Tugas Pendahuluan modul 3

[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:

Karakteristik Op Amp:

Umumnya, Resistor yang dihubungkan antara inverting input dan output biasanya menjadi gain atau kekuatan pada Op-Amp.

Sementara itu, Konfigurasi Lingkar Tertutup atau Closed Loop Configuration adalah Negatif Feedback (umpan balik negatif) yang terkonfigurasi.

Umpan balik seperti itu akan membuat gain berkurang. Sehingga, kekuatan yang ada dapat dikendalikan dan diukur.

Kenapa gain di sini harus dikurangi? Ini bertujuan untuk mencegah respon asing masuk dan menghambat Noise.

Di lain sisi, Open Loop Configuration atau atau Konfigurasi Lingkar Terbuka memiliki gain yang bernilai tak terhingga (∞). Itulah sebabnya kenapa tegangan output mendekati nilai tegangan Vcc.

Lalu, seperti apa karakteristik Op-Amp yang ideal?

Salah satu karakteristik Op-Amp atau Operation Amplifier yang ideal adalah tidak terpengaruh oleh suhu. Selain itu, karakter lainnya adalah sbb.

Memiliki Bandwidth (BW) dengan nilai tak terhingga (∞); ini karena ideal atau tidaknya Op-Amp dilihat dari adanya respons frekuensi yang tidak terbatas sehingga mampu memperkuat frekuensi sinyal dari DC ke AC.
Impedansi input bernilai tak terhingga (∞); rasio tegangan input terhadap arus input dianggap tak terbatas agar mencegah arus yang mengalir dari sumber suplai ke rangkaian input amplifier (IIN = 0).
Impedansi output bernilai nol (0); idealnya, impedansi output Op-Amp adalah nol karena bertindak sebagai sumber tegangan internal yang sempurna tanpa resistansi internal. Sehingga mampu memasok arus yang dibutuhkan oleh beban.
Kekuatan tegangan Open Loop (Av) bernilai tak terhingga (∞); open loop gain merupakan kekuatan dari Op-Amp yang tidak memiliki umpan balik bernilai negatif atau positif. Dengan gain yang demikian itu, nilai real dari kekuatan tegangan yang tidak terbatas berkisar antara 20.000 hingga 200.000.
Tegangan output offset bernilai nol (0); ini akan terjadi apabila perbedaan tegangan antara non-inverting dan inverting input adalah bernilai sama, nol, atau keduanya berada di ground.

Fungsi Op Amp:

Operasional Amplifier merupakan perangkat yang berfungsi sebagai penguat sinyal masukan. Selain itu Op-Amp juga berfungsi sebagai pengindera atau pendeteksi arus listrik, yaitu jenis arus AC dan DC.

Adapun fungsi Op-Amp, diantaranya adalah:

OP-Amp berfungsi untuk memperkuat sinyal.
Buffer sinyal.
Berfungsi sebagai sensor.
Digunakan sebagai penguat.
Mengkonversikan sinyal analog ke digital.
Sebagai filter aktif.
Memperkuat volume suara.
Instrumentasi.
Mengatur tegangan dan lain sebagainya.

2. Jelaskan macam macam aplikasi op amp beserta fungsinya!

Jawab:

1. Komparator (Pembanding)

Merupakan salah satu aplikasi yang memanfaatkan batas simpal 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 $V_{\text{s}}$ adalah tegangan catu daya dan penguat operasional beroperasi di antara $+V_{\text{s}}$ dan $-V_{\text{s}}$ .)

Perhatikan gambar :

karena tegangan yang masuk ke inverting (2V) lebih kecil dari tegangan masuk ke non-inverting (3V), maka tegangan keluarandari rangkaian di atas yaitu 0V (Rendah).

2. Penguat Pembalik

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.

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

Di mana,

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

{\displaystyle 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 non-Pembalik

Rumus penguatan penguat non-pembalik adalah sebagai berikut:

{\displaystyle V_{\text{out}}=V_{\text{in}}\left({\frac {R_{1}+R_{2}}{R_{1}}}\right)\,}

atau dengan kata lain:

{\displaystyle V_{\text{out}}=V_{\text{in}}\left(1+{\frac {R_{2}}{R_{1}}}\right)\,}

{\displaystyle Z_{\text{in}}\approx \infty }

Dengan demikian, penguat non-pembalik memiliki bati minimum bernilai 1. Karena tegangan sinyal masukan terhubung langsung dengan masukan pada penguat operasional maka impedansi masukan bernilai

4. Penguat Diferensial

{\displaystyle {\frac {R_{\text{f}}}{R_{1}}}\ }

{\displaystyle R_{\text{f}}=R_{\text{g}}\ }

Penguat diferensial digunakan untuk mencari selisih dari dua tegangan yang telah dikalikan dengan konstanta tertentu.

Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut:

{\displaystyle 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}}

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

5. Penguat penjumlah

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

{\displaystyle V_{\text{out}}=-R_{\text{f}}\left({\frac {V_{1}}{R_{1}}}+{\frac {V_{2}}{R_{2}}}+\cdots +{\frac {V_{n}}{R_{n}}}\right)}

{\displaystyle V_{\text{out}}=-{\frac {R_{\text{f}}}{R_{1}}}(V_{1}+V_{2}+\cdots +V_{n})\!\ }

{\displaystyle V_{\text{out}}=-(V_{1}+V_{2}+\cdots +V_{n})\!\ }

6. Integrator

Penguat ini mengintegrasikan tegangan masukan terhadap waktu, dengan persamaan:

{\displaystyle V_{\text{out}}=-{\frac {1}{RC}}\int _{0}^{t}V_{\text{in}}\,\operatorname {d} t+V_{\text{mula}}\,}

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

7. Diferensiator

Mendiferensiasikan sinyal hasil pembalikan terhadap waktu dengan persamaan:

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

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.

8. Buffer atau Follower

Rangkaian Buffer Dari Operasional Amplifier (Op-Amp) Dengan menghubungkan jalur input inverting ke jalur output operasional amplifier (op-amp) maka rangkaian buffer pada gambar diatas akan memberikan kemampuan mengalirkan arus secara maksimal sesuai kemampuan maksimal operasional amplifier (op-amp) mengalirkan arus output.

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

Jawab:

Rangkaian Penguat Dengan Inverting

Maksud dari penguat dengan inverting ini ialah inverting (terminal -) diberi sinyal input sedangkan noninverting (terminal +) di ground-kan seperti pada gambar di bawah ini

Rangkaian penguat dengan inverting

Keterangan:
Vi = tegangan input
Ri = tahanan input
Rf = tahanan feedback
Ii = arus input
Amp = amplifier (penguat)
Vf = tegangan diferensial
V0 = tegangan output

Seperti yang sudah kita ketahui sebelumnya, penguat operasional ideal mempunyai penguatan tak berhingga sehingga berlaku rumus :

A    = V0 : VS atau
VS   = V0 / A    menjadi
VS   = V0 / ∞ = 0 (nol)

Jadi, jelas bahwa pada penguat operasional, tegangan diferensialnya adalah nol (VS = 0) dan juga IS = 0.

Dari gambar (rangkaian penguat dengan inverting), karena VS = 0, maka tegangan input (Vi) memberikan arus melalui Ri dan Rf yang sama besarnya, yaitu Ii = If. Oleh karena itu, berlaku rumus Ohm bahwa :

Ii = Vi / Ri .......... (1)

di mana:
Ii = arus input penguat operasional (A)
Vi = tegangan input penguat operasional (V)
Ri = tahanan input (impedansi input) dalam ohm (Ω)

Karena tahanan feedback Rf sejajar dengan amplifier, maka tegangan output V0 sama dengan tegangan yang terdapat pada Rf, yaitu :

- V0 = If . Rf .......... (2)

atau

If = -V0 / Rf

di mana:
tanda (-) menunjukkan fase yang berlawanan
V0 = tegangan output
Ii = arus feedback
Rf = tahanan feedback

Berarti dari persamaan (1) dan (2) dapat dijabarkan menjadi:

-V0 / Vi = Rf / Ri

Sebab Ii = If
atau :

V0 / Vi = - (Rf / Ri) , karena A = V0 / Vi , maka dapat disimpulkan menjadi:

A = - (Rf / Ri) .......... (3)

Dari persamaan (3) jelas bahwa penguatannya ditentukan oleh besarnya tahanan Ri dan Rf, namun untuk parameter penguat operasional tanpa feeback tetap tidak ada pengaruhnya sebab tidak ada arus mengalir melalui terminal (-), tetapi terus melalui Rf

Maka dari itu:

Ii = If (arus input)
Zi = Ri (impedansi input)

Sehingga penguatan penguat operasional dapat diatur sesuai dengan yang diinginkan berdasarkan pilihan Ri dan Rf tadi.

Rangkaian Penguat Noninverting

Pada rangkaian ini sinyal input diberikan pada terminal (+) (noninverting), sedangkan invertingnya dihubungkan seperti pada gambar dibawah ini.

Rangkaian penguat noninverting

Karena pada masing-masing terminal amplifier (amp) tidak ada arus yang diberikan, maka tegangan diferensialnya juga tidak akan ada (VS = 0). Dengan demikian berlaku Ii = If dimana :

Ii = Vi / Ri dan

V0 = If / (Ri + Rf)

V0 = Ii (Ri + Rf)

Ii = V0 / (Ri + Rf)

Jadi dapat dijabarkan menjadi:

Vi / Ri = V0 / (Ri + Rf)

V0 / Vi = (Ri + Rf) / Ri

A = 1 + (Rf / Ri)

Oleh karena itu, besarnya penguatan pada rangkaian penguat noninverting bergantung pada perbandingan antara tahanan feedback dan tahanan input, kemudian ditambah satu.

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

Jawab:

Rangkaian Adder/Penjumlah Inverting

Pada operasi adder 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 inverting.

Besarnya penguatan tegangan tiap sinyal input mengikuti nilai perbandingan Rf dan masing-masing resistor input (R1, R2, R3). Masing-masing tegangan output (Vout) dari penguatan masing-masing sinyal tersebut secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut :

Rumus besarnya tegangan output (Vout) dari rangkaian adder non-inverting di atas sebagai berikut :

Op-amp sebagai penguat dapat difungsikan untuk melakukan operasi matematik seperti penjumlahan dan pengurangan terhadap sinyal masukan yang diberikan. Penguat adder berfungsi untuk menguatkan hasil operasi penjumlahan dari dua atau lebih sinyal masukan yang diberikan. Penguat adder juga sering disebut sebagai penguat summing. Pada dasarnya rangkaian dari penguat adder berupa penguat inverting yang diberi tambahan resistor untuk beberapa sinyal pada masukannya.

Rangkaian Adder/Penjumlah Non-Inverting

Rangkaian adder non-inverting memiliki penguatan tegangan yang tidak melibatkan nilai resistansi input yang digunakan. Oleh karena itu dalam rangkaian adder 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 adder non-inverting di atas sinyal input (V1, V2, V3) diberikan ke jalur input melalui masing-masing resistor input (R1, R2, R3). Besarnya penguatan tegangan pada rangkaian adder non-inverting di atas di atur oleh resistor feedback (Rf) dan resistor inverting (Ri). Rumusnya sebagai berikut :

Setelah mengetahui nilai penguatan tegangan pada rangkaian adder non-inverting, berikut rumus besarnya tegangan output (Vout) rangkaian secara matematis :

Rangkaian adder non-inverting jarang digunakan dalam aplikasi rangkaian elektronika karena nilai outputnya adalah hasil kali rata-rata tegangan input dengan faktor penguatan (Av) sehingga nilai penjumlahan tegangan merupakan hasil rata-rata sinyal input dan penguatan tegangan belum sesuai dengan kaidah penjumlahan.

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

Jawab:

Penurunan Rumus

2. Prinsip Kerja [Kembali]

Cara Kerja Op-Amp

Op-Amp memiliki pengaruh besar terhadap keseluruhan rangkaian dengan karakteristik yang dihasilkannya.

Op-Amp memiliki tiga terminal utama yang terdiri dari dua input impedansi tinggi. Salah satu input tersebut disebut Input Inverting atau input Pembalikan yang ditandai dengan tanda negatif (-), sedangkan input lainnya adalah Input Non-inverting yang ditandai dengan tanda positif (+).

Kedua input ini akan menentukan karakteristik dan sistem kerja dari Op-Amp serta menentukan keluaran dasar yang akan diteruskan pada perangkat selanjutnya.

Dalam beberapa kasus, Op-Amp digunakan sebagai rangkaian yang memberikan pengaruh besar pada tahapan berikutnya, seperti dalam aturan biasa di mana Op-Amp digunakan dalam desain loop tertutup (umpan balik negatif) yang memungkinkan jalur sinyal dari output ke input pembalik.

Aturan ini biasanya digunakan sebagai pendekatan pertama untuk menganalisis atau merancang sirkuit Op-Amp.

Sebuah Op-Amp nyata dapat dimodelkan dengan parameter non-infinite atau non-zero menggunakan resistor dan kapasitor yang setara dalam model Op-Amp.

Perancang kemudian dapat memasukkan efek ini ke dalam keseluruhan kinerja sirkuit terakhir.

Beberapa parameter dapat diabaikan pada desain akhir sementara yang lain merepresentasikan keterbatasan sebenarnya dari kinerja akhir yang harus dievaluasi.

3. Video Simulasi [Kembali]

Inverting Amplifier

Non-Inverting Amplifier

Adder Inverting Amplifier

Adder Non Inverting Amplifier

4. Download File [Kembali]

Rangkaian inverting OP AMP : klik disini
Rangkaian non inverting OP AMP : klik disini
Rangkaian inverting adder : klik disini
Rangkaian non inverting adder : klik disini
Video rangkaian inverting OP AMP : klik disini
Video rangkaian non inverting OP AMP : klik disini
Video rangkaian inverting adder : klik disini
Video rangkaian non inverting adder : klik disini
Datasheets resistor : klik disini
Datasheets OP AMP : klik disini
Datasheets osiloskop : klik disini
Datasheets signal generator : klik disini

Cari Blog Ini

Zazka