Modul 3 - Tugas Pendahuluan

[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 :

1. Karakteristik:

1. Gain yang sangat besar (AOL >>). Penguatan open loop sangat besar karena tidak ada umpan balik atau RF = tak terhingga.

2. Impedansi input yang sangat tinggi (Zi >>). Impedansi input sangat tinggi, sehingga arus yang masuk ke rangkaian dalam op-amp sangat kecil, memungkinkan penguatan penuh tegangan input.

3. Impedansi output yang sangat rendah (Zo <<). Impedansi output sangat rendah, yang menjaga tegangan output stabil karena tahanan beban yang lebih besar dihubungkan secara paralel dengan Zo yang kecil.

Fungsi:

Op Amp adalah penguat elektronik yang sering digunakan dalam berbagai aplikasi seperti pembuatan rangkaian detektor, komparator, penguat audio, video, pembangkit sinyal, multivibrator, filter, ADC, DAC, rangkaian penggerak, dan berbagai rangkaian analog lainnya. Selain itu, Op Amp berfungsi sebagai detektor dan penguat sinyal masukan, baik dalam domain DC maupun AC, dan memiliki impedansi masukan yang tinggi serta impedansi keluaran yang rendah.

2. Jelaskan macam macam aplikasi op amp beserta fungsinya!

Jawab :

1. Komparator (Rangkaian Pembanding)

Aplikasi ini memanfaatkan penguatan terbuka yang sangat besar dari penguat operasional. Terdapat penguat operasional khusus yang didesain untuk penggunaan ini, dikenal sebagai komparator. Komparator membandingkan dua tegangan listrik dan menghasilkan keluaran yang menunjukkan tegangan mana yang lebih tinggi.

2. Penguat Pembalik (Inverting Amplifier)

Penguat pembalik menggunakan umpan balik negatif untuk membalik dan memperkuat tegangan. Resistor Rf mengirim sebagian sinyal keluaran kembali ke masukan, menyebabkan keluaran berlawanan fase sebesar 180°, sehingga secara efektif mengurangi besaran masukan. Ini mengurangi faktor penguatan keseluruhan dari penguat dan dikenal dengan istilah umpan balik negatif.

3. Penguat tak Pembalik (Non-Inverting Amplifier)

Penguat non-pembalik adalah kebalikan dari penguat pembalik, dimana input dimasukkan pada input non-pembalik sehingga polaritas keluaran sama dengan polaritas input, tetapi memiliki penguatan yang tergantung pada nilai resistor umpan balik dan resistor input.

4. Penguat Diferensiator (Differential Amplifier)

Penguat diferensial digunakan untuk menghitung selisih antara dua tegangan yang telah dikalikan dengan konstanta tertentu yang ditentukan oleh resistansi.

5. Rangkaian Penguat Penjumlah (Adder Amplifier)

Penguat penjumlah menggabungkan beberapa tegangan masukan.

6. Penguat Integrator (Integrator Amplifier)

Penguat ini mengintegrasikan tegangan masukan terhadap waktu.

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

Jawab :

1. Penguat Pembalik (Inverting Amplifier)

Rangkaian penguat pembalik adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar 113. Sesuai dengan namanya, dalam rangkaian ini input dimasukkan ke terminal inverting (pembalik), yang menyebabkan output mengalami inversi atau perubahan fase sebesar 180 derajat. Untuk menghitung penguatan tegangan ACL, kita pertama-tama mengasumsikan input DC positif, seperti yang ditunjukkan pada gambar 114. Dalam analisis penguat ini, diasumsikan bahwa op-amp beroperasi secara ideal, sehingga tegangan diferensial (perbedaan tegangan antara terminal non-inverting dan terminal inverting) adalah Ed = 0. Ini berarti tegangan di titik A (VA) adalah 0, sehingga arus yang melewati resistor input (Ri) sama dengan arus yang melewati resistor umpan balik (Rf), karena arus yang masuk ke terminal inverting sangat kecil, mengingat impedansi input (Zi) op-amp yang sangat tinggi. Rangkaian pengganti untuk menghitung arus I adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar 115.

Gambar 113 Rangkaian inverting amplifier

Gambar 114 Rangkaian inverting amplifier dengan input dc positif

Dari rangkaian gambar 114 dengan Ed = 0 maka VA = 0 sehingga rangkaian dapat disederhanakan menjadi seperti gambar 51 untuk mencari arus I.

Gambar 116 Bentuk gelombang tegangan output VO

Gambar 117 Kurva karakteristik I-O

2. Non-inverting amplifier

Rangkaian non inverting amplifier (tidak membalik) adalah seperti gambar 122, input dimasukkan ke kaki non inverting sehingga tegangan output yang dihasilkan sefasa dengan tegangan input. Untuk mencari turunan penguatan tegangan ACL maka rangkaian dimisalkan dahulu dengan input dc positif, seperti gambar 123.

Gambar 122 Rangkaian non inverting amplifier

Gambar 123 Rangkaian non inverting amplifier dengan input dc positif

Dari rangkaian gambar 123 dengan syarat op-amp ideal Ed = 0 maka VA= Vi sehingga rangkaian dapat disederhanakan untuk mencari arus I seperti gambar 124.

Adapun hasil simulasi bentuk gelombang I-O seperti gambar 125 dan karakteristik I-O seperti gambar 126.

Gambar 125 Bentuk gelombang tegangan output VO dengan input Vac

Gambar 126 Kurva karakteristik I-O

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

Jawab :

A. Penguat Penjumlah Pembalik (inverting adder)

Gambar Rangkaian

Gambar 2.2. Rangkaian penguat penjumlah pembalik ( inverting )

Prinsip kerja rangkaian:

Dalam operasi penjumlahan sinyal menggunakan penguat operasional dalam mode inverting, input yang diberikan oleh V1, V2, dan V3 terhubung ke resistor R1, R2, dan R3. Setelah melalui resistor tersebut, sinyal-sinyal ini kemudian terhubung ke input negatif op-amp. Hasil penjumlahan dari sinyal-sinyal input ini menghasilkan nilai yang negatif karena penguat operasional dioperasikan dalam mode pembalikan. Besarnya penguatan tegangan (Av) untuk masing-masing sinyal input mengikuti perbandingan nilai antara resistor umpan balik (Rf) dan resistor inputnya masing-masing (R1, R2, R3).

Penurunan Rumus

Simulasi

Gambar 2.3 simulasi penguat penjumlah membalik

Gambar 2.4 sinyal output penguat penjumlah pembalik

Gambar 2.5 simulasi penguat penjumlah membalik

Dari simulasi diatas dapat di lihat output penguat pembalik penjumlah menghasilkan tegangan sebesar 8.6 Volt, untuk pembuktian perhitungannya dapat di lihat di bawah ini :

B . Penguat Penjumlah Tak pembalik (Non – Inverting)

Gambar Rangkaian
Gambar 2.7. rangkaian penguat non – inverting ( tak pembalik )

Prinsip kerja rangkaian

Rangkaian penjumlah non-inverting memiliki penguatan tegangan yang tidak bergantung pada nilai resistansi input yang digunakan. Oleh karena itu, dalam rangkaian penjumlah non-inverting, sebaiknya nilai resistor input (R1, R2, R3) memiliki nilai yang sama persis. Tujuan dari hal ini adalah untuk memastikan stabilitas dan akurasi dalam proses penjumlahan sinyal yang masuk ke rangkaian. Pada rangkaian penjumlah non-inverting, sinyal input (V1, V2, V3) dialirkan ke jalur input melalui resistor input masing-masing (R1, R2, R3). Besarnya penguatan tegangan (Av) dalam rangkaian penguat penjumlah non-inverting diatur oleh resistor umpan balik (Rf) dan resistor inverting (Ri).

Penurunan Rumus

Simulasi

Gambar 2.8 simulasi penguat penjumlah tak membalik

Gambar 2.9 sinyal output penguat penjumlah tak membalik

Gambar 2.10 simulasi penguat penjumlah tak membalik

Dari simulasi diatas dapat di lihat output penguat pembalik penjumlah menghasilkan tegangan sebesar 9.75 Volt, untuk pembuktian perhitungannya dapat di lihat di bawah ini :

5. Buktikan rumus inverting adder!

VOUT1 = – (Rf / R1) V1

VOUT2 = – (Rf / R2) V2

VOUTn = – (Rf / Rn) Vn

VOUT = VOUT1 + VOUT2 + . . . + VOUTn

VOUT = – [(Rf / R1) V1 + (Rf / R2) V2 + . . . + (Rf / Rn) Vn]

VOUT = V1 AV1 + V2 AV2 + . . . + Vn AVn

2. Prinsip Kerja [Kembali]

1. Inverting Op Amp

Prinsip Kerja :

Dalam rangkaian tersebut, kaki inverting OP AMP tipe 741 dihubungkan dengan resistor (R1) sebesar 10 kilo ohm yang terhubung ke sumber sinyal. Rangkaian ini juga memiliki resistor umpan balik (Rf) sebesar 20 kilo ohm yang menghubungkan output dengan kaki inverting. Kaki non-inverting dari penguat operasional dihubungkan dengan ground. Besarnya penguatan dalam rangkaian ini dapat dihitung menggunakan rumus gain = -Rf/R1, yang menghasilkan nilai -2. Penguatan adalah negatif karena output sinyal mengalami inversi atau perubahan fase sebesar 180 derajat. Nilai output yang tampil pada osiloskop adalah -4 volt dengan input sebesar 2 volt. Secara matematis, output dapat dihitung menggunakan rumus Vout = -(Rf/Rin) x Vin.

2. Non Inverting Op Amp

Rangkaian non-inverting op-amp adalah salah satu pengaturan umum yang digunakan dalam elektronika untuk memperkuat sinyal. Cara kerja rangkaian ini adalah dengan menghubungkan sinyal masukan, Vin, ke kaki non-inverting op-amp. Resistor input (Rin) dengan resistansi 10 kilo ohm menghubungkan kaki non-inverting ke ground, sementara resistor umpan balik (Rf) juga dengan resistansi 10 kilo ohm menghubungkan kaki non-inverting dengan kaki output op-amp. Tegangan pasokan Vcc sebesar +12V dan Vee sebesar -12V digunakan untuk memberikan daya 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, 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 dua kali lipat dari sinyal input.

Ketika Vin = 5V, maka Vout = 2 x Vin = 2 x 5V = 10V. Itu sebabnya sinyal output yang terukur di osiloskop adalah 10V ketika sinyal input adalah 5V. Rangkaian ini memungkinkan penguatan sinyal tanpa mengubah polaritasnya. Hasil dari penguatan sinyal output (Vout) selalu positif, sesuai dengan prinsip kerja dari konfigurasi non-inverting op-amp.

3. Inverting Adder

Rangkaian adder inverting pada gambar di atas menggunakan tiga resistor (R1, R2, R3) dengan resistansi yang sama (10 kilo ohm). Masing-masing resistor (R1, R2, R3) terhubung pada salah satu ujungnya ke sumber sinyal dan dihubungkan pada ujung lainnya ke kaki inverting dari op-amp. Selain itu, terdapat resistor referensi (Rf) dengan resistansi 10 kilo ohm yang menghubungkan kaki output op-amp ke kaki inverting. Dalam rangkaian ini, osiloskop terhubung ke Vin dari setiap resistor (R1, R2, R3) untuk mengukur sinyal masukan, dan Vout juga dihubungkan ke osiloskop untuk mengukur sinyal keluaran. Pada osiloskop terukur tegangan masukan sebesar 1,25V dan tegangan keluaran sebesar 3,75V.

Ketika sinyal masukan dari ketiga resistor adalah 1,25V, op-amp melakukan operasi penjumlahan inverting terhadap ketiga sinyal tersebut. Nilai tegangan keluaran (Vout) adalah jumlah dari ketiga sinyal masukan, dengan polaritas yang terbalik karena ini adalah rangkaian inverting. Dalam hal ini, hasilnya...

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

4. Non Inverting Adder

Rangkaian adder non-inverting adalah suatu pengaturan op-amp yang digunakan untuk menjumlahkan beberapa sinyal input tanpa mengubah polaritasnya. Dalam rangkaian ini, terdapat tiga resistor (R1, R2, R3), masing-masing dengan resistansi 10 kilo ohm, yang dihubungkan ke sumber sinyal. Selain itu, terdapat resistor referensi (Rf) dengan resistansi 10 kilo ohm. Tegangan pasokan Vcc adalah +12V, dan Vee adalah -12V. Osiloskop terhubung ke Vin dari masing-masing resistor (R1, R2, R3) untuk menampilkan sinyal masukan, dan Vout juga dihubungkan ke osiloskop untuk menampilkan sinyal keluaran. Sinyal masukan pada masing-masing resistor adalah 5V, dan sinyal keluaran adalah 10V.

Rumus gain (penguatan) dari konfigurasi non-inverting adalah...