Ardizal: TUGAS PENDAHULUAN M3-OP AMP

[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 :

Op-Amp adalah komponen elektronika berbentuk IC linear serta berfungsi untuk penguat sinyal listrik. Perangkat elektronika yang satu ini tersusun dari beberapa komponen pembentuk. Diantaranya yaitu kapasitor, dioda, transistor, dan juga resistor

karakteristik Op Amp

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.

Bandwidth Tak Terhingga

Bandwidth atau lebar pita juga memiliki nilai yang tak terhingga atau bila lambangkan BW=∞ .

Input Impedansi Tak Terhingga

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.

Impedansi Output Nilainya Sangat Kecil

Pada Op-Amp (Operational Amplifier), nilai yang terdapat pada output jumlahnya terbilang lebih kecil. Bahkan hanya sekitar 150 Ohm saja karena sengaja dibuat sangat kecil. Hal ini tentu saja karena menyesuaikan dengan jenis kebutuhannya.

Tegangan Offset Output Nol

Pada operasional amplifier, tegangan offset output nilainya adalah nol.

Suhu

Suhu tidak membuat terjadi perubahan pada karakteristiknya kemudian waktu respon Op-Amp adalah nol detik.

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. Penguat Pembalik ( Inverting amplifier )

Fungsi: Op-Amp sebagai inverting amplifier digunakan untuk memperbesar sinyal input dengan penguatan yang dapat diatur dengan mudah. Inverting amplifier ini, input dengan outputnya berlawanan polaritas. Jadi ada tanda minus pada rumus penguatannya. Penguatan inverting amplifier adalah bisa lebih kecil nilai besaran dari 1, misalnya -0.2 , -0.5 , -0.7 , dst dan selalu negatif. Rumus nya :

Rangkaian dari Inverting adalah seperti gambar berikut :

2. Penguat Tak pembalik (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.

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.

sehingga persamaan menjadi :

Hasil tegangan output noninverting ini akan lebih dari satu dan selalu positif.

Rangkaian nya adalah seperti pada gambar berikut ini :

3. Komparator (rangkaian pembanding )

Fungsi: Op-Amp sebagai komparator digunakan untuk membandingkan dua sinyal tegangan dan menghasilkan sinyal keluaran yang mengindikasikan hasil perbandingan tersebut.

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

Berikut gambar rangkaian dari Komparator :

4. Buffer

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).
Rangkaian buffer adalah rangkaian yang inputnya sama dengan hasil outputnya. Dalam
hal ini seperti rangkaian common colektor yaitu berpenguatan = 1.
Rangkaiannya seperti pada gambar berikut ini.

Nilai R yang terpasang gunanya untuk membatasi arus yang di keluarkan. Besar nilainya tergantung

dari indikasi dari komponennya, biasanya tidak dipasang alias arus dimaksimalkan sesuai dengan kemampuan op-ampnya.

5. Adder / Penjumlah

Rangkaian penjumlah atau rangkaian adder adalah rangkaian penjumlah yang dasar rangkaiannya adalah rangkaian inverting amplifier dan hasil outputnya adalah dikalikan dengan penguatan seperti pada rangkaian inverting.Rangkaian penjumlah dengan menggunakan non inverting sangat suah dilakukan karena tegangan yang diparalel akan menjadi tegangan terkecil yang ada, sehingga susah terjadi proses penjumlahan.

6. Subtractor / Pengurang

Rangkaian pengurang ini berasal dari rangkaian inverting dengan memanfaatkan masukan non-inverting, sehingga persamaannya menjadi sedikit ada perubahan. Rangkaian ini bisa terdiri 3 macam yaitu :

a. Rangkaian dengan 1 op-amp

Rangkaian pengurang dengan 1 op-amp ini memanfaatkan kaki inverting dan kaki noninverting.

b. Rangkaian dengan 2 op-amp

Rangkaian pengurang dengan 2 op-amp tidak jauh berbeda dengan satu opamp, yaitu salah satu

input dikuatkan dulu kemudian dimasukkan ke rangkaian pengurang

c. Rangkaian dengan 3 op-amp

7. Differensiator

Mendiferensiasikan sinyal hasil pembalikan terhadap waktu dengan persamaan :

di mana

dan

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.

8. Penguat Integrator (Integrator Amplifier )
Penguat ini mengintegrasikan tegangan masukan terhadap waktu, dengan persamaan :

di mana adalah waktu dan adalah tegangan keluaran pada .

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

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

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 gambarnya)

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 inveting adder! (sertakan gambarnya)

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]

1. Inverting Op Amp

Prinsip kerja :

Rangkaian inverting op-amp adalah aplikasi umum dari operational amplifier (op-amp) yang digunakan untuk menguatkan sinyal masukan. Pada rangkaian ini, sinyal masukan Vin datang dari signal generator dan akan dihubungkan ke input inverting (-) dari op-amp. Vin akan mengalir melalui resistor masukan (Rin) yang memiliki resistansi sebesar 100Ω.
Op-amp akan menguatkan sinyal masukan ini berdasarkan perbandingan antara resistor masukan (Rin) yang memiliki resistansi sebesar 100Ω dan resistor referensi (Rf) yang memiliki resistansi sebesar 300Ω. Prinsip kerja op-amp inverting adalah membalikkan fase sinyal masukan dan menguatkannya sebesar faktor Rf/Rin. Dalam hal ini, faktor penguatan adalah -3, karena

Jadi, rangkaian ini menguatkan sinyal inputnya sebesar -3 atau memiliki penguatan sebesar -3. Ini artinya sinyal output akan berbeda polaritas dengan sinyal input dan memiliki amplitudo yang tiga kali lebih besar.

Sinyal yang telah diubah fase dan dikuatkan akan muncul pada output Vout. Kemudian, Vout dihubungkan ke osiloskop, yang digunakan untuk mengukur dan memvisualisasikan sinyal keluaran. Sinyal input yang terukur sebesar 1,25V akan menghasilkan sinyal output sebesar:

2. Non Inverting Op Amp

Prinsip kerja :

Rangkaian non-inverting op-amp adalah salah satu konfigurasi umum yang digunakan untuk menguatkan sinyal dalam elektronika. Prinsip kerja dari rangkaian diatas adalah sinyal masukan, Vin, dihubungkan ke kaki non-inverting op-amp. Resistor input (Rin) dengan resistansi 10kΩ menghubungkan kaki non-inverting ke ground, sementara resistor feedback (Rf) juga dengan resistansi 10kΩ menghubungkan kaki non-inverting dengan kaki output op-amp. Vcc sebesar +12V dan Vee sebesar -12V digunakan untuk memberikan tegangan pasokan ke op-amp. Sinyal output, Vout, diukur menggunakan osiloskop.

Ketika sinyal input (Vin) adalah 5V, op-amp dalam konfigurasi non-inverting akan menguatkannya. Dalam konfigurasi ini, gain (penguatan) yang diberikan oleh op-amp adalah (1 + Rf/Rin), yang dalam hal ini sama dengan 2. Dengan kata lain, sinyal output (Vout) akan menjadi 2 kali lipat dari sinyal input.

Ketika Vin = 5V, maka Vout = 2 x Vin = 2 x 5V = 10V. Inilah mengapa sinyal output yang diukur pada osiloskop adalah 10V ketika sinyal input adalah 5V.

Rangkaian ini memungkinkan untuk penguatan sinyal tanpa mengubah polaritasnya. Hasil penguatan sinyal output (Vout) selalu positif, sesuai dengan prinsip kerja dari konfigurasi non-inverting op-amp.

3. Inverting Adder

Prinsip kerja :

Rangkaian adder inverting pada gambar diatas menggunakan tiga resistor (R1, R2, R3) dengan resistansi yang sama (10kΩ).
Masing-masing resistor (R1, R2, R3) dihubungkan pada satu ujungnya ke sinyal generator dan pada ujung lainnya dihubungkan ke kaki inverting dari op-amp. Selain itu, resistor referensi (Rf) dengan resistansi 10kΩ juga dihubungkan dari kaki output op-amp ke kaki inverting. Dalam rangkaian ini, osiloskop terhubung ke Vin masing-masing resistor (R1, R2, R3) untuk mengukur sinyal input, dan Vout juga dihubungkan ke osiloskop untuk mengukur sinyal output. Pada osiloskop terukur tegangan input sebesar 1,25V dan tegangan output sebesar 3,75V.
Ketika sinyal input dari masing-masing resistor adalah 1,25V, op-amp melakukan operasi penjumlahan inverting terhadap ketiga sinyal tersebut. Nilai tegangan output (Vout) adalah jumlah dari ketiga sinyal input, dengan polaritas yang terbalik karena ini adalah rangkaian inverting. Dalam hal ini,

Maka, pada osiloskop terukur sinyal input sebesar 1,25V pada masing-masing resistor dan sinyal output sebesar -3,75V.

4. Non Inverting Adder

Prinsip kerja :

Rangkaian adder non-inverting adalah sebuah konfigurasi op-amp yang digunakan untuk menjumlahkan beberapa sinyal input dengan mempertahankan polaritasnya. Dalam kasus ini, terdapat tiga resistor (R1, R2, R3) dengan resistansi masing-masing 10kΩ yang dihubungkan pada sinyal generator. Resistor referensi (Rf) sebesar 10kΩ. Vcc adalah +12V, dan Vee adalah -12V. Osiloskop dihubungkan ke Vin masing-masing resistor (R1, R2, R3) untuk menampilkan sinyal input, dan Vout juga dihubungkan ke osiloskop untuk menampilkan sinyal output. Sinyal input pada masing-masing resistor adalah 5V, dan sinyal output adalah 10V.