10.48


1. Pendahuluan[Kembali]

 Penguat operasional (op-amp) adalah komponen fundamental dalam berbagai aplikasi sistem elektronika analog. Salah satu konfigurasi paling umum dari op-amp adalah penguat inverting, yang digunakan untuk memperkuat sinyal dengan membalik fasa output terhadap input. Dalam sistem sinyal AC berfrekuensi tinggi, performa op-amp sangat dipengaruhi oleh parameter dinamisnya, terutama slew rate. Slew rate menunjukkan kemampuan maksimum op-amp dalam merespons perubahan cepat tegangan output. Studi ini menganalisis keterbatasan tersebut melalui rangkaian penguat inverting yang diberi sinyal sinusoidal, guna menentukan frekuensi maksimum sinyal masukan yang dapat diterima tanpa distorsi akibat keterbatasan slew rate.


2. Tujuan[Kembali]

1. Menentukan frekuensi maksimum sinyal masukan sinusoidal yang dapat dikuatkan tanpa menyebabkan distorsi akibat keterbatasan slew rate op-amp.

2. Menganalisis kinerja op-amp dalam konfigurasi inverting amplifier, khususnya dalam aplikasi sinyal AC berfrekuensi tinggi.

3. Memahami pengaruh amplitudo dan frekuensi sinyal terhadap bentuk gelombang output yang dihasilkan.


3. Alat dan Bahan[Kembali]

 

1. Function Generator

        Function Generator adalah alat yang digunakan untuk menghasilkan berbagai bentuk gelombang sinus, kotak, segitiga, dan lain-lain dengan frekuensi dan amplitudo yang bisa diatur.



    2. Op Amp

        Op-amp (operational amplifier) adalah komponen elektronik analog yang berfungsi sebagai penguat tegangan. Komponen ini memiliki dua terminal input, yaitu input non-inverting (+) dan input inverting (−), serta satu terminal output. Beberapa konfigurasi umum op-amp meliputi inverting amplifier (input diberikan ke terminal inverting, output berbanding terbalik dengan input), non-inverting amplifier (input ke terminal non-inverting, output searah dengan input), dan voltage follower (output langsung mengikuti input tanpa penguatan).




    3.  Resistor

        Resistor adalah komponen elektronik pasif yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran arus listrik dalam suatu rangkaian, komponen ini digunakan untuk mengatur arus, membagi tegangan, melindungi komponen lain dari arus berlebih, dan sebagai bagian dari filter, pengatur waktu, atau pembentuk sinyal. Nilai hambatan resistor ditentukan oleh kode warna atau ditulis langsung pada bodinya.




    4. Ground 

        Ground dalam sebuah rangkaian elektronik adalah titik referensi tegangan nol volt yang digunakan sebagai acuan untuk semua tegangan lainnya dalam rangkaian. Ground bukan berarti harus terhubung secara fisik ke bumi, tapi bisa berarti titik nol secara konseptual atau fungsional di dalam sistem.



    5. Power Supply

        Power supply adalah perangkat atau rangkaian yang berfungsi untuk menyediakan energi listrik kepada komponen atau sistem elektronik. Secara umum, power supply dapat dibagi menjadi dua jenis utama, yaitu DC power supply yang menghasilkan arus searah (direct current), dan AC power supply yang menghasilkan arus bolak-balik (alternating current).


4. Dasar Teori[Kembali]

 

A. Karakteristik Frekuensi Op-Amp 

Op-amp dirancang sebagai penguat dengan gain tinggi dan bandwidth lebar. Namun, pengoperasian seperti ini dapat menyebabkan ketidakstabilan (osilasi) akibat umpan balik positif. Untuk menanggulanginya, op-amp dilengkapi dengan kompensasi internal, yang menyebabkan penurunan gain seiring bertambahnya frekuensi, dikenal sebagai roll-off (umumnya 20 dB/dekade atau 6 dB/oktaf).

Meskipun op-amp memiliki open-loop gain (AVD) yang sangat tinggi, dalam praktiknya, digunakan resistor umpan balik untuk membentuk closed-loop gain (ACL) yang lebih kecil dan stabil. Penggunaan umpan balik ini memberikan beberapa keuntungan:

  1. Gain lebih stabil dan presisi.

  2. Impedansi input meningkat.

  3. Impedansi output menurun.

  4. Respons frekuensi meningkat.

B. Gain–Bandwidth
    Karena kompensasi internal, gain op-amp menurun dengan bertambahnya frekuensi.


    Grafik gain vs. frekuensi (seperti gambar) menunjukkan AVD (gain dc) besar di frekuensi rendah. Saat frekuensi naik, gain turun hingga mencapai 1, yang disebut bandwidth unity-gain (B1 atau f1).
Cut-off frequency (fC) adalah titik di mana gain turun 3 dB (sekitar 0,707 AVD).Hubungan antara f1 dan fC adalah bagian dari karakteristik gain–bandwidth op-amp.



C. Slew Rate dan Frekuensi Maksimum
       Slew rate (SR) menyatakan seberapa cepat tegangan output op-amp dapat berubah dalam waktu tertentu. Jika input berubah lebih cepat dari kemampuan SR, output akan mengalami distorsi atau kliping. Frekuensi maksimum kerja op-amp ditentukan oleh dua faktor: bandwidth (BW) dan slew rate (SR). 

Untuk sinyal sinusoidal dengan bentuk umum:

Laju perubahan tegangan maksimumnya adalah 


Agar output tidak mengalami distorsi, laju perubahan ini harus lebih kecil dari slew rate, sehingga berlaku:

Persamaan menjadi 




5. Example[Kembali]

 

 EXAMPLE 10.12  Determine the cutoff frequency of an op-amp having specified values
B1 = 1 MHz and AVD = 200 V>mV.

Solution: 

Since f1 = B1 = 1 MHz, we can use Eq. (10.23) to calculate
fC = f1
AVD
= 1 MHz
200 V>mV = 1 * 106
200 * 103 = 5 Hz

 EXAMPLE 10.13 For an op-amp having a slew rate of SR = 2 V>ms, what is the maximum
closed-loop voltage gain that can be used when the input signal varies by 0.5 V in 10 ms?
Solution: 

Since Vo = ACLVi, we can use
Vo
t = ACL
Vi
t

from which we get
ACL = Vo>t
Vi>t = SR
Vi>t = 2 V>ms
0.5 V>10 ms = 40

 EXAMPLE 10.14 For the signal and circuit of Fig. 10.48 , determine the maximum fre-
quency that may be used. Op-amp slew rate is SR = 0.5 V>ms.


 Solution

: For a gain of magnitude
ACL = `
Rf
R1
` = 240 k
10 k = 24

the output voltage provides
K = ACLVi = 24(0.02 V) = 0.48 V
Eq. (10.25): v ...
SR
K = 0.5 V>ms
0.48 V = 1.1 : 106 rad,s

 


6. Problem[Kembali]

Vi = 50mV dan SR = 0.4 V/μs

    Jawab: 
Acl = Rf/R1 = 200k/2k = 100
K = Acl x Vi = 100 x 50mV = 5V
ws = SR/K = 0.4 V/μs / 5 V = 80 x 10^3 rad/s
fs = ws/2phi = 12.73 kHz


2. Tentukan frekuensi cutoff op-amp yang memiliki nilai tertentu B1 = 800 kHz dan AVD = 150 V/mV.
    Jawab : 
    f1 = 800 kHz
    fc = f1/Avd = 800 kHz/150 x 10^3 = 5.3 Hz


3. Untuk op-amp yang memiliki kecepatan slew SR = 2.4 V/ μs, berapa volt loop tertutup maksimum penguatan yang dapat digunakan ketika sinyal input bervariasi 0.3 V dalam 10 μs?
    Jawab :
    Acl = SR/ΔV/Δt = 2.4 V/μs / 0.3 V / 10μs = 80

 



7. Soal Latihan[Kembali]

 

Soal 1:
Parameter frekuensi yang menunjukkan seberapa cepat op-amp dapat merespons perubahan sinyal input adalah:
A. Slew Rate
B. Gain Bandwidth Product
C. Input Offset Voltage
D. Common-Mode Rejection Ratio

Jawaban: A. Slew Rate

Soal 2:
Gain Bandwidth Product (GBW) pada op-amp menunjukkan:
A. Rasio antara tegangan input dan output pada kondisi ideal
B. Kecepatan maksimum perubahan tegangan output
C. Frekuensi saat penguatan op-amp menjadi nol
D. Frekuensi di mana penguatan open-loop op-amp turun menjadi 1

Jawaban: D. Frekuensi di mana penguatan open-loop op-amp turun menjadi 1

Soal 3:
Jika sebuah op-amp memiliki GBW sebesar 1 MHz dan digunakan dalam konfigurasi non-inverting dengan penguatan 10, berapa frekuensi maksimum sinyal input yang masih dapat diperkuat tanpa distorsi besar?
A. 100 Hz
B. 1 kHz
C. 10 kHz
D. 100 kHz

Jawaban: C. 100 kHz
(Penjelasan: GBW = Gain × Bandwidth → 1 MHz = 10 × Bandwidth → Bandwidth = 100 kHz)




8. Percobaan[Kembali]

a. Prosedur

        1).  Buka aplikasi proteus

        2). Pilih komponen yang akan digunakan dalam rangkaian

        3). Susunlah komponen sesuai gambar

        4). Setelah merangkai seluruh komponen, jalankan simulasi

        5). Amatilah simulasi yang sedang berjalan

    b. Rangkaian simulasi dan prinsip kerja














Rangkaian ini merupakan rangkaian penguat frekuensi tinggi terbatas dengan penguat inverting (inverting amplifier), pada rangkaian ini, sinyal masukan  diberikan melalui resistor  ke terminal inverting (-), sementara terminal non-inverting (+) dihubungkan ke ground, yang menciptakan titik virtual ground di input inverting. Sinyal output dikembalikan ke input inverting melalui resistor umpan balik , membentuk jalur umpan balik negatif.

Video Percobaan







9. Link Download[Kembali]

download file rangkaian 10.48 [disini]

download datasheet op amp 741 [disini]

download tambahan datasheet op amp [klik disini]

download datasheet resistor [klik disini]


Komentar

Posting Komentar

Postingan populer dari blog ini

Gambar
MODUL 1   [KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA] DAFTAR ISI 1. Pendahuluan 2. Tujuan 3. Alat dan Bahan 4. Dasar Teori 5. Percobaan Percobaan ... 1. Tugas Pendahuluan 2. Laporan Akhir MODUL 1 POTENSIOMETER & TAHANAN GESER DAN  JEMBATAN WHEATSTONE 1. Pendahuluan [Kembali]   Potensiometer adalah sensor yang berfungsi sebagai resistor 3 kaki terminal, dengan sambungan geser yang membentuk pembagi tegangan. Di terminalnya ada sebuah shaft atau tuas, yang berfungsi sebagai pengatur. Potensiometer sebagai resistor variabel 3 terminal, yang resistansi divariasikan secara manual, untuk mengontrol aliran arus listrik. Struktur potensiometer terdiri dari komponen penyapu (wiper), elemen resistif, dan terminal. Apabila hanya ada 2 terminal digunakan, maka ia akan bertindak sebagai variabel penghambat atau rheostat. Potensiometer tergolong sebagai variabel resistor. Dalam hal ini, potensiometer berfungsi sebagai pembagi tegangan yang bisa disesuaikan. Dengan dem...
Baca selengkapnya
Gambar
MODUL 2 [KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA] DAFTAR ISI 1. Pendahuluan 2. Tujuan 3. Alat dan Bahan 4. Dasar Teori 5. Percobaan Percobaan ... 1. Tugas Pendahuluan 2. Laporan Akhir MODUL 2 OSCILLOSCOPE DAN PENGUKURAN DAYA 1. Pendahuluan [Kembali] Dunia elektronika sangat bergantung pada kemampuan untuk mengukur dan menganalisis sinyal listrik . Osiloskop merupakan alat ukur elektronik yang sangat penting yang digunakan untuk menampilkan bentuk gelombang dari sinyal tersebut. Namun, dalam banyak aplikasi, analisis visual dari bentuk gelombang saja tidak cukup. Kita juga perlu mengetahui jumlah daya yang dikonsumsi atau dihasilkan oleh suatu rangkaian elektronik Osiloskop merupakan alat ukur elektronik yang sangat penting dalam berbagai bidang, seperti elektronika, telekomunikasi, medis, dan fisika. Alat ini memungkinkan pengukuran dan visualisasi bentuk gelombang tegangan dan arus dalam suatu rangkaian elektronik. Pengukuran daya adalah proses penentuan jumlah da...
Baca selengkapnya

Tugas Pendahuluan

TUGAS PENDAHULUAN   MODUL 1   POTENSIOMETER & TAHANAN GESER DAN JEMBATAN WHEATSTONE Soal no.1 Jelaskan apa itu jembatan wheatstore dan fungsinya ! Jawab:  Jembatan Wheatstone adalah rangkaian listrik yang digunakan untuk mengukur nilai resistansi (hambatan) yang tidak diketahui dengan presisi tinggi. Rangkaian ini terdiri dari empat resistor yang disusun dalam bentuk jembatan.  Secara sederhana, jembatan Wheatstone adalah susunan rangkaian listrik untuk mengukur suatu tahanan yang tidak diketahui besarannya.  Fungsi utama jembatan Wheatstone adalah untuk mengukur nilai resistansi yang tidak diketahui dengan membandingkannya dengan resistansi yang diketahui. Soal no.2 Jelaskan pengertian potensiometer dan tahanan geser! Potensiometer dan Tahanan Geser  Jawab: Potensiometer adalah resistor variabel tiga terminal yang nilai resistansinya dapat diubah dengan memutar atau menggeser tuas. Potensiometer sering digunakan sebagai pengatur volume pada p...
Baca selengkapnya