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: • 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.

• 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.

• 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.

• 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

10 x 10 = 0,4 detik

perioda T = 2t = 0,8 detik

1 1 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: • Frekuensi dari rangkaian akan menuju tinggi kira-kira 66,5 Hz dan