Fig 10

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan bahan

4. Dasar Teori

5. Prinsip Kerja

6. Ringkasan

7. Problem

8. Soal Latihan

9. Percobaan

10. Download File

 

1. Pendahuluan (kembali)

            Rangkaian pada gambar menunjukkan konfigurasi penguat operasional (op-amp) dalam mode penguat tidak membalik (non-inverting amplifier). Rangkaian ini digunakan untuk memperkuat tegangan input (dalam hal ini 2V) sehingga menghasilkan tegangan output yang lebih besar sesuai dengan perbandingan resistor umpan balik (R2) dan resistor input (R1). Penguat operasional merupakan salah satu komponen penting dalam dunia elektronika analog yang banyak digunakan dalam instrumentasi, pemrosesan sinyal, dan kendali.

2. Tujuan (kembali)

• • Tujuan dari percobaan atau simulasi rangkaian ini adalah:

    • Menganalisis cara kerja penguat operasional dalam konfigurasi tidak membalik.

    • Menghitung dan memverifikasi penguatan (gain) rangkaian.

    • Membandingkan hasil simulasi tegangan output dengan hasil perhitungan teoritis.

3. Alat dan Bahan (kembali)

1. Op-Amp

2. Resistor

3. Baterai

4. Ground

5. Probe

6. Voltmeter DC

4. Dasar Teori (kembali)

1. Op-Amp

Penguat operasional (Operational Amplifier) atau yang biasa disebut dengan Op-Amp, merupakan penguat elektronika yang banyak digunakan untuk membuat rangkaian detektor, komparator, penguataudio, video, pembangkit sinyal, multivibrator, filter, ADC, DAC, rangkaian penggerak dan berbagai macam rangkaian analoglainnya.

Op-amp pada umumnya tersedia dalam bentuk rangkaian terpadu yang memiliki karakteristik mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat di dalamnya. Ada tiga karakteristik utama op-amp ideal, yaitu:

1.     Gain tak berhingga.

2.     Impedansi input tak berhingga.

3.     Impedansi output bernilai 0.

Namun, dalam praktiknya Op-Amp memiliki Gain dan Impedansi input yang sangat besar namun bukan tak berhingga sehingga Impedansi output akan sangat kecil hingga mendekati nilai 0.

Simbol Op-Amp

Dapat dilihat bahwa Op-Amp secara umum memiliki 4 pin, yaitu masukan inverting dengan tanda (-), masukan non-inverting dengan tanda (+), masukan tegangan positif dan tegangan negatif dan pin keluaran atau output.

Dalam Op-Amp, terdapat dua perbudaan bagi tegangan yang diinputkan ke dalamnya. tegangan dapat dimasukan pada masukan inverting dan juga dapat dimasukkan pada msukan non-inverting.

Pada masukan Inverting tegangan input akan menghasilkan output dengan beda fasa 180 derjat atau dapat dikatakan gelombang uotput akan terbalik dari gelombang input.

Rangkaian Amplifier

Rangkaian op-amp Amplifier adalah penguat Input yang dimana amplifier bekerja pada karakteristik yang membentuk hubungan linear artinya semakin besar Vi maka semakin besar juga VO dan sebaliknya. Operasi amplifier menghindari output dalam kondisi saturasi karena akan membuat cacat keluaran outputnya. Ciri – ciri rangkaian amplifier yaitu ada resistor feedback negatif dari output ke input inverting op-ampnya.

·       Inverting Amplifier

Sesuai dengan namanya yaitu dengan input dimasukkan ke kaki inverting (pembalik) sehingga output akan dibalik atau beda fasa sebesar 180 derajat. Dalam Analisa rangkaian amplifier disyaratkan op-amp bekerja ideal sehingga tegangan differensial (selisih tegangan di kaki non-inverting dan inverting) Ed = 0. Sehingga arus yang melewati Ri sama dengan arus yang melewati Rf karena arus yang masuk ke kaki inverting sangat kecil karena sifat op-amp dimana impendasi (Zi) inputnya sangat besar.

Rangkaian inverting amplifier

Persamaan untuk mencari Vouputnya :

Dimana :

Acl = -Rf/Ri

Vo = Acl x Vi

Vo = (-Rf/Ri) x Vi

 

·       Inverting Adder Amplifier

Konsepnya sama seperti Inverting amplifier, namun disini ada penambahan input yang masuk ke kaki inverting op-amp. Yang dimana arus masuk sama dengan arus keluar I = I1+I2+I3 sehingga arus di Rf sama dengan jumlah arus di R1,R2, dan R3.

Dengan syarat op-amp ideal Ed=0

Rangkaian Op-Amp Inverting Adder Amplifier

Persamaan untuk mencari Voutputnya :

Vo = -Rf [V1/R1 + V2/R2 + V3/R3 + … + Vn/Rn] -> untuk input lebih dari 3 dan seterusnya.

 Rangkaina Non Inverting Amplifier

·       Non Inverting Amplifier

Rangkaian non inverting amplifier (tidak membalik) input dimasukkan ke kaki non inverting sehingga tegangan output yang dihasilkan sefasa dengan tegangan input.

Rangkaian Non Inverting Amplifier

Dengan syarat op-amp ideal Ed = 0 maka persamaan Vouput yang didapat :

Dimana :

Acl = Rf/Ri + 1

Vo = Acl x Vi

Vo = (Rf/Ri + 1) x Vi

 

·       Voltage Follower Atau Buffer

Rangkaian yang dimana Acl = 1

Rangkaian Voltage Follower Atau Buffer

Dengan syarat op-amp ideal dimana Ed = 0 maka Vo = Vi. Sehingga Acl = Vo/Vi = 1

Maka untuk mencari Vouputnya :

Acl = 1

Vo = Acl x Vi

Vo = 1 x Vi

Vo = Vi

2. Resistor

Resistor merupakan salah satu komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk membatasi arus yang mengalir pada suatu rangkaian dan berfungsi sebagai terminal antara dua komponen elektronika.Tegangan pada suatu resistor sebanding dengan arus yang melewatinya (V=IR).Cara menghitung nilai resistor dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Cara menghitung resistansi pada resistor:

Pita atau gelang ke-1 menunjukkan nilai atau angka pada digit pertama, begitu pula pada gelang ke dua. Masing-masing warna pada pita memiliki nilai yang berbeda

Pita ke-3 menunjukkan jumlah angka 0 di belakang digit ke 2 atau dikalikan dengan 10^n, yang dimana n merupakan nilai pada warna pita ke 3

Pita ke-4 menunjukkan nilai toleransi dari resistor

Contoh :

Pita ke-1 :   Coklat             = 1

Pita ke-2 :   Hitam              = 0

Pita ke-3 :   Hijau               = 5 nol di belakang angka pita ke-2, atau dikalikan 105

Pita ke-4 :   Perak               = Toleransi 10%

Maka nilai resistor tersebut adalah 10×105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%

Maka nilai resistor tersebut adalah 10×105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%

5. Prinsip Kerja [kembali]

1. Konfigurasi Dasar

• input diberikan melalui resistor $R_{in}$ ke input inverting (-) op-amp.

• Input non-inverting (+) dihubungkan ke ground (0 V).

• Sebuah resistor umpan balik $R_f$ dihubungkan dari output ke input inverting (-).

2. Hukum Dasar yang Berlaku

• Op-amp ideal memiliki impedansi input tak hingga dan tegangan antara input + dan - adalah nol (karena gaya umpan balik negatif).

• Arus yang masuk ke input op-amp adalah nol.

3. Virtual Ground

Karena input non-inverting (+) dihubungkan ke ground dan tegangan antara input + dan - = 0, maka titik pada input inverting (-) juga memiliki tegangan 0 V → disebut virtual ground.

4. Aliran Arus

• Arus mengalir dari sinyal input melalui $R_{in}$ ke titik virtual ground, kemudian ke $R_f$, dan keluar menuju output.

• Karena tidak ada arus yang masuk ke op-amp, maka:

  $$$$Iin=If​

5. Persamaan Tegangan Keluaran

Dengan hukum Ohm dan hukum Kirchhoff, diperoleh:

$$V_{out}=-\left(\frac{R_f}{R_{in}}\right)V_{in}$$

6. Ciri-ciri Output

• Diperkuat sesuai rasio $R_f\mathrm{/}{R}_{in}$

• Fasa terbalik 180 derajat dari input

6. Ringkasan [kembali]

Berikut adalah ringkasan lengkap tentang adder amplifier, inverting amplifier, non-inverting amplifier, dan voltage follower dalam bentuk paragraf yang mudah disalin: Adder Amplifier (Penjumlah Inverting) adalah rangkaian op-amp yang digunakan untuk menjumlahkan beberapa sinyal input. Rangkaian ini menghasilkan output yang merupakan inversi dari penjumlahan semua input, dimana setiap input memiliki bobot tertentu berdasarkan nilai resistornya. Rumus dasarnya adalah Vout = -Rf(V1/R1 + V2/R2 + ...). Aplikasinya banyak digunakan dalam sistem audio mixer dan konverter digital-to-analog. Keunggulan rangkaian ini adalah kemampuannya untuk melakukan operasi matematika penjumlahan secara analog dengan presisi. Inverting Amplifier merupakan konfigurasi op-amp dasar yang menghasilkan penguatan tegangan dengan fase terbalik. Rangkaian ini menggunakan resistor input (R1) dan resistor feedback (Rf) untuk menentukan besarnya penguatan, dengan rumus Vout = -(Rf/R1)×Vin. Penguatan (Av) bernilai negatif, menunjukkan bahwa sinyal output berlawanan fase dengan input. Rangkaian ini sering digunakan dalam aplikasi yang memerlukan pembalikan fase sinyal, seperti pada pengendali motor DC atau penguat sinyal audio tertentu. Non-Inverting Amplifier adalah konfigurasi op-amp yang memberikan penguatan tegangan tanpa membalik fase sinyal. Berbeda dengan inverting amplifier, input diberikan ke terminal non-inverting op-amp. Rumus penguatannya adalah Vout = (1 + Rf/R1)×Vin, dimana penguatan selalu lebih besar dari 1. Rangkaian ini ideal untuk aplikasi yang membutuhkan penguatan sinyal kecil tanpa perubahan fase, seperti pada penguatan sinyal dari sensor-sensor elektronik. Voltage Follower (Buffer) merupakan konfigurasi op-amp paling sederhana dengan penguatan tepat 1 (unity gain). Rangkaian ini tidak menggunakan resistor feedback eksternal, dimana output langsung dihubungkan ke input inverting. Fungsinya terutama untuk mengisolasi impedansi antara sumber sinyal dan beban, mencegah efek loading yang dapat mengganggu kinerja sistem. Voltage follower sangat berguna ketika kita perlu menghubungkan sumber berimpedansi tinggi ke beban berimpedansi rendah tanpa kehilangan tegangan. Keempat rangkaian op-amp dasar ini memiliki karakteristik dan aplikasi yang berbeda-beda. Adder amplifier untuk penjumlahan sinyal, inverting amplifier untuk penguatan dengan fase terbalik, non-inverting amplifier untuk penguatan tanpa inversi fase, dan voltage follower untuk isolasi impedansi. Pemilihan konfigurasi yang tepat tergantung pada kebutuhan spesifik dari desain rangkaian elektronik yang akan dibuat.

7. Problem [kembali]

Problem 1: Distorsi Output

Kamu membuat inverting amplifier dengan

$R_f=100k\mathrm{\Omega }$, $R_{in}=1k\mathrm{\Omega }$, dan memberikan input AC 1 Vpp, tetapi output tampak terpotong (clipping) di ±12 V.

Pertanyaan:

• Apa penyebabnya?

• Bagaimana solusi teknisnya?

• Petunjuk Jawaban:

Output idealnya 100 Vpp, melebihi batas tegangan catu daya op-amp (±15 V). Gunakan penguatan lebih rendah atau tambahkan pembatas tegangan (zener, clamp, atau ganti op-amp dengan rentang output lebih tinggi).

Problem 2: Output Tidak Merespons

Setelah kamu merakit inverting amplifier, output selalu 0 V meskipun input diberikan.

Pertanyaan:

• Apa saja kemungkinan kesalahan dalam perakitan?

Petunjuk Jawaban:

• Input non-inverting tidak terhubung ke ground.

• Op-amp tidak diberi catu daya.

• Nilai resistor salah atau putus.

• Rangkaian tidak ada umpan balik (resistor $R_f$ tidak terhubung).

Problem 3: Tegangan Output Lebih Kecil dari Teori

Rangkaian disusun dengan $R_f=10k\mathrm{\Omega }$, $R_{in}=1k\mathrm{\Omega }$, dan input 1 V, tetapi output hanya -7 V (bukan -10 V seperti teori).

Pertanyaan:

• Faktor apa yang menyebabkan pengurangan ini?

Petunjuk Jawaban:

• Tegangan catu daya op-amp terbatas (misalnya ±7.5 V).

• Op-amp memiliki keterbatasan swing output (misalnya LM741 tidak bisa mencapai Vcc).

• Beban output terlalu berat.

8. Soal Latihan [kembali]

Contoh Soal 1: Menghitung Penguatan (Gain) dan Output

Soal:

Sebuah rangkaian inverting amplifier menggunakan resistor input R1=2 kΩR1=2kΩ dan resistor feedback Rf=10 kΩRf=10kΩ. Jika input Vin=0.5 VVin=0.5V, hitung:

Penguatan tegangan (Voltage Gain)

Tegangan output VoutVout

Penyelesaian:

Penguatan tegangan (A_v):

Av=−RfR1=−10 kΩ2 kΩ=−5Av=−R1Rf=−2kΩ10kΩ=−5

Tegangan output:

Vout=Av×Vin=−5×0.5 V=−2.5 VVout=Av×Vin=−5×0.5V=−2.5V

Soal no 2 :

Sebuah rangkaian voltage follower memiliki input Vin=3 VVin​=3V. Berapakah tegangan output VoutVout​-nya, dan jelaskan mengapa rangkaian ini disebut "pengikut tegangan"?

Penyelesaian:

• Tegangan output:Vout=Vin=3 VVout​=Vin​=3V

• Alasan: Voltage follower memiliki penguatan tegangan (A_v = 1) karena tidak ada resistor feedback (Rf=0Rf​=0) dan resistor input (R1=∞R1​=∞) pada konfigurasi op-amp ideal. Outputnya "mengikuti" persis tegangan input, sehingga berguna untuk isolasi impedansi.

Soal no 3 :
Sebuah rangkaian adder inverting menggunakan op-amp dengan 3 input:

• V1=0.5 VV1​=0.5V, dihubungkan ke resistor R1=10 kΩR1​=10kΩ
• V2=−1 VV2​=−1V, dihubungkan ke resistor R2=20 kΩR2​=20kΩ
• V3=2 VV3​=2V, dihubungkan ke resistor R3=10 kΩR3​=10kΩ Resistor feedback Rf=20 kΩRf​=20kΩ. Hitung tegangan output VoutVout​.

Penyelesaian:

1.     Rumus dasar adder inverting:

Vout=−Rf(V1R1+V2R2+V3R3)Vout​=−Rf​(R1​V1​​+R2​V2​​+R3​V3​​)

2.     Substitusi nilai:

Vout=−20 kΩ(0.510 kΩ+−120 kΩ+210 kΩ)Vout​=−20kΩ(10kΩ0.5​+20kΩ−1​+10kΩ2​)

3.     Sederhanakan:

Vout=−20(0.05−0.05+0.2)=−20×0.2=−4 VVout​=−20(0.05−0.05+0.2)=−20×0.2=−4V

Jawaban:
Tegangan output Vout=−4 VVout​=−4V.

9. Percobaan [kembali]

Rangkaian 10.53

 Video Rangkaian

 

Rangkaian 10.54

 Video Rangkaian 

Rangkaian 10.55

 Video Rangkaian

 

Rangkaian 10.56

 Video Rangkaian 

Rangkaian 10.57

 Video Rangkaian

 

• Download Datasheet

resistor [download]

baterai [download]

op amp 741 [download]

voltmeter [download]

amperemeter [download]

[menuju awal]