Kasus Pada Rangkaian Op-Amp
6.5.2. Kasus Pada Rangkaian Op-Amp
Diberikan dua kasus rangkaian dengan menggunakan Op-Amp dibawah ini:
1. Generator Gelombang Kotak (lihat gambar 6.110): Op-Amp dapat digunakan sebagai pembangkit gelombang kotak kare-
na memiliki nilai penguatan lingkar terbuka yang sangat tinggi dan tersedianya masukan beda (diffrerential inputs). Bila suatu catu daya digunakan pada rangkaian, dan kapasitor C belum mengalami pengi- sian, maka keluaran Op-Amp akan bersaturasi pada kondisi saturasi
level positifnya(Vsat + ). Sebagian dari tegangan keluaran ini akan diumpan kembali kemasuk-
an non-inverting melalui R 2 dan R 1 . Tegangan pada masukan non- inverting akan menjadi:
V Vsat .
Selama tegangan pada terminal inverting lebih kecil dari V +. Maka keluarannya akan tetap pada level saturasi positif. Akan tetapi, pengi-
sian C melalui R akan menyebabkan kenaikan tegangan pada termi- nal inverting. Bila tegangan tersebut menjadi lebih besar dari level tegangan pada terminal non-inverting, keluaran Op-Amp akan
berubah menjadi tegangan saturasi negatif (Vsat - ). Tegangan pada terminal non-inverting sekarang polaritasnya berlawanan dan
menjadi:
V Vsat
Gambar 6.110: Generator Gelombang Kotak Sekarang terjadi pengosongan kapasitor melalui R, hingga te-
gangannya turun menuju Vsat - . Pada saat tegangan kapasitor pada terminal non-inverting sama dengan tegangan pada terminal inverting,
maka keluaran Op-Amp akan kembali ke level positif lagi. Hal ini akan terjadi berulang-ulang sehingga rangkaian ini akan menghasilkan gelombang kotak. RC akan menentukan frekuensi gelombang yang
dihasilkan, sedangkan R 1 dan R 2 akan menentukan titik pensaklaran
(dari Vsat - ke Vsat atau sebaliknya). Perubahan SW1 dan RV1 (dari Vsat - ke Vsat atau sebaliknya). Perubahan SW1 dan RV1
f= 2RC Ln (1 + 2R1 / R2)
Dari hasil perhitungan dan uji coba rangkaian akan didapat frekuensi- frekuensi sebagai berikut (kondisi RV1 minimum dan maksimum): Posisi SW1 Frekuensi
1 2 Hz sampai 20 Hz
2 20 Hz sampai 200 Hz
3 200 Hz sampai 2 KHz
Sedangkan RV2 digunakan untuk merubah mark-to-space ratio (perbandingan besarnya pulsa positip dan periode pulsa) atau dalam digital dikenal dengan duty-cycle. Kasus dari rangkaian diatas adalah: x Tak terjadi osilasi pada outputnya, hanya ada tegangan saturasi
positip = 8 Volt. Jawabannya : Rangkaian tak berosilasi karena R atau C nya terbuka, dan karena kondisinya saturasi + maka kaki 3 IC mendapat input besar terus, jadi ada yang terbuka Kaki RV1 menuju R1nya.
x Tak terjadi osilasi pada outputnya, hanya ada tegangan saturasi negatif = - 8Volt. Jawabannya : Sama dengan kasus pertama hanya yang terbuka sekarang Kaki tengah dari RV1 , sehingga kaki 3 IC tak mendapat input sedikitpun, maka outputnya pasti negatif.
x Perubahan RV2 menyebabkan terjadinya perubahan frerkuensi yang besar dalam setiap selang, tetapi hanya terjadi perubahan yang kecil pada mark-to-space ratio. Jawabannya : RV2 seharusnya tak mempengaruhi perubahan frekuensi saat normalnya, dan kerja RV2 ini dibantu oleh D1/D2 serta R3 dan R4 saat mengisi dan mengosongka kapasitor. Karena masih berfungsi walaupun fungsinya berubah, tapi rangkaian tak ada yang terbuka. Jadi pasti ada yang hubung singkat, dan tentunya pastilah D3 atau D4 yang hubung singkat.
x Bila R2 berubah berharga besar, maka frekuensi-frekuensi akan tetap berharga besar pada setiap selang.
2. Function Generator Frekuensi Rendah:
Generator fungsi merupakan osilator yang meghasilkan secara bersamaan gelombang segitiga, kotak dan sinus (lihat gambar 6.111). Rangkaian ini menggunakan dua Op-Amp, yang menghasilkan output
frekuensi rendah. IC 1 dihubungkan dengan C 1 sebagai integrator, dan IC 1 sebagai rangkaian komparator. Jika output IC 2 positif menuju output level positif saturasi. Bagian level positif akan muncul pada titik pengukuran 2 (TP2) karena merupakan pembagi tegangan yang
dibangun R 4 dan R 5 . Jika R 5 bernilai 1K8 maka level pada TP2 berkisar +700mV. Karena input non-inverting IC 1 dihubungkan ke ground, input inverting seharusnya juga mendekati ground. Oleh dibangun R 4 dan R 5 . Jika R 5 bernilai 1K8 maka level pada TP2 berkisar +700mV. Karena input non-inverting IC 1 dihubungkan ke ground, input inverting seharusnya juga mendekati ground. Oleh
(non-polar) C1 1 μF
Triangle
R3 100k
Sine R1
(set frequency)
18k D4 D2 all IN914
Gambar 6.111: Fuction Generator Frekuensi Rendah
Ketika tegangan dititik pengukuran 1 (TP1), output IC 1 melebihi level yang cukup mengakibatkan pin3 IC 2 menjadi dibawah nol, output IC 2 akan menjadi negatif. Perhatikan bahwa IC 2 mempunyai umpanbalik positif melalui R 3 , sehingga ketika pin 3 lebih positif daripada pin 2 maka output akan positif, tetapi ketika pin 3 lebih negatif dari pin 2 maka output akan negatif. Karena penguatan Op-Amp 100.000 aksi perubahan menjadi sangat cepat. Level pada titik pengukuran 1 (TP1) yang memberi trigger pada
komparator IC 2 ditentukan oleh R 3 dan R 2 . Karena output IC 2 tegang- an saturasi positif sekitar +4V, ketika TP1 sekitar –2V pin 3 akan menjadi dibawah nol dan output IC 2 akan berubah negatif. Dengan output IC 2 pada –4V, TP2 juga berubah negatif menjadi – 700mV. Pengisian arus untuk C 1 sekarang berbalik dan TP1 menjadi positif. Ketika level pada TP1 mencapai sekitar +2V, komparator ber- ubah lagi dan prosesnya berulang. Waktu untuk C 1 untuk mengisi dari
–2V menjadi +2V adalah waktu untuk setengah gelombang osilator. Untuk mendapatkan harga pendekatan pada waktu tersebut, dapat digunakan rumus : Q = CV Jika kapasitor diisi dengan arus konstan
Idt = Cdv CdV
dt =
I Dengan C = 1uF, I = 10uA dan dV = perubahan tegangan yang terjadi pada kapasitor = 4 Volt.
1 6 x 10 x 4 dt 6
10 x 10 = 0,4 detik
perioda T = 2t = 0,8 detik
frekuensi F 1 , 25 Hz
T 0 , 8 Frekuensi sebenarnya dari operasi tergantung pada beberapa faktor
seperti tegangan saturasi IC 2 , toleransi C 1 dan toleransi resistor. Dengan membuat R 5 preset frekuensi dapat diatur menjadi 1Hz. Output segitiga diubah menjadi gelombang sinus dengan dioda D 1 ,
D 2 ,D 3 ,D 4 .R 6 dan R 7 berfungsi sebagai pembagi tegangan yang dapat mengakibatkan output melalui R 7 menjadi 3 Vpp.
Bagaimanapun juga dioda konduksi ketika bias maju dengan 500mV dan menghasilkan gelombang sinus dengan amplitudo 2Vpp. Ini me- rupakan pengubah segitiga ke sinus dan menghasilkan distorsi yang
agak tinggi. R 5 dapat diatur untuk mendapatkan hasil yang optimal. Kasus rangkaian di atas adalah: x Frekuensi dari rangkaian akan menuju tinggi kira-kira 66,5 Hz dan
frekuensi tak dapat di atur. Jawabannya : Yang mengatur frekuensi adalah R 5 , jadi kalau sam-
pai frekuensi tak dapat di atur olehnya maka tentunya R 5 terbuka
kaki tengahnya , sehingga frekuensi masih ada. x Terjadi distorsi pada gelombang sinus positipnya, sedangkan gelombang yang lainnya normal. Jawabannya : gelombang sinus terjadi karena adanya dioda-dioda
dan R 6 serta R 7 . Karena hasilnya cacad bagian positipnya berarti
pembagi tegangan ada yang tak beres, yaitu R 7 nya terbuka.
x Terjadi gelombang seperti digambarkan di bawah ini pada output
sinusnya, output yang lain tak masalah.
Jawabannya : yang menyebabkan gelombang sinus bagian po- sitipnya rusak pastilah dioda yang anodanya mengarah ke yang
lebih positip, jadi pastilah D 3 atau D 4 terbuka . x Jika D1 terhubung singkat , maka output gelombang sinusakan distorsi, dan gelombangnya mendekati ½ gelombang positip saja.