Gita Alisroba, Hani Nur Asri, Makna A’Raaf Kautsar, dkk e-ISSN  2549-3701

## Analisis Rangkaian Komparator dengan Variasi IC Op-Amp yang Tersedia pada Circuit Wizard
Gita Alisrobia 1 , Hani Nur Asri 2 , Makna A’raaf Kautsar 3 , Muhammad Satrio Dwi Utomo 4 , Muntaha Hasanah 5 , Vina Fujiyanti 6 1,2,3,4,5,6 Universitas Pendidikan Indonesia e-mail: gitanazareth63@upi.edu 1 , haninurasri@upi.edu 2 , maknaak@upi.edu 3 , muhammadsatrio30@upi.edu 4 , muntaha26@upi.edu 5 , vinafujiyanti@upi.edu 6 Diterima: 29-12-2021
Disetujui: 10-05-2022                      Diterbitkan: 10-08-2022

## Abstract
This research was conducted on the Circuit Wizard simulator application to simplify the students, especially in the field of Telecommunications Systems, Indonesia Education University, Purwakarta for understanding of  the  characteristics  of  each  Operational  Amplifier  with  a  comparator  circuit.  In  addition,  this  article presented and tested a comparator circuit to compare the results of two voltages, namely inverting and non- inverting Op Amps. The method used in the research, by making a comparator circuit with 10 different types of Operational Amplifiers. This is carried out to get more valid comparison result and the simulation is  run for  six  times.  The  simulation  was  conduct  in  two  comparison  conditions  with  a  Vin(+)  value  of  6V,  a predetermined Vin(-) value and a DC voltage flowing of 12V. The results of the analysis through simulations with 10 types of Operational Amplifiers produced different outputs. In principle, it can be influenced by V rail- to-rail, intrinsic circuit, Zin, Zout, Pin and the different characteristics of each Operational Amplifier model. As  a  comparison,  based  on  its  characteristics,  the  LM741  data  sheet  has  a  value  of  Vs =  ±15  V  (output voltage swing) if RL 10 kΩ and RL 2kΩ. Whereas in the data sheet LM258 has a value of VS = 30 V if RL = 2 kΩ, VS = 30 V if RL 10 kΩ, VS = 5 V if RL 2 kΩ for positive rail, and VS = 5 V if RL 10 kΩ for negative rails. It can be concluded that the Circuit Wizard software makes it easy to simulate the comparator circuit, so it suggested to be simulated on other materials.
Keywords : Operational Amplifier, Comparator Circuit, Circuit Wizard

## Abstrak
Penelitian ini dilakukan pada aplikasi simulator Circuit Wizard untuk memudahkan mahasiswa khususnya bidang  Sistem  Telekomunikasi  Universitas  Pendidikan  Indonesia  Purwakarta  untuk  lebih  memahami karakteristik dari masing –masing Operational Amplifier dengan rangkaian komparator. Selain itu, artikel ini menyajikan dan menguji rangkaian komparator untuk membandingkan hasil dari dua buah tegangan yaitu inverting dan non – inverting Op Amp. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah dengan membuat rangkaian  komparator  dengan  10  jenis Operational  Amplifier yang  berbeda.  Hal  ini  dilakukan  untuk mendapatkan hasil perbandingan yang lebih valid dan simulasi yang dilakukan sebanyak enam kali berturut- turut.  Simulasi  dijalankan  pada  dua  kondisi  pembanding  dengan  nilai V in (+) sebesar  6V,  nilai V in (-) yang telah ditentukan dan tegangan DC yang mengalir sebesar 12V. Hasil analisis melalui simulasi dengan 10 jenis Operational  Amplifier menghasilkan  output  yang  berbeda-beda.  Pada  prinsipnya  hal  tersebut  dapat dipengaruhi  oleh V  rail-to-rail ,  rangkaian  intrinsik, Z in ,  Z out , Pin dan  karakteristik  yang  berbeda-beda  dari masing-masing  model Operational  Amplifier nya.  Sebagai  pembanding  jika  dilihat  pada  karakteristiknya, dalam data sheet LM741 memiliki nilai Vs = ±15 V ( output voltage swing ) jika RL ≥ 10 kΩ dan RL ≥ 2kΩ. Sedangkan dalam data sheet LM258 memiliki nilai VS = 30 V jika RL = 2 kΩ, VS = 30 V jika RL ≥ 10 kΩ, VS = 5 V jika RL ≥ 2 kΩ untuk rail positif, dan V S = 5 V jika RL ≤ 10 kΩ untuk rail negatif. Dapat disimpulkan bahwa  software  Circuit  Wizard  memudahkan  dalam  mensimulasikan  rangkaian  komparator  sehingga penggunaannya dapat disimulasikan pada materi lainnya.
Kata kunci : Operational Amplifier, Rangkaian Komparator, Circuit Wizard,
Gita Alisroba, Hani Nur Asri, Makna A’Raaf Kautsar, dkk e-ISSN  2549-3701

## Pendahuluan
Pandemi COVID-19 di Indonesia yang tidak kunjung mereda, membuat semua aktivitas beralih ke  rumah,  termasuk  kegiatan  belajar-mengajar  (Azzahra,  2020).  Para  pengajar  baik  guru, maupun  dosen  harus  mencari  cara  bagaimana  kegiatan  belajar-mengajar  ini  tetap  dapat dilakukan  secara  efektif  dan  efisien.  Salah  satu  caranya  yaitu  dengan  menggunakan  media online ,  seperti zoom  meeting , google  meeting , group  chat dan  lainnya  (Daniel,  2020).  Pada perkuliahan di lingkungan universitas, khususnya untuk menunjang mata kuliah rangkaian listrik, tenaga  pengajar  dituntut  untuk  pembelajaran  secara  daring  dengan  menggunakan  bantuan simulator-simulator online dan offline yang  dapat  diakses  oleh  semua  kalangan,  baik  siswa, mahasiswa, maupun pengajar. Pada  penelitian ini,  dipilih  simulator circuit wizard yang bersifat offline namun harus menggunakan dengan mengunduh terlebih dahulu dan memasangnya di PC masing-masing dosen (Bahasoan dkk., 2020).
Pemanfaatan  simulator  ini  sangat  direkomendasikan  untuk  mata  kuliah  yang memerlukan adanya pembelajaran praktik langsung.  Dalam penelitian ini,  akan dibahas  cukup detail mengenai penggunaan simulator circuit wizard . Diharapkan hasil penelitian ini bermanfaat untuk  penelitian  lainnya  yang  menggunakan  simulator circuit  wizard terutama  dalam mensimulasikan  rangkaian  komparator  (Wahyuni,  2020).  Dalam  penelitian  ini  kami  akan membahas mengenai rangkaian komparator dengan menggunakan sepuluh jenis Op-Amp yang berbeda.  Tujuannya  agar  dapat  mengetahui  nilai  dari  tegangan  output  yang  dihasilkan  oleh rangkaian  komparator  tersebut,  apakah  sama  atau  berbeda  sesuai  kaitannya  dengan perhitungan  teori.  Pada  umumnya,  rangkaian  komparator  ini  menggunakan  komponen elektronika  yaitu Operational-Amplifier (Op-Amp),  yang  berfungsi  membandingkan  dua  data digital atau membandingkan dua buah tegangan yang masuk pada dua buah kaki Op-Amp, yakni kaki dengan nilai input positif 𝑉 (+) dan kaki dengan nilai input negatif 𝑉 (−) (Sari dkk., 2020).

## Studi Pustaka
a.  Op-Amp
Operational Amplifier atau yang disingkat menjadi Op-Amp ini merupakan bentuk IC Linear yang bekerja  sebagai  penguat sinyal  listrik.  Op-Amp mempunyai  dua  input  (masukan) inverting dan non-inverting dan  satu  terminal output (keluaran).  Struktur  dari  Op-Amp  terdiri  dari  beberapa Dioda, Transistor, Kapasitor dan Resistor yang terintegrasi menghasilkan Gain (penguatan) pada frekuensi  yang  luas  atau  disebut  juga  Penguat  Operasional.  Pada  Op-Amp  terdapat  sifat-sifat ideal  yaitu  perbedaan  tegangan  input (Vdm) =  0,  arus  input  Op-Amp  ( I a)  =  0,  penguat  lingkar terbuka (AVOL) tak terhingga, hambatan keluaran lingkar terbuka nol, hambatan masukan lingkar terbuka tak terhingga, dan lebar pita ( bandwidth ) tak berhingga atau ∆f tak terhingga (Nuryanto, 2017).
b.  Komparator Op-Amp
Komparator  adalah  salah  satu  rangkaian  konfigurasi  penentu  keputusan  elektronik  paling sederhana yang menggunakan gain loop terbuka dari Op-Amp yang sangat besar. Ada jenis Op- Amp khusus yang digunakan pada penelitian ini, yang sedikit berbeda dengan Op-Amp lainnya serta  disebut  juga  sebagai  komparator  (Tooley,  2007).  Komparator  membandingkan  dua tegangan saluran dan mengubah output untuk menunjukkan tegangan yang lebih besar di antara keduanya (Nuryanto, 2017).
e-ISSN  2549-3701

## c.  Circuit Wizard
Circuit  wizard adalah  sebuah  simulator offline yang  menyediakan  3  fitur  yaitu circuit  diagram, PCB layout, dan Bill of materials . Circuit wizard memiliki tampilan GUI yang menarik. Simulator ini  sangat  mudah  digunakan  karena  menu  dan  komponen  yang  sederhana,  sehingga  sangat mudah  untuk  dipahami  oleh  pengguna  baru  (pemula).  Selain  itu,  hasil  simulasinya  memiliki keakuratan  yang  cukup  baik,  walaupun  hasilnya  tidak  seakurat  perhitungan  manual  ataupun praktik yang menggunakan komponen fisik (Pratiwi dkk., 2021).

## Metodologi
Pada  penelitian  ini,  dilakukan  pengujian  menggunakan  rangkaian  komparator  untuk membandingkan  hasil  dua  buah  tegangan  pada  kaki inverting dan non-inverting Op-Amp (Nuryanto,  2017).  Rangkaian  komparator  dibuat  dengan  komponen  yang  terdiri  dari  satu  jenis Op-Amp, satu tegangan input positif ( V in (+) ), dan satu tegangan input negatif ( V in (-) ) seperti yang disajikan pada Gambar 1. Dengan penambahan voltmeter yang sudah tersedia pada simulator Circuit Wizard yang dihubungkan ke sumber tegangan DC pada rangkaian tersebut.
Gambar 1. Rangkaian Komparator
Operational Amplifier yang digunakan terdiri dari sepuluh model berbeda yang terdapat pada simulator Circuit Wizard (Tabel 1). Rangkaian ini terdiri dari penguat i nverting dengan nilai tegangan input negatif ( V in (-) ) sebesar 1V dan penguat non-inverting dengan nilai tegangan input negatif ( V in (-) ) sebesar 12V. Setelah semua komponen terhubung, akan diperoleh nilai V out antara rangkaian penguat inverting dan non-inverting . Untuk lebih singkatnya, tahapan ini disajikan pada Gambar 2.
Gita Alisroba, Hani Nur Asri, Makna A’Raaf Kautsar, dkk e-ISSN  2549-3701
Gambar 2. Flowchart Mencari Nilai V out
Adapun data nilai pada masing-masing model Amplifier dapat dilihat pada tabel 1 berikut.
Tabel 1. Model Operational Amplifier Model Vendor Parameter Nilai LM741 Texas Instruments Large signal voltage gain ( A v ) 200 V/mV Input resistance ( R I ) 2 MΩ LM324 Large-signal differential voltage amplification ( A vd ) 100 V/mV LM339 Large-signal differential voltage amplification ( A vd ) 200 V/mV LM258 Open-loop voltage gain ( A OL ) 100 V/mV CA3140 Renesas Technology Corp Large signal voltage gain ( A v ) 100 kV/V Input resistance ( R I ) 1,5 TΩ TL071 Texas Instruments Large-signal differential voltage amplification ( A vd ) 200 V/mV
Input capacitance differential ( Z ID ) 100 MΩ Open-loop output impedance ( Z O ) 125 Ω TL082 Large-signal differential voltage amplification ( A vd )
200 V/mV
Input capacitance differential ( Z ID ) 100 MΩ
Gita Alisroba, Hani Nur Asri, Makna A’Raaf Kautsar, dkk e-ISSN  2549-3701
Open-loop output impedance ( Z O ) 125 Ω LM311 Large-signal differential voltage amplification ( A vd ) 200 V/mV TL061 Large-signal differential voltage amplification ( A vd ) 6 V/mV TL062 Large-signal differential voltage amplification ( A vd ) 6 V/mV
Untuk  mendapatkan  hasil  perbandingan  tegangan  yang  lebih  valid,  simulasi  dilakukan sebanyak  enam  kali  pada  dua  kondisi  pembanding  dengan  nilai V in (+) sebesar  6V,  nilai V in (-) yang telah ditentukan pada Tabel 2, dan tegangan DC yang mengalir sebesar 12V.
Tabel. 2 Nilai Tegangan Input Negatif ( V in (-) ) Dengan Nilai V+ = 12V dan Nilai V in (+) = 6V Kondisi Nilai tegangan input negatif (V in (-))
𝑉 𝑖𝑛 (+) ≥ 𝑉 𝑖𝑛 (−) → 𝑉 0 = 𝑉 𝑠𝑎𝑡+ 6𝑉 ≥ 1𝑉 → 12𝑉 1V 2V 3V 4V 5V
6V
𝑉 𝑖𝑛 (+) < 𝑉 𝑖𝑛 (−) → 𝑉 0 = 0𝑉
6𝑉 < 12𝑉 → 0𝑉 7V 8V 9V 10V 11V 12V

## Hasil dan Pembahasan
Hasil  dari  simulasi  rangkaian  komparator  disajikan  pada  Tabel  3  yang  menjelaskan  keadaan komparator pada saat nilai V out = V sat+ dan V out = V sat- . Pada Tabel 4 penjelasan mengenai hasil pengukuran V out pada rangkaian komparator dengan 10 model Op-Amp yang berbeda-beda.
Tabel. 3 Hasil Simulasi Rangkaian Komparator Pada Saat V out = V sat+ dan V out = V sat- No Model Op-Amp 𝑽 𝒊𝒏 (+) ≥ 𝑽 𝒊𝒏 (−) → 𝑽 𝟎 = 𝑽 𝒔𝒂𝒕+
𝟔𝑽 ≥ 𝟏𝑽 → 𝟏𝟐𝑽 𝑽 𝒊𝒏 (+) < 𝑽 𝒊𝒏 (−) → 𝑽 𝟎 = 𝟎𝑽 𝟔𝑽 < 𝟏𝟐𝑽 → 𝟎𝑽 1 LM741 2 LM324
Gita Alisroba, Hani Nur Asri, Makna A’Raaf Kautsar, dkk e-ISSN  2549-3701
3 LM339 4 LM258 5 CA3140 6 TL071 7 TL082 8 LM311
Gita Alisroba, Hani Nur Asri, Makna A’Raaf Kautsar, dkk e-ISSN  2549-3701
9 TL061 10 TL062
Berikut disajikan hasil pengukuran dengan 10 model Amp lifier yang dipilih.
Tabel. 4 Hasil Pengukuran V out Pada Rangkaian Komparator Dengan 10 Model Op-Amp
V in (+) V in (-) V out Model Op-Amp LM741  LM324 IC339 LM258  CA3140 TL071 TL082 LM311 TL061 TL062 6V 1V 11,11V  10,62V  10,81V 9,10V 10,02V 10,32V  10,32V  10.94V  10,31V  10,31V 6V 2V 11,11V  10,62V  10,81V 9,10V 10,02V 10,32V  10,32V  10,94V  10,31V  10,31V 6V 3V 11,11V  10,62V  10,81V 9,10V 10,02V 10,32V  10,32V  10,94V  10,31V  10,31V 6V 4V 11,11V  10,62V  10,81V 9,10V 10,02V 10,32V  10,32V  10,94V  10,31V  10,31V 6V 5V 11,11V  10,62V  10,81V 9,10V 10,02V 10,32V  10,32V  10,94V  10,31V  10,31V 6V 6V 11,10V  10,61V  10,81V 9,10V 10,01V 1,69V 1,69V 10,93V 1,70V 1,70V 6V 7V 0,892V  0,005V  0,244V 2,90V 0,135V 1,68V 1,68V 0,263V 1,69V 1,69V 6V 8V 0,892V  0,005V  0,244V 2,90V 0,135V 1,68V 1,68V 0.263V 1,69V 1,69V 6V 9V 0,892V  0,005V  0,244V 2,90V 0,135V 1,68V 1,68V 0,263V 1,69V 1,69V 6V  10V  0,892V  0,005V  0,244V 2,90V 0,135V 1,68V 1,68V 0,263V 1,69V 1,69V 6V  11V  0,892V  0,005V  0,244V 2,90V 0,135V 1,68V 1,68V 0,263V 1,69V 1,69V 6V  12V  0,892V  0,005V  0,244V 2,90V 0,135V 1,68V 1,68V 0,263V 1,69V 1,69V
Prinsip kerja dari rangkaian komparator  terbagi ke dalam dua bagian.  Pertama adalah jika V in (+) atau nilai input pada kaki input positif lebih besar atau sama dengan dari V in (-) atau nilai input pada kaki input negatif, maka nilai V out atau outputnya akan sama dengan nilai tegangan pada kaki input positifnya. Sedangkan jika V in (+) atau nilai input pada kaki input positif lebih kecil dari V in (-) atau  nilai  input  pada  kaki  input  negatif,  maka  nilai V out atau  outputnya  akan  sama dengan nilai tegangan pada kaki input negatifnya. Namun pada praktisnya tegangan output pada Op-Amp  tidak  akan  sampai  V+  ataupun  V-,  melainkan V sat+ atau V sat- (mendekati V+ atau  V). Sebagaimana hasil eksperimen simulasi rangkaian komparator pada Circuit Wizard pada Tabel.
Gita Alisroba, Hani Nur Asri, Makna A’Raaf Kautsar, dkk e-ISSN  2549-3701
1.  Hal  tersebut  dapat  dipengaruhi  oleh V  rail-to-rail yang  tersedia  pada datasheet Op-Amp (Fuada, 2021).
Pada  rangkaian  komparator  dengan  model  Op-Amp  yang  berbeda  juga  dapat menghasilkan  nilai V out yang  berbeda  pula, sebagaimana  hasil  eksperimen  pada  Tabel.  2.  Hal tersebut  dapat dipengaruhi  oleh V  rail-to-rail ,  rangkaian  intrinsik, Z in , Z out , Pin dan  karakteristik yang  berbeda-beda  dari  masing-masing  model  Op-Amp  nya.  Tabel.  5  berikut  menunjukkan gambar rangkaian intrinsik dan pin dari masing-masing model Op-Amp.
Tabel. 5 Pin dan Rangkaian Intrinsik Dari 10 Model Op-Amp
No. Model Op-Amp PIN Rangkaian Intrinsik Sumber
1.
LM741 https://www.ti.com/product/L M741
2.
LM324 https://www.ti.com/product/L M324
3.
LM339 https://www.ti.com/product/L M339
4.
LM258 https://www.ti.com/product/L M258 5. CA3140 https://www.electroschematic s.com/ca3140-integrated-
circuit/
Gita Alisroba, Hani Nur Asri, Makna A’Raaf Kautsar, dkk e-ISSN  2549-3701
6. TL071 https://www.ti.com/product/T L071
7.
TL082 https://www.ti.com/product/T L082
8.
LM311 https://www.ti.com/product/L M31
9.
TL061 https://www.ti.com/product/T L061
10.
TL062 https://www.ti.com/product/T L062
Sebagai  pembanding  jika  dilihat  dalam  karakteristiknya,  di  dalam datasheet LM741 memiliki nilai V s = ±15 V ( output voltage swing ) jika R L ≥ 10 kΩ dan R L ≥ 2kΩ ( LM741 data sheet, product  information  and support | TI.com , 2015). Sedangkan dalam datasheet LM258 memiliki nilai V S = 30 V jika R L = 2 kΩ, V S = 30 V jika R L ≥ 10 kΩ, V S = 5 V jika R L ≥ 2 kΩ untuk rail positif, dan V S = 5 V jika R L ≤ 10 kΩ untuk rail negatif ( LM258 data sheet, product information and support | TI.com , 2021).
Gita Alisroba, Hani Nur Asri, Makna A’Raaf Kautsar, dkk e-ISSN  2549-3701

## Kesimpulan
Berdasarkan  analisis,  rangkaian  komparator  yang  telah  disimulasikan  dengan  menvariasikan beberapa jenis IC Op-Amp yang tersedia pada software circuit wizard , didapatkan nilai V out dari perbandingan dua nilai masukan pada dua kaki Op-Amp ( V in + dan V in - ) yang berbeda. Pada nilai V out yang  dihasilkan  dipengaruhi  oleh V  rail-to-rail dan  beberapa  parameter  atau  rangkaian intrinsik  yang  tertera  dalam datasheet setiap  Op-Amp.  Adapun  beberapa  hasil V out model  Op- Amp yang sama disebabkan oleh beberapa parameter yang serupa pada datasheet -nya. Selain itu, terdapat persamaan matematis yang dapat menunjukkan hasil V out setiap Op-Amp, Namun tidak  semua  Op-Amp  memiliki  parameter  yang  lengkap  pada datasheet untuk  membuktikan persamaan matematis tersebut. Oleh karena itu, perlu dilakukannya penelitian lebih lanjut untuk mencari  nilai V out melalui  pembuktian  persamaan  matematis  agar  mendapatkan  hasil  yang konkrit.
Peneliti  merekomendasikan software Circuit  Wizard sebagai  alat  untuk  memudahkan dalam mensimulasikan rangkaian komparator karena pada software tersebut tersedia beberapa jenis  Op-Amp  lain. Software ini  dapat  dijadikan  penunjang  untuk  mensimulasikan  rangkaian elektronika lainnya. Selain itu, penelitian ini diharapkan dapat dijadikan sebagai referensi untuk para pembaca maupun para peneliti yang akan melakukan penelitian serupa.

## Referensi
Azzahra,  N.  F.  (2020).  Addressing  Distance  Learning  Barriers  in  Indonesia  Amid  the  Covid-19 Pandemic. Center for Indonesian Policy Studies , 1 –8. https://doi.org/10.35497/309162 Bahasoan,  A.  N.,  Wulan  Ayuandiani,  Muhammad  Mukhram,  &  Aswar  Rahmat.  (2020). Effectiveness of Online Learning In Pandemic Covid-19. International Journal of Science, Technology & Management , 1 (2), 100 –106. https://doi.org/10.46729/ijstm.v1i2.30 Daniel,  S.  J.  (2020).  Education  and  the  COVID-19  pandemic. PROSPECTS , 49 (1 –2),  91–96. https://doi.org/10.1007/s11125-020-09464-3
Fuada,  S.  (2021).  Op-Amp  Sebagai  Komparator.  Dalam Elektronika  Dasar  untuk  Mahasiswa Sistem  Telekomunikasi:  Pendekatan  Praktikum  Virtual (2nd  ed.,  hlm.  27 –39).  Media Edukasi Indonesia.
LM258 data sheet, product information and support | TI.com . (2021, Juli). https://www.ti.com/product/LM258
LM741  data  sheet,  product  information  and  support  |  TI.com .  (2015,  Oktober). https://www.ti.com/product/LM741
Nuryanto, L. E. (2017). Penerapan dari Op-Amp (Operational Amplifier). ORBITH , 13 (1), 43 –50. Pratiwi, W., Fuada, S., Zanah, F. W., & Restyasari, N. (2021). Analisis Rangkaian Wheatstone Bridge Menggunakan Simulator Circuit Wizard, Proteus, dan Multisim.
Telecommunications, Networks, Electronics, and Computer Technologies , 1 (1), 1 –13.
Sari, I. F., Sari, N., Novitasari, O., Amara, R., Subaedi, A. N., & Antarnusa, G. (2020). Gerbang Logika Kombinasional dan Komparator . 8. Tooley,  M.  (2007). Electronic  Circuits —Fundamentals  &  Applications (3  ed).  Routledge. https://doi.org/10.4324/9780080477503
Wahyuni,  S.  (2020).  Alternatif  Media  Pembelajaran  Berbasis  Perangkat  Lunak  Pada  Bidang Elektro. CIRCUIT: Jurnal Ilmiah
Pendidikan Teknik Elektro , 4 (1), 33.
https://doi.org/10.22373/crc.v4i1.6275