Ahmad bukhari: 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 karakterisktik op amp dan fungsi dari op amp!

jawab :

Operational Amplifier atau lebih dikenal dengan istilah Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional.

Op-Amp umumnya dikemas dalam bentuk IC, sebuah IC Op-Amp dapat terdiri dari hanya 1 (satu) rangkaian Op-Amp atau bisa juga terdiri dari beberapa rangkaian Op-Amp. Jumlah rangkaian Op-Amp dalam satu kemasan IC dapat dibedakan menjadi Single Op-Amp, dual Op-Amp dan Quad Op-Amp. Ada juga IC yang didalamnya terdapat rangkaian Op-Amp disamping rangkaian utama lainnya.

Sebuah rangkaian Op-Amp memiliki dua input (masukan) yaitu satu Input Inverting dan satu Input Non-inverting serta memiliki satu Output (keluaran). Sebuah Op-Amp juga memiliki dua koneksi catu daya yaitu satu untuk catu daya positif dan satu lagi untuk catu daya negatif. Bentuk Simbol Op-Amp adalah Segitiga dengan garis-garis Input, Output dan Catu dayanya seperti pada gambar dibawah ini. Salah satu tipe IC Op-Amp yang populer adalah IC741.

karakteristik Op Amp

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 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.

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.

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 adalah penguat operasional (atau Op-Amp) yang dibuat 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.

Non Inverting

Penguat ini dinamakan penguat non-inverting karena masukan dari penguat ini 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

Pada amplifier inverting, sinyal input diterapkan pada terminal inverting amplifier. Sinyal output kemudian diperoleh dari terminal non inverting amplifier. Dalam konfigurasi ini, sinyal output akan mempunyai fase yang berlawanan dengan sinyal input.

- Non Inverting

pada amplifier non inverting, sinyal input diterapkan pada terminal non inverting amplifier dan sinyal output diperoleh dari terminal inverting amplifier. Pada konfigurasi ini, sinyal output mempunyai fase yang sama dengan sinyal input.

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

jawab :

Inverting Adder

Inverting adder merupakan rangkaian adder yang dibuat menggunakan rangkaian inverting op-amp. Karena menggunakan inverting op-amp, output dari rangkaian adder ini akan berbeda fasa sebesar 180 derajat dari inputnya. Pada Inverting Adder, sinyal input dihubungkan ke terminal inverting (-) Op-Amp. Biasanya, setiap input dihubungkan melalui resistor ke input inverting. Hasil penjumlahan inversi dari semua sinyal input ini akan dihasilkan pada terminal output Op-Amp. Sirkuit ini menghasilkan hasil penjumlahan semua sinyal input, tetapi setiap input akan diinversi sebelum dijumlahkan. Dengan kata lain, 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 :

untuk mendapatkan hasil atau ouput dari rangkaian inveting adder, digunakan rumus sebagai berikut :

Non Inverting Adder

Non-inverting adder merupakan rangkaian adder yang dibuat menggunakan rangkaian non-inverting op-amp. 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 penjumlahan semua sinyal input ini akan dihasilkan pada terminal output Op-Amp. Sirkuit ini juga menghasilkan hasil penjumlahan semua sinyal input, tetapi tanpa inversi. 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.

Berikut rangkaian adder menggunakan non-inverting op-amp.

Untuk mencari hasil atau keluaran dari non inverting adder, digunakan rumus :

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 3 input, maka rumus mencari hasil atau outpul dari inverting adder dapat dituliskan sebagai berikut :

2. Prinsip Kerja [Kembali]

INVERTING OP AMP

1.1 Rangkaian inverting op amp pada aplikasi proteus

1.2 Output rangkaian inverting op amp

Prinsip Kerja :

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 dihubungkn 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 OP AMP

1.3 Rangkaian non inverting op amp

1.4 Output rangkaian non inverting op amp

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 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.

INVERTING ADDER

1.5 Rangkaian inverting adder

1.6 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

1.7 Rangkaian non inverting adder

1.8 Output rangkaian non invering adder

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]