Percobaan Integrator Dengan Op Amp LM358

Set up rangkaian dengan breadboard, osiloskop GDS 1152A-U dan generator sinyal GwInstek AFG-2012

Percobaan Integrator Dengan Op Amp LM358

Pada tulisan ini disampaikan percobaan pembuatan integrator berbasis operational amplifier.

Parameter Sistem

  • tipe op amp: LM358
  • Tegangan power supply: tunggal, 3,2 volt dari sebuah modul ESP32 Lolin32 Lite
  • Pengukuran dengan osiloskop GW Instek 1152A-U
  • Sinyal dari pembangkit sinyal GW Instek AFG-2012

Berikut ini adalah rangkaian yang digunakan:

Rangkaian buffer dan integrator berbasis LM358
Rangkaian buffer dan integrator berbasis LM358

Power supply tunggal dengan tegangan adalah 3,2 volt, berasal dari sebuah modul ESP32 Lolin32 Lite. Sebagai referensi ground, digunakan pembagi tegangan resistor 2k2 dan 1k, menghasilkan tegangan 1,02 volt.

Operational amplifier menggunakan LM358. Pertimbangannya adalah op amp ini dapat bekerja dengan single supply, dengan tegangan supply dapat mencapai 3 volt. op-amp juga dapat menerima tegangan input yang sudah mendekati 0 volt. op-amp ini bukan jenis rail-to-rail, sehingga tetap akan terjadi clipping di output jika output mendekati tegangan supply.

Op-amp lain yang sering dipakai untuk aplikasi single supply tegangan rendah adalah LM324. LM324 memiliki kemampuan output sampai VCC – 1,5 volt. Jadi kalau diberi VCC 5 volt, output op-amp dapat mulai dari 0 volt sampai 3,5 volt.

Nilai resistor 100k dan kapasitor 10uF. Dari hasil pengukuran, nilai tepat dari resistor adalah 101,5 k dan kapasitor 9,1 uF. Tujuan pemilihan nilai ini adalah untuk mendapatkan parameter time-constant sekitar 1 detik.

Percobaan

Rangkaian dibuat dengan breadboard. Input dengan sinyal persegi dari generator sinyal GW Instek AFG-2012. Output diukur dengan osiloskop GW Instek GDS-1152A-U. Tegangan , nilai resistor dan nilai kapasitor diukur dengan osiloskop dan juga multimeter Kyoritsu KEW 1021R.

Kapasitor pada integrator menggunakan kapasitor non-polar, supaya tegangan pada kapasitor tersebut dapat bernilai positif dan negatif. Jika dipakai kapasitor polar seperti elektrolit, maka kapasitor hanya berfungsi pada 1 polaritas saja.

Set up rangkaian dengan breadboard, osiloskop GDS 1152A-U dan generator sinyal GwInstek AFG-2012
Set up rangkaian dengan breadboard, osiloskop dan generator sinyal

Berikut ini pengukuran sinyal input yang berasal dari sinyal generator.

Sinyal input dari generator sinyal
Sinyal input dari generator sinyal

Sinyal diukur di channel 1 (sinyal kotak di bawah warna kuning). Frekuensi 0,1 Hz. Amplitudo 2 Vpp. Tegangan terukur adalah 40 mV di bagian low, dan 2,160 di bagian HIGH.

Berikut ini sinyal output dari output integrator.

sinyal output integrator di atas, sinyal dari generator sinyal di bagian bawah. pengukuran besar sinyal output.
Sinyal output integrator

Sinyal diukur di channel 2 (sinyal atas warna biru).

Tegangan output integrator naik jika input LOW. Tegangan akan naik dengan kemiringan sesuai time constant, sampai mencapai saturasi. Tegangan maksimum output op amp adalah 1,84 volt, jadi ini adalah tegangan saturasi output op amp.

Jika input HIGH, output integrator akan turun dengan kemiringan sesuai time constant. Tegangan terendah pada output integrator adalah 40 mV.

Ketika input berubah dari HIGH ke LOW, output sejenak berubah menjadi negatif (diukur mencapai -0.6 volt). Tegangan negatif ini berasal dari tegangan yang tersimpan di kapasitor.

Rangkaian Clamp Dioda

Output integrator dapat negatif. Jika terlalu negatif dapat mengganggu/merusak komponen selanjutnya. Berikut ini hasil percobaan menambah diode clamp pada output integrator. Clamp pertama adalah rangkaian diode clamp konvensional.

tanpa clamp dan dengan clamp dioda 1N4148
Perbandingan tanpa clamp dan dengan clamp dioda 1N4148

Tanpa clamp, tegangan minimum adalah -680 mV

Dengan rangkaian clamp dioda 1N4148, tegangan minimum adalah 400 mV

 

Berikut ini rangkaian clamp dengan perubahan sedikit. Pada rangkaian clamp biasa, anoda disambungkan ke 0 volt. Pada rangkaian ini, anoda disambungkan ke tegangan 0,7 volt supaya tegangan output tidak dapat negatif.

Berikut ini hasil percobaan output integrator dengan diode clamp hasil modifikasi.

Dioda clamp dan resistor 1k
Dioda clamp dan resistor 1k

Dengan dioda clamp 1N4148 dan resistor 1k, maka tegangan minimum integrator adalah 120 mV

Dioda clamp dan resistor 10k
Dioda clamp dan resistor 10k

Dengan dioda clamp 1N4148 dan resistor 10k, maka tegangan minimum integrator adalah 0 mV

Dari percobaan didapat rangkaian clamp terbaik adalah dengan dioda 1N4148 dan resistor 10k.

Analisis

  • Tegangan supply 3,2 volt dari ESP32 dapat menjadi power supply untuk LM358.
  • Tegangan saturasi atas op-amp adalah 1,84 volt

Referensi

 

 

Tinggalkan Balasan

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.