14. 3 OP - AMP Basics

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan bahan

3. Materi

4. Percobaan

5. Link Download

6. Referensi

1. Tujuan

• Mengetahi bagaimana cara Op - Amp sederhana bekerja
• Mengetahui dan dapat mensimulasikan rangkaian Op - Amp beserta rangkaian ekuivalen AC-nya.

2. Alat dan Bahan

A. Alat

1. Input AC (gelombang sinus)

Merupakan inpit tegangan yang digunakan untuk menyalurkan tegangan AC (bolak - balik). Gelombang yang digubakan pada rangkaian ini merupakan gelombang sinus.

2. AC Voltmeter

Berfungsi untuk megukur tegangan AC (bolak - balik)

3. Oscilloscope

Adalah sebuah instrumen yang digunakan untuk menampilkan secara Real time tegangan yang berada pada rangkaian listrik. Osiclloscope memiliki dua sumbu yaitu x dan y. Sumbu x menampilkan waktu/divisi sementara sumbu y menampilkan tegangan/divisi. Oscilloscope bisa digunakan untuk mengukur tegangan AC maupun DC

B. Bahan

1. Resistor (nilai bervariasi 100 - 100k )

Resistor memiliki fungsi untuk "menghambat "arus yang melalui kabel agar arus yang mengalir ke komponen lain tidak melebihi kapasitas yang bisa ditampung dari komponen tersebut.

2. Ground

Ground adalah komponen yang digunakan untuk dijadikan refernsi terhadap 0V. Biasanya disandingkan bersamaan dengan komponen yang akan diukur tegangannya

3. Terminal

Terminal adalah simbol dan skematik yang digunakan untuk menghubungkan  2 titik tanpa menghubungkan secara langsung dengan kabel. Ini berguna dalam mendesign rangkaian listrik yang kompleks agar tidak terjadi penumpukan kabel dalam simulasi skematik

4. Op - Amp

Op - Amp (Operational Amplifier) merupakan Jenis Amplifier diferensial (Differential Amplifier). Op - Amp adalah sebuah amplifier yang digunakan untuk menaikkan ouput tegangan dari input tegangan yang kecil.

3. Dasar Teori

a. Alat

1. Input AC (Input gelombang sinus) 

2. Voltmeter AC

tegangan AC dapat diukur menggunakan prinsip yang sama dengan Arus DC. Namun, agar kita bisa menggunakan gerak D'Arsonval untuk mengukur tegangan AC, kita harus mengubah sirkuit internal dari gerakan tersebut. 

Untuk mendapatkan output DC dari input AC, kita harus menggunakan komponen yang bernama dioda, dioda memiliki kemampuan untuk mengalirkan arus hanya dalam satu arah. Rangkaian yang dapat mengubah input AC menjadi DC disebut rangkaian rectifier, yang dapat dilihat pada gambar berikut:

Sehingga input bolak - balik diubah menjadi input DC dan akhirnya PMMC dapat mengukur secara akurat berapa besar tegangan pada titik yang ditentukan.

3. Oscilloscope

Oscilloscope adalah  adalah instrumen elektronik menampilkan secara grafik tegangan input yang diberikan padanya. Biasanya layar oscilloscope menampilkan gambar 2 dimensi yang memiliki dua sumbu, sumbu x dan sumbu y. Sumbu x pada oscilloscope berfungsi untuk menampilkan waktu yang telah dilewati oleh tegangan input. Dan sumbu y menampilkan Tegangan yang diberikan dari input.

Oscilloscope biasanya digunakan untuk menganalisa gelombang input AC. Dari gelombang ini dapat dianalisa frekuensi, amplitudo, waktu, dll. Bahkan, dalam beberapa oscilloscope digital terdapat fungsi untuk memberhentikan pergerakan layar oscilloscope sehingga kita dapat menganalisa bagian manapun yang kita inginkan.

Oscilloscope digunakan dalam berbagai macam bidang, antara lain sains, kesehatan, teknik, dan bidang telekomunikasi. Oscilloscope general purpose biasanya digunakan untuk menjaga alat - alat elektronik dan pengukuran - pengukuran yang dilakukan di lab. Dan oscilloscope dengan fungsi khusus dapat digunakan dalam beberapa skenario spesifik seperti untuk menganalisis sistem otomotiv dan dapat juga digunakan untuk menampilkan kurva detakan jantung sebagai elektrodiagram dalam bidang kesehatan

b. Bahan

1. Resistor

Resistor atau disebut juga dengan Hambatan adalah komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk menghambat dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian elektronika. Satuan nilai Resistor atau Hambatan adalah Ohm. Nilai Resistor biasanya diwakili dengan kode angka ataupun gelang warna yang terdapat di badan resistor. Hambatan resistor sering disebut juga dengan resistansi atau resistance.

s

Rumus dari Rangkaian Seri Resistor adalah :

 

Rtotal = R1 + R2 + R3 + ….. + Rn

 

Rumus dari Rangkaian Seri Resistor adalah :

 

1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ….. + 1/Rn

Cara lain untuk menentukan nilai resistor adalah dengan cara melihat gelang warnanya, tabel dibawah merupakan tabel cara menentukan nilai pada setiap warna di resistor tersebut

Dan untuk menentukan nilai di setiap gelang resistor adalah sebagai berikut:

Sumber: https://teknikelektronika.com/cara-menghitung-nilai-resistor/

Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-1 (pertama)
Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-2
Masukkan Jumlah nol dari kode warna Gelang ke-3 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10n)
Merupakan Toleransi dari nilai Resistor tersebut

2. Ground

Ground merupakan titik  referensi tegangan dengan nilai 0V. Maksudnya adalah setiap komponen yang dihubungkan ke ground berarti arus akan menuju ke ground untuk mengakhiri jalannya sikruit. Ground banyak digunakan di rumah - rumah sebagai pengaman dari tegangan tinggi

3. Terminal

Adalah poin / titik dimana konduktor yang dapat berasal dari komponen mencapai titik akhir. Terminal juga dapat digunakan sebagai electrical connector yang berguna sebagai tempat terhubungnya komponen lain dengan cara membentuk titik yang dapat dihubungkan dengan sikruit eksternal. Sebagian besar komponen elektronika sederhana mempunyai dua terminal seperti Resistor, kapasitor dan induktor. Namun juga ada beberapa komponen yang memiliki 3 terminal seperti Transistor dan Op - Amp. 

4.3 Op - Amp Basics

Op - Amp (Opertational Amplifier) merupakan sebuah komponen elektronika 3 terminal yang berfungsi untuk menaikkan input tegangan yang diberikan oleh tegangan input. Gambar sederhana dari Op - Amp dapat dilihat di bawah ini:

Seperti yang kita ketahui bahwa Op - Amp memiliki impedansi internal yang sangat tinggi dan memiliki impedansi eksternal yang sangat kecil, hal ini dapat dilihat dari rangkaian ekuivalen AC.

Sirkuit ekuivalen AC OP - Amp praktikal (gambar 14.11)

Sirkuit ekuivalen AC OP - Amp praktikal (gambar 14.11)

Berdasarkan gambar sirkuit ekuivalen di atas bahwa terdapat 2 buah impedansi dalam sirkuit ekuivalen AC untuk Op - Amp. Untuk impedansi internal yang terhubung dengan tegangan input Ri sangat tinggi , dan untuk Ro sangat kecil. Untuk Op - Amp ideal seperti gambar 14.11 b, kita mempunyai impedansi internal tak hingga dan impedansi eksternal nol sehingga memiliki gain tegangan yang tidak terhingga,

Basic Op - Amp

Sirkuit sederhana dari Op - Amp dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Input signal input dihubungkan ke terminal negatif dari Op - Amp atau sering disebut terminal inverting input yang berarti tegangan output dari Op - Amp ini akan memiliki fasa terbalik dari tegangan input. Untuk mencapai tegangan input, maka Op - Amp harus dihubungkan dengan resisrot R1 yang untuk input negatif dan untuk input positif dihubungkan dengan ground. Tegangan ouput dari Op - Amp ini akan dihubungkan kembali ke input negatif melalui resistor Rf.

Untuk rangkaian ekuivalen AC dapat dilihat di bawah ini:

a) Rangkaian ekuivalen Op Amp

b) Rangkaian ekuivalen dari Op - Amp ideal

c) Rangkaian ekuivalen Op - Amp yang digambar ulang

Untuk mencari persamaan yang menghubungkan nilai Vo dan Vi dapat dicari dengan menggunakan persamaan berikut:

Rumus ini menunjukkan bahwa rasio dari tegangan input dan output bergantung pada resistor R1 dan Rf (DImana Av memiliki nilai yang sangat besar)

 

Unity gain 

Unity gain (penambahan sama) hanya berlaku apabila nilai resistor Rf sama nilainya dengan resistor R1, seperti yang diperlihatkan oleh rumus di bawah ini:

Gain konstan

Kondisi ini berlaku apavila Rf merupakan kelipatan dari R1 maka gain yang didapat dari perbandingan resistor dapat dilihat dari rumus di bawah ini:

Virtual Ground

Virtual ground adalah kondisi dimana Op - Amp memiliki gain yang sangat besar dan nilai Vi sangat kecil sehingga dapat dikatakan bahwa nilai dari Vi adalah sama dengan O V. Namun, nilai 0 V ini tidak untuk Vo (karena tegangan output didapat dari perkalian antara Vi dan gain yang sangat besar). Fakta ini menandakan bahwa pada input di Op - Amp terdapat short sirkuit virtual yang disebut virtual ground.

Dapat dilihat dari rangkaian di bawah ini :

Tanda panah besar ditengan sirkuit menandakan bahwa sirkuit dalam kondisi short, meskipun dalam kondisi short tidak ada arus yang mengalir pada bagian tersebut. Arus hanya mengalir melalui resistor R1 dan ke Rf kemudian sampai ke output. Perlu diingat bahwa keadaan ini hanya berlaku jika gain yang dimiliki amplifier sangat besar.

4. Percobaan

a) prosedur percobaan

Karena ada beberapa gambar rangkaian yang disimulasikan, maka untuk penyusunan prosedur percobaan akan dilakukan sekali saja, prosedur percobaan dalam rangkaian adalaah sebagai berikut:

i. Susun rangkaian seperti di gambar

2. Pasang komponen sesuai dengan gambar dibawah 

3. Lalu pasang instrumen yang sesuai untuk mengukur besaran yang diinginkan. Instrumenn yang digunakan dalam rangkaian seperti osilloscope, Voltmeter AC dan Amperemeter AC

4. Variasikan input yang diberikan dan bandingkan hasilnya

b) Gambar rangkaian

1. Gambar rangkaian ekuivalen ac untuk Op - Amp (14.11)

2. Rangkaian Op - Amp sederhana (yang dihubugnkan melalui input inverter) (14.12)

Hasil pengukuran dengan oscilloscope:

3. Rangkaian ekuivalen AC Op - Amp (14.13)

INGAT : Masing - masing Tegangan input yang diberikan memilikii nilai input Tegangan AC 3 V 6 Hz dan untuk output 25V dan 12 Hz

i, Rangkaian Op - Amp (14. 13 a)

ii. Rangkaian ekuivalen Op - Amp ideal (14. 13 b)

Ouput yang dihasilkan pada oscilloscope:

iii. Rangkaian ekuivalen Op - Amp yang digambar Ulang  (14. 13 c)

Ouput yang dihasilkan pada oscilloscope:

c) Video rangkaian

1. Rangkaian Rangkaian ekuivalen sederhana Op - Amp

2. Rangkaian Op - Amp sederhana (yang dihubugnkan melalui inpit inverter)

3. Rangkaian ekuivalen Ac Op - Amp

5. Link Download

1. Link gambar rangkaian

2. Link video rangkaian

3. Link file rangkaian

4. Link file HTML

5. Link datasheet Op - Amp 1458

6. Referensi

1. Boylestad, R. and Nashelsky, L., 2013. Electronic devices and circuit theory. Upper Saddle River, N.J.: Pearson Prentice Hall.

2.(Malvino, A. and Bates, D., 2016. Electronic principles. New York: McGraw-Hill Education.)

3.Dickson, Kho,. 2014. Cara mengukur nilai resistor. https://teknikelektronika.com/cara-menghitung-nilai-resistor/). (Diakses pada 5 Februari 2021)

4. Anonim. --, Ac Voltmeters and Ammeters. https://www.allaboutcircuits.com/textbook/alternating-current/chpt-12/ac-voltmeters-ammeters/. (Diakes pada 13 Februari 2021)