fig 11.2, fig 11.4 Op-Amp Application

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

7. Soal Pilihan Ganda

8. Rangkaian Proteus

9. Video

10. Download File

Sub Chapter 11.1 Constant-Gain Multiplier

1. Pendahuluan [Kembali]

Operational Amplifier (Op-Amp) merupakan salah satu komponen elektronik analog yang paling umum digunakan dalam rangkaian elektronika. Op-Amp memiliki banyak aplikasi seperti penguat sinyal, pembanding tegangan, filter aktif, osilator, dan lain sebagainya. Sifat serbaguna dari Op-Amp membuatnya sangat penting dalam dunia teknik elektro, baik pada sistem analog maupun dalam antarmuka ke sistem digital. Praktikum ini bertujuan untuk mempelajari beberapa aplikasi dasar Op-Amp, seperti rangkaian penguat tak membalik (non-inverting amplifier), penguat membalik (inverting amplifier), pengikut tegangan (voltage follower), dan komparator.

Op-Amp secara prinsip adalah penguat diferensial dengan penguatan tegangan sangat tinggi dan dua terminal input (inverting dan non-inverting) serta satu terminal output. Dengan sifatnya yang ideal, yaitu impedansi masukan sangat tinggi, impedansi keluaran sangat rendah, dan penguatan open-loop hampir tak terbatas, Op-Amp mampu digunakan dalam berbagai konfigurasi dan aplikasi. Bahkan dengan karakteristik real yang tentu saja tidak sempurna, Op-Amp tetap sangat dapat diandalkan karena tersedia dalam berbagai tipe dan spesifikasi yang sesuai dengan kebutuhan desain sistem.

Salah satu kekuatan utama Op-Amp terletak pada kemampuannya untuk dimodifikasi melalui konfigurasi umpan balik (feedback). Dengan menambahkan jaringan resistif atau kapasitif pada loop umpan balik, kita dapat mengubah fungsi dasar Op-Amp menjadi penguat tegangan, integrator, diferensiator, filter aktif, atau bahkan komparator logika. Hal ini menjadikan Op-Amp sangat fleksibel untuk digunakan baik dalam aplikasi sinyal analog maupun digital.

2. Tujuan [Kembali]

1. Mempelajari prinsip kerja Op-Amp dalam berbagai konfigurasi rangkaian.

2. Mengetahui perbedaan karakteristik antara penguat membalik dan tak membalik.

3. Memahami penggunaan Op-Amp sebagai penguat dan komparator.

4. Mengamati respons tegangan keluaran berdasarkan variasi masukan.

3. Komponen [Kembali]

Alat

1. Power Supply

Power Supply yang digunakan adalah generator sinus. Power Supply Generator Sinus adalah jenis catu daya atau pembangkit sinyal yang menghasilkan tegangan keluaran berbentuk gelombang sinus murni (pure sine wave). Perangkat ini biasanya digunakan dalam pengujian elektronik, audio, komunikasi, inverter listrik, dan berbagai sistem di mana kualitas sinyal sangat penting.

Gambar Generator sinus

Gambar Generator sinus di proteus

2. Voltmeter

Voltmeter yang digunakan adalah Voltage Probe. Voltage Probe atau senter tegangan adalah alat ukur yang digunakan untuk mendeteksi, mengukur, atau memantau tegangan listrik dalam suatu titik rangkaian. Biasanya digunakan bersamaan dengan alat ukur seperti osiloskop, multimeter, atau alat deteksi listrik lainnya.

Gambar Voltage Probe

Gambar Voltage probe di proteus

3. Oscilloscope

Osiloskop adalah alat ukur elektronik yang digunakan untuk menampilkan dan menganalisis bentuk gelombang sinyal listrik dalam domain waktu (time domain). Osiloskop sangat penting dalam dunia elektronika karena bisa menunjukkan secara visual bagaimana sinyal berubah terhadap waktu.

Gambar Oscilloscope

Gambar Oscilloscope di proteus

Bahan

1. Op-Amp 741

UA741 adalah sebuah Op-Amp (Operational Amplifier) monolitik berbasis IC (Integrated Circuit) yang digunakan untuk memperkuat sinyal analog. IC ini dibuat menggunakan teknologi bipolar junction transistor (BJT) dan memiliki satu op-amp per chip. Op-amp biasanya dikemas dalam bentuk IC (Integrated Circuit) seperti IC 741, dan memiliki dua input (inverting dan non-inverting) serta satu output.

Gambar Op amp 741

Gambar Op-Amp

2. Resistor

Resistor adalah komponen elektronik pasif yang digunakan untuk menghambat atau membatasi aliran arus listrik dalam suatu rangkaian. Resistor tidak menghasilkan energi, tetapi menyerap dan membuang energi listrik dalam bentuk panas.

Gambar Resistor di proteus

Gambar Resistor

3. Ground

Ground atau tanah adalah titik referensi nol tegangan dalam suatu sistem listrik atau elektronik. Ground digunakan sebagai acuan umum untuk semua tegangan dalam rangkaian dan juga sebagai jalur kembali arus listrik

4. Kabel

Kabel adalah media penghantar listrik yang terdiri dari satu atau lebih konduktor (biasanya tembaga atau aluminium) yang dilapisi oleh bahan isolator (seperti plastik PVC). Kabel digunakan untuk menyalurkan arus listrik atau sinyal dari satu titik ke titik lain

4. Dasar Teori [Kembali]

Op-Amp adalah penguat tegangan diferensial dengan penguatan (gain) yang sangat tinggi. Idealnya, Op-Amp memiliki impedansi masukan yang tak terhingga dan impedansi keluaran nol. Karakteristik ideal ini memungkinkan Op-Amp digunakan dalam berbagai konfigurasi seperti:

Penguat Membalik (Inverting Amplifier)
Tegangan masukan diberikan ke terminal inverting (-) melalui resistor, sedangkan terminal non-inverting (+) dihubungkan ke ground. Output akan berbanding terbalik (180° fase) dengan input, dan besar penguatan diberikan oleh:
$A_{v} = - \frac{R_{f}}{R_{i n}}$
Penguat Tak Membalik (Non-Inverting Amplifier)
Tegangan masukan diberikan ke terminal non-inverting (+). Output searah (tidak terbalik) terhadap input dan besar penguatan adalah:
$A_{v} = 1 + \frac{R_{f}}{R_{1}}$
Pengikut Tegangan (Voltage Follower)
Konfigurasi ini memberikan output yang sama dengan input (unity gain). Cocok digunakan sebagai buffer karena impedansi masukannya tinggi dan impedansi keluarannya rendah.
Komparator
Op-Amp dapat digunakan untuk membandingkan dua tegangan. Bila tegangan pada terminal (+) lebih besar dari terminal (−), maka output akan menuju tegangan maksimum (positif). Sebaliknya, jika lebih kecil, output akan menjadi minimum (negatif).

1. Op-Amp

Penguat operasional (Operational Amplifier) atau yang biasa disebut dengan Op-Amp, merupakan penguat elektronika yang banyak digunakan untuk membuat rangkaian detektor, komparator, penguataudio, video, pembangkit sinyal, multivibrator, filter, ADC, DAC, rangkaian penggerak dan berbagai macam rangkaian analoglainnya.

Op-amp pada umumnya tersedia dalam bentuk rangkaian terpadu yang memiliki karakteristik mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat di dalamnya. Ada tiga karakteristik utama op-amp ideal, yaitu:

1. 1. Gain tak berhingga.

2. 2. Impedansi input tak berhingga.

3. 3. Impedansi output bernilai 0.

Namun, dalam praktiknya Op-Amp memiliki Gain dan Impedansi input yang sangat besar namun bukan tak berhingga sehingga Impedansi output akan sangat kecil hingga mendekati nilai 0.

Simbol Op-Amp

Dapat dilihat bahwa Op-Amp secara umum memiliki 4 pin, yaitu masukan inverting dengan tanda (-), masukannon-inverting dengan tanda (+), masukan tegangan positif dan tegangan negatif dan pin keluaran atau output.

Dalam Op-Amp, dua perbudaan bagi tegangan yang diinputkan ke dalamnya. tegangan dapat dimasukan pada masukan inverting dan juga dapat dimasukkan pada msukan non-inverting.

Pada masukan Inverting tegangan input akan menghasilkan output dengan beda fasa 180 derjat atau dapat dikatakan gelombang uotput akan terbalik dari gelombang input.

Rangkaian Amplifier

Rangkaian op-amp Amplifier adalah penguat Input yang dimana amplifier bekerja pada karakteristik yang membentuk hubungan linear artinya semakin besar Vi maka semakin besar juga VO dan sebaliknya. Operasi amplifier menghindari output dalam kondisi saturasi karena akan membuat cacat keluaran outputnya. Ciri – ciri rangkaian amplifier yaitu ada resistor feedback negatif dari output ke input inverting op-ampnya.

Inverting Amplifier

Sesuai dengan namanya yaitu dengan input dimasukkan ke kaki inverting (pembalik) sehingga output akan dibalik atau beda fasa sebesar 180 derajat. Dalam Analisa rangkaian amplifier disyaratkan op-amp bekerja ideal sehingga tegangan differensial (selisih tegangan di kaki non-inverting dan inverting) Ed = 0. Sehingga arus yang melewati Ri sama dengan arus yang melewati Rf karena arus yang masuk ke kaki inverting sangat kecil karena sifat op-amp dimana impendasi (Zi) inputnya sangat besar.

Rangkaian inverting amplifier

Persamaan untuk mencari Vouputnya :

Dimana : Acl = -Rf/Ri

Vo = Acl x Vi

Vo = (-Rf/Ri) x Vi

Inverting Adder Amplifier

Konsepnya sama seperti Inverting amplifier, namun disini ada penambahan input yang masuk ke kaki inverting op-amp. Yang dimana arus masuk sama dengan arus keluar I = I1+I2+I3 sehingga arus di Rf sama dengan jumlah arus di R1,R2, dan R3.

Dengan syarat op-amp ideal Ed=0

Rangkaian Op-Amp Inverting Adder Amplifier

Persamaan untuk mencari Voutputnya :

Vo = -Rf [V1/R1 + V2/R2 + V3/R3 + … + Vn/Rn] -> untuk input lebih dari 3 dan seterusnya.

Rangkaina Non Inverting Amplifier

Non Inverting Amplifier

Rangkaian non inverting amplifier (tidak membalik) input dimasukkan ke kaki non inverting sehingga tegangan output yang dihasilkan sefasa dengan tegangan input.

Rangkaian Non Inverting Amplifier

Dengan syarat op-amp ideal Ed = 0 maka persamaan Vouput yang didapat :

Dimana : Acl = Rf/Ri + 1

Vo = Acl x Vi

Vo = (Rf/Ri + 1) x Vi

Voltage Follower Atau Buffer
Rangkaian yang dimana Acl = 1

Rangkaian Voltage Follower Atau Buffer

Dengan syarat op-amp ideal dimana Ed = 0 maka Vo = Vi. Sehingga Acl = Vo/Vi = 1

Maka untuk mencari Vouputnya :

Acl = 1

Vo = Acl x Vi

Vo = 1 x Vi

Vo = Vi

2. Resistor

Resistor merupakan salah satu komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk membatasi arus yang mengalir pada suatu rangkaian dan berfungsi sebagai terminal antara dua komponen elektronika.Tegangan pada suatu resistor sebanding dengan arus yang melewatinya (V=IR).Cara menghitung nilai resistor dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Cara menghitung resistansi pada resistor:

Pita atau gelang ke-1 menunjukkan nilai atau angka pada digit pertama, begitu pula pada gelang ke dua. Masing-masing warna pada pita memiliki nilai yang berbeda

Pita ke-3 menunjukkan jumlah angka 0 di belakang digit ke 2 atau dikalikan dengan 10^n, yang dimana n merupakan nilai pada warna pita ke 3

Pita ke-4 menunjukkan nilai toleransi dari resistor

Contoh :

Pita ke-1 : Coklat = 1

Pita ke-2 : Hitam = 0

Pita ke-3 : Hijau = 5 nol di belakang angka pita ke-2, atau dikalikan 105

Pita ke-4 : Perak = Toleransi 10%

Maka nilai resistor tersebut adalah 10×105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%

5. Example [Kembali]

. Tunjukkan koneksi 741 sebagai fixed gain amplifier

Jawab:

2. Sebuah Op-Amp 741 dengan Rf 300k ohm, R1 3k ohm, dan dengan v input 3mV, maka menghasilkan v output sebesar?

Jawab:

Vo = A x Vi = -100(3mV) = -300mV = -300 = 0,3V

3. Sebuay Op-Amp 741 dengan Rf 250k ohm, R1 2,5k ohm dan dengan v input 130uV, maka menghasilkan output sebesar?

Jawab:

Vo = A x Vi = 101(130uV) = -13.130 mV = 13,13 mV

6. Problem [Kembali]

1. Sebuah penguat operasional (op-amp) dirangkai sebagai inverting amplifier. Diberikan:

Tegangan input $V_{i n} = 0.3 V$
Resistor input $R_{i n} = 10 k Ω$
Resistor umpan balik $R_{f} = 100 k Ω$

Hitung tegangan output

V_{o u t}

Jawab: Gain $A_{v} = - \frac{R_{f}}{R_{i n}} = - \frac{100 k Ω}{10 k Ω} = - 10$
$V_{o u t} = A_{v} \times V_{i n} = - 10 \times 0.3 = - 3 V$

2. Sebuah op-amp digunakan sebagai non-inverting amplifier dengan konfigurasi:

Resistor R1 = 2 kΩ (dari ground ke kaki –)
Resistor Rf = 8 kΩ (feedback dari output ke kaki –)
Tegangan input $V_{i n} = 0.5 V$

Hitung penguatan (gain)

Jawab: Gain

A_{v} = 1 + \frac{R_{f}}{R_{1}} = 1 + \frac{8}{2} = 5

3.

Sebuah komparator op-amp digunakan untuk membandingkan tegangan sensor terhadap referensi tetap.

Tegangan referensi: $V_{r e f} = 2.5 V$ (pada input –)
Tegangan sensor: $V_{s e n s o r} = 3.1 V$ (pada input +)
Output open collector dengan resistor pull-up 10k ke 5

Apa logika output (HIGH/LOW)?

Jawab: Karena

V_{+} = 3.1 V > V_{-} = 2.5 V

, output akan LOW (transistor dalam op-amp konduksi → tertarik ke ground)

7. Soal Pilihan Ganda [Kembali]

1. Fungsi utama dari penguat operasional (op-amp) adalah

A. Mengubah arus menjadi frekuensi

B. Menyimpan tegangan listrik

C. Menguatkan sinyal input listrik

D. Menurunkan impedansi rangkaian

Jawaban C

2. jika sebuah op-amp memiliki gain sebesar −5 dan sinyal input 0,2 V, maka tegangan output adalah

A. 1 V
B. −1 V
C. 0,04 V
D. −0,04 V

Jawaban: B

Vout = Gain × Vin = −5 × 0,2 = −1 V

3. Fungsi op-amp sebagai comparator adalah untuk

A. Menyaring sinyal DC
B. Membandingkan dua tegangan input dan memberikan output logika
C. Menyimpan energi listrik
D. Mengubah sinyal digital ke analog