OP-AMP
Nurhidayah Rusman1) dan Andi Rita Muarijah2)
1) Praktikan Praktikum Listrik dan Elektrifikasi Pertanian Program Studi Teknik Pertanian Universitas Hasanuddin
2) Asisten Praktikum Listrik dan Elektrifikasi Pertanian Program Studi Teknik Pertanian Universitas Hasanuddin
ABSTRAK
Operasional Amplifier atau disingkat op-amp termasuk salah satu komponen paling serbaguna dan penting dalam dunia elektronika. Op-Amp (Operasional Amplifier) umumnya terdiri dari beberapa transistor, resistor dan kapasitor yang diatur sedemikian rupa sehingga memiliki karakteristik tertentu. Tujuan dari praktikum Op-Amp untuk mengetahui fungsi dan perbedaan antara inverting, non-inverting, differential dan buffer serta mampu mengetahui bagaimana cara membuat sebuah rangkaian inverting, non-inverting, differential dan buffer. Metode yang digunakan dalam praktikum Op-Amp membuat rangkaian inverting, non-inverting, differential dan buffer melalui software proteus maupun pada PCB (Printed Circuit Board). Hasil dari praktikum ini, rangkaian inverting menghasilkan output negatif (-5 volt) dan input (-2 volt) karena penguatannya berlawanan dengan fase input. Rangkaian non-inverting menghasilkan output positif (8 volt) karena penguatannya searah dengan input. Rangkaian differential menghasilkan output -3volt yang bisa positif atau negatif tergantung perbedaan antara kedua inputnya. Sedangkan, rangkaian buffer menghasilkan output yang sama dengan inputnya (1 volt), tanpa adanya penguatan yang signifikan. Kesimpulan dari praktikum ini rangkaian inverting menghasilkan output negatif yang berlawanan dengan fase input, sementara non-inverting menghasilkan penguatan positif, differential bergantung pada perbedaan input, dan buffer menghasilkan output sama dengan input, proses pembuatannya meliputi desain layout jalur rangkaian, transformasi ke PCB, melarutkan tembaga, pemasangan komponen dan penyolderan.
Kata Kunci: Buffer, Differential, Inverting, Non-Inverting PENDAHULUAN Latar Belakang
Op-Amp (Operational amplifier) elektronik yang sangat banyak digunakan dalam berbagai aplikasi elektronik,termasuk salah satu komponen paling serbaguna dan penting dalam dunia elektronika. Dirancang untuk melakukan operasi matematika dasar seperti penjumlahan, pengurangan, perkalian, pembagian, diferensiasi dan integrasi. Op-Amp (Operasional Amplifier) telah menjadi tulang punggung dalam desain sirkuit analog yang modern. Op-Amp (Operasional Amplifier) umumnya terdiri dari beberapa transistor, beberapa resistor dan beberapa kapasitor yang diatur sedemikian rupa sehingga memiliki karakteristik tertentu sehingga menjadi sebuah rangkaian.
Sinyal input diubah oleh Op-Amp (Operasional Amplifier) menjadi sinyal output yang diperkuat atau dimodifikasi sesuai dengan fungsi sirkuit yang diinginkan. Dengan karakteristik seperti impedansi input tinggi, gain yang besar, dan impedansi output rendah, Op-Amp (Operasional Amplifier) dapat digunakan dalam berbagai aplikasi, mulai dari penguat sederhana hingga filter yang kompleks dan osilator. Op-Amp
(Operasional Amplifier) hadir dalam berbagai konfigurasi, seperti inverting, non-inverting, comparator, integrator, diferensiator, dan banyak lagi. Karena sifatnya yang serbaguna, Op-Amp (Operasional Amplifier) telah menjadi bagian integral dari perangkat elektronik modern, digunakan dalam perangkat audio, berbagai perangkat medis, computer dan pengukuran.
Op-Amp (Operasional Amplifier) memiliki peran yang relevan dalam aplikasi pertanian, salah satu aplikasi yang mungkin adalah penggunaan Op-Amp (Operasional Amplifier) dalam sensor dan pengontrol suhu untuk lingkungan tumbuhan. Op-Amp (Operasional Amplifier) dapat digunakan dalam rangkaian pengatur suhu untuk memantau suhu udara, tanah atau air dan mengontrol pemanas atau pendingin sesuai kebutuhan tanaman. Selain itu, Op-Amp (Operasional Amplifier) juga dapat digunakan dalam sistem pengendalian pH untuk air irigasi atau larutan nutrisi. Rangkaian Op-Amp (Operasional Amplifier) dapat membantu memantau dan menjaga pH dalam rentang yang diinginkan untuk mendukung dari pertumbuhan tanaman yang optimal. Op-Amp (Operasional Amplifier) juga dapat digunakan dalam pengukuran dan pengontrol kelembaban pada tanah. Rangkaian sensor kelembaban tanah dapat terhubung ke Op-Amp (Operasional Amplifier) untuk menghasilkan sinyal yang dapat diukur untuk menentukan tingkat kelembaban sebuah tanah yang mana kemudian dapat digunakan untuk mengatur sebuah frekuensi irigasi.
Berdasarkan uraian diatas, maka perlu dilakukan praktikum Op-Amp untuk mengetahui apa saja perbedaan dan fungsi antara inverting, non-inverting, differential dan buffer. Memberikan pemahaman bagaimana sebuah komponen tersebut dapat berinteraksi dalam rangkaian tersebut serta memahami cara menghubungkan komponen-komponen elektronika tersebut sehingga membentuk rangkaian Op-Amp.
Tujuan dan Kegunaan Praktikum
Tujuan dari praktikum Op-Amp yaitu untuk mengetahui fungsi dan perbedaan antara inverting, non-inverting, differential dan buffer serta mampu mengetahui bagaimana cara membuat rangkaian inverting, non-inverting, differential dan buffer.
Kegunaan dari praktikum Op-Amp yaitu agar dapat mengaplikasikan dan merangkai listrik Op-Amp dalam kehidupan sehari hari baik di industri rumah tangga maupun di industri pertanian yang digunakan untuk pengembangan teknologi listrik.
TINJAUAN PUSTAKA Op – Amp (Operasional Amplifier)
Op-Amp (Operational Amplifier), adalah komponen elektronika yang berperan sebagai penguat sinyal dengan tingkat penguatan yang tinggi. Op-Amp (Operational Amplifier) memiliki dua input dan satu output, serta dapat diimplementasikan dalam berbagai aplikasi elektronika analog. Biasanya, Op-Amp (Operational Amplifier) dikemas dalam bentuk IC (Integrated Circuit), yang memudahkan penggunaan dalam berbagai rangkaian.
Salah satu konfigurasi sederhana yang menggunakan Op-Amp (Operational Amplifier) adalah sebagai komparator, yang digunakan untuk membandingkan dua sinyal input dan menghasilkan sinyal output berdasarkan perbandingan tersebut. Op-Amp (Operational Amplifier) LM741 adalah salah satu jenis Op-Amp (Operational Amplifier) yang umum digunakan dalam berbagai aplikasi elektronika. LM741 memiliki desain yang kompak dan biasanya tersedia dalam paket DIP (Dual Inline Package), dengan pin nomor 1 ditandai dengan bulatan atau strip untuk memudahkan penggunaan (Merdeka et al., 2022).
Inverting
Rangkaian dasar penguat inverting bekerja dengan cara mengubah sinyal masukan melalui input inverting. Prinsip kerjanya adalah sebagai konverter arus menjadi tegangan, yang dikendalikan oleh sumber tegangan bukan sumber arus. Penguat inverting dapat meningkatkan tegangan sinyal masukan dengan memperkuat perbedaan antara input non-inverting dan inverting, sesuai dengan prinsip dasar penguat operasional. Pada dasarnya, penguat inverting terdiri dari dua input yaitu input inverting (-) dan input non-inverting (+) serta sebuah output. Sinyal masukan diberikan melalui input inverting, sedangkan input non-inverting biasanya terhubung ke ground atau referensi tegangan. Ketika sinyal masukan diberikan melalui input inverting, penguat inverting akan menghasilkan tegangan output yang berlawanan dengan fase sinyal masukan. Hal ini terjadi karena penguat inverting memperkuat perbedaan tegangan di input inverting dan referensi (ground). Penguat inverting berfungsi sebagai penguat diferensial, di mana perbedaan antara input inverting dan input non-inverting digunakan untuk mengontrol penguatan. Penguat inverting dapat digunakan sebagai penguat sinyal, pengubah tegangan atau bahkan sebagai filter sinyal (Oktavianto & Santoso, 2019).
Non-Inverting
Banyak sirkuit elektronika memerlukan penguatan tegangan atau arus tinggi tanpa mengubah arah (inversion) sinyal. Rangkaian penguat tak terbalik (Non-inverting Op-Amp) dirancang untuk tujuan ini. Rangkaian ini cocok untuk memperkuat sinyal AC atau DC dengan output yang selalu sefase dengan input (Oktavianto & Santoso, 2019).
Differential
Differential Operational Amplifier adalah suatu jenis Op-Amp (Operational Amplifier) yang berfungsi untuk memperkuat perbedaan antara dua tegangan input, yaitu V1 dan V2. Op-Amp (Operational Amplifier) ini memiliki karakteristik seperti penguatan tinggi, impedansi input sangat besar, impedansi output sangat kecil, lebar pita tidak terbatas, tegangan offset nol dan Common Mode Rejection Ratio (CMRR) tak berhingga, membuatnya sangat luas digunakan dalam berbagai aplikasi seperti filter, pengkondisian sinyal, sebuah integrator, diferensiator dan lain-lain. Penguat diferensial adalah suatu jenis Op-Amp (Operational Amplifier) yang sangat berguna dalam aplikasi instrumentasi, seperti pengukur regangan, termokopel, atau perangkat penginderaan arus dalam sistem kontrol motor. Penguat diferensial memiliki rasio penolakan mode umum yang sangat baik, Common Mode Rejection Ratio (CMRR) output nol ketika V1 sama dengan V2 jauh melebihi 100dB di DC, membuatnya sangat efektif dalam aplikasi yang memerlukan tingkat keakuratan yang lebih tinggi (Konar et al., 2019).
Buffer
Rangkaian buffer adalah jenis rangkaian yang menghasilkan tegangan keluaran yang sama dengan tegangan masukannya, hal tersebut mirip dengan rangkaian common collector yang memiliki penguatan tegangan sebesar. Dalam penelitian tentang rangkaian sensor arus, buffer berfungsi sebagai penyangga, yang bertugas sebagai penguat arus tanpa penguatan tegangan. Buffer memastikan bahwa semua arus yang masuk mengalir ke resistor R2 pada rangkaian pembagi tegangan yang kemudian digunakan sebagai resistor referensi (Rs) dalam metode pengukuran arus resistif. Rangkaian buffer dibuat dari rangkaian penguat dasar Op-Amp (operational amplifier) dan menjadi sangat sederhana karena tidak memerlukan komponen tambahan. Pada konfigurasi buffer non-inverting, jalur masukan (VD) dihubungkan langsung dengan jalur keluaran rangkaian operational amplifier. Dengan demikian, rangkaian buffer akan mampu
mengalirkan arus secara maksimal sesuai dengan kemampuan maksimal Op-Amp (operational amplifier) dalam mengalirkan arus keluaran (Gyantara et al., 2019).
Proteus
Proteus adalah perangkat lunak yang digunakan untuk merancang PCB (Printed Circuit Board) dan dilengkapi dengan simulasi PSPICE (Personal Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) pada tingkat skematik sebelum skema tersebut diubah ke dalam PCB (Printed Circuit Board). Perangkat lunak ini dikembangkan oleh Labcenter Electronics dan memungkinkan pengguna untuk melakukan simulasi VSM (Value Stream Mapping) dan merancang PCB (Printed Circuit Board) tersebut. Saat ini, proteus menyediakan kurang lebih 800 variasi mikrokontroler yang dapat langsung digunakan untuk simulasi. Beberapa fitur utama proteus meliputi simulasi VSM (Value Stream Mapping), desain PCB (Printed Circuit Board) serta desain visual (Yusuf et al., 2022).
Resistor
Resistor adalah beberapa yang termasuk komponen pasif dalam elektronik yang memiliki nilai resistansi ataupun hambatan tertentu. Fungsi utama dari resistor yaitu mengendalikan serta membatasi aliran arus listrik dalam suatu rangkaian elektronika. Ada berapa fungsi penting dari resistor dalam suatu rangkaian elektronika yaitu sebagai pembatas suatu arus listrik, pengatur arus listrik, pembagi tegangan listrik serta penurun tegangan suatu listrik (Basri & Irfan 2019).
Resistor ditunjukkan dengan simbol "R", sementara resistor variabel ditandai dengan
"VR". Potensiometer, jenis resistor variabel, juga dapat ditunjukkan dengan "VR" atau
"POT". Kapasitas daya resistor dapat diketahui dari ukuran fisik dan tulisan kapasitas daya dalam watt untuk resistor yang lebih besar. Mengetahui kapasitas daya ini penting untuk mencegah kerusakan akibat arus berlebih yang dapat menyebabkan terbakarnya resistor, sehingga efisien dalam biaya dan ruang dalam pembuatan rangkaian elektronika. Toleransi resistor merujuk pada perubahan nilai resistansi dari nilai yang tertera pada badan resistor yang masih diperbolehkan, menandakan resistor dalam kondisi baik. Toleransi resistor memiliki variasi, seperti resistor 1% (toleransi 1%), resistor 2%
(toleransi 2%), resistor 5% (toleransi 5%) dan resistor 10% (toleransi 10%). Informasi toleransi selalu tertera pada kemasan resistor, baik dalam bentuk kode warna maupun dalam bentuk kode huruf (Basri & Irfan 2019).
METODOLOGI PRAKTIKUM Waktu dan Tempat
Praktikum Op-Amp dilakukan pada Sabtu, 27 April 2024 pada pukul 13.30 – 15.00 yang Bertempat di Laboratorium Penyimpanan Alat dan Mesin Pertanian, Departemen Teknologi Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Hasanuddin, Makassar.
Alat
Alat yang digunakan pada praktikum Op-Amp yaitu software proteus, PCB (Printed Circuit Board), resistor 5K, resistor 10K, LM741, kabel tunggal , multimeter dan solder.
Bahan
Bahan yang digunakan pada praktikum Op-Amp yaitu listrik dan tembaga solder.
Prosedur Praktikum
Adapun prosedur praktikum Op-Amp yaitu:
1. Membuat desain layout untuk jalur rangkaian pada proteus
2. Mentransformasikan desain layout ke papan PCB (Printed Circuit Board)
3. Melarutkan dan membersihkan lapisan tembaga yang tidak tertutupi layout pada papan PCB (Printed Circuit Board)
4. Membuat rangkaian inverting, non-inverting, differential dan buffer pada papan PCB (Printed Circuit Board) menggunakan komponen resistor 5K, resistor 10K, LM741 5. Menyambungkan komponen-komponen menggunakan kabel tunggal
6. Merekatkan rangkaian menggunakan tembaga solder yang dilelehkan menggunakan solder
7. Melakukan pengujian rangkaian elektronika pada papan PCB (Printed Circuit Board) menggunakan multimeter
6. Mendokumentasikan setiap langkah diatas
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil
Tabel 1. Rangkaian Op-Amp (Operational Amplifier)
No. Jenis Rangkaian
1. Inverting
Vout berdasarkan proteus: -5,99 Volt Vout berdasarkan multimeter: - 5,98 Volt Vout berdasarkan rumus: -6 Volt
2. Non-Inverting
Vout berdasarkan proteus: 8,01 Volt Vout berdasarkan multimeter: 8,02 Volt Vout berdasarkan rumus: 8 Volt
3. Differential
Vout berdasarkan proteus: -10,9 Volt Vout berdasarkan multimeter: -10,5 Vout berdasarkan rumus: -10
4. Buffer
Vout berdasarkan proteus: 1 Volt Vout berdasarkan multimeter: 1 Volt Vout berdasarkan rumus: 1 Volt Pembahasan
Pada rangkaian inverting, memiliki nilai input - 2volt dan output - 5volt. Ketika sinyal masukan diberikan melalui input inverting, penguat inverting akan menghasilkan tegangan output yang berlawanan dengan fase sinyal masukan, hal ini terjadi karena penguat inverting memperkuat perbedaan tegangan di input inverting dan referensi (ground). Oleh karena itulah rangkaian inverting memiliki nilai output mines. Hal tersebut sesuai dengan pernyataan dari Oktavianto & Santoso (2019).
Pada rangkaian non-inverting, memiliki nilai output 8volt. Rangkaian non-inverting amplifier memiliki nilai output yang positif karena dalam konfigurasi ini, Op-Amp (operational amplifier) digunakan untuk menghasilkan penguatan yang searah dengan polaritas inputnya, karena tegangan output Op-Amp (operational amplifier) memiliki polaritas yang sama dengan tegangan inputnya, penguatan yang dihasilkan oleh rangkaian non-inverting selalu positif. Dengan demikian, nilai output rangkaian non-inverting akan selalu positif. hal tersebut sesuai pernyataan dari Oktavianto & Santoso (2019) bahwa rangkaian ini cocok untuk memperkuat sinyal AC atau DC dengan output yang selalu sefase dengan input.
Pada rangkaian differential, memiliki nilai output -3volt. Rangkaian differential memiliki kemampuan untuk menghasilkan output positif atau negatif tergantung pada perbedaan antara kedua inputnya. Jika tegangan pada input inverting (-) lebih besar daripada tegangan pada input non-inverting (+), maka output akan menjadi negatif. Sebaliknya, jika tegangan pada input non-inverting (+) lebih besar daripada tegangan pada input inverting (-), maka output akan menjadi positif. Hal tersebut sesuai pernyataan dari Konar (2019) bawah Op-Amp (Operational Amplifier) ini memiliki
karakteristik seperti penguatan tinggi, impedansi input sangat besar serta impedansi output yang sangat kecil.
Pada rangkaian buffer, memiliki nilai input dan output yang sama yaitu 1volt. Nilai input dan output dari rangkaian buffer akan sama, atau hampir sama, karena tidak ada penguatan yang signifikan atau perubahan dalam sinyal yang terjadi dalam rangkaian tersebut. Hal tersebut sesuai dengan pernyataan dari Gyantara et al (2019) bahwa rangkaian buffer adalah jenis rangkaian yang akan menghasilkan tegangan keluaran yang sama dengan tegangan masukannya.
KESIMPULAN
Rangkaian inverting memiliki fungsi untuk menghasilkan output yang berlawanan dengan fase sinyal masukan, dengan nilai output negatif. Rangkaian non-inverting berfungsi untuk menghasilkan penguatan positif dari sinyal masukan, dengan nilai output positif. Rangkaian differential berfungsi untuk menghasilkan output yang bergantung pada perbedaan antara kedua inputnya, dengan nilai output yang bisa positif atau negatif. Sedangkan, rangkaian buffer berfungsi untuk menghasilkan output yang sama dengan inputnya, tanpa adanya perubahan yang signifikan dalam nilai atau bentuk gelombangnya. Untuk membuat rangkaian inverting, non-inverting, differential, dan buffer, langkah-langkahnya adalah dengan membuat desain layout jalur rangkaian pada software seperti Proteus, kemudian mentransformasikan desain tersebut ke papan PCB (Printed Circuit Board). Setelah itu, melarutkan dan membersihkan lapisan tembaga yang tidak tertutupi layout pada papan PCB (Printed Circuit Board). Selanjutnya rangkaian dapat dirakit menggunakan komponen seperti resistor 5K, resistor 10K, dan LM741. Komponen-komponen ini kemudian disambungkan menggunakan kabel tunggal dan direkatkan menggunakan tembaga solder yang dilelehkan menggunakan solder.
DAFTAR PUSTAKA
Basri, I.Y. & Irfan, D. 2019. Komponen Elektronika. Edisi ke-1. Sukabiina Press. Padang, Sumatera Barat.
Giyantara, A., Mudeng, V., Ramadhani, R., & Wulandari, R. 2019. Analisis Rangkaian Full Wave Rectifier dengan Filter Kapasitor, Pembagi Tegangan, Buffer dan Penguat Differensial pada Sensor Arus. SPECTA Journal of Technology. 3(2):1-9.
Konar, M., Sahu, R., & Kundu, S. 2019. Improvement of the Gain Accuracy of the Instrumentation Amplifier Using a Very High Gain Operational Amplifier. Devices for Integrated Circuit. 4(12):408-412.
Merdeka, V. G., Zahratul, N., Sutia, D. D., Febriliana, R., Anggraini, R. P., &
Halilatushalihah, N. 2022. Analisis Op-Amp Lm741 pada Komparator dengan Software Electronics Workbench. D'computare: Jurnal Ilmiah Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer.12(1):32-35.
Oktavianto, K & Santoso. 2019. Perencanaan dan Pembuatan Alat Pengatur Suhu, Monitoring Ph Air dan Pemberi Makan Ikan Arwana Otomatis Berbasis Mikrokontroler. Jurnal Atmega. 16(1):1-6.
Yusuf, A., Tohir, T., Santosa Y. 2022. Simulasi Pengendali Sudut Fasa pada Rangkaian Penyearah Terkendali dengan Arduino Berbasis Proteus. Prosiding Industrial Research Workshop and National Seminar. 13(1):7-13.
LAMPIRAN Lampiran 1. Prosedur Kerja Software Proteus
Gambar 1. Tampilan New Project Proteus
Gambar 2. Tampilan Sirkuit Proteus
Gambar 3. Tampilan Pemilihan Komponen pada Proteus
Gambar 4. Tampilan Awal Rangkaian Non-Inverting
Gambar 5. Tampilan Rangkaian Op-Amp pada Proteus Lampiran 2. Perhitungan Manual
a. Inverting Vout = −(Rf
Rin) × Vin
= − (15
5) × 2
= − 3× 2
= − 6 Volt b. Non-Inverting Vout = (Rf
Rin+ 1) × Vin
= (15
5 + 1) × 2
= 4 × 2
= 8 Volt c. Differential
Vout = (𝑅1
𝑅2+𝑅3
𝑅4) 𝑅4
𝑅1𝑉2−𝑅2
𝑅3𝑉1
= (10
10+10
10) 10
101 −10
1012
= (1 x 1)1 – 1 x 12
= 2 – 12
= 10 Volt d. Buffer
Vout = Vin 1 = 1 Volt
Lampiran 3. Dokumentasi Praktikum
Gambar 6. Dokumentasi Pembuatan Rangkaian Inverting
