Teknik Elektro: Materi 14.1 Om-Amp

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

SubChapter 14.1
Pendahuluan Operasional Amplifier

1. Tujuan [Kembali]

Untuk menyelesaikan tugas matkul elektronika yang diberi oleh bapak Dr. Darwison,M.T.
Untuk menambah wawasan tentang Operasional Amplifier (Op-Amp).
Untuk memahami materi tentang Operasional Amplifier (Op-Amp).

2. Alat dan Bahan [Kembali]

1. Vsine (Inverter)

Power Inverter atau biasanya disebut dengan Inverter adalah suatu rangkaian atau perangkat elektronika yang dapat mengubah arus listrik searah (DC) ke arus listrik bolak-balik (AC) pada tegangan dan frekuensi yang dibutuhkan sesuai dengan perancangan rangkaiannya. Sumber-sumber arus listrik searah atau arus DC yang merupakan Input dari Power Inverter tersebut dapat berupa Baterai, Aki maupun Sel Surya (Solar Cell). Bentuk-bentuk Gelombang yang dapat dihasilkan oleh Power Inverter diantaranya adalah gelombang persegi (square wave), gelombang sinus (sine wave), gelombang sinus yang dimodifikasi (modified sine wave) dan gelombang modulasi pulsa lebar (pulse width modulated wave) tergantung pada desain rangkaian inverter yang bersangkutan.

2. Op-Amp

Operational Amplifier atau lebih dikenal dengan istilah Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional. Terminal yang terdapat pada Simbol Op-Amp (Operational Amplifier/penguat operasional) diantaranya adalah :

Masukan non-pembalik (Non-Inverting) +
Masukan pembalik (Inverting) –
Keluaran Vout
Catu daya positif +V
Catu daya negatif -V

Tetapi, secara umum terminal pada Op-Amp ada 3 yaitu : (1) Masukan non-pembalik/non-inverting (+), (2) Masukan pembalik/inverting (-), dan (3) Keluaran Vout.

Karakteristik Faktor Penguat atau Gain pada Op-Amp pada umumnya ditentukan oleh Resistor Eksternal yang terhubung diantara Output dan Input pembalik (Inverting Input). Konfigurasi dengan umpan balik negatif (Negative Feedback) ini biasanya disebut dengan Closed-Loop configuration atau Konfigurasi Lingkar Tertutup. Sedangkan pada Konfigurasi Lingkar Terbuka atau Open-Loop Configuration, besar penguatannya adalah tak terhingga (∞) sehingga besarnya tegangan output hampir atau mendekati tegangan Vcc.

Konfigurasi Op-Amp (Closed loop and Open Loop)

3. Ground

Definisi grounding adalah sistem pentanahan yang berfungsi untuk meniadakan beda potensial sehingga jika ada kebocoran tegangan atau arus akan langsung dibuang ke bumi. Sistem grounding pada peralatan kelistrikan dan elektronika adalah untuk memberikan perlindungan pada seluruh sistem.

4. Percobaan [Kembali]

Prosedur Percobaan
Rangkaian Simulasi

3. Dasar Teori [Kembali]

Pendahuluan Operasional Amplifier

Penguat operasional, atau op-amp, adalah penguat diferensial dengan gain sangat tinggi dengan impedansi masukan tinggi dan impedansi keluaran rendah. Kegunaan khas dari penguat operasional adalah untuk memberikan perubahan amplitudo tegangan (amplitudo dan polaritas), osilator, rangkaian filter, dan berbagai jenis rangkaian instrumentasi. Sebuah op-amp berisi sejumlah tahapan penguat diferensial untuk mencapai penguatan tegangan yang sangat tinggi.

Gambar 14.1 menunjukkan sebuah op-amp dasar dengan dua masukan dan satu keluaran sebagai hasil menggunakan tahap masukan penguat diferensial. Setiap input menghasilkan output polaritas (atau fase) yang sama atau berlawanan, tergantung pada apakah sinyal diterapkan ke input plus (+) atau minus (-).

Input Berujung Tunggal

Untuk hasil operasi input berujung tunggal yaitu ketika sinyal input dihubungkan ke satu input dengan input lainnya terhubung ke ground.

Dalam Gambar 14.2 (a), masukan diterapkan ke masukan plus (dengan masukan minus di ground), yang menghasilkan keluaran yang memiliki polaritas yang sama dengan sinyal masukan yang diterapkan. Gambar 14.2 (b) menunjukkan sinyal masukan diterapkan ke masukan minus, keluaran kemudian berlawanan dalam fase ke sinyal yang diterapkan.

Input Berujung Ganda (Diferensial)

Pada input berujung ganda ini, dimungkinkan untuk menerapkan sinyal pada setiap masukan.

Gambar 14.3 (a) menunjukkan masukan, V.d, diterapkan antara dua terminal input (ingat bahwa tidak ada input yang berada di ground), dengan output berlapis dalam fase yang diterapkan antara input plus (+) dan minus (-). Gambar 14.3 (b) menunjukkan aksi yang sama yang dihasilkan ketika dua sinyal terpisah diterapkan ke masukan.

Output Berujung Ganda

Sementara operasi yang dibahas sejauh ini memiliki satu keluaran, op-amp juga dapat dioperasikan dengan keluaran yang berlawanan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14.4. Masukan yang diterapkan ke salah satu masukan akan menghasilkan keluaran dari kedua terminal keluaran, keluaran ini selalu berlawanan dalam polaritas.

Gambar 14.5 menunjukkan masukan berujung tunggal dengan keluaran berujung ganda. Seperti yang ditunjukkan, sinyal yang diterapkan ke input plus menghasilkan dua output yang diperkuat dengan polaritas yang berlawanan.

Gambar 14.6 menunjukkan operasi yang sama dengan satu keluaran yang diukur antara terminal keluaran (tidak terkait dengan ground). Sinyal keluaran perbedaan ini yaitu V₀₁-V₀₂. Output perbedaan juga disebut sebagai sebuah sinyal mengambang karena tidak ada output 2 terminalnya berupa terminal ground (referensi).

Gambar 14.7 menunjukkan input yang berbeda serta, operasi output yang berebda juga. Input diterapkan antara dua terminal input dan output diambil dari antara dua terminal output. Ini adalah operasi diferensial sepenuhnya.

Operasi Mode Umum

Ketika sinyal input yang sama diterapkan ke kedua input, hasil operasi mode umum, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14.8. Idealnya, kedua input sama-sama diperkuat, dan karena menghasilkan sinyal polaritas yang berlawanan pada output, sinyal ini dibatalkan, menghasilkan output 0V. Praktisnya, sinyal keluaran yang kecil akan dihasilkan.

Penolakan Mode Umum

Fitur penting dari koneksi diferensial adalah bahwa sinyal yang berlawanan pada input sangat diperkuat, sedangkan sinyal yang umum untuk dua input hanya sedikit diperkuat. Keseluruhan operasi digunakan untuk memperkuat sinyal perbedaan sambil menolak sinyal umum di dua masukan. Karena noise (sinyal input yang tidak diinginkan) umumnya umum untuk kedua input, koneksi diferensial cenderung memberikan redaman input yang tidak diinginkan ini sambil memberikan output yang diperkuat dari sinyal perbedaan yang diterapkan ke input. Fitur operasi ini, disebut sebagai penolakan mode umum.

*Example [Kembali]

1) Apa yang dimaksud dengan Op-Amp?Dan apa kegunaannya?

Jawab :

2) Jelaskanlah ciri-ciri Op-Amp yang bersifat ideal dan bagaimana cara membuat op-amp sebagai komparator?

Jawab :

Berikut ini adalah ciri-ciri Op-amp ideal:

a.Memiliki dua input dengan satu output

b.Impedansi input tinggi

c.Impedansi output rendah

Dalam elektronik, komparator adalah perangkat yang membandingkan dua tegangan atau arus dan mengeluarkan sinyal digital yang menunjukkan mana yang lebih besar. Salah satu yang bisa dijadikan komparator adalah Op-Amp. Cara membuat Op-Amp sebgai komparator adalah dengan memberikan tegangan yang konstan pada salah satu kaki input op-amp.

*Problem [Kembali]

1) Apakah perbedaan antara Op-Amp dengan input berujung tunggal dengan input berujung ganda?

Jawab :

Untuk Op-Amp dengan input berujung tnngal, hasil operasi inputnya yaitu ketika sinyal input dihubungkan ke satu input dengan input lainnya terhubung ke ground. Sedangkan untuk Op-Amp dengan input berujung ganda menerapkan sinyal pada setiap masukan, sehingga tidak ada input yang dihubungkan ke ground.

2) Berdasarkan gambar di bawah ini, tentukanlah nilai Voutput jika nilai V1 dan V2 nya adalah 50 mV!

Jawab :

*Soal Pilihan Ganda [Kembali]

1) Sebuah penguat op-amp non inverting dengan penguatan 10 kali, jika sumber tegangan +-15 Volt dan Vin = 2 Volt, maka menghasilkan tegangan output sebesar?

A. 20 Volt

B. -13,5 Volt

C. 13,5 Volt

D. +-13,5 Volt

E. -20 Volt

Pembahasan :

Berdasarkan rumus disamping, dapat disimpulkan bahwa :

Vout = A x Vin

= 10 x 2

= 20 Volt

Sehingga jawaban yang tepat adalah A = 20 Volt.

2) Pada Rangkaian Dasar Op-Amp, Jika besar tegangan input sama dengan tegangan output tetapi gelombang sinyal input berbeda fase dengan gelombang sinyal output. Op-amp ini sering disebut ……A. Inverting amplifier

B. Non-Inverting amplifier

C. Op-amp sebagai penjumlah

D. Differensial amplifier

E. Op-amp sebagai pengurang

Pembahasan:

Rangkaian Op-Amp yang memiliki nilai tegangan input yang sama dengan tegangan ouput, dimana gelombang sinyal inputnya brebeda fase dengan gelombang outputnya disebut dengan Inverting amplifier. Sehingga jawaban yang tepat adalah A.

4. Percobaan [Kembali]

1) Rangkaian Percobaan

Siapkan alat dan bahan yang dibutuhkan dalam membuat rangkaian tersebut.
Diantara alat dan bahan yang digunakan adalah Vsine, Op-Amp, Osiloskop serta ground.
Rangkailah alat dan bahan tersebut seperti gambar di bawah ini.
Simulasikan pada software proteus.2. Gambar Simulasi

2) Gambar Simulasi