chapter 10: Sub bab 10.5 Practical Op-Amp Circuits

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

1. Pendahuluan [Kembali]

Dalam dunia elektronika, pengolahan sinyal analog sering membutuhkan rangkaian yang mampu mengalikan suatu sinyal dengan konstanta tertentu secara presisi. Salah satu solusi yang banyak digunakan adalah inverting constant multiplier, yaitu rangkaian yang tidak hanya mengalikan sinyal input dengan suatu konstanta, tetapi juga membalik polaritasnya. Rangkaian ini umumnya memanfaatkan konfigurasi op-amp (operational amplifier) dengan susunan resistor tertentu pada terminal inverting, sehingga menghasilkan output yang proporsional terhadap input namun berlawanan fasa.

Penggunaan inverting constant multiplier sangat penting dalam berbagai aplikasi, seperti pengendalian arus konstan pada sistem penerangan bandara dan pengaturan sinyal dalam sistem kendali otomatis, karena kemampuannya menjaga kestabilan dan keakuratan penguatan sinyal. Sedangkan salah satu konfigurasi dasar op-amp yang banyak diaplikasikan adalah noninverting constant-gain multiplier atau penguat non-inverting dengan penguatan tetap. Rangkaian ini dirancang untuk menghasilkan sinyal keluaran yang diperkuat dan tetap sefasa dengan sinyal masukan, sehingga sangat ideal digunakan pada aplikasi yang membutuhkan penguatan sinyal tanpa perubahan polaritas. Penguat non-inverting memiliki keunggulan berupa impedansi masukan yang sangat tinggi dan impedansi keluaran yang rendah, sehingga sangat cocok digunakan sebagai buffer atau penyangga impedansi. Selain itu, besar penguatan (gain) pada rangkaian ini dapat diatur secara presisi menggunakan kombinasi resistor pada jalur umpan balik, sehingga menghasilkan penguatan tetap sesuai kebutuhan aplikasi. Unity follower, atau yang sering disebut sebagai voltage follower, merupakan salah satu konfigurasi dasar dari rangkaian operational amplifier (op-amp) yang memiliki penguatan tegangan sebesar satu (unity gain). Pada konfigurasi ini, output amp dihubungkan langsung ke input inverting (-), sementara sinyal input diberikan ke terminal non inverting (+). Dengan demikian, tegangan output akan sama dengan tegangan input, tanpa ada penguatan atau pelemahan sinyal.

2. Tujuan [Kembali]

Menghasilkan penguatan sinyal yang konstan dan presisi sesuai dengan nilai konstanta yang diinginkan.
Membalik polaritas sinyal input sehingga output memiliki fase yang berlawanan dengan input.
Menerapkan prinsip kerja op-amp dalam konfigurasi inverting untuk pengolahan sinyal analog.
Mempermudah pengendalian dan manipulasi sinyal dalam berbagai aplikasi elektronika, seperti sistem kendali otomatis dan instrumentasi.
Meningkatkan pemahaman tentang karakteristik dan analisis rangkaian inverting constant multiplier.
Mengaplikasikan rangkaian ini dalam desain sistem elektronik yang memerlukan penguatan dan pembalikan sinyal secara simultan.

3. Alat dan Bahan [Kembali]

1. Alat

1). Software Proteus (ISIS Professional)

Untuk merancang dan menyimulasikan rangkaian elektronika.

2. Bahan

1). Voltmeter

Alat ukur untuk mengukur besar Tegangan dalam satuan Volt

2). DC Voltage

Komponen yang menyediakan tegangan tetap antara dua terminal: terminal positif (+) dan terminal negatif (–). Sumber ini digunakan untuk memberikan energi listrik ke rangkaian, dan nilainya bisa berupa tegangan tetap (seperti baterai 5V atau 12V) atau variabel, tergantung konfigurasi rangkaian.

3). Ground

Ground adalah titik kembalinya arus searah atau titik kembalinya sinyal bolak balik atau titik patokan dari berbagai titik tegangan dan sinyal listrik dalam rangkaian elektronika.

4). Resistor

Fungsi utama dari resistor adalah membatasi aliran arus. Resistor dapat menahan arus dan memperkecil besar arus. Besar resistansi (kemampuan menahan arus) resistor disesuaikan dengan kebutuhan perangkat elektronika.

Cara Menghitung Nilai Resistor

5). Op Amp

Op-amp (operational amplifier) adalah komponen elektronik aktif yang berfungsi untuk memperkuat perbedaan tegangan antara dua inputnya (input inverting dan non-inverting).

4. Dasar Teori [Kembali]

1. Inverting Amplifier

Pengertian:

Inverting amplifier adalah konfigurasi op-amp di mana sinyal input diberikan pada terminal inverting (-), dan output op-amp diambil dari terminal output. Hasil penguatan dari sinyal input berbalik fase (inverted) 180° dan diperkuat tergantung pada rasio resistor feedback 180 der dan resistor input Rin.

Rumus Penguatan (Gain):

A = -Rf/Rin

Dimana:

· A adalah penguatan op-amp (gain),

· Rf adalah resistor feedback,

· Rin adalah resistor input.

2. Non-Inverting Amplifier

Pengertian:

Non-inverting amplifier adalah konfigurasi di mana sinyal input diberikan pada terminal non-inverting (+) dan outputnya diambil dari terminal output op-amp. Pada konfigurasi ini, sinyal input tidak berbalik fase dengan output dan penguatan bersifat positif.

Rumus Penguatan (Gain):

A = 1 + Rf/Rin

Dimana:

· A adalah penguatan op-amp,

· Rf adalah resistor feedback,

· Rin adalah resistor input.

3. Unity Follower (Buffer)

Pengertian:

Unity follower (juga dikenal sebagai buffer) adalah konfigurasi op-amp yang memiliki penguatan satu kali (unity gain). Dalam konfigurasi ini, output op-amp mengikuti input secara langsung, tanpa perubahan fase atau penguatan. Unity follower digunakan untuk menyesuaikan impedansi antara dua rangkaian atau untuk mengisolasi satu rangkaian dari yang lainnya.

Rumus Penguatan (Gain):

A = 1

5. Prinsip Kerja [Kembali]

· Op-amp dalam konfigurasi ini akan menguatkan selisih tegangan antara input inverting dan non-inverting. Karena terminal non-inverting biasanya dihubungkan ke ground, maka tegangan input Vin hanya masuk pada terminal inverting.

· Input diberikan pada terminal non-inverting, dan op-amp akan menguatkan sinyal ini. Feedback negatif digunakan untuk mengatur penguatan dan stabilitas op-amp.

· Pada unity follower, input dihubungkan ke terminal non-inverting, dan output langsung diambil dari terminal output op-amp. Feedback negatif diterapkan sehingga penguatan op-amp menjadi 1. Penguatan satu kali ini memastikan bahwa tegangan output sama dengan tegangan input.

6. Ringkasan [Kembali]

Rangkaian (Operational Amplifier) merupakan salah satu komponen penting dalam elektronika analog yang digunakan untuk penguatan sinyal. Tiga konfigurasi dasar yang umum digunakan adalah inverting amplifier, non-inverting amplifier, dan unity gain follower (buffer). Pada inverting amplifier, sinyal input diberikan ke terminal inverting (-) melalui resistor input, sementara terminal non-inverting (+) dihubungkan ke ground. Rangkaian ini menghasilkan output yang berfasa terbalik terhadap input, dengan penguatan (gain) yang dihitung sebagai -Rf/Rin, di mana Rf adalah resistor feedback. Konfigurasi ini cocok untuk aplikasi yang membutuhkan pembalikan fasa dan penguatan yang dapat diatur dengan rasio resistor.

Sementara itu, non-inverting amplifier menerima sinyal input pada terminal non-inverting (+) dan menghasilkan output yang sefasa dengan input. Gain pada konfigurasi ini adalah 1 + R2/R1, menjadikannya cocok untuk aplikasi penguatan positif. Unity gain follower atau buffer adalah konfigurasi op-amp di mana output langsung terhubung ke input inverting (-), sehingga menghasilkan gain sebesar 1. Fungsi utamanya adalah untuk isolasi sinyal dan penyesuaian impedansi, karena memiliki impedansi masukan tinggi dan impedansi keluaran rendah. Ketiga konfigurasi ini sangat penting dalam perancangan rangkaian analog seperti sensor, penguat audio, dan sistem kontrol

7. Problem [Kembali]

Soal 1: Inverting Amplifier

Sebuah rangkaian op-amp dihubungkan sebagai inverting amplifier dengan resistor feedback Rf=100 kΩ dan resistor input Rin = 10 kΩ Jika tegangan input Vin = 2 V , hitunglah tegangan output Vout

Jawaban:

Penguatan op-amp pada konfigurasi inverting amplifier:

A = -Rf/Rin = -(100 kΩ)/(10 kΩ) = -10

Maka, tegangan output:

Vout = A × Vin = -10 × 2 V = 20 V

Soal 2: Non-Inverting Amplifier

Rangkaian op-amp dikonfigurasi sebagai non-inverting amplifier dengan resistor feedback R_f=50 kΩ dan resistor input Rin=10 kΩ. Jika tegangan input Vin , hitunglah tegangan output Vout

Jawaban:

Penguatan op-amp pada konfigurasi non-inverting amplifier:

A = 1 + Rf/Rin = 1+(50 kΩ)/(10 kΩ) = 1+5 = 6

Maka, tegangan output:

Vout = A × Vin = 6 × 1 V = 6 V

Soal 3: Unity Follower (Buffer)

Sebuah op-amp dikonfigurasi sebagai unity follower (buffer). Jika tegangan input Vin=3 V, berapakah tegangan output Vout?

Jawaban:

Pada unity follower, penguatan adalah 1, sehingga:

Vout=Vin=3 V

8. Soal Latihan [Kembali]

Soal 1 – Inverting Amplifier

Sebuah inverting amplifier menggunakan resistor input Rin = 2 kΩ dan resistor feedback Rf = 8 kΩ. Berapa gain (penguatan) dari rangkaian tersebut?

A. -0.25
B. -4
C. 4
D. 0.25

Soal 2 – Non-Inverting Amplifier

Sebuah non-inverting amplifier memiliki R1 = 1 kΩ dan R2 = 9 kΩ. Berapa besar penguatan dari rangkaian tersebut?

(Gain = 1 + R1/R2 = 1 + 9/1 = 10)

A. 1
B. 9
C. 10
D. 11

Soal 3 – Unity Gain Follower

Apa karakteristik utama dari unity gain follower (buffer amplifier) menggunakan op-amp?

A. Membalik sinyal masukan dan memperbesar amplitudonya
B. Memberikan gain lebih dari 1
C. Menghasilkan output yang sama dengan input tanpa membalik fasa
D. Memperkuat sinyal dengan delay waktu

9. Percobaan [Kembali]

a) Prosedur Percobaan.

· Untuk membuat rangkaian ini, pertama, siapkan semua alat dan bahan yang bersangkutan, di ambil dari library proteus

· Letakkan semua alat dan bahan sesuai dengan posisi dimana alat dan bahan terletak.

· Tepatkan posisi letak nya dengan gambar rangkaian

· Selanjutnya, hubungkan semua alat dan bahan menjadi suatu rangkaian yang utuh

· Lalu mencoba menjalankan rangkaian, jika tidak terjadi error, maka rangkaian akan berfungsi yang berarti rangkaian bekerja.

b) Simulasi Rangkaian

- Rangkaian 10.34