Tugas Pendahuluan EC M3

 [KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]


1. Soal[Kembali]

    1. Jelaskan karakterisktik op amp dan fungsi dari op amp!

Jawab :

Ada tiga karakteristik utama op-amp ideal, yaitu;
1. Gain sangat besar (AOL >>). 
    Penguatan open loop adalah sangat besar karena feedback-nya tidak ada atau RF = tak terhingga.

2. Impedansi input sangat besar (Zi >>). 
    Impedansi input adalah sangat besar sehingga arus input ke rangkaian dalam op-amp sangat kecil            sehingga tegangan input sepenuhnya dapat dikuatkan. 

3. Impedansi output sangat kecil (Zo <<). 
    Impedansi output adalah sangat kecil sehingga tegangan output stabil karena tahanan beban lebih            besar yang diparalelkan dengan Zo <<.

Adapun fungsi Op-Amp, diantaranya adalah :

  • OP-Amp berfungsi untuk memperkuat sinyal.
  • Buffer sinyal.
  • Berfungsi sebagai sensor.
  • Digunakan sebagai penguat.
  • Mengkonversikan sinyal analog ke digital.
  • Sebagai filter aktif.
  • Memperkuat volume suara.
  • Instrumentasi.
  • Mengatur tegangan dan lain sebagainya.

    2. Jelaskan macam macam aplikasi op amp beserta fungsinya!

Jawab :

Terdapat banyak sekali penggunaan dari penguat operasional dalam berbagai jenis sirkuit listrik. Di bawah ini dipaparkan beberapa penggunaan umum dari penguat operasional dalam contoh sirkuit:

1. Komparator (rangkaian pembanding )

Merupakan salah satu aplikasi yang memanfaatkan penguatan terbuka (open-loop gain)  penguat operasional yang sangat besar. Ada jenis penguat operasional khusus yang memang difungsikan semata-mata untuk penggunaan ini dan agak berbeda dari penguat operasional lainnya dan umum disebut juga dengan komparator .

Komparator membandingkan dua tegangan listrik dan mengubah keluarannya untuk menunjukkan tegangan mana yang lebih tinggi.

V_{\text{out}} = \left\{\begin{matrix} V_{\text{S+}} & V_1 > V_2 \\ V_{\text{S-}} & V_1 < V_2 \end{matrix}\right.

 


di mana Vs adalah tegangan catu daya dan penguat operasional beroperasi di antara + Vs dan − Vs.)




2. Penguat Pembalik ( Inverting amplifier )

Sebuah penguat pembalik menggunakan umpan balik negatif untuk membalik dan menguatkan sebuah tegangan.Resistor Rf melewatkan sebagian sinyal keluaran kembali ke masukan. Karena keluaran taksefase sebesar 180°, maka nilai keluaran tersebut secara efektif mengurangi besar masukan.Ini mengurangi bati keseluruhan dari penguat dan disebut dengan umpan balik negatif.

V_{\text{out}} = -\frac{R_{\text{f}}}{R_{\text{in}}} V_{\text{in}}\!\

Di mana,

    • Zin = Rin (karena V adalah  virtual ground.
    • Sebuah resistor dengan nilai R_{\text{f}} \| R_{\text{in}} \triangleq R_{\text{f}} R_{\text{in}} / (R_{\text{f}} + R_{\text{in}}), ditempatkan di antara masukan non-pembalik dan bumi. Walaupun tidak dibutuhkan, hal ini mengurangi galat karena arus bias masukan.

Penguatan dari penguat ditentukan dari rasio antara Rf dan Rin, yaitu:

A = -\frac{R_f}{R_{in}}

Tanda negatif menunjukkan bahwa keluaran adalah pembalikan dari masukan.  Contohnya jika Rf adalah 10.000 Ω dan Rin adalah 1.000 Ω, maka nilai bati adalah -10.000Ω / 1.000Ω, yaitu -10.

3. Penguat tak pembalik (Non Inverting Amplifier )

penguat Non Inverting amplifier merupakan kebalikan dari penguat inverting,dimana Input dimasukkan pada input non inverting sehingga polaritas output akan sama dengan polaritas input tapi memiliki penguatan yang tergantung dari besarnya Rfeedback dan Rinput.

Rumus penguatan penguat non-pembalik adalah sebagai berikut:

V_{\text{out}} = V_{\text{in}} \left( \frac{R_1 + R_2}{R_1} \right)\,

atau dengan kata lain:

V_{\text{out}} = V_{\text{in}} \left( 1 + \frac{R_2}{R_1} \right)\,

Dengan demikian, penguat non-pembalik memiliki penguatan minimum bernilai 1. Karena tegangan sinyal masukan terhubung langsung dengan masukan pada penguat operasional maka impedansi masukan bernilai Z_{\text{in}} \approx \infin.

4. Penguat Differensiator

Penguat diferensial digunakan untuk mencari selisih dari dua tegangan yang telah dikalikan dengan konstanta tertentu yang ditentukan oleh nilai resistansi yaitu sebesar Rf/R1 untuk R1=R2 dan Rf=RG . Penguat jenis ini berbeda dengan diferensiator.Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut:

V_{\text{out}} = \frac{ \left( R_{\text{f}} + R_1 \right) R_{\text{g}} }{\left( R_{\text{g}} + R_2 \right) R_1} V_2 - \frac{R_{\text{f}}}{R_1} V_1

Sedangkan untuk R1 = R2 dan Rf = Rg maka bati diferensial adalah:

V_{\text{out}} = \frac{ R_{\text{f}} }{ R_1 } (V_{\text{2}} - V_{\text{1}})\,

5. Rangkaian penguat penjumlah (Summing amplifier )

Penguat penjumlah menjumlahkan beberapa tegangan masukan, dengan persamaan sebagai berikut:

V_{\text{out}} = -R_{\text{f}} \left( \frac{V_1}{R_1} + \frac{V_2}{R_2} + \cdots + \frac{V_n}{R_n} \right)
  • Saat R1 =R2 = ... = Rn , dan Rf saling bebas maka:
V_{\text{out}} = -\frac{R_{\text{f}}}{R_1} ( V_1 + V_2 + \cdots + V_n ) \!\
  • Saat R1 =R2 = ... = Rn = Rf , maka:
  • V_{\text{out}} = -( V_1 + V_2 + \cdots + V_n ) \!\
    1. Keluaran adalah terbalik.
    2. Impedansi masukan dari masukan ke-n adalah Zin = Rin (karena V adalah Virtual ground).

6. penguat integrator (Integrator Amplifier )

Penguat ini mengintegrasikan tegangan masukan terhadap waktu, dengan persamaan:

V_{\text{out}} = -\frac{1}{RC}\int_0^t V_{\text{in}} \, \operatorname{d}t + V_{\text{mula}}\,

di mana t adalah waktu dan Vmula adalah tegangan keluaran pada t= 0.

Sebuah integrator dapat juga dipandang sebagai tapis pelewat-tinggi dan dapat digunakan untuk rangkaian tapis aktif.

7.  Differensiator

Mendiferensiasikan sinyal hasil pembalikan terhadap waktu dengan persamaan:

V_{\text{out}} = -RC \,\frac{\operatorname{d}V_{\text{in}} }{ \operatorname{d}t} \, \qquad

di mana Vin dan Vout adalah fungsi dari waktu.

Pada dasarnya diferensiator dapat juga dibangun dari integrator dengan cara mengganti kapasitor dengan induktor, namun tidak dilakukan karena harga induktor yang mahal dan bentuknya yang besar.Diferensiator dapat juga dilihat sebagai tapis pelewat-rendah dan dapat digunakan sebagai tapis aktif.

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

Jawab :

1. Inverting amplifier

Adapun rangkaian inverting amplifier adalah seperti gambar 113 dimana sesuai dengan namanya yaitu dengan input dimasukkan ke kaki inverting (pembalik) sehingga output akan dibalik atau beda fasa sebesar 180 derajat.


Untuk mencari turunan penguatan tegangan ACL maka rangkaian dimisalkan dahulu dengan input dc positif, seperti gambar 114. Dalam analisa rangkaian amplifier disyaratkan op-amp bekerja ideal sehingga tegangan differensial (selisih tegangan di kaki non inverting terhadap tegangan di kaki inverting) Ed = 0, artinya VA (tegangan di titik A) = 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. Adapun rangkaian pengganti untuk menghitung arus I .

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 Bentung 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 Bentung gelombang tegangan output VO dengan input Vac


Gambar 126 Kurva karakteristik I-O

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

Rangkaian Adder/Penjumlah Inverting

 

Adder%20Inverting



Pada operasi adder secara inverting, sinyal input (V1, V2, V3) diberikan ke line input penguat inverting berturut-turut melalui R1, R2, R3. Besarnya penjumlahan sinyal input tersebut bernilai negatif karena penguat operasional dioperasikan pada mode inverting.

 

Besarnya penguatan tegangan tiap sinyal input mengikuti nilai perbandingan Rf dan masing-masing resistor input (R1, R2, R3). Masing-masing tegangan output (Vout) dari penguatan masing-masing sinyal tersebut secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut :

 

Vout1


 

Rumus besarnya tegangan output (Vout) dari rangkaian adder non-inverting di atas sebagai berikut :

 

Vout

 

Op-amp sebagai penguat dapat difungsikan untuk melakukan operasi matematik seperti penjumlahan dan pengurangan terhadap sinyal masukan yang diberikan. Penguat adder berfungsi untuk menguatkan hasil operasi penjumlahan dari dua atau lebih sinyal masukan yang diberikan. Penguat adder juga sering disebut sebagai penguat summing. Pada dasarnya rangkaian dari penguat adder berupa penguat inverting yang diberi tambahan resistor untuk beberapa sinyal pada masukannya.


Rangkaian Adder/Penjumlah Non-Inverting

 

Adder%20Non-Inverting

Rangkaian adder non-inverting memiliki penguatan tegangan yang tidak melibatkan nilai resistansi input yang digunakan. Oleh karena itu dalam rangkaian adder non-inverting nilai resistor input (R1, R2, R3) sebaiknya bernilai sama persis. Hal ini bertujuan untuk mendapatkan kestabilan dan akurasi penjumlahan sinyal yang diberikan ke rangkaian. Pada rangkaian adder non-inverting di atas sinyal input (V1, V2, V3) diberikan ke jalur input melalui masing-masing resistor input (R1, R2, R3). Besarnya penguatan tegangan pada rangkaian adder non-inverting di atas di atur oleh resistor feedback (Rf) dan resistor inverting (Ri). Rumusnya sebagai berikut :

 

Av


 

Setelah mengetahui nilai penguatan tegangan pada rangkaian adder non-inverting, berikut rumus besarnya tegangan output (Vout) rangkaian secara matematis :

 

Vout

 

Rangkaian adder non-inverting jarang digunakan dalam aplikasi rangkaian elektronika karena nilai outputnya adalah hasil kali rata-rata tegangan input dengan faktor penguatan (Av) sehingga nilai penjumlahan tegangan merupakan hasil rata-rata sinyal input dan penguatan tegangan belum sesuai dengan kaidah penjumlahan. 


    5. Buktikan turunan rumus inveting adder! (sertakan gambarnya) 

Jawab :

 Gambar Rangkaian


 Penurunan Rumus inveting adder
      

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]

Rangkaian

  •  Inverting




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 -3.3 V dengan input sebesar 1,5 V. Secara matematis, output dapat dihitung dengan rumus Vout = -(Rf/Rin) x Vin.
  • Non inverting


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 D 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 4 v, dengan besar input 2 v. Berdasarkan perhitungan matematis, nilai keluaran sesuai dengan rumus Vout = Vin x Acl, yaitu 4 V.
  • Inverting adder


Pada operasi adder/penjumlahan sinyal secara inverting, input yang berada pada V1,V2,V3 di hubungkan dengan hambatan yaitu R1,R2,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).
  • Non inverting adder





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


  • Non Inverting


  • Inverting Adder

  • Non Inverting Adder


4. Download File[Kembali]