fig 13.9, fig 13.10, fig 13.11 Linear-digital ICs

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

7. Soal Pilihan Ganda

8. Rangkaian Proteus

9. Video

10. Download File

Sub Chapter 13.2 Comparator Unit Operation

1. Pendahuluan [Kembali]

Salah satu inovasi penting dalam bidang ini adalah penggabungan fungsi analog dan digital dalam satu chip, yang dikenal sebagai Linear-Digital Integrated Circuits (ICs). Salah satu komponen utama dalam IC linear yang banyak digunakan dalam aplikasi campuran ini adalah operational amplifier (op-amp).

Op-amp merupakan blok bangunan fundamental dalam banyak sistem elektronik karena kemampuannya untuk memperkuat sinyal analog dengan presisi tinggi. Ketika op-amp diintegrasikan dalam lingkungan digital melalui teknologi Linear-Digital ICs, perangkat ini mampu berfungsi dalam sistem yang memerlukan konversi sinyal dari analog ke digital atau sebaliknya. Dengan demikian, op-amp dalam Linear-Digital ICs menjadi penghubung vital antara dunia analog dan digital.

Linear-Digital ICs yang melibatkan op-amp banyak dijumpai dalam aplikasi seperti pengkondisi sinyal sensor, konverter data (ADC/DAC), kontrol motor presisi, serta perangkat komunikasi dan medis. Kombinasi ini memungkinkan sistem untuk memproses sinyal fisik nyata (seperti tegangan, suhu, atau tekanan) dan mengubahnya menjadi data digital yang dapat dianalisis dan diproses oleh mikrokontroler atau prosesor.

2. Tujuan [Kembali]

1. Menjelaskan konsep dasar Linear-Digital ICs, terutama dalam konteks penggabungan fungsi analog dan digital dalam satu sistem terpadu.

2. Menganalisis peran dan karakteristik op-amp dalam Linear-Digital ICs sebagai elemen penguat sinyal analog yang berinteraksi dengan sistem digital.

3. Mengidentifikasi jenis-jenis aplikasi yang umum menggunakan op-amp dalam IC linear-digital, seperti penguat sinyal sensor, konversi data (ADC/DAC), dan sistem kontrol presisi.

4. Menyajikan contoh penerapan praktis dari Linear-Digital ICs berbasis op-amp dalam perangkat elektronik modern.

5. Mendorong pemahaman tentang pentingnya integrasi antara teknologi analog dan digital untuk menghasilkan sistem elektronik yang efisien, akurat, dan multifungsi.

3. Komponen [Kembali]

Alat

1. Power Supply

Power Supply yang digunakan adalah generator sinus. Power Supply Generator Sinus adalah jenis catu daya atau pembangkit sinyal yang menghasilkan tegangan keluaran berbentuk gelombang sinus murni (pure sine wave). Perangkat ini biasanya digunakan dalam pengujian elektronik, audio, komunikasi, inverter listrik, dan berbagai sistem di mana kualitas sinyal sangat penting.

Gambar Generator sinus

Gambar Generator sinus di proteus

2. Voltmeter

Voltmeter yang digunakan adalah Voltage Probe. Voltage Probe atau senter tegangan adalah alat ukur yang digunakan untuk mendeteksi, mengukur, atau memantau tegangan listrik dalam suatu titik rangkaian. Biasanya digunakan bersamaan dengan alat ukur seperti osiloskop, multimeter, atau alat deteksi listrik lainnya.

Gambar Voltage Probe

Gambar Voltage probe di proteus

3. Oscilloscope

Osiloskop adalah alat ukur elektronik yang digunakan untuk menampilkan dan menganalisis bentuk gelombang sinyal listrik dalam domain waktu (time domain). Osiloskop sangat penting dalam dunia elektronika karena bisa menunjukkan secara visual bagaimana sinyal berubah terhadap waktu.

Gambar Oscilloscope

Gambar Oscilloscope di proteus

Bahan

1. Komparator LM339

LM339 adalah sebuah IC komparator tegangan (voltage comparator) yang berisi empat buah komparator independen dalam satu kemasan. Komparator digunakan untuk membandingkan dua tegangan dan menghasilkan output digital (tinggi atau rendah) tergantung mana yang lebih besar.

2. Resistor

Resistor adalah komponen elektronik pasif yang digunakan untuk menghambat atau membatasi aliran arus listrik dalam suatu rangkaian. Resistor tidak menghasilkan energi, tetapi menyerap dan membuang energi listrik dalam bentuk panas.

Gambar Resistor di proteus

Gambar Resistor

3. Ground

Ground atau tanah adalah titik referensi nol tegangan dalam suatu sistem listrik atau elektronik. Ground digunakan sebagai acuan umum untuk semua tegangan dalam rangkaian dan juga sebagai jalur kembali arus listrik

4. Kabel

Kabel adalah media penghantar listrik yang terdiri dari satu atau lebih konduktor (biasanya tembaga atau aluminium) yang dilapisi oleh bahan isolator (seperti plastik PVC). Kabel digunakan untuk menyalurkan arus listrik atau sinyal dari satu titik ke titik lain

4. Dasar Teori [Kembali]

1. Sirkuit Terpadu (Integrated Circuit/IC)

Sirkuit terpadu (IC) adalah rangkaian elektronik miniatur yang terdiri dari komponen aktif (seperti transistor) dan pasif (seperti resistor dan kapasitor) yang diintegrasikan dalam satu chip semikonduktor. Berdasarkan fungsinya, IC dibedakan menjadi dua jenis utama, yaitu IC linear dan IC digital. IC linear bekerja dengan sinyal analog yang kontinu, sedangkan IC digital bekerja dengan sinyal diskret (biner).

2. Linear-Digital ICs

Linear-Digital ICs adalah jenis IC yang menggabungkan komponen analog dan digital dalam satu kemasan. Integrasi ini memungkinkan pemrosesan sinyal dari domain analog ke digital (dan sebaliknya), yang sangat penting dalam aplikasi seperti sistem pengukuran, kendali otomatis, dan komunikasi. Contoh umum dari IC jenis ini adalah ADC (Analog to Digital Converter), DAC (Digital to Analog Converter), dan sistem penguat sinyal berbasis op-amp yang dikontrol secara digital.

3. Operational Amplifier (Op-Amp)

Op-amp adalah salah satu komponen utama dalam IC linear. Op-amp ideal memiliki gain tak hingga, impedansi input sangat tinggi, dan impedansi output sangat rendah. Fungsinya sangat beragam, mulai dari penguat tegangan, filter aktif, komparator, hingga rangkaian integrator dan diferensiator. Dalam konteks IC linear-digital, op-amp sering digunakan untuk memperkuat sinyal analog sebelum dikonversi menjadi data digital.

4. Interaksi Op-Amp dengan Sistem Digital

Dalam Linear-Digital ICs, op-amp dapat dikombinasikan dengan elemen digital seperti multiplexer, register, atau mikrokontroler. Misalnya, sebuah sinyal analog dari sensor diproses oleh op-amp untuk penguatan, kemudian diteruskan ke ADC untuk dikonversi menjadi sinyal digital. Hasil digital tersebut selanjutnya diproses oleh sistem logika digital untuk pengambilan keputusan atau kendali sistem.

5. Penerapan Linear-Digital ICs Berbasis Op-Amp

Contoh penerapan praktis Linear-Digital ICs berbasis op-amp meliputi sistem pengukuran suhu digital, kontrol motor kecepatan variabel, sensor tekanan berbasis mikrokontroler, dan perangkat medis seperti elektrokardiograf (EKG). Dalam semua aplikasi ini, sinyal analog diperkuat dan diolah oleh op-amp sebelum atau sesudah proses konversi digital.

COMPARATOR INVERTING

a. Dengan Vref = +

Misalkan tegangan output Vo = +Vsat maka dapat dihitung tegangan ambang atas Vut

Gambar Rangkaian komparator inverting saat Vo=+Vsat

b. Saat Vo bernilai positif

Vsine akan mengeluarkan gelombang input yang kemudian diteruskan ke kaki inverting op-amp dan terus ke tegangan referensi yang bernilai positif. Jika Vi < VUT maka Vo bernilai + dan jika Vi ≥ VUT maka Vo bernilai –

OP-AMP

a. Detektor non inverting

Rangkaian detektor non inverting dengan tegangan input Vi berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi Vref > 0 Volt adalah seperti

Gambar Rangkaian detektor non inverting

Dengan menggunakan persamaan (1) maka Vi = V1 dan +Vref = V2 sehingga didapatkan bentuk gelombang tegangan output Vo

Gambar Gelombang tegangan output Vo

Dengan Vi > 0 maka Vo = +Vsat dan sebaliknya bila Vi < 0 maka Vo = -Vsat

Gambar Vi<0

b. Inverting Amplifier

Gambar Rangkaian inverting amplifier

c. Non inverting

Gambar Rangkaian non inverting

Memiliki rumus:

KOMPARATOR

Gambar Komparator

Memiliki rumus:

ADDER

Gambar Adder

Memiliki rumus:

Bentuk gelombang:

Resistor

Merupakan salah satu komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk membatasi arus yang mengalir pada suatu rangkaian dan berfungsi sebagai terminal antara dua komponen elektronika.Tegangan pada suatu resistor sebanding dengan arus yang melewatinya (V=IR).Cara menghitung nilai resistor dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Cara menghitung resistansi pada resistor:

Pita atau gelang ke-1 menunjukkan nilai atau angka pada digit pertama, begitu pula pada gelang ke dua. Masing-masing warna pada pita memiliki nilai yang berbeda

Pita ke-3 menunjukkan jumlah angka 0 di belakang digit ke 2 atau dikalikan dengan 10^n, yang dimana n merupakan nilai pada warna pita ke 3

Pita ke-4 menunjukkan nilai toleransi dari resistor

Contoh :

Pita ke-1 : Coklat = 1

Pita ke-2 : Hitam = 0

Pita ke-3 : Hijau = 5 nol di belakang angka pita ke-2, atau dikalikan 105

Pita ke-4 : Perak = Toleransi 10%

Maka nilai resistor tersebut adalah 10×105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%

5. Example [Kembali]

1. Tunjukkan koneksi LM 339 sebagai komparator inverting

Jawab:

2. Buatkan prinsip kerja LM339

Jawab: IC LM339 bekerja dengan cara membandingkan tegangan pada pin non-inverting (+) dan inverting (−)

Jika tegangan pada pin (−) lebih kecil dari pin (+), maka transistor internal tidak aktif, sehingga output “terbuka” dan ditarik oleh resistor pull-up ke logika HIGH (5V).
Jika tegangan pada pin (−) lebih besar dari pin (+), maka transistor aktif dan output ditarik ke GND, sehingga logika LOW (0V).

3. Tunjukkan koneksi LM 339 sebagai komparator non-inverting

Jawab:

6. Problem [Kembali]

1. Sebuah sistem pengendali level air menggunakan sensor tegangan linier yang memberikan output 0–5 V tergantung tinggi air. Sistem menggunakan komparator LM339 untuk menyalakan pompa saat level air di bawah 30% dan mematikannya saat mencapai 90%. Sensor dikalibrasi sedemikian sehingga:

0% air → 0 V
100% air → 5 V

Berapa tegangan referensi yang harus digunakan untuk mendeteksi level 30% dan 90%?

Tegangan referensi:

Jawab: 30% dari 5 V = 0.3 × 5 = 1.5 V

90% dari 5 V = 0.9 × 5 = 4.5 V

2. Sebuah sirkuit digunakan untuk memantau tegangan baterai 12V. Rangkaian komparator akan menyalakan LED merah jika tegangan turun di bawah 10.5V. Tegangan dibagi oleh pembagi tegangan menjadi 0–5V agar cocok dengan komparator LM339. Jika tegangan baterai 12V menjadi 10.5V, maka output sensor menjadi 4.375 V.

Jawab:

Jika tegangan referensi ditetapkan 4.375 V, apa yang terjadi saat tegangan baterai di bawah 10.5V?Saat Vin < Vref (misalnya 4.0 V < 4.375 V), maka output HIGH, transistor off.

3. Pada ruang penyimpanan bahan kimia, dipasang sensor suhu LM35 dan komparator LM393 (serupa LM339). Sensor menghasilkan 10 mV/°C. Suhu maksimal yang diizinkan adalah 70°C. Jika suhu melebihi batas, maka alarm aktif.

Berapa tegangan referensi yang dibutuhkan untuk mendeteksi suhu > 70°C?

Jawab: Tegangan = 70 × 10 mV = 0.7v

7. Soal Pilihan Ganda [Kembali]

. Fungsi utama dari rangkaian komparator adalah...

A. Menguatkan sinyal analog
B. Menyaring sinyal digital
C. Membandingkan dua tegangan dan menghasilkan output logika
D. Menyimpan data dalam memori analog

Jawaban: C
Pembahasan: Komparator digunakan untuk membandingkan dua tegangan input (Vin dan Vref), kemudian memberikan output logika HIGH atau LOW berdasarkan hasil perbandingan.

2. Jika sebuah komparator dikonfigurasi sebagai inverting comparator, maka output akan LOW ketika...

A. Vin lebih kecil dari Vref
B. Vin lebih besar dari Vref
C. Vin sama dengan Vref
D. Tidak ada hubungan antara Vin dan Vref

Jawaban: B
Pembahasan:
Pada inverting comparator, Vin masuk ke input (−), Vref ke (+).
Jika Vin > Vref, maka output akan menjadi LOW (karena transistor internal aktif dan menarik output ke GND).

3. Output dari IC komparator LM339 adalah tipe open-collector, artinya...

A. Output memiliki tegangan tetap 5V
B. Output membutuhkan input clock untuk aktif
C. Output hanya bisa menarik arus ke GND dan perlu resistor pull-up
D. Output tidak memerlukan resistor apa pun

Jawaban: C
Pembahasan:
Output open-collector tidak dapat menghasilkan logika HIGH sendiri. Diperlukan resistor pull-up untuk menarik output ke VCC saat transistor internal OFF.

8. Rangkaian Proteus [Kembali]

RANGKAIAN 13.9