LT maka lakukan pemisalan kondisi tegangan output V_O sama dengan +V_sat atau –V_sat.

Misalkan tegangan output  V_O = +V_sat seperti gambar 101 maka dapat dihitung tegangan ambang atas V_LT:

eliminasi R selama,

Gambar 101 Rangkaian komparator non inverting saat V_O = +V_sat

Misalkan tegangan output  V_O = -V_sat seperti gambar 102 maka dapat dihitung tegangan ambang bawah V_UT:

eliminasi R selama,

Gambar 102 Rangkaian komparator non inverting saat V_O = -V_sat

Bentuk gelombang tegangan output V_O adalah seperti pada gambar 103 dan karakteristik I-O seperti pada gambar 104.

Gambar 103 Bentuk gelombang tegangan output V_O dengan V_ref  = 0 Volt

Gambar 104 Kurva karakteristik I-O

b.     Dengan V_ref 0 Volt

Rangkaian komparator non inverting dengan tegangan input V_i berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi V_ref 0 Volt adalah seperti gambar 105.

Gambar 105 Rangkaian komparator non inverting

          Misalkan tegangan output  V_O = +V_sat seperti gambar 106 maka dapat dihitung tegangan ambang atas V_LT:

selama,

Gambar 106 Rangkaian komparator non inverting saat V_O = +V_sat

Misalkan tegangan output  V_O = -V_sat seperti gambar 107 maka dapat dihitung tegangan ambang bawah V_UT:

selama,

Gambar 107 Rangkaian komparator non inverting saat V_O = -V_sat

Bentuk gelombang tegangan output V_O adalah seperti pada gambar 108 dan gambar 109 dan karakteristik I-O seperti pada gambar 110 dan gambar 111.

Gambar 108 Bentung gelombang tegangan output dengan V_ref = bertegangan positif

Gambar 109 Bentung gelombang tegangan output dengan V_ref = bertegangan negatif

Gambar 110 Kurva karakteristik I-O dengan V_ref = bertegangan positif

Gambar 111 Kurva karakteristik I-O dengan V_ref = bertegangan negatif

Sehingga,