TP 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 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 :

Invertinng

Inverting adalah jenis penguat operasional, atau Op-Amp, yang didesain untuk menghasilkan sinyal keluaran dengan perbedaan fasa sebesar 180° dari sinyal masukan yang diterapkan. Penguat ini memiliki karakteristik khusus di mana sinyal masukan terhubung ke terminal inverting (-) amplifier, mengakibatkan sinyal keluaran dengan perbedaan fasa sebesar 180°. Pada rangkaian penguat yang ideal, terdapat persyaratan bahwa tegangan masukan sama dengan 0 dan impedansi masukan tak terbatas. Dalam konfigurasi inverting, sinyal masukan mengalami inversi pada sinyal keluaran. Artinya, jika sinyal masukan meningkat, sinyal keluaran akan menurun, dan sebaliknya. Konfigurasi ini umumnya digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan 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 sering ditemui adalah inverting amplifier dan integrator.

Non Inverting

Penguat tersebut disebut sebagai penguat non-inverting karena sinyal masuknya berasal dari input non-inverting (+) dari Op Amp. Berbeda dengan penguat inverting, sinyal keluaran dari penguat jenis ini memiliki fase yang sama dengan sinyal masukannya. Seperti pada penguat inverting yang ideal, penguat non-inverting juga memiliki syarat bahwa tegangan masukan harus nol dan impedansi masukan tak terhingga. Konfigurasi non-inverting tidak menyebabkan inversi fasa pada sinyal. Sinyal input akan diperkuat pada sinyal output tanpa mengubah fase. Artinya, jika sinyal input meningkat, sinyal output juga akan meningkat. 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 penggunaan yang umum adalah sebagai non-inverting amplifier dan dalam peran sebagai buffer (pengikut tegangan).

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 dengan cara sebagai berikut :

Jika dalam rangkaian tterdapat lebih dari 3 input, maka rumus mencari hasil atau outpul dari inverting adder dapat dituliskan sebagai berikut :

2. Prinsip Kerja [Kembali]

Inverting OP AMP

Rangkaian inverting op amp pada aplikasi proteus

Output rangkaian inverting op amp

Prinsip Kerja:

Dalam rangkaian, kaki inverting dari OP AMP tipe 741 terhubung dengan resistor (R1) berharga 100 ohm menuju kaki generator sinyal. Rangkaian ini memperlihatkan bahwa antara output dan kaki inverting dihubungkan dengan resistor feedback (Rf) berharga 220 ohm. Kaki non-inverting pada op amp terhubung dengan ground. Besarnya penguatan pada rangkaian ini dapat dihitung dengan rumus gain = -Rf/R1, menghasilkan nilai -2,2. Penguatan yang bersifat negatif ini muncul karena keluaran sinyal berupa inversi atau memiliki perbedaan fasa sebesar 180 derajat. Nilai output yang terekam pada osiloskop adalah -3,50 V dengan input sebesar 1,60 V. Dari segi perhitungan matematis, output dapat dihitung menggunakan rumus Vout = -(Rf/Rin) x Vin, yakni sebesar -3,52 V.

Non Inverting OP AMP

Rangkaian non inverting op amp

Output rangkaian non inverting op amp

Prinsip Kerja:

Dalam rangkaian tersebut, kaki non-inverting dari op amp terkoneksi ke signal generator. Kaki inverting pada op amp terhubung dengan resistor feedback (Rf) sebesar 10k ohm, dengan resistor input (Rin) sebesar 10k ohm yang kemudian terhubung ke Vout. Grafik besar Vin akan ditampilkan pada osiloskop channel A, sementara besaran Vout akan ditampilkan pada channel B. Penguatan pada rangkaian dapat dihitung dengan rumus Acl = (Rf/Rin) + 1, menghasilkan nilai 2. Penguatan ini bersifat positif karena keluaran sinyal akan sefasa dengan input. Dalam simulasi menggunakan Proteus, diperoleh nilai keluaran sebesar 10 V dengan input sebesar 5 V. Hasil ini sesuai dengan perhitungan matematis menggunakan rumus Vout = Vin x Acl, yang juga menghasilkan nilai 10 V.

Inverting Adder

Rangkaian inverting adder

Output rangkaian inverting adder

Prinsip Kerja :

Dalam operasi adder sinyal dengan mode inverting, sinyal input yang berasal dari V1, V2, dan V3 terhubung dengan resistor R1, R2, dan R3, masing-masing memiliki nilai 100 ohm. Setelah terhubung dengan resistor, sinyal input tersebut kemudian dihubungkan dengan masukan negatif pada penguat operasional. Besar penjumlahan dari sinyal input ini menjadi nilai negatif karena penguat operasional dioperasikan dalam mode inverting. Besarnya penguatan tegangan (Av) untuk setiap sinyal input mengikuti perbandingan nilai resistor feedback (Rf), yang memiliki nilai 100 ohm dalam rangkaian, dan resistor input masing-masing (R1, R2, R3). Hasil keluaran dari rangkaian ini diperoleh sebesar 3,60 V ketika input V1 = V2 = V3 = 1,2V. Hasil ini sesuai dengan rumus matematis yang telah diperoleh dalam tugas TP.

Non Inverting Adder

Rangkaian non inverting adder

Output rangkaian non invering adder

Prinsip Kerja:

Dalam operasi Adder sinyal secara non-inverting, input dari V1 dan V2 dihubungkan dengan resistor R1 dan R2, dengan masing-masing resistor memiliki nilai 10k. Setelah dihubungkan dengan resistor, kemudian dihubungkan dengan masukan positif pada op-amp. Besarnya penjumlahan sinyal input tersebut menjadi nilai positif karena penguat operasional dioperasikan dalam mode non-inverting. Penguatan tegangan (Av) dari setiap sinyal input mengikuti perbandingan 1 + RA/RB dan tegangan input masing-masing (V1, V2). Hasil keluaran dari rangkaian ini adalah 8 V ketika input V1 = V2 = 4 V. Hasil ini sesuai dengan rumus matematis yang telah dihasilkan, yaitu Vout = (1+RA/RB) x (V1+V2/2), yang juga menghasilkan nilai 8 V.

3. Video Simulasi [Kembali]