FIG 11.27


1. Pendahuluan[Kembali]

   Operational Amplifier (Op-Amp) merupakan salah satu komponen dasar yang banyak digunakan dalam sistem elektronika analog. Op-Amp memiliki banyak aplikasi, di antaranya sebagai penguat sinyal (amplifier), penjumlah (summing amplifier), pengurang (differential amplifier), pengikut tegangan (voltage follower), filter aktif, dan osilator. Karena sifatnya yang serbaguna dan karakteristik ideal yang mendekati sempurna, Op-Amp menjadi bagian penting dalam desain rangkaian analog. Praktikum ini bertujuan untuk memahami cara kerja serta implementasi dari berbagai aplikasi Op-Amp dalam rangkaian nyata.

2. Tujuan[Kembali]

  1. Menganalisis karakteristik dan prinsip kerja Op-Amp dalam berbagai konfigurasi rangkaian.
  2. Menerapkan Op-Amp sebagai:
    • Penguat tak membalik (non-inverting amplifier),
    • Penguat membalik (inverting amplifier),
    • Penjumlah (summing amplifier),
    • Pengurang (differential amplifier),
    • Pengikut tegangan (voltage follower).
  3. Mengamati dan mengukur respons keluaran dari masing-masing aplikasi Op-Amp berdasarkan variasi sinyal masukan.

3. Alat dan Bahan[Kembali]

Alat

a. voltmeter

 

    Voltmeter adalah alat ukur listrik yang digunakan untuk mengukur beda potensial listrik (tegangan) antara dua titik dalam suatu rangkaian listrik. Tegangan ini biasanya diukur dalam satuan volt (V). Voltmeter harus dihubungkan secara paralel dengan komponen atau bagian rangkaian yang ingin diukur tegangannya, agar dapat membaca beda potensial secara akurat tanpa memengaruhi aliran arus secara signifikan.

b. ammeter

 

    Ammeter adalah alat ukur listrik yang digunakan untuk mengukur arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian. Satuan yang digunakan untuk mengukur arus listrik adalah ampere (A). Untuk mendapatkan pengukuran yang benar, ammeter harus dihubungkan secara seri dengan elemen atau bagian dari rangkaian yang ingin diukur arusnya.

Bahan

a. resistor

 

    Resistor adalah komponen elektronik pasif yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran arus listrik dalam suatu rangkaian. Hambatan yang diberikan oleh resistor dinyatakan dalam satuan ohm (Ω).

b. ground

    ground adalah titik referensi tegangan yang dianggap memiliki potensial nol volt. Ground berfungsi sebagai jalur kembali arus listrik dan sebagai acuan untuk semua tegangan lain dalam sistem. Ground sangat penting untuk memastikan kestabilan kerja rangkaian, mencegah gangguan sinyal (noise), serta melindungi komponen dari kerusakan akibat lonjakan tegangan.

 

4. Dasar Teori[Kembali]

  Operational Amplifier (Op-Amp) adalah salah satu komponen aktif dalam elektronika analog yang berfungsi sebagai penguat tegangan. Op-Amp terdiri dari sirkuit terpadu (IC) yang memiliki dua masukan, yaitu masukan inverting (–) dan masukan non-inverting (+), serta satu keluaran (output). Op-Amp dirancang untuk memiliki penguatan tegangan open-loop (tanpa umpan balik) yang sangat besar, biasanya mencapai puluhan ribu kali lipat.

    Dalam aplikasinya, Op-Amp jarang digunakan dalam konfigurasi open-loop. Sebaliknya, Op-Amp lebih sering digunakan dengan konfigurasi closed-loop (dengan umpan balik), di mana resistansi eksternal ditambahkan untuk mengendalikan dan menstabilkan penguatan tegangan. Ini memungkinkan Op-Amp berfungsi secara linear dan sesuai kebutuhan rangkaian.

Secara ideal, karakteristik Op-Amp adalah sebagai berikut:

  • Penguatan open-loop (A_OL) sangat besar (mendekati ∞),
  • Impedansi input sangat tinggi (mendekati ∞),
  • Impedansi output sangat rendah (mendekati 0),
  • Tegangan offset sangat kecil,
  • Catu daya biasanya ±12V hingga ±15V.

1. Inverting Amplifier (Penguat Membalik)

    Pada konfigurasi ini, sinyal input diberikan ke terminal inverting (–) melalui resistor input RinRin, sementara terminal non-inverting (+) dihubungkan ke ground. Sebuah resistor umpan balik RfRf menghubungkan output ke input inverting. Output yang dihasilkan berlawanan fase (180°) terhadap input. Besarnya penguatan diberikan oleh:

Vout=−(RfRin)VinVout=−(RinRf)Vin

Penguat jenis ini banyak digunakan dalam aplikasi pemrosesan sinyal, karena menghasilkan sinyal output yang simetris dan terbalik dari input.

2. Non-Inverting Amplifier (Penguat Tak Membalik)

    Dalam konfigurasi ini, sinyal input diberikan ke terminal non-inverting (+), sedangkan terminal inverting (–) dihubungkan ke ground melalui jaringan resistor (biasanya dua buah resistor: R1R1 dan RfRf). Keluaran tidak dibalik, dan memiliki penguatan:

Vout=(1+RfR1)VinVout=(1+R1Rf)Vin

    Konfigurasi ini cocok untuk aplikasi yang memerlukan penguatan dengan polaritas sinyal yang tetap, misalnya pada tahap awal penguatan sinyal dari sensor.

3. Summing Amplifier (Penguat Penjumlah)

    Penguat ini digunakan untuk menjumlahkan beberapa sinyal input analog. Konfigurasi dasarnya mirip dengan inverting amplifier, tetapi memiliki lebih dari satu input yang masuk ke terminal inverting melalui resistor masing-masing. Output yang dihasilkan merupakan jumlah terbalik dari semua input:

Vout=−(RfR1V1+RfR2V2+⋯ )Vout=−(R1RfV1+R2RfV2+⋯)

    Penguat penjumlah digunakan pada sistem pengolahan sinyal, mixer audio, dan penggabungan sinyal dalam sistem komunikasi.

4. Differential Amplifier (Penguat Diferensial)

    Jenis ini digunakan untuk menguatkan selisih antara dua sinyal input. Kelebihan penguat ini adalah kemampuannya menolak sinyal gangguan bersama (common-mode). Rumus dasar outputnya:

Vout=(RfR1)(V2−V1)Vout=(R1Rf)(V2−V1)

Penguat diferensial sangat penting dalam aplikasi seperti pembacaan sinyal dari sensor dengan pengaruh noise, penguat instrumen, dan sistem komunikasi diferensial.

5. Voltage Follower (Pengikut Tegangan atau Buffer)

    Konfigurasi ini memiliki input pada terminal non-inverting (+), sementara output langsung diumpan balik ke terminal inverting (–). Karena tidak ada resistor umpan balik eksternal, maka penguatannya hanya 1x:

Vout=VinVout=Vin

    Voltage follower digunakan untuk memisahkan bagian rangkaian yang sensitif terhadap arus, karena impedansi input-nya sangat tinggi dan impedansi output-nya sangat rendah. Ini mencegah gangguan pada sumber sinyal.

6. Aplikasi Lain Op-Amp

Selain kelima konfigurasi dasar di atas, Op-Amp juga digunakan dalam berbagai aplikasi lainnya:

  • Integrator dan Differentiator, untuk sistem kendali dan pemrosesan sinyal,
  • Filter aktif (low-pass, high-pass, band-pass),
  • Comparator, untuk membandingkan dua sinyal,
  • Oscillator, sebagai pembangkit gelombang sinus atau segitiga.

 

5. Example [Kembali]

Example 1


Example 2



Example 3



6. Problem [Kembali] 

1. Berapa nilai Rf​ yang diperlukan agar 10 mV input menghasilkan 2 mA arus pada meter? R1=100kΩ,Rs​=10Ω

Jawaban:



2. Berapa tegangan input AC RMS maksimal agar meter 0–1 mA tidak kelebihan beban? (Asumsikan full scale 1 mA, Rs = 10 Ω)

 

Jawaban:

 

3. Jika Rs​ diganti menjadi 20 Ω, berapa arus meter saat V1=10mV?

 

Jawaban:

 

 

7.Latihan Soal[Kembali]

1. Apa fungsi dari transistor Q1 pada rangkaian Fig. 11.27a?

A. Meningkatkan tegangan output dari op-amp

B. Membatasi arus ke lampu agar tidak berlebih

C. Menguatkan arus untuk menyalakan lampu beban besar

D. Mengatur level logika dari input op-amp

 

Jawaban: C. Menguatkan arus untuk menyalakan lampu beban besar

Alasan: Transistor Q1 digunakan sebagai penguat arus. Output dari op-amp hanya mampu memberi arus kecil (30 mA), sedangkan lampu membutuhkan arus besar (600 mA). Dengan β (penguatan arus) minimal 20, transistor dapat mengalirkan arus besar dari catu daya ke lampu ketika diberi arus kecil di basisnya. Jadi, Q1 berfungsi sebagai saklar aktif untuk mengalirkan arus besar ke lampu.

 

2. Jika op-amp pada Fig. 11.27b memberikan output sebesar +5V, berapa arus yang mengalir ke LED?

A. 5 mA

B. 20 mA

C. 30 mA

D. 50 mA

 

Jawaban: B. 20mA

Alasan: Tegangan output op-amp adalah 5V dan resistor seri 180Ω membatasi arus ke LED. Maka arus teoritisnya: I = V/R = 5V / 180Ω = 27.78 mA

Namun, dalam teks disebutkan bahwa rangkaian dirancang untuk hanya memberikan 20 mA (kemungkinan karena karakteristik LED atau pembatasan internal op-amp). Maka jawaban yang paling sesuai adalah 20 mA.

 

3. Apa yang terjadi pada lampu di rangkaian Fig. 11.27a saat input noninverting lebih besar dari input inverting?

A. Lampu padam karena transistor Q1 off

B. Output op-amp menjadi nol

C. Transistor Q1 aktif dan lampu menyala

D. Tegangan input tidak mempengaruhi lampu

 

Jawaban: C. Transistor Q1 aktif dan lampu menyala

Alasan: Saat input non-inverting (+) lebih tinggi dari inverting (−), output op-amp akan naik ke tegangan positif maksimum (sekitar +5V). Ini menyebabkan arus basis mengalir ke transistor Q1 (30 mA), sehingga transistor aktif dan mengalirkan arus kolektor-emitor sebesar 600 mA untuk menyalakan lampu.


8.Percobaan[Kembali]

    



FIG 11.27
                    

9.Link Download [Kembali]

Download Proteus Fig 11.27 [klik disini]

Download Datasheet Resistor [klik disini]

Download Datasheet Op Amp 741 [klik disini]

Download Datasheet LED [klik disini]

Download Video [klik disini]

Komentar

Posting Komentar

Postingan populer dari blog ini

Gambar
Bahan Presentasi  Mata Kuliah Elektronika 2024 Disusun Oleh: Faliska Putri Azzahra NIM : 2410953016 Dosen Pengampu : Dr. Darwison ,MT Referensi : Darwison, 2010, ”TEORI, SIMULASI DAN APLIKASI ELEKTRONIKA ”, Jilid 1, ISBN: 978-602-9081-10-7, CV Ferila, Padang Darwison, 2010, ”TEORI, SIMULASI DAN APLIKASI ELEKTRONIKA ”,Jilid 2,  ISBN: 978-602-9081-10-8, CV Ferila, Padang Robert L. Boylestad and Louis Nashelsky, Electronic Devices and Circuit Theory, Pearson, 2013 Jimmie J. Cathey, Theory and Problems of Electronic Device and Circuit, McGraw Hill, 2002. Keith Brindley, Starting Electronics, Newness 3rd Edition, 2005 Ian R. Sinclair and John Dunton, Practical Electronics Handbook, Newness, 2007. John M. Hughes, Practical Electronics: Components and Techniques, O’Reilly Media, 2016.    
Baca selengkapnya