Chapter 14.3 Op-Amp Basics

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

SUB CHAPTER 14.3

OP AMP BASICS

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Percobaan

5. Download

1. Tujuan [Kembali]

1. Dapat memahami materi op-amp basics.
2. Dapat memahami rangkaian op-amp basics.
3. Dapat mensimulasikan rangkaian op-amp basics.

2. Alat dan Bahan [Kembali]

ALAT

• Osiloskop

Osiloskop adalah komponen elektronika yang mempunyai kemampuan menyimpan electron-elektron selama waktu yang tidak tertentu. Osiloskop dilengkapi dengan tabung sinar katode. Peranti pemancar elektron memproyeksikan sorotan elektron ke layar tabung sinar katode.


Spesifikasi:





Pinout:



Keterangan:










• Multimeter

Merupakan alat untuk mengukur tegangan dan arus pada suatu circuit. Dalam menggunakannya kita memparalelkan voltmeter dengan rangkaian yang ingin diukur besar tegangannya. Jika tegangan berupa tegangan DC maka pengalinya di set pada bagian DC, dan jika AC maka diset pada bagian AC. Hasil pada layar akan dikali dengan pengalinya terlebih dahulu, maka akan muncul nilai tegangan pada rangkaian 

Spesifikasi:

Pinout

 

 

Generator Daya 

1) Signal Generator 

Signal generator berfungsi untuk memberikan input berupa tegangan AC pada rangkaian. 

 

Spesifikasi: 

 

2) Power Suply

Berfungsi sebagai sumber daya bagi sensor ataupun rangkaian.

 

Spesifikasi: 

Input voltage: 5V-12V

Output voltage: 5V

Output Current: MAX 3A

Output power: 15W

conversion efficiency: 96%

BAHAN

1. Resistor

Resistor adalah komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika (V = IR). 

Jenis Resistor yang digunakan disini adalah Fixed Resistor, dimana merupakan resistor dengan nilai tetap terdiri dari film tipis karbon yang diendapkan subtrat isolator kemudian dipotong berbentuk spiral. Keuntungan jenis fixed resistor ini dapat menghasilkan resistor dengan toleransi yang lebih rendah.

Cara menghitung nilai resistor:

            Tabel warna:

Contoh :

Gelang ke 1 : Coklat = 1

Gelang ke 2 : Hitam = 0

Gelang ke 3 : Hijau   = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105

Gelang ke 4 : Perak  = Toleransi 10%

Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.

Spesifikasi:

            2.  Op Amp - LM741

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.

Konfigurasi PIN LM741:

 

            Spesifikasi:

         3. Kapasitor

        Kapasitor adalah komponen elektronika yang mempunyai kemampuan menyimpan electron-                   elektron selama waktu yang tidak tertentu. Kapasitor mempunyai satuan Farad dari nama Michael         Faraday. 

Cara menentukan:

Nilai kapasitor (104J) : 10 * 10^4 pF = 10^5 pF = 100nF; toleransi 5% = ± 95nF sampai 105nF

Kapasitor adalah komponen elektronika pasif yang dapat menyimpan muatan listrik dalam waktu sementara.

Cara menghitung nilai kapasitor :

1. Masukan 2 angka pertama langsung untuk nilai kapasitor.

2. Angka ke-3 berfungsi sebagai perpangkatan (10^n) nilai kapasitor.

3. Satuan kapasitor dalam piko farad.

4. Huruf terakhir menyatakan nilai toleransi dari kapasitor.

Daftar nilai toleransi kapasitor :

B = 0.10pF

C = 0.25pF

D = 0.5pF

E = 0.5%

F = 1%

G = 2%

H = 3%

J = 5%

K = 10%

M = 20%

Z = + 80% dan -20% 

Pinout:

 

 

 

Spesifikasi:

        

3. Dasar Teori [Kembali]

1. 

   14.10 Basic Op amp

    

   
   Penguat operasional adalah penguat yang sangat tinggi yang memiliki impedansi masukan sangat tinggi (biasanya beberapa megohms) dan impedansi keluaran rendah (kurang dari 100Ω). Rangkaian dasar dibuat menggunakan penguat berbeda yang memiliki dua input (positif dan negatif) dan setidaknya satu output. Seperti dibahas sebelumnya, input positif (+) menghasilkan output fase yang sama dengan sinyal yang diterapkan, sedangkan input ke input negatif (-) menghasilkan polaritas output yang berlawanan. Tegangan output ditampilkan sebagai penguatan gain dikalikan dengan sinyal input yang diambil melalui impedansi output, R_o, yang biasanya sangat rendah. Rangkaian op-amp yang ideal akan memiliki nilai impedansi input tak hingga, nilai impedansi keluaran nol, dan nilai penguat tegangan tak hingga.
   

   

            (a) Praktis                                            (b) Ideal 

   
   

2. Op-Amp Dasar
   Rangkaian yang ditunjukkan menggunakan operasi sebagai constant-gain multiplier. Sinyal input, V₁, diterapkan melalui resistor R₁ ke input negatif. Output kemudian dihubungkan kembali ke input negatif yang sama melalui resistor R_f. Input positif terhubung ke ground. Karena sinyal V₁ diaplikasikan pada input negatif, output yang dihasilkan berlawanan secara bertahap dengan sinyal input.
   

   

   14.12

   
   
   
3. Gambar 14.13a menunjukkan op-amp diganti dengan rangkaian ekivalen AC-nya. Jika kita menggunakan rangkaian ekivalen op-amp yang ideal, maka rangkaian ekivalen AC tersebut ditunjukkan pada Gambar 14.13b. Rangkaian kemudian digambar ulang, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14.13c.
4. 
   
5. 
   

   

   14.13

   
   Dengan menggunakan superposisi, kita dapat menyelesaikan V1 dalam hal komponen yang disebabkan oleh masing-masing sumber. Sumber hanya V₁(-A_vV_i diatur ke nol).
   

   

   
   Sumber hanya -A_vV_i (V₁ diatur ke nol).
   

   

   
   Maka total V_i adalah
   

   

   
   Yang dapat diselesaikan untuk V_i menjadi
   

   

   
   Jika A_v >> 1 dan A_vR₁ >> R_f, maka
6. 
   

   

   
   
   

   Dengan menyelesaikan V_o/V_i, kita dapatkan
   

   

   
   Jadi,
   

   

   
   Hasil, pada persamaan. (14.8), menunjukkan bahwa perbandingan output keseluruhan dengan tegangan input hanya bergantung pada nilai resistor R₁ dan R_f — membuktikan bahwa A_v sangat besar.
   
   Unity Gain
   
   Jika R_f = R₁, penguatannya adalah
   

   

   
   Jika R_f persis sama dengan R₁, maka penguatan tegangannya sama dengan 1.
   
   Constant Magnitude Gain (Penguatan Magnitudo Konstan)
   
   Jika Rf adalah kelipatan dari R₁, penguatan amplifier keseluruhan bernilai konstan. Misalnya, jika R_f = 10R₁, maka
   

   

   
   dan rangkaian memberikan penguatan tegangan bernilai 10 dengan inversi fase 180° dari sinyal input. Jika kita memilih nilai resistor yang tepat untuk R_f dan R₁, kita dapat memperoleh berbagai macam penguatan, penguatannya menjadi seakurat resistor yang digunakan dan hanya sedikit dipengaruhi oleh suhu dan faktor rangkaian lainnya.
   
   Virtual Ground
   
   Tegangan keluaran dibatasi oleh tegangan suplai, biasanya, beberapa volt. Seperti yang dinyatakan sebelumnya, penguatan tegangan sangat tinggi. Jika misalnya, V_o = -10 V dan A_v = 20.000, maka tegangan input akan menjadi
   

   

   
   Konsep virtual short menyiratkan bahwa meskipun tegangan hampir 0 V, tidak ada arus melalui input penguat ke ground. Gambar 14.14 menggambarkan konsep ground virtual. Garis tebal digunakan untuk menunjukkan bahwa kita dapat mempertimbangkan bahwa ada hubung singkat dengan V_i ≈ 0 V, tetapi karena ini adalah hubung singkat virtual, sehingga tidak ada arus melewati hubung singkat ke tanah. Arus hanya melalui resistor R₁ dan R_f seperti yang ditunjukkan pada gambar.
   

   

   14.14 

   
   Dengan menggunakan konsep virtual ground, kita dapat menulis persamaan untuk I saat ini sebagai berikut:
   

   

   
   Yang dapat diselesaikan untuk V_o/V₁:
   

   

   
   Konsep virtual ground, yang tergantung pada A_v yang sangat besar, memungkinkan solusi sederhana untuk menentukan penguatan tegangan keseluruhan. Meskipun rangkaian Gambar 14.14 secara fisik tidak benar, hal ini memungkinkan cara yang mudah untuk menentukan kenaikan tegangan keseluruhan
7. 
   
8. 1. Resistor

Resistor adalah komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika (V = IR). 

Jenis Resistor yang digunakan disini adalah Fixed Resistor, dimana merupakan resistor dengan nilai tetap terdiri dari film tipis karbon yang diendapkan subtrat isolator kemudian dipotong berbentuk spiral. Keuntungan jenis fixed resistor ini dapat menghasilkan resistor dengan toleransi yang lebih rendah.

Cara menghitung nilai resistor:

            Tabel warna:

Contoh :

Gelang ke 1 : Coklat = 1

Gelang ke 2 : Hitam = 0

Gelang ke 3 : Hijau   = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105

Gelang ke 4 : Perak  = Toleransi 10%

Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.

          2. Op Amp - LM741

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.

Konfigurasi PIN LM741 

          

            3. Kapasitor

        Kapasitor adalah komponen elektronika yang mempunyai kemampuan menyimpan electron-                  elektron selama waktu yang tidak tertentu. Kapasitor mempunyai satuan Farad dari nama Michael            Faraday. 

Nilai kapasitor (104J) : 10 * 10^4 pF = 10^5 pF = 100nF; toleransi 5% = ± 95nF sampai 105nF

Kapasitor adalah komponen elektronika pasif yang dapat menyimpan muatan listrik dalam waktu sementara.

Cara menghitung nilai kapasitor :

1. Masukan 2 angka pertama langsung untuk nilai kapasitor.

2. Angka ke-3 berfungsi sebagai perpangkatan (10^n) nilai kapasitor.

3. Satuan kapasitor dalam piko farad.

4. Huruf terakhir menyatakan nilai toleransi dari kapasitor.

Daftar nilai toleransi kapasitor :
B = 0.10pF
C = 0.25pF
D = 0.5pF
E = 0.5%
F = 1%
G = 2%
H = 3%
J = 5%
K = 10%
M = 20%

Z = + 80% dan -20%

Pinout:

 

    Kumpulan Soal 

 

    Example :

    1. Jika rangkaian Gambar 14.15 memiliki R1 = 100 kOhm dan Rf = 500 kOhm, berapakah hasil                 tegangan keluaran untuk masukan V1 = 2 V?

    2. Hitung tegangan keluaran penguat noninverting (seperti pada Gambar 14.16) untuk nilai V1 = 2 V,         Rf = 500 kOhm, dan R1 = 100 kOhm

     Problem:

    1. Hitung CMRR (dalam dB) untuk pengukuran rangkaian dari vd=1mV,Vo=120mv dan Vc=1mV             Vo=20 niuV.

     2.Tentukan tegangan keluaran sebuah op-amp untuk tegangan masukan  Vi1 =200 niuV dan Vi2 =             140 niuV.Penguat memiliki gain diferensial sebesar Ad 4000 dan th  nilai CMRR adlah:

         (a) 200. 

         (b) 10 pangkat 5

     Soal Pilihan Ganda:

    1. Hitung CMMR (dalam dB) untuk pengukuran rangkaian dari vd=2mV,Vo=16v dan Vc=2mV                 Vo=24 mV.

        jawab;

        a.56,48

        b.666,7

        c.12

        d.8000

        e.20

        jawabnnya ; A

    2. Tentukan tegangan keluaran op-amp untuk tegangan masukan Vi= 300niu V.  Vi2= 280niuV.                     Penguat memiliki gain diferensial sebesar Ad 8000 dan th  nilai CMRR adlah 100

        a. 26,564

        b.20

        c.290

        d.26

        e.29,564

        jawaban: a

4. Percobaan [Kembali]

1. 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.

1. Rangkaian simulasi

14.10 Basic Op Amp

Prinsip Kerja:

Pada Diferensial Op Amp di mana Amplitudo 10 dan frekuensi 100 hz pada kaki non inverting, dan pada kaki inverting amplitudo 5 dan frekuensi 100 hz. Lalu untuk mencari tegangan keluaran menggunakan rumus Vout = Aol (V1-V2). Di mana Voutnya mendekati +vsat.

14.12 

Prinsip Kerja:

Rangkaian yang ditunjukkan menggunakan operasi sebagai constant-gain multiplier. Sinyal input, V₁, diterapkan melalui resistor R₁ ke input negatif. Output kemudian dihubungkan kembali ke input negatif yang sama melalui resistor R_f. Input positif terhubung ke ground. Karena sinyal V₁ diaplikasikan pada input negatif, output yang dihasilkan berlawanan secara bertahap dengan sinyal input.

14.13 (a)

Prinsip Kerja :

Pertama V input akan diumpankan menuju resistor ke kaki inverting. Selanjutnya akan dihitung dengan menggunakan rumus

Nilai Vin nya sebesar 2 Volt, sehingga nilai Vout yang didapatkan sebesar -10 Volt

14.13 (b)

14.13 (c)

Prinsip Kerja gambar b dan c : 

Dengan menggunakan superposisi, kita dapat menyelesaikan V1 dalam hal komponen yang disebabkan oleh masing-masing sumber. Sumber hanya V₁(-A_vV_i diatur ke nol). Jika A_v >> 1 dan A_vR₁ >> R_f, maka

Jadi 

Hasil pada persamaan  menunjukkan bahwa perbandingan output keseluruhan dengan tegangan input hanya bergantung pada nilai resistor R₁ dan R_f — membuktikan bahwa A_v sangat besar.

               14.13 (d)

Dengan menggunakan konsep virtual ground, kita dapat menulis persamaan untuk I saat ini sebagai berikut:

Yang dapat diselesaikan untuk V_o/V₁:

2. Video

  14.10

 14.12

 

  14.13(a)

 

14.13(b)

         14.13(c)

  

14.13(d)

5. Download [Kembali]  

 

 -Download HTML di sini

 -Download Rangkaian a di sini

 -Download Rangkaian b di sini

 -Download Rangkaian c di sini

 -Download Rangkaian d di sini

- Download Rangkaian 14.10 di sini

- Download Rangkaian 14.12 di sini

- Download video 14.a di sini

- Download video 14.b di sini

- Download video 14.c di sini

- Download video 14.d di sini

- Download video 14.12 di sini

- Download Datasheet Resistor di sini 

- Download Datasheet OP- Amp 741 di sini

- Download Datasheet Kapasitor di sini

- Download Datasheet Osiloskop di sini

- Download Datasheet Signal Generator di sini

- Download Datasheet Multimeter di sini