TP Modul 3

[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 :

Operational Amplifier (Op-Amp) adalah komponen elektronik yang sangat umum digunakan dalam sirkuit elektronik. Beberapa karakteristik kunci dari Op-Amp dan fungsinya yaitu :
Karakteristik 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 Op-Amp
Op-Amp memiliki berbagai macam aplikasi, dan fungsi utamanya adalah sebagai berikut:
1. Penguat Sinyal (Signal Amplification)

Op-Amp digunakan untuk memperbesar atau memperkuat sinyal tegangan. Ini sering digunakan dalam penguat audio, penguat instrumen, dan aplikasi penguatan sinyal lainnya.
2. Pengolah Sinyal (Signal Processing)
Op-Amp digunakan dalam berbagai jenis sirkuit pemrosesan sinyal, seperti filter, mixer, dan modulator.

3. Kalkulator Matematika (Mathematical Calculator)

Op-Amp digunakan dalam sirkuit yang melakukan operasi matematika, seperti penjumlahan, pengurangan, perkalian, pembagian, integrasi, dan diferensiasi.

4. Pengontrol (Control)

Op-Amp digunakan dalam sistem kontrol untuk membandingkan sinyal referensi dengan sinyal umpan balik dan menghasilkan sinyal kontrol sesuai dengan perbedaan antara keduanya. Ini digunakan dalam sistem pengaturan otomatis.

5. Oscillator

Op-Amp dapat digunakan untuk membangun osilator, yang menghasilkan gelombang osilasi seperti gelombang sinus, gelombang persegi, atau gelombang segitiga. Ini digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk pembangkit gelombang.

6. Komparator

Op-Amp juga dapat digunakan sebagai komparator untuk membandingkan dua tegangan dan menghasilkan keluaran logika berdasarkan perbandingan tersebut. Ini digunakan dalam rangkaian-rangkaian seperti sakelar otomatis.

7. Aplikasi Lainnya

Op-Amp memiliki banyak aplikasi lain, termasuk dalam pengukuran, instrumen, dan pemrosesan sinyal dalam berbagai bidang seperti elektronika, telekomunikasi, kedokteran, dan lainnya.

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.

contoh lainnya yaitu :

Penguat Sinyal (Signal Amplification):

- Fungsi: Meningkatkan amplitudo sinyal tegangan input.
- Aplikasi: Digunakan dalam penguat audio, penguat sinyal instrumen musik, penguat mikrofon, dan berbagai perangkat elektronik yang memerlukan penguatan sinyal.

Komparator (Comparator):

- Fungsi: Membandingkan dua sinyal tegangan dan menghasilkan keluaran logika (biasanya HIGH atau LOW) berdasarkan perbandingan tersebut.
- Aplikasi: Digunakan dalam sakelar otomatis, sensor ambang batas (threshold), sistem kontrol, dan aplikasi yang melibatkan pembandingan tegangan.

Pemrosesan Sinyal (Signal Processing):

- Fungsi: Digunakan untuk memproses sinyal tegangan, seperti filtering (penyaringan), modulasi, demodulasi, atau mengubah bentuk sinyal.
- Aplikasi: Digunakan dalam sirkuit filter, mixer (penggabung sinyal), modulator (menghasilkan sinyal yang dimodulasikan), dan berbagai aplikasi pemrosesan sinyal lainnya.

Pengukuran (Measurement):

- Fungsi: Memproses dan mengukur sinyal tegangan untuk pengukuran dan pemantauan.
- Aplikasi: Digunakan dalam peralatan pengukuran, seperti pemantauan suhu, volt-meter, ammeter, oscilloscope (digunakan dalam peralatan pengukuran berbasis osilasi), dan berbagai instrumen pengukuran elektronik.

Pengontrol (Control):

- Fungsi: Menghasilkan sinyal kontrol berdasarkan perbandingan antara sinyal referensi dan umpan balik, digunakan untuk mengendalikan perangkat atau sistem lainnya.
- Aplikasi: Digunakan dalam sistem kontrol otomatis, termasuk dalam pengaturan suhu, kecepatan motor, dan pengendalian posisi.

Integrator dan Diferensiator:

- Fungsi: Membangun sirkuit yang mengintegrasikan (integral) atau diferensiasi (diferensial) sinyal tegangan terhadap waktu.
- Aplikasi: Digunakan dalam pengukuran waktu, pemrosesan sinyal, dan berbagai aplikasi matematika seperti pemfilteran.

Osilator (Oscillator):

- Fungsi: Menghasilkan gelombang osilasi dengan bentuk gelombang tertentu, seperti gelombang sinus, persegi, atau segitiga.
- Aplikasi: Digunakan dalam pembangkit sinyal, pemodulasi frekuensi, sumber waktu, dan pemancar RF (Radio Frequency).

Aplikasi Logika (Logic Applications):

- Fungsi: Menggunakan Op-Amp dalam aplikasi logika, seperti pembuat sinyal AND, OR, atau NOT.
- Aplikasi: Digunakan dalam sirkuit logika digital dan perangkat logika.

Generator Fungsi (Function Generator):

- Fungsi: Menghasilkan berbagai bentuk sinyal gelombang (seperti gelombang sinus, persegi, segitiga) dengan frekuensi dan amplitudo yang dapat diatur.
- Aplikasi: Digunakan dalam pengujian, pemeliharaan, dan pembangkitan sinyal uji dalam berbagai aplikasi elektronik.

Aplikasi Medis (Medical Applications):

- Fungsi: Digunakan dalam perangkat medis untuk perekaman dan pengolahan sinyal biomedis, seperti elektrokardiografi (ECG) atau elektroensefalografi (EEG).
- Aplikasi: Digunakan dalam perangkat medis yang mendeteksi dan merekam sinyal dari tubuh manusia.

3. Jelaskan apa itu inverting dan non inverting, bandingan 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. 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 tersebut dinamakan 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. 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

- Non Inverting

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

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 inverting adder ! (sertakan gambar)

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]

Inverting Op Amp