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 :

Pertama, memiliki Bandwidth (BW) yang tak terhingga (∞), menunjukkan respons frekuensi yang tidak terbatas dari DC hingga AC, memungkinkannya untuk memperkuat sinyal dengan berbagai frekuensi.
Impedansi input dianggap tak terhingga (∞), yang berarti rasio tegangan input terhadap arus input sangat besar, sehingga arus yang mengalir dari sumber suplai ke rangkaian input amplifier (IIN) dianggap sebagai nol.
Impedansi output dianggap nol (0), idealnya tanpa resistansi internal, berfungsi sebagai sumber tegangan internal yang sempurna tanpa menyisakan resistansi internal, memastikan kemampuan Op-Amp untuk memasok arus yang dibutuhkan oleh beban.
Kekuatan tegangan Open Loop (Av) dianggap tak terhingga (∞), menggambarkan kekuatan Op-Amp tanpa umpan balik negatif atau positif. Gain yang sangat tinggi, berkisar antara 20.000 hingga 200.000, memperkuat sinyal secara signifikan.
Tegangan output offset dianggap nol (0), yang terjadi ketika perbedaan tegangan antara non-inverting dan inverting input adalah nol atau keduanya berada di ground. Hal ini menjamin bahwa tegangan output tidak memiliki pergeseran yang tidak diinginkan saat tidak ada perbedaan tegangan input.

Fungsi Op-Amp :

Fungsi utama Op-Amp Operational Amplifier adalah untuk menjadikan sinyal lebih kuat. Tapi tentu tidak hanya itu saja, Op-Amp juga berfungsi sebagai:

Pendeteksi arus DC dan AC.
Sensor dan buffer sinyal.
Mengubah sinyal analog ke sinyal digital.
Mengatur tegangan.
Mengencangkan volume suara.

2. Jelaskan macam macam aplikasi op amp beserta fungsinya!

Jawab :

Komparator (Rangkaian Pembanding ) .

Merupakan salah satu aplikasi yang memanfaatka penguatan 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 Vs adalah tegangan catu daya dan penguat operasional beroperasi di antara + Vs dan − Vs.)

2. Penguat Pembalik ( Inverting Amplifier )

Sebuah penguat inverting menggunakan umpan balik negatif untuk membalik dan memperkuat sebuah tegangan. Resistor feedback (Rf) memungkinkan sebagian dari sinyal keluaran untuk kembali ke masukan. Karena keluaran berfasa 180°, kontribusi keluaran ini secara efektif mengurangi amplitudo sinyal masukan, menyebabkan pengurangan total penguatan. Fenomena ini dikenal sebagai umpan balik negatif.

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

Di mana,

$Z_{\text{in}} = R_{\text{in}}\$ (karena $V_{-}\$ adalah virtual ground.

Sebuah resistor dengan nilai $R_{\text{f}} \| R_{\text{in}} \triangleq R_{\text{f}} R_{\text{in}} / (R_{\text{f}} + R_{\text{in}})$ , ditempatkan di antara masukan non-pembalik dan bumi. Walaupun tidak dibutuhkan, hal ini mengurangi galat karena arus bias masukan.

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

$A = -\frac{R_f}{R_{in}}$

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 Tak Pembalik (Non Inverting Amplifier )

penguat Non Inverting amplifier merupakan kebalikan dari penguat inverting,dimana Input dimasukkan pada input non inverting sehingga polaritas output akan sama dengan polaritas input tapi memiliki penguatan yang tergantung dari besarnya Rfeedback dan Rinput.

Rumus penguatan penguat non-pembalik adalah sebagai berikut:

$V_{\text{out}} = V_{\text{in}} \left( \frac{R_1 + R_2}{R_1} \right)\,$

atau dengan kata lain:

$V_{\text{out}} = V_{\text{in}} \left( 1 + \frac{R_2}{R_1} \right)\,$

Dengan demikian, penguat non-pembalik memiliki penguatan minimum bernilai 1. Karena tegangan sinyal masukan terhubung langsung dengan masukan pada penguat operasional maka impedansi masukan bernilai $Z_{\text{in}} \approx \infin$ .

4. Penguat Differensiator

Penguat diferensial digunakan untuk mencari selisih dari dua tegangan yang telah dikalikan dengan konstanta tertentu yang ditentukan oleh nilai resistansi yaitu sebesar $\frac{ R_{\text{f}} }{ R_1 }\$ untuk $R_1 = R_2\$ dan $R_{\text{f}} = R_{\text{g}}\$ . Penguat jenis ini berbeda dengan diferensiator.Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut:

$V_{\text{out}} = \frac{ \left( R_{\text{f}} + R_1 \right) R_{\text{g}} }{\left( R_{\text{g}} + R_2 \right) R_1} V_2 - \frac{R_{\text{f}}}{R_1} V_1$

Sedangkan untuk R1 = R2 dan Rf = Rg maka bati diferensial adalah:

$V_{\text{out}} = \frac{ R_{\text{f}} }{ R_1 } (V_{\text{2}} - V_{\text{1}})\,$

5. Rangkaian Penguat Penjumlah (Summing Amplifier )

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

$V_{\text{out}} = -R_{\text{f}} \left( \frac{V_1}{R_1} + \frac{V_2}{R_2} + \cdots + \frac{V_n}{R_n} \right)$

Saat

$R_1 = R_2 = \cdots = R_n$ , dan Rf saling bebas maka: $V_{\text{out}} = -\frac{R_{\text{f}}}{R_1} ( V_1 + V_2 + \cdots + V_n ) \!\$

Saat $R_1 = R_2 = \cdots = R_n = R_{\text{f}}\$ , maka:

$V_{\text{out}} = -( V_1 + V_2 + \cdots + V_n ) \!\$

Keluaran adalah terbalik.
Impedansi masukan dari masukan ke-n adalah $Z_n = R_n \$ (di mana $V_- \$ adalah Virtual ground).

6. Penguat Integrator (Integrator Amplifier )

Penguat ini mengintegrasikan tegangan masukan terhadap waktu, dengan persamaan:

$V_{\text{out}} = -\frac{1}{RC}\int_0^t V_{\text{in}} \, \operatorname{d}t + V_{\text{mula}}\,$

di mana $t\$ adalah waktu dan $V_{\text{mula}}\$ adalah tegangan keluaran pada $t = 0\$ .

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

7. Differensiator

Mendiferensiasikan sinyal hasil pembalikan terhadap waktu dengan persamaan:

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

di mana $V_{\text{in}}\$ dan $V_{\text{out}} \$ adalah fungsi dari waktu.

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.

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

Jawab :

1. Inverting amplifier

Penguat inverting adalah jenis penguat operasional (Op-Amp) yang dirancang untuk menghasilkan sinyal keluaran yang memiliki perbedaan fasa 180° dengan sinyal masukan yang diterapkan. Karakteristik khasnya melibatkan penyambungan sinyal input ke kaki inverting (-) amplifier, dan hasil keluaran memiliki fase yang terbalik 180°. Dalam kondisi ideal, penguat inverting memiliki tegangan masukan yang setara dengan 0 dan impedansi masukan yang 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 fase sinyal atau penguatan negatif. Besaran penguatan dalam konfigurasi inverting ditentukan oleh perbandingan resistansi pada input inverting dan input non-inverting. Contoh aplikasi umum termasuk amplifier inverting dan integrator.

2. Non-inverting amplifier

Disebut sebagai penguat non-inverting karena inputnya berasal dari kaki non-inverting (+) dari Op-Amp. Berbeda dengan penguat inverting, sinyal keluaran dari penguat non-inverting berada dalam fase yang sama dengan sinyal masukan. Seperti pada penguat inverting, kondisi ideal untuk penguat non-inverting melibatkan tegangan masukan setara dengan 0 dan impedansi masukan yang tak terhingga. Konfigurasi non-inverting tidak menghasilkan inversi fasa pada sinyal. Sinyal input diperbesar pada sinyal output tanpa mengalami perubahan fase. Dengan kata lain, jika sinyal input naik, sinyal output juga akan naik. Penggunaan konfigurasi non-inverting umumnya diterapkan ketika diperlukan penguatan positif pada sinyal input. Besaran penguatan dalam konfigurasi ini ditentukan oleh perbandingan resistansi pada input non-inverting dan input inverting. Contoh aplikasi yang sering dijumpai melibatkan non-inverting amplifier dan penggunaan sebagai buffer (voltage follower).

Perbandingan sinyal input dan output antara inverting amplifier dan inverting non amplifier

a. invering amplifier

b. inverting non amplifier

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

Jawab :

A. Penguat Penjumlah Pembalik (inverting adder

Gambar Rangkaian

Gambar 2.2. Rangkaian penguat penjumlah pembalik ( inverting )

Prinsip kerja rangkaian

Pada operasi adder/penjumlahan sinyal secara inverting, input yang berada pada V1,V2,V3 di hubungkan dengan hambatan yaitu R1,R2, dan R3 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. Besarnya penguatan tegangan (Av) tiap sinyal input mengikuti nilai perbandingan Rf dan resistor input masing-masing (R1,R2,R3).

Penurunan Rumus

B . Penguat Penjumlah Tak pembalik (Non – Inverting)

Gambar Rangkaian

Gambar 2.3. rangkaian penguat non – inverting ( tak pembalik )

Prinsip kerja rangkaian :

Rangkaian 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 bertujuan 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).

Penurunan Rumus

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

Jawab :

Gambar Rangkaian

Penurunan Rumus inveting 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]

1. Inverting Amplifier

Prinsip Kerja : Pada rangkaian, kaki inverting OP AMP jenis 741 dihubungkan dengan resistor (RI) sebesar 10 kohm menuju ke kaki signal generator. Dalam rangkaian ini, antara output dan kaki inverting dihubungkan dengan Rf sebesar 20k ohm. Kaki negatif non inverting pada op amp dihubungkan 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.

2. Rangkaian Non-Inverting

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.

3. Rangkaian Adder Inverting.

Prinsip kerja : Pada operasi adder/penjumlahan sinyal secara inverting, input yang berada pada V1,V2 di hubungkan dengan hambatan yaitu R1,R2 yang masing-masingnya bernilai 10k 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 10 kohm pada rangkaian) dan resistor input masing-masing (R1,R2).

4. Rangkaian adder non-inverting

Prinsip kerja : 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]

1. Inverting Amplifier