Tugas Pendahuluan

SOAL NOMOR 1

 

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

6. Video Percobaan

7. Download File

 

1. Pendahuluan[Kembali]

Operational Amplifier (Op-Amp) merupakan salah satu komponen aktif yang sangat penting dalam dunia elektronika analog. Op-Amp adalah penguat tegangan dengan penguatan tinggi yang dirancang untuk digunakan bersama komponen eksternal seperti resistor dan kapasitor, sehingga dapat melakukan berbagai fungsi seperti penguatan sinyal, penyaringan (filtering), penjumlahan, integrasi, dan diferensiasi sinyal listrik.

Karakteristik utama dari Op-Amp adalah penguatan tegangan yang sangat tinggi, impedansi input yang tinggi, serta impedansi output yang rendah. Dengan konfigurasi rangkaian yang tepat, Op-Amp dapat digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk sebagai penguat inverting, non-inverting, diferensial, hingga sebagai komparator. Fleksibilitas dan kehandalan Op-Amp menjadikannya komponen kunci dalam banyak sistem elektronika, mulai dari instrumen pengukuran, sistem kendali otomatis, hingga perangkat audio dan sensor.

Melalui pemahaman tentang prinsip kerja serta implementasi penguat Op-Amp dalam berbagai konfigurasi, mahasiswa atau praktikan dapat mengembangkan kemampuan dalam merancang dan menganalisis rangkaian elektronik dengan lebih baik dan aplikatif.

2. Tujuan[Kembali]

1. Memahami prinsip kerja dasar Op-Amp sebagai penguat tegangan dalam berbagai konfigurasi rangkaian.

2. Menganalisis karakteristik penguat Op-Amp, seperti penguatan (gain), impedansi input/output, serta respon frekuensi.

3. Mengenal dan merancang konfigurasi penguat Op-Amp, seperti penguat inverting, non-inverting, dan diferensial.

4. Mengamati pengaruh komponen eksternal (resistor, kapasitor) terhadap perilaku dan kinerja Op-Amp.

5. Mengaplikasikan Op-Amp dalam simulasi atau rangkaian nyata sebagai bagian dari sistem penguatan sinyal dalam perangkat elektronik 

 

3. Alat dan Bahan[Kembali]

A. Alat

1. Baterai

Baterai (Battery) adalah sebuah alat yang dapat mengubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi Listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat Elektronik. 

Spesifikasi dan Pinout Baterai

Input voltage: ac 100~240v / dc 10~30v
Output voltage: dc 1~35v
Max. Input current: dc 14a
Charging current: 0.1~10a
Discharging current: 0.1~1.0a
Balance current: 1.5a/cell max
Max. Discharging power: 15w
Max. Charging power: ac 100w / dc 250w
Jenis batre yg didukung: life, lilon, lipo 1~6s, lihv 1-6s, pb 1-12s, nimh, cd 1-16s
Ukuran: 126x115x49mm
Berat: 460gr

2. Generator DC

Generator DC merupakan sebuah perangkat mesin listrik dinamis yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Generator DC menghasilkan arus DC / arus searah.

Spesifikasi :

Non gearbox

Speed : 2750 rpm

Output : DC 12V

Arus : 35A

Built-in regulator

Dimensi body : panjang 11,5 cm x diameter 9,75 cm

Berat : 2,6 kg

Kondisi : second berkualitas

B. Bahan

1. Resistor

Resistor merupakan salah satu komponen yang digunakan dalam sebuah sirkuit atau rangkaian elektronik. Resistor berfungsi sebagai resistansi/ hambatan yang mampu mengatur atau mengendalikan tegangan dan arus listrik rangkaian.

2. OP AMP

Operational Amplifier atau yang lebih sering disebut op amp merupakan suatu komponen elektronika analog yang berfungsi sebagai penguat atau amplifier multiguna yang diwujudkan dalam sebuah IC op-amp.

3. Dioda 1N4002

Spesifikasi :

4. Ground

Dalam sistem elektronika ground berarti sebuah titik referensi umum atau tegangan potensial sama dengan “tegangan nol”. Ground bersifat relatif, karena dapat memilih titik dimana saja dalam sirkuit untuk dijadikan ground untuk mereferensi semua tegangan dalam rangkaian.

5. Transistor BC547

Spesifikasi :

• Type - NPN
• Collector-Emitter Voltage: 35 V
• Collector-Base Voltage: 35 V
• Emitter-Base Voltage: 5 V
• Collector Current: 2.5 A
• Collector Dissipation - 10 W
• DC Current Gain (hfe) - 100 to 200
• Transition Frequency - 160 MHz
• Operating and Storage Junction Temperature Range -55 to +150 °C
• Package - TO-126

Konfigurasi transistor :

 Konfigurasi Common Base adalah konfigurasi yang kaki Basis-nya di-ground-kan dan digunakan bersama untuk INPUT maupun OUTPUT.  Pada Konfigurasi Common Base, sinyal INPUT dimasukan ke Emitor  dan sinyal OUTPUT-nya diambil dari Kolektor, sedangkan kaki Basis-nya di-ground-kan. Oleh karena itu, Common Base juga sering disebut dengan istilah “Grounded Base”. Konfigurasi Common Base ini menghasilkan Penguatan Tegangan antara sinyal INPUT dan sinyal OUTPUT namun tidak menghasilkan penguatan pada arus.

    Konfigurasi Common Collector (CC) atau Kolektor Bersama memiliki sifat dan fungsi yang berlawan dengan Common Base (Basis Bersama). Kalau pada Common Base menghasilkan penguatan Tegangan tanpa memperkuat Arus, maka Common Collector ini memiliki fungsi yang dapat menghasilkan Penguatan  Arus namun tidak menghasilkan penguatan Tegangan. Pada Konfigurasi Common Collector, Input diumpankan ke Basis Transistor sedangkan Outputnya diperoleh dari Emitor Transistor sedangkan Kolektor-nya di-ground-kan dan digunakan bersama untuk INPUT maupun OUTPUT. Konfigurasi Kolektor bersama (Common Collector) ini sering disebut juga dengan Pengikut Emitor (Emitter Follower) karena tegangan sinyal Output pada Emitor hampir sama dengan tegangan Input Basis.

    Konfigurasi Common Emitter (CE) atau Emitor Bersama merupakan Konfigurasi Transistor yang paling sering digunakan, terutama pada penguat yang membutuhkan penguatan Tegangan dan Arus secara bersamaan. Hal ini dikarenakan Konfigurasi Transistor dengan Common Emitter ini menghasilkan penguatan Tegangan dan Arus antara sinyal Input dan sinyal Output. Common Emitter adalah konfigurasi Transistor dimana kaki Emitor Transistor di-ground-kan dan dipergunakan bersama untuk INPUT dan OUTPUT. Pada Konfigurasi Common Emitter ini, sinyal INPUT dimasukan ke Basis dan sinyal OUTPUT-nya diperoleh dari kaki Kolektor.

6. Relay

    Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak Saklar/Switch). Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Sebagai contoh,  Relay yang menggunakan Elektromagnet 5V dan 50 mA mampu menggerakan Armature Relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V 2A.

4. Dasar Teori[Kembali]

A. Resistor

Resistor adalah komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika (V=I R).

Jenis Resistor yang digunakan disini adalah Fixed Resistor, dimana merupakan resistor dengan nilai tetap terdiri dari film tipis karbon yang diendapkan subtrat isolator kemudian dipotong berbentuk spiral. Keuntungan jenis fixed resistor ini dapat menghasilkan resistor dengan toleransi yang lebih rendah.

Cara menghitung nilai resistor:

Contoh :

Gelang ke 1 : Coklat = 1

Gelang ke 2 : Hitam = 0

Gelang ke 3 : Hijau   = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105

Gelang ke 4 : Perak  = Toleransi 10%

Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.

B. Transistor NPN

Transistor adalah sebuah komponen di dalam elektronika yang diciptakan dari bahan-bahan semikonduktor dan memiliki tiga buah kaki. Masing-masing kaki disebut sebagai basis, kolektor, dan emitor.

1. Emitor (E) memiliki fungsi untuk menghasilkan elektron atau muatan negatif.

2. Kolektor (C) berperan sebagai saluran bagi muatan negatif untuk keluar dari dalam transistor.

3. Basis (B) berguna untuk mengatur arah gerak muatan negatif yang keluar dari transistor melalui kolektor.

    Berfungsi sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. Selain itu, transistor biasanya juga dapat digunakan sebagai saklar dalam rangkaian elektronika. Jika ada arus yang cukup besar di kaki basis, transistor akan mencapai titik jenuh. Pada titik jenuh ini transistor mengalirkan arus secara maksimum dari kolektor ke emitor sehingga transistor seolah-olah short pada hubungan kolektor-emitor. Jika arus base sangat kecil maka kolektor dan emitor bagaikan saklar yang terbuka. Pada kondisi ini transistor dalam keadaan cut off sehingga tidak ada arus dari kolektor ke emitor. 

Rumus rumus transistor :

Spesifikasi :

• Bi-Polar Transistor
• DC Current Gain (hFE) is 800 maximum
• Continuous Collector current (IC) is 100mA
• Emitter Base Voltage (VBE) is > 0.6V
• Base Current(IB) is 5mA maximum

Konfigurasi Transistor

    Konfigurasi Common Base adalah konfigurasi yang kaki Basis-nya di-ground-kan dan digunakan bersama untuk INPUT maupun OUTPUT.  Pada Konfigurasi Common Base, sinyal INPUT dimasukan ke Emitor  dan sinyal OUTPUT-nya diambil dari Kolektor, sedangkan kaki Basis-nya di-ground-kan. Oleh karena itu, Common Base juga sering disebut dengan istilah “Grounded Base”. Konfigurasi Common Base ini menghasilkan Penguatan Tegangan antara sinyal INPUT dan sinyal OUTPUT namun tidak menghasilkan penguatan pada arus.

    Konfigurasi Common Collector (CC) atau Kolektor Bersama memiliki sifat dan fungsi yang berlawan dengan Common Base (Basis Bersama). Kalau pada Common Base menghasilkan penguatan Tegangan tanpa memperkuat Arus, maka Common Collector ini memiliki fungsi yang dapat menghasilkan Penguatan  Arus namun tidak menghasilkan penguatan Tegangan. Pada Konfigurasi Common Collector, Input diumpankan ke Basis Transistor sedangkan Outputnya diperoleh dari Emitor Transistor sedangkan Kolektor-nya di-ground-kan dan digunakan bersama untuk INPUT maupun OUTPUT. Konfigurasi Kolektor bersama (Common Collector) ini sering disebut juga dengan Pengikut Emitor (Emitter Follower) karena tegangan sinyal Output pada Emitor hampir sama dengan tegangan Input Basis.

    Konfigurasi Common Emitter (CE) atau Emitor Bersama merupakan Konfigurasi Transistor yang paling sering digunakan, terutama pada penguat yang membutuhkan penguatan Tegangan dan Arus secara bersamaan. Hal ini dikarenakan Konfigurasi Transistor dengan Common Emitter ini menghasilkan penguatan Tegangan dan Arus antara sinyal Input dan sinyal Output. Common Emitter adalah konfigurasi Transistor dimana kaki Emitor Transistor di-ground-kan dan dipergunakan bersama untuk INPUT dan OUTPUT. Pada Konfigurasi Common Emitter ini, sinyal INPUT dimasukan ke Basis dan sinyal OUTPUT-nya diperoleh dari kaki Kolektor.

 FIXED BIAS 

        Rangkaian transistor NPN dengan fixed bias bekerja dengan mengatur arus dan tegangan melalui komponen-komponen seperti transistor NPN, resistor basis (RB), dan resistor kolektor (RC) yang terhubung ke sumber tegangan DC (VCC). Dalam rangkaian ini, basis transistor diberi tegangan melalui RB, menciptakan tegangan basis-emitor (VBE) sekitar 0.7V, sehingga transistor berada dalam kondisi aktif. Arus basis (IB) yang mengalir ditentukan oleh VCC dan RB. Arus kolektor (IC) diperbesar oleh faktor penguatan arus transistor (β), sehingga IC = β * IB. Tegangan kolektor-emitor (VCE) dihitung dengan mengurangkan tegangan jatuh pada RC dari VCC, yaitu VCE = VCC - IC * RC. Transistor dapat beroperasi dalam kondisi aktif (menguatkan sinyal), saturasi (sakelar tertutup), atau cut-off (sakelar terbuka), tergantung pada arus basisnya. Rangkaian ini sederhana namun memiliki stabilitas termal yang buruk dan kurang cocok untuk aplikasi yang memerlukan penguatan tinggi dan stabilitas baik.

C. Infrared Sensor

Infra red (IR) detektor atau sensor infra merah adalah komponen elektronika yang dapat mengidentifikasi cahaya infra merah (infra red, IR). Sensor infra merah atau detektor infra merah saat ini ada yang dibuat khusus dalam satu modul dan dinamakan sebagai IR Detector Photomodules. IR Detector Photomodules merupakan sebuah chip detektor inframerah digital yang di dalamnya terdapat fotodiode dan penguat (amplifier). Bentuk dan Konfigurasi Pin IR Detector Photomodules TSOP.

Prinsip Kerja Sensor Infrared

Ketika pemancar IR memancarkan radiasi, ia mencapai objek dan beberapa radiasi memantulkan kembali ke penerima IR. Berdasarkan intensitas penerimaan oleh penerima IR, output dari sensor ditentukan.

    Prinsip kerja rangkaian sensor infrared berdasarkan pada gambar 2. Adalah ketika cahaya infra merah diterima oleh fototransistor maka basis fototransistor akan mengubah energi cahaya infra merah menjadi arus listrik sehingga basis akan berubah seperti saklar (swith closed) atau fototransistor akan aktif (low) secara sesaat seperti gambar 3:

Grafik respon sensor infrared :

    Grafik menunjukkan hubungan antara resistansi dan jarak potensial untuk sensitivitas rentang antara pemancar dan penerima inframerah. Resistor yang digunakan pada sensor mempengaruhi intensitas cahaya inframerah keluar dari pemancar. Semakin tinggi resistansi yang digunakan, semakin pendek jarak IR Receiver yang mampu mendeteksi sinar IR yang dipancarkan dari IR Transmitter karena intensitas cahaya yang lebih rendah dari IR Transmitter. Sementara semakin rendah resistansi yang digunakan, semakin jauh jarak IR Receiver mampu mendeteksi sinar IR yang dipancarkan dari IR Transmitter karena intensitas cahaya yang lebih tinggi dari IR Transmitter.

D. Sensor Suhu LM35

    Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan.

    Meskipun tegangan sensor ini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan ke sensor adalah sebesar 5 volt, sehingga dapat digunakan dengan catu daya tunggal dengan ketentuan bahwa LM35 hanya membutuhkan arus sebesar 60 µA hal ini berarti LM35 mempunyai kemampuan menghasilkan panas (self-heating) dari sensor yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan yang rendah yaitu kurang dari 0,5 ºC pada suhu 25 ºC.

Karakteristik Sensor LM35 :

• Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.
• Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 º.
• Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.
• Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.
• Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.
• Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.
• Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.
• Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.

Keistimewaan dari IC LM 35 :

• Kalibrasi dalam satuan derajat celcius.
• Lineritas +10 mV/ º C.
• Arus yang mengalir kurang dari 60 μA
• Dioperasikan pada catu daya 4 V – 30 V.
• Range +2 º C – 150 º C.
• Akurasi 0,5 º C pada suhu ruang.
• Suhu lingkungan di deteksi menggunakan bagian IC yang peka terhadap suhu

Jika dilihat pada grafik, ketika suhu semakin meningkat maka tegangan yang dihasilkan pun semakin besar, dimana setiap perubahan 1º C akan menghasilkan perubahan tegangan output sebesar 10mV

H. OP-AMP LM741

    Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional.

Karaketeristik penguat ideal :

• Gain sangat besar (AOL >>). Penguatan open loop adalah sangat besar karena feedback-nya tidak ada atau RF = tak terhingga, serta pada rentang frekuensi yang luas.
• Impedansi input sangat besar (Zi >>). Impedansi input adalah sangat besar sehingga arus input ke rangkaian dalam op-amp sangat kecil sehingga tegangan input sepenuhnya dapat dikuatkan.
• Impedansi output sangat kecil (Zo <<).

Konfigurasi pin LM741 :

Spesifikasi :

Respon karakteristik kurva I-O :

1. Amplifier (Penguat)
Amplifier atau penguat adalah rangkaian elektronik yang digunakan untuk memperbesar amplitudo sinyal input tanpa mengubah bentuk dasarnya. Penguat bekerja dengan menggunakan sumber daya eksternal (biasanya tegangan DC) untuk meningkatkan daya sinyal input. Dalam sistem analog, penguat berperan penting dalam memperkuat sinyal dari sensor, mikrofon, antena, atau perangkat input lainnya agar dapat diproses atau dikirim lebih lanjut.
Salah satu jenis penguat yang paling umum dan fleksibel adalah Operational Amplifier (Op-Amp), yang mampu digunakan dalam berbagai aplikasi hanya dengan mengubah konfigurasi komponennya.

2. Op-Amp (Operational Amplifier)
Op-Amp adalah penguat tegangan dengan penguatan sangat tinggi, memiliki dua input (inverting (-) dan non-inverting (+)) serta satu output. Dalam kondisi ideal, Op-Amp memiliki:
Penguatan terbuka (open-loop gain) tak terhingga.
Impedansi input sangat tinggi.
Impedansi output sangat rendah.
Tegangan output merupakan hasil penguatan dari selisih tegangan antara kedua input.
Op-Amp umumnya digunakan dalam dua konfigurasi dasar, yaitu inverting amplifier dan non-inverting amplifier.

3. Inverting Amplifier
Inverting amplifier adalah konfigurasi di mana sinyal input diberikan ke terminal inverting (-) melalui resistor, sementara terminal non-inverting (+) dihubungkan ke ground.
Ciri-ciri utama:
Sinyal output berkebalikan fasa dengan sinyal input (180° fase balik).
Penguatan (gain) diberikan oleh rumus: Av​= Vin​/Vout ​​= −Rin/​Rf​​

4. Non-Inverting Amplifier

Non-inverting amplifier adalah konfigurasi di mana sinyal input diberikan ke terminal non-inverting (+), sedangkan terminal inverting (-) dihubungkan ke ground melalui pembagi tegangan (dua resistor).

Ciri-ciri utama:

• Sinyal output sefase dengan sinyal input (tidak dibalik).

• Penguatan (gain) diberikan oleh rumus:

$$A_v=\frac{V_{out}}{V_{in}}=1+\frac{R_f}{R_1}$$

5. Percobaan[Kembali]

A. Prosedur

• Untuk membuat rangkaian ini, pertama, siapkan semua alat dan bahan yang bersangkutan, di ambil dari library proteus
• Letakkan semua alat dan bahan sesuai dengan posisi dimana alat dan bahan terletak.
• Tepatkan posisi letak nya dengan gambar rangkaian
• Selanjutnya, hubungkan semua alat dan bahan menjadi suatu rangkaian yang utuh 
• Lalu mencoba menjalankan rangkaian , jika tidak terjadi error, maka LED atau Motor akan hidup yang berarti rangkaian bekerja

B. Rangkaian Simulasi

Rangkaian penyedot asap otomatis di dapur ini dirancang untuk mengaktifkan kipas secara otomatis ketika dua kondisi terpenuhi, yaitu adanya api (dikenali melalui sinyal infrared) dan suhu di atas 30 derajat Celcius (dikenali menggunakan sensor suhu LM35). Rangkaian menggunakan dua buah Op-Amp dengan konfigurasi non-inverting amplifier yang berfungsi memperkuat sinyal dari masing-masing sensor. Output dari kedua penguat ini mengendalikan transistor NPN yang berfungsi sebagai saklar untuk mengaktifkan relay. Kedua relay (RL1 dan RL2) dihubungkan secara seri ke kipas, sehingga kipas hanya menyala ketika kedua relay aktif secara bersamaan—yakni saat kedua sensor mendeteksi kondisi yang sesuai.

Bagian sensor infrared berfungsi untuk mendeteksi keberadaan api di dapur. Sensor ini memanfaatkan sinyal pantulan dari cahaya inframerah yang dipancarkan dan diterima oleh modul IR. Output dari sensor infrared dikirim ke input non-inverting Op-Amp (U1), yang kemudian diperkuat dengan perhitungan gain berdasarkan perbandingan resistor. Output Op-Amp ini akan mengaktifkan transistor Q1 ketika tegangan mencapai ambang tertentu. Ketika transistor Q1 aktif, relay RL1 juga akan aktif dan menutup jalur arus ke kipas—tetapi kipas tetap belum menyala jika RL2 belum aktif (dari sensor suhu).

Bagian sensor suhu LM35 menghasilkan tegangan analog yang proporsional terhadap suhu lingkungan (10 mV per derajat Celsius). Output sensor suhu dimasukkan ke input non-inverting dari Op-Amp kedua (U2) untuk diperkuat. Jika suhu lingkungan melebihi ambang batas (misalnya 30°C atau 0,3 V), maka output dari Op-Amp akan cukup besar untuk mengaktifkan transistor Q2. Ketika Q2 aktif, relay RL2 juga aktif, dan jika relay RL1 juga sudah aktif karena deteksi IR, maka keduanya akan menyalakan kipas penyedot asap. Sistem ini efektif untuk meningkatkan keamanan dapur karena kipas hanya akan aktif dalam kondisi darurat yang relevan, yaitu ketika terdapat api dan suhu tinggi.

6. Video Percobaan[Kembali]

 

7. Download File[Kembali]

download file rangkaian  [disini]

download file infraed sensor [disini]