M. Radhi Azmi : TP-M3 (Op-Amp)

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Soal

2. Prinsip kerja

3. Video Simulasi

4. Download File

1. Soal [Kembali]

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

Jawab:

Operational Amplifiers (op-amps) adalah komponen elektronik yang memiliki karakteristik khusus yang membuatnya sangat berguna dalam aplikasi sirkuit elektronik. Berikut adalah beberapa karakteristik dan fungsi op-amp:

Karakteristik op amp

1. Gain sangat besar (AOL >>).
Penguatan open loop adalah sangat besar karena
feedback-nya tidak ada atau RF = tak terhingga.
2. Impedansi input sangat besar (Zi >>).
Impedansi input adalah sangat besar sehingga arus input
ke rangkaian dalam op-amp sangat kecil sehingga tegangan
input sepenuhnya dapat dikuatkan.
3. Impedansi output sangat kecil (Zo <<).
Impedansi output adalah sangat kecil sehingga tegangan output
stabil karena tahanan beban lebih besar yang diparalelkan dengan
Zo <<.

Fungsi op amp

Op-Amp memiliki beragam aplikasi dalam peralatan elektronik, seperti penguat sinyal, sensor, peningkat audio, penyeimbang sinyal, dan pengintegrasian sinyal. Op amp juga digunakan untuk mengatur tegangan, berfungsi sebagai filter aktif, perangkat instrumen, serta konversi antara sinyal analog dan digital.

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.

Fungsi dari Rangkaian penguat inverting yaitu memungkinkan untuk menguatkan sinyal masukan dengan amplitudo yang relatif kecil, seringkali hanya berada dalam rentang mikrovolt atau milivolt, menjadi sinyal yang lebih kuat.

2. Penguat tak pembalik (Non Inverting Amplifier)

Penguat non-inverting adalah sebuah jenis rangkaian penguat yang berperan sebagai peningkat sinyal. Saat mengoperasikan penguat non-inverting, sinyal yang diterima akan diperkuat tanpa mengubah fase relatif antara sinyal masukan dan sinyal keluaran. Ini berarti bahwa sinyal yang dikuatkan akan memiliki fase yang sama dengan sinyal masukan.

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 komparator merupakan aplikasi Op-Amp yang mana rangkaian tersebut berada dalam keadaan loop terbuka dan tidak linear. Keluaran dari rangkaian ini tidak berbanding lurus dengan masukan. Keluaran berupa +Vcc/-Vcc atau High/Low. Prinsip dasar rangkaian ini, yaitu membandingkan nilai masukan pada inverting dan non-inverting. Jika kaki non inverting dianggap sebagai referensi,maka nilai keluaran bergantung pada masukan kaki inverting.

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

4. 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.

Rangkaian differensiator pada dasarnya adalah penguat inverting yang memiliki resistor input yang diganti dengan komponen kapasitor. Dengan komponen kapasitor ini, differensiator mampu melakukan operasi differensiasi pada sinyal masukan, menghasilkan sinyal keluaran yang berubah bentuk sesuai dengan hasil differensiasi.

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.

5. 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.

6. Penguat penjumlah

Rangkaian adder atau penjumlah menggunakan op-amp merupakan konfigurasi op-amp sebagai penguat dengan diberikan input lebih dari satu untuk menghasilkan sinyal output yang linier sesuai dengan nilai penjumlahan sinyal input dan faktor penguatan yang ada. Pada umumnya rangkaian adder merupakan rangkaian penjumlah dasar yang disusun dengan penguat inverting atau non-inverting yang diberikan input lebih dari 1 line.

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.

7. Buffer atau Follower

Rangkaian buffer adalah rangkaian yang menghasilkan tegangan output sama dengan tegangan inputnya.

Fungsi dari rangkaian buffer pada peralatan elektronika adalah sebagai penyangga, dimana prinsip dasarnya adalah penguat arus tanpa terjadi penguatan tegangan.

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)

Jawab:

2. Prinsip Kerja [Kembali]

1. 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 Op Amp

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.