TUGAS PENDAHULUAN MODUL 3

[menuju akhir]

MODUL 3

OP AMP

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Soal

2. Prinsip Kerja

3. Video Simulasi

4. Download File

1.Soal [kembali]

1. Jelaskan karakterisktik op amp dan fungsi dari op amp!

Jawab :

Operational Amplifier (Op-Amp) adalah komponen elektronik yang sangat umum digunakan dalam sirkuit elektronik. Beberapa karakteristik kunci dari Op-Amp dan fungsinya yaitu :

Karakteristik Op-Amp

1. Penguatan Tinggi (High Gain)
Salah satu karakteristik paling penting dari Op-Amp adalah penguatan tegangan yang sangat tinggi. Op-Amp dirancang untuk memiliki penguatan yang sangat besar, seringkali lebih dari 100.000 kali (atau 100 dB). Ini berarti perbedaan kecil dalam tegangan input dapat menghasilkan perbedaan besar dalam tegangan output.

2. Impedansi Input Tinggi
Op-Amp memiliki impedansi input yang sangat tinggi, sehingga hampir tidak mengambil arus dari sirkuit inputnya. Hal ini memungkinkan Op-Amp untuk digunakan dalam berbagai aplikasi tanpa mempengaruhi sinyal yang masuk. Input atau masukan impedansi adalah Zin = ∞ (tak terhingga). Namun untuk Op-Amp dengan input tipe FET, impedensi inputnya adalah sekitar 10-12 ohm. Sedangkan untuk tipe bipolar, nilainya adalah pada rentang 250 K Ohm sampai dengan 2 M Ohm.

3. Impedansi Output Rendah
Op-Amp memiliki impedansi output yang rendah, sehingga dapat dengan mudah mengemudikan beban eksternal seperti resistor atau sirkuit lainnya tanpa terlalu banyak penurunan tegangan.

4. Differential Inputs
Op-Amp memiliki dua input, yakni inverting (-) dan non-inverting (+). Perbedaan tegangan antara kedua input ini, disebut tegangan diferensial, akan memengaruhi keluaran Op-Amp sesuai dengan penguatan yang ditentukan.

5. Tegangan Offset
Meskipun idealnya Op-Amp memiliki nol offset tegangan (tegangan output adalah nol saat kedua input sama), dalam kenyataannya, terdapat offset tegangan yang kecil. Hal ini perlu diperhatikan dalam beberapa aplikasi yang memerlukan akurasi tinggi.

6. Tegangan Penguatan Tak Terbatas
Av atau penguatan tegangan open-loop memiliki nilai tak terbatas atau tak terhingga. Namun pada Op-Amp yang sering diperjualbelikan secara komersial. Nilai penguatan tegangan dari benda tersebut hanya berkisar antara 10-20 ribu saja.

7. Bandwidth Tak Terhingga
Bandwidth atau lebar pita juga memiliki nilai yang tak terhingga atau bila lambangkan BW=∞ .

8. Suhu
Suhu tidak membuat terjadi perubahan pada karakteristiknya kemudian waktu respon Op-Amp adalah nol detik.

Fungsi Op-Amp
Op-Amp memiliki berbagai macam aplikasi, dan fungsi utamanya adalah sebagai berikut:
1. Penguat Sinyal (Signal Amplification)

Op-Amp digunakan untuk memperbesar atau memperkuat sinyal tegangan. Ini sering digunakan dalam penguat audio, penguat instrumen, dan aplikasi penguatan sinyal lainnya.
2. Pengolah Sinyal (Signal Processing)
Op-Amp digunakan dalam berbagai jenis sirkuit pemrosesan sinyal, seperti filter, mixer, dan modulator.

3. Kalkulator Matematika (Mathematical Calculator)

Op-Amp digunakan dalam sirkuit yang melakukan operasi matematika, seperti penjumlahan, pengurangan, perkalian, pembagian, integrasi, dan diferensiasi.

4. Pengontrol (Control)

Op-Amp digunakan dalam sistem kontrol untuk membandingkan sinyal referensi dengan sinyal umpan balik dan menghasilkan sinyal kontrol sesuai dengan perbedaan antara keduanya. Ini digunakan dalam sistem pengaturan otomatis.

5. Oscillator

Op-Amp dapat digunakan untuk membangun osilator, yang menghasilkan gelombang osilasi seperti gelombang sinus, gelombang persegi, atau gelombang segitiga. Ini digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk pembangkit gelombang.

6. Komparator

Op-Amp juga dapat digunakan sebagai komparator untuk membandingkan dua tegangan dan menghasilkan keluaran logika berdasarkan perbandingan tersebut. Ini digunakan dalam rangkaian-rangkaian seperti sakelar otomatis.

7. Aplikasi Lainnya

Op-Amp memiliki banyak aplikasi lain, termasuk dalam pengukuran, instrumen, dan pemrosesan sinyal dalam berbagai bidang seperti elektronika, telekomunikasi, kedokteran, dan lainnya.

2. Jelaskan macam macam aplikasi op amp beserta fungsinya!

Jawab :

Terdapat banyak sekali penggunaan dari penguat operasional dalam berbagai jenis sirkuit listrik. Di bawah ini dipaparkan beberapa penggunaan umum dari penguat operasional dalam contoh sirkuit:

Komparator (rangkaian pembanding )

Merupakan salah satu aplikasi yang memanfaatkanpenguatan terbuka (open-loop gain) penguat operasional yang sangat besar. Ada jenis penguat operasional khusus yang memang difungsikan semata-mata untuk penggunaan ini dan agak berbeda dari penguat operasional lainnya dan umum disebut juga dengan komparator .

Komparator membandingkan dua tegangan listrik dan mengubah keluarannya untuk menunjukkan tegangan mana yang lebih tinggi.

$V_{\text{out}} = \left\{\begin{matrix} V_{\text{S+}} & V_1 > V_2 \\ V_{\text{S-}} & V_1 < V_2 \end{matrix}\right.$

di mana Vs adalah tegangan catu daya dan penguat operasional beroperasi di antara + Vs dan − Vs.)

2. Penguat Pembalik ( Inverting amplifier )

Sebuah penguat pembalik menggunakan umpan balik negatif untuk membalik dan menguatkan sebuah tegangan.Resistor Rf melewatkan sebagian sinyal keluaran kembali ke masukan. Karena keluaran taksefase sebesar 180°, maka nilai keluaran tersebut secara efektif mengurangi besar masukan.Ini mengurangi bati keseluruhan dari penguat dan disebut dengan umpan balik negatif.

$V_{\text{out}} = -\frac{R_{\text{f}}}{R_{\text{in}}} V_{\text{in}}\!\$

Di mana,

- $Z_{\text{in}} = R_{\text{in}}\$ (karena $V_{-}\$ adalah virtual ground.
- Sebuah resistor dengan nilai $R_{\text{f}} \| R_{\text{in}} \triangleq R_{\text{f}} R_{\text{in}} / (R_{\text{f}} + R_{\text{in}})$ , ditempatkan di antara masukan non-pembalik dan bumi. Walaupun tidak dibutuhkan, hal ini mengurangi galat karena arus bias masukan.

penguatan dari penguat ditentukan dari rasio antara Rf dan Rin, yaitu:

$A = -\frac{R_f}{R_{in}}$

Tanda negatif menunjukkan bahwa keluaran adalah pembalikan dari masukan. Contohnya jika Rf adalah 10.000 Ω dan Rin adalah 1.000 Ω, maka nilai bati adalah -10.000Ω / 1.000Ω, yaitu -10.

3. Penguat tak pembalik (Non Inverting Amplifier )

penguat Non Inverting amplifier merupakan kebalikan dari penguat inverting,dimana Input dimasukkan pada input non inverting sehingga polaritas output akan sama dengan polaritas input tapi memiliki penguatan yang tergantung dari besarnya Rfeedback dan Rinput.

Rumus penguatan penguat non-pembalik adalah sebagai berikut:

$V_{\text{out}} = V_{\text{in}} \left( \frac{R_1 + R_2}{R_1} \right)\,$

atau dengan kata lain:

$V_{\text{out}} = V_{\text{in}} \left( 1 + \frac{R_2}{R_1} \right)\,$

Dengan demikian, penguat non-pembalik memiliki penguatan minimum bernilai 1. Karena tegangan sinyal masukan terhubung langsung dengan masukan pada penguat operasional maka impedansi masukan bernilai $Z_{\text{in}} \approx \infin$ .

4. penguat differensiator

Penguat diferensial digunakan untuk mencari selisih dari dua tegangan yang telah dikalikan dengan konstanta tertentu yang ditentukan oleh nilai resistansi yaitu sebesar $\frac{ R_{\text{f}} }{ R_1 }\$ untuk $R_1 = R_2\$ dan $R_{\text{f}} = R_{\text{g}}\$ . Penguat jenis ini berbeda dengan diferensiator.Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut:

$V_{\text{out}} = \frac{ \left( R_{\text{f}} + R_1 \right) R_{\text{g}} }{\left( R_{\text{g}} + R_2 \right) R_1} V_2 - \frac{R_{\text{f}}}{R_1} V_1$

Sedangkan untuk R1 = R2 dan Rf = Rg maka bati diferensial adalah:

$V_{\text{out}} = \frac{ R_{\text{f}} }{ R_1 } (V_{\text{2}} - V_{\text{1}})\,$

5. rangkaian penguat penjumlah (Summing amplifier )

Penguat penjumlah menjumlahkan beberapa tegangan masukan, dengan persamaan sebagai berikut:

$V_{\text{out}} = -R_{\text{f}} \left( \frac{V_1}{R_1} + \frac{V_2}{R_2} + \cdots + \frac{V_n}{R_n} \right)$

Saat $R_1 = R_2 = \cdots = R_n$ , dan Rf saling bebas maka:

$V_{\text{out}} = -\frac{R_{\text{f}}}{R_1} ( V_1 + V_2 + \cdots + V_n ) \!\$

Saat $R_1 = R_2 = \cdots = R_n = R_{\text{f}}\$ , maka:

$V_{\text{out}} = -( V_1 + V_2 + \cdots + V_n ) \!\$
1. Keluaran adalah terbalik.
2. Impedansi masukan dari masukan ke-n adalah $Z_n = R_n \$ (di mana $V_- \$ adalah Virtual ground).

6. penguat integrator (Integrator Amplifier )

Penguat ini mengintegrasikan tegangan masukan terhadap waktu, dengan persamaan:

$V_{\text{out}} = -\frac{1}{RC}\int_0^t V_{\text{in}} \, \operatorname{d}t + V_{\text{mula}}\,$

di mana $t\$ adalah waktu dan $V_{\text{mula}}\$ adalah tegangan keluaran pada $t = 0\$ .

Sebuah integrator dapat juga dipandang sebagai tapis pelewat-tinggi dan dapat digunakan untuk rangkaian tapis aktif.

7. Differensiator

Mendiferensiasikan sinyal hasil pembalikan terhadap waktu dengan persamaan:

$V_{\text{out}} = -RC \,\frac{\operatorname{d}V_{\text{in}} }{ \operatorname{d}t} \, \qquad$

di mana $V_{\text{in}}\$ dan $V_{\text{out}} \$ adalah fungsi dari waktu.

Pada dasarnya diferensiator dapat juga dibangun dari integrator dengan cara mengganti kapasitor dengan induktor, namun tidak dilakukan karena harga induktor yang mahal dan bentuknya yang besar.Diferensiator dapat juga dilihat sebagai tapis pelewat-rendah dan dapat digunakan sebagai tapis aktif.

3. Jelaskan apa itu inverting dan non inverting, bandingkan sinyal input dan output! (sertakan gambarnya) ?

Jawab :

1. Inverting

Inverting merupakan penguat operasional (atau Op-Amp) yang dirancang untuk menghasilkan sinyal keluaran yang berbeda fasa 180° dengan sinyal masukan yang diterapkan. Penguat ini memiliki ciri khusus yaitu sinyal input dihubungkan ke kaki inverting (-) amplifier dan sinyal keluaran memiliki beda fasa sebesar 180o . Pada rangkaian penguat yang ideal memiliki syarat bahwa tegangan masukan sama dengan 0 dan impedansi masukan tak terhingga. Dalam konfigurasi inverting, sinyal input akan diinversi pada sinyal output. Ini berarti jika sinyal input naik, sinyal output akan turun, dan sebaliknya. Konfigurasi ini sering digunakan dalam aplikasi yang memerlukan inversi fasa sinyal atau penguatan negatif. Nilai penguatan dalam konfigurasi inverting ditentukan oleh perbandingan resistansi pada input inverting dan input non-inverting. Contoh aplikasi yang umum adalah inverting amplifier dan integrator.

2. Non Inverting

Penguat tersebut dinamakan penguat non-inverting karena masukan dari penguat tersebut adalah masukan non-inverting (+) dari Op Amp. Tidak seperti penguat inverting, sinyal keluaran penguat jenis ini sefasa dengan sinyal masukannya. Seperti pada rangkaian penguat inverting syarat ideal sebuah penguat adalah tegangan masukan sama dengan 0 dan impedansi masukan tak terhingga. konfigurasi non-inverting tidak menghasilkan inversi fasa sinyal. Sinyal input akan diperbesar pada sinyal output tanpa perubahan fase. Ini berarti jika sinyal input naik, sinyal output juga akan naik. Konfigurasi non-inverting sering digunakan ketika diperlukan penguatan positif pada sinyal input. Penguatan dalam konfigurasi ini ditentukan oleh perbandingan resistansi pada input non-inverting dan input inverting. Contoh aplikasi yang umum adalah non-inverting amplifier dan penggunaan sebagai buffer (voltage follower).

Perbandingan sinyal input dan ouput

1. Inverting

2. Non Inverting

4. Jelaskan rangkaian inverting adder dan non inverting adder! (sertakan gambarnya).

Jawab :

A. Penguat Penjumlah Pembalik (inverting adder)

2.2.1.1. Gambar Rangkaian

Gambar 2.2. Rangkaian penguat penjumlah pembalik ( inverting )

Prinsip kerja rangkaian

Pada operasi adder/penjumlahan sinyal secara inverting, input yang berada pada V1,V2,V3 di hubungkan dengan hambatan yaitu R1,R2, dan R3 setelah di hubungkan dengan hambatan, lalu di hubungkan dengan masukan negatif pada op-amp. Besarnya penjumlahan sinyal masukan tersebut bernilai negatif karena penguat operasional dioperasikan pada mode membalik. Besarnya penguatan tegangan (Av) tiap sinyal input mengikuti nilai perbandingan Rf dan resistor input masing-masing (R1,R2,R3).

Penurunan Rumus

Simulasi

Gambar 2.3 simulasi penguat penjumlah membalik

Gambar 2.4 sinyal output penguat penjumlah pembalik

Gambar 2.5 simulasi penguat penjumlah membalik

Dari simulasi diatas dapat di lihat output penguat pembalik penjumlah menghasilkan tegangan sebesar 8.6 Volt, untuk pembuktian perhitungannya dapat di lihat di bawah ini :

Contoh Soal

Gambar 2.6 contoh soal

Dari gambar di atas, hitunglah besar tegangan keluaran tegangan rangkaian diatas!

Jawab :

Penguat Penjumlah Tak pembalik (Non – Inverting)

Gambar Rangkaian

Gambar 2.7. rangkaian penguat non – inverting ( tak pembalik )

Prinsip kerja rangkaian

Rangkaian penjumlah non-inverting memiliki penguatan tegangan yang tidak melibatkan nilai resistansi input yang digunakan. Oleh karena itu dalam rangkaian penjumlah non-inverting nilai resistor input (R1, R2, R3) sebaiknya bernilai sama persis, hal ini bertujuan untuk mendapatkan kestabilan dan akurasi penjumlahan sinyal yang diberikan ke rangkaian. Pada rangkaian penjumlah non-inverting diatas sinyal input (V1, V2, V3) diberikan ke jalur input melalui resitor input masing- masing (R1, R2, R3). Besarnya penguatan tegangan (Av) pada rangkaian penguat penjumlah non-inverting diatas diatur oleh Resistor feedback (Rf) dan resistor inverting (Ri).

Penurunan Rumus

Simulasi

Gambar 2.8 simulasi penguat penjumlah tak membalik

Gambar 2.9 sinyal output penguat penjumlah tak membalik

Gambar 2.10 simulasi penguat penjumlah tak membalik

Dari simulasi diatas dapat di lihat output penguat pembalik penjumlah menghasilkan tegangan sebesar 9.75 Volt, untuk pembuktian perhitungannya dapat di lihat di bawah ini :

5. Buktikan turunan rumus inveting adder! (sertakan gambarnya)

Jawab :

Jika dalam rangkaian terdapat 3 input, maka penurunan rumus untuk mendapatkan nilai keluaran dapat dilakukan sebagai berikut :

Jika dalam rangkaian terdiri lebih dari 3 input, maka rumus mencari hasil atau outpul dari inverting adder dapat dituliskan sebagai berikut :

Gambar Rangkaian

2. Prinsip Kerja [kembali]

1. inverting

Output rangkaian inverting op amp

Prinsip Kerja :

Pada rangkaian, kaki inverting OP AMP jenis 741 dihubungkan dengan resistor (R1) sebesar 100 ohm menuju ke kaki signal generator. Dalam rangkaian ini, antara output dan kaki inverting dihubungkan dengan Rf sebesar 220 ohm. Kaki non inverting pada op amp dihubungkn dengan ground. Pada rangkaian tersebut, besar penguatan dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan gain = -Rf/R1, yaitu sebesar -2,2. Penguatan bernilai negatif karena hasil output sinyal berupa pembalikkan atau memiliki beda fasa sebesar 180 derajat. Besarnya nilai output yang dihasilkan pada osiloskop yaitu sebesar -3,50 V dengan input sebesar 1,60 V. Secara matematis, output dapat dihitung dengan rumus Vout = -(Rf/Rin) x Vin, yaitu sebesar -3,52 V.

2. non inverting

Output rangkaian non inverting op amp

Prinsip kerja :

Pada rangkaian, kaki non inverting op amp dihubungkan menuju signal generator. Kaki inverting pada op amp dihubungkan dengan Rf sebesar 10k ohm, dengan resistor input (Rin) sebesar 10k ohm dan dihubungkan ke Vout. Osiloskop channel A akan menampilkan grafik besaran Vin dan channel B menampilkan besaran Vout. Besarnya penguatan pada rangkaian dapat dihitung dengan rumus Acl = (Rf/Rin) + 1 yaitu sebesar 2 . Nilai penguatan bernilai positif karena nantinya hasil sinyal output yang didapatkan akan sefasa dengan input. Dari rangkaian proteus, didapatkan nilai keluaran sebesar 10 v, dengan besar input 5 v. Berdasarkan perhitungan matematis, nilai keluaran sesuai dengan rumus Vout = Vin x Acl, yaitu 10 V.

3. inverting adder

Output rangkaian inverting adder

Prinsip kerja :

Pada operasi adder/penjumlahan sinyal secara inverting, input yang berada pada V1,V2,V3 di hubungkan dengan hambatan yaitu R1,R2, dan R3 yang masing-masingnya bernilai 100 ohm. Setelah di hubungkan dengan hambatan, lalu di hubungkan dengan masukan negatif pada op-amp. Besarnya penjumlahan sinyal masukan tersebut bernilai negatif karena penguat operasional dioperasikan pada mode membalik (inverting). Besarnya penguatan tegangan (Av) tiap sinyal input mengikuti nilai perbandingan Rf (sebesar 100 ohm pada rangkaian) dan resistor input masing-masing (R1,R2,R3). Hasil keluaran pada rangkaian didapatkan 3,60 V dengan input V1 = V2 = V3 = 1,2V. Hasil ini sebanding dengan rumus matematis yang telah diturunkan pada soal TP.

4. non inverting adder

Output rangkaian non invering adder

Prinsip kerja :

Pada operasi adder/penjumlahan sinyal secara non inverting, input yang berada pada V1 dan V2, di hubungkan dengan hambatan yaitu R1,R2 dengan besar masing-masing resistor 10k. Setelah di hubungkan dengan hambatan, lalu di hubungkan dengan masukan positif pada op-amp. Besarnya penjumlahan sinyal masukan tersebut bernilai positif karena penguat operasional dioperasikan pada mode non membalik (non inverting). Besarnya penguatan tegangan (Av) tiap sinyal input mengikuti nilai perbandingan 1 + RA/RB dan tegangan input masing-masing (V1,V2). Hasil keluaran pada rangkaian didapatkan 8 V dengan input V1 = V2 = 4 V. Hasil ini sebanding dengan rumus matematis yang telah diturunkan, yaitu Vout = (1+RA/RB) x (V1+V2/2) yaitu 8 V.

3.Video Simulasi [kembali]

1. Rangkaian Inverting Amplifier

2. Rangkaian Non Inverting Amplifier

3. Rangkaian Inverting Amplifier Adder

4. Rangkaian Non Inverting Amplifier Adder

4.Download File [kembali]

Rangkaian Proteus :

Rangkaian Non Inverting Amplifier [klik disini]

Rangkaian Inverting Amplifier [klik disini]

Rangkaian Non Inverting Amplifier Adder [klik disini]

Rangkaian Inverting Amplifier Adder [klik disini]

Video Penjelasan :

Video Rangkaian Non Inverting Amplifier [klik disini]

Video Rangkaian Inverting Amplifier [klik disini]

Video Rangkaian Non Inverting Amplifier Adder [klik disini]

Video Rangkaian Inverting Amplifier Adder [klik disini]

Data Sheet

- Data Sheet resistor [klik disini]

- Data Sheet Op Amp [klik disini]

- Datasheet osiloskop : klik disini

- Datasheets signal generator : klik disini

[menuju awal]

Cari Blog Ini

RAHMAD FAJRIL ILHAMI

TUGAS PENDAHULUAN MODUL 3

MODUL 3

Komentar

Posting Komentar

Postingan populer dari blog ini

MATA KULIAH ELEKTRONIKA

PRATIKUM SISTEM DIGITAL

PRAKTIKUM ELEKTRONIKA