Modul 3 Prak Elektronika

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

Percobaan ...

MODUL III

OPERATIONAL AMPLIFIER DAN FILTER

1. Pendahuluan [Kembali]

Operational Amplifier (Op-Amp) adalah komponen dasar elektronika analog yang berfungsi sebagai penguat sinyal listrik dengan tingkat penguatan sangat tinggi. Op-amp memiliki dua input utama, yaitu inverting (-) dan non-inverting (+), serta satu output. Dengan konfigurasi tertentu, op-amp dapat digunakan sebagai penguat, pembanding, filter, osilator, maupun rangkaian matematika sederhana. Kemampuan serbagunanya membuat op-amp menjadi komponen penting dalam berbagai aplikasi elektronika modern, seperti kontrol, komunikasi, dan instrumentasi.

Dalam sistem elektronik, sinyal sering mengandung frekuensi yang tidak diinginkan (noise). Untuk memperoleh sinyal yang lebih bersih, digunakan rangkaian filter. Filter berfungsi menyaring bagian tertentu dari spektrum frekuensi, misalnya Low-Pass Filter (LPF) untuk melewatkan frekuensi rendah, High-Pass Filter (HPF) untuk frekuensi tinggi, serta Band-Pass dan Band-Stop Filter untuk rentang frekuensi tertentu. Filter dapat dibuat secara analog menggunakan resistor, kapasitor, atau induktor, maupun secara digital dengan algoritma pemrosesan sinyal.

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

5. Percobaan [Kembali]

a. Prosedur

Buka Proteus klik New Project.
Masuk ke Pick Devices (P) → cari dan tambahkan:
- LM741 (op-amp)
- DC Voltage (2 buah, untuk V1 dan V2)
- DC Voltage Power (1 buah, untuk supply +Vcc)
Rangkai seperti ini:
- Hubungkan pin 2 (inverting) ke V1 = 1 V
- Hubungkan pin 3 (non-inverting) ke V2 = 3 V
- Hubungkan pin 7 (Vcc) ke +5 V
- Hubungkan pin 4 (Vee) ke -5 V
- Hubungkan pin 6 (Output) ke DC probe
Jalankan simulasi

b. Hardware

Multimeter

Jumper

DC Power Supply

Osiloskop

Function Generator

Module elektronika analog Operational Amplifier 1

Resistor

c. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja

Prinsip kerja dasar dari komparator adalah membandingkan dua tegangan input. Dalam kondisi ini, Op-Amp (Operational Amplifier) beroperasi dalam mode open-loop, yang berarti tidak ada umpan balik yang terpasang. Karena penguatan Op-Amp sangat tinggi, bahkan perbedaan tegangan yang sangat kecil antara kedua inputnya akan mendorong output ke salah satu dari dua kondisi saturasi.

Dua kondisi tersebut adalah:

Jika $V_{n o n - in v er t in g} > V_{in v er t in g}$ , maka $V_{o u t}$ akan mendekati tegangan saturasi positif ( $+ V_{s a t}$ ).
Jika $V_{n o n - in v er t in g} < V_{in v er t in g}$ , maka $V_{o u t}$ akan mendekati tegangan saturasi negatif ( $- V_{s a t}$ ).

Dalam rangkaian ersebut:

Vinverting adalah 1 V.
Vnon−inverting adalah 3 V.

Karena 3 V > 1 V, kondisi pertama yang berlaku. Tegangan pada kaki non-inverting lebih besar daripada tegangan pada kaki inverting. Akibatnya, Op-Amp akan memperkuat perbedaan tegangan ini dengan penguatan yang sangat tinggi, yang secara instan mendorong output ke level saturasi positif ( $V_{s a t +}$ ).

Nilai pasti dari Vout ini bergantung pada tegangan catu daya ( $+ V_{cc}$ dan $- V_{cc}$ ) yang diberikan pada Op-Amp. Misalnya, jika Op-Amp ditenagai oleh catu daya $\pm 15 V$ , maka $V_{o u t}$ akan sekitar $+ 13 V$ hingga $+ 14 V$ , tidak persis $+ 15 V$ karena adanya kerugian internal pada Op-Amp.

Secara sederhana, rangkaian ini berfungsi sebagai pendeteksi ambang batas. Jika tegangan input ( $V_{n o n - in v er t in g}$ ) melampaui tegangan referensi ( $V_{in v er t in g}$ ), maka output akan langsung berubah dari rendah ke tinggi.

d. Video Demo

e. Kondisi

Rangkaian komparator dengan V1=1V di pin inverting dan V2=3V di pin non inverting

Cari Blog Ini

Subhan Hanafi