fig.10.34, fig. 10.35, fig.10.36

[menuju akhir]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

1. Pendahuluan [Kembali]

Dalam dunia elektronika, pengolahan sinyal analog sering membutuhkan rangkaian yang mampu mengalikan suatu sinyal dengan konstanta tertentu secara presisi. Salah satu solusi yang banyak digunakan adalah inverting constant multiplier, yaitu rangkaian yang tidak hanya mengalikan sinyal input dengan suatu konstanta, tetapi juga membalik polaritasnya. Rangkaian ini umumnya memanfaatkan konfigurasi op-amp (operational amplifier) dengan susunan resistor tertentu pada terminal inverting, sehingga menghasilkan output yang proporsional terhadap input namun berlawanan fasa. Penggunaan inverting constant multiplier sangat penting dalam berbagai aplikasi, seperti pengendalian arus konstan pada sistem penerangan bandara dan pengaturan sinyal dalam sistem kendali otomatis, karena kemampuannya menjaga kestabilan dan keakuratan penguatan sinyal.

Salah satu konfigurasi dasar op-amp yang banyak diaplikasikan adalah noninverting constant-gain multiplier atau penguat non-inverting dengan penguatan tetap. Rangkaian ini dirancang untuk menghasilkan sinyal keluaran yang diperkuat dan tetap sefasa dengan sinyal masukan, sehingga sangat ideal digunakan pada aplikasi yang membutuhkan penguatan sinyal tanpa perubahan polaritas. Penguat non-inverting memiliki keunggulan berupa impedansi masukan yang sangat tinggi dan impedansi keluaran yang rendah, sehingga sangat cocok digunakan sebagai buffer atau penyangga impedansi. Selain itu, besar penguatan (gain) pada rangkaian ini dapat diatur secara presisi menggunakan kombinasi resistor pada jalur umpan balik, sehingga menghasilkan penguatan tetap sesuai kebutuhan aplikasi.

Unity follower, atau yang sering disebut sebagai voltage follower, merupakan salah satu konfigurasi dasar dari rangkaian operational amplifier (op-amp) yang memiliki penguatan tegangan sebesar satu (unity gain). Pada konfigurasi ini, output amp dihubungkan langsung ke input inverting (-), sementara sinyal input diberikan ke terminal non inverting (+). Dengan demikian, tegangan output akan sama dengan tegangan input, tanpa ada penguatan atau pelemahan sinyal.

2. Tujuan [Kembali]

Mengetahui penguatan sinyal yang konstan dan presisi sesuai dengan nilai konstanta yang diinginkan.
Membalik polaritas sinyal input sehingga output memiliki fase yang berlawanan dengan input.
Menerapkan prinsip kerja op-amp dalam konfigurasi inverting untuk pengolahan sinyal analog.

3. Alat dan Bahan [Kembali]

A. Alat

1.Software Proteus (ISIS Professional)

Untuk merancang dan menyimulasikan rangkaian elektronika.

2. Voltmeter

Voltmeter adalah alat ukur listrik yang digunakan untuk mengukur besar tegangan atau beda potensial antara dua titik dalam suatu rangkaian listrik. Fungsi utamanya adalah memastikan nilai tegangan sesuai dengan kebutuhan komponen agar tidak terjadi kerusakan akibat tegangan berlebih atau kurang. Dalam konfigurasi pengukuran, voltmeter harus dipasang secara paralel dengan beban atau komponen yang akan diukur tegangannya, karena dengan cara ini arus listrik tidak mengalir langsung ke dalam voltmeter (karena hambatan dalamnya sangat besar), sehingga pengukuran menjadi akurat dan tidak mengganggu kinerja rangkaian.

B. Bahan

1. DC Voltage

Komponen yang menyediakan tegangan tetap antara dua terminal: terminal positif (+) dan terminal negatif (–). Sumber ini digunakan untuk memberikan energi listrik ke rangkaian, dan nilainya bisa berupa tegangan tetap (seperti baterai 5V atau 12V) atau variabel, tergantung konfigurasi rangkaian.

2. 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.

3. Resistor

Resistor adalah komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk menghambat dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian elektronika. Satuan nilai Resistor atau Hambatan adalah Ohm.

Spesifikasi dari Resistor adalah resistansinya dan daya listrik yang dapat dihantarkan. Karakteristik lain termasuk koefisien suhu, derau listrik (noise), dan induktansi. Resistor dapat diintegrasikan ke dalam sirkuit hibrida dan papan sirkuit cetak, bahkan sirkuit terpadu.

Spesifikasi :

4. Operational Amplifier (Op-Amp)

Op-Amp (Operational Amplifier) adalah penguat tegangan (voltage amplifier) yang memiliki penguatan sangat tinggi, digunakan untuk memperkuat sinyal analog, melakukan operasi matematika (seperti penjumlahan, pengurangan, integrasi, dan diferensiasi), serta sebagai komponen inti dalam berbagai rangkaian elektronik analog. Op-amp biasanya dikemas dalam bentuk IC (Integrated Circuit) seperti IC 741, dan memiliki dua input (inverting dan non-inverting) serta satu output.

Spesifikasi :

Pin Out :

4. Dasar Teori [Kembali]

1. 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=I R).

Simbol :

Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna:

Masukkan angka langsung dari kode warna gelang pertama
Masukkan angka langsung dari kode warna gelang kedua
Masukkan angka langsung dari kode warna gelang ketiga
Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10(10^n)

Rumus resistor ekuivalen pada paralel dan seri:

2. Op-Amp

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.

Op-Amp memiliki beberapa karakteristik, di antaranya:

Penguat tegangan tak berhingga (AV = ∼)
Impedansi input tak berhingga (rin = ∼)
Impedansi output nol (ro = 0) d. Bandwidth tak berhingga (BW = ∼)
Tegangan offset nol pada tegangan input (Eo = 0 untuk Ein = 0)

3. Inverting Amplifier

Inverting amplifier adalah konfigurasi op-amp di mana sinyal input diberikan pada terminal inverting (-), dan output op-amp diambil dari terminal output. Hasil penguatan dari sinyal input berbalik fase (inverted) 180° dan diperkuat tergantung pada rasio resistor feedback dan resistor input .

Rumus Penguatan (Gain):

Dimana:

adalah penguatan op-amp (gain),
adalah resistor feedback,
adalah resistor input.

Rumus Tegangan Output (Vo):

4. Non-Inverting Amplifier

Non-inverting amplifier adalah konfigurasi di mana sinyal input diberikan pada terminal non-inverting (+) dan outputnya diambil dari terminal output op-amp. Pada konfigurasi ini, sinyal input tidak berbalik fase dengan output dan penguatan bersifat positif.

Rumus Penguatan (Gain):

Dimana:

adalah penguatan op-amp,
adalah resistor feedback,
adalah resistor input.

Rumus tegangan output (Vo):

5. Unity Follower (Buffer)

Unity follower (juga dikenal sebagai buffer) adalah konfigurasi op-amp yang memiliki penguatan satu kali (unity gain). Dalam konfigurasi ini, output op-amp mengikuti input secara langsung, tanpa perubahan fase atau penguatan. Unity follower digunakan untuk menyesuaikan impedansi antara dua rangkaian atau untuk mengisolasi satu rangkaian dari yang lainnya.

Rumus Penguatan (Gain):

Rumus Tegangan Output (Vo):

5. Prinsip Kerja [Kembali]

Op-amp dalam konfigurasi ini akan menguatkan selisih tegangan antara input inverting dan non-inverting. Karena terminal non-inverting biasanya dihubungkan ke ground, maka tegangan input hanya masuk pada terminal inverting.

Input diberikan pada terminal non-inverting, dan op-amp akan menguatkan sinyal ini. Feedback negatif digunakan untuk mengatur penguatan dan stabilitas op-amp.

Pada unity follower, input dihubungkan ke terminal non-inverting, dan output langsung diambil dari terminal output op-amp. Feedback negatif diterapkan sehingga penguatan op-amp menjadi 1. Penguatan satu kali ini memastikan bahwa tegangan output sama dengan tegangan input.

6. Ringkasan [Kembali]

Rangkaian Op-Amp (Operational Amplifier) merupakan salah satu komponen penting dalam elektronika analog yang digunakan untuk penguatan sinyal. Tiga konfigurasi dasar yang umum digunakan adalah inverting amplifier, non-inverting amplifier, dan unity gain follower (buffer). Pada inverting amplifier, sinyal input diberikan ke terminal inverting (-) melalui resistor input, sementara terminal non-inverting (+) dihubungkan ke ground. Rangkaian ini menghasilkan output yang berfasa terbalik terhadap input, dengan penguatan (gain) yang dihitung sebagai , di mana adalah resistor feedback. Konfigurasi ini cocok untuk aplikasi yang membutuhkan pembalikan fasa dan penguatan yang dapat diatur dengan rasio resistor.

Sementara itu, non-inverting amplifier menerima sinyal input pada terminal non-inverting (+) dan menghasilkan output yang sefasa dengan input. Gain pada konfigurasi ini adalah , menjadikannya cocok untuk aplikasi penguatan positif.

Unity gain follower atau buffer adalah konfigurasi op-amp di mana output langsung terhubung ke input inverting (-), sehingga menghasilkan gain sebesar 1. Fungsi utamanya adalah untuk isolasi sinyal dan penyesuaian impedansi, karena memiliki impedansi masukan tinggi dan impedansi keluaran rendah. Ketiga konfigurasi ini sangat penting dalam perancangan rangkaian analog seperti sensor, penguat audio, dan sistem kontrol

7. Soal Latihan [Kembali]

A. Problem

Soal 1: Inverting Amplifier

Sebuah rangkaian op-amp dihubungkan sebagai inverting amplifier dengan resistor feedback dan resistor input Jika tegangan input , hitunglah tegangan output

Jawaban:
Penguatan op-amp pada konfigurasi inverting amplifier:

Maka, tegangan output:

Soal 2: Non-Inverting Amplifier

Rangkaian op-amp dikonfigurasi sebagai non-inverting amplifier dengan resistor feedback dan resistor input . Jika tegangan input , hitunglah tegangan output

Jawaban:
Penguatan op-amp pada konfigurasi non-inverting amplifier:

Maka, tegangan output:

Soal 3: Unity Follower (Buffer)

Sebuah op-amp dikonfigurasi sebagai unity follower (buffer). Jika tegangan input , berapakah tegangan output ?

Jawaban:
Pada unity follower, penguatan adalah 1, sehingga:

B. Soal Pilihan Ganda

Soal 1 – Inverting Amplifier

Sebuah inverting amplifier menggunakan resistor input dan resistor feedback . Berapa gain (penguatan) dari rangkaian tersebut?

A. -0.25
B. -4
C. 4
D. 0.25

Soal 2 – Non-Inverting Amplifier

Sebuah non-inverting amplifier memiliki dan . Berapa besar penguatan dari rangkaian tersebut?

(Gain = 1 + = 1 + 9/1 = 10)

A. 1
B. 9
C. 10
D. 11

Soal 3 – Unity Gain Follower

Apa karakteristik utama dari unity gain follower (buffer amplifier) menggunakan op-amp?

A. Membalik sinyal masukan dan memperbesar amplitudonya
B. Memberikan gain lebih dari 1
C. Menghasilkan output yang sama dengan input tanpa membalik fasa
D. Memperkuat sinyal dengan delay waktu

8. Percobaan [Kembali]

A. Prosedur

1) Fig.10.34

Buka aplikasi proteus.
Pilih komponen yang diperlukan dalam rangkaian, seperti Vsource, resistor, Op Amp LM741 dan Voltmeter
Susunlah komponen seperti pada gambar 10.34 lalu hubungkan tiap komponen menggunakan wire (kabel).
Jalankan simulasi dan amati nilai tegangan output yang terukur.

2) Fig. 10.35

Buka aplikasi proteus.
Pilih komponen yang diperlukan dalam rangkaian, seperti, kapasitor, resistor, op-amp LM 741, dan Voltmeter.
Susunlah komponen seperti pada gambar 10.35 lalu hubungkan tiap komponen menggunakan wire (kabel).
Jalankan simulasi dan amati nilai tegangan output yang terukur.

3) Fig. 10.36

Buka aplikasi proteus.
Pilih komponen yang diperlukan dalam rangkaian, seperti Vsource, op-amp LM 741, dan Voltmeter.
Susunlah komponen seperti pada gambar 10.36 lalu hubungkan tiap komponen menggunakan wire (kabel).
Jalankan simulasi dan amati nilai tegangan output yang terukur.

B. Simulasi Rangkaian

1) Rangkaian Fig 10.34