Praktikum 3. Komparator Tegangan Menggunakan Op-amp

Nama: klas_Prak3_(nama, nama, nama, nama)(lanjutan ke: …)

1. Tujuan

1. Mahasiswa memahami prinsip kerja komparator tegangan menggunakan op-amp.
2. Mahasiswa dapat merancang, merakit, dan menguji rangkaian komparator tegangan menggunakan op-amp.
3. Mengetahui fungsi dan penerapan dari masing-masing rangkaian komparator tegangan menggunakan op-amp

2. Dasar Teori

Rangkaian komparator tegangan adalah rangkaian yang bekerja sebagai pembanding masukan tegangan antara tegangan-input-positif (V⁺) dengan tegangan-input-negatif (V^–). Saat V⁺>V^–, tegangan-output akan jenuh senilai tegangan-sumber-positif Op-Amp, sebaliknya, jika  V+<V–, tegangan-output akan jenuh negatif mendekati tegangan-sumber-negatif Op-Amp, dan tegangan-output Op-Amp akan nol saat V+=V–.

Salah satu karakteristik ideal op-amp adalah bahwa op-amp memiliki penguatan lop terbuka A_v = ∞, sehingga perbedaan sedikit saja pada masukan antara  V+ dengan V– dapat memberikan keluaran jenuh positif atau jenuh negatif (V_out = +∞ atau Vout = -∞). Tegangan keluaran ini dibatasi oleh tegangan subernya sehingga mempunyai nilai keluaran mendekati tegangan catu (V_cc) dari Op-Amp.

saat V⁺>V^–, maka V_out = +V_cc

saat V⁺<V^–, maka V_out = -V_cc

saat V⁺=V^–, maka V_out = 0

Gambar 1. Konfigurasi Terminal Op-Amp

Jika pada komparator open loop tegangan keluaran selalu +V_sat atau -V_sat , maka pada komparator lup tertutup keluarannya dapat diatur dengan cara mengubah resistansi R₁ dan R_f.

2.1 Detektor Tegangan Lup Terbuka

Prinsi kerjanya adalah membandingkan tegangan antara masukan V⁺ dan V^-, dengan perbedaan yang sangat kecil pada penguat operasional tanpa umpan balik eksternal dapat memberikan keluaran yang cukup besar, sampai mencapai nilai kejenuhannya. Jenuh positif atau negatif sangat tergantung pada silisih kedua masukan tersebut. Misalkan pin V⁺ dianggap sebagai referensi, maka jika tegangan V^- lebih positif dari V⁺, keluarannya menjadi jenuh positih, atau sebaliknya jika tegangan V^- lebih negatif dari V⁺, maka keluarannya akan menjadi jenuh negatif. Rangkaian dan bentuk gelombang tegangan dan masukannya ditunjukkan pada gambar 2.

Gambar 2. Implementasi Op-Amp sebagai Detektor Tegangan.

(Sumber: https://depokinstruments.com/2016/02/18/op-amp-voltage-comparator/)

2.1 Detektor Tegangan Lup Tertutup

Jika pada komparator open loop tegangan keluaran selalu +V_sat atau -V_sat , maka pada komparator lup tertutup keluarannya dapat diatur dengan cara mengubah resistansi R₁ dan R_f.

Gambar 3. Rangkaian Komparator Dengan Umpan Balik

Jika V₂=V₁ ,maka V_o=0

Jika V₂<V₁ ,maka V_o<0

Jika V₂>V₁ ,maka V_o>0

Komparator lup tertutup dapat memberika penguatan jika perbandingan R₁ dan R_f sama dengan perbandingan R₂ dan R₃ sehingga tegangan keluarannya adalah:

3. Alat dan Bahan

1)      Catu daya DC + 12 volt   : 1 buah

2)      Function generator           : 1 buah

3)      Resistor (R₁) 3,3  kΩ       : 2 buah

4)      Resistor (R_F) 1,2  kΩ      : 2 buah

5)      Potensiometer 5 k            : 1 buah

6)      Dioda zener     3 volt       : 1 buah

7)      IC LM 741                       : 1 buah

8)      Projectboard                    : 1 buah

9)      Kabel penghubung dan probe : secukupnya

4. Langkah Percobaan

4.1 Rangkaian Komparator Lup Terbuka.

1. Rakit rangkaian seperti gambar 2. Catu daya + 12 volt, R₁ = 3k3, R₂= 1k2, dan R_pull-up = 10k.

2. Beri input dari function generator, atur function generator pada posisi gelombang gigi gergaji dengan  V_peak = 5 volt dan frekuensi 1 kHz. 

3. Ambil gambar tampilan pada oscilloscope menggunakan kamera.

4. Ulangi langkan 2 dan 3 tapi terlebih dahulu mengubah masukan dari function generator pada posisi frekuensi 2 kHz.

6. Analisis masing-masing kejadian data dari semua kejadian dan tunjukkan bahwa terjadi hubungan komparatif antara input dan output.

4.2 Rangkaian Komparator Lup Tertutup

1. Rakit rangkaian seperti gambar 3. Catu daya + 12 volt, R₁ = R₂ = 1k2, R_f = R₃ = 1k2.

2. Beri input V2 tegangan dc sebesar 8 volt.

3. Beri input V₁ dari function generator, atur function generator pada posisi gelombang gigi gergaji dengan  Vpeak = 1 volt, 2 volt, dan 3 volt masing dengan frekuensi 1 kHz. 

4. Ambil gambar tampilan pada oscilloscope menggunakan kamera untuk setiap kejadian.

5. Ulangi percobaan pada poin 1, 2, 3 dan 4, tapi untuk tegangan input V2 sebesar 6 volt.

6. Analisis masing-masing kejadian data dari semua kejadian dan tunjukkan bahwa terjadi hubungan komparatif dengan penguatan tertentu antara input dan output.

4.3 Rangkaian Komparator Lup Tertutup Dengan Referensi Menggunakan Dioda Zener

Gambar 4. Komparator Menggunakan Zener Sebagai Tegangan Referensi

1.  Rakit rangkaian seperti gambar 4. Besaran masukan dan nilai komponen seperti pada gambar 4.

2.   Atur potensiometer agar tegangan keluarannya V_o = 10 volt.

3.   Lakukan pengukuran mengikuti nilai-nilai seperti pada tabel 1.

4. Analisis masing-masing kejadian data dari semua kejadian dan tunjukkan bahwa terjadi hubungan komparatif dengan penguatan tertentu antara input dan output.

5.   Beri komentar tentang nilai tegangan keluarannya dilengkapi dengan alasan yang bersesuaian

 5. Pertanyaan Pengembangan

    Beri contoh implementasi rangkaian komparator, dan jelaskan prinsip kerjanya

6. Daftar Pustaka

    Silakan isi daftar pustaka yang telah digunakan