MODUL 3

OPERATIONAL AMPLIFIER DAN FILTER


1. Pendahuluan[Kembali]

Operational Amplifier (Op-Amp) adalah komponen elektronika berupa penguat diferensial dengan penguatan tegangan yang sangat besar. Op-Amp memiliki dua masukan, yaitu masukan inverting (–) dan non-inverting (+), serta satu keluaran. Prinsip kerjanya adalah memperkuat selisih tegangan antara kedua masukan tersebut. Dalam aplikasinya, Op-Amp dapat digunakan pada berbagai konfigurasi, seperti penguat inverting, non-inverting, penjumlah (summing amplifier), pengurang, integrator, maupun diferensiator.

Filter adalah rangkaian elektronika yang digunakan untuk memilih sinyal berdasarkan frekuensinya, dengan cara melewatkan sinyal pada rentang frekuensi tertentu dan meredam frekuensi lainnya. Filter dapat dibedakan menjadi beberapa jenis, antara lain:

  • Low Pass Filter (LPF): melewatkan frekuensi rendah dan meredam frekuensi tinggi.
  • High Pass Filter (HPF): melewatkan frekuensi tinggi dan meredam frekuensi rendah.
  • Band Pass Filter (BPF): melewatkan frekuensi pada suatu pita tertentu.
  • Band Stop Filter (BSF): meredam frekuensi pada pita tertentu.

Dalam implementasinya, filter dapat dibuat secara pasif (menggunakan resistor, kapasitor, dan induktor) maupun aktif (menggunakan Op-Amp). Filter aktif dengan Op-Amp memiliki kelebihan berupa penguatan sinyal, kestabilan, serta desain yang lebih fleksibel dibanding filter pasif.


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. Mengetahu prinsip kerja High Pass Filter

                                                     

3. Alat dan Bahan[Kembali]

A. Alat

1. Multimeter 
 
 

 2. Kabel Jumper 

 
3. DC Power Supply

 

4. Osiloskop

 
5. Function Generator

 

B. Bahan

1. Module Elektronika Analog Operational Amplifier

 2. Resistor

 3. RS-A4 Elektronika Analog


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 :

 Gambar 3.4.1 Simbol Op-Amp

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.
 
 Gambar 3.4.2 Gambar 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. Non Inverting Op-Amp

Gambar 3.4.3 Rangkaian Non-Inverting Op-Amp
    
    Pada non-inverting amplifier input sinyal dihubungkan ke input (+) non-inverting dan sebagian output kembali melalui jaringan feedback dan dihubungkan ke input pembalik (-). Penguatan yang outputnya sama dengan input, tidak membalikkan fasa. Dikarenakan feedback yang negatif, maka tegangan diferensial (Vdiff = Vin – Vf) antara terminal input sangat kecil dan penguatan open loop tinggi (Aol).

Vout = Vin (1 + Rf / Rin) 
 
Penguatan tegangan (voltage gain) non-inverting amplifier adalah

Acl = (Rf / Rin) + 1

C. Adder
    Op-Amp adder merupakan jenis lain dari konfigurasi rangkaian op-amp. Op-Amp sebagai adder digunakan untuk menjumlahkan beberapa input masukan secara bersama sama menjadi satu keluaran.
 
Gambar 3.4.4 Rangkaian Inverting Adder

Untuk mendapatkan output rangkaian inverting adder, digunakan rumus: 
 



Gambar 3.4.5 Rangkaian Non-Inverting Adder


Untuk mendapatkan output rangkaian non inverting adder, digunakan rumus:

D. 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)

E. 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.
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. 

F. 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. 

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





Komentar

Posting Komentar