Chapter 12 & 13

DAFTAR ISI

Pendahuluan
Tujuan
Alat dan Bahan
Dasar Teori
Example
Problem
Pilihan Ganda
Percobaan
Link Download

Sub-Chapter 13.2 : Comparator Unit Operation

Meskipun terdapat banyak IC yang hanya berisi rangkaian digital dan banyak juga yang hanya berisi rangkaian linear, ada sejumlah IC yang mengandung keduanya, yaitu rangkaian linear dan digital. Salah satu contoh IC linear/digital adalah rangkaian komparator.

Rangkaian komparator adalah rangkaian di mana suatu tegangan input linear dibandingkan dengan tegangan referensi lainnya, dengan output berupa kondisi digital yang menunjukkan apakah tegangan input tersebut melebihi tegangan referensi.

Rangkaian yang mengubah sinyal digital menjadi tegangan analog (linear), serta yang mengubah tegangan linear menjadi nilai digital, banyak digunakan dalam peralatan dirgantara, otomotif, dan pemutar compact disk (CD), serta berbagai aplikasi lainnya.

2. Tujuan [Kembali]

Memahami klasifikasi penguat daya dan efisiensinya.
Menganalisis distorsi harmonik dan teknik heat sinking pada penguat daya.
Mempelajari prinsip kerja IC timer 555 dan aplikasinya.
Mengevaluasi konverter digital-analog (DAC) dan loop terkunci fase (PLL).

3. Alat dan Bahan [Kembali]

1. Software Proteus

Proteus adalah perangkat lunak simulasi elektronik yang digunakan untuk merancang, menguji, dan memvisualisasikan rangkaian elektronik secara virtual. Software ini mendukung simulasi berbagai komponen, termasuk mikrokontroler, sehingga memudahkan pengguna dalam merancang dan menguji sistem tanpa perlu merakitnya secara fisik terlebih dahulu.

2. Power Supply

Power supply adalah perangkat yang menyediakan daya listrik untuk rangkaian atau sistem elektronik. Fungsinya adalah mengubah sumber daya listrik, seperti listrik AC dari jaringan listrik, menjadi tegangan DC (arus searah) yang dibutuhkan oleh komponen elektronik dalam perangkat. Power supply juga dapat mengatur tegangan dan arus untuk memastikan bahwa perangkat menerima daya yang stabil dan sesuai dengan kebutuhan operasionalnya.

3. Signal Generator

Signal generator adalah alat yang menghasilkan berbagai jenis sinyal listrik, seperti gelombang sinusoidal, kotak, atau segitiga, dengan frekuensi dan amplitudo yang dapat diatur. Alat ini digunakan untuk menguji, mengkalibrasi, dan mensimulasikan perangkat elektronik dalam berbagai aplikasi, termasuk riset, pengembangan, dan pengujian sistem komunikasi serta rangkaian elektronik.

4. Op-Amp

Op-amp adalah suatu komponen elektronik analog yang berfungsi sebagai penguat tegangan. Komponen ini memiliki dua terminal input, yaitu inverting input (-) dan non-inverting input (+), serta satu terminal output.

5. Resistor

Resistor adalah komponen elektronik pasif yang berfungsi untuk menghambat aliran arus listrik dalam suatu rangkaian. Nilai hambatan pada resistor dinyatakan dalam satuan ohm (Ω). Resistor digunakan untuk mengatur arus, membagi tegangan, serta melindungi komponen lain dari arus berlebih.

6. Transistor

Transistor adalah komponen elektronik yang berfungsi sebagai penguat sinyal atau sakelar listrik. Transistor dapat mengontrol aliran arus listrik dalam rangkaian, memungkinkan untuk memperkuat sinyal listrik atau mengalihkan aliran arus sesuai kebutuhan. Biasanya digunakan dalam perangkat elektronik seperti radio, komputer, dan telepon untuk berbagai fungsi seperti pemrosesan sinyal dan pengaturan daya.

7. Probe Voltage

Probe voltage adalah alat ukur virtual yang digunakan dalam simulasi rangkaian elektronik untuk mengamati atau memantau nilai tegangan pada titik tertentu. Alat ini berfungsi tanpa memengaruhi jalannya rangkaian dan umumnya digunakan dalam perangkat lunak simulasi seperti Proteus. Probe voltage memungkinkan pengguna melihat perubahan tegangan secara langsung selama simulasi, baik dalam bentuk angka maupun grafik, sehingga memudahkan analisis dan evaluasi kinerja rangkaian.

8. Relay

Relay adalah sakelar elektrik yang berfungsi untuk mengontrol aliran listrik dalam rangkaian menggunakan sinyal listrik lainnya. Secara umum, relay terdiri dari kumparan (koil) yang, saat dialiri arus, akan menghasilkan medan magnet yang menarik atau melepaskan kontak sakelar untuk menghubungkan atau memutuskan aliran listrik di rangkaian lain. Relay sering digunakan untuk mengendalikan perangkat listrik berdaya besar menggunakan sinyal listrik berdaya kecil, misalnya dalam sistem otomasi, kontrol motor, dan perangkat elektronik lainnya.

9. Dioda

Dioda adalah komponen elektronik yang memungkinkan arus listrik mengalir hanya dalam satu arah dan menghalangi arus mengalir ke arah sebaliknya. Dioda memiliki dua terminal, yaitu anoda (positif) dan katoda (negatif). Prinsip kerjanya didasarkan pada pengaruh semikonduktor, biasanya silikon, yang memiliki sifat konduktivitas tertentu.

10. Ground

Ground dalam elektronik adalah titik referensi tegangan dalam suatu rangkaian, biasanya dianggap memiliki tegangan nol volt. Ground berfungsi sebagai jalur kembali arus listrik dan sebagai acuan untuk mengukur tegangan komponen lain dalam rangkaian.

4. Dasar Teori [Kembali]

OPERASI UNIT KOMPARATOR

Sebuah rangkaian komparator menerima input berupa tegangan linier dan menghasilkan keluaran digital yang menunjukkan kapan satu input lebih kecil atau lebih besar dari yang lain. Rangkaian komparator dasar dapat direpresentasikan seperti pada gambar.

Output merupakan sinyal digital yang tetap berada pada level tegangan tinggi ketika input non-inverting (+) lebih besar daripada tegangan pada input inverting (−), dan beralih ke level tegangan rendah ketika tegangan input non-inverting turun di bawah tegangan input inverting.

Perhatikan contoh pengaplikasian rangkaian komparator berikut.

Gambar menunjukkan koneksi tipikal dengan salah satu input (pada contoh ini input inverting) dihubungkan ke tegangan referensi sebesar +2 V, sedangkan terminal input non-inverting digunakan sebagai tegangan sinyal input. Selama Vin lebih kecil dari tegangan referensi +2 V, keluaran tetap berada pada level tegangan rendah (mendekati −10 V). Ketika input naik sedikit di atas +2 V, keluaran dengan cepat beralih ke level tegangan tinggi (mendekati +10 V). Dengan demikian, keluaran tinggi menunjukkan bahwa sinyal input lebih besar dari +2 V.

Menggunakan Op-Amp Sebagai Komparator

Gambar menunjukkan suatu rangkaian yang bekerja dengan tegangan referensi positif yang dihubungkan ke input pembalik (inverting input), dan output dihubungkan ke LED indikator. Nilai tegangan referensi ditetapkan sebagai:

Karena tegangan referensi dihubungkan ke input pembalik (inverting input), maka output akan berpindah ke level saturasi positif ketika tegangan input Vi menjadi lebih positif daripada tegangan referensi +6 V. Tegangan output Vo kemudian menghidupkan LED sebagai indikasi bahwa input lebih besar dari tegangan referensi.

Sebagai alternatif, tegangan referensi dapat dihubungkan ke input non-pembalik (non-inverting input) seperti pada gambar.

Dengan konfigurasi ini, jika sinyal input turun di bawah level referensi, maka output akan menghidupkan LED.

Menggunakan Komparator IC

Meskipun op-amp dapat digunakan sebagai rangkaian komparator, unit IC komparator terpisah lebih cocok. Beberapa peningkatan yang ada pada IC komparator antara lain: peralihan (switching) yang lebih cepat antara dua level output, ketahanan terhadap noise untuk mencegah output berosilasi saat input melewati level referensi, serta output yang mampu langsung menggerakkan berbagai jenis beban. Berikut beberapa IC komparator populer.

1. Komparator 311

Rangkaian komparator yang dapat bekerja dengan catu daya ganda ±15 V maupun catu daya tunggal +5 V (seperti pada rangkaian logika digital). Output dapat memberikan tegangan pada salah satu dari dua level tertentu atau dapat digunakan untuk menggerakkan lampu atau relay. Perhatikan bahwa output diambil dari transistor bipolar sehingga memungkinkan untuk menggerakkan berbagai jenis beban.

2. Komparator 399

IC 339 adalah komparator empat (quad comparator) yang berisi empat rangkaian komparator tegangan independen yang terhubung ke pin eksternal. Setiap komparator memiliki input inverting dan non-inverting serta satu output.

Tegangan catu yang diberikan ke sepasang pin akan memberi daya ke keempat komparator. Bahkan jika hanya satu komparator yang digunakan, keempatnya tetap akan mengonsumsi daya.

5. Example [Kembali]

Example 1

Rangkaian LM311 dikonfigurasi dengan tegangan referensi (Vref) sebesar 2.5 V yang dihubungkan ke pin 3 (Vin-). Pin 2 (Vin+) dihubungkan ke sebuah sensor suhu dengan output tegangan variabel. Sistem menggunakan resistor pull-up ke +5V. Berapakah status output jika sensor menghasilkan tegangan 3.2V?

Jawaban:

Vin+ = 3.2V dan Vin- = 2.5V

Karena 3.2V > 2.5V (Vin+ > Vin-), transistor output pada LM311 akan OFF, sehingga output ditarik ke atas oleh resistor pull-up. Hasil akhir output adalah HIGH (+5V).

Example 2

Sebuah komparator LM311 diberikan catu daya simetris +15V dan -15V. Pin 3 (Vin-) diberi referensi tetap 0V (Ground). Jika Pin 2 (Vin) diberikan input sinyal sinusoidal dengan amplitudo 2V peak-to-peak, jelaskan apa yang terjadi pada output saat sinyal berada di fase negatif (-1V)?

Jawaban :

Vin+ = -1V dan Vin- = 0V.

Karena -1V < 0V (Vin+ < Vin-) komparator akan jenuh ke arah negatif atau mengaktifkan jalur ke (VEE). Hasil akhir output adalah LOW (-15V).

Example 3

Untuk mencegah noise, LM311 dirancang memiliki sistem histeresis. Diketahui tegangan ambang atas (VTH) ditetapkan sebesar 3.5V dan tegangan ambang bawah (VTL) sebesar 2.8V. Jika tegangan input saat ini adalah 3.0V dan sebelumnya input bergerak naik dari 0V, berapakah status outputnya?

Jawaban :

Input (3.0V) berada di antara VTL dan VTH.

Karena input datang dari bawah (0V) dan belum melewati ambang atas (3.5V), maka output belum berubah status.

Hasil akkhir, output tetap LOW (Logika 0), karena input belum melampaui batas pemicu atas VTH.

6. Problem [Kembali]

Isi problem pengamatan ditulis di sini.

7. Pilihan Ganda [Kembali]

1. Pada konfigurasi dasar komparator LM311, jika tegangan pada pin Non-Inverting (Vin+) lebih besar daripada tegangan pada pin Inverting (Vin-), maka kondisi output yang paling tepat adalah...
A. Output akan terhubung ke Ground (VEE)
B. Output akan bernilai 0V secara otomatis
C. Output akan berada pada kondisi High Impedance (mengikuti tegangan pull-up)
D. Output akan menghasilkan tegangan konstan 1V
E. Output akan berosilasi secara terus-menerus

Jawaban : C. Output akan berada pada kondisi High Impedance (mengikuti tegangan pull-up)

2. IC LM311 memiliki konfigurasi output tipe Open-Collector. Komponen tambahan apakah yang wajib dipasang pada terminal output agar dapat menghasilkan tegangan logika HIGH?
A. Kapasitor elektrolit ke Ground
B. Resistor Pull-Up ke sumber tegangan (VCC)
C. Dioda Zener secara seri
D. Induktor sebagai filter
E. Resistor pembagi tegangan ke pin Inverting

Jawaban : B. Resistor Pull-Up ke sumber tegangan (VCC)

3. Sebuah rangkaian komparator LM311 menggunakan tegangan referensi 2.0V pada pin 3 (Vin-). Jika diberikan tegangan input sebesar 1.5V pada pin 2 (Vin+) dan resistor pull-up dihubungkan ke +5V, maka besar tegangan output (Vout) adalah...

A. 5.0V
B. 2.0V
C. 1.5V
D. Mendekati 0V
E. -5.0V

Jawaban : D. Mendekati 0V

8. Percobaan [Kembali]

Fig. 13.5