TUGAS PENDAHULUAN MODUL 3: OPERATIONAL AMPLIFIER

[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 :

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.
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.
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

Penguat Sinyal (Signal Amplification) ; Op-Amp digunakan untuk memperbesar atau memperkuat sinyal tegangan. Ini sering digunakan dalam penguat audio, penguat instrumen, dan aplikasi penguatan sinyal lainnya.
Pengolah Sinyal (Signal Processing) ; Op-Amp digunakan dalam berbagai jenis sirkuit pemrosesan sinyal, seperti filter, mixer, dan modulator.
Pengontrol (Control) ; Op-Amp digunakan dalam sistem kontrol untuk membandingkan sinyal referensi dengan sinyal umpan balik dan menghasilkan sinyal kontrol sesuai dengan perbedaan antara keduanya. Ini digunakan dalam sistem pengaturan otomatis.
Oscillator ; Op-Amp dapat digunakan untuk membangun osilator, yang menghasilkan gelombang osilasi seperti gelombang sinus, gelombang persegi, atau gelombang segitiga. Ini digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk pembangkit gelombang.
Komparator ; Op-Amp juga dapat digunakan sebagai komparator untuk membandingkan dua tegangan dan menghasilkan keluaran logika berdasarkan perbandingan tersebut. Ini digunakan dalam rangkaian-rangkaian seperti sakelar otomatis.
Inversi Sinyal (Signal Inversion) ; Op-amp dapat digunakan dalam konfigurasi inverting amplifier untuk menghasilkan sinyal keluaran yang merupakan inversi (pembalikan) dari sinyal masukan. Fungsi ini berguna dalam aplikasi yang memerlukan pembalikan fase sinyal, seperti dalam pembangkit gelombang sinus inverter.
Penguatan Arus (Current Amplification) ; Op-amp juga dapat digunakan untuk menguatkan arus, terutama ketika dikombinasikan dengan resistor eksternal
Integrasi (Integration) ; Op-amp dapat digunakan dalam konfigurasi integrator untuk menghasilkan keluaran yang merupakan integral dari sinyal masukan terhadap waktu. Ini berguna dalam aplikasi seperti pemrosesan sinyal analog, seperti pemrosesan sinyal audio.
Diferensiasi (Differentiation) ; Op-amp dapat digunakan dalam konfigurasi diferensiator untuk menghasilkan keluaran yang merupakan turunan dari sinyal masukan terhadap waktu. Ini berguna dalam aplikasi seperti deteksi pulsa atau pemrosesan sinyal cepat.
Regulator Tegangan (Voltage Regulation) ; Op-amp juga dapat digunakan dalam konfigurasi regulator tegangan untuk menghasilkan tegangan keluaran yang stabil dan diatur sesuai dengan tegangan referensi yang diinginkan.

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 mengindikasikan 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.

7. Filter Aktif:

Fungsi: Op-Amp digunakan dalam berbagai jenis filter aktif, seperti filter low-pass, high-pass, band-pass, dan band-stop, untuk mengatur frekuensi sinyal.
Aplikasi: Penggunaan filter aktif meliputi pemrosesan sinyal audio, pemfilteran sinyal komunikasi, dan banyak lagi.

8. Oscillator:

Fungsi: Op-Amp dapat digunakan dalam berbagai jenis osilator, seperti osilator gelombang sinus, gelombang persegi, dan gelombang segitiga, untuk menghasilkan sinyal osilasi periodik.
Aplikasi: Osilator digunakan dalam banyak aplikasi, termasuk pembangkit gelombang, pemodulasi, dan pengukuran frekuensi.

9. Sirkuit Penguatan Realimentasi Positif (Positive Feedback Amplifier):

Fungsi: Op-Amp dalam sirkuit penguatan realimentasi positif menghasilkan osilasi atau respons positif terhadap sinyal input.
Aplikasi: Aplikasi meliputi pembangkit gelombang osilasi, pengukuran frekuensi, dan aplikasi sensorik.

10. Penguat Sinyal (Signal Amplification):

Fungsi: Meningkatkan amplitudo sinyal tegangan input.
Aplikasi: Digunakan dalam penguat audio, penguat sinyal instrumen musik, penguat mikrofon, dan berbagai perangkat elektronik yang memerlukan penguatan sinyal.

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

A. Inverting

Inverting merupakan penguat operasional (atau Op-Amp) yang dirancang untuk menghasilkan sinyal keluaran yang berbeda fasa 180° dengan sinyal masukan yang diterapkan. Penguat ini memiliki ciri khusus yaitu sinyal input dihubungkan ke kaki inverting (-) amplifier dan sinyal keluaran memiliki beda fasa sebesar 180o . 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. Ini berarti jika sinyal input naik, sinyal output akan turun, dan sebaliknya. Konfigurasi ini sering digunakan dalam aplikasi yang memerlukan inversi fasa sinyal atau penguatan negatif. Nilai penguatan dalam konfigurasi inverting ditentukan oleh perbandingan resistansi pada input inverting dan input non-inverting. Contoh aplikasi yang umum adalah inverting amplifier dan integrator.

B. Non Inverting

Penguat tersebut dinamakan 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. Seperti pada rangkaian penguat 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. Ini berarti jika sinyal input naik, sinyal output juga akan naik. Konfigurasi non-inverting sering digunakan ketika diperlukan penguatan positif pada sinyal input. Penguatan dalam konfigurasi ini ditentukan oleh perbandingan resistansi pada input non-inverting dan input inverting. Contoh aplikasi yang umum adalah non-inverting amplifier dan penggunaan sebagai buffer (voltage follower).

Perbandingan sinyal input dan ouput

Inverting

Non Inverting

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

A. Rangkaian Adder/Penjumlah Inverting

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.

B. Rangkaian Adder/Penjumlah Non-Inverting

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:

Rangkaian adder/penjumlah non-inverting ini 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 :

Jika dalam rangkaian terdapat 3 input, maka penurunan rumus untuk mendapatkan nilai keluaran:

Jika dalam rangkaian terdiri lebih dari 3 input, maka rumus mencari hasil atau outpul dari inverting adder:

Rangkaian:

Buatlah rangkaian inverting dan non inverting
Buatlah rangkaian adder inverting dan adder non inverting (Masing-masing rangkaian dilengkapi dengan signal generator dan osiloskop)

2. Prinsip Kerja [Kembali]

Inverting Amplifier

Pada rangkaian, kaki inverting OP AMP jenis 741 dihubungkan dengan resistor (R1) sebesar 100 ohm menuju ke kaki + signal generator. Dalam rangkaian ini, antara output dan kaki inverting dihubungkan dengan Rf sebesar 220 ohm. Kaki non inverting pada op amp dihubungkan dengan ground.

Pada rangkaian tersebut, besar penguatan dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan gain = -Rf/R1, yaitu sebesar -2,2. 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 -3,50 V dengan input sebesar 1,60 V. Secara matematis, output dapat dihitung dengan rumus Vout = -(Rf/Rin) x Vin, yaitu sebesar -3,52 V.

Non Inverting Amplifier

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 A 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 10 v, dengan besar input 5 v. Berdasarkan perhitungan matematis, nilai keluaran sesuai dengan rumus Vout = Vin x Acl, yaitu 10 V.

Adder Inverting

Pada operasi 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.

Adder Non Inverting

Pada operasi penjumlahan sinyal secara non inverting, input yang berada pada V1 dan V2, di hubungkan dengan hambatan yaitu R1,R2 dengan besar masing-masing resistor 100 ohm. Setelah di hubungkan dengan hambatan, lalu di hubungkan dengan masukan positif pada op-amp.

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 + RF1/RF2 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+RF1/RF2) x (V1+V2/2) yaitu 8 V.

3. Video Simulasi [Kembali]