Pembanding (Comparator)

Agus Riyanto, ST.MT.

Materi Pendahuluan Detektor penyilang nol Detektor Level Tegangan Efek Gangguan pada Rangkaian Pembanding Umpan balik positif Detektor penyilang nol dengan hysteresis Detektor bias tegangan dengan hysteresis Output Bounding Window Comparator Aplikasi Rangkaian Pembanding

Pendahuluan

Pembanding adalah membandingkan tegangan isyarat pada satu masukan dengan suatu tegangan acuan pada masukan lainnya.

Kekurangan pembanding menggunakan op-amp serbaguna: tidak berubah sangat cepat batas tegangan keluarannya, +Vsat dan –Vsat, sekitar

13V

Kebutuhan pembanding tegangan keluarannya kompatibel dengan TTL, yaitu antara 0 dan +5V

Detektor penyilang nol

Detektor penyilang nol ..... Cont.

Pada dasarnya sebuah detektor penyilang nol adalah sebuah pembanding.

Sebagai contoh, jika op-amp yang digunakan pada rangkaian tsb memiliki Aol = 200.000, maka sinyal sinus yang dimasukkan ke input non inverting, akan menghasilkan tegangan keluaran berupa gelombang segiempat dengan amplitudo +Vsat dan –Vsat.

Pada saat gelombang sinus bernilai negatif, maka outputnya adalah level tegangan negatif maksimum.

Jika gelombang sinus melewati level 0, maka output akan berubah menjadi level output maksimum.

Detektor Level Tegangan

Detektor Level Tegangan ..... Cont.

Detektor melintas nol dapat dimodifikasi menjadi sebuah detektor tegangan positif atau negatif dengan menghubungkan sebuah tegangan referensi tetap pada input invertingnya.

Rangkaian yang pertama pada gambar tsb memiliki tegangan referensi :

Rangkaian berikutnya menggunakan zener sebagai tegangan referensi tetap (Vz).

Contoh : Sinyal input pada gambar di bawah ini diberikan kepada rangk. pembanding disebelahnya. Buatlah gambar sinyal output yang dihasilkan. Asumsikan level tegangan output maksimum ± 12 Volt.

Detektor Level Tegangan ..... Cont.

Solusi untuk contoh soal 1 :

Efek gangguan pada rangkaian pembanding

Jika tak ada gangguan, rangkaian bekerja sebagai detektor penyilang nol pembalik.

Umpan Balik Positif

Untuk membuat rangkaian pembanding lebih tahan terhadap noise, maka digunakan teknik umpan balik positif yang disebut sebagai hysteresis.

Pada dasarnya hysteresis adalah adanya level referensi yang lebih tinggi pada saat tegangan input berubah dari rendah ke tinggi dari pada saat tegangan input berubah dari tinggi ke rendah.

Dua tegangan referensi ini dinamakan sebagai UTP (Upper Trigger Point) dan LTP (Lower Trigger Point).

Pembanding dengan hysteresis sering disebut sebagai Schmitt Trigger.

Umpan balik positif ..... Cont.

Bila Vo = +Vsat, tegangan umpan baliknya disebut tegangan ambang atas (VUT)

)(21

2satUT V

RR

RV

Bila Vo = -Vsat, tegangan umpan baliknya disebut tegangan ambang bawah (VLT)

)(21

2satLT V

RR

RV

Contoh 2 : Tentukan nilai UTP dan LTP dari rangkaian pembanding di bawah ini, jika tegangan output maks. ± 5 Volt.

Umpan balik positif ..... Cont.

Detektor penyilang-nol dengan hysterisis

Detektor bias-tegangan dengan hysterisis

LTUTH VVV

2LTUT

ctr

VVV

Detektor bias tegangan tak-membalik dengan hysterisis

n

V

nVV satrefUT

11

n

V

nVV satrefLT

11

n

VVV satsatH

)()(

nVV refctr

11

Detektor bias tegangan tak-membalik dengan hysterisis

Detektor bias tegangan pembalik dengan hysterisis

1)(

1

n

VV

n

nV sat

refUT

Output Bounding Pada beberapa aplikasi diperlukan pembatasan tegangan

output pembanding yang lebih kecil daripada tegangan saturasinya.

Dalam hal ini sebuah dioda zener dapat digunakan untuk membatasi output tegangan pada tegangan zener pada satu arah dan tegangan drop dioda pada arah lainnya.

Proses pembatasan range tegangan output pembanding seperti ini dinamakan sebagai Bounding.

Karena anoda zener dihubungkan dengan input inverting (virtual ground), maka pada saat tegangan output mencapai nilai yang sama dengan teg. Zener maka teg. Keluaran sama dengan te. Zener. Dan pada saat teg input negatif, zener berlaku seperti dioda biasa sehingga output sama dengan 0,7 Volt.

Output Bounding ..... Cont.

Dua buah zener yang diposisikan seperti pada gambar di bawah ini, akan membatasi output tegangan pada tegangan zener ditambah dengan tegangan drop dioda pada arah maju.

Contoh 3 : Tentukan bentuk gelombang tegangan keluaran

yang dihasilkan rangkaian di bawah ini !

Gambar bentuk gelombang keluaran yang dihasilkan

Window Comparator

Dua buah pembanding yang disusun seperti pada gambar sebelumnya disebut sebagai pembanding jendela (window comparator).

Rangkaian ini mendeteksi nilai tegangan input diantara dua batas tegangan yaitu batas atas dan batas bawah.

Batas atas dan batas bawah tegangan input ditentukan oleh tegangan referensi yang disimbolkan dengan VU dan VL yang dapat diberikan oleh rangkaian pembagi tegangan, dioda zener atau sumber tegangan lainnya.

Selama tegangan input berada diantara jendela (lebih kecil dari VU dan lebih besar dari VL), output setiap pembanding berada pada saturasi rendah.

Kemudian pada saat tegangan input lebih tinggi dari VU atau lebih rendah dari VL, output pembanding menjadi saturasi tinggi, sehingga secara keseluruhan menghasilkan output tinggi.

Window Comparator ..... Cont.

Dengan demikian kerja pembanding jendela dapat digambarkan dalam bentuk gelombang seperti di bawah ini

Aplikasi Rangkaian Pembanding

1. Rangkaian sensor temperatur

2. A/D Converter

TERIMA KASIH Sesungguhnya sesudah kesulitan ada

kemudahan