Operasional amplifier.docx

Operasional amplifier (Op-Amp) adalah suatu penguat berpenguatan tinggi yang terintegrasi dalam sebuah chip IC yang memiliki dua input inverting dan non-inverting dengan sebuah terminal output, dimana rangkaian umpan balik dapat ditambahkan untuk mengendalikan karakteristik tanggapan keseluruhan pada operasional amplifier (Op-Amp). Pada dasarnya operasional amplifier (Op-Amp) merupakan suatu penguat diferensial yang memiliki 2 input dan 1 output. Op-amp ini digunakan untuk membentuk fungsi-fungsi linier yang bermacam-mcam atau dapat juga digunakan untuk operasi-operasi tak linier, dan seringkali disebut sebagai rangkaian terpadu linier dasar. Penguat operasional (Op-Amp) merupakan komponen elektronika analog yang berfungsi sebagai amplifier multiguna dalam bentuk IC dan memiliki simbol sebagai berikut :

Simbol Operasional Amplifier (Op-Amp)

Prinsip kerja sebuah operasional Amplifier (Op-Amp) adalah membandingkan nilai kedua input (input inverting dan input non-inverting), apabila kedua input bernilai sama maka output Op-amp tidak ada (nol) dan apabila terdapat perbedaan nilai input keduanya maka output Op-amp akan memberikan tegangan output. Operasional amplifier (Op-Amp) dibuat dari penguat diferensial dengan 2 input. Sebagai penguat operasional ideal , operasional amplifier (Op-Amp) memiliki karakteristik sebagai berikut :

Impedansi Input (Zi) besar = Impedansi Output (Z0) kecil= 0 Penguatan Tegangan (Av) tinggi = Band Width respon frekuensi lebar = V0 = 0 apabila V1 = V2 dan tidak tergantung pada besarnya V1.

Karakteristik operasional amplifier (Op-Amp) tidak tergantung temperatur / suhu. Rangkaian dasar operasional amplifier (Op-Amp) dibuat dari bipolar transistor (BJT) seperti terlihat pada gambar berikut.

Rangkaian Dasar Operasional Amplifier (Op-Amp) Penguat Diferensial

Pada penguat diferensial diatas terdapat dua sinyal masukan (input) yaitu V1 dan V2. Dalam kondisi ideal, apabila kedua masukan identik (Vid = 0), maka keluaran Vod = 0. Hal ini disebabkan karena IB1 = IB2 sehingga IC1 = IC2 dan IE1 = IE2. Karena itu tegangan keluaran (VC1 dan VC2) harganya sama sehingga Vod = 0.

Apabila terdapat perbedaan antara sinyal V1 dan V2, maka Vid = V1 V2. Hal ini akan menyebabkan terjadinya perbedaan antara IB1 dan IB2. Dengan begitu harga IC1 berbeda dengan IC2, sehingga harga Vod meningkat sesuai sesuai dengan besar penguatan Transistor. Untuk memperbesar penguatan dapat digunakan dua tingkat penguat diferensial (cascade). Keluaran penguat diferensial dihubungkan dengan masukan penguat diferensial tingkatan berikutnya. Dengan begitu besar penguatan total (Ad) adalah hasil kali antara penguatan penguat diferensial pertama (Vd1) dan penguatan penguat diferensial kedua (Vd2). Mode operasi dari sebuah operasional amplifier (Op-Amp) dapat diset dalam beberapa mode penguatan sebagai berikut.

Mode Loop Terbuka

Pada mode loop terbuka besarnya penguatan tegangan adalah tak berhingga (), sehingga besarnya tegangan output hampir dan bisa dikatakan mendekati Vcc. Expresi matematika pada penuat operasional mode loop terbuka adalah. Av = Sehingga tegangan output Vcc.

Mode Loop Tertutup

Mode Loop Tertutup Mode Loop Tertutup Op-Amp,op amp loop tertutup,penguatan op amp close loop,rumus op amp loop tertutup,penguatan tegangan op amp close loopPada mode loop tertutup besarnya penguatan tegangan (Av) adalah besar tetapi tidak mecapai nilai maksimalnya dan dapat dituliskan sebagai berikut.

Av < max

Mode Penguatan Terkendali

Pada mode operasi penguatan terkendali besarnya penguatan dari operasional amplifier (Op-Amp) dapat ditentukan dari nilai resistansi feedback dan input. Sehingga nilai penguatan tegangan (Av) pada mode operasi ini dapat dituliskan sebgai berikut.

Sehingga besarnya tegangan output adalah :

Mode Penguatan 1

Mode operasi penguatan 1 pada operasional amplifier (Op-Amp) sering disebut dengan istilah buffer (penyangga). Hal ini karena pada mode ini tidak terjadi penguatan tegangan (Av) bernilai 1. Konfigurasi ini berfungsi untuk memperkuat arus sinyal sehingga tidak drop pada saat diberikan beban terhadap sinyal input. Besarnya tegangan output (Vout) sama dengan tegangan input (Vin) karena penguatan tegangan (Av) operasional amplifier (Op-Amp) bernilai 1.

Penguat Inverting dan Non-inverting TujuanMengamati cara kerja dan fungsi rangkaian penguat.

Dasar TeoriPenguat operasional atau yang dikenal sebagai Op-Amp merupakan suatu rangkaian terintegrasi atau IC yang memiliki fungsi sebagai penguat sinyal, dengan beberapa konfigurasi. Secara ideal Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang tak berhingga serta impedansi keluaran sama dengan nol. Dalam prakteknya, Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang besar serta impedansi keluaran yang kecil. Op-amp memiliki simbol seperti yang terlihat pada gambar (1).

Gambar 1Simbol Op-Amp

Secara garis besar, terdapat 4 pin utama dari Op-Amp, yaitu masukan inverting (tanda minus), masukan noninverting (tanda plus), masukan tegangan positif, masukan tegangan negatif dan pin keluaran. Di samping pin tersebut terdapat satu pin untuk adjustment. Beberapa penerapan Op-Amp diantaranya adalah:

Penguat InvertingRangkaian untuk penguat inverting adalah seperti yang ditunjukkan gambar (2).

Gambar 2Rangkaian Penguat Inverting

Penguat ini memiliki ciri khusus yaitu sinyal keluaran memiliki beda fasa sebesar 180o. Pada rangkaian penguat yang ideal memiliki syarat bahwa tegangan masukan sama dengan 0 dan impedansi masukan tak terhingga. Sehingga dari rangkaian tersebut dapat diperoleh rumus penguat adalah sebagai berikut :

dimana i- = 0, maka

Substitusi persamaan (2) dan (3) ke persamaan (1) sehingga diperolehTanda (-) negatif menunjukkan terjadi pembalikan pada keluarannya atau memiliki beda fasa sebesar 1800 dengan masukannya.

Penguat Non-inverting, Rangkaian untuk penguat non-inverting adalah seperti yang ditunjukkan gambar (3).

Gambar 3Rangkaian Penguat Non-Inverting

Penguat tersebut dinamakan penguat non-inverting karena masukan dari penguat tersebut adalah masukan non-inverting dari Op Amp. Tidak seperti penguat inverting, sinyal keluaran penguat jenis ini sefasa dengan sinyal masukannya. Seperti pada rangkaian penguat inverting syarat ideal sebuah penguat adalah tegangan masukan sama dengan 0 dan impedansi masukan tak terhingga. sehingga dari rangkaian tersebut dapat diperoleh rumus penguat adalah sebagai berikut :

Substitusi persamaan (5) dan (6) ke persamaan (1) sehingga diperoleh

Rangkaian penguat inverting maupun non-inverting biasanya menggunakan IC Op-Amp 741. Dengan memahami prinsip kerja dari rangkaian ini, maka rangkaian pengembangan dari rangakaian Op-Amp ini seperti rangkaian ADC (Analog to Digital Converter), DAC (Digital to Analog Converter), Summing (penjumlahan) dan yang lainnya juga dapat dipahami. Berikut datasheet dari IC 741:

Gambar 4IC 741

Komponen dan PeralatanOperational Amplifier Apparatus (1 Buah)Osiloskop (1 Buah)Audio generator (1 Buah)Resistor (100 dan 220 ) (@1 Buah)Probe Osiloskop (2 Buah)Kabel (Secukupnya)

Prosedur PercobaanRangkaian Inverting1. Rangkai alat seperti pada gambar (2).2. On-kan osiloskop dan lakukan kalibrasi pada osiloskop.3. Hubungkan tegangan input (Vin) pada masukan inverting dan masukan non-inverting di-ground-kan.4. Gunakan resistor 100 sebagai Rin dan resistor 220 sebagai Rf pada op-amp apparatus.5. Masukkan probe osiloskop dari channel 1 sebagai input dan probe channel 2 sebagai output pada op-amp apparatus.6. On-kan op-amp apparatus dan audio generator, kemudian atur frekuensi pada audio generator hingga diperoleh gelombang keluaran pada channel 2 osiloskop.7. Amati keluaran yang terjadi, catat tegangan dari channel 1 dan channel 2, kemudian cari faktor penguatannya dan Vout dengan menggunakan persamaan (4)Rangkaian Non-Inverting1. Rangkai alat seperti pada gambar (3).2. On-kan osiloskop dan lakukan kalibrasi pada osiloskop.3. Hubungkan tegangan input (Vin) pada masukan non-inverting dan masukan inverting di-ground-kan.4. Gunakan resistor 100 sebagai Rin dan resistor 220 sebagai Rf pada op-amp apparatus.5. Masukkan probe osiloskop dari channel 1 sebagai input dan probe channel 2 sebagai output pada op-amp apparatus.6. On-kan op-amp apparatus dan audio generator, kemudian atur frekuensi pada audio generator hingga diperoleh gelombang keluaran pada channel 2 osiloskop.7. Amati keluaran yang terjadi, catat tegangan dari channel 1 dan channel 2, kemudian cari faktor penguatannya dan Vout dengan menggunakan persamaan (8)

Data Hasil PengamatanRangkaian InvertingRin = 100 Rf = 220

Gambar 7Sinyal Masukan dan Sinyal Keluaran pada Rangkaian Inverting

Tabel 1Tabel Vpp dan Volt/Div pada Rangkaian InvertingVpp (Div)Volt/Div

Channel 121

Channel 24,41

Rangkaian Non-InvertingRin = 100 Rf = 220

Gambar 8Sinyal Masukan dan Sinyal Keluaran pada Rangkaian Non-Inverting

Tabel 2Tabel Vpp dan Volt/Div pada Rangkaian Non-InvertingVpp (Div)Volt/Div

Channel 11,41

Channel 24,41

Pengolahan DataRangkaian InvertingTegangan pada channel 1 (Vin)

Tegangan pada channel 2 (Vout)

Dari persamaan (4), dapat dihitung tegangan keluaran yang dihasilkan adalah sebesarDengan faktor penguatannya

Rangkaian Non-InvertingTegangan pada channel 1 (Vin)

Tegangan pada channel 2 (Vout)

Dari persamaan (4), dapat dihitung tegangan keluaran yang dihasilkan adalah sebesarDengan faktor penguatannyaAnalisis DataRangkaian inverting akan menguatkan sinyal masukan dan sinyal keluarannya akan memiliki fasa yang berbeda 1800 dengan sinyal masukannya. Hal ini dapat dilihat pada gambar (7). Besar penguatannya adalah 2,2 kali. Oleh karena itu, jika diberi tegangan masukan sebesar 2 volt akan dihasilkan tegangan keluaran sebesar 4,4 volt. Hasil tegangan keluaran yang diperoleh melalui osiloskop maupun perhitungan menggunakan rumus penguatan menunjukkan hasil yang sama.Rangkaian non-inverting akan menguatkan sinyal masukan dan sinyal keluarannya akan memiliki fasa yang sama dengan sinyal masukannya. Hal ini dapat dilihat pada gambar (8). Besar penguatannya adalah 3,2 kali. Oleh karena itu, jika diberi tegangan masukan sebesar 1,4 volt akan dihasilkan tegangan keluaran sebesar 4,4 volt. Hasil tegangan keluaran yang diperoleh melalui osiloskop maupun perhitungan menggunakan rumus penguatan memiliki perbedaan nilai. Nilai tegangan berdasarkan perhitungan adalah sebesar 4,48 volt. Hal ini disebabkan karena kurangnya ketelitian pada osiloskop yang digunakan.

Kesimpulan dan SaranKesimpulanRangkaian penguat baik inverting maupun non-inverting dapat digunakan untuk menguatkan sinyal masukan.

SaranSebelum melakukan percobaan ini sebaiknya praktikan:1. memahami konsep tentang penguat operational,2. melakukan kalibrasi pada osiloskop sebelum digunakan,3. memahami kondisi alat dan komponen yang digunakan.Daftar PustakaIlmu. Teori Dasar Penguat Operational. [Online]. Tersedia : http://www.ilmu.8k.com/pengetahuan/opamp.html.[17Desember 2011].

Simulasi Penguat Inverting Menggunakan ISIS Proteus Melanjutkan postingan dengan judul Penguat Inverting dan Non-inverting. Penguat operasional/ operasional amplifier (Op-Amp) memiliki masukan inverting (tanda minus), masukan non-inverting (tanda plus), masukan tegangan positif, masukan tegangan negatif dan pin keluaran. Salah satu aplikasinya adalah untuk penguat inverting. Disebut inverting karena keluarannya memiliki fasa yang berbeda dengan masukannya. Penguat inverting dapat menguatkan sinyal masukan beberapa kali sesuai yang diharapkan dimana persamaan tegangan keluarannya adalah sebagai berikut:

Untuk melakukan simulasi dengan ISIS Proteus, langkah-langkahnya adalah sebagai berikut:1. Buat rangkaian seperti gambar berikut

Gambar 1Rangkaian Inverting

2. Jalankan simulasi dengan klik tombol play3. Atur panel kontrol pada osiloskop dan signal generator. Kali ini saya gunakan penguatan sebesar 2 V/div dan timebase-nya 1 ms. Atur pula frekuensi dan level tegangan pada signal generator. Kali ini saya gunakan frekuensi 500 Hz dan amplitude 10,3 V. Perhatikan gambar.

Gambar 2Panel Kontrol Osiloskop

Gambar 3Panel Kontrol Signal Generator

Seperti dijelaskan sebelumnya, pengukuran tegangan keluaran dapat dilakukan dengan memanfaatkan tombol cursor. Berikut tegangan masukan dan keluaran yang diperoleh.

Gambar 4Hasil Simulasi dan Pengukuran

Sinyal berwarna kuning adalah sinyal masukan dan memiliki tegangan sebesar 1,6 V sedangkan sinyal berwarna biru merupakan sinyal keluaran dengan tegangan sebesar 3,5 V. Dapat dilihat pula sinyal masukan dan keluaran memiliki fasa yang berbeda.

Pengujian dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan tegangan keluaran.

Hasil yang diperoleh melalui simulasi maupun perhitungan sama yaitu sebesar 3,5 V.

KomparatorKomparator adalah komponen elektronik yang berfungsi membandingkan dua nilai kemudian memberikan hasilnya, mana yang lebih besar dan mana yang lebih kecil. Komparator bisa dibuat dari konfigurasi open-loop Op Amp. Jika kedua input pada Op Amp pada kondisi open-loop, maka Op Amp akan membandingkan kedua saluran input tersebut. Hasil komparasi dua tegangan pada saluran masukan akan menghasilkan tegangan saturasi positif (+Vsat) atau saturasi negatif (-Vsat).Sebuah rangkaian komparator pada Op Amp akan membandingkan tegangan yang masuk pada satu saluran input dengan tegangan pada saluran input lain, yang disebut tegangan referensi. Tegangan output berupa tegangan high atau low sesuai dengan perbandingan Vin dan Vref. Dan berikut adalah rangkaian komparator sederhana.

Gambar 2. Komparator SederhanaVref di hubungkan ke +V supply, kemudian R1 dan R2 digunakan sebagai pembagi tegangan, sehingg nilai tegangan yang di referensikan pada masukan + op-amp adalah sebesar :V = [R1/(R1+R2) ] * VsupplyOp-amp tersebut akan membandingkan nilai tegangan pada kedua masukannya, apabila masukan (-) lebih besar dari masukan (+) maka, keluaran op-amp akan menjadi sama dengan Vsupply, apabila tegangan masukan (-) lebih kecil dari masukan (+) maka keluaran op-amp akan menjadi sama dengan + Vsupply.Jadi dalam hal ini jika Vinput lebih besar dari V maka keluarannya akan menjadi Vsupply, jika sebaliknya, Vinput lebih besar dari V maka keluarannya akan menjadi + Vsupply. Untuk op-amp yang sesuai untuk di pakai pada rangkaian op-amp untuk komparator biasanya menggunakan op-amp dengan tipe LM324 yang banyak di pasaran.Secara umum prinsip kerja rangkaian komparator adalah membandingkan amplitudo dua buah sinyal, jika +Vin dan Vin masing-masing menyatakan amplitudo sinyal input tak membalik dan input membalik, Vo dan Vsat masing-masing menyatakan tegangan output dan tegangan saturasi, maka prinsip dasar dari komparator adalah +Vin Vin maka Vo = Vsat+ +Vin < Vin maka Vo = Vsat Keterangan:+Vin = Amplitudo sinyal input tak membalik (V)Vin = Amplitudo sinyal input membalik (V)Vsat+ = Tegangan saturasi + (V)Vsat = Tegangan saturasi - (V)Vo = Tegangan output (V)

Bentuk fisik IC LM 324 seperti gambar dibawah ini :

Gambar 3. Bentuk fisik IC lm324

Fungsi Pin IC:Pin 1 = output 1Pin 10 = input 3 positifPin 2 = input 1 negatifPin 11 = GND Pin 3 = input 1 positifPin 12 = input 4 positifPin 4 = VCCPin 13 = input 4 negatifPin 5 = input 2 positifPin 14 = output 4Pin 6 = input 2 negatifPin 7 = output 2Pin 8 = output 3Pin 9 = input 3 negatif

B. Alat dan Bahan1. IC LM 324 1 buah2. Soket IC 16 pin 1 buah3. LED 1 buah4. Potensiometer 100Kohm 2 buah5. Spacer 4 buah6. PCB secukupnya7. Feriklorit secukupnya8. Soket Banana 4 pasang9. Knop potensiometer 2 buah10. Power Supply 2 buah11. AVO meter 1 buah12. Pinset 1 buah13. Solder 1 buah14. Jumper secukupnya

C. Kesehatan dan Keselamatan Kerja 1) Periksalah terlebih dahulu semua komponen aktif maupun pasif sebelum digunakan!2) Pastikan cara pemenfaatan ferklorit sudah sesuai3) Saat proses pelarutan perhatikan dan hindari hal-hal yang dianggap berbahaya dan kenakan alat pengaman yang sesuai dengan proses pelarutan. 4) Pastikan tegangan keluaran catu daya sesuai yang dibutuhkan.5) Dalam menyusun rangkaian, perhatikan letak kaki-kaki komponen.6) Sebelum catu daya dihidupkan, hubungi dosen pendamping untuk mengecek kebenaran pemasangan rangkaian.7) Kalibrasi terlebih dahulu alat ukur yang akan digunakan.8) Dalam menggunakan meter kumparan putar, mulailah dari batas ukur yang besar. Bila simpangan terlalu kecil dan masih di bawah batas ukur yang lebih rendah, turunkan batas ukur.

9) Hati-hati dalam penggunaan peralatan praktikum!

D. Gambar Rangkaian

Gambae 4. Rangkaian Praktikum Komparator

E. Langkah percobaan1. Hubungkan konektor VCC 9 Volt pada tegangan sumber 9 Volt2. Hubungkan konektor GND pada ground.3. Sambunglah masukan V in + pada tegangan 5 Volt 4. Atur tegangan potensio lalu ukur tegangan sebesar 1V pada V in -5. Amati IND OUT dan ukur tegangan pada Vout6. Catat hasil pada tabel hasil yang telah disediakan7. Kemudian atur lagi tegangan pada potensio sesuai tabel percobaan lalu catat tegangan V out

F. Hasil percobaanNoTegangan Vin +Tegangan Vin -Tegangan V outKondisi LED

15 Volt1 Volt3,55VMenyala



45 Volt4 Volt3,51VMdnyala


65 Volt6 Volt1,5mVMati




G. Analisis Hasil Percobaan Dari percobaan yang telah dilakukan yaitu Op-Amp sebagai komparator jika Vin+ lebih besar atau sama dengan Vin- maka IC LM324 atau komparator akan menghasilkan Vout yang mendekati Vin+, dalam praktikum yang telah dilakukan Vin+ 5 Volt dan Vout 3,55 Volt. Jadi nilai Vout stabil mendekati Vin+ selama nilai Vin+ lebih besar atau sama dengan Vin-. Jika nilai Vin- lebih besar daripada Vin+ maka nilai Vout akan mendekati 0 dan sangat kecil sekali yaitu dalam satuan milivolt. Nilai Vout pub juga selalu stabil mendekati 0 selama nilai Vin- lebih besar dari Vin+. Jadi rangkaian komparator adalah rangkaian yang berfungsi membandingkan tegangan inputan dari kedua kaki inputan (Vin+ dan Vin-) dan akan menghasilkan Vout yang nilainya stabil sesuai dengan Vinput yang dikehendaki, apakah mendekati nol atau mendekati Vin+.

H. KesimpulanDari praktikum yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa :1. Vin+ Vin- maka Vout = mendekati Vin+2. Vin- > dari Vin+ maka Vout = Mendekati nol (0)3. Rangkaian komparator adalah rangkaian pembanding tegangan inputan yaitu Vin+ dan Vin-4. Nilai Vout relatif stabil

Operasional amplifier.docx

Documents

Transcript of Operasional amplifier.docx