Tugas Pendahuluan Modul 3

 

[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:

        Op-Amp merupakan komponen elektronik yang biasa digunakan digunakan dalam sirkuit elektronik.

            Karakteristik Op-Amp:

1. Penguatan Tinggi (High Gain)

        Op-Amp dirancang untuk memiliki penguatan yang sangat besar, biasanya lebih dari 100.000 kali. Perbedaan kecil dalam tegangan input dapat menghasilkan perbedaan besar dalam tegangan output.

2. Impedansi Input Tinggi

        Op-Amp punya impedansi input benar-benar tinggi, sehingga hampir tidak mengambil arus dari sirkuit inputnya. Hal ini memungkinkan Op-Amp dapat 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 kOhm sampai dengan 2 M Ohm.

3. Impedansi Output Rendah

        Op-Amp memiliki impedansi output yang rendah, sehingga dengan mudah mengendalikan beban eksternal seperti resistor atau sirkuit lainnya tanpa penurunan yang signifikan.

4. Differential Inputs

        Op-Amp memiliki dua input, yakni inverting (-) dan non-inverting (+). Perbedaan tegangan antara kedua input disebut dengan tegangan diferensial, tegangan diferensial akan memengaruhi keluaran Op-Amp sesuai dengan penguatan yang ditentukan.

5. Tegangan Offset

        Idealnya Op-Amp memiliki nol offset tegangan (tegangan output adalah nol saat kedua input sama), tapi ternyata, terdapat offset tegangan yang kecil. Hal ini perlu diperhatikan dalam beberapa aplikasi yang memerlukan akurasi tinggi.

6. Tegangan Penguatan Tak Terbatas

        Penguatan tegangan open-loop memiliki nilai tak terbatas atau tak terhingga. 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:

1. Memperkuat sinyal.

2. Menggunakan sebagai buffer sinyal.

3. Berperan sebagai sensor.

4. Digunakan sebagai penguat.

5. Mengkonversi sinyal analog ke digital.

6. Melakukan fungsi filter aktif.

7. Memperkuat volume suara.

8. Digunakan dalam aplikasi instrumentasi.

9. Mengatur tegangan, dan berbagai fungsi lainnya.

 

2. Jelaskan macam macam aplikasi op amp beserta fungsinya! 

    Jawab:

a. Komparator (Comparator)

• Fungsi: Op-Amp sebagai komparator digunakan untuk membandingkan dua sinyal tegangan dan menghasilkan sinyal keluaran yang mendekati 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.

b. 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.

c. 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.

d. 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.

e. 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.

f. 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.

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

    Jawab:

        a. 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 180°. 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.

        b. Non-Inverting

                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).

        c. Perbandingan sinyal input dan output

• Inverting

• Non Inverting

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

    Jawab:

        a. 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 :

        b. 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 inveting adder! (sertakan gambarnya) 

    Jawab:

        Dengan memakai hukum Kirchoff dimana arus masuk sama dengan arus keluar I = I1 + I2 + I3 sehingga arus di Rf sama dengan jumlah arus di R1, R2 dan R3.

        Syarat op-amp ideal adalah Ed = 0 sehingga VA = 0 maka,

        Jika input lebih dari 3 maka dapat dipakai persamaan umum :

            Rangkaian: 

            • Buatlah rangkaian inverting dan non inverting 

            • Buatlah rangkaian adder inverting dan adder non inverting 

            (Masing-masing rangkaian dilengkapi dengan signal generator dan osiloskop)

2. Prinsip Kerja[Kembali]

        a. Rangkaian Inverting

                Prinsip Kerja :

                    Pada rangkaian, input dari signal generator dihubungkan seri ke R1 sebesar 100 ohm lalu ke kaki inverting dari op-amp. Kemudian kaki non inverting dari op-amp dihubungkan menuju ground. Untuk kaki RF dihubungkan kaki inverting dan output op-amp. Kemudian output signal generator dihubungkan ke output op-amp. Selanjutnya untuk menampilkan gelombang pada osiloskop, channel A dihubungkan ke input signal generator dan channel B dihubungkan ke output dari op-amp. 

                    Pada rangkaian tersebut, besar penguatan dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan gain = -Rf/R1 = -220/100 = -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 -3,45 V dengan input sebesar 1,55 V. Secara matematis, output dapat dihitung dengan rumus Vout = -(Rf/Rin) x Vin = -2,2 x 1,55 = -3,41 V.

        b. Rangkaian Non Inverting

                Prinsip kerja :

            Pada rangkaian, input signal generator dihubungkan ke kaki non inverting op amp. Lalu  pada kaki RIN sebesar 10k ohm dihubungkan ke kaki inverting op-amp dan ground. Selanjutnya pada kaki RF sebesar 10k ohm dihubungkan kek kaki inverting dan output op-amp. Kemudian output signal generator dihubungkan ke ground. Selanjutnya untuk menampilkan gelombang pada osiloskop, channel A dihubungkan ke input signal generator dan channel B dihubungkan ke output dari op-amp.

              Besarnya penguatan pada rangkaian dapat dihitung dengan rumus Acl = (Rf/Rin) + 1 = (10/10) + 1 = 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 = 5 x 2 =10 V.

        c. Rangkaian Inverting Adder

                Prinsip kerja :

                    Pada operasi adder/penjumlahan sinyal secara inverting, input signal generator yang berada pada V1,V2,V3 di hubungkan dengan hambatan yaitu R1,R2, dan R3 yang masing-masingnya bernilai 100 ohm menuju ke kaki inverting op-amp Lalu pada kaki RF sebesar 100 ohm dihubungkan kek kaki inverting dan output op-amp. Kemudian pada kaki non inverting dihubungkan menuju ground. Pada output signal generator yang berada pada V1,V2,V3 di hubungkan menuju output op-amp. Selanjutnya untuk menampilkan gelombang pada osiloskop, channel A dihubungkan ke input signal generator pertama (V1), channel B dihubungkan ke input signal generator kedua (V2), channel C dihubungkan ke input signal generator ketiga (V3), dan channel D dihubingkan ke output dari 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 3,75 V dengan input V1 = V2 = V3  = 1,25 V. Hasil ini sebanding dengan rumus matematis yang telah diturunkan pada soal TP.

        d. Rangkaian Non Inverting Adder

                Prinsip kerja :

              Pada operasi adder/penjumlahan sinyal secara non inverting, input signal generator yang berada pada V1 dan V2, dihubungkan dengan hambatan yaitu R1,R2 dengan besar masing-masing resistor 10k menuju ke kaki non inverting op-amp. Pada kaki inverting dihubungkan ke RB sebesar 10k ohm lalu ke gorund dan pada kaki RA sebesar 10k ohm dihubungkan ke kaki RB dan ke output op-amp. Selanjutnya untuk menampilkan gelombang pada osiloskop, channel A dihubungkan ke input signal generator pertama (V1), channel C dihubungkan ke output pada op-amp, dan channel D dihubungkan ke input signal generator kedua (V2). 

                    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 8,26 V dengan input V1 = V2 = 4,13 V. Hasil ini sebanding dengan rumus matematis yang telah diturunkan, yaitu Vout = (1+RA/RB) x (V1+V2/2) = (1+10/10) x (4,13+4,13/2) = 2 x 4,13 =  8,26 V.

 

3. Video Simulasi[Kembali]

a. Rangkaian Inverting

b. Rangkaian Non Inverting

c. Rangkaian Inverting Adder

d. Rangkaian Non Inverting Adder

4. Download File[Kembali]

a. Rangkaian:

• inverting [klik disini]
• non inverting [klik disini]
• inverting adder [klik disini]
• non inverting adder [klik disini]

b. Video rangkaian:

• inverting [klik disini]
• non inverting [klik disini]
• inverting adder [klik disini]
• non inverting adder [klik disini]

c. Datasheet resistor [klik disini]

d. Datasheet OP AMP [klik disini]

e. Datasheet osiloskop [klik disini]

f. Datasheet signal generator [klik disini]