chapter 10: operational amplifiers

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan bahan

4. Dasar Teori

5. Prinsip Kerja

6. Ringkasan

7. Soal Latihan

8. Percobaan

9. Download File

                                                 Chapter 10: operational amplifiers

1. Pendahuluan (kembali)

             Op-Amp (Operational Amplifier) merupakan salah satu komponen aktif yang sangat penting dalam dunia elektronika, terutama dalam sistem analog. Op-Amp memiliki berbagai aplikasi seperti penguat sinyal, penjumlah, pengurang, integrator, diferensiator, komparator, dan lainnya. Percobaan ini bertujuan untuk memahami karakteristik dasar dari Op-Amp dalam konfigurasi non-inverting, inverting, serta penjumlahan sinyal.

Melalui simulasi menggunakan software Proteus, kita dapat mengamati bentuk sinyal input dan output pada masing-masing konfigurasi rangkaian. Dengan demikian, diharapkan mahasiswa mampu mengidentifikasi fungsi dan karakteristik masing-masing konfigurasi rangkaian berbasis Op-Amp.

2. Tujuan (kembali)

1.Menganalisis dan memahami cara kerja rangkaian Op-Amp konfigurasi inverting amplifier (penguat membalik).

2.Menganalisis konfigurasi non-inverting amplifier (penguat tidak membalik).

3.Menganalisis konfigurasi summing amplifier (penguat penjumlah).

4.Mengamati bentuk gelombang input dan output pada masing-masing konfigurasi melalui osiloskop.

5.Menentukan perbedaan fasa dan penguatan dari masing-masing konfigurasi.

3. Alat dan Bahan (kembali)

1. 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.

2. Diode

             

Dioda (Diode) adalah Komponen Elektronika Aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya.

3. 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

4. Voltmeter

Alat ukur untuk mengukur besar Tegangan dalam satuan Volt

5. Kapasitor

Kapasitor adalah komponen elektronik yang berfungsi untuk menyimpan dan melepaskan energi listrik dalam bentuk muatan. Dalam berbagai jenis rangkaian, kapasitor memiliki peran penting, seperti menyaring sinyal untuk menghilangkan noise atau komponen frekuensi tertentu, serta memblokir arus searah (DC) sambil meneruskan arus bolak-balik (AC), yang sering digunakan dalam proses kopling sinyal antar tahap rangkaian.

4. Dasar Teori (kembali)

1. Operational Amplifier (Op-Amp)

Op-Amp adalah penguat tegangan berpenguatan tinggi dengan dua input (inverting dan non-inverting) dan satu output. Sifat dasar Op-Amp ideal meliputi:

• Penguatan terbuka (open-loop gain) sangat tinggi

• Impedansi input sangat tinggi

• Impedansi output sangat rendah

• Respon linier terhadap sinyal input

2. Summing Amplifier 

Konfigurasi ini memungkinkan beberapa sinyal input dijumlahkan pada satu output. Semua sinyal masuk ke terminal inverting melalui resistor masing-masing, sedangkan non-inverting di-ground-kan. Rumus output untuk dua input 

$V_1$ dan $V_2$ adalah:

Rangkaian ini juga menghasilkan output yang berfasa terbalik terhadap total sinyal input.

Rangkaian summing-integrator adalah kombinasi dari dua fungsi utama op-amp, yaitu penjumlah (summing amplifier) dan pengintegrasi (integrator). Secara umum, rangkaian ini berfungsi untuk menjumlahkan beberapa sinyal input sekaligus dan menghasilkan output berupa integral dari hasil penjumlahan tersebut terhadap waktu. Rangkaian ini menggunakan konfigurasi inverting op-amp, di mana beberapa sinyal input diberikan ke terminal inverting melalui resistor masing-masing, sementara terminal non-inverting dihubungkan ke ground.

3. Operasi Integrator dengan Step Input 

Dalam konfigurasi ini, op-amp berfungsi untuk mengintegrasikan sinyal input terhadap waktu. Ketika diberikan input step sebesar +1V, arus mengalir melalui resistor ke terminal inverting, dan karena adanya umpan balik negatif melalui kapasitor $C1$, op-amp menghasilkan output yang merupakan integral dari sinyal input. Karena input adalah konstan (step), maka hasil integrasinya adalah sinyal ramp, yaitu tegangan yang naik atau turun secara linear terhadap waktu. Dalam kasus ini, output menurun secara linear karena sifat pembalikan fasa dari integrator inverting.

5. Prinsip Kerja[kembali]

Prinsip Kerja Operational Amplifier (Op-Amp):

Operational Amplifier (Op-Amp) adalah komponen elektronik analog yang berfungsi sebagai penguat sinyal dengan penguatan (gain) yang sangat tinggi. Prinsip kerjanya didasarkan pada perbedaan tegangan antara dua input-nya.

Op-Amp bekerja berdasarkan rumus:

$$V_{\text{out}}=A\times (V_{+}-V_{-})$$

Artinya:

• Jika tegangan pada input (+) lebih besar dari input (−), maka output akan positif.

• Jika tegangan pada input (−) lebih besar dari input (+), maka output akan negatif.

• Jika kedua input sama besar, maka output = 0 (tidak ada tegangan keluar).

• Nilai A (gain) sangat besar → jadi selisih kecil antara input bisa menghasilkan output besar.

Untuk mengontrol agar output tidak terlalu besar (karena gain-nya sangat tinggi), Op-Amp biasanya diberi umpan balik negatif (negative feedback) dari output kembali ke input (-). Fungsi feedback ini yaitu, untuk Menstabilkan output, Menyesuaikan perbedaan input agar sangat kecil (mendekati nol) dan Membuat Op-Amp bekerja lebih akurat dan terkontrol.

6. Ringkasan [kembali]

Operational Amplifier (Op-Amp) adalah komponen aktif dalam elektronika analog yang berfungsi

 sebagai penguat tegangan. Komponen ini memiliki dua terminal input — yaitu non-inverting (+)

dan inverting (−) — serta satu terminal output.

Op-Amp banyak digunakan dalam berbagai aplikasi seperti:

• Inverting amplifier: menghasilkan output yang berfasa terbalik dari input.

• Non-inverting amplifier: menghasilkan output sefasa dengan input.

• Summing amplifier: menjumlahkan beberapa sinyal input menjadi satu output.

• Integrator dan Differentiator: menghasilkan sinyal output yang merupakan hasil integral atau turunan dari input.

• Komparator: membandingkan dua sinyal input dan menghasilkan output logika.

Karakteristik Op-Amp Ideal:

• Gain (penguatan) sangat tinggi dalam kondisi open-loop.

• Impedansi input sangat besar, sehingga tidak membebani sumber sinyal.

• Impedansi output sangat kecil, memungkinkan penggerak beban dengan efisien.

• Respons linier terhadap perbedaan tegangan input yang kecil.

Agar Op-Amp dapat bekerja secara stabil dan sesuai kebutuhan, umumnya digunakan umpan balik

 negatif (negative feedback) dari output ke input inverting. Umpan balik ini berfungsi untuk:

• Menstabilkan penguatan,

• Menekan perbedaan tegangan antara kedua input (V+ dan V−),

• Mengontrol output agar tidak jenuh.

Secara umum, Op-Amp adalah komponen serbaguna yang sangat penting dalam desain rangkaian

 analog karena kemampuannya dalam memproses sinyal dengan akurat, cepat, dan efisien.

7. Soal Latihan [kembali]

7.1 PROBLEM

Problem 1: Inverting Amplifier

Soal:
Sebuah rangkaian inverting amplifier memiliki resistor input $R_{in} = 2 \,k\Omega$ dan resistor umpan balik $R_f = 10 \,k\Omega$. Jika tegangan input $V_{in} = 1 \,V$, berapa besar tegangan output $V_{out}$?

Jawaban:
Rumus gain inverting:

$$A_v = -\frac{R_f}{R_{in}} = -\frac{10\,k\Omega}{2\,k\Omega} = -5$$ $$V_{out} = A_v \times V_{in} = -5 \times 1\,V = -5\,V$$

 Problem 2: Non-Inverting Amplifier

Soal:
Dalam rangkaian non-inverting amplifier, resistor $R_1 = 1 \,k\Omega$ dan $R_2 = 9 \,k\Omega$. Jika input $V_{in} = 0.5 \,V$, berapa besar tegangan output?

Jawaban:
Rumus gain non-inverting:

$$A_v = 1 + \frac{R_2}{R_1} = 1 + \frac{9\,k\Omega}{1\,k\Omega} = 10$$ $$V_{out} = A_v \times V_{in} = 10 \times 0.5\,V = 5\,V$$

$$7.2\; LATIHAN\; SOAL$$

Soal 1: Karakteristik Op-Amp Ideal

Op-Amp ideal memiliki ciri-ciri berikut, kecuali:

A. Penguatan (gain) tak hingga
B. Impedansi input sangat tinggi
C. Impedansi output sangat tinggi
D. Respon linier terhadap sinyal input kecil

Jawaban: C
Penjelasan: Op-Amp ideal memiliki impedansi output sangat rendah, bukan tinggi.

Soal 2: Rangkaian Inverting Amplifier

Sebuah inverting amplifier menggunakan resistor input $R_{in} = 1\,k\Omega$ dan resistor feedback $R_f = 5\,k\Omega$. Jika tegangan input $V_{in} = 0.2\,V$, maka tegangan output adalah:

A. 0.2 V
B. –1 V
C. –0.04 V
D. 1 V

Jawaban: B
Perhitungan:

$$A_v = -\frac{R_f}{R_{in}} = -\frac{5}{1} = -5 \quad \Rightarrow \quad V_{out} = -5 \times 0.2 = -1\,V$$

Soal 3: Fungsi Summing Amplifier

Fungsi utama dari summing amplifier pada rangkaian Op-Amp adalah:

A. Menyamakan tegangan input dan output
B. Membalik fasa sinyal input
C. Menjumlahkan beberapa sinyal input menjadi satu output
D. Menguatkan satu sinyal input

Jawaban: C
Penjelasan: Summing amplifier menjumlahkan dua atau lebih sinyal input melalui resistor ke terminal inverting Op-Amp.

                                 

8. Percobaan [kembali]

1.Fig 10.2

 

  2.Fig 10.3

3.Fig 10.8

9. Download File [kembali]

Fig 10.2 disini

Video Percobaaan fig 10.2 disini

Fig 10.3 disini

Video Percobaaan fig 10.3 disini

Fig 10.8 disini

Video Percobaaan fig 10.8 disini

Dowbload Datasheet:

• Datasheet voltmeter klik disini

• Datasheet transistor klik disini

• Datasheet osiloskop klik disini

• Datasheet dioda klik disini

• Datasheet baterai klik disini

• Datasheet Op- Amp klik disini

• Datasheet resistor klik disini

[menuju awal]