Op-Amp

10.11 Computer Analysis Program (Fig 10.53 s.d Fig 10.57)

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

1. Pendahuluan [Kembali]

Operatinal Amplifier (Op-Amp) merupakan salah satu komponen aktif yang sangat penting dalam dunia elektronika analog. Komponen ini banyak digunakan dalam berbagai aplikasi seperti penguat sinyal, filter, pembanding (comparator), integrator, dan rangkaian pengendali otomatis. Dengan karakteristik penguatan tegangan yang sangat tinggi, impedansi input yang besar, serta inpedansi output yang rendah, Op-Amp menjadi pilihan utama dalam perancangan rangkaian analog presisi.

Seiring dengan perkembangan teknologi, analisis rangkaian Op-Amp tidak hanya dilakukan secara manual, tetapi juga menggunakan bantuan perangkat lunak komputer. Computer analysis atau analisis berbantuan komputer memungkinkan perancang untuk mensimulasikan perilaku rangkaian sebelum rangkaian tersebut dibuat secara fisik. Hal ini tidak hanya mempercepat proses perancangan, tetapi juga mengurangi kemungkinan kesalahan dan meningkatkan efisiensi kerja.

2. Tujuan [Kembali]

Mempelajari prinsip kerja op-amp dalam konfigurasi integrator.
Menganalisis hubungan antara sinyal masukan dan bentuk sinyal keluaran.
Mengamati perubahan bentuk sinyal output terhadap variasi input (misalnya sinyal persegi atau sinus).
Mengetahui pengaruh nilai komponen (resistor dan kapasitor) terhadap hasil integrasi.

3. Alat dan Bahan [Kembali]

1. Op-Amp

2. Resistor

3. Baterai

4. Ground

5. Probe

6. Voltmeter DC

4. Dasar Teori [Kembali]

Op-Amp

Penguat operasional (operational amplifier atau op-amp) adalah penguat dengan penguatan sangat tinggi yang memiliki impedansi input sangat tinggi (biasanya beberapa megaohm) dan impedansi output rendah (kurang dari 100 ohm). Rangkaian dasarnya dibuat menggunakan penguat diferensial yang memiliki dua input (positif dan negatif) serta setidaknya satu output.

Gambar 10.29 menunjukkan unit dasar dari op-amp. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya:

Input positif ( + ) menghasilkan output sefasa dengan sinyal input yang diberikan.
Sedangkan input negatif ( – ) menghasilkan output dengan polaritas berlawanan terhadap input.

Rangkaian ekuivalen AC dari op-amp ditunjukkan pada Gambar 10.30a. Pada gambar tersebut, sinyal input yang diberikan antara terminal input akan melihat impedansi input $R_{i}$ yang sangat tinggi.

Tegangan output ditunjukkan sebagai hasil dari penguatan penguat dikalikan dengan sinyal input, melalui impedansi output $R_{o}$ yang biasanya sangat rendah.

Sebuah op-amp ideal, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10.30b, akan memiliki:

Impedansi input tak hingga,
Impedansi output nol, dan
Penguatan tegangan tak hingga.

Rangkaian Amplifier

Rangkaian op-amp Amplifier adalah penguat Input yang dimana amplifier bekerja pada karakteristik yang membentuk hubungan linear artinya semakin besar Vi maka semakin besar juga VO dan sebaliknya. Operasi amplifier menghindari output dalam kondisi saturasi karena akan membuat cacat keluaran outputnya. Ciri – ciri rangkaian amplifier yaitu ada resistor feedback negatif dari output ke input inverting op-ampnya.

· Inverting Amplifier

Sesuai dengan namanya yaitu dengan input dimasukkan ke kaki inverting (pembalik) sehingga output akan dibalik atau beda fasa sebesar 180 derajat. Dalam Analisa rangkaian amplifier disyaratkan op-amp bekerja ideal sehingga tegangan differensial (selisih tegangan di kaki non-inverting dan inverting) Ed = 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.

Rangkaian inverting amplifier

Persamaan untuk mencari Vouputnya :

· Inverting Adder Amplifier

Kemungkinan rangkaian op-amp yang paling sering digunakan adalah rangkaian penjumlah (summing amplifier) yang ditunjukkan pada Gambar 10.37a. Rangkaian tersebut menunjukkan penjumlah dengan tiga input, yang menyediakan cara untuk menjumlahkan (secara aljabar) tiga tegangan, di mana masing-masing tegangan dikalikan dengan faktor penguatan tetap tertentu.

Dengan menggunakan representasi ekuivalen seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10.37b, kita dapat menyatakan tegangan keluaran (output) dalam bentuk persamaan terhadap tegangan-tegangan input.

Vo = -Rf [V1/R1 + V2/R2 + V3/R3 + … + Vn/Rn] -> untuk input lebih dari 3 dan seterusnya.

Dengan kata lain, setiap input menambahkan tegangan ke output yang dikalikan dengan penguatannya masing-masing. Jika lebih banyak input digunakan, maka masing-masing akan menambahkan komponen tambahan ke output.

Rangkaina Non Inverting Amplifier

· Non Inverting Amplifier

Sambungan pada Gambar 10.35 a menunjukkan rangkaian penguat operasional yang berfungsi sebagai penguat non-pembalik atau pengali penguatan konstan. Perlu dicatat bahwa sambungan penguat pembalik lebih banyak digunakan karena memiliki stabilitas frekuensi yang lebih baik (akan dibahas nanti). Untuk menentukan penguatan tegangan rangkaian, kita dapat menggunakan representasi ekuivalen yang ditunjukkan pada Gambar 10.35 b. Perhatikan bahwa tegangan pada R1 adalah V1 karena V1 = 0 V. Tegangan ini harus sama dengan tegangan keluaran, melalui pembagi tegangan R1 dan Rf, sehingga

Dan didapatkan hasil

· Voltage Follower Atau Buffer

Rangkaian yang dimana Acl = 1

Rangkaian Voltage Follower Atau Buffer

Dengan syarat op-amp ideal dimana Ed = 0 maka Vo = Vi. Sehingga Acl = Vo/Vi = 1

Maka untuk mencari Vouputnya :

Acl = 1

Vo = Acl x Vi

Vo = 1 x Vi

Vo = Vi

2. Resistor

Resistor merupakan salah satu komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk membatasi arus yang mengalir pada suatu rangkaian dan berfungsi sebagai terminal antara dua komponen elektronika.Tegangan pada suatu resistor sebanding dengan arus yang melewatinya (V=IR).Cara menghitung nilai resistor dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Cara menghitung resistansi pada resistor:

Pita atau gelang ke-1 menunjukkan nilai atau angka pada digit pertama, begitu pula pada gelang ke dua. Masing-masing warna pada pita memiliki nilai yang berbeda

Pita ke-3 menunjukkan jumlah angka 0 di belakang digit ke 2 atau dikalikan dengan 10^n, yang dimana n merupakan nilai pada warna pita ke 3

Pita ke-4 menunjukkan nilai toleransi dari resistor

Contoh :

Pita ke-1 : Coklat = 1

Pita ke-2 : Hitam = 0

Pita ke-3 : Hijau = 5 nol di belakang angka pita ke-2, atau dikalikan 105

Pita ke-4 : Perak = Toleransi 10%

Maka nilai resistor tersebut adalah 10×105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%

Example

1. Berdasarkan rangkaian diatas tentukan Jenis rangkaian Op-Ampnya !

Jawab : Non-Inverting Amplifier

2. Berdasarkan rangkaian diatas tentukan dan sebut resistor R1 dan R2 sebagai apa, jika sudah tentukan rumus Vo dari rangkaiannya dan tentukan Vo dari rangkaiannya !

Jawab : R1 sebagai Ri atau Rinput, R2 sebagai RF atau Rfeedback

Vo = Acl x Vi

Acl = RF/Ri + 1

Vo = (RF/Ri + 1) x Vi

Vo = (R2/R1 + 1) x Vi

Vo = (20k/10k + 1) x 2

Vo = 6 Volt

3. Berdasarkan rangkaian diatas jika ingin mendapatkan Voutput di 8V tentukan nilai RF yang akan diberikan !

Jawab :

Vo = (RF/Ri + 1) x Vi

8 = (RF/10k + 1) x 2

4 = RF/10k + 1

3 = RF/10k

RF = 10k x 3

RF = 30k Ohm

Soal / Problem

1. Pada rangkaian diatas tentukan nama rangkaian Op-Amp, sebutkan resistor mana yang sebagai Ri dan Rf, lalu tentukan rumus Voutputnya !

Jawab :

Rangkaian Op-Amp Inverting Amplifier

RF = R2 (30k Ohm)

Ri = R1 (15k Ohm)

Vo = Acl x Vi

Acl = (-Rf/Ri)

Vo = (-Rf/Ri) x Vi

Vo = (-R2/R1) x Vi

2. Pada rangkaian diatas, tentukan berapa Voutput yang didapat !

Jawab :

Vo = (-Rf/Ri) x Vi

Vo = (-30k/15k) x 2

Vo = -4 Volt

3. Jika sudah paham tentang rangkaian Op-Amp Inverting Amplifier, mengapa Voutput yang dihasilkan bernilai ( – )dari rangkaian diatas?

Jawab :

Karna pada rangkaian Op-Amp Inverting Amplifier, Vinput yang diberikan ke kaki ( - ) dari Op-Amp, pada rangkaian inverting Op-Amp membalikkan fasa dari inputnya dan menjadikannya terbalik 180 derajat pada keluarannya. Oleh karnanya input yang semulanya bernilai positif lalu fasanya dibalikkan 180 derajat menjadikan nilainya negatif pada outputnya dengan lalu diperkuat berdasarkan Gain atau Acl dari rangkaian Op-Ampnya.

Pilihan Ganda