Menguasai Histeresis Opamp: Panduan Profesional Komprehensif

Banyak konsep dasar dalam dunia teknis sulit untuk ditangani karena bagaimana makna mereka dapat menipu. Untungnya, Histeresis adalah salah satu konsep dasar itu. 

Anda mungkin telah mencoba mencari konsep itu hanya untuk menyerah atau menemukan sesuatu yang sangat rumit dan panjang sehingga Anda ingin menyerah. Namun, jangan khawatir, kami memiliki solusi! 

Untungnya, kami menulis artikel ini untuk uraikan konsep histeresis opamp menjadi panduan yang sederhana namun komprehensif.

Siap? Lalu, mari kita mulai!

Apa itu Histeresis dalam Opamp?

Diagram Opamp

Topik histeresis opamp akan mulai masuk akal setelah kita definisikan kata Histeresis. Secara sederhana, Histeresis berarti tertinggal atau mengikuti di belakang atau menolak perubahan dari keadaan sebelumnya. Selain itu, dalam rekayasa, Histeresis menggambarkan operasi non-simetris, atau dengan kata yang lebih sederhana, jalur dari A ke B berbeda dari B ke A.

Yang lebih baik lagi, Anda dapat menemukan Histeresis dalam bidang magnetisme, deformasi non-plastik, dan tentu saja, rangkaian elektronik seperti opamp (yang bekerja sebagai komparator).

Comparator Latched Dedikasi Dinamis

Untuk memecahnya lebih lanjut, mari kita lihat contoh sederhana untuk membantu memaparkan apa yang dimaksud dengan histeresis dalam opamp.

Saat Anda menghubungkan relai 12 volt ke suplidan daya variabel dan secara perlahan meningkatkan tegangan suplidan input dari 0 – 12, Anda akan melihat bahwa sekitar 11 volt, relai akan aktif. 

Jadi, biasanya, jika Anda menurunkan tegangan ini, seharusnya mematikan relai. Namun, itu bukan kasusnya. Relai hanya akan mematikan setelah tegangan turun jauh di bawah 9 volt.

Selisih antara ambang aktivasi dan deaktivasi relai adalah apa yang kita sebut lag tegangan, dan lag tegangan ini adalah apa yang kita sebut sebagai Histeresis.

Sekarang, Histeresis dapat memiliki efek buruk pada rangkaian elektronik seperti rangkaian BJT tunggal, dan mencegah Anda dari mempertahankan tingkat ambang tetap pada kurs Anda. Jadi, sebagian besar waktu, tingkat histeresis dikurangi ke tingkat minimum yang mungkin—untuk mempertahankan kontrol atas nilai ambang rangkaian.

Sebaliknya, rangkaian opamp efektif dalam menghindari efek histeresis saat menangani operasi tertentu. Untuk sebagian besar rangkaian pengisi baterai opamp, ketiadaan Histeresis menjadi kekurangan signifikan. 

Jadi, dalam situasi seperti ini, Anda akan memaksa histeresis tambahan ke dalam rangkaian dengan memasang resistor umbalan di antara output opamp dan pada salah satu pin inputnya.

Jadi, akan membantu untuk menyertakan efek histeresis dalam rangkaian opamp Anda.

Di sisi lain, sebagian besar komparator datang dengan Histeresis bawaan, dan komparator ini biasanya memiliki nilai antara 5mV hingga 10mV. Selain itu, Histeresis internal dari komparator analog ini membantu mereka mencegah osilasi dari umbalan parasit minimal.

Namun, kebisingan eksternal dengan amplitudo lebih besar dapat memblokir Histeresis internal dari komparator ini, meskipun itu cukup untuk mencegah osilasi sendiri. Dalam situasi seperti ini, cukup menyertakan Histeresis eksternal akan menyelesaikan masalahnya.

Prinsip Operasi

Meskipun Histeresis tidak diinginkan dalam beberapa rangkaian, itu tetap berharga untuk rangkaian analog karena membantu mengontrol perpindahan dalam rangkaian dengan transistor. Jadi, Anda dapat menggunakan Histeresis dalam rangkaian komparator untuk menetapkan siklus kerja gelombang output.   

Catatan: Opamp dan komparator adalah dua komponen penting dan setara dalam rangkaian ini. Yang lebih penting lagi, opamp dapat bekerja sebagai komparator, tetapi tidak semua komparator dapat bekerja sebagai penguat. 

Karena alasan ini, kedua istilah dapat digunakan secara bergantian karena Histeresis penting untuk kedua rangkaian. Plus, memahami cara kerja rangkaian ini membantu sangat dalam memahami cara kerja Histeresis dalam kursus lanjutan.

Sekarang, membandingkan dua sirkuit terintegrasi standar dengan opamp dan komparator membuat lebih mudah untuk memahami cara kerja Histeresis dalam beberapa rangkaian ini dan cara menggunakannya untuk memodifikasi perilaku perpindahan dari rangkaian ini sesuai dengan yang Anda inginkan.

Perbandingan IC dengan kedua Komponen 

Kesan pertama yang Anda dapatkan dari diagram di atas adalah seberapa mirip kedua komponen tersebut. Namun, ada perbedaan, seperti komparator yang memiliki emitor grounding sementara opamp tidak. Karena alasan ini, output komparator bekerja baik untuk saturasi. Di sisi lain, produksi operational amplifier bekerja lebih baik untuk operasi linier.

Sirkuit Terintegrasi

Histeresis dalam Komparator

Histeresis dalam rangkaian komparator sederhana bertanggung jawab atas produksi perilaku perpindahan yang stabil. Saat Anda menambahkan resistor umbalan positif, itu menciptakan histeresis dalam jalur, yang menetapkan ambang perpindahan setiap kali sinyal input meningkat atau menurun. 

Ini adalah bagian yang sulit.

Kebisingan palsu pada sinyal input dapat mempengaruhi seluruh proses. Jadi, menghasilkan banyak transisi saat sinyal input meningkat. Jadi, menambahkan Histeresis ke rangkaian komparator mencegah kesalahan perpindahan yang disebabkan oleh kebisingan.

Histeresis dalam Operational Amplifier

Histeresis dalam opamp mirip dengan cara umbalan positif menciptakan tegangan histeresis dalam komparator (bukan tegangan negatif). Jadi, ini memungkinkan opamp untuk membentuk rangkaian Schmitt trigger.

Ini adalah tempat di mana hal-hal menjadi menarik.

Saat Anda mengemudikan operational amplifier sebagai rangkaian loop tertutup ke saturasi (dengan Histeresis), output akan saturasi dan memberikan hasil yang sama yang Anda dapatkan dari komparator. Ini bekerja untuk input terbalik dan input non-terbalik.

Komparator tanpa Histeresis

Komparator tanpa Histeresis

Sumber: Pxhere

Ini adalah rangkaian komparator standar tanpa Histeresis. Untuk rangkaian ini, jaringan pembagi tegangan Rx dan Ry menciptakan tegangan ambang minimum yang digunakan oleh jalur. Jadi, komparator menilai dan membandingkan rentang tegangan input (Vin) dengan tegangan ambang tetap (Vth) untuk menemukan hubungan antara tegangan.

Sekarang, menghubungkan masukan tegangan (yang ingin Anda bandingkan) ke input terbalik rangkaian menciptakan output dengan polaritas terbalik.

Jadi, kapan pun selisih tegangan arus bias input lebih besar dari ambang, output akan bergerak lebih dekat ke suplidan negatif. Demikian pula, output komparator akan bergerak lebih dekat ke rail suplidan positif jika titiknya lebih tinggi dari tegangan referensi input. 

Sementara teknik ini memiliki manfaatnya, seperti memutuskan apakah sinyal di atas ambang yang ditetapkan, ia memiliki satu masalah. Kebisingan pada sinyal input dapat menciptakan banyak transisi baik di atas maupun di bawah titik tetap, yang memicu hasil yang fluctuating.

Output dari Komparator tanpa Histeresis

Anda dapat melihat banyak transisi dalam diagram di atas. Bayangkan sinyal input sebagai parameter suhu, dan output adalah aplikasi suhu kritis untuk membuat hal-hal lebih transparan. Sekarang, output sinyal yang tidak konsisten mungkin tidak memberikan hasil yang diinginkan. 

Atau, bayangkan Anda memerlukan output komparator untuk menjalankan motor atau klep. Sinyal yang fluctuating akan mengalihkan klep on/off berkali-kali dalam situasi ambang kritis.

Untungnya, ini adalah masalah yang diatasi oleh Histeresis karena ia sepenuhnya melawan sinyal yang goyah saat mengalihkan ambang dan memberikan imunitas kebisingan.

Komparator dengan Histeresis

Rangkaian komparator dengan Histeresis

Sekarang, inilah diagram rangkaian komparator dengan Histeresis. Di sini, resistor RH berfokus pada tingkat ambang Histeresis. Jadi, kapan pun tegangan output menjadi logika tinggi (5V), RH akan paralel dengan Rx. Jadi, memungkinkan arus langsung tambah mengalir ke Ry dan meningkatkan batas ambang (VH) hingga 2,7v. Juga, respons output tidak akan berubah ke logika rendah jika arus input tidak lebih tinggi dari tegangan ambang (2,7v).

Namun, ketika output berada pada logika rendah, Rh menjadi paralel dengan Ry. Jadi, mengurangi arus yang mengalir ke Ry dan menurunkan tegangan ambang ke 2,3v. Sekarang, untuk kembali ke logika tinggi (5V), sinyal input harus lebih rendah dari 2,3 v.

Desain Komparator Histeresis

Jadi, untuk memecah desain komparator histeresis, kita akan melihat skema, komponen, dan desainnya.

Skema

Lihat diagram di bawah ini:

Skema Rangkaian Komparator Histeresis

Komponen Elektronik yang Diperlukan

• (1) Papan sirkuit cetak (PCB)
• Komparator (di sini, Anda dapat menggunakan komparator apa pun. Misalnya, kami menggunakan TLV3201 untuk aplikasi daya rendah. Komparator ini memiliki arus quiescent rendah)
• resistor logam standar (0,1%)

Persyaratan Desain

• tegangan suplidan +5v
• input 0v hingga 5v

Desain Komparator Histeresis

Rumus Desain Komparator Histeresis

Untuk desain, kita dapat menggunakan persamaan (1) dan (2) untuk memilih nilai resistor untuk menciptakan tegangan ambang histeresis Anda (misalnya, VH dan VL). Plus, Anda perlu memilih RX dengan satu nilai.

Kami menentukan bahwa RX kami akan memiliki rating 100k. Kami memilih rating ini sehingga RX akan bekerja untuk mengurangi konsumsi arus. Di sisi lain, kami menerapkan Rh dengan nilai 576k. Jadi, kami mengonfirmasi persamaan (1) dan (2) dalam lampiran A: Rh/Rx = VL/VH – VL.

Kata Akhir

Komparator membantu ketika datang untuk membedakan antara dua tingkat sinyal. Misalnya, Anda dapat menggunakan komparator untuk membedakan antara kondisi suhu normal dan terlalu panas.

Selain itu, variasi kebisingan atau sinyal pada ambang perbandingan menghasilkan banyak transisi. Jadi, keuntungan Histeresis dalam rangkaian komparator adalah bahwa ia menetapkan titik bawah dan atas untuk menyelesaikan masalah banyak transisi.

Nah, itulah artikel ini; jika Anda memiliki pertanyaan, jangan ragu untuk menghubungi kami.