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 : 

Penguat Operasional atau Operational Amplifier (biasa dikenal dengan Op-Amp) merupakan sebuah komponen elektronika yang tersusun dari resistor, diode, dan transistor. Penyusunan dari Op-Amp tersebut disusun dalam sebuah rangkaian yang terintegrasi atau yang biasa dikenal dengan Integrated Circuit (IC). Op-Amp dalam aplikasinya biasa digunakan sebagai penguat.

Karakteristik dari Op-Amp:

1. Penguatan Tinggi (High Gain)
Salah satu karakteristik paling penting dari Op-Amp adalah penguatan tegangan yang sangat tinggi. Op-Amp dirancang untuk memiliki penguatan yang sangat besar, seringkali lebih dari 100.000 kali (atau 100 dB). Ini berarti perbedaan kecil dalam tegangan input dapat menghasilkan perbedaan besar dalam tegangan output.

2. Impedansi Input Tinggi
Op-Amp memiliki impedansi input yang sangat tinggi, sehingga hampir tidak mengambil arus dari sirkuit inputnya. Hal ini memungkinkan Op-Amp untuk 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 K Ohm sampai dengan 2 M Ohm.

3. Impedansi Output Rendah
Op-Amp memiliki impedansi output yang rendah, sehingga dapat dengan mudah mengemudikan beban eksternal seperti resistor atau sirkuit lainnya tanpa terlalu banyak penurunan tegangan.

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

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

6. Tegangan Penguatan Tak Terbatas
Av atau penguatan tegangan open-loop memiliki nilai tak terbatas atau tak terhingga. Namun pada Op-Amp yang sering diperjualbelikan secara komersial. 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 dari Op-Amp:

Penguat operasional atau sering disebut OpAmp merupakan komponen elektronika yang berfungsi untuk memperkuat sinyal arus searah (DC) maupun arus bolak-balik (AC). Penguat operasional terdiri atas transistor, resistor dan kapasitor yang dirangkai dan dikemas dalam rangkaian terpadu (Intregated Circuit). 

Dalam penggunaannya Op-Amp dibagi menjadi dua jenis yaitu penguat linier dan penguat tidak linier. Penguat linier merupakan penguat yang tetap mempertahankan bentuk sinyal masukan, yang termasuk dalam penguat ini antara lain penguat non inverting, penguat inverting, penjumlah diferensial dan penguat instrumentasi. Sedangkan penguat tidak linier merupakan penguat yang bentuk sinyal keluarannya tidak sama dengan bentuk sinyal masukannya, diantaranya komparator, integrator, diferensiator, pengubah bentuk gelombang dan pembangkit gelombang.

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.  

 

 

3. Jelaskan apa itu inverting dan non inverting, bandingkan 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. Dari gambar rangkaian tersebut menunjukkan bahwa rangkaiannya adalah suatu rangkaian umpan balik karena resistor Rf menyediakan jalur umpan balik dari output ke input Op-Amp. Umpan balik tersebut adalah jenis umpan balik negatif karena simyal umpan baliknya dihubungkan ke terminal 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 tak sefase sebesar 180°, maka nilai keluaran tersebut secara efektif mengurangi besar masukan. Ini mengurangi penguatan keseluruhan dari penguat dan disebut dengan umpan balik negatif. 

Pada prinsipnya sebuah penguat operasional (operational amplifier) ideal memiliki impedansi masukan yang sangat besar hingga dinyatakan sebagai impedansi masukkan tak terhingga (infinite input impedance). Kondisi penguat operasional yang memiliki impedansi masukan tak terhingga tersebut menyebabkan tidak adanya arus yang melewati masukkan membalik (inverting input) pada penguat opersional. keadaan tak berarus pada masukan membalik tersebut membuat tegangan jatuh diantara masukan membalik dan masukkan tak membalik bernilai 0 Volt. Kondisi tersebut menunjukkan bahwa tegangan pada masukan membalik adalah bernilai 0 Volt karena kondisi masukan tak membalik (non-inverting input) yang di hubungkan ke rel netral/ ground. Kondisi masukan membalik (inverting input) yang memiliki tegangan 0Volt tersebut dinyatakan sebagai pentanahan semu (Virtual Earth/ Ground). Contoh aplikasi yang umum adalah inverting amplifier dan integrator.

- Non Inverting

Non inverting merupakan kebalikan dari penguat inverting, dimana input-nya dimasukkan pada input non-inverting sehingga polaritas output akan sama dengan polaritas input tetapi memiliki penguatan yang tergantung dari besarnya Rfeedback (Rf) dan Rinput (Rg). 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. 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 gambar)

Jawab : 

- Rangkaian Inverting 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) 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 inverting adder! (sertakan gambar)

Jawab :

Gambar rangkaian:

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

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

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.

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

• Inverting Adder

Pada operasi adder/penjumlahan sinyal secara inverting, input yang berada pada V1,V2,V3 di hubungkan dengan hambatan yaitu R1,R2,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).

• Non Inverting Adder

Pada operasi adder/penjumlahan sinyal 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 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 + 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]

• Inverting Amplifier

• Non Inverting Amplifier

• Inverting Adder

• Non Inverting Adder

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]

Datasheet OP AMP [klik disini]

Datasheet Osiloskop [klik disini]

Datasheet Signal generator [klik disini]

Datasheet Resistor [klik disini]