OP AMP (Pembangkit Sinyal)

BAB IV

Pembangkit Sinyal

  Ramp Generator

 Rangkaian Ramp generator berdasarkan respon outputnya ada dua macam yaitu ramp-up dan ramp-down seperti pada gambar 136.

(a)	(b)

Gambar 36 Rangkaian Ramp generator (a) ramp-up dan (b) ramp-down

Untuk membuat respon seperti gambar 136 maka rangkaian memakai kapasitor dengan menerapkan prinsip kerja kapasitor seperti pada gambar 137.

Gambar 137 Prinsip kerja kapasitor

dimana,

dengan Q = muatan dalam kapasitor

Rangkaian Ramp generator adalah seperti pada gambar 138.

Gambar 138 Rangkaian Ramp generator

Op-amp ideal E_d = 0 maka V_A = 0 sehingga

Bentuk gelombang tegangan output V_O adalah seperti pada gambar 139

Gambar 139 rangkaian dan bentung gelombang tegangan output V_O dengan tegangan input sebesar +V_i

4.4.2  Triangle Generator

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 140 dan bentuk gelombang output seperti gambar 141.

Gambar 140 rangkaian triangle generator

Gambar 141 Bentung gelombang tegangan output V_O 

dimana,

dengan t₁ adalah ramp generator bekerja sebagai Ramp-down, t₂=Ramp-up dan t₃=Ramp-down.

selama,

saat,

selama,

saat,

selama,

saat,

Soal:

Rancanglah rangkaian pembangkit gelombang segitiga dengan Vpp = 6 V dan frekuensi 1 kHz.

4.4.3  Sawtooth Generator

Rangkaian pembangkit gelombang gigigergaji (Sawtooth Generator) seperti gambar 142 jika –Vi maka akan menghasilkan gelombang output (V_O = V_P ) gigigergaji positif seperti gambar 143.

Gambar 142 rangkaian triangle generator

Gambar 143 Bentung gelombang tegangan output V_O 

dimana t=T dan V_O = V_P,

Atau

4.4.4  Sinus Generator

Salah satu rangkaian pembangkit gelombang sinus adalah memanfaatkan osilator jembatan Wein seperti gambar 144. 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 145.

Gambar 144 rangkaian pembangkit gelombang sinus

Pada rangkaian simulasi gambar 144 diset potensiometer pada posisi 80% yang membuat penguatan tegangan lebih kecil sehingga tegangan output tidak cacat atau saturasi seperti gambar 145.

Gambar 145 Rangkaian simulasi dan bentuk gelombang input dan output

4.4.5  Astable Multivibrator

     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 146.

Gambar 146 rangkaian pembangkit gelombang persegi

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

Pada saat V_O = +V_sat, input di pin (+) mendapat feedback sebesar

  dan kapasitor C diisi dengan arah arus dari V_O melalui R_f dan C ke ground sehingga tegangan kapasitor V_C menjadi naik, selama;

    

Pada saat V_O = -V_sat, input di pin (+) mendapat feedback sebesar

  dan kapasitor C membuang dengan arah arus dari ground melalui C dan R_f ke Vo sehingga tegangan kapasitor V_C menjadi turun, selama;

Perubahan tegangan kapasitor V_C saat pengisian maupun pembuangan dan perubahan tegangan output V_O = V_{O(Comparator)} dapat dilihat pada gambar 147.

Gambar 147 Bentung gelombang tegangan kapasitor V_C dan tegangan output V_O 

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

1. Pengisian kapasitor

Kurva pengisian kapasitor seperti gambar 148

Gambar 148 Kurva pengisian kapasitor

Pada saat,

Eliminasi V_sat,

2. Pengosongan kapasitor

Adapun kurva pengosongan kapasitor seperti gambar 149.

Gambar  149 Kurva pengosongan kapasitor

Pada saat,

Eliminasi V_sat,

Duty cycle(D),

D = 50%,

Untuk,

 

Maka,

Rangkaian dan hasil simulasi  astable multivibrator seperti gambar 150.

Gambar 150 Rangkaian simulasi dan bentuk gelombang input dan output untuk D = 50%

D 50%

Untuk,

Maka,

Bila,

Rangkaian astable multivibrator mempunyai R_f1 dan R_f2 untuk D > 50% adalah seperti pada gambar 151.

Gambar 151 rangkaian astable multivibrator untuk D 50%

Rangkaian dan hasil simulasi untuk D 50% seperti gambar 152.

Gambar 152 Rangkaian simulasi dan bentuk gelombang input dan output untuk D 50%

Prosedur Perancangan :

1. Tentukanlah terlebih dahulu harga C = µF

2. Tentukanlah harga R₂R₁

3. Hitung nilaiuntuk D = 50%  (dimana t_c = t_d)

4.4.6  One shot Multivibrator

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 153. Untuk membuat kondisi output V_O menjadi tidak stabil dapat diberikan sinyal input trigger positif maupun negatif sesuai rancangan seperti gambar 154.

Gambar 153 rangkaian One shot Multivibrator

Dari gambar 153 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 154 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  seperti gambar 90.

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 153 Rangkaian simulasi dan bentuk gelombang input dan output

 

Referensi :

1.   Boylestad, R. and Nashelsky, L., 1999, “Electronic Devices and Circuit Theory”, Prentice Hall, New Jersey.

2.  Hayt, W. H. and Neudeck, G. W., “Electronic Circuit Analysis and Design”, Houghton Mifflin Company, Boston.

3.  Coughlin, R. F. and Driscoll F. F., 1985, “Operational Amplifiers and Linear Integrated Circuits”, Prentice Hall, New Jersey.

4.  Paynter, R. T.,1997, ”Introductory Electronic Devices and Circuits”, Prentice Hall, New Jersey.

5. Malvino, 1985, “ Aproksimasi Rangkaian Semikonduktor: Pangantar Transistor dan Rangkaian Terpadu”, Penerbit Erlangga.

6.  Mike Tooley, 2002, “ Rangkain Elektronika: Prinsip dan Aplikasi”, Penerbit Erlangga

7.  Darwison, 2008, “Diktat Elektronika Analog”, Teknik Elektro – Unand, Padang.

8.  Darwison, 2011, “Diktat Dasar Elektronika”, Teknik Elektro – Unand, Padang.

9.  Darwison, 2011, “Panduan Praktikum Dasar Elektronika Digital”, Teknik Elektro – Unand, Padang.