BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Penguat operasional (operational amplifier) atau yang biasa disebut op-amp merupakan suatu jenis penguat elektronika dengan hambatan (coupling) arus searah yang memiliki bati (faktor penguatan) sangat besar dengan dua masukan dan satu keluaran. Op-amp IC merupakan kemasan solid-state yang mampu mengindera dan memperkuat sinyal masukan baik DC maupun AC. Op-amp IC yang khas terdiri atas tiga rangkaian dasar, yaitu penguat differensial impedansi masukan tinggi, penguat tegangan penguatan tinggi dan penguat keluaran impedansi rendah. Penguat diferensial merupakan suatu penguat yang bekerja dengan memperkuat sinyal yang merupakan selisih dari kedua masukannya.
Contoh penggunaan penguat operasional adalah untuk operasi matematika sederhana seperti penjumlahan dan pengurangan terhadap tegangan listrik hingga dikembangkan kepada penggunaan aplikatif seperti komparator dan osilator dengan distorsi rendah serta pengembangan alat komunikasi. Selain itu, aplikasi pemakaian op-amp juga meliputi bidang elektronika audio, pengatur tegangan DC, tapis aktif, penyearah presisi, pengubah analog digital dan pengubah digital ke analog, pengolah isyarat seperti cuplik tahan, penguat pengunci, kendali otomatik, computer analog, elektronika nuklir, dan lain-lain.
Untuk mengetahu bagaimana karakteristik op-amp secara langsung, maka dalam praktikum kali ini dipelajari op-amp impedansi keluaran.
1.2 Tujuan Praktikum
Adapun tujuan pelaksanaan praktikum kali ini adalah: 1. Mengetahui karakteristik masukan op-amp.
2. Mengetahui karakteristik keluaran op-amp.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Op-Amp (Operational Amplifier)
Operational amplifier atau di singkat Op-Amp merupakan salah satu komponen analog yang popular digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. Aplikasi op-amp popular yang paling sering dibuat antara lain adalah rangkaian inverter, non-inverter, integrator dan differensiator.
Penguat operasional atau dalam bahasa Inggris disebut operational amplifier yang dikenal sebagai Op-Amp merupakan suatu jenis penguat elektronika dengan sambatan (coupling) arus searah yang memiliki faktor penguat sangar besar dengan dua masukan dan satu keluaran. Penguat operasional pada umumnya tersedia dalam bentuk sirkuit terpadu dan yang paling banyak digunakan adalah seri 741. Penguat operasional adalah perangkat yang sangat efisien dan serba guna. Contoh penggunaan penguat operasional adalah untuk operasi matematika sederhana seperti penjumlahan dan pengurangan terhadap tegangan listrik hingga dikembangkan kepada penggunaan aplikatif seperti komparator dan osilator dengan distorsi rendah. (Wikipedia, 2012)
Op-Amp IC adalah kemasan solid-state yang mampu mengindera dan memperkuat sinyal masukan baik DC maupun AC. Op-Amp IC yang khas terdiri atas 3 rangkaian dasar yaitu :
1. Penguat differensial impedansi masukan tinggi. 2. Penguat tegangan penguatan tinggi.
3. Penguat keluaran impedansi rendah.
Amplifier (penguat) adalah komponen yang dapat merubah suatu sinyal dari suatu level tertentu ke suatu sinyal dengan level yang berbeda, dimana sinyal tersebut bisa berupa sinyal tegangan atau sinyal arus.
Operational 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 operational amplifier Amp). Pada dasarnya operational 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 :
Gambar 1. Simbol Operasional Amplifier (Op-Amp)
memegang peranan penting. Secara umum, umpan balik positif akan menghasilkan osilasi sedangkan umpan balik negatif menghasilkan penguatan yang dapat terukur. (Elektronika, 2008)
Pengembangan rangkaian terpadu IC (Integrated Circuit) luar telah ada sejak tahun 1960, pertama telah dikembangkan pada chip silikon tunggal. Rangkaian terpadu itu merupakan susunan antara transistor, dioda sebagai penguat beda dan pasangan Darlington.
Konfigurasi Op-Amp (Operasional Amplifiers) : 1. Inverting
2. Non-Inverting 3. Integrator 4. Differensiator
Gambar 2. Simbol Penguat Operasional pada Gambar Sirkuit Listrik
Simbol penguat operasional pada rangkaian seperti pada gambar di atas, dimana:
1. : Masukan non-pembalik
2. : Masukan pembalik
3. : Keluaran
4. : Catu daya positif
5. : Catu daya negatif
Ada dua aturan penting dalam melakukan analisa rangkaian Op-Amp
Inilah dua aturan penting op-amp ideal yang digunakan untuk menganalisa rangkaian Op-Amp. (edutelekomunikasi.wordpress.com)
Fungsi dari Op-Amp adalah sebagai pengindra dan penguat sinyal masukan baik DC maupun AC juga sebagai penguat diferensiasi impedansi masukan tinggi, penguat tegangan penguatan tinggi dan penguat keluaran impedansi rendah. Op-Amp banyak dimanfaatkan dalam peralatan-peralatan elektronik sebagai penguat, sensor dan masih banyak lagi.
2.2 Karakteristik Op-Amp (Operational Amplifier)
Sebagai penguat operasional ideal, operasional amplifier (Op-Amp) memiliki karakteristik sebagai berikut:
1. Impedansi input (Zi) besar = ∞ 2. Impedansi output (Z0) kecil = 0 3. Penguatan tegangan (Av) tinggi = ∞ 4. Band width respon frekuensi lebar = ∞
5. V0 = 0 apabila V1 = V2 dan tidak tergantung pada besarnya V1
6. Karakteristik operasional amplier (Op-Amp) tidak bergantung pada temperatur atau suhu. (elektonika-dasar.com)
Gambar 3. Penguat Diferensial
Pada rangkaian di atas, dapat diketahui tegangan output (Vout) adalah Vout = A(V1-V2) dengan A adalah penguatan dari penguat diferensial ini. Titik
input V1 dikatakan sebagai input non-iverting, sebab tegangan Vout satu phase
dengan V1. Sedangkan sebaliknya titik V2 dikatakan input inverting sebab
berlawanan phasa dengan tengangan Vout. (Elektronika, 2008)
Penguat operasional dalam bentuk rangkaian terpadu memiliki karakteristik yang mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat di dalamnya. Karakteristik penguat operasional ideal adalah:
1. Bati tegangan tidak terbatas. 2. Impedansi masukan tidak terbatas. 3. Impedansi keluaran nol.
4. Lebar pita tidak terbatas.
5. Tegangan ofset nol (keluaran akan nol jika masukan nol).
2.3 Jenis-jenis Op-Amp (Operational Amplifier) 1. Model 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
Gambar 4. Model Loop Terbuka
2. Model Loop Tertutup
Pada mode loop tertutup besarnya penguatan tegangan (Av) adalah besar tetapi tidak mecapai nilai maksimalnya dan dapat dituliskan sebagai berikut.
Gambar 5. Model Loop Tertutup
3. Model 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 sebagai berikut :
Gambar 6. Model Penguat Pengendali
4. Model Penguatan 1
Mode operasi penguatan 1 pada operational 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.
Gambar 7. Model Penguatan 1
2.4 Prinsip Kerja Op-Amp (Operational Amplifier)
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.
Rangkaian dasar operational amplifier (Op-Amp) dibuat dari bipolar transistor (BJT) seperti terlihat pada gambar berikut:
Pada penguat diferensial di atas 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).
(elektronika-dasar.com)
2.5 Aplikasi Op-Amp (Operational Amplifier) 1. Komparator (rangkaian pembanding)
Merupakan salah satu aplikasi yang memanfaatkan penguatan terbuka (open-loop gain) penguat operasional yang sangat besar. Ada jenis penguat operasional khusus yang memang difungsikan semata-mata untuk penggunaan ini dan agak berbeda dari penguat operasional lainnya dan umum disebut juga dengan komparator .
Gambar 9. Komparator
Komparator membandingkan dua tegangan listrik dan mengubah keluarannya untuk menunjukkan tegangan mana yang lebih tinggi. Dimana Vs adalah tegangan catu daya dan penguat operasional beroperasi di antara + Vs dan − Vs.
2. Penguat Pembalik (inverting amplifier)
keluaran kembali ke masukan, karena keluaran takse fase sebesar 180°, maka nilai keluaran tersebut secara efektif mengurangi besar masukan. Ini mengurangi bati keseluruhan dari penguat dan disebut dengan umpan balik negatif, karena adalah virtual ground. Sebuah resistor dengan nilai, ditempatkan di antara masukan non-pembalik dan bumi. Walaupun tidak dibutuhkan, hal ini mengurangi galat karena arus bias masukan. Penguatan dari penguat ditentukan dari rasio antara Rf dan Rin, yaitu: tanda negatif menunjukkan bahwa keluaran adalah pembalikan dari masukan. Contohnya jika Rf adalah 10.000 Ω dan Rin adalah 1.000 Ω, maka nilai bati adalah -10.000Ω / 1.000Ω, yaitu -10.
Gambar 10. Penguat Pembalik 3. Penguat Tak Pembalik (non inverting amplifier )
Penguat non inverting amplifier merupakan kebalikan dari penguat inverting, dimana input dimasukkan pada input non inverting sehingga polaritas output akan sama dengan polaritas input tapi memiliki penguatan yang tergantung dari besarnya Rfeedback dan Rinput. Dengan demikian, penguat non-pembalik
memiliki penguatan minimum bernilai 1. Karena tegangan sinyal masukan terhubung langsung dengan masukan pada penguat operasional maka impedansi masukan bernilai .
Gambar 11. Penguat Non Pembalik 4. Penguat Differensiator
Gambar 12. Penguat Differensiator 5. Rangkaian Penguat Penjumlah (summing amplifier)
Penguat penjumlah menjumlahkan beberapa tegangan masukan. Saat Rf saling bebas maka keluaran adalah terbalik. Impedansi masukan dari masukan ke-n adalah dimana virtual ground.
Gambar 13. Penguat Jumlah 6. Penguat Integrator
Penguat ini mengintegrasikan tegangan masukan terhadap waktu. Sebuah integrator dapat juga dipandang sebagai tapis pelewat-tinggi dan dapat digunakan untuk rangkaian tapis aktif.
Gambar 14. Integrator 7. Differensiator
sebagai tapis pelewat-rendah dan dapat digunakan sebagai tapis aktif. (Restya Novitarini, 2012)
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. Operasional Amplifier (Op-Amp). Sumber: http://elektronika-dasar.com /teori-elektronika/operasional-amplifier-op-amp/ (Diakses pada Selasa, 25 November 2014 pukul 22.07 WIB).
Anonim. 2012. Penguat Operasional Lanjutan – Episode 3(End). Sumber: http:// edutelekomunikasi.wordpress.com/tag/pengertian-op-amp/ (Diakses pada Selasa, 25 November 2014 pukul 22.12 WIB).
Anwar. 2011. Definisi Op-Amp (Operational Amplifier). Sumber: http://anwar151 .blogdetik.com/2011/01/21/definisi-op-amp-operasional-amplifiers/ (Diakses Selasa, 25 November 2014 pukul 22.37 WIB).
Elektronika. 2008. Op-Amp (Operational Amplifier). Sumber: http://elektrokita. blogspot.com/2008/10/op-amp-operational-amplifier.html (Diakses pada Selasa, Selasa, 25 November 2014 pukul 22.05 WIB).
Novitarini, Resty. 2012. Tugas Op-Amp. Sumber: http://blog.ub.ac.id/restyanovita rini/2012/09/22/tugas-op-amp/ (Diakses pada Selasa, Selasa, 25 November 2014 pukul 22.36 WIB).
Sanpradipto. 2010. Dasar dan Karakteristik Op-Amp. Sumber: http://jaluntoro22. wordpress.com/2010/05/16/dasar-dan-karakteristik-op-amp/ (Diakses pada Selasa, 25 November 2014 pukul 22.01 WIB).
BAB III METODOLOGI
3.1 Alat dan Bahan 3.1.1 Alat
Adapun alat yang digunakan dalam praktikum kali ini adalah, 1. Signal generator
2. Osiloskop 3. Power supply 4. Multimeter 3.1.2 Bahan
Adapun bahan yang digunakan dalam paraktikum kali ini adalah, 1. IC 741
2. Resistor
3. Tegangan offset keluaran : Rin = 10 kΩ, Rf = 100 kΩ, Potensio Wire
Wound Rp = 50 kΩ, saklar SPDT (S1)
3.2 Prosedur Praktikum
1. Menyiapkan catu daya simetris + 15 V dan – 15 V.
2. Merakit rangkai seperti gambar 5 pada modul, jangan dihubungkan terlebih dahulu ke catu daya dan saklar masih dalam keadaan terbuka. 3. Memasang multimeter DC pada kisaran rendah.
4. Menyalakan catu daya.
5. Mencatat nilai tegangan yang dihasilkan.
6. Menutup saklar S1 dan mengatur Rp sampai Vout minimum. ( Ini
merupakan cara penyelesaian offset nol dengan menggunakan hubungan internal op-amp)
BAB IV
HASIL PERCOBAAN
4.1 Hasil
Tabel 1. Data Hasil Percobaan Shift 4
f (Hz) Vin (V) Voutput maks (V) 1/2 Vin (V) Rp = Zin (kΩ)
100 0.11 0.02 0.055 1.36
1k 0.13 0.04 0.065 1.36
100k 0.14 0.05 0.07 1.36
4.2 Pembahasan
Pada praktikum elektronika industri kali ini adalah mengenai OP-AMP pada impedansi masukan. Penguat operasional atau yang biasa disebut op-amp, merupakan salah satu komponen analog yang sering digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. Fungsi OP-AMP adalah sebagai pengindera dan penguat sinyal masukan baik DC maupun AC juga sebagai penguat diferensiasi impedansi masukan tinggi, penguat keluaran impedansi rendah.
Salah satu dari tiga rangkaian dasar OP AMP yaitu penguat diferensial impedansi masukan tinggi dan salah satu karakteristik ideal dari OP AMP ini adalah impedansi masukan amat tinggi, sehingga arus masukan praktis diabaikan (Ri = 0). Semakin besar impedansi masukan semakin baik OP AMP.
Jika dilihat dari hasil praktikum, baik pada frekuensi 100 Hz, 1 kHz dan 100 kHz, nilai tegangan output maksimum dan tegangan inputnya bernilai sangat berdekatan yaitu 0.11 V, 0.13 V dan 0.14 V. Begitu pula untuk nilai tegangan output maksimum 002 V, 0.04 V, 0.05 V. Jika dilihat berdasarkan nilai impedansi masukannya, pada setiap frekuensi juga kita dapat melihat bahwa nilai impedansi masukannya adalah 1.36 kΩ pada setiap frekuensi.
Menurut literatur, hubungan antara frekuensi dan impedansi adalah bahwa frekuensi berbanding lurus dengan impedansi, semakin besar frekuensi maka impedansi yang dihasilkan juga semakin besar.
impedansi keluaran yang lebih kecil. Dalam kondisi praktis harga impedansi keluaran Op Amp adalah antara beberapa ohm hingga ratusan ohm pada kondisi tanpa umpan balik. Dengan diterapkannya umpan balik, maka harga hambatan keluaran akan menurun hingga mendekati kondisi ideal. Karena pada media penghantar, meskipun hanya udara pasti mempunyai hambatan. Hal itu membuat nilai impedansi tidak mungkin nol.
Keuntungan dari penggunaan Op Amp adalah karena komponen ini memiliki penguatan (A) yang sangat besar, Impedansi input yang besar, (Zin) dan Impedansi Output yang kecil (Zout). Selain dari itu, kemampuan interval frekuensi dari komponen ini sangat lebar. Penggunaan dari Op-amp meliputi: amplifier atau penguat biasa (non-Inverting Amplifier), Inverting Amplifier, komputer analog (operasi jumlah, kurang, integrasi, dan diferensiasi), dll.
Dalam percobaan ini juga memanfaatkan fungsi dari potensiometer, yakni apabila potensiometer hanya dua terminal yang digunakan (salah satu terminal tetap dan terminal geser), potensiometer berperan sebagai resistor variabel atau Rheostat. Fungsi potensiometer sebagai resistor variabel dalam rangkaian ini adalah untuk mengatur tegangan keluaran yang diingikan.
Impedansi masukan (input resistance) RI dari opamp adalah besar hambatan diantara kedua masukan op-amp. Secara ideal hambatan masukan op-amp adalah tak berhingga.
Impedansi keluaran (output resistance) RO dari op-amp adalah besarnya hambatan dalam yang timbul pada saat op-amp bekerja sebagai pembangkit sinyal. Secara ideal harga hambatan keluaran RO op-amp adalah =0. Apabila hal ini tercapai, maka seluruh tegangan keluaran op-amp akan timbul pada beban keluaran (RL), sehingga dalam suatu penguat, hambatan keluaran yang kecil sangat diharapkan.
105. Penguatan yang sebesar ini membuat op-amp menjadi tidak stabil, dan
penguatannya menjadi tidak terukur. 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.
Tanda negatif menandakan bahwa tegangan keluaran VO berbeda fasa dengan
tegangan masukan Vid. Konsep tentang penguatan tegangan tak berhingga tersebut
sukar untuk divisualisasikan dan tidak mungkin untuk diwujudkan. Suatu hal yang perlu untuk dimengerti adalah bahwa tegangan keluaran VO jauh lebih besar
daripada tegangan masukan Vid. Dalam kondisi praktis, harga AVOL adalah antara
5000 (sekitar 74 dB) hingga 100000 (sekitar 100 dB). Tetapi dalam penerapannya tegangan keluaran VO tidak lebih dari tegangan catu yang diberikan pada Op
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang dapat diambil dari praktikum kali ini adalah,
1. Catu daya adalah suatu sistem filter penyearah (rectifier-filter) yang mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC murni.
2. Dalam praktisnya sangat sulit untuk mendapatkan suatu op-amp yang ideal. 3. IC 714 termasuk jenis op-amp yang sering digunakan dan banyak dijumpai
dipasaran.
4. Aplikasi op-amp popular yang paling sering dibuat antara lain adalah rangkaian inverter, non-inverter, integrator dan differensiator.
5. Op-amp ideal memiliki open loop gain (penguatan loop terbuka) yang tak terhingga besarnya.
6. Besarnya impedansi masukkan tidak dipengaruhi oleh frekuensi.
5.2 Saran
Adapun saran yang dapat diberikan untuk praktikum ini yaitu,
1. Sebaiknya modul dibagikan sehari sebelum pelaksanaan praktikum agar materi yang akan dilakukan praktikkan dapat memahami sebelumnya.
2. Sebaiknya penggunaan osiloskop lebih diperhatikan lagi, dikarenakan alat yang terbatas.
3. Sebelum melaksanakan praktikum, praktikkan diharapkan sudah mahir untuk menentukan bentuk rangkaian yang dibutuhkan.
LAMPIRAN
Gambar 1. IC 714 (Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014)
Gambar 2. Potensio Meter (Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014)
Gambar 4. Rangkaian OP-AMP (Sumber: Dokumentasi Pribadi, 2014)
