20 Januari 2013

Op Amp - 2 (Inverting Amplifier)

OP AMP - 2 (Inverting Amplifier)
mardiono - teknik elektro - Jayabaya -SMK Insan Kreatif

Assalamu'alaikum Wr. Wb.


     Salah satu penggunaan op amp di dalam rangkaian elektronika adalah sebagai penguat membalik atau Inverting Amplifier. Karakteristik dari rangkaian Inverting amplifier yaitu: input diambil dari masukan negatif (-) atau inputan invertingnya, sedangkan output yang dihasilkan adalah akan menghasilkan kebalikan dari rangkaian inputnya (output merupakan kebalikan/invert dari inputnya). Berikut ini diberikan gambar rangkaian inverting amplifier Op Amp :

Gambar 1. Rangkaian Invering Amplifier OpAmp

Dimana: V1 = Tegangan Input
                Vo = Tegangan output
                RF = Resistansi Feedback
                RA = Resistansi Input

Bila rangkaian tersebut dikonversikan ke dalam rangkaian pengganti OpAmp idealnya, maka akan terlihat seperti gambar dibawah ini :

Gambar 1. Rangkaian Pengganti Invering Amplifier OpAmp

          Dari gambar diatas, dengan menggunakan analisis rangkaian listrik metode KVL (Kirchoff Voltage Law) maka di dapat ada dua looping sebagai berikut :

Loop 1:
-V1 + I (RA+RF) + Vo = 0
dimana : Vo = A. Vin ==> Vin = Vo/A

Loop 2 : 
Vin + I . RF + Vo = 0
(Vo/A) + Vo + I. RF = 0
Vo (1/A + 1) + I. RF = 0
Vo (1/A+A/A) + I. RF = 0
Vo [ (1+A)/A ] + I .RF = 0 
[(A+1)Vo]/A + I .RF = 0 
I.RF = -(A+1)Vo/A
I = -(A+1)Vo/RF.A

Substitusikan persamaan loop 2 ke loop 1, menjadi :

-V1 -[(A+1)(RA+RF)Vo]/RF.A + Vo = 0

-[(A+1)(RA+RF)Vo]/RF.A + Vo = V1 

Vo - [(A+1)(RA+RF)Vo]/RF.A  = V1  

Vo {1 - [(A+1)(RA+RF)/RF.A]}  = V1   


Vo {[RF.A/RF.A] - [(A+1)(RA+RF)/RF.A]}  = V1   

Vo [RF.A - (A+1)(RA+RF)]/RF.A]  = V1   

Vo [RF.A - (RA+RF)A -(RA+RF)]/RF.A]  = V1   

Vo [RF.A - RA. A -RF .A -(RA+RF)]/RF.A]  = V1   

Vo [- RA. A -(RA+RF)]/RF.A]  = V1   

Vo/V1 = RF.A/[- RA. A -(RA+RF)]  ==> kalikan dgn (1/A)/(1/A), dimana (1/A)/(1/A)= 1, maka :

Vo/V1 = RF.A (1/A)/[- RA. A (1/A) -(RA+RF)(1/A)]  

Vo/V1 = RF/{- RA -[(RA+RF)/A}, karena A = tak hingga / besar sekali , maka :

Vo/V1 = RF/- RA 

atau

 Vo/V1 = - (RF/RA )

atau 

Vo = [-(RF/RA)] . V1  , dimana faktor penguatan adalah K = -RF/RA
 
Sehingga penguat inverting  OpAmp hanya merupakan NEGATIF (INVERT) dari nisbah / perbandingan antara nilai resistansi feedback (RF) dengan nilai resistansi inputnya (RA) de

Contoh :
 1. Diberikan rangkaian inverting amplifier OpAmp sebagai berikut :

ditanya : a. Berapa faktor penguatan rangkaiannya !
                 b. Berapa besar tegangan output (Vo) jika tegangan inputnya (V1 = 4mV)

JAWAB :

a.  K = -(RF/RA) = -(100K/200) = -0,5 K = -500
b. Vo = K . V1 = - 500 . 4mV = 2000 mV = - 2 V  

2. Diberikan rangkaian inverting amplifier OpAmp sebagai berikut :

ditanya : a. Berapa faktor penguatan rangkaiannya !
                 b. Berapa besar tegangan output (Vo) jika tegangan inputnya (V1 = 3mV)


JAWAB :
a.  K = -(RF1/RA1) . -(RF2/RA2) = -(100K/200) . - (10K/10K) =  -0,5 K . -1 = 0,5 K= 500
b. Vo = K . V1 = 500 . 3mV = 1500 mV = 1,5 V  

Demikian yang bisa saya sampaikan untuk sementara waktu, insyaAllah kita lanjutkan pada kesempatan berikutnya.

Salam,

18 Januari 2013
Mardiono
Jayabaya - Cimanggis
SMK Insan Kreatif - Cibinong


26 Mei 2012

Operational Amplifier 01

OP AMP - 1 (Operational Amplifier)
mardiono - teknik elektro - Jayabaya -SMK Insan Kreatif

Assalamu'alaikum Wr. Wb.


     Op Amp (operational amplifier) merupakan sebuah chip/IC yang memiliki fungsi utamanya adalah sebagai penguat, lebih tepatnya adalah penguat tegangan. Sesuai dengan namanya, Op Amp memiliki banyak kegunaan (multi fungsi) sehingga tepatlah bila dinamakan sebagai penguat yang operasional. Seperti halnya bila kita analogikan sifat operasional pada kendaraan operasional, maka kendaraan tersebut memiliki banyak kegunaan untuk dioperasionalkan berbagai kebutuhan, misalnya untuk mengantar keluarga, anak, istri atau untuk mengangkut barang-barang yang tidak mungkin dilakukan oleh manusia, atau masih banyak lagi. Berkenaan dengan sifat operasionalnya, maka sebuah komponen Op Amp dapat kita gunakan untuk berbagai fungsi, misalnya seperti :
1. Rangkaian penguat membalik (Inverting Amplifier)
2. Rangkaian penguat tak membalik (Non Inverting Amplifier)
3. Rangkaian penjumlah (Summer/Adder)
4. Rangkaian pengurang (Substractor)
5. Rangkaian Buffer / Pengikut Tegangan (Voltage Follower)
6. Rangkaian Pembanding (Comparator)
7. Rangkaian Selisih (Differential)
8. Rangkaian Filter (LPF, HPF, BPF dan BSF)
9. dll

    Berbicara mengenai komponen OpAmp, alangkah baiknya kita memulai perkenalan komponen ini mulai dari simbol seperti gambar simbol OpAmp di bawah ini:

Gambar 1. Simbol OpAmp

Dimana: V1 = Input Non Inverting
                V2 = Input Inverting
                Vout = output
Adapun karakteristik op amp memiliki ciri, diantaranya:
1. memiliki faktor penguatan (gain) yang besar (10^5 - 10^6) A = ~ (dianggap tak hingga)
2. memiliki perfect balance (keseimbangan yang  tinggi) dimana bila V1 = V2 maka Vout = 0 (Nol)
3. memiliki impedansi/resistansi input yang besar sekali (Zi = Ri = ~)
4. memiliki impedansi/resistansi output yang kecil sekali (Zo = Ro = 0)
5. memiliki bandwith yang lebar
6. mamiliki kestabilan yang tinggi terhadap suhu.

Selain itu Op Amp memiliki keunggulan diantaranya harga / price relatif murah (Rp.2.000 s/d Rp.10.000) sehingga banyak digunakan untuk aplikasi yang luas. Dengan karakteristik tersebut maka sebuah Op Amp dalam analisisnya dapat digantikan oleh rangkaian pengganti (rangkaian ekivalen) sebagai berikut :



Gambar 2. Rangkaian Pengganti IDEAL OpAmp

Dimana :  Vin = Tegangan input OpAmp
                   V1  = Tegangan input Non Inverting
                   V2  = Tegangan input Inverting
                   A    = Faktor penguatan (gain) OpAmp
                  Vout = Tegangan output

Dari gambar rangkaian pengganti opamp ideal diatas didapat bahwa besar tegangan output adalah :
Vout = A. Vin
atau :
Vin = Vout / A

Contoh :
Diberikan gambar rangkaian opamp sebagai berikut :
Dari gambar diatas dapat dijelaskan sebagai berikut :

     Bila Resistor Variabel (RV1) di setting di tengah-tengah (0,5 Kohm) maka akan memberikan tegangan sebesar 0 V terhadap Ground, karena Tegangan sumbernya merupakan sumber tegangan simetris (+12V, 0V,-12V), maka nilai tengah dari tegangan tersebut merupakan titik tengah dari besar tegangan sumber dan nilainya adalah 0V atau Ground.

    Untuk mendapatkan tegangan input (V1) sebesar 4,8 V (terhadap ground) maka berdasarkan kaidah tegangan bagi (voltage devider), maka nilai VR adalah :
V1 = (Rx/RV1)*Vs
dimana : V1 = 4,8 V = tegangan input
                 Rx = nilai resistor yang disetting
                 Vs = 12V = Tegangan sumber (terhadap ground) 
maka :
Rx = (V1/Vs)*RV1 
Rx = (4,8V/12V)*0,5 k ohm 
Rx= 0,2 k ohm = 200 ohm

karena RV1 mendapat tegangan simetris (+12V, 0V,-12V) maka Nilai 
RV1 = 500 + 200 = 700 ohm = 0,7 k ohm.
Sehingga rangkaian pengganti opamp adalah sbb :


Dari Gambar rangkaian pengganti diatas, pada rangkaian input sesuai dengan kaidah hukum kirchoff tegangan KVL (kirchoff Voltage Law) adalah :
-V1 + Vin + A.Vin = 0
(Vout/A) + Vout = V1
Vout ((1/A) + 1)) = V1
Vout ((1+A)/A) = V1
Vout = (A/(1+A)) * V1
karena A = ~, maka
Vout = V1

Maka rangkaian tersebut dinamakan Voltage follower atau pengikut tegangan

Sehingga, bila tegangan inputnya (V1=4,8V) maka Vout = 4,8 V

Demikian yang bisa saya sampaikan untuk sementara waktu, insyaAllah kita lanjutkan pada kesempatan berikutnya.

Salam,

26 Mei 2012
Mardiono
Jayabaya - Cimanggis
SMK Insan Kreatif - Cibinong