Non-Inverting Amplifier

Non-Inverting AmplifierWritten By coba lagi on Tuesday, June 12, 2012 | 4:30 PM

Penguat Non-Inverting

Prinsip utama rangkaian penguat non-inverting adalah seperti yang diperlihatkan pada gambar diatas. Seperti namanya, penguat ini memiliki masukan yang dibuat melalui input non-inverting. Dengan demikian tegangan keluaran rangkaian ini akan satu fasa dengan tegangan inputnya. Untuk menganalisa rangkaian penguat op-amp non inverting, caranya sama seperti menganalisa rangkaian inverting.

Dengan menggunakan aturan 1 dan aturan 2, kita uraikan dulu beberapa fakta yang ada, antara lain :

vin = v+

v+ = v- = vin ..... lihat aturan 1(golden rule) pada postingan saya terdahulu.

Dari sini ketahui tegangan jepit pada R2 adalah vout v- = vout vin, atau iout = (vout-vin)/R2. Lalu tegangan jepit pada R1 adalah v- = vin, yang berarti arus iR1 = vin/R1.

Hukum kirchkof pada titik input inverting merupakan fakta yang mengatakan bahwa :

iout + i(-) = iR1

Aturan 2 mengatakan bahwa i(-) = 0 dan jika disubsitusi ke rumus yang sebelumnya, maka diperoleh

iout = iR1 dan Jika ditulis dengan tegangan jepit masing-masing maka diperoleh

(vout vin)/R2 = vin/R1 yang kemudian dapat disederhanakan menjadi :

vout = vin (1 + R2/R1)

Jika penguatan G adalah perbandingan tegangan keluaran terhadap tegangan masukan, maka didapat penguatan op-amp non-inverting :

G = vout/vin = 1+(R2/R1)(2)Impendasi untuk rangkaian Op-amp non inverting adalah impedansi dari input non-inverting op-amp tersebut. Dari datasheet, LM741 diketahui memiliki impedansi input Zin = 108 to 1012 Ohm.

Share this article:

HYPERLINK "http://gipeng.blogspot.com/2012/06/non-inverting-amplifier.html#"3Related Articles

If you enjoyed this article just click here, or subscribe to receive more great content just like it.

Subscribe via RSS Feed

Non-Inverting AmplifierWritten By coba lagi on Tuesday, June 12, 2012 | 4:30 PM

Penguat Non-Inverting

Prinsip utama rangkaian penguat non-inverting adalah seperti yang diperlihatkan pada gambar diatas. Seperti namanya, penguat ini memiliki masukan yang dibuat melalui input non-inverting. Dengan demikian tegangan keluaran rangkaian ini akan satu fasa dengan tegangan inputnya. Untuk menganalisa rangkaian penguat op-amp non inverting, caranya sama seperti menganalisa rangkaian inverting.

Dengan menggunakan aturan 1 dan aturan 2, kita uraikan dulu beberapa fakta yang ada, antara lain :

vin = v+

v+ = v- = vin ..... lihat aturan 1(golden rule) pada postingan saya terdahulu.

Dari sini ketahui tegangan jepit pada R2 adalah vout v- = vout vin, atau iout = (vout-vin)/R2. Lalu tegangan jepit pada R1 adalah v- = vin, yang berarti arus iR1 = vin/R1.

Hukum kirchkof pada titik input inverting merupakan fakta yang mengatakan bahwa :

iout + i(-) = iR1

Aturan 2 mengatakan bahwa i(-) = 0 dan jika disubsitusi ke rumus yang sebelumnya, maka diperoleh

iout = iR1 dan Jika ditulis dengan tegangan jepit masing-masing maka diperoleh

(vout vin)/R2 = vin/R1 yang kemudian dapat disederhanakan menjadi :

vout = vin (1 + R2/R1)

Jika penguatan G adalah perbandingan tegangan keluaran terhadap tegangan masukan, maka didapat penguatan op-amp non-inverting :

G = vout/vin = 1+(R2/R1)(2)Impendasi untuk rangkaian Op-amp non inverting adalah impedansi dari input non-inverting op-amp tersebut. Dari datasheet, LM741 diketahui memiliki impedansi input Zin = 108 to 1012 Ohm.

a) Penguatan open-loopOp-amp idealnya memiliki penguatan open-loop (AOL) yang tak terhingga. Namun pada prakteknya op-amp semisal LM741 memiliki penguatan yang terhingga kira-kira 100.000 kali. Sebenarnya dengan penguatan yang sebesar ini, sistem penguatan op-amp menjadi tidak stabil. Input diferensial yang amat kecil saja sudah dapat membuat outputnya menjadi saturasi.(b) Unity-gain frequencyOp-amp ideal mestinya bisa bekerja pada frekuensi berapa saja mulai dari sinyal dc sampai frekuensi giga Herzt. Parameter unity-gain frequency menjadi penting jika op-amp digunakan untuk aplikasi dengan frekuensi tertentu. Parameter AOL biasanya adalah penguatan op-amp pada sinyal DC. Response penguatan op-amp menurun seiring dengan menaiknya frekuenci sinyal input. Op-amp LM741 misalnya memiliki unity-gain frequencysebesar 1 MHz. Ini berarti penguatan op-amp akan menjadi 1 kali pada frekuensi 1 MHz. Jika perlu merancang aplikasi pada frekeunsi tinggi, maka pilihlah op-amp yang memilikiunity-gain frequency lebih tinggi.(c) Slew rateSlew Rate yaitu penormalan batas lebar bandwidth limitations yang biasa disebut dengan "slew rate limiting" yaitu suatu efek untuk membatasi rate maksimum dari perubahan tegangan output piranti Op-amp. Normalnya slew rate volt per mikro detik dan range-nya sebesar 1 volt per mikro detik sampai 10 volt per mikro detik. Efek lain dari slew rate adalah membuat bandwidth lebih besar untuk sinyal output yang rendah dari pada sinyal output yang besar.Di dalam op-amp biasanya ditambahkan beberapa kapasitor untuk kompensasi dan mereduksi noise. Namun kapasitor ini menimbulkan kerugian yang menyebabkan response op-amp terhadap sinyal input menjadi lambat. Op-amp ideal memiliki parameter slew-rate yang tak terhingga. Sehingga jika input berupa sinyal kotak, maka outputnya juga kotak. Tetapi karena ketidak idealan op-amp, maka sinyal output dapat berbentuk ekponensial. Sebagai contoh praktis, op-amp LM741 memiliki slew-rate sebesar 0.5V/us. Ini menujukkan perubahan output op-amp LM741 tidak bisa lebih cepat dari 0.5 volt dalam waktu 1 us.(d) Parameter CMRRCMRR (Commom Mode Rejection Ratio) adalah suatu sifat yang bertalian dengan penguat diferensial. Bila tegangan-tegangan yang sama fasanya diumpankan ke dalam masukan-masukan penguat, keluaran akan nol. Parameter ini cukup penting untuk menunjukkan kinerja op-amp tersebut. Op-amp dasarnya adalah penguat diferensial dan mestinya tegangan input yang dikuatkan hanyalah selisih tegangan antara input V1 (non-inverting) dengan input V2 (inverting). Karena ketidak-idealan op-amp, maka tegangan persamaan dari kedua input ini ikut juga dikuatkan. Parameter CMRR diartikan sebagai kemampuan op-amp untuk menekan penguatan tegangan ini (common mode) sekecil-kecilnya. CMRR didefenisikan dengan rumus CMRR = ADM/ACM yang dinyatakan dengan satuan dB. Contohnya op-amp dengan CMRR = 90 dB, ini artinya penguatan ADM (differential mode) adalah kira-kira 30.000 kali dibandingkan penguatan ACM (commom mode). Kalau CMRR-nya 30 dB, maka artinya perbandingannya kira-kira hanya 30 kali. Kalau diaplikasikan secara real, misalkan tegangan input V1 = 5.05 volt dan tegangan V2 = 5 volt, maka dalam hal ini tegangan diferensialnya (differential mode) = 0.05 volt dan tegangan persamaan-nya (common mode) adalah 5 volt. Dengan CMRR yang makin besar diharapkan akan dapat menekan penguatan sinyal yang tidak diinginkan (common mode) sekecil-kecilnya. Jika kedua pin input dihubung singkat dan diberi tegangan, maka output op-amp seharusnya nol. Dengan kata lain, op-amp dengan CMRR yang semakin besar akan semakin baik.(e) Op-amp idealOp-amp pada dasarnya adalah sebuah differential amplifier (penguat diferensial) yang memiliki dua masukan. Input (masukan) op-amp dinamakan input inverting dan non-inverting. Op-amp ideal memiliki open loop gain(penguatan loop terbuka) yang tak terhingga besarnya. Seperti misalnya op-amp LM741 yang sering digunakan oleh banyak praktisi elektronika, memiliki karakteristik tipikal open loop gain sebesar 104 ~ 105. Penguatan yang sebesar ini membuat op-amp menjadi tidak stabil, dan penguatannya menjadi tidak terukur (infinite). Disinilah peran rangkaian negative feedback (umpanbalik negatif) diperlukan, sehingga op-amp dapat dirangkai menjadi aplikasi dengan nilai penguatan yang terukur (finite). Impedasi input op-amp ideal mestinya adalah tak terhingga, sehingga mestinya arus input pada tiap masukannya adalah 0. Sebagai perbandingan praktis, op-amp LM741 memiliki impedansi input Zin = 106 Ohm. Nilai impedansi ini relatif sangat besar sehingga arus input op-amp LM741 seharusnya ada meskipun sangat kecil.4.2. Rangkaian penguat non inverting untuk pengkondisi sinyalDalam penggunaannya op-amp dibagi menjadi dua jenis yaitu penguat linier dan penguat tidak linier. Penguat linier merupakan penguat yang tetap mempertahankan bentuk sinyal masukan, yang termasuk dalam penguat ini antara lain penguat non inverting, penguat inverting, penjumlah diferensial dan penguat instrumentasi. Sedangkan penguat tidak linier merupakan penguat yang bentuk sinyal keluarannya tidak sama dengan bentuk sinyal masukannya, diantaranya komparator, integrator, diferensiator, pengubah bentuk gelombang dan pembangkit gelombang. Gambar 3.4. menunjukkan rangkaian dari penguat non inverting.Penguat ini dinamakan penguat non inverting karena masukan dari penguat dimasukan pada kaki non inverting dari op-amp. Sinyal keluaran yang dihasilkan oleh penguat jenis ini sefasa dengan sinyal masukannya, seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.4.

4.3. Menghitung nilai penguatan penguat non invertingUntuk menghitung nilai penguatan penguat non inverting dapat dilakukan sebagai berikutvin = v+v+ = v- = vintegangan jepit pada R2 adalah

vout v- = vout vinatau iout = (vout-vin)/R2tegangan jepit pada R1 adalah

v- = vinatau iR1 = vin/R1iout + i(-) = iR1i(-) = 0

iout = iR1(vout vin)/R2 = vin/R1 Vout = Vin (1 + R2/R1)

Jika penguatan G adalah perbandingan tegangan keluaran terhadap tegangan masukan, maka didapat penguatan op-amp non-inverting :

4.4. Rangkaian penguat inverting untuk pengkondisi sinyal

Gambar 3.5. menunjukkan rangkaian penguat inverting.Penguat ini dinamakan penguat inverting karena masukan dari penguat dimasukan pada kaki inverting dari op- Amp. Sinyal keluaran yang dihasilkan oleh penguat jenis ini berbeda fasa 1800dengan sinyal masukannya. 4.5. Menghitung nilai penguatan penguat invertingUntuk menghitung nilai penguatan penguat inverting dapat dilakukan sebagai berikut:v- = v+ = 0

tegangan jepit pada R1 adalah vin v- = vintegangan jepit pada reistor R2 adalah vout v- = voutiin + iout = i- = 0 arus masukan op-amp adalah 0.

iin + iout = vin/R1 + vout/R2 = 0

Selanjutnya

vout/R2 = - vin/R1 . atau

vout/vin = - R2/R1Jika penguatan G didefinisikan sebagai perbandingan tegangan keluaran terhadap tegangan masukan, maka dapat ditulis

G=Vout/Vin=-R2/R1 sehingga Vout = -(R2/R1).Vin8

Pada saat mencapai batas kerja ( frekuensi 25 KHz)

Pada saat frekuensi 100 KHz

INCLUDEPICTURE "https://html1-f.scribdassets.com/9l7bbz5jpc3s5nwa/images/8-49b65ab431.jpg"9

V.

Pertanyaan

5.1. Hitung faktor penguatan masing-masing penguat ! Jawab : a.)

Pada penguat Non Inverting di peroleh persamaan : A

V

=

=

= 8,021 kali

b.)

Pada penguat Inverting di peroleh persamaan : A

V

= -

= -

= - 3,3 kali 5.2. Berikan penjelasan pengaruh polaritas penguat terhadap sinyal yang dihasilkan ! Jawab : Bila polaritas dan amplitudo kedua masukan sama, keluarannya akan nol. Hubungan polaritas masukan inverting terhadap masukan non-inverting menyebabkan keluaran berbeda fasa 180o

. 5.3. Hitung resistansi masukan penguat inverting dan non-inverting ! Jawab : Ada dua buah impedansi masukan penguat, yaitu pada IC dan pada rangkaian .

Pada Z

in

untukIC didapat persamaan : Zin IC = (

)

Pada Z

in

untuk rangkaian di dapat persamaan : Zin Rangkaian = (

)

INCLUDEPICTURE "https://html2-f.scribdassets.com/9l7bbz5jpc3s5nwa/images/9-826c956c3b.jpg"

INCLUDEPICTURE "https://html2-f.scribdassets.com/9l7bbz5jpc3s5nwa/images/9-826c956c3b.jpg"

INCLUDEPICTURE "https://html2-f.scribdassets.com/9l7bbz5jpc3s5nwa/images/9-826c956c3b.jpg"10

Hasil perhitungan dimasukan ke tabel dibawah ini : a.)

DC (+) Inverting Non-Inverting Z

in

IC (

) Z

in

Rangkaian (

) Z

in

IC (

) Z

in

Rangkaian (

) 18,182 90909,09 41,667 83333,33 22,727 90909,09 14,000 80000 1505,88 88235,3 484,375 46875 2576,19 95238,15 8750 50000 13333,33 111111,11 11430 476190 14285,71 122448,97 19130 521740 b.)

DC (-) Inverting Non-Inverting Z

in

IC (

) Z

in

Rangkaian (

) Z

in

IC (

) Z

in

Rangkaian (

) -18,182 -90909,09 41,667 83333,33 -22,727 -90909,09 14,000 80000 -1505,88 -88235,3 484,375 46875 -2576,19 -95238,15 8750 50000 -13333,33 -111111,11 11430 476190 -14285,71 -122448,97 19130 521740 5.4. Dari percobaan dan data yang anda peroleh, berikan kesimpulan anda ! Jawab :

-

Karakteristik penguatan inverting yaitu bentuk sinyal keluarannya terbalik dengan sinyal input namun amplitudonya besar, sedangkan karakteristik penguatan non-inverting adalah penguatannya dapat diketahui dengan bertambah tingginya amplitudo dan bentuk sinyalnya sama seperti sinyal awal. -

Pengaruh frekuensi nya adalah semakin besar frekuensi yang diberikan pada rangkaian meliputi inverting dan non-inverting menyebabkan respon penguatan tidak maksimal. -

Penguat tegangan (Av) pada Op-Amp Inverting sebesar 3,3 kali. -

Penguat tegangan (Av) pada Op-Amp Non-Inverting sebesar 8,021 kali. Daftar Pustaka : -

Millman & Halkias, Integrated Electronics. -

Allen Mottershead, Electronics Devices and Circuits. -

Ralph J Smith, Circuits, Devices and System.

INCLUDEPICTURE "https://html2-f.scribdassets.com/9l7bbz5jpc3s5nwa/images/10-291f647b86.jpg"Report this advertisement

Gambar Rangkaian Penguat Inverting dengan IC Op-AmpRangkaian penguaat inverting adalah merupakan rangkaian elektronika yang berfungsi untuk memperkuat dan membalik polaritas sinyal masukan. Ada dua jenis rangkaian penguat yang sering kita dengar yaitu penguat Inverting (membalik) dan Non Inverting (tidak membalik). Untuk rangkaian diatas adalah jenis rangkaian penguat inverting. Rangkaian penguat diatas menggunakan IC yang sering dipakai dan mudah dicari yaitu IC Op-Amp LM741. Untuk lebih mudah memahami prinsip kerja rangkaian amplifier ini sengaja saya contohkan rangkaian yang cukup sederhana. Karena dengan bisa memahami prinsip kerja dari rangkaian ini anda akan bisa dengan mudah memahami rangkaian pengembangan dari rangakaian Op-Amp ini seperti rangkaian ADC (Analog to Digital Converter), DAC (Digital to Analog Converter), Summing (penjumlahan) dan yang lainnya.

Pada rangkaian diatas Sinyal input yang akan diperkuat adalah sinyal AC 1 volt dengan frekuensi 1 Hz. Besarnya gain penguatannya adalah tahanan input dibagi dengan tahanan penguatan yaitu -R5 / R4 = -30/10 = -3. Untuk menentukan besarnya tegangan outputnya adalah gain x Vin = -3 x 1 volt = -3 volt. Tanda minus menunjukkan berkebalikan fasa dengan sinyal input. Artinya jika sinyal input adalah positif maka sinyal outputnya akan negatiif dan jika sinyal inputnya negatif maka sinyal outputnya adalah positif. Untuk jelasnya coba perhatikan gambar sinyal input dan output diatas. Sinyal input yang berwarna merah dan sinyal output yang berwarna biru. Garis vertical menunjukkan besarnya tegangan dan garis horizontal menunjukkan waktu. Sinyal input pada posisi tegangan 1 volt ( Vpuncak = 1V2 volt) dan tegangan outputnya adalah 3 volt (Vpuncak = 3V2 volt) ini sesuai dengan besarnya penguatan yaitu 3 kali lebih besar dari sinyal input. Kemudian coba perhatikan posisi kedua sinyal tersebut, kedua sinyal tersebut terlihat saling berkebalikan. Pada saat sinyal input pada posisi negatif maka sinyal outputnya pada posisi positif dan begitu sebaliknya jika sinyal inputnya berubah-ubah, kondisi inilah yang disebut dengan penguatan inverting (membalik).lihat juga rangkaian dasar lainnya...

Lihat rangkaian amplifier 100 wattdan 50 watt serta inverter 100 watt.