Laporan Praktikum Elektronika Rangkaian Dasar Op-Amp [PDF]

Citation preview

Rangkaian OP-AMP 1 Fatimah Azzahrah Hanifah-1906303046, Rheivisca Balqies Valentzy-1906304521 Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Indonesia Depok, Jawa Barat 16436 [email protected]



Ciri-ciri op-amp antara lain yaitu, memiliki dua input dengan satu output, impedansi input tinggi, impedansi output rendah, penguat open loop tinggi, lebar pita frekuensi tak terhingga, dapat dikonfigurasikan dengan umpan balik, dan tegangan output nol bila kedua tegangan input sama. Namun, pada kenyataan op-amp memiliki batas tertentu, tergantung jenis metode pembuatan op-amp tersebut. Untuk itu, praktikan membuat rangkaian ini dengan tujuan untuk membuktikan secara eksperimental bahwa penguat op-amp dapat diatur dan dapat bernilai negative, serta mampu mengoperasikan op-amp sebagai amplifier non inverting dan inverting.



PENDAHULUAN



TEORI TAMBAHAN



Operational amplifier (op-amp) dapat dikatakan sebagai penguat dengan multistage yang mempunyai input differensial. Op-amp dikemas dalam rangkaian terintegrasi (IC). Adapun ciri-ciri op-amp antara lain yaitu, memiliki dua input dengan satu output, impedansi input tinggi, impedansi output rendah, penguat open loop tinggi, lebar pita frekuensi tak terhingga, dapat dikonfigurasikan dengan umpan balik, dan tegangan output nol bila kedua tegangan input sama. Namun, pada kenyataan op-amp memiliki batas tertentu, tergantung jenis metode pembuatan opamp tersebut.



Operasional amplifier (Op-Amp) adalah komponen rangkaian penguat tinggi yang terintegrasi dalam sebuah chip IC. Sebuah op-amp memiliki dua terminal input yaitu input inverting dan input non inverting dan satu terminal output, dimana rangkaian umpan balik dapat ditambahkan untuk mengendalikan karakteristik tanggapan keseluruhan pada operasional amplifier (op-amp). Op-amp ini digunakan untuk membentuk fungsi-fungsi linear atau digunakan untuk operasi nonlinear.



Untuk itu, praktikan membuat rangkaian ini dengan tujuan untuk membuktikan secara eksperimental bahwa penguat op-amp dapat diatur dan dapat bernilai negative, serta mampu mengoperasikan op-amp sebagai amplifier non inverting dan inverting.



Prinsip kerja komponen op-amp ialah dengan membandingkan nilai kedua input yaitu input inverting dan input non inverting. Apabila kedua input tersebut memiliki nilai tegangan yang sama, maka tegangan output akan sama dengan nol atau tidak ada. Sementara itu, jika ada perbedaan nilai tegangan pada kedua input tersebut, maka op-amp akan memberikan nilai tegangan pada outputnya. Dalam rangkaian op-amp sebagai penguat terdapat aturan yang dinamakan golden rule. Aturan ini berisi sebagai berikut: Pertama, perbedaan tegangan antara kedua input opamp ialah nol (∆𝑉 = 𝑉 + − 𝑉 − = 0), maka 𝑉 + = 𝑉 − . Hal ini bertujuan untuk menghindari tegangan offset. Aturan ini biasa disebut dengan virtual ground. Kedua, arus yang mengalir pada kedua input op-amp ialah nol (𝐼 + = 𝐼 − = 0). Karena impedansi input pada op-amp sangat besar (𝑍𝑖𝑛 = ∞). Pada operasi linear, op-amp dapat dirangkai menjadi rangkaian penguat op-amp. Rangkaian penguat opamp antara lain ialah: Pertama, rangkaian penguat yang inverting dengan op-amp. Penguat inverting ialah rangkaian penguat sinyal dengan karakteristik dasar sinyal output memiliki fase berbanding terbalik 180 derajat dengan sinyal inputnya. Bentuk sinyal input dan output



rangkaian penguat inverting dapat dilihat pada gambar 2.1.



dengan sinyal inputnya. Rangkaian penguat non inverting akan menerima arus atau tegangan yang sangat kecil. Kemudian, arus atau tegangan tersebut akan diperbesar nilainya. Untuk menghitung faktor penguat dari rangkaian penguat non inverting dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut: 𝐴𝑣 =



𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑉𝑖𝑛



=



𝑅𝑓 𝑅𝑖𝑛



+1



Dengan nilai tegangan output sebagai berikut: 𝑉𝑜𝑢𝑡 = (



𝑅𝑓



+ 1) 𝑉𝑖𝑛



Gambar 2.1 Sinyal input dan output penguat inverting



𝑅𝑖𝑛



Rangkaian penguat inverting merupakan rangkaian penguat dengan impedansi input yang rendah. Rangkaian ini akan menerima arus atau tegangan dari supply sangat kecil dan akan mengatkan arus atau tegangan menjadi lebih besar.



Ketiga, rangkaian op-amp sebagai penjumlah. Rangkaian adder atau penjumlah sinyal pada op-amp ialah rangkaian yang op-amp diberikan input lebih dari satu sehingga menghasilkan sinyal output yang linear sesuai dengan nilai penjumlahan sinyal input dan faktor penguatan yang ada.



Pada rangkaian penguat inverting, faktor penguat dapat diatur hingga 100.000 kali. Dalam rangkaian penguat inverting yang dapat dilihat di gambar 3.1, pemasangan resistor umpan balik (feedback) dan resistor input adalah untuk mengatur faktor penguatan inverting amplifier (penguat membalik) tersebut. Faktor penguat (Av) dari penguat inverting dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut: 𝐴𝑣 =



𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑉𝑖𝑛



=−



𝑅𝑓



𝑅𝑓 𝑅𝑖𝑛



Faktor penguat (Av) dari masing-masing sinyal input pada rangkaian penguat adder dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:



𝑅𝑖𝑛



Dengan nilai tegangan output sebagai berikut: 𝑉𝑜𝑢𝑡 = − (



Rangkaian penguat adder pada dasarnya berupa penguat inverting yang diberikan tambahan resistor untuk beberapa sinyal pada inputnya. Gambar 3.3 menunjukkan rangkaian penguat adder dengan dua sinyal input.



) 𝑉𝑖𝑛



Kedua, rangkaian penguat yang non inverting dengan op-amp. Penguat non inverting ialah rangkaian penguat dengan karakteristis sinyal output memiliki fase yang sama dengan sinyal inputnya, bentuk sinyal input dan output dari rangkaian penguat non iverting dapat dilihat pada gambar 2.2.



𝐴𝑉1 = −



𝑅𝑓 𝑅𝑓 ; 𝐴𝑉2 = − 𝑅1 𝑅2



Dengan nilai tegangan output sebagai berikut: 𝑅𝑓 𝑅𝑓 𝑉𝑜𝑢𝑡 = − ( 𝑉1 + 𝑉) 𝑅1 𝑅2 2



CARA KERJA Pada percobaan pertama yaitu rangkaian penguat opamp inverting, rangkaian disusun seperti gambar 3.1. Pada rangkaian ini digunakan resistor input (R1) sebesar 2,2 kΩ dan resistor feedback (Rf) sebesar 50 kΩ. Serta, sinyal input dari generator fungsi sebesar 200 mV diberikan kepada terminal input inverting.



Gambar 2.2 Sinyal input dan output penguat non inverting



Fungsi dari penguat non inverting hampir sama dengan penguat inverting hanya saja polaritas output yang dihasilkan pada penguat non inverting akan sama



Gambar 3.1 Rangkaian penguat op-amp inverting



Dari rangkaian ini akan didapatkan besar tegangan outputnya. Kemudian, hitung penguatan tegangan serta bandingkan fase tagangan dari input dan output yang dihasilkan. Lakukan hal yang sama dengan memvariasikan R1. Pada percobaan kedua yaitu rangkaian penguat opamp non inverting, rangkaian disusun seperti gambar 3.2. Pada rangkaian ini digunakan resistor input dan resistor feedback yang besarnya sama dengan percobaan pertama. Sinyal input yang diberikan juga memiliki besar yang sama yaitu 200 mV dan diberikan kepada terminal non inverting. Kemudian, dari percobaan ini akan didapatkan tegangan outputnya. Kemudian, hitung penguatan tegangan dan bandingkan fase tegangan dari input dan outputnya. Lakukan hal yang sama dengan memvariasikan nilai R1. Pada percobaan ketiga yaitu rangkaian op-amp sebagai penjumlah. Pada percobaan ini rangkaian disusun seperti gambar 3.3. Rangkaian ini menggunakan dua sinyal input sebesar 1,5 V pada terminal input inverting, dua resistor input yaitu R1 dan R2 yang besarnya 2,2 kΩ, dan resistor feedback sebesar 50 kΩ. Dengan membuka dan menutup saklar 1 dan 2, hitung tegangan V1, V2, dan Vout. Kemudian, matikan opamp dan tukar polaritas V1. Dengan menutup kedua saklar, hitung tegangan output (Vout) yang dihasilkan. Dan terakhir, rangkaian penguat seperti gambar 3.3 agar menghasilkan tegangan output sebesar -4,5 V dengan tegangan input 1,5 V.



HASIL Pada percobaan pertama yaitu penguatan op-amp inverting. Pada percobaan ini, digunakan generator fungsi yang memberikan tegangan input sebesar 200 mV dan 300 mV dan frekuensi 60 Hz kepada terminal input inverting. Serta, digunakan resistor input (R1) sebesar 2,2 kΩ dan 10kΩ dan resistor feedback (Rf) sebesar 50 kΩ. Ada 4 variasi rangkaian yang digunakan dipercobaan ini. Variasi rangkaian pertama dengan tegangan input generator fungsi sebesar 200 mV dan R1 sebesar 2,2 kΩ. Dari rangkaian ini didapatkan nilai Vin pada multimeter sebesar 0,283 V dan nilai Vout sebesar 6,241 V. Maka didapatkan penguatan tegangan (Av) sebesar 22,7 kali. 𝐴𝑣 = 𝐴𝑣 = −



𝑉𝑜𝑢𝑡 6,241 = = 22,7 𝑘𝑎𝑙𝑖 𝑉𝑖𝑛 0,283 𝑅𝑓 50𝑘 =− = −22,72 𝑘𝑎𝑙𝑖 𝑅1 2,2𝑘



Variasi rangkaian kedua dengan tegangan input generator fungsi sebesar 300 mV dan R1 sebesar 2,2 kΩ. Dari percobaan ini didapatkan nilai Vin pada multimeter sebesar 0,424 V dan nilai Vout sebesar 9,508. Maka, penguatan tegangan (Av) pada rangkaian ini sebesar 22,4 kali. 𝐴𝑣 = 𝐴𝑣 = −



𝑉𝑜𝑢𝑡 9,508 = = 22,4 𝑘𝑎𝑙𝑖 𝑉𝑖𝑛 0,424 𝑅𝑓 50𝑘 =− = −22,72 𝑘𝑎𝑙𝑖 𝑅1 2,2𝑘



Variasi rangkaian ketiga dengan tegangan input generator fungsi sebesar 200 mV dan R1 sebesar 10 kΩ. Dari percobaan ini didapatkan nilai Vin pada multimeter sebesar 0,281 V dan nilai Vout sebesar 1,407 V. Maka, nilai penguatan tegangan (Av) pada rangkaian ini sebesar 5 kali. 𝐴𝑣 = Gambar 3.2 Rangkaian penguat non inverting



𝑉𝑜𝑢𝑡 1,407 = = 5 𝑘𝑎𝑙𝑖 𝑉𝑖𝑛 0,281



𝐴𝑣 = −



Gambar 3.3 Rangkaian op-amp sebagai penjumlah



𝑅𝑓 50𝑘 =− = −5 𝑘𝑎𝑙𝑖 𝑅1 10𝑘



Variasi rangkaian keempat dengan tegangan input generator fungsi sebesar 300 mV dan R1 sebesar 10 kΩ. Dari percobaan ini didapatkan nilai Vin pada multimeter sebesar 0,422 V dan nilai Vout sebesar 2,111 V. Maka, nilai penguatan tegangan (Av) pada rangkaian ini sebesar 5 kali. 𝐴𝑣 =



𝑉𝑜𝑢𝑡 2,111 = = 5 𝑘𝑎𝑙𝑖 𝑉𝑖𝑛 0,422



𝐴𝑣 = −



𝑅𝑓 50𝑘 =− = −5 𝑘𝑎𝑙𝑖 𝑅1 10𝑘



Selain didapatkan nilai penguatan tegangan (Av), percobaan penguatan op-amp inverting juga menghasilkan fase dari sinyal input dan outputnya. Dari empat variasi rangkaian, didapatkan sinyal output yang memiliki fase terbalik 180 derajat dari sinyal inputnya. Pada percobaan kedua yaitu penguatan op-amp non inverting. Sama seperti percobaan pertama, pada rangkaian ini digunakan tegangan input berasal dari generator fungsi sebesar 200 mV dan 300 mV dengan frekuensi 60 Hz yang diberikan kepada telminal input non inverting. Serta, digunakan resistor input (R1) sebesar 2,2 kΩ dan 10kΩ dan resistor feedback (Rf) sebesar 50 kΩ. Ada 4 variasi rangkaian yang digunakan dipercobaan ini. Variasi rangkaian pertama dengan tegangan input generator fungsi sebesar 200 mV dan R1 sebesar 2,2 kΩ. Dari rangkaian ini didapatkan nilai Vin pada multimeter sebesar 0,282 V dan Vout sebesar 6,701 V. Maka, penguatan tegangan (Av) untuk rangkaian ini sebesar 23,8 kali. 𝐴𝑣 = 𝐴𝑣 =



𝑉𝑜𝑢𝑡 6,701 = = 23,8 𝑘𝑎𝑙𝑖 𝑉𝑖𝑛 0,282



𝑅𝑓 50𝑘 +1 = + 1 = 23,72 𝑘𝑎𝑙𝑖 𝑅1 2,2𝑘



Variasi rangkaian kedua dengan tegangan input generator fungsi sebesar 300 mV dan R1 sebesar 2,2 kΩ. Dari rangkaian ini didapatkan nilai Vin pada multimeter sebesar 0,424 V dan nilai Vout sebesar 9,75. Maka, nilai penguatan tegangan (Av) untuk rangkaian ini sebesar 23 kali. 𝑉𝑜𝑢𝑡 9,75 𝐴𝑣 = = = 23 𝑘𝑎𝑙𝑖 𝑉𝑖𝑛 0,424 𝐴𝑣 =



𝑅𝑓 50𝑘 +1 = + 1 = 23,72 𝑘𝑎𝑙𝑖 𝑅1 2,2𝑘



Variasi rangkaian ketiga dengan tegangan input generator fungsi sebesar 200 mV dan R1 sebesar 10 kΩ. Dari rangkaian ini didapatkan nilai Vin pada multimeter sebesar 0,281 dan nilai Vout sebesar 1,698. Maka, nilai penguatan tegangan (Av) untuk rangkaian ini sebesar 6,04 kali. 𝐴𝑣 =



𝑉𝑜𝑢𝑡 1,698 = = 6,04 𝑘𝑎𝑙𝑖 𝑉𝑖𝑛 0,281



𝑅𝑓 50𝑘 𝐴𝑣 = +1= + 1 = 6 𝑘𝑎𝑙𝑖 𝑅1 10𝑘 Variasi rangkaian keempat dengan tegangan input generator fungsi sebesar 300 mV dan R1 sebesar 10



kΩ. Dari rangkaian ini didapatkan nilai Vin pada multimeter sebesar 0,422 V dan nilai Vout sebesar 2,533 V. Maka, nilai penguatan tegangan (Av) untuk rangkaian ini sebesar 6 kali. 𝐴𝑣 = 𝐴𝑣 =



𝑉𝑜𝑢𝑡 2,533 = = 6 𝑘𝑎𝑙𝑖 𝑉𝑖𝑛 0,422



𝑅𝑓 50𝑘 +1= + 1 = 6 𝑘𝑎𝑙𝑖 𝑅1 10𝑘



Pada percobaan penguatan op-amp non inverting didapatkan sinyal input dan outputnya. Dari keempat variasi rangkaian yang digunakan, sinyal output pada rangkaian penguatan op-amp non inverting memiliki fase yang sama (sefase) dengan sinyal inputnya. Pada percobaan ketiga yaitu op-amp sebagai penjumlah. Rangkaian ini menggunakan 2 tegangan input sebesar 1,5 V yang diberikan kepada terminal input op-amp. Pada rangkaian ini juga terdapat dua resistor input (R1 dan R2) sebesar 2,2 kΩ, resistor feedback (Rf) sebesar 50 kΩ, dan dua saklar. Ketika saklar 1 dan saklar 2 ditutup dan dibuka didapatkan nilai tegangan output yang tetap sama yaitu sebesar -13, 005 V. sementara itu, ketika polaritas V1 menjadi -1,5 V, didapatkan nilai tegangan output sebesar 4,507 mV. Pada rangkaian ini untuk menghasilkan tegangan output sebesar -4,5 V dengan tegangan input (V1 dan V2) sebesar 1,5 V digunakan nilai R1 yang besarnya setengah nilai Rf dan R2 yang besarnya sama dengan nilai Rf. Maka, percobaan ini menggunakan R1 sebesar 25 kΩ, R2 dan Rf sebesar 50 kΩ.



PEMBAHASAN Pada percobaan pertama yaitu penguatan op-amp inverting. Pada rangkaian ini menggunakan umpan balik negative untuk menstabilkan seluruh penguatan tegangan. Tegangan input yang diberikan oleh generator fungsi menggerakan tegangan input melalui resistor R1 sehingga menghasilkan input inverting. Tegangan input ini akan dikuatkan dengan penguatan tegangan loop tertutup untuk menghasilkan tegangan output yang terbalik. Tegangan output yang dihasilkan dari rangkaian ini merupakan umpan balik ke input melalui Rf. Hal ini menghasilkan umpan balik negative karena fasanya berubah 180 derajat dari inputnya. Konsep virtual ground digunakan untuk menganalisis rangkaian penguat op-amp inverting. Ketika op-amp ideal, op-amp akan memiliki penguatan tegangan open loop yang tak hingga dan resistansi input yang tak



hingga. Hal ini dapat ditulis dengan persamaan, Rin = ∞ ; I- = 0 dan AVOL = ∞ ; V- = 0.



penguatan tegangan (Av) tidak berubah secara signifikan ketika besar R1 yang digunakan sama.



Pada percobaan penguatan op-amp inverting ini didapatkan 4 nilai penguatan tegangan (Av). Dari penguatan tegangan (Av) pada 4 variasi rangkaian ini, dapat diketahui bahwa nilai penguatan tegangan (Av) dipengaruhi oleh nilai resistor input (R1). Semakin besar nilai resistor input yang digunakan, maka menghasilkan penguatan tegangan yang semakin kecil. Bedasarkan percobaan ini, nilai tegangan input yang diberikan generator fungsi meskipun berbeda, tidak mempengaruhi nilai penguatan tegangan (Av) secara signifikan.



Pada percobaan ketiga yaitu op-amp sebagai penjumlah. Pada percobaan ini digunakan dua tegangan input (V1 dan V2) yang digabungkan menjadi satu sinyal output. Pada rangkaian penjumlah akan menguatkan setiap sinyal input.



Dari perhitungan, terlihat tidak ada perbedaan dari besar penguatan tegangan ketika menggunakan perbandingan tegangan dan ketika menggunakan perbandingan resistor. Adapun tanda minus pada hasil penguatan tegangan menggunakan perbandingan resistor menandakan adanya umpan balik negative yang menyebabkan sinyal outputnya berbeda 180 derajat dari sinyal inputnya.



KESIMPULAN Berdasarkan percobaan rangkaian op-amp 1 dapat diambil kesimpulan, yaitu: 1. Penguat op-amp inverting akan menghasilkan sinyal output yang memiliki beda fase 180 derajat dari sinyal inputnya. 2. Penguat op-amp non inverting akan menghasilkan sinyal output yang sefase dengan sinyal inputnya. 3. Besar penguatan (Av) dapat diatur dengan mengubah nilai resistor input. 4. Rangkaian penjumlahan op-amp memiliki lebih dari satu tegangan input yang dipasangkan ke terminal input inverting. 5. Pada rangkaian penjumlah, masing-masing tegangan input akan mengalami penguatan.



Pada percobaan kedua yaitu penguatan op-amp non inverting. Tegangan input dari generator fungsi akan menggerakan input non inverting. Tegangan input ini akan dikuatkan untuk menghasilkan fasa output yang sama dengan inputnya. Karena penguatan tegangan yang sangat tinggi, tegangan input dari generator fungsi dan tegangan input di terminal non inverting memiliki perbedaan yang sangat kecil. Virtual short digunakan untuk menganalisis rangkaian non inverting. Virtual short ini menggunakan dua bagian dari op-amp ideal yaitu, Rin = ∞ ; kedua arus input = 0 dan AVOL = ∞ ; Vin – V+ = 0. Pada percobaan penguatan op-amp non inverting ini didapatkan 4 nilai penguatan tegangan (Av). Sama seperti percobaan pertama, nilai penguatan tegangan (Av) pada penguatan op-amp non inverting dipengaruhi oleh nilai resistor input (R1). Semakin besar nilai R1, maka menghasilkan nilai penguatan tegangan yang semakin kecil. Meskipun, tegangan input yang diberikan generator berbeda, nilai



Referensi 1. 2. 3.



4.



5.



Malvino, A., & Bates, D. J. (2008). Electronic Principles. McGraw-Hill Education. Tim Penulis. Modul Praktikum Elektronika 1 Rasyid, Abdurrahman. 2019. Op-Amp sebagai Penguat Inverting. Diakses lewat https://www.samrasyid.com/2019/08/op-amp-sebagaipenguat-inverting.html pada 23 November 2020. Rasyid, Abdurrahman. 2019. Op-Amp sebagai Penguat Non Inverting. Diakses lewat https://www.samrasyid.com/2019/08/op-amp-sebagaipenguat-non-inverting.html pada 23 November 2020. Rasyid, Abdurrahman. 2019. Op-Amp sebagai Penguat Adder. Diakses lewat https://www.samrasyid.com/2020/05/op-ampsebagai-penguat-adder.html pada 23 November 2020.



TUGAS PENDAHULUAN 1. Buat persamaan penguatan untuk rangkaian 6.1, 6.2, dan 6.3 Jawab: • Penguatan op-amp inverting Mengikuti golden rules 𝐼1 = 𝐼𝑓 …….. (1) 𝑉𝑖𝑛 −𝑉𝐴



𝑉𝐴 − 𝑉𝑜𝑢𝑡



=



𝑅1



𝑅𝑓



……. (2)



Karena 𝑉 + = 0 𝑑𝑎𝑛 𝑉 − = 𝑉𝐴, 𝑑𝑎𝑛 𝑉 + = 𝑉 − . 𝑀𝑎𝑘𝑎 𝑉𝐴 = 0 𝑉𝑖𝑛 −0 0− 𝑉 = 𝑅 𝑜𝑢𝑡 𝑅 1



𝑉𝑖𝑛



𝑓



=−



𝑅1



𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑅𝑓 𝑅



𝑉𝑜𝑢𝑡 = − (𝑅𝑓 ) 𝑉𝑖𝑛 ……. (3) 1



Maka. penguat tegangan inverting (Av) 𝑅 𝑉 𝐴𝑣 = 𝑉𝑜𝑢𝑡 = − 𝑅𝑓 ……. (4) •



1



𝑖𝑛



Penguatan op-amp non inverting Mengikuti golden rules 𝐼1 = 𝐼𝑓 ……… (1) 𝑉𝐴



𝑉𝑜𝑢𝑡 −𝑉𝐴



=



𝑅1



……… (2)



𝑅𝑓 +



Karena 𝑉 = 𝑉𝑖𝑛 𝑑𝑎𝑛 𝑉 − = 𝑉𝐴, 𝑑𝑎𝑛 𝑉 + = 𝑉 − . 𝑀𝑎𝑘𝑎 𝑉𝑖𝑛 = 𝑉𝐴 𝑉𝑖𝑛 𝑉 −𝑉 = 𝑜𝑢𝑡𝑅 𝑖𝑛 𝑅 1



𝑓



𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑅𝑓



=



𝑉𝑖𝑛 𝑅1



+



𝑉𝑖𝑛 𝑅𝑓



𝑉



𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑅𝑓 ( 𝑅𝑖𝑛 + 1



𝑅



𝑉𝑖𝑛 𝑅𝑓



)



𝑅



𝑉𝑜𝑢𝑡 = (𝑅𝑓 + 𝑅𝑓 ) 𝑉𝑖𝑛 1



𝑓



𝑅𝑓



𝑉𝑜𝑢𝑡 = (𝑅 + 1) 𝑉𝑖𝑛 ……. (3) 1



•



Maka, penguatam tegangan non inverting (Av) 𝑅 𝑉 𝐴𝑣 = 𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑅𝑓 + 1 …… (4) 1



𝑖𝑛



Op-amp sebagai penjumlah 𝐼1 + 𝐼2 = 𝐼𝑓 ….. (1) 𝑉1 −𝑉𝐴 𝑅1



+



𝑉2 −𝑉𝐴 𝑅2 +



=



𝑉𝐴−𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑅𝑓



….. (2)



Karena 𝑉 = 0 𝑑𝑎𝑛 𝑉 − = 𝑉𝐴, 𝑑𝑎𝑛 𝑉 + = 𝑉 − . 𝑀𝑎𝑘𝑎 𝑉𝐴 = 0 𝑉1 −0 𝑉 −0 0−𝑉 + 2𝑅 = 𝑅 𝑜𝑢𝑡 𝑅 1



𝑉1 𝑅1



2



𝑓



𝑉2



+𝑅 =−



𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑅𝑓 𝑉1



2



𝑉



𝑉𝑜𝑢𝑡 = −𝑅𝑓 (𝑅 + 𝑅2 ) 1



𝑅



2



𝑅



𝑉𝑜𝑢𝑡 = − (𝑅𝑓 𝑉1 + 𝑅𝑓 𝑉2 ) ….. (3) 1



2



Karena 𝑅1 = 𝑅2 𝑅 𝑉𝑜𝑢𝑡 = − 𝑅𝑓 (𝑉1 + 𝑉2 ) …… (4) 1



Maka, penguatan tegangan (Av) 𝑅 𝑅 𝑉 𝑉 𝐴𝑉1 = 𝑜𝑢𝑡 = − 𝑅𝑓 𝑑𝑎𝑛 𝐴𝑉2 = 𝑜𝑢𝑡 = − 𝑅𝑓 ….. (5) 𝑉 𝑉 1



𝐴𝑉 =



𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑉𝑖𝑛



𝑉𝑜𝑢𝑡



1



𝑅𝑓



2



2



= 𝑉 +𝑉 = − 𝑅 …… (6) 1



2



1



2. Apa yang dimaksud dengan umpan balik negative? Jawab: Umpan balik negative adalah proses umpan balik Sebagian kecil dari sinyal output Kembali ke input dengan menghubungkan resistor feedback (Rf) ke terminal input inverting. Sehingga menghasilkan sistem loop tertutup. 3. Apa kelebihan dan kekurangan penguat op-amp dibanding dengan rangkaian penguat transistor? Jawab: • Kelebihan: Lebih mudah dibuat karena pada rangkaian op-amp tidak memerlukan perhitungan titik kerja, basis, emitter, kolektor, dll seperti pada rangkaian transistor. Serta dapat menghasilkan penguatan yang sangat besar, impedansi input yang sangat besar, impedansi output yang kecil, dan kemampuan interval frekuensi (bandwidth) sangat besar. •



Kekurangan: Respon op-amp terhadap sinyal input lambat. Misalkan pada op-amp 741 memiliki slew rate 0,5V/µs. Artinya perubahan output op-amp 741 tidak bisa lebih cepat dari 0,5 volt untuk setiap 1 µs.



TUGAS AKHIR 1. Dapatkah kita menghasilkan tegangan output yang melebihi Vcc Op-Amp dari sebuah tegangan input yang cukup kecil? Jelaskan! Jawab: Tidak bisa, karena Vcc merupakan sumber tegangan dan titik saturasi sehingga besar tegangan output (Vout) yang dihasilkan karena peguatan seharusnya tidak melebihi tegangan Vcc. Oleh karena itu, meskipun dengan tegangan input yang kecil dan penguatan yang besar, Vout tidak akan bisa melebihi vcc op-amp yang digunakan. 2. Cocokkah penguatan yang dihitung teori dibandingkan dengan kenyataan percobaan? Jawab: Tidak cocok, ada perbedaan antara hasil perhitungan teori dan hasil simulasi. Hal ini karena ada perbedaan ketelitian pengukuran yang digunakan.



3. Apa saja yang mempengaruhi kecocokan perhitungan penguatan dari teori dengan kenyataan di rangkaian? Jawab: • Besar tegangan input yang diberikan dan besar tegangan output yang dihasilkan. • Jenis op-amp yang digunakan sehingga menggunakan besar tegangan Vcc dan VEE yang sama. • Nilai hambatan resistor input (Rin) dan resistor feedback (Rf).



4. Apa kesimpulan saudara dari percobaan yang dilakukan? Jawab: • Op-amp merupakan komponen elektronika yang dapat menguatkan tegangan atau arus pada suatu rangkaian. • Besar penguatan tegangan (Av) dapat diatur dengan mengubah nilai resistor input pada rangkaian. • Penguatan inverting op-amp akan menghasilkan sinyal output yang memiliki beda fase 180 derajat dengan sinyal inputnya. • Penguatan non inverting op-amp akan menghasilkan sinyal output yang sefase dengan sinyal inputnya. • Rangkaian penjumlahan op-amp memiliki tegangan input lebih dari satu dan besar penguatannya berasal dari masing-masing tegangan input.



SIMULASI Percobaan 1 Simulasi



Hasil Vin



Vout



0,283 V



6,421 V



200 mV R1 = 2,2 kΩ



Sinyal input output



300 mV R1 = 2,2 kΩ



0,424 V Sinyal input output



9,508 V



200 mV R1 = 10 kΩ



0,281 V Sinyal input output



1,407 V



300 mV R1 = 10 kΩ



0,424 V Sinyal input output



2,111 V



Percobaan 2 Hasil Simulasi



Vin



Vout



0,282 V



6,701 V



200 mV R1 = 2,2 kΩ



Sinyal input output



300 mV R1 = 2,2 kΩ



0,424 V Sinyal input output



9,75 V



200 mV R1 = 10 kΩ



0,281 V Sinyal input output



1,698 V



300 mV R1 = 10 kΩ



0,422 V Sinyal input output



2,533 V



Percobaan 3 Simulasi



Hasil V1



V2



Vout



0,888 V



1,5 V



-13,005 V



1,5 V



0,888 V



-13,005 V



1,5 V



1,5 V



-13,005 V



-1,5 V



Simulasi



1,5 V



4,507 mV



Hasil R1



R2



Rf



25 kΩ



50 kΩ



50 kΩ