MODUL 3 Op-Amp & Filter





MODUL 3

OPERATIONAL AMPLIFIER DAN FILTER 


1. Pendahuluan[Kembali]

Operational Amplifier atau di singkat op-amp merupakan salah satu komponen analog yang sering digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. Aplikasi op-amp yang paling sering dipakai antara lain adalah rangkaian inverter, non-inverter, integrator dan differensiator. Op-amp tidak hanya digunakan untuk menguatkan sinyal, tetapi juga sangat sering diaplikasikan dalam rangkaian filter. Rangkaian filter berfungsi untuk meloloskan sinyal pada rentang frekuensi tertentu dan menahan sinyal pada frekuensi lainnya. Terdapat empat jenis filter dasar, yaitu low-pass filter (meloloskan frekuensi rendah), high-pass filter (meloloskan frekuensi tinggi), band-pass filter (meloloskan rentang frekuensi tertentu), dan band-stop filter (menahan rentang frekuensi tertentu). Penggunaan op-amp memungkinkan perancangan filter aktif yang lebih unggul dibandingkan filter pasif, karena mampu memberikan penguatan sinyal, stabilitas yang lebih baik, dan kemiringan respons yang lebih curam. Dengan demikian, op-amp menjadi komponen kunci dalam berbagai aplikasi pemrosesan sinyal, audio, dan telekomunikasi yang membutuhkan pemisahan sinyal berdasarkan frekuensinya.

    Op-amp pada dasarnya adalah sebuah differential amplifier (penguat diferensial) yang memiliki dua masukan. Input (masukan) op-amp ada yang dinamakan input inverting dan non-inverting. Op-amp ideal memiliki open loop gain (penguatan loop terbuka) yang tak terhingga besarnya. Seperti misalnya op-amp LM741 yang sering digunakan oleh banyak praktisi elektronika, memiliki karakteristik tipikal open loop gain sebesar 104 ~ 105.Penguatan yang sebesar ini membuat op-amp menjadi tidak stabil, dan penguatannya menjadi tidak terukur (infinite).Disinilah peran rangkaian negative feedback (umpanbalik negatif) diperlukan, sehingga op-amp dapat dirangkai menjadi aplikasi dengan nilai penguatan yang terukur (finite).

    Impedasi input op-amp ideal mestinya adalah tak terhingga, sehingga mestinya arus input pada tiap masukannya adalah 0. Sebagai perbandingan praktis, op-amp LM741 memiliki impedansi input Zin = 106 Ohm. Nilai impedansi ini masih relatif sangat besar sehingga arus input op-amp LM741 mestinya sangat kecil


2. Tujuan[Kembali]

Adapun tujuan dari praktikum pada modul 3 kali ini adalah:

  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. 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

Module

    Modul pada trainer elektronika berfungsi sebagai elemen kunci yang memungkinkan pelajar untuk mempelajari dan bereksperimen dengan berbagai konsep elektronika secara terstruktur. Setiap modul dirancang untuk mengajarkan prinsip-prinsip tertentu melalui rangkaian yang telah dirancang khusus, seperti rangkaian analog, digital, atau sistem komunikasi. Modul ini biasanya mencakup komponen-komponen yang diperlukan, seperti resistor, kapasitor, transistor, dioda, dan IC (Integrated Circuit), serta sering dilengkapi dengan petunjuk dan diagram untuk merakit sirkuit yang relevan. Selain itu, beberapa trainer juga menyediakan modul dengan fitur-fitur tambahan seperti switch, LED, dan sensor untuk memfasilitasi berbagai aplikasi praktis. Dengan menggunakan modul-modul ini, pelajar dapat menguji dan memahami konsep-konsep seperti hukum Ohm, arsitektur sirkuit logika, penguatan sinyal, dan teknik modifikasi sinyal, sambil memperoleh keterampilan praktis dalam merakit dan menganalisis rangkaian. Modul pada trainer elektronika membuat pembelajaran menjadi lebih hands-on dan terarah, memungkinkan pengguna untuk langsung melihat hasil dari eksperimen mereka dan mengaitkannya dengan teori yang telah dipelajari.

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.

5. DC Power Suply


 

    DC power supply, atau catu daya searah, adalah perangkat yang menyediakan tegangan listrik searah yang stabil dan dapat diatur untuk berbagai aplikasi elektronik. Kegunaannya meliputi penyediaan daya yang konsisten untuk pengujian dan pengembangan perangkat elektronik, seperti rangkaian sirkuit dan komponen. DC power supply juga digunakan dalam peralatan laboratorium untuk eksperimen dan analisis, serta dalam sistem elektronik yang membutuhkan tegangan tetap untuk beroperasi dengan benar. Dengan kemampuannya untuk mengatur dan mengontrol tegangan dan arus, DC power supply memastikan kinerja optimal dan keamanan dalam aplikasi elektronik, mendukung pengembangan dan pengujian berbagai teknologi.

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  

 

Gambar 3.1  Operational Amplifier 


1. 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 3.2 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.


2. 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) 

 

Gambar 3.3 Komparator Op- Amp 


3. 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. 

Gambar 3.4 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.


4. 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. 

Gambar 3.5 Rangkaian HPF dan grafik respon frekuensi HPF


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


Vout = 𝑗𝜔𝑅𝐶 .Vin

            1+𝑗𝜔𝑅𝐶




Komentar

Posting Komentar

Postingan populer dari blog ini

Gambar
    BAHAN PRESENTASI  MATA KULIAH ELEKTRONIKA 2024 Disusun Oleh: Steven Fitzaro Carnizio NIM : 2410953031 Dosen Pengampu : Dr. Darwison ,MT Rizki Wahyu Pratama ST, MT JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2024/2025 Referensi : a. Darwison, 2010, ”TEORI, SIMULASI DAN APLIKASI ELEKTRONIKA ”, Jilid 1, ISBN: 978-602-9081-10-7, CV Ferila, Padang b. Darwison, 2010, ”TEORI, SIMULASI DAN APLIKASI ELEKTRONIKA ”,Jilid 2,  ISBN: 978-602-9081-10-8, CV Ferila, Padang c. Robert L. Boylestad and Louis Nashelsky, Electronic Devices and Circuit Theory, Pearson, 2013 d. Jimmie J. Cathey, Theory and Problems of Electronic Device and Circuit, McGraw Hill, 2002. e. Keith Brindley, Starting Electronics, Newness 3rd Edition, 2005 f. Ian R. Sinclair and John Dunton, Practical Electronics Handbook, Newness, 2007. g. John M. Hughes, Practical Electronics: Components and Techniques, O’Reilly Media, 2016.    
Baca selengkapnya