Tugas Pendahuluan Modul 3




1. Soal[Kembali]

1. Jelaskan karakteristik dari OP AMP dan fungsi dari OP AMP !

Jawab :

A. Karakterikstik Op-Amp

·       Tegangan Penguatan Tak Terbatas

Av atau penguatan tegangan open-loop memiliki nilai tak terbatas atau tak terhingga. Namun pada Op-Amp yang sering diperjualbelikan secara komersial. Nilai penguatan tegangan dari benda tersebut hanya berkisar antara 10-20 ribu saja.

·       Bandwidth Tak Terhingga

Bandwidth atau lebar pita juga memiliki nilai yang tak terhingga atau bila lambangkan BW=∞ .

·       Input Impedansi Tak Terhingga

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 K Ohm sampai dengan 2 M Ohm.

·       Impedansi Outputnya bernilai Nol

Pada Op-Amp (Operational Amplifier), nilai impedansi outputnya bernilai nol, hal ini dikarenakan bertindak sebagai sumber tegangan internal yang sempurna tanpa resistansi internal, sehingga mampu memasok arus yang dibutuhkan oleh beban.

·       Tegangan Offset Output Nol

Pada operasional amplifier, tegangan offset output nilainya adalah nol.

·       Suhu

Suhu tidak membuat terjadi perubahan pada karakteristiknya kemudian waktu respon Op-Amp adalah nol detik.


B. Fungsi Op-Amp

·       Mengintegrasikan sinyal

Op-amp dapat digunakan sebagai integrator, yang memungkinkan sinyal inputnya diintegrasikan terhadap waktu. Berguna dalam aplikasi seperti pemrosesan sinyal.

·       Memperkuat sinyal

Op-amp dapat digunakan untuk memperkuat sinyal input. Dalam mode penguatan, op-amp meningkatkan amplitudo sinyal tanpa mengubah bentuk gelombangnya.

·       Buffer sinyal

Sebagai buffer, op-amp memberikan impedansi input yang tinggi dan impedansi output yang rendah, sehingga dapat mengisolasi sinyal input dari sirkuit output.

·       Sensor

Op-amp digunakan untuk mengukur perubahan tegangan yang dihasilkan oleh sensor (seperti sensor suhu, tekanan, atau cahaya) dan mengonversinya menjadi sinyal yang dapat diukur.

·       Filter aktif

Op-amp dapat digunakan untuk membangun filter aktif, seperti filter low-pass, high-pass, band-pass, dan band-stop. Hal ini digunakan untuk menghilangkan atau mengisolasi frekuensi tertentu dalam sinyal, yang berguna dalam aplikasi pemrosesan sinyal dan komunikasi.

 

2. Jelaskan macam-macam aplikasi OP AMP beserta fungsinya !

Jawab :

a.     Komparator (Pembanding)

Komparator merupakan salah satu aplikasi yang memanfaatkan batas simpal terbuka (open-loop gain) penguat operasional yang sangat besar. Rangkaian komparator merupakan aplikasi Op-Amp yang mana rangkaian tersebut berada dalam keadaan loop terbuka dan tidak linear. Keluaran dari rangkaian ini tidak berbanding lurus dengan masukan. Keluaran berupa +Vcc/-Vcc atau High/Low.

Prinsip dasar rangkaian ini, yaitu membandingkan nilai masukan pada inverting dan non-inverting. Jika kaki noninverting dianggap sebagai referensi,maka nilai keluaran bergantung pada masukan kaki inverting

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

b.     Penguat Pembalik (Inverting Amplifier)

Penguat pembalik atau inverting amplifier memiliki input dan output yang berlawanan polaritas. Jadi ada sebuah tanda minus dalam rumus penguatannya. Penguatan inverting amplifier ini memiliki nilai besaran yang lebih kecil dari 1, yaitu -0.2, -0.5, -0.7 dst dan akan selalu negatif.

Inverting Amplifier berfungsi untuk memperbesar sinyal input dengan penguatan yang dapat diatur dengan mudah.

c.     Penguat non-Pembalik (Non-Inverting Amplifier)

Penguat Non-Inverting Amplifier merupakan kebalikan dari penguat inverting, dimana input-nya dimasukkan pada input non-inverting sehingga polaritas output akan sama dengan polaritas input tetapi memiliki penguatan yang tergantung dari besarnya Rfeedback dan Rinput.

Dengan demikian, penguat non-pembalik memiliki penguatan minimum bernilai 1. Karena tegangan sinyal masukan terhubung langsung dengan masukan pada penguat operasional maka impedansi input bernilai Zin = ∞, dan impedansi output, Zo = 0 Ω

Berfungsi untuk memperbesar sinyal input, tetapi outputnya tidak diinversi dan memiliki penguatan yang dapat diatur.

d.     Penguat penjumlah (Adder Amplifier)

Rangkaian adder atau rangkaian penjumlah merupakan rangkaian yang dasar rangkaiannya menggunakan inverting amplifier, dimana untuk hasil outputnya dikalikan dengan penguatan.

Fungsi utama adder amplifier adalah melakukan operasi penjumlahan pada sinyal-sinyal yang masuk.

e.     Integrator

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.

f.      Diferensiator

Rangkaian differensiator memiliki keluaran yang sama dengan keluaran rangkaian penapis lolos tinggi (High Pass Filter). Keluaran dari rangkaian ini merupakan differensial dari masukan.

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.

g.     Buffer atau Follower

Rangkaian buffer merupakan rangkaian yang memiliki input sama seperti hasil outputnya.

Rangkaian Buffer dari Op-Amp menghubungkan jalur input inverting ke jalur output op-amp. Sehingga memberikan kemampuan mengalirkan arus secara maksimal sesuai kemampuan maksimal operasional amplifier (op-amp) mengalirkan arus output.

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).

 

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

Jawab : 

  • 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 180o . 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.


  •  Non Inverting
Penguat tersebut 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).

 

  • Perbandingan sinyal input dan ouput

- Inverting


- Non Inverting

 

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

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.

Pada operasi adder/penjumlah sinyal 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 membalik (inverting).
Besarnya penguatan tegangan (Av) tiap sinyal input mengikuti nilai perbandingan Rf dan Resistor input masing-masing (R1, R2, R3). Masing-masing tegangan output (Vout) dari penguatan masing-masing sinyal input tersebut secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut :

Besarnya tegangan output (Vout) dari rangkaian adder/penjumlah inverting diatas dapat dirumuskan 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.

Rangkaian adder/penjumlah non-inverting memiliki penguatan tegangan yang tidak melibatkan nilai resistansi input yang digunakan. Oleh karena itu dalam rangkaian penjumlah 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 penjumlah non-inverting diatas sinyal input (V1, V2, V3) diberikan ke jalur input melalui resitor input masing-masing (R1, R2, R3). Besarnya penguatan tegangan (Av) pada rangkaian penguat penjumlah non-inverting diatas diatur oleh Resistor feedback (Rf) dan resistor inverting (Ri), sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut :

Sehingga dengan diketahuinya nilai penguatan tegangan pada rangkaian penjumlah non-inverting tersebut dapat dirumuskan besarnya tegangan output (Vout) rangkaian secara matematis sebagai berikut:

 

5. Buktikan turunan rumus inverting adder ! (sertakan gambar)

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 :




 

2. Prinsip Kerja[Kembali]

  • INVERTING OP AMP

Rangkaian inverting op-amp adalah aplikasi umum dari operational amplifier (op-amp) yang digunakan untuk menguatkan sinyal masukan. Pada rangkaian ini, sinyal masukan Vin datang dari signal generator dan akan dihubungkan ke input inverting (-) dari op-amp. Vin akan mengalir melalui resistor masukan (Rin) yang memiliki resistansi sebesar 100Ω.

Op-amp akan menguatkan sinyal masukan ini berdasarkan perbandingan antara resistor masukan (Rin) yang memiliki resistansi sebesar 100Ω dan resistor referensi (Rf) yang  memiliki resistansi sebesar 300Ω. Prinsip kerja op-amp inverting adalah membalikkan fase sinyal masukan dan menguatkannya sebesar faktor Rf/Rin. Dalam hal ini, faktor penguatan adalah -3, karena 

Jadi, rangkaian ini menguatkan sinyal inputnya sebesar -3 atau memiliki penguatan sebesar -3. Ini artinya sinyal output akan berbeda polaritas dengan sinyal input dan memiliki amplitudo yang tiga kali lebih besar. 

Sinyal yang telah diubah fase dan dikuatkan akan muncul pada output Vout. Kemudian, Vout dihubungkan ke osiloskop, yang digunakan untuk mengukur dan memvisualisasikan sinyal keluaran. Sinyal input yang terukur sebesar 1,25V akan menghasilkan sinyal output sebesar:

  • NON INVERTING OP AMP

Rangkaian non-inverting op-amp adalah salah satu konfigurasi umum yang digunakan untuk menguatkan sinyal dalam elektronika. Prinsip kerja dari rangkaian diatas adalah sinyal masukan, Vin, dihubungkan ke kaki non-inverting op-amp. Resistor input (Rin) dengan resistansi 10kΩ menghubungkan kaki non-inverting ke ground, sementara resistor feedback (Rf) juga dengan resistansi 10kΩ menghubungkan kaki non-inverting dengan kaki output op-amp. Vcc sebesar +12V dan Vee sebesar -12V digunakan untuk memberikan tegangan pasokan ke op-amp. Sinyal output, Vout, diukur menggunakan osiloskop.

Ketika sinyal input (Vin) adalah 5V, op-amp dalam konfigurasi non-inverting akan menguatkannya. Dalam konfigurasi ini, gain (penguatan) yang diberikan oleh op-amp adalah (1 + Rf/Rin), yang dalam hal ini sama dengan 2. Dengan kata lain, sinyal output (Vout) akan menjadi 2 kali lipat dari sinyal input.

Ketika Vin = 5V, maka Vout = 2 x Vin = 2 x 5V = 10V. Inilah mengapa sinyal output yang diukur pada osiloskop adalah 10V ketika sinyal input adalah 5V.

Rangkaian ini memungkinkan untuk penguatan sinyal tanpa mengubah polaritasnya. Hasil penguatan sinyal output (Vout) selalu positif, sesuai dengan prinsip kerja dari konfigurasi non-inverting op-amp.

  • INVERTING ADDER

Rangkaian adder inverting pada gambar diatas menggunakan tiga resistor (R1, R2, R3) dengan resistansi yang sama (10kΩ).

Masing-masing resistor (R1, R2, R3) dihubungkan pada satu ujungnya ke sinyal generator dan pada ujung lainnya dihubungkan ke kaki inverting dari op-amp. Selain itu, resistor referensi (Rf) dengan resistansi 10kΩ juga dihubungkan dari kaki output op-amp ke kaki inverting. Dalam rangkaian ini, osiloskop terhubung ke Vin masing-masing resistor (R1, R2, R3) untuk mengukur sinyal input, dan Vout juga dihubungkan ke osiloskop untuk mengukur sinyal output. Pada osiloskop terukur tegangan input sebesar 1,25V dan tegangan output sebesar 3,75V.

Ketika sinyal input dari masing-masing resistor adalah 1,25V, op-amp melakukan operasi penjumlahan inverting terhadap ketiga sinyal tersebut. Nilai tegangan output (Vout) adalah jumlah dari ketiga sinyal input, dengan polaritas yang terbalik karena ini adalah rangkaian inverting. Dalam hal ini,



Maka, pada osiloskop terukur sinyal input sebesar 1,25V pada masing-masing resistor dan sinyal output sebesar -3,75V.

  • NON INVERTING ADDER

Rangkaian adder non-inverting adalah sebuah konfigurasi op-amp yang digunakan untuk menjumlahkan beberapa sinyal input dengan mempertahankan polaritasnya. Dalam kasus ini, terdapat tiga resistor (R1, R2, R3) dengan resistansi masing-masing 10kΩ yang dihubungkan pada sinyal generator. Resistor referensi (Rf) sebesar 10kΩ. Vcc adalah +12V, dan Vee adalah -12V. Osiloskop dihubungkan ke Vin masing-masing resistor (R1, R2, R3) untuk menampilkan sinyal input, dan Vout juga dihubungkan ke osiloskop untuk menampilkan sinyal output. Sinyal input pada masing-masing resistor adalah 5V, dan sinyal output adalah 10V.

Rumus gain (penguatan) dari konfigurasi non-inverting adalah 

Ketika ketiga sinyal input (Vin) masing-masing sebesar 5V, maka sinyal output (Vout) akan dihitung sebagai berikut:

3. Video Simulasi[Kembali]

1. Inverting Op Amp

2. Non Inverting Op Amp

3. Inverting Adder

4. Non Inverting Adder

4. Download File[Kembali]

Download Rangkaian Inverting Amplifier [Download]

Download Rangkaian Non Inverting Amplifier [Download]

Download Rangkaian Inverting Adder Amplifier [Download]

Download Rangkaian Non Inverting Adder Amplifier [Download

Download Video Rangkaian Inverting Amplifier [Download

Download Video Rangkaian Non Inverting Amplifier [Download

Download Video Rangkaian Inverting Adder Amplifier [Download

Download Video Rangkaian Non Inverting Adder Amplifier [Download

Download Datasheet Osiloskop [Download

Download Datasheet Op Amp [Download]

Download Datasheet Signal Generator [Download]

Download Datasheet Resistor [Download]

 

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

  BAHAN PRESENTASI UNTUK MATA KULIAH  SISTEM DIGITAL 2024     Nama : Salahuddin Al Ajubi NIM : 2210951006 Dosen Pengampu : Dr. Da...