- Back to Home »
- Komparator Op-Amp
Posted by : Unknown
Selasa, 30 April 2013
Penguat operasional (Op Amp) adalah suatu rangkaian terintegrasi yang
berisi beberapa tingkat dan konfigurasi penguat diferensial yang telah
dijelaskan di atas. Penguat operasional memilki dua masukan dan satu
keluaran serta memiliki penguatan DC yang tinggi. Untuk dapat bekerja
dengan baik, penfuat operasional memerlukan tegangan catu yang simetris
yaitu tegangan yang berharga positif (+V) dan tegangan yang berharga
negatif (-V) terhadap tanah (ground). Berikut ini adalah simbol dari
penguat operasional:
Penguat operasional banyak digunakan dalam berbagai aplikasi karena
beberapa keunggulan yang dimilikinya, seperti penguatan yang tinggi,
impedansi m`sukan yang tinggi, impedansi keluaran yang rendah dan lain
sebagainya. Berikut ini adalah karakteristik dari Op Amp ideal:
1. Penguatan tegangan lingkar terbuka (open-loop voltage gain) AVOL = ¥-
2. Tegangan ofset keluaran (output offset voltage) VOO = 0
3. Hambatan masukan (input resistance) RI = ¥
4. Hambatan keluaran (output resistance) RO = 0
5. Lebar pita (band width) BW = ¥
6. Waktu tanggapan (respon time) = 0 detik
7. Karakteristik tidak berubah dengan suhu
Kondisi ideal tersebut hanya merupakan kondisi teoritis tidak mungkun
dapat dicapai dalam kondisi praktis. Tetapi para pembuat Op Amp berusaha
untuk membuat Op Amp yang memiliki karakteristik mendekati
kondisi-kondisi di atas. Karena itu sebuah Op Amp yang baik harus
memiliki karakteristik yang mendekati kondisi ideal. Berikut ini akan
dijelaskan satu persatu tentang kondisi-kondisi ideal dari Op Amp.
Penguatan tegangan lingkar terbuka (open loop voltage gain) adalah
penguatan diferensial Op Amp pada kondisi dimana tidak terdapat umpan
balik (feedback) yang diterapkan padanya seberti yang terlihat pada
gambar 2.2. Secara ideal, penguatan tegangan lingkar terbuka adalah:
AVOL = Vo / Vid = - ¥
AVOL = Vo/(V1-V2) = - ¥
Tanda negatif menandakan bahwa tegangan keluaran VO berbeda fasa dengan
tegangan masukan Vid. Konsep tentang penguatan tegangan tak berhingga
tersebut sukar untuk divisualisasikan dan tidak mungkin untuk
diwujudkan. Suatu hal yang perlu untuk dimengerti adalah bahwa tegangan
keluaran VO jauh lebih besar daripada tegangan masukan Vid. Dalam
kondisi praktis, harga AVOL adalah antara 5000 (sekitar 74 dB) hingga
100000 (sekitar 100 dB).
Tetapi dalam penerapannya tegangan keluaran VO tidak lebih dari tegangan
catu yang diberikan pada Op Amp. Karena itu Op Amp baik digunakan untuk
menguatkan sinyal yang amplitudonya sangat kecil.
Tegangan ofset keluaran (output offset voltage) VOO adalah harga
tegangan keluaran dari Op Amp terhadap tanah (ground) pada kondisi
tegangan masukan Vid = 0. Secara ideal, harga VOO = 0 V. Op Amp yang
dapat memenuhi harga tersebut disebut sebagai Op Amp dengan CMR (common
mode rejection) ideal.
Tetapi dalam kondisi praktis, akibat adanya ketidakseimbangan dan
ketidakidentikan dalam penguat diferensial dalam Op Amp tersebut, maka
tegangan ofset VOO biasanya berharga sedikit di atas 0 V. Apalagi
apabila tidak digunakan umpan balik maka harga VOO akan menjadi cukup
besar untuk menimbulkan saturasi pada keluaran. Untuk mengatasi hal ini,
maka perlu diterapakan tegangan koreksi pada Op Amp. Hal ini dilakukan
agar pada saat tegangan masukan Vid = 0, tegangan keluaran VO juga = 0.
Apabila hal ini tercapai.
Hambatan masukan (input resistance) Ri dari Op Amp adalah besar hambatan
di antara kedua masukan Op Amp. Secara ideal hambatan masukan Op Amp
adalah tak berhingga. Tetapi dalam kondisi praktis, harga hambatan
masukan Op Amp adalah antara 5 kW hingga 20 MW, tergantung pada tipe Op
Amp. Harga ini biasanya diukur pada kondisi Op Amp tanpa umpan balik.
Apabila suatu umpan balik negatif (negative feedback) diterapkan pada Op
Amp, maka hambatan masukan Op Amp akan meningkat.
Dalam suatu penguat, hambatan masukan yang besar adalah suatu hal yang
diharapkan. Semakin besar hambatan masukan suatu penguat, semakin baik
penguat tersebut dalam menguatkan sinyal yang amplitudonya sangat kecil.
Dengan hambatan masukan yang besar, maka sumber sinyal masukan tidak
terbebani terlalu besar.
Hambatan Keluaran (output resistance) RO dari Op Amp adalah besarnya
hambatan dalam yang timbul pada saat Op Amp bekerja sebagai pembangkit
sinyal. Secara ideal harga hambatan keluaran RO Op Alp adalah = 0.
Apabla hal ini tercapai, maka seluruh tegangan keluaran Op Amp akan
timbul pada beban keluaran (RL), sehingga dalam suatu penguat, hambatan
keluaran yang kecil sangat diharapkan.
Dalam kondisi praktis harga hambatan keluaran Op Amp adalah antara
beberapa ohm hingga ratusan ohm pada kondisi tanpa umpan balik. Dengan
diterapkannya umpan balik, maka harga hambatan keluaran akan menurun
hingga mendekati kondisi ideal.
Lebar pita (band width) BW dari Op Amp adalah lebar frekuensi tertentu
dimana tegangan keluaran tidak jatuh lebih dari 0,707 dari harga
tegangan maksimum pada saat amplitudo tegangan masukan konstan. Secara
ideal, Op Amp memiliki lebar pita yang tak terhingga. Tetapi dalam
penerapannya, hal ini jauh dari kenyataan.
Sebagian besar Op Amp sebagian memiliki lebar pita hingga 1 MHz dan
biasanya diterapkan pada sinyal dengan frekuensi beberapa kiloHertz.
Tetapi ada juga Op Amp yang khusus dirancang untuk bekerja pada
frekuensi beberapa MegaHertz. Op Amp jenis ini juga harus didukung
kolponen eksternal yang dapat mengkompensasi frekuensi tinggi agar dapat
bekerja dengan baik.
Waktu tanggapan (respon time) dari Op Amp adalah waktu yang diperlukan
oleh keluaran untuk berubah setelah masukan berubah. Secara ideal harga
waktu respon Op Amp adalah = 0 detik, yaitu keluaran harus berubah
langsung pada saat masukan berubah.
Tetapi dalam prakteknya, waktu tanggapan dari Op Amp memang cepat
tetapi tidak langsung berubah sesuai masukan. Waktu tanggapan Op Amp
umumnya adalah beberapa mikro detik hal ini disebut juga slew rate.
Perubahan keluaran yang hanya beberapa mikrodetik setelah perubahan
masukan tersebut umumnya disertai dengan oveshoot yaitu lonjakan yang
melebihi kondisi steady state. Tetapi pada penerapan biasa, hal ini
dapat diabaikan.
Sebagai mana diketahui, suatu bahan semikonduktor yang akan berubah
karakteristiknya apabila terjadi perubahan suhu yang cukup besar. Pada
Op Amp yang ideal, karakteristiknya tidak berubah terhadap perubahan
suhu. Tetapi dalam prakteknya, karakteristik sebuah Op Amp pada umumnya
sedikit berubah, walaupun pada penerapan biasa, perubahan tersebut dapat
diabaikan.
KOMPARATOR
Komparator adalah komponen elektronik yang berfungsi membandingkan dua
nilai kemudian memberikan hasilnya, mana yang lebih besar dan mana yang
lebih kecil. Komparator bisa dibuat dari konfigurasi open-loop Op Amp.
Jika kedua input pada Op Amp pada kondisi open-loop, maka Op Amp akan
membandingkan kedua saluran input tersebut. Hasil komparasi dua tegangan
pada saluran masukan akan menghasilkan tegangan saturasi positif
(+Vsat) atau saturasi negatif (-Vsat).
Sebuah rangkaian komparator pada Op Amp akan membandingkan tegangan yang
masuk pada satu saluran input dengan tegangan pada saluran input lain,
yang disebut tegangan referensi. Tegangan output berupa tegangan high
atau low sesuai dengan perbandingan Vin dan Vref. Dan berikut adalah
rangkaian komparator sederhana.
Vref di hubungkan ke +V supply, kemudian R1 dan R2 digunakan sebagai
pembagi tegangan, sehingg nilai tegangan yang di referensikan pada
masukan + op-amp adalah sebesar :
V = [R1/(R1+R2) ] * Vsupply
Op-amp tersebut akan membandingkan nilai tegangan pada kedua masukannya,
apabila masukan (-) lebih besar dari masukan (+) maka, keluaran op-amp
akan menjadi sama dengan – Vsupply, apabila tegangan masukan (-) lebih
kecil dari masukan (+) maka keluaran op-amp akan menjadi sama dengan +
Vsupply.
Jadi dalam hal ini jika Vinput lebih besar dari V maka keluarannya akan
menjadi – Vsupply, jika sebaliknya, Vinput lebih besar dari V maka
keluarannya akan menjadi + Vsupply. Untuk op-amp yang sesuai untuk di
pakai pada rangkaian op-amp untuk komparator biasanya menggunakan op-amp
dengan tipe LM324 yang banyak di pasaran.
Secara umum prinsip kerja rangkaian komparator adalah membandingkan
amplitudo dua buah sinyal, jika +Vin dan −Vin masing-masing menyatakan
amplitudo sinyal input tak membalik dan input membalik, Vo dan Vsat
masing-masing menyatakan tegangan output dan tegangan saturasi, maka
prinsip dasar dari komparator adalah
+Vin ≥ −Vin maka Vo = Vsat+
+Vin < −Vin maka Vo = Vsat−
Keterangan:
+Vin = Amplitudo sinyal input tak membalik (V)
−Vin = Amplitudo sinyal input membalik (V)
Vsat+ = Tegangan saturasi + (V)
Vsat− = Tegangan saturasi - (V)
Vo = Tegangan output (V)