Rangkaian Pembanding menggunakan IC 741, IC 311, IC 339

Coba Instrumen Kami Untuk Menghilangkan Masalah





Fungsi dasar rangkaian komparator untuk membandingkan dua level tegangan pada pin inputnya dan menghasilkan output untuk menunjukkan tegangan input mana yang memiliki potensi lebih tinggi daripada yang lain.

Pada artikel ini kita akan mempelajari cara mendesain rangkaian komparator dengan benar menggunakan IC populer seperti IC 741, IC 311 dan IC LM339.



Perbedaan Antara Pembanding dan Op Amp

IC 741 adalah contoh ideal dari op amp tunggal, dan IC LM311 dapat dianggap sebagai contoh yang baik dari komparator tunggal khusus.

Anda akan menemukan kedua unit ini memiliki simbol perangkat berbentuk 'segitiga' yang identik secara internal, yang biasanya kita kenali dan gunakan untuk menggambar rangkaian komparator. Namun, respon keluaran dari kedua bentuk pembanding ini mungkin memiliki beberapa perbedaan utama.



Meskipun op amp dan komparator keduanya dapat dikonfigurasi untuk membandingkan sinyal diferensial pada pin inputnya, perbedaan utama antara kedua pasangan tersebut adalah:

  • Dalam kondisi bertenaga, output dari sebuah op amp akan menjadi positif atau negatif, tergantung pada level tegangan pin input, tetapi tidak akan pernah bisa terbuka. Sebaliknya, keluaran komparator dapat berupa terbuka atau diarde (negatif), atau mengambang.
  • Output op amp dapat bekerja tanpa resistor pull-up atau pull down, tetapi komparator akan selalu membutuhkan resistor pull-up atau pull down eksternal untuk memungkinkan tingkat output bekerja secara normal.
  • Op amp dapat digunakan untuk membangun rangkaian penguat gain tinggi, komparator tidak dapat digunakan untuk aplikasi semacam itu.
  • Respon perpindahan keluaran dari sebuah op amp biasanya lebih lambat dibandingkan dengan IC komparator.

Desain rangkaian komparator klasik dapat dilihat pada gambar berikut:

Di sini, output merespons dengan sinyal digital 'tinggi', setiap kali tegangan pada input non-pembalik (+) lebih tinggi daripada input pembalik (-). Sebaliknya, output menjadi sinyal digital rendah, setiap kali tegangan input noninverting lebih rendah dari tegangan input pembalik.


Mengacu pada gambar di atas, kita dapat melihat koneksi standar rangkaian komparator yang memiliki satu input (input pembalik dalam contoh ini) yang dikonfigurasi dengan tegangan referensi, dan pin input lainnya yang merupakan input noninverting yang terhubung ke tegangan sinyal input .

Selama Vin ditahan pada tegangan yang lebih rendah dari tegangan referensi +2 V, output tetap rendah sekitar -10 V.Jika Vin dinaikkan tepat di atas +2 V, output langsung berubah status, dan berubah tinggi menjadi sekitar + 10 V.Perubahan status pada keluaran dari -10 V ke +10 V menunjukkan bahwa Vin menjadi lebih tinggi daripada referensi +2 V.

Komponen utama di dalam komparator adalah rangkaian op amp, yang diatur pada penguatan tegangan sangat tinggi. Untuk mempelajari kerja komparator secara akurat kita dapat mengambil contoh IC 741, seperti gambar dibawah ini:

Bentuk gelombang komparator keluaran IC 741

Di sini kita bisa melihat input pembalik pin2 (-) direferensikan ke ground, atau level 0 V. Sinyal sinusoidal diterapkan pada pin3 yang merupakan input noninverting dari op amp. Sinyal sinusoidal yang berubah-ubah secara bergantian ini menyebabkan output beralih antara status output tinggi dan rendah, seperti yang ditunjukkan di sisi kanan gambar.

Ketika input Vin bergerak bahkan satu milivolt di atas referensi 0 V, perbedaannya diperkuat oleh op amp gain tinggi internal IC, menyebabkan output menjadi tinggi pada tingkat saturasi positif output. Kondisi ini dipertahankan selama sinyal Vin berada di atas referensi 0 V.

Sekarang, segera setelah level sinyal turun di bawah referensi 0 V, output didorong ke level saturasi yang lebih rendah. Sekali lagi, kondisi ini dipertahankan selama sinyal input Vin tetap di bawah level referensi 0 V.

Penjelasan di atas dan bentuk gelombang yang disajikan pada gambar dengan jelas menunjukkan respons digital dari output untuk sinyal input yang bervariasi secara linier.

Untuk aplikasi normal, tingkat referensi tidak harus 0 V, melainkan dapat berupa tingkat positif apa pun sesuai kebutuhan. Dan, jika diperlukan, referensi juga dapat dihubungkan ke jalur suplai positif atau negatif, sedangkan sinyal input diterapkan pada pin input lainnya.

Menggunakan IC 741 sebagai Pembanding

Dalam contoh berikut kita akan belajar bagaimana cara efektif gunakan op amp sebagai pembanding

Komparator IC 741 untuk mengoperasikan LED

Pada gambar kita dapat melihat rangkaian op amp bekerja dengan set referensi positif pada pin masukan pembalik (-). Outputnya terpasang dengan LED.

Dengan menggunakan rumus jaringan pembagi tegangan, kita dapat menghitung nilai tegangan referensi pada pin input (-) IC.

Vref = 10 k / 10 k + 10 k x +12 V = +6 V.

Karena referensi ini dikaitkan dengan pin (-) IC, jika tegangan Vin pada input (+) lebih tinggi dari referensi ini atau menjadi lebih positif daripada referensi, akan memaksa output Vo untuk beralih ke tingkat saturasi positifnya.

Ini akan menyebabkan LED menyala, yang menunjukkan bahwa Vin menjadi lebih positif daripada tingkat referensi +6 V.

Sebaliknya jika input noninverting (+) dikonfigurasi sebagai pin referensi dan Vin diterapkan ke pin input pembalik (-), output akan turun segera setelah input Vin berada di bawah nilai referensi, dan sebaliknya.

Ini akan langsung menyebabkan LED mati.

Oleh karena itu, LED dapat dibuat menjadi ON atau OFF untuk sinyal input tertentu, dengan memasang kabel yang tepat pada pin input dengan level referensi dan sinyal input.

Menggunakan Unit IC Pembanding Khusus

Biasanya op amp bekerja dengan baik sebagai rangkaian komparator, tetapi menggunakan IC komparator khusus bekerja lebih baik daripada op amp untuk aplikasi komparator.

IC komparator secara khusus dirancang untuk fungsi komparator dan menunjukkan respon yang lebih baik seperti perpindahan yang lebih cepat pada output antara level positif dan negatif.

IC ini memiliki kekebalan yang lebih tinggi terhadap kebisingan, dan pada banyak kesempatan, keluarannya dapat langsung digunakan untuk menggerakkan beban.

Mari belajar tentang beberapa IC komparator populer secara detail, dari pembahasan berikut.

Rangkaian Pembanding menggunakan IC 311

Skema yang disederhanakan LM311 Rincian pinout komparator IC 311

Gambar di atas menunjukkan tata letak internal dan detail pinout dari IC komparator 311. IC ini dirancang untuk beroperasi dari catu daya ganda juga, dalam kisaran +15 V dan -15 V, yang merupakan level standar yang kompatibel untuk semua IC digital modern.

Tahap keluaran di dalam IC memiliki transistor bipolar, memiliki kolektor mengambang dan terminal emitor. Artinya output dari transistor ini dapat dikonfigurasi dapat dikonfigurasi dengan dua cara berbeda:

  1. Dengan menambahkan resistor pull-up dengan collector pin7 dan grounding emitter pin1, dan selanjutnya menggunakan collector sebagai output.
  2. Dengan menggabungkan kolektor dengan garis positif dan menggunakan emitor sebagai output.

Output transistor juga dapat digunakan untuk menggerakkan relai atau beban kecil seperti lampu secara langsung tanpa tahap penyangga eksternal.

IC juga dilengkapi dengan keseimbangan dan input strobo yang dapat diberi gerbang dengan output.

Kami akan membahas beberapa aplikasi berguna dari IC ini di bagian berikut:

Tata letak internal LM311 dengan keluaran dihubungkan dengan resistor pull up

Gambar di atas menunjukkan bagaimana IC 311 dapat dikonfigurasi seperti a detektor nol persimpangan komparator untuk merasakan tegangan input, setiap kali melewati garis nol.

Input pembalik (-) dari 311 dapat dilihat bergabung dengan tanah. Selama periode sinyal input berada pada level positif, transistor output tetap ON, yang menciptakan rendah (-10 dalam contoh ini) pada output (transistor kolektor).

Segera setelah sinyal input menjadi negatif atau di bawah 0 V, transistor MATI. Ini menciptakan + 10V positif pada output kolektor IC. Ini memungkinkan kita mengetahui kapan sinyal input berada di atas level nol dan ketika turun di bawah level nol.

Gambar selanjutnya di bawah ini menunjukkan bagaimana komparator IC 311 dapat digunakan untuk membuat rangkaian strobed.

Dalam contoh rangkaian komparator ini, output pin7 akan berubah menjadi tinggi ketika level tegangan pin3 naik di atas referensi pin2. Tetapi ini hanya dapat terjadi ketika pin6 masukan strobo rendah atau pada 0 V.

LM311 sebagai rangkaian komparator strobo

Ketika strobo TTL tinggi diterapkan di dasar transistor, pin6 menjadi rendah, menyebabkan transistor keluaran IC mati, dan dengan demikian memungkinkan pin7 menjadi tinggi.

Output akan terus tinggi selama input TTL dipertahankan tinggi, terlepas dari kondisi sinyal input pada pin3.

Namun, jika sinyal TTL diterapkan dalam bentuk strobed, maka keluarannya merespons sinyal masukan di pin3. Sederhananya, output tetap terkunci pada level tinggi, kecuali pin6 di-stroed.

Bagaimana Menghubungkan Relay dengan Komparator

Gambar berikut di bawah ini menunjukkan bagaimana pembanding 311 dapat digunakan secara langsung mengoperasikan relay .

LM311 sebagai komparator kontrol relai

Di sini, ketika level tegangan pada input pin2 turun di bawah 0 V, pin3 menjadi lebih positif daripada pin2. Hal ini menyebabkan kolektor transistor internal menjadi OFF, yang menghidupkan relai. Itu kontak relai dapat disambungkan dengan beban yang lebih berat untuk menjalankan tindakan pengalihan yang diinginkan.

Selama input (+) pada pin2 tetap di bawah 0 V, relai tetap ON. Sebaliknya, ketika sinyal positif tersedia pada pin2, relai akan tetap OFF.

Rangkaian Pembanding menggunakan IC 339

IC 339, juga populer ditulis sebagai LM339, adalah IC komparator quad. Artinya, ini termasuk 4 pembanding tegangan terpisah yang input dan outputnya diakhiri dengan tepat melalui pin eksternal masing-masing paket IC, seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Gambar pinout LM339

Sama seperti pembanding lainnya, setiap blok pembanding memiliki beberapa masukan, dan satu keluaran. Ketika IC diberi daya dengan menerapkan tegangan pada Vcc, dan pin suplai ground, itu memberi daya pada semua komparator bersama-sama. Jadi, meskipun satu komparator digunakan, semua 3 lainnya akan menghabiskan daya.

Semua pembanding memiliki karakteristik yang persis sama, oleh karena itu kita dapat menganalisis salah satunya untuk mempelajari fungsi pembanding dasar.

Konfigurasi pin komparator LM339

Ketika input diferensial positif diterapkan di terminal input, yang berarti ketika perbedaan antara sinyal yang diterapkan positif, transistor output OFF. Hal ini menyebabkan keluaran menunjukkan rangkaian terbuka, atau bukaan mengambang.

Ketika input diferensial negatif, yang berarti ketika perbedaan antara sinyal yang diterapkan pada pin input negatif, transistor output komparator ON, yang menyebabkan pin output komparator berubah negatif, atau potensial V.

Mengacu pada gambar di atas, kita dapat memahami bahwa ketika input non-inverting (+) dari IC digunakan sebagai pin referensi, tegangan yang lebih rendah dari referensi ini pada pin input pembalik (-) akan menghasilkan output dari pembanding menjadi terbuka. Di sisi lain, jika (-) digunakan sebagai pin referensi, level tegangan pada input (+) lebih tinggi dari referensi akan menyebabkan output menjadi negatif atau pada V-

Untuk mempelajari bagaimana IC 339 bekerja seperti pembanding, contoh berikut menunjukkan IC sebagai detektor persimpangan nol.

Bentuk gelombang switching komparator LM339

Saat sinyal input naik di atas 0 V, output berubah tinggi pada level V +. Output dimatikan pada V- hanya saat input ditahan di bawah 0 V.

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, tingkat referensi tidak perlu 0 V, dapat diubah ke tingkat lain yang diinginkan. Selain itu, Anda juga dapat menggunakan pin input lain (+) sebagai pin referensi, dan pin input (-) sebagai pin input sinyal untuk menerima sinyal input yang bervariasi.

Keuntungan memiliki Output Mengambang di IC Pembanding

Sebagaimana dibahas dalam penjelasan sebelumnya, keluaran komparator dialihkan melalui BJT yang memiliki kolektor terbuka sebagai keluaran. Ini memberikan keuntungan untuk menghubungkan output dua komparator dari IC 339 secara langsung seperti Gerbang OR .

Contoh rangkaian komparator jendela yang bagus dapat dilihat di bawah ini. Di sini dua blok pembanding IC 339 dikonfigurasikan dengan satu sinyal input umum, dan outputnya digabungkan seperti gerbang OR.

LM339 sebagai pembanding jendela

Output dari masing-masing pembanding menjadi rendah setiap kali sinyal input melewati baik ambang batas bawah atau ambang batas atas, sehingga memungkinkan pengguna untuk mengetahui kapan sinyal keluar dari tingkat jendela yang ditetapkan.

Pembanding jendela dapat digunakan untuk aplikasi yang berguna seperti pelindung tegangan rendah tinggi sirkuit, dan pelacak surya sirkuit dll.

Kesimpulan

Dari penjelasan di atas, kami belajar bahwa:

Pembanding pada dasarnya adalah unit yang memiliki dua masukan pelengkap, dan satu keluaran responsif. Output berubah menjadi tinggi atau rendah ketika level tegangan pada salah satu input lebih tinggi atau lebih rendah dari input lainnya, tergantung input mana yang digunakan sebagai referensi atau pada level tegangan tetap.

Meskipun op amp juga dapat digunakan sebagai pembanding, IC komparator khusus dirancang lebih baik untuk bekerja seperti pembanding.

IC komparator khusus seperti LM311, LM339 dirancang khusus untuk aplikasi komparator, dengan respons yang lebih cepat dan kemampuan keluaran arus tinggi yang fleksibel.

Jika Anda memiliki pertanyaan terkait, silakan tanyakan melalui kotak komentar di bawah ini.




Sepasang: Bagaimana Transformer Bekerja Berikutnya: Sakelar Dua Arah