CHAPTER 12 & 13

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

6. Problem

CHAPTER 13

Comparator Unit Operation

FIG. 13.42 & 13.43

1. Pendahuluan (kembali)

Dalam elektronika analog, terutama saat mempelajari unit operation pada op-amp (operational amplifier), salah satu operasi dasar yang sangat penting adalah komparator. Komparator adalah sebuah rangkaian yang berfungsi untuk membandingkan dua tegangan input dan memberikan output logika berdasarkan perbandingan tersebut.
Secara umum, komparator bekerja dengan mengambil dua sinyal input: satu pada terminal non-inverting (+) dan satu pada terminal inverting (–). Output dari komparator tidak bersifat linier seperti amplifier biasa, melainkan berupa tegangan maksimum atau minimum (misalnya mendekati +Vcc atau –Vcc) tergantung mana dari dua input yang lebih besar.
Komparator merupakan bentuk aplikasi open-loop operation dari op-amp, yaitu tanpa umpan balik (feedback). Karena tidak ada feedback, penguatan (gain) dari op-amp sangat besar, sehingga perbedaan kecil antara dua input sudah cukup untuk mengubah output secara drastis.
Penggunaan komparator sangat luas, mulai dari rangkaian pemicu (trigger), deteksi ambang tegangan (threshold detector), hingga konversi analog-ke-digital dan sistem kendali otomatis.

Fungsi Comparator

Membandingkan dua sinyal tegangan : Komparator digunakan untuk menentukan apakah suatu sinyal input lebih tinggi atau lebih rendah dari referensi (threshold).
Menghasilkan sinyal digital dari input analog : Komparator mengubah sinyal analog menjadi output logika (HIGH atau LOW), sehingga sering digunakan dalam antarmuka antara sistem analog dan digital.
Pemicu otomatis (trigger) : Komparator sering digunakan untuk membuat Schmitt Trigger yang memperkuat stabilitas deteksi level tegangan (dengan histeresis).
Deteksi tegangan ambang (threshold detector) : Digunakan untuk menyalakan atau mematikan perangkat saat suatu tegangan melewati nilai tertentu (misalnya dalam rangkaian proteksi baterai).
Pengatur saklar elektronik :Digunakan dalam switching power supply, pengendali motor, dan rangkaian logika analog.
Sensor interface : Menghubungkan sinyal dari sensor analog ke mikrokontroler digital (misalnya deteksi suhu, cahaya, kelembaban).

2. Tujuan (kembali)

Memahami prinsip kerja komparator sebagai salah satu operasi dasar op-amp dalam mode open-loop (tanpa umpan balik), yang digunakan untuk membandingkan dua nilai tegangan.
Mampu menjelaskan perbedaan antara penguat (amplifier) dan komparator, khususnya dalam konteks karakteristik output dan cara kerja.
Menganalisis dan merancang rangkaian komparator sederhana, baik dengan tegangan referensi tetap (fixed reference) maupun yang dapat disesuaikan.
Mengetahui bagaimana komparator digunakan dalam sistem digital dan otomatisasi, seperti pendeteksi batas, sistem pengaman, dan kontrol logika.
Melatih keterampilan dalam membaca dan merangkai skema rangkaian komparator pada breadboard atau menggunakan software simulasi seperti Proteus, Multisim, atau LTspice.
Menjelaskan fungsi dan manfaat komparator dalam kehidupan sehari-hari, seperti dalam alat pendeteksi suhu, sensor cahaya, atau alarm tegangan rendah.
Mengembangkan pemahaman terhadap antarmuka analog-digital, karena komparator merupakan elemen penting dalam konversi sinyal analog ke bentuk logika digital.

3. Alat dan Bahan (kembali)

Alat:

Oscilloscope

Oscilloscope digunakan untuk menampilkan dan menganalisis bentuk gelombang sinyal listrik secara visual, sehingga memudahkan pengamatan perubahan tegangan terhadap waktu dalam suatu rangkaian elektronik.

2. Function Generator

Function generator digunakan untuk menghasilkan sinyal listrik dengan bentuk gelombang tertentu (seperti sinus, segitiga, atau persegi) dan frekuensi yang dapat diatur, yang digunakan sebagai sumber masukan dalam pengujian dan analisis rangkaian elektronik.

3. Multimeter

Multimeter digunakan untuk mengukur berbagai besaran listrik seperti tegangan, arus, dan resistansi dalam rangkaian elektronik, serta membantu mendeteksi gangguan atau kesalahan komponen.

Bahan:

1. IC Op-Amp 741

Op-Amp di Proteus

Op-Amp

Op-Amp (Operational Amplifier) adalah penguat tegangan (voltage amplifier) yang memiliki penguatan sangat tinggi, digunakan untuk memperkuat sinyal analog, melakukan operasi matematika (seperti penjumlahan, pengurangan, integrasi, dan diferensiasi), serta sebagai komponen inti dalam berbagai rangkaian elektronik analog. Op-amp biasanya dikemas dalam bentuk IC (Integrated Circuit) seperti IC 741, dan memiliki dua input (inverting dan non-inverting) serta satu output.

2. Resistor

Resistor di proteus

Resistor adalah komponen elektronik pasif yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran arus listrik dalam suatu rangkaian. Hambatan yang diberikan oleh resistor dinyatakan dalam satuan ohm (Ω).

3. Ground

ground adalah titik referensi tegangan yang dianggap memiliki potensial nol volt. Ground berfungsi sebagai jalur kembali arus listrik dan sebagai acuan untuk semua tegangan lain dalam sistem. Ground sangat penting untuk memastikan kestabilan kerja rangkaian, mencegah gangguan sinyal (noise), serta melindungi komponen dari kerusakan akibat lonjakan tegangan.

4. Dasar Teori (kembali)

Operasi Komparator

Komparator adalah suatu rangkaian elektronik yang berfungsi untuk membandingkan dua tegangan dan menghasilkan output logika berdasarkan hasil perbandingan tersebut. Rangkaian ini umumnya menggunakan op-amp (operational amplifier) yang dikonfigurasi secara terbuka (open-loop). Pada dasarnya, jika tegangan pada terminal non-inverting (+) lebih besar daripada tegangan pada terminal inverting (−), maka output komparator akan berada pada kondisi tegangan positif maksimum (Vsat). Sebaliknya, jika tegangan pada terminal non-inverting (+) lebih kecil daripada terminal inverting (−), maka output akan berada pada tegangan minimum, yaitu mendekati nol atau tegangan negatif maksimum, tergantung pada konfigurasi catu dayanya.

Dalam praktiknya, komparator dapat digunakan untuk mendeteksi level tegangan tertentu atau sebagai pemicu pada sistem digital. Sebagai contoh, ketika sinyal sinusoidal diberikan pada terminal non-inverting dari op-amp 741 dan terminal inverting dihubungkan ke ground, maka output akan beralih antara tegangan jenuh positif (+5V) dan nol volt (0V) sesuai dengan naik-turunnya tegangan input terhadap nol. Fenomena ini ditampilkan pada gambar 13.35 sebagai skematik dasar, dan hasil keluaran dari komparator tersebut divisualisasikan melalui simulasi pada gambar 13.36, yang menunjukkan transisi tajam pada titik nol crossing dari sinyal input sinusoidal.

IC 555 Sebagai Osilator (Mode Astable)

Dalam mode astable, IC 555 berfungsi sebagai osilator yang menghasilkan gelombang pulsa secara berulang tanpa memerlukan sinyal pemicu eksternal. Output dari rangkaian akan terus berosilasi antara level logika tinggi (HIGH) dan rendah (LOW) karena proses pengisian dan pengosongan kapasitor yang berlangsung terus-menerus.

Cara Kerja:

>Saat rangkaian mulai bekerja, kapasitor C mulai terisi melalui dua resistor R1dan R2.

>Ketika tegangan pada kapasitor mencapai 2/3 Vcc, komparator internal IC 555 mengubah output menjadi LOW dan transistor internal mulai membuang muatan kapasitor.

>Saat kapasitor turun hingga 1/3 Vcc , output kembali menjadi HIGH dan siklus berulang.

hasil simulasi dari output gelombang yang dihasilkan, baik dari sisi output maupun kapasitor, ditampilkan dalam gambar 13.38. Di situ terlihat bahwa output berosilasi antara 0 V dan +5 V, dengan pola yang konsisten sesuai dengan waktu pengisian dan pengosongan kapasitor. Rangkaian ini banyak digunakan dalam pembuatan sistem pewaktu, flip-flop, pembangkit gelombang pulsa, dan aplikasi lainnya yang memerlukan sinyal berulang.

OPERASI MONOSTABLE IC 555

Dalam mode monostable, IC 555 bekerja sebagai rangkaian pulsa satu tembakan (one-shot). Artinya, rangkaian hanya menghasilkan satu pulsa output ketika dipicu, lalu kembali ke kondisi semula dan tetap seperti itu sampai diberi pemicu berikutnya.

Prinsip Kerja:

>Pada keadaan awal (sebelum diberi trigger), output berada pada kondisi LOW (0V), dan kapasitor dalam keadaan tidak terisi.

>Ketika diberi sinyal pemicu (biasanya sinyal negatif atau LOW sejenak), IC 555 merespons dengan mengeluarkan pulsa HIGH pada output.

>Selama output HIGH, kapasitor mulai terisi melalui resistor R.

>Ketika tegangan pada kapasitor mencapai 2/3 Vcc, internal komparator pada IC 555 memicu perubahan output kembali ke kondisi LOW dan membuang muatan kapasitor.

>Rangkaian tidak akan menghasilkan pulsa lain sampai diberi pemicu lagi.

Karakteristik Mode Monostable:

>Hanya menghasilkan satu pulsa tiap kali dipicu.

>Sangat berguna untuk penundaan waktu, pemrosesan pulsa, dan deteksi sinyal sesaat.

>Output selalu dimulai dari LOW → HIGH → LOW.

>Durasi pulsa ditentukan sepenuhnya oleh nilai R dan C, tidak tergantung pada durasi sinyal pemicu.

Dalam simulasi yang ditampilkan pada gambar 13.39, rangkaian osilator 555 dibangun menggunakan Multisim, lalu hasil keluarannya diamati dengan alat virtual seperti osiloskop.

Multisim menampilkan dua gelombang penting secara bersamaan: gelombang eksponensial dari pengisian dan pengosongan kapasitor, dan gelombang persegi dari output osilator. Gambar 13.39(b) menunjukkan tampilan hasil dari osiloskop virtual yang menangkap perubahan tegangan pada kapasitor serta output digital. Dengan simulasi ini, konsep dasar waktu siklus, frekuensi, dan duty cycle dapat diamati dan dihitung secara praktis.

5. Prinsip Kerja [kembali]

1. Sebuah sinyal sinusoidal 100 mV diberikan ke input non-inverting op-amp seperti Gambar FIG. 13.40. Jika resistor