Rifqa Sakhia: 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 karakteristik dari OP AMP dan fungsi dari OP AMP !

Jawab :

Op-Amp merupakan komponen elektronik yang biasa digunakan digunakan dalam sirkuit elektronik.

Karakteristik Op-Amp

1. Penguatan Tinggi (High Gain)
Op-Amp dirancang untuk memiliki penguatan yang sangat besar, biasanya lebih dari 100.000 kali. Perbedaan kecil dalam tegangan input dapat menghasilkan perbedaan besar dalam tegangan output.

2. Impedansi Input Tinggi
Op-Amp punya impedansi input benar-benar tinggi, sehingga hampir tidak mengambil arus dari sirkuit inputnya. Hal ini memungkinkan Op-Amp dapat 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 kOhm sampai dengan 2 M Ohm.

3. Impedansi Output Rendah
Op-Amp memiliki impedansi output yang rendah, sehingga dengan mudah mengendalikan beban eksternal seperti resistor atau sirkuit lainnya tanpa penurunan yang signifikan.

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

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

6. Tegangan Penguatan Tak Terbatas
Penguatan tegangan open-loop memiliki nilai tak terbatas atau tak terhingga. 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
Berikut adalah beberapa fungsi Op-Amp:
Memperkuat sinyal.
Menggunakan sebagai buffer sinyal.
Berperan sebagai sensor.
Digunakan sebagai penguat.
Mengkonversi sinyal analog ke digital.
Melakukan fungsi filter aktif.
Memperkuat volume suara.
Digunakan dalam aplikasi instrumentasi.
Mengatur tegangan, dan berbagai fungsi lainnya.

2. Jelaskan macam-macam aplikasi OP-AMP beserta fungsinya !

Jawab :

1. Komparator (Comparator):
- Fungsi: Op-Amp sebagai komparator digunakan untuk membandingkan dua sinyal tegangan dan menghasilkan sinyal keluaran yang mendekati hasil perbandingan tersebut.
- Aplikasi: Pada aplikasi ini, Op-Amp berperan sebagai sakelar elektronik. Ketika tegangan input non-inverting (+) lebih besar dari tegangan input inverting (-), output Op-Amp akan berada pada tingkat tinggi. Sebaliknya, jika tegangan input inverting lebih besar, maka output akan berada pada tingkat rendah. Aplikasi ini sering digunakan dalam sakelar otomatis, sensor, dan sistem kontrol.

2. Inverting Amplifier:
- Fungsi: Op-Amp sebagai inverting amplifier digunakan untuk memperbesar sinyal input dengan penguatan yang dapat diatur dengan mudah.
- Aplikasi: Sinyal input yang diberikan ke input inverting (-) akan diinversi (dibalikkan) dan diperbesar. Aplikasi umumnya meliputi penguatan sinyal, pembalik fasa, atau perubahan tingkat tegangan.

3. Non-Inverting Amplifier:
- Fungsi: Op-Amp sebagai non-inverting amplifier juga digunakan untuk memperbesar sinyal input, tetapi outputnya tidak diinversi dan memiliki penguatan yang dapat diatur.
- Aplikasi: Sinyal input yang diberikan ke input non-inverting (+) akan diperbesar dengan penguatan tertentu. Aplikasi umum meliputi penguatan sinyal dengan tingkat yang lebih tinggi dari satu.

4. Integrator:
- Fungsi: Op-Amp sebagai integrator digunakan untuk melakukan operasi integrasi matematis terhadap sinyal input. Ini menghasilkan output yang berhubungan dengan area di bawah kurva sinyal input terhadap waktu.
- Aplikasi: Aplikasi umumnya meliputi pembuatan sinyal bentuk gelombang segitiga dari sinyal persegi atau pembuatan osilator rampa.

5. Diferensiator:
- Fungsi: Op-Amp sebagai diferensiator digunakan untuk melakukan operasi diferensiasi matematis terhadap sinyal input. Ini menghasilkan output yang berhubungan dengan tingkat perubahan sinyal input terhadap waktu.
- Aplikasi: Aplikasi umumnya meliputi pembuatan sinyal bentuk gelombang persegi dari sinyal sinusoidal atau pembuatan osilator gelombang segitiga.

6. Buffer (Voltage Follower):
- Fungsi: Op-Amp sebagai buffer, juga dikenal sebagai voltage follower, digunakan untuk memperbaiki impedansi output dari sumber tegangan dan menyediakan output yang identik dengan inputnya (tanpa penguatan).
- Aplikasi: Aplikasi utama adalah menjembatani sirkuit dengan impedansi input yang tinggi dengan beban impedansi output yang rendah, sehingga menghindari penurunan tegangan.

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

Jawab :

Inverting

Inverting merupakan penguat operasional (atau Op-Amp) yang dirancang untuk menghasilkan sinyal keluaran yang berbeda fasa 180° dengan sinyal masukan yang diterapkan. 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. Kesimpulannya jika sinyal input naik, sinyal output akan turun begitupun sebaliknya. Konfigurasi ini sering digunakan dalam aplikasi yang memerlukan inversi fasa sinyal atau penguatan negatif.

Non Inverting

Disebut 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. Sama halnya dengan 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. Kesimpulannya jika sinyal input naik, sinyal output juga akan naik.

Perbandingan sinyal input dan ouput

- Inverting

- Non Inverting

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

Jawab :

Inverting Adder

Inverting karena menggunakan inverting op-amp, output dari rangkaian adder ini akan berbeda fasa sebesar 180 derajat dari inputnya. Pada Inverting Adder, ada 2 atau lebih sinyal input dihubungkan ke terminal inverting (-) Op-Amp. Setiap input biasanya dihubungkan melalui resistor ke input inverting. Hasil penjumlahan inversi dari semua sinyal input ini akan dihasilkan pada terminal output Op-Amp. Jika ada sinyal positif, maka di output akan dihasilkan sinyal negatif dan sebaliknya. Fungsi ini berguna dalam aplikasi yang memerlukan penjumlahan dengan polaritas yang berlawanan atau inversi fase.
Berikut rangkaian adder menggunakan rangkaian inverting op-amp :

Rumus untuk mendapatkan V out:

Non Inverting Adder

Non-inverting adder merupakan rangkaian adder yang dibuat menggunakan rangkaian non-inverting op-amp. Disebut adder karena ada 2 atau lebih sinyal inputan. Karena menggunakan non-inverting op-amp, output dari rangkaian adder ini akan sama fasanya dengan inputnya. Pada Non-Inverting Adder, sinyal input dihubungkan ke terminal non-inverting (+) Op-Amp. Resistor yang digunakan untuk setiap input dihubungkan ke terminal non-inverting. Hasil output akan memiliki polaritas yang sama dengan sinyal input, sehingga jika ada sinyal positif pada input, hasil output juga positif, dan sebaliknya. Non-Inverting Adder digunakan ketika diperlukan penjumlahan sinyal tanpa perubahan polaritas atau inversi fase.

Rumus Vout

5. Buktikan turunan rumus inverting adder ! (sertakan gambar)

Jawab :

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

Jika dalam rangkaian terdiri lebih dari banyak input, maka rumus mencari hasil atau output dari inverting adder :

2. Prinsip Kerja [Kembali]

Gambar Rangkaian Inverting Amplifier

Prinsip Kerja : Pada rangkaian, kaki inverting OP AMP jenis 741 dihubungkan dengan resistor (R1) sebesar 10 kohm menuju ke kaki signal generator. Dalam rangkaian ini, antara output dan kaki inverting dihubungkan dengan Rf sebesar 20k 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. 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 -4 V dengan input sebesar 2 V. Secara matematis, output dapat dihitung dengan rumus Vout = -(Rf/Rin) x Vin.
Gambar Rangkaian Non Inverting Amplifier

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 D 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 4 v, dengan besar input 2 v. Berdasarkan perhitungan matematis, nilai keluaran sesuai dengan rumus Vout = Vin x Acl, yaitu 4 V.

Gambar Rangkaian Adder Inverting Amplifier

INVERTING ADDER

Rangkaian 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.

NON INVERTING ADDER

Rangkaian non inverting adder

Output rangkaian non invering adder

Prinsip kerja :

Pada operasi adder 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 kaki non inverting. 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]