Tugas Pendahuluan 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 :

Op-Amp adalah komponen elektronika yang berbentuk IC linear serta berfungsi untuk penguat sinyal listrik. Perangkat elektronika yang satu ini tersusun dari beberapa komponen pembentuk. Diantaranya yaitu kapasitor, dioda, transistor, dan juga resistor.

Fungsi :

Fungsi dari Op-Amp adalah sebagai pengindra dan penguat sinyal masukan, baik DC ataupun AC juga sebagai penguat Diferensiasi Impedansi masukan tinggi, penguat keluaran impedansi rendah. Op-Amp banyak dimanfaatkan dalam peralatan-peralatan ekeltronik sebagai penguat, sensor, mengeraskan suara, buffer sinyal, menguatkan sinyal, mengitegrasikan sinyal. Selain itu, digunakan pula dalam peraturan tegangan, filter aktif, intrumentasi, pengubah analog ke digital dan sebaliknya.

Karakteristik :

• 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.

• Bandwidth Tak Terhingga

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

• Input Impedansi Tak Terhingga

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.

• Impedansi Output Nilainya Sangat Kecil

Pada Op-Amp (Operational Amplifier), nilai yang terdapat pada output jumlahnya terbilang lebih kecil. Bahkan hanya sekitar 150 Ohm saja karena sengaja dibuat sangat kecil. Hal ini tentu saja karena menyesuaikan dengan jenis kebutuhannya.

• Tegangan Offset Output Nol

Pada operasional amplifier, tegangan offset output nilainya adalah nol.

2. Jelaskan macam macam aplikasi op amp beserta fungsinya! 

Jawab :

1. Penguat Pembalik ( Inverting amplifier )

Penguat Inverting adalah suatu konfigurasi penguat yang berperan dalam meningkatkan amplitudo sinyal input, namun dengan ciri khas bahwa sinyal outputnya memiliki fase yang terbalik (berlawanan) 180 derajat dengan sinyal masukannya. Ini berarti bahwa jika sinyal input mengalami fluktuasi positif, sinyal output akan mengalami fluktuasi negatif sebanding, dan sebaliknya. Dengan rumus :

Fungsi dari Rangkaian penguat inverting yaitu memungkinkan untuk menguatkan sinyal masukan dengan amplitudo yang relatif kecil.

2. Penguat non Pembalik ( Non Inverting amplifier) 

Penguat non inverting 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.

sehingga persamaan menjadi :

Fungsi dari penguat non inverting kurang lebih sama dengan penguat inverting hanya saja polaritas output yang dihasilkan sama dengan sinyal inputnya. Rangkaian penguat non inverting akan menerima arus atau tegangan yang sangat kecil dan akan membangkitkan arus atau tegangan yang lebih besar

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

Fungsi utama Op-Amp sebagai komparator adalah mendeteksi perbedaan antara dua tegangan input dan menghasilkan sinyal keluaran sesuai dengan kondisi perbandingan tersebut. 

4.Buffer

Rangkaian buffer adalah rangkaian yang inputnya sama dengan hasil outputnya. Dalam hal ini seperti rangkaian common colektor yaitu berpenguatan = 1. Rangkaiannya seperti pada gambar berikut ini.

Nilai R yang terpasang gunanya untuk membatasi arus yang di keluarkan. Besar nilainya tergantung

dari indikasi dari komponennya, biasanya tidak dipasang alias arus dimaksimalkan sesuai dengan kemampuan op-ampnya.

5. Adder / Penjumlah

Rangkaian penjumlah atau rangkaian adder adalah rangkaian penjumlah yang dasar rangkaiannya adalah rangkaian inverting amplifier dan hasil outputnya adalah dikalikan dengan penguatan seperti pada rangkaian inverting.Rangkaian penjumlah dengan menggunakan non inverting sangat suah dilakukan karena tegangan yang diparalel akan menjadi tegangan terkecil yang ada, sehingga susah terjadi proses penjumlahan.

Fungsi utama dari rangkaian ini adalah melakukan penjumlahan atau penggabungan sinyal-sinyal masukan dengan bobot tertentu dan menghasilkan sinyal keluaran yang merupakan hasil dari penjumlahan tersebut.

6. Differensiator

Differensiator pada dasarnya adalah konfigurasi dari Op-Amp yang berfungsi untuk menguatkan hasil differensiasi dari sinyal masukan yang diberikan. Jika sinyal masukan awalnya berbentuk gelombang sinus, differensiator akan menghasilkan sinyal keluaran berbentuk gelombang cosinus. Fungsi ini memungkinkan differensiator untuk mengubah bentuk sinyal masukan, menghasilkan hasil differensiasi yang digunakan dalam berbagai aplikasi. Contohnya, differensiator dapat mengubah gelombang sinus menjadi gelombang cosinus, gelombang persegi menjadi gelombang spike, atau gelombang segitiga menjadi gelombang persegi.

Fungsi differensiator pada Op-Amp memungkinkan kita untuk melakukan operasi diferensiasi matematis pada sinyal input, yang berarti kita dapat mengukur tingkat perubahan sinyal input terhadap waktu. Hasilnya adalah sinyal keluaran yang terkait dengan perubahan cepat dalam sinyal input tersebut. 

7. Integrator

Op-Amp Integrator adalah rangkaian penguat operasional yang melakukan operasi matematika Integrasi, yaitu kita dapat membuat keluaran merespons perubahan tegangan masukan dari waktu ke waktu karena penguat operasional integrator menghasilkan tegangan keluaran yang sebanding dengan integral dari tegangan masukan. Fungsi utama dari Op-Amp Integrator adalah untuk merespons tingkat perubahan sinyal masukan terhadap waktu. Dengan kata lain, Op-Amp Integrator membantu menganalisis atau mengukur perubahan seiring waktu dalam sinyal masukan dengan cara menghasilkan sinyal keluaran yang berhubungan dengan integral dari sinyal masukan tersebut.

Fungsi utama dari Op-Amp Integrator adalah untuk merespons tingkat perubahan sinyal masukan terhadap waktu.

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

Jawab :

Inverting

    Penguat operasional (atau Op-Amp) yang dirancang untuk menghasilkan sinyal keluaran yang berbeda fasa 180° dengan sinyal masukan yang diterapkan disebut penguat pembalik . Oleh karena itu, pada penguat inverting, jika sinyal masukan mempunyai fasa positif maka sinyal keluaran yang diperkuat akan mempunyai fasa negatif dan sebaliknya. Penguat operasional pembalik adalah konfigurasi penguat operasional yang paling sederhana dan paling banyak digunakan.

Non Inverting

    Suatu jenis penguat operasional yang sinyal masukannya dan sinyal keluarannya yang diperkuat mempunyai fasa yang sama, maka penguat tersebut disebut dengan penguat non-inverting . Jadi, dalam kasus penguat non-pembalik, jika sinyal masukan mempunyai fasa positif, maka sinyal keluaran yang diperkuat juga akan mempunyai fasa positif dan hal yang sama berlaku untuk fasa negatif.

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

Jawab :

Rangkaian Inverting Adder

   Pada operasi adder/penjumlah sinyal secara inverting, sinyal input (V1, V2, V3) diberikan ke line input penguat inverting berturut-turut melalui R1, R2, R3. Besarnya penjumlahan sinyal input tersebut bernilai negatif karena penguat operasional dioperasikan pada mode membalik (inverting). Besarnya penguatan tegangan (Av) tiap sinyal input mengikuti nilai perbandingan Rf dan Resistor input masing-masing (R1, R2, R3). Masing-masing tegangan output (Vout) dari penguatan masing-masing sinyal input tersebut secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut:

Besarnya tegangan output (Vout) dari rangkaian adder/penjumlah inverting diatas dapat dirumuskan sebagai berikut:

Rangkaian non Inverting Adder

  

Rangkaian adder/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 bertujutna 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), sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut :

Sehingga dengan diketahuinya nilai penguatan tegangan pada rangkaian penjumlah non-inverting tersebut dapat dirumuskan besarnya tegangan output (Vout) rangkaian secara matematis sebagai berikut :

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

2. Prinsip Kerja[Kembali]

Inverting Op Amp

Rangkaian inverting op-amp adalah aplikasi umum dari operational amplifier (op-amp) yang digunakan untuk menguatkan sinyal masukan. Pada rangkaian ini, sinyal masukan Vin datang dari signal generator dan akan dihubungkan ke input inverting (-) dari op-amp. Vin akan mengalir melalui resistor masukan (Rin) yang memiliki resistansi sebesar 100Ω.

Op-amp akan menguatkan sinyal masukan ini berdasarkan perbandingan antara resistor masukan (Rin) yang memiliki resistansi sebesar 100Ω dan resistor referensi (Rf) yang  memiliki resistansi sebesar 300Ω. Prinsip kerja op-amp inverting adalah membalikkan fase sinyal masukan dan menguatkannya sebesar faktor Rf/Rin. Dalam hal ini, faktor penguatan adalah -3, karena 

Jadi, rangkaian ini menguatkan sinyal inputnya sebesar -3 atau memiliki penguatan sebesar -3. Ini artinya sinyal output akan berbeda polaritas dengan sinyal input dan memiliki amplitudo yang tiga kali lebih besar. 

Sinyal yang telah diubah fase dan dikuatkan akan muncul pada output Vout. Kemudian, Vout dihubungkan ke osiloskop, yang digunakan untuk mengukur dan memvisualisasikan sinyal keluaran. Sinyal input yang terukur sebesar 1,25V akan menghasilkan sinyal output sebesar:

2. Non Inverting OpAmp

Rangkaian non-inverting op-amp adalah salah satu konfigurasi umum yang digunakan untuk menguatkan sinyal dalam elektronika. Prinsip kerja dari rangkaian diatas adalah sinyal masukan, Vin, dihubungkan ke kaki non-inverting op-amp. Resistor input (Rin) dengan resistansi 10kΩ menghubungkan kaki non-inverting ke ground, sementara resistor feedback (Rf) juga dengan resistansi 10kΩ menghubungkan kaki non-inverting dengan kaki output op-amp. Vcc sebesar +12V dan Vee sebesar -12V digunakan untuk memberikan tegangan pasokan ke op-amp. Sinyal output, Vout, diukur menggunakan osiloskop.

Ketika sinyal input (Vin) adalah 5V, op-amp dalam konfigurasi non-inverting akan menguatkannya. Dalam konfigurasi ini, gain (penguatan) yang diberikan oleh op-amp adalah (1 + Rf/Rin), yang dalam hal ini sama dengan 2. Dengan kata lain, sinyal output (Vout) akan menjadi 2 kali lipat dari sinyal input.

Ketika Vin = 5V, maka Vout = 2 x Vin = 2 x 5V = 10V. Inilah mengapa sinyal output yang diukur pada osiloskop adalah 10V ketika sinyal input adalah 5V.

Rangkaian ini memungkinkan untuk penguatan sinyal tanpa mengubah polaritasnya. Hasil penguatan sinyal output (Vout) selalu positif, sesuai dengan prinsip kerja dari konfigurasi non-inverting op-amp.

3. Inverting Adder

Rangkaian adder inverting pada gambar diatas menggunakan tiga resistor (R1, R2, R3) dengan resistansi yang sama (10kΩ).

Masing-masing resistor (R1, R2, R3) dihubungkan pada satu ujungnya ke sinyal generator dan pada ujung lainnya dihubungkan ke kaki inverting dari op-amp. Selain itu, resistor referensi (Rf) dengan resistansi 10kΩ juga dihubungkan dari kaki output op-amp ke kaki inverting. Dalam rangkaian ini, osiloskop terhubung ke Vin masing-masing resistor (R1, R2, R3) untuk mengukur sinyal input, dan Vout juga dihubungkan ke osiloskop untuk mengukur sinyal output. Pada osiloskop terukur tegangan input sebesar 1,25V dan tegangan output sebesar 3,75V.

Ketika sinyal input dari masing-masing resistor adalah 1,25V, op-amp melakukan operasi penjumlahan inverting terhadap ketiga sinyal tersebut. Nilai tegangan output (Vout) adalah jumlah dari ketiga sinyal input, dengan polaritas yang terbalik karena ini adalah rangkaian inverting. Dalam hal ini,

Maka, pada osiloskop terukur sinyal input sebesar 1,25V pada masing-masing resistor dan sinyal output sebesar -3,75V.

4. Non Inverting Adder

Rangkaian adder non-inverting adalah sebuah konfigurasi op-amp yang digunakan untuk menjumlahkan beberapa sinyal input dengan mempertahankan polaritasnya. Dalam kasus ini, terdapat tiga resistor (R1, R2, R3) dengan resistansi masing-masing 10kΩ yang dihubungkan pada sinyal generator. Resistor referensi (Rf) sebesar 10kΩ. Vcc adalah +12V, dan Vee adalah -12V. Osiloskop dihubungkan ke Vin masing-masing resistor (R1, R2, R3) untuk menampilkan sinyal input, dan Vout juga dihubungkan ke osiloskop untuk menampilkan sinyal output. Sinyal input pada masing-masing resistor adalah 5V, dan sinyal output adalah 10V.

Rumus gain (penguatan) dari konfigurasi non-inverting adalah 

Ketika ketiga sinyal input (Vin) masing-masing sebesar 5V, maka sinyal output (Vout) akan dihitung sebagai berikut:

 

3. Video Simulasi[Kembali]

Inverting Op Amp

Non Inverting Op Amp

Inverting Adder Op Amp

Non Inverting Adder Op Amp

4. Download File[Kembali]

download rangkaian inverting op amp klik

download rangkaian non inverting op amp klik

download rangkaian inverting adder klik

download rangkaian non inverting adder klik

download video rangkian inverting op amp klik

download video rangkaian non inverting op amp klik

download video rangkaian inverting adder klik

download video rangkain non inverting adder klik

download datasheet op amp klik

download datasheet resistor klik