Kasus Pada Rangkaian Op-Amp
Diberikan dua kasus rangkaian dengan menggunakan Op-Amp dibawah ini:
1. Generator Gelombang Kotak (lihat gambar 6.110):
Op-Amp dapat digunakan sebagai pembangkit gelombang kotak karena memiliki nilai penguatan lingkar terbuka yang sangat tinggi dan tersedianya masukan beda (diffrerential inputs). Bila suatu catu daya digunakan pada rangkaian, dan kapasitor C belum mengalami pengisian, maka keluaran Op-Amp akan bersaturasi pada kondisi saturasi level positifnya(Vsat+). Sebagian dari tegangan keluaran ini akan diumpan kembali kemasukan non-inverting melalui R2 dan R1. Tegangan pada masukan noninverting akan menjadi:
Selama tegangan pada terminal inverting lebih kecil dari V+. Maka keluarannya akan tetap pada level saturasi positif. Akan tetapi, pengisian C melalui R akan menyebabkan kenaikan tegangan pada terminal inverting. bila tegangan tersebut menjadi lebih besar dari level tegangan pada terminal non-inverting, keluaran Op-Amp akan berubah menjadi tegangan saturasi negatif (Vsat -). Tegangan pada terminal non-inverting sekarang polaritasnya berlawanan dan menjadi:
Gambar 6.110: Generator Gelombang Kotak
Sekarang terjadi pengosongan kapasitor melalui R, hingga tegangannya turun menuju Vsat-. Pada saat tegangan kapasitor pada terminal non-inverting sama dengan tegangan pada terminal inverting, maka keluaran Op-Amp akan kembali ke level positif lagi. Hal ini akan terjadi berulang-ulang sehingga rangkaian ini akan menghasilkan gelombang kotak. RC akan menentukan frekuensi gelombang yang dihasilkan, sedangkan R1 dan R2 akan menentukan titik pensaklaran (dari Vsat+ ke Vsat- atau sebaliknya). Perubahan SW1 dan RV1 menentukan besarnya frekuensi selain dari R1 dan R2, dirumuskan sebagai berikut:
Dari hasil perhitungan dan uji coba rangkaian akan didapat frekuensifrekuensi sebagai berikut (kondisi RV1 minimum dan maksimum):
Sedangkan RV2 digunakan untuk merubah mark-to-space ratio (perbandingan besarnya pulsa positip dan periode pulsa) atau dalam digital dikenal dengan duty-cycle.
Kasus dari rangkaian diatas adalah:
- Tak terjadi osilasi pada outputnya, hanya ada tegangan saturasi positip = 8 Volt. Jawabannya: Rangkaian tak berosilasi karena R atau C nya terbuka, dan karena kondisinya saturasi + maka kaki 3 IC mendapat input besar terus, jadi ada yang terbuka Kaki RV1 menuju R1nya.
- Tak terjadi osilasi pada outputnya, hanya ada tegangan saturasi negatif = - 8Volt. Jawabannya: Sama dengan kasus pertama hanya yang terbuka sekarang Kaki tengah dari RV1, sehingga kaki 3 IC tak mendapat input sedikitpun, maka outputnya pasti negatif.
- Perubahan RV2 menyebabkan terjadinya perubahan frerkuensi yang besar dalam setiap selang, tetapi hanya terjadi perubahan yang kecil pada mark-to-space ratio. Jawabannya: RV2 seharusnya tak mempengaruhi perubahan frekuensi saat normalnya, dan kerja RV2 ini dibantu oleh D1/D2 serta R3 dan R4 saat mengisi dan mengosongka kapasitor. Karena masih berfungsi walaupun fungsinya berubah, tapi rangkaian tak ada yang terbuka. Jadi pasti ada yang hubung singkat, dan tentunya pastilah D3 atau D4 yang hubung singkat.
- Bila R2 berubah berharga besar, maka frekuensi-frekuensi akan tetap berharga besar pada setiap selang.
2. Function Generator Frekuensi Rendah:
Generator fungsi merupakan osilator yang meghasilkan secara bersamaan gelombang segitiga, kotak dan sinus (lihat gambar 6.111). Rangkaian ini menggunakan dua Op-Amp, yang menghasilkan output frekuensi rendah. IC1 dihubungkan dengan C1 sebagai integrator, dan IC1 sebagai rangkaian komparator. Jika output IC2 positif menuju output level positif saturasi. Bagian level positif akan muncul pada titik pengukuran 2 (TP2) karena merupakan pembagi tegangan yang dibangun R4 dan R5. Jika R5 bernilai 1K8 maka level pada TP2 berkisar +700mV. Karena input non-inverting IC1 dihubungkan ke ground, input inverting seharusnya juga mendekati ground. Oleh karena itu, C1 akan diisi melalui R1 dengan arus sekitar 10 ?A. output IC1 menjadi negatif seiring C1 diisi dan karena arus mengisi melalui R1 hampir konstan, nilai perubahan output IC1 adalah linear.
Gambar 6.111: Fuction Generator Frekuensi Rendah
Ketika tegangan dititik pengukuran 1 (TP1), output IC1 melebihi level yang cukup mengakibatkan pin3 IC2 menjadi dibawah nol, output IC2 akan menjadi negatif. Perhatikan bahwa IC2 mempunyai umpanbalik positif melalui R3, sehingga ketika pin 3 lebih positif daripada pin 2 maka output akan positif, tetapi ketika pin 3 lebih negatif dari pin 2 maka output akan negatif.
Karena penguatan Op-Amp 100.000 aksi perubahan menjadi sangat cepat. Level pada titik pengukuran 1 (TP1) yang memberi trigger pada komparator IC2 ditentukan oleh R3 dan R2. Karena output IC2 tegangan saturasi positif sekitar +4V, ketika TP1 sekitar --2V pin 3 akan menjadi dibawah nol dan output IC2 akan berubah negatif.
Dengan output IC2 pada --4V, TP2 juga berubah negatif menjadi-700mV. Pengisian arus untuk C1 sekarang berbalik dan TP1 menjadi positif. Ketika level pada TP1 mencapai sekitar +2V, komparator berubah lagi dan prosesnya berulang. Waktu untuk C1 untuk mengisi dari--2V menjadi +2V adalah waktu untuk setengah gelombang osilator. Untuk mendapatkan harga pendekatan pada waktu tersebut, dapat digunakan rumus:
Jika kapasitor diisi dengan arus konstan
Dengan C = 1uF, I = 10uA dan dV = perubahan tegangan yang terjadi pada kapasitor = 4 Volt.
Frekuensi sebenarnya dari operasi tergantung pada beberapa faktor seperti tegangan saturasi IC2, toleransi C1 dan toleransi resistor. Dengan membuat R5 preset frekuensi dapat diatur menjadi 1Hz.
Output segitiga diubah menjadi gelombang sinus dengan dioda D1, D2, D3, D4. R6 dan R7 berfungsi sebagai pembagi tegangan yang dapat mengakibatkan output melalui R7 menjadi 3 Vpp. Bagaimanapun juga dioda konduksi ketika bias maju dengan 500mV dan menghasilkan gelombang sinus dengan amplitudo 2Vpp. Ini merupakan pengubah segitiga ke sinus dan menghasilkan distorsi yang agak tinggi. R5 dapat diatur untuk mendapatkan hasil yang optimal.
Kasus rangkaian di atas adalah:
- Frekuensi dari rangkaian akan menuju tinggi kira-kira 66,5 Hz dan frekuensi tak dapat di atur. Jawabannya: Yang mengatur frekuensi adalah R5, jadi kalau sampai frekuensi tak dapat di atur olehnya maka tentunya R5 terbuka kaki tengahnya, sehingga frekuensi masih ada.
- Terjadi distorsi pada gelombang sinus positipnya, sedangkan gelombang yang lainnya normal. Jawabannya: gelombang sinus terjadi karena adanya dioda-dioda dan R6 serta R7. Karena hasilnya cacad bagian positipnya berarti pembagi tegangan ada yang tak beres, yaitu R7 nya terbuka.
- Terjadi gelombang seperti digambarkan di bawah ini pada output sinusnya, output yang lain tak masalah. Jawabannya: yang menyebabkan gelombang sinus bagian positipnya rusak pastilah dioda yang anodanya mengarah ke yang lebih positip, jadi pastilah D3 atau D4 terbuka.
Jika D1 terhubung singkat , maka output gelombang sinusakan distorsi, dan gelombangnya mendekati ½ gelombang positip saja.
