Chapter 10 & 11

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan
2. Tujuan
3. Alat dan Bahan
4. Dasar Teori
5. Example
6. Problem
7. Pilihan Ganda
8. Percobaan
9. Link Download

Sub-Chapter 10.5 : Practical Op-Amp Circuit

1. Pendahuluan [Kembali]

Penerapan Operational Amplifier (Op-Amp) dalam desain elektronika modern merupakan jembatan krusial antara teori sirkuit ideal dengan implementasi perangkat keras yang fungsional. Dalam artikel ini, kita akan melakukan tinjauan mendalam terhadap materi Chapter 10.5: Practical Op-Amp Circuits. Fokus utama pembahasan akan diarahkan pada analisis konfigurasi rangkaian standar seperti penguat pembalik (inverting), penguat non-pembalik (non-inverting), hingga aplikasi khusus seperti rangkaian integrator dan summing amplifier. Melalui pemahaman yang komprehensif mengenai kontrol gain dan karakteristik impedansi, diharapkan pembaca dapat memperoleh landasan teknis yang kuat dalam merancang sistem pemrosesan sinyal analog yang presisi.

2. Tujuan [Kembali]

• Memahami prinsip kerja dan karakteristik dasar op-amp.

• Menganalisis konfigurasi op-amp seperti penguat inverting, non-inverting, dan pengikut tegangan.

• Menerapkan op-amp dalam rangkaian penjumlah, integrator, dan filter aktif.

• Mengevaluasi parameter kinerja op-amp seperti gain bandwidth product (GBP) dan common-mode rejection ratio (CMRR).

3. Alat dan Bahan [Kembali]

1. Software Proteus

    Proteus adalah perangkat lunak simulasi elektronik yang digunakan untuk merancang, menguji, dan memvisualisasikan rangkaian elektronik secara virtual. Software ini mendukung simulasi berbagai komponen, termasuk mikrokontroler, sehingga memudahkan pengguna dalam merancang dan menguji sistem tanpa perlu merakitnya secara fisik terlebih dahulu.

2. Power Supply

    Power supply adalah perangkat yang menyediakan daya listrik untuk rangkaian atau sistem elektronik. Fungsinya adalah mengubah sumber daya listrik, seperti listrik AC dari jaringan listrik, menjadi tegangan DC (arus searah) yang dibutuhkan oleh komponen elektronik dalam perangkat. Power supply juga dapat mengatur tegangan dan arus untuk memastikan bahwa perangkat menerima daya yang stabil dan sesuai dengan kebutuhan operasionalnya. 

3. Op-Amp

    Op-amp adalah suatu komponen elektronik analog yang berfungsi sebagai penguat tegangan. Komponen ini memiliki dua terminal input, yaitu inverting input (-) dan non-inverting input (+), serta satu terminal output.

4. Resistor

    Resistor adalah komponen elektronik pasif yang berfungsi untuk menghambat aliran arus listrik dalam suatu rangkaian. Nilai hambatan pada resistor dinyatakan dalam satuan ohm (Ω). Resistor digunakan untuk mengatur arus, membagi tegangan, serta melindungi komponen lain dari arus berlebih.

 

5. Probe Voltage

    Probe voltage adalah alat ukur virtual yang digunakan dalam simulasi rangkaian elektronik untuk mengamati atau memantau nilai tegangan pada titik tertentu. Alat ini berfungsi tanpa memengaruhi jalannya rangkaian dan umumnya digunakan dalam perangkat lunak simulasi seperti Proteus. Probe voltage memungkinkan pengguna melihat perubahan tegangan secara langsung selama simulasi, baik dalam bentuk angka maupun grafik, sehingga memudahkan analisis dan evaluasi kinerja rangkaian.

6. Ground

    Ground dalam elektronik adalah titik referensi tegangan dalam suatu rangkaian, biasanya dianggap memiliki tegangan nol volt. Ground berfungsi sebagai jalur kembali arus listrik dan sebagai acuan untuk mengukur tegangan komponen lain dalam rangkaian.

4. Dasar Teori [Kembali]

Op-Amp (Operational Amplifier)

Op-Amp (Operational Amplifier) adalah rangkaian penguat tegangan berbentuk IC (Integrated Circuit) yang memiliki penguatan sangat besar dan biasa digunakan dalam sistem elektronika analog. Op-Amp dirancang untuk melakukan operasi matematika seperti penjumlahan, pengurangan, integrasi, diferensiasi, dan penguatan sinyal.

    

Op-Amp memiliki dua terminal input dan satu terminal output:

• Input non-inverting (+) : sinyal masuk yang akan menghasilkan output sefasa.
• Input inverting (−) : sinyal masuk yang akan menghasilkan output berlawanan fasa 180°.
• Output : terminal keluaran hasil penguatan sinyal.

Secara teori, Op-Amp ideal memiliki sifat:

1. Penguatan tegangan loop terbuka sangat besar ($A_{OL}=\mathrm{\infty )}$ sehinnga perbedaan tegangan sekecil apapun antara terminal input akan menghasilkan tegangan output yang besar
2. Impedansi input sangat besar ($Z_{in}=\mathrm{\infty }$) sehingga arus input mendekati nol.
3. Impedansi output sangat kecil ($Z_{out}=0$) sehinnga mampu mengalirkan arus output berapapun tanpa penurunan tegangan output.
4. Lebar pita frekuensi tak terbatas sehingga mampu menguatkan sinyal pada rentang frekuensi yang luas
5. Tegangan offset nol
6. CMRR (Common Mode Rejection Ratio) tak terbatas

    Op-amp dapat dihubungkan ke dalam berbagai macam rangkaian untuk memberikan karakteristik operasi yang bervariasi. Berikut ini beberapa jenis koneksi rangkaian yang paling umum digunakan.

A. Inverting Amplifier

Rangkaian penguat dengan penguatan tetap yang paling banyak digunakan adalah Inverting Amplifier, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Output diperoleh dengan mengalikan input dengan nilai penguatan(gain) yang tetap atau konstan, yang ditentukan oleh resistor input (R1) dan resistor umpan balik (Rf)—output ini juga memiliki fase yang terbalik dari inputnya. 

B. Noninverting Amplifier

Rangkaian pada gambar menunjukkan rangkaian op-amp yang berfungsi sebagai penguat tak-membalik (non-inverting amplifier) atau pengali penguatan konstan. Untuk menentukan penguatan tegangan dari rangkaian tersebut, kita dapat menggunakan representasi ekivalen yang ditunjukkan pada gambar b. 

C. Unity Follower

Rangkaian pengikut tegangan (unity-follower), seperti yang ditunjukkan pada Gambar a, memberikan penguatan tanpa adanya pembalikan polaritas atau fase. Dari rangkaian ekivalennya (lihat Gambar b), terlihat jelas bahwa Vo = V1

C. Summing Amplifier

Rangkaian op-amp yang paling banyak digunakan adalah rangkaian penguat penjumlah (summing amplifier) yang ditunjukkan pada Gambar a. Rangkaian tersebut memperlihatkan sebuah rangkaian penguat penjumlah dengan tiga input, yang menjumlahkan tiga tegangan secara aljabar, di mana masing-masing tegangan dikalikan dengan faktor penguatan yang konstan.

Dengan menggunakan representasi ekivalen yang ditunjukkan pada Gambar 10.37 b, kita dapat menyatakan tegangan output dalam bentuk input-inputnya sebagai:

5. Example [Kembali]

example 1

example 2

example 3

6. Problem [Kembali]

Problem 1

Berapakah V_o yang dihasilkan pada rangkaian Fig 10.66 untuk input V₁ = -0.3 V ?

Jawab :

R_f  = 360 kΩ                                       

R₁ = 12 kΩ                                         

A_v

A_v

Problem 2

Berapakah tegangan input yang harus diberikan pada rangkaian Fig 10.66 untuk menghasilkan V_o sebesar 2.4 V ?

Jawab :

Problem 3

Hitunglah V_o yang dihasilkan oleh rangkaian Fig 10.68 jika nilai R_f  = 330 kΩ

Jawab :

R_f  = 330 kΩ

R₁ = 33 kΩ, V₁ = +0.2 V

R₂ = 22 kΩ, V₂ = -0.5 V

R₃ = 12 kΩ, V₂ = +0.8 V

V

7. Pilihan Ganda [Kembali]

1. Op-amp ideal memiliki karakteristik berikut, kecuali:

A. Impedansi input tak hingga

B. Tegangan offset nol

C. Bandwidth tak terbatas

D. Arus bias input sangat besar

Jawaban: D. Arus bias input sangat besar

2. Fungsi dari resistor feedback (Rf) dalam op-amp adalah untuk:

A. Meningkatkan arus input

B. Mengatur penguatan (gain)

C. Membalik polaritas suplai

D. Membatasi arus output

Jawaban: B. Mengatur penguatan (gain)

3. Jika input op-amp adalah $V_{+}=0.8V$, $V_{-}=1.0V$, maka output comparator ideal adalah:

A. Positif maksimum
B. Nol
C. Negatif maksimum
D. 0.8 V

Jawaban: C. Negatif maksimum

8. Percobaan [Kembali]

Fig 10.63

Fig 10.67

Fig 10.71

Fig 10.72

Fig 10.73

Fig 10.74

9. Link Download [Kembali]

Download Proteus Fig. 10.63 (di sini)

Download Proteus Fig. 10.67 (di sini)

Download Proteus Fig. 10.71 (di sini)

Download Proteus Fig. 10.72 (di sini)

Download Proteus Fig. 10.73 (di sini)

Download Proteus Fig. 10.74 (di sini)