Operational Amplifier

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

1. Pendahuluan [Kembali]

Operational Amplifier (Op-Amp) merupakan salah satu komponen aktif dalam rangkaian elektronika analog yang sangat penting dan banyak digunakan dalam berbagai aplikasi, seperti penguat sinyal, filter, pembanding tegangan, osilator, dan rangkaian matematika analog. Op-amp ideal pada dasarnya adalah penguat tegangan diferensial dengan gain (penguatan) sangat tinggi, impedansi input yang sangat besar, dan impedansi output yang sangat kecil. Op-amp dikembangkan awalnya untuk keperluan komputasi analog, di mana ia digunakan untuk melakukan operasi matematika seperti penjumlahan, pengurangan, integrasi, dan diferensiasi sinyal listrik. Seiring perkembangan teknologi, op-amp modern telah menjadi komponen yang sangat fleksibel dan tersedia dalam berbagai konfigurasi, baik dalam bentuk diskrit maupun terintegrasi dalam IC (Integrated Circuit). Karakteristik dasar dari op-amp ideal mencakup penguatan tegangan tak hingga, bandwidth tak terbatas, impedansi input tak hingga, dan impedansi output nol. Meskipun dalam praktiknya karakteristik op-amp nyata memiliki keterbatasan, namun banyak konfigurasi rangkaian yang memungkinkan untuk mendekati perilaku op-amp ideal dalam rentang kerja tertentu.

2. Tujuan [Kembali]

Memahami prinsip kerja rangkaian penguat operasional (Op-Amp) dalam berbagai konfigurasi, yaitu inverting, non-inverting, summing, dan unity gain.

Menganalisis karakteristik masing-masing konfigurasi amplifier, termasuk hubungan antara input dan output, penguatan tegangan, pembalikan fase, serta impedansi input dan output.

Merancang dan merealisasikan rangkaian inverting amplifier, untuk mengamati efek pembalikan fase dan penguatan negatif terhadap sinyal input.

Membuat rangkaian non-inverting amplifier, guna mempelajari konfigurasi penguatan positif tanpa pembalikan fase.

Merancang dan menguji rangkaian summing amplifier, untuk memahami bagaimana beberapa sinyal input dapat dijumlahkan menjadi satu output.

Membuat rangkaian unity gain amplifier (voltage follower) sebagai buffer untuk mengamati peranannya dalam meningkatkan impedansi input dan menjaga kestabilan sinyal.

Melakukan pengukuran dan evaluasi eksperimental terhadap output tiap konfigurasi dan membandingkannya dengan teori yang ada.

3. Alat dan Bahan [Kembali]

Sumber tegangan DC (baterai) 2V, 1V, 3V, 10V, dan 15 V.
Op-Amp (misalnya LM741 atau setara).
Resistor 100 kΩ, 200 kΩ, 500 kΩ, dan 1 MΩ.
Voltmeter digital.
Ground.
Softwere simulasi.

4. Dasar Teori [Kembali]

1. Operational Amplifier (Op-Amp)

Penguat operasional (Op-Amp) adalah komponen elektronika analog yang digunakan untuk memperkuat sinyal listrik. Op-Amp ideal memiliki penguatan tak hingga, impedansi input tak hingga, dan impedansi output nol. Dua konfigurasi umum dalam aplikasi Op-Amp adalah inverting amplifier dan non-inverting amplifier.

2. Rangkaian Inverting

Rangkaian inverting amplifier menggunakan masukan (input) yang diberikan pada terminal negatif (-) Op-Amp, sementara terminal positif (+) dihubungkan ke ground. Sinyal output berbanding terbalik (fase terbalik 180°) dengan sinyal input.

3. Rangkaian Non Inverting

Pada rangkaian non-inverting amplifier, sinyal input diberikan pada terminal positif (+) Op-Amp, dan terminal negatif (-) digunakan untuk umpan balik. Output searah dengan input (tidak ada pembalikan fase).

4.Summing Amplifier

Summing amplifier adalah salah satu aplikasi dari penguat operasional (Op-Amp) yang berfungsi untuk menjumlahkan beberapa sinyal input menjadi satu sinyal output. Rangkaian ini umumnya digunakan dalam pemrosesan sinyal audio, pencampuran sinyal, dan sistem kendali.

5.Unity Gian Amplifier

Unity gain adalah kondisi pada suatu rangkaian penguat (biasanya menggunakan Op-Amp) di mana penguatan (gain) sinyal adalah satu atau tidak ada perubahan amplitudo antara input dan output. Dalam bentuk ideal, output akan identik dengan input secara amplitudo dan fase, sehingga sering disebut sebagai voltage follower atau buffer amplifier.

5. Contoh [Kembali]

Example 1

Example 2

Example 5

6. Problem [Kembali]

Problem 1

Berapa berapa V output dari rangkaian di atas?

Pembahasan :

Vout = -(Rf/Ri)Vin

= -(250k/20k)1.5

= -18.75 V

Problem 2

V input dari amplifier di atas adalah -0.3 V, berapa V output?

Pembahasan :

Vout = Vin (Ri/Rf + 1)

= -0.3(360k/12 k+1)

= -9.3 V

Problem 3

Rf dari amplifier di atas adalah 68k Ohm, berapa V output?

Pembahasan :

Vout = -Rf (V1/Ri + V2/R2 + V3/R3)

= -68k (0.2/33k + -0.5/22k + 0.8/12k)

= -3.4 V

7. Contoh Soal [Kembali]

Contoh Soal 1

sebuah rangkaian inverting amplifier memiliki resistor input (Ri) sebesar 5k Ohm dan resistor umpan balik (Rf) sebesar 20k Ohm. Jika tegangan input (Vin) yang diberikan adalah 0.8 V, berapa tegangan output (Vout)?

A.3V

B.3.2V

C.2.3V

D.-3.2 V

E.-2.3 V

Jawaban : D.-3.2 V

Pembahasan :

Vout = -(Rf/Ri)Vin

= -(20k/5k)0.8

= -3.2 V

Contoh Soal 2

Pada konfigurasi non-invering amplifier, digunaka reisistor input (Ri) sebesar 2k Ohm dan resistor umpan balik (Rf) sebesar 8k Ohm. Jika tegangan input (Vin) adalah 1.2 V, berapakah tegangan output (Vout)?

A.6 V

B.7 V

C.8 V

D.9 V

E.-6 V

Jawaban : A.6 V

Pembahasan :

Vout = (Rf/R1 + 1)Vin

= (8k/2k + 1)1.2 V

= 6 V

Contoh Soal 3

Tiga buah sumber tegangan masing masing V1 = 0.5 V, V2 = 1.0 V, dan V3 =1.5 V dihubungkan ke sebuah summing amplifier pembalik (inverting). Masing - masing input memiliki resistor sebesar 10k Ohm dan resistor umpan balik (Rf) sebesar 20k Ohm. Berapa nilai tegangan output (Vout)?

A.6 V

B.8 V

C.-6 V

D.-8 V

E. 9 V

Jawab : C.-6 V

Pembahasan :

Vout = -Rf/Ri (V1 + V2 + V3)

= -20k/10k (0.5 + 1 + 1.5)

= -6 V

8. Percobaan [Kembali]

Gambar Rangkaian