MODUL 3 EC





MODUL 3

OPERATIOAN AMPLIFIER & FILTER 


1. Pendahuluan[Kembali]

    Operational amplifier, atau op-amp, adalah komponen elektronik yang sangat penting dalam desain sirkuit analog modern dan aplikasi pemrosesan sinyal. Op-amp merupakan amplifier diferensial dengan impedansi input yang sangat tinggi dan impedansi output yang rendah, dirancang untuk memperkuat perbedaan tegangan antara dua inputnya—input non-inverting dan input inverting. Fungsi dasar op-amp termasuk penguatan sinyal, penjumlahan, pengurangan, dan pengolahan sinyal dalam berbagai konfigurasi sirkuit seperti penguat, filter, dan pengatur tegangan. Keunggulan utama dari op-amp adalah kemampuannya untuk memberikan penguatan yang sangat besar dengan kestabilan yang tinggi, serta kemampuannya untuk diintegrasikan ke dalam berbagai rangkaian kompleks untuk memenuhi berbagai kebutuhan aplikasi.

    Dalam prakteknya, op-amp digunakan dalam berbagai aplikasi mulai dari sistem audio dan pengolahan sinyal analog hingga instrumen pengukuran dan kendali otomatis. Dengan karakteristik ideal seperti gain yang sangat tinggi, bandwidth yang luas, dan noise yang rendah, op-amp menjadi komponen kunci dalam desain sirkuit yang memerlukan presisi tinggi dan performa yang stabil. Pendalaman mengenai prinsip kerja, karakteristik, dan berbagai konfigurasi op-amp sangat penting untuk memahami bagaimana komponen ini dapat dioptimalkan untuk aplikasi tertentu. Makalah ini akan membahas berbagai aspek dari operational amplifier, termasuk teori dasar, aplikasi praktis, dan tantangan desain yang terkait, untuk memberikan pemahaman yang komprehensif tentang peran dan fungsinya dalam sistem elektronika modern.


2. Tujuan[Kembali]

1. Mengetahui prinsip kerja dari Inverting Amplifier

2. Mengetahui prinsip kerja dari Comparator Amplifier

3. Mengetahui prinsip kerja Low Pass Filter

4. Mengetahui prinsip kerja High Pass Filter

                                                     

3. Alat dan Bahan[Kembali]

A. Alat

1. Electronic Base Station

Base Station

    Trainer elektronika dasar adalah alat yang dirancang untuk membantu pelajar dan teknisi mempelajari konsep-konsep fundamental dalam elektronika dengan cara yang interaktif dan praktis. Fungsi utama dari trainer ini adalah menyediakan platform yang memungkinkan pengguna untuk merakit, menguji, dan menganalisis berbagai rangkaian elektronik dasar tanpa memerlukan laboratorium yang lengkap. Trainer ini dilengkapi dengan berbagai komponen elektronik seperti resistor, kapasitor, transistor, dan dioda, serta sering kali menyertakan modul pelatihan untuk sirkuit logika, amplifier, dan sistem komunikasi. Dengan adanya trainer ini, pelajar dapat belajar tentang hukum Ohm, analisis rangkaian, dan prinsip kerja komponen elektronik secara langsung, mengembangkan keterampilan praktis dalam merancang dan memecahkan masalah elektronik, serta memperoleh pemahaman yang lebih mendalam mengenai aplikasi teori elektronika dalam praktek. Trainer elektronika dasar juga sering dilengkapi dengan alat pengukur seperti multimeter dan oscilloscope, yang memungkinkan pengguna untuk memantau dan menganalisis sinyal, serta mengukur berbagai parameter listrik secara real-time.


2. Electronic Module Kit Op-Amp




3. Jumper
  Jumper
    Di bidang elektronika, jumper digunakan untuk menghubungkan atau memutuskan jalur pada papan sirkuit, memungkinkan konfigurasi dan penyesuaian pengaturan perangkat. Jumper sering dipakai untuk mengatur mode operasi, mengaktifkan atau menonaktifkan fitur, serta dalam proses troubleshooting dan pemeliharaan. Dengan kemudahan dalam pemasangan dan penggantian, jumper mempermudah perubahan konfigurasi tanpa perlu soldering, sehingga meningkatkan fleksibilitas dan efisiensi dalam pengembangan dan perawatan perangkat elektronik.

4. Multimeter
Multimeter

    Multimeter adalah alat yang sangat berguna dalam pengukuran dan diagnostik elektronik, karena mampu mengukur berbagai parameter listrik seperti tegangan, arus, dan resistansi. Dengan kemampuan ini, multimeter memungkinkan teknisi dan insinyur untuk memeriksa dan menganalisis kondisi sirkuit elektronik, menemukan masalah atau kerusakan, dan memastikan komponen berfungsi dengan benar. Selain itu, multimeter sering digunakan dalam pemeliharaan dan perbaikan peralatan elektronik, memberikan data penting untuk perbaikan atau kalibrasi sistem. Fungsionalitas yang luas dan kemudahan penggunaan menjadikan multimeter sebagai alat penting dalam pengembangan, perawatan, dan troubleshooting perangkat elektronik.


B. Bahan

1. Resistor 1K, 10K, 560 ohm

Resistor

    Resistor berfungsi untuk membatasi aliran arus listrik dalam rangkaian elektronik, melindungi komponen sensitif, dan mengatur tegangan. Dengan membagi tegangan dan arus, resistor membantu dalam pengaturan sinyal, filter, dan aplikasi lainnya. Fungsi ini memastikan kestabilan dan keandalan operasi sirkuit elektronik, mendukung berbagai perangkat dan sistem dalam kehidupan sehari-hari.



4. Dasar Teori[Kembali]

    Penguat operasional atau yang disebut Operational Amplifier adalah suatu rangkaian terintegrasi yang berisi beberapa tingkat dan konfigurasi penguat diferensial. Penguat operasional memiliki dua masukan dan satu keluaran, untuk dapat bekerja dengan baik, penguat operasional memerlukan tegangan catu yang simetris, yaitu tegangan yang bernilai positif (v+) dan tegangan yang bernilai negatif (v-) terhadap tanah (ground). Berikut ini adalah simbol dari penguat operasional

Operational Amplifier


A. Inverting Op-Amp

    Inverting amplifier dapat mengontrol penguatan tegangan (voltage gain) menggunakan Op-Amp. Sinyal input terhubung ke terminal negatif dan terminal positif terhubung ke ground. Output diberi umpan balik melalui Rf ke input inverting.



Rangkaian Inverting Op-Amp

    Impedansi masukan yang tak terbatas mencegah arus mengalir melalui input inverting. Hal ini berarti bahwa tidak ada penurunan tegangan antara input inverting dan input non-inverting, dan tegangan pada input (-) inverting adalah 0 karena input non- inverting (+) terhubung ke ground. Karena arus yang mengalir menuju terminal input adalah 0, maka arus yang melalui Rin sama dengan arus yang melalui 

Rf . Iin = If 
 Iin = Vin / Rin 
 If = - Vout / Rf

Penguatan outputnya berbeda phasa 1800 dengan inputnya, jika input positif maka output negatif . 

Vout = - (Rf / Rin) Vin 

 Penguatan tegangan (voltage gain) inverting amplifier adalah 

 Acl = Vout / Vin = - Rf / Rin 

 Acl adalah penguatan tegangan closed-loop.


B. Comparator Amplifier

    Comparator atau komparator adalah jenis rangkaian amplifier operasional (op-amp) yang berfungsi untuk membandingkan dua sinyal tegangan pada inputnya dan menghasilkan output dalam bentuk tegangan tinggi atau rendah (logika digital), tergantung pada perbandingan tegangan tersebut. Cara Kerja Comparator

  • Comparator memiliki dua input: input inverting (-) dan input non-inverting (+).
  • Jika tegangan pada input non-inverting (+) lebih besar daripada tegangan pada input inverting (-), maka output akan berada di kondisi tegangan tinggi (𝑉+ > 𝑉− = +𝑉 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑠𝑖)
  • Sebaliknya, jika tegangan pada input inverting (-) lebih besar daripada input non-inverting (+), maka output akan berada di tegangan rendah 𝑉+ < 𝑉− = −𝑉 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑠𝑖)

Komparator Op-Amp


C. Low Pass Filter

    Low Pass Filter (LPF) merupakan jenis filter yang berfungsi untuk meneruskan sinyal listrik yang frekuensinya berada dibawah frekuensi tertentu, diatas frekuensi tersebut (frekuensi cut-off) maka sinyal akan diredam. Low Pass Filter memberikan redaman yang sangat kecil pada frekuensi di bawah frekuensi cut-off yang telah ditentukan, sedangkan frekuensi di atas frekuensi cut-off akan mendapatkan redaman yang sangat besar. Lebih sederhananya hanya frekuensi rendah saja yang dapat melewati rangkaian filter ini.


Rangkaian Low Pass Filter


Frekuensi cut-off (fc) dari Low Pass Filter (LPF) dengan RC dapat dituliskan dalam persamaan matematik sebagai berikut. 


Tegangan output (Vout) filter pasif LPF seperti terlihat pada rangkaian diatas dapat diekspresikan dalam persamaan matematis sebagai berikut. 



D. High Pass Filter

    High Pass Filter (HPF) berfungsi untuk meneruskan sinyal di atas frekuensi cut-off sedangkan yang berada dibawah frekuensi cut-off diredam. Jenis filter ini memberikan redaman sangat kecil pada frekuensi di atas frekuensi cut-off yang telah ditentukan, sedangkan frekuensi di bawah frekuensi cut-off akan mendapatkan redaman yang sangat besar. Lebih sederhananya, hanya frekuensi tinggi saja yang dapat melewati rangkaian filter ini.


Rangkaian HPF dan Grafik Respon Frekuensi HPF



Frekuensi cut-off (fc) rangkaian High Pass Filter adalah




a. Prosedur

  1. Carilah rangkaian HPF 40dB di dalam module RS-A04 Operational Amplifier 2
  2. Hubungkan catu daya modul RS-A04 Operational Amplifier 2.
  3. Hubungkan function generator ke modul RS-A04 Operational Amplifier 2.
  4. Hubungkan probe pertama osiloskop ke V1 dan probe kedua pada Vo.
  5. Atur frekuensi sesuai dengan jurnal 200Hz-1kHz.
  6. Perhatikan gambar sinyal pada osiloskop.
  7. Ukur tegangan input dan output menggunakan multimeter.
  8. Catat hasil praktikum ke jurnal yang telah disediakan.


b. Hardware

  • Multimeter

  • Jumper

  • DC Power Supply

  • Osiloskop

  • Function Generator



  • Module elektronika analog Operational Amplifier 1

  • Resistor

c. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja

    Rangkaian High Pass Filter (HPF) ini memiliki kenaikan gain sebesar +40 dB per dekade, menggunakan dua resistor dan dua kapasitor pada kaki non-inverting dari op-amp. Salah satu resistor juga terhubung ke output untuk umpan balik, sementara pada kaki inverting terdapat resistor yang juga terhubung ke output.

    Pada rangkaian ini, dua resistor berperan dalam menentukan frekuensi rendah yang diteruskan ke ground atau output, sehingga tidak lolos ke tahap selanjutnya. Sementara itu, dua kapasitor berfungsi melewatkan sinyal frekuensi tinggi, memungkinkan sinyal dengan frekuensi tinggi lolos melalui filter dan diteruskan ke output. Hal ini menghasilkan grafik respons frekuensi dengan kenaikan 40 dB per dekade pada frekuensi tinggi, menunjukkan bahwa sinyal frekuensi tinggi diperkuat lebih cepat dibandingkan frekuensi rendah.

d. Video Demo


e. Kondisi

Buatlah sebuah rangkaian Inverting Amplifier dengan Rf = 200k dan Rin = 10k, hitung Vout dan jelaskan bentuk gelombang input dan output pada osiloskop
 
f. Download File

1. Tugas Pendahuluan [klik]

2. Rangkaian [klik]

3. Video Penjelasan[klik]


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Komentar

Posting Komentar

Postingan Populer