"INVERTING DAN NON INVERTING" PDF

Preview

Summary

MAKALAH INSTRUMENTASI INDUSTRI “INVERTING DAN NON INVERTING” DISUSUN OLEH : KELOMPOK I 1. F 441 18 001 SHERLY PURNAMA 2. F 441 18 007 FATMA ADNIN NAFISAH 3. F 441 18 035 MUHARRAM AJI SANTOSO PRODI S1 TEKNIK ELEKTRO JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS TADULAKO 2020 ABSTRAK Penguat oper...

Description

MAKALAH INSTRUMENTASI INDUSTRI

“INVERTING DAN NON INVERTING”

DISUSUN OLEH : KELOMPOK I

1. F 441 18 001 2. F 441 18 007 3. F 441 18 035

SHERLY PURNAMA FATMA ADNIN NAFISAH MUHARRAM AJI SANTOSO

PRODI S1 TEKNIK ELEKTRO JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS TADULAKO 2020

ABSTRAK Penguat operasional atau sering disebut op-amp merupakan komponen elektronika yang berfungsi untuk memperkuat sinyal arus searah (DC) maupun arus bolak-balik (AC). Penguat operasional terdiri atas transistor, resistor dan kapasitor yang dirangkai dan dikemas dalam rangkaian terpadu (Iintregated circuit). Dalam penggunaannya op-amp dibagi menjadi dua jenis yaitu penguat linier dan penguat tidak linier. Penguat linier merupakan penguat yang tetap mempertahankan bentuk sinyal masukan, yang termasuk dalam penguat ini antara lain penguat non inverting, penguat inverting, penjumlah diferensial dan penguat instrumentasi. Sedangkan penguat tidak linier merupakan penguat yang bentuk sinyal keluarannya tidak sama dengan bentuk sinyal masukannya, diantaranya komparator, integrator, diferensiator, pengubah bentuk gelombang dan pembangkit gelombang. Namun pada makalah ini hanya akan dibahas tentang rangkaian dari inverting dan non-inverting. Inverting ampli er dimana input dengan outputnya berlawanan polaritas. Jadi ada tanda minus pada rumus penguatannya. Penguatan inverting ampli er adalah bisa lebih kecil nilai besaran dari 1 nilai tegangan dari keluaran penguat inverting yang dihasilkan selalu bernilai lebih kecil dari satu bahkan selalu bernilai negatif dengan satuan volt. Dan ketika input dimasukkan pada input non-inverting sehingga polaritas output akan sama dengan polaritas input tapi memiliki penguatan yang tergantung dari besarnya hambatan feedback dan hambatan input maka Penguat ini memiliki masukan yang dibuat melalui input non-inverting. Dengan demikian tegangan keluaran rangkaian ini akan satu fasa dengan tegangan inputnya.

Kata Kunci : Komparator, Inverting, Non-Inverting, resistor, Osiloskop.

ii

KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat serta karunia-Nya kepada kami sehingga kami berhasil menyelesaikan makalah ini tepat pada waktunya yang berjudul "inverting dan non inverting". Makalah ini berisikanpenjelasantentang Op-Amp ( Inverting dan Non Inverting), agar memahami secara mendalam tentang semua hal yang berkaitan dengan Op-Amp ( Inverting dan Non Inverting ) Kami menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu, kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat membangun selalu kami harapkan demi kesempurnaan makalah ini. Akhir kata, kami sampaikan terimakasih banyak kepada semua pihak yang telah berperan serta dalam proses penyusunan makalah ini dari awal hingga akhir. Semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi kita semua yang membacanya.

Palu,4 Februari 2020 Penyusun

Kelompok 1

iii

DAFTAR ISI COVER .............................................................................................................................. ABSTRAK ......................................................................................................................... KATA PENGANTAR ....................................................................................................... DAFTAR ISI ......................................................................................................................

i ii iii iv

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang............................................................................................... 1 1.2. Batasan Masalah............................................................................................. 2 1.3. Tujuan Penulisan............................................................................................ 2 BAB II ISI PEMBAHASAN 2.1. Pengertian Operational Amplifier........................................................................................................ 3 2.2. Bentuk dan Simbol Operatioanl Amplifier ........................................................................................................ 3 2.3. Karakteristik Operational Amplifier............................................................... 4 2.4. Macam – Macam Operational Amplifier......................................................................................................... 5 2.5. Prinsip Kerja Operational Amplifier......................................................................................................... 8 2.6. Pengaplikasian Penguat Inverting dan Non Inverting.................................... 8 2.7. Contoh Perhitungan Rangkaian Penguat Inverting dan Non Inverting .......................................................................... 9 BAB III PENUTUP 3.1. KESIMPULAN ............................................................................................... 12 3.2. SARAN ............................................................................................................ 12 • DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................... 13

iv

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Penguat operasional (operational amplifier) atau yang biasa disebut op-amp merupakan

suatu

jenis

penguat elektronika dengan hambatan (coupling) arus

searah yang memiliki faktor penguatan sangat besar dengan dua masukan dan satu keluaran. Penguat diferensial merupakan suatu penguat yang bekerja dengan memperkuat sinyal yang merupakan selisih dari kedua masukannya. Penguat operasional pada umumnya tersedia dalam bentuk sirkuit terpadu dan yang paling banyak digunakan adalah rangkaian seri. Penguat operasional dalam bentuk rangkaian terpadu memiliki karakteristik yang mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat di dalamnya. Penguat operasional adalah perangkat yang sangat efisien dan serba guna..Contoh penggunaan penguat operasional adalah untuk operasi matematika sederhana seperti penjumlahan dan pengurangan terhadap tegangan listrik hingga dikembangkan kepada penggunaan aplikatif seperti komparator dan osilator dengan distorsi rendah serta pengembangan alat komunikasi. Selain itu aplikasi pemakaian op-amp juga meliputi bidang elektronika audio, pengatur tegangan dc, tapis aktif, penyearah presisi, pengubah analog digital dan pengubah digital ke analog, pengolah isyarat seperti cuplik tahan, penguat pengunci, kendali otomatik, computer analog, elektronika nuklir, dan lain-lain. Dikatakan penguat operasional serba guna sebab, pada penggunaan penguat operasional untuk operasi matematika sederhana seperti penjumlahan dan pengurangan terhadap tegangan listrik.Penggunaan aplikatif dari operational amplifier dapat dilihat pada komparatorr dan isolator distorsi rendah.Karena pentingnya penggunaan dari penguat operasional ini, maka pada makalah ini akan di bahas tentang penguat operasional.

1

1.2. Rumusan Masalah 1.2.1 Apa Pengertian Operational Amplifier ? 1.2.2 Bagaimana Bentuk dan Simbol Operational Amplifier ? 1.2.3 Bagaimana Karakteristik Op-amp ? 1.2.4 Apa Macam-Macam Op-Amp ? 1.2.5 Bagaimana Prinsip Kerja Op-Amp ? 1.2.6 Pengaplikasian Penguat Inverting dan Non Inverting? 1.2.7 Bagaimana Rangkaian Penguat Inverting dan Non Inverting ?

1.3. Tujuan Penulisan 1.3.1. Menjelaskan Pengertian Operational Amplifier. 1.3.2. Menjelaskan Bentuk dan Simbol Operational Amplifier. 1.3.3. Menjelaskan Karakteristik Op-amp. 1.3.4. Menjelaskan Macam-Macam Op-Amp. 1.3.5. Menjelaskan Prinsip Kerja Op-Amp. 1.3.6 Menjelaskan Pengaplikasian Penguat Inverting dan Non Inverting. 1.3.7.Menjelaskan Contoh Perhitungan Rangkaian Penguat Inverting dan Non Inverting.

2

BAB II PEMBAHASAN 2.1. Pengertian Operational Amplifier Operational Amplifier atau lebih dikenal dengan istilah 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. Op-Amp umumnya dikemas dalam bentuk IC, sebuah IC Op-Amp dapat terdiri dari hanya 1 (satu) rangkaian Op-Amp atau bisa juga terdiri dari beberapa rangkaian Op-Amp. Jumlah rangkaian Op-Amp dalam satu kemasan IC dapat dibedakan menjadi Single Op-Amp, dual Op-Amp dan Quad Op-Amp. Ada juga IC yang didalamnya terdapat rangkaian Op-Amp disamping rangkaian utama lainnya. Sebuah rangkaian Op-Amp memiliki dua input (masukan) yaitu satu Input Inverting dan satu Input Non-inverting serta memiliki satu Output (keluaran). Sebuah Op-Amp juga memiliki dua koneksi catu daya yaitu satu untuk catu daya positif dan satu lagi untuk catu daya negatif. Bentuk Simbol Op-Amp adalah Segitiga dengan garis-garis Input, Output dan Catu dayanya seperti pada gambar dibawah ini. Salah satu tipe IC Op-Amp yang populer adalah IC741. 2.2. Bentuk dan Simbol Operational Amplifier Berikut dibawah ini adalah Simbol dan bentuk IC Op-Amp pada umumnya.

G Gambar 1. Simbol dan Bentuk IC Op-Amp

3

Terminal yang terdapat pada Simbol Op-Amp (Operational Amplifier/penguat operasional) diantaranya adalah : 1. Masukan non-pembalik (Non-Inverting) + 2. Masukan pembalik (Inverting) – 3. Keluaran Vout 4. Catu daya positif +V 5. Catu daya negatif –V Simbol op-amp standar dinyatakan dengan sebuah segitiga, seperti tampak pada Gambar1. Terminal-terminal masukan ada pada bagian atas segitiga. Masukan membalik dinyatakan dengan tanda minus (-). Tegangan DC atau AC yang dikenakan pada masukan ini akan digeser fasanya 180o pada keluaran. Masukan tak membalik dinyatakan dengan tanda plus (+). Tegangan DC atau AC yang diberikan pada masukan ini akan sefasa dengan keluaran. Terminal keluaran diperlihatkan pada bagian puncak segitiga. Terminal-terminal catu dan kaki-kaki lainnya untuk kompensasi frekuensi atau pengaturan nol diperlihatkan pada sisi atas dan sisi bawah segitiga. Kaki-kaki ini tidak selalu diperlihatkan dalam diagram skematis, tapi secara implisit sudah dinyatakan. Hubungan daya mudah dipahami, hubungan-hubungan kaki lainnya belum tentu terpakai semuanya. 2.3. Karakteristik Op-amp Karakteristik Faktor Penguat atau Gain pada Op-Amp pada umumnya ditentukan oleh Resistor Eksternal yang terhubung diantara Output dan Input pembalik (Inverting Input). Konfigurasi dengan umpan balik negatif (Negative Feedback) ini biasanya disebut dengan Closed-Loop configuration atau Konfigurasi Lingkar Tertutup. Umpan balik negatif ini akan menyebabkan penguatan atau gain menjadi berkurang dan menghasilkan penguatan yang dapat diukur serta dapat dikendalikan. Tujuan pengurangan Gain dari Op-Amp ini adalah untuk menghindari terjadinya Noise yang berlebihan dan juga untuk menghindari respon yang tidak diinginkan. Sedangkan pada Konfigurasi Lingkar Terbuka atau Open-Loop Configuration, besar penguatannya adalah tak terhingga (∞) sehingga besarnya tegangan output hampir atau mendekati tegangan Vcc.

4

Gambar 2. Closed-Loop configuration dan Open-Loop Configuration Secara umum, Operational Amplifier (Op-Amp) yang ideal memiliki karakteristik sebagai berikut : ▪ Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga) ▪ Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol) ▪ Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga) ▪ Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol) ▪ Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga) ▪ Karakteristik tidak berubah dengan suhu Pada dasarnya, kondisi Op-Amp ideal hanya merupakan teoritis dan hampir tidak mungkin dicapai dalam kondisi praktis. Namun produsen perangkat Op-Amp selalu berusaha untuk memproduksi Op-Amp yang mendekati kondisi idealnya ini. Oleh karena itu, sebuah Op-Amp yang baik adalah Op-Amp yang memiliki karakteristik yang hampir mendekati kondisi Op-Amp Ideal. 2.4. Macam-Macam Op-Amp Op-amp memiliki berbagai macam jenis dan tipenya berdasarkan rangkaiannya. Berikut ini akan dijelaskan beberapa tipe op-amp yang biasa digunakan: 2.4.1. Penguat Pembalik (Inverting Amplifier) Penguat ini dinamakan penguat inverting karena masukan dari penguat tersebut adalah masukan non inverting dari Op Amp. Sinyal keluaran yang dihasilkan oleh penguat jenis ini sefasa dengan sinyal masukannya. Gambar 3 menunjukkan rangkaian dari penguat inverting.

5

Gambar 3. Penguat Inverting Penguat ini memiliki ciri khusus yaitu sinyal keluaran memiliki beda fasa sebesar 180o. Pada rangkaian penguat yang ideal memiliki syarat bahwa tegangan masukan sama dengan 0 dan impedansi masukan tak terhingga. Sehingga dari rangkaian tersebut dapat diperoleh rumus penguat adalah sebagai berikut :

dimana i- = 0, maka

Substitusi persamaan (2) dan (3) ke persamaan (1) sehingga diperoleh

Tanda (-) negatif menunjukkan terjadi pembalikan pada keluarannya atau memiliki beda fasa sebesar 1800 dengan masukannya.

6

2.4.2. Penguat Non Inverting Penguat ini dinamakan penguat non inverting karena masukan dari penguat tersebut adalah masukan non inverting dari Op Amp. Sinyal keluaran yang

dihasilkan

oleh

penguat

jenis

ini

sefasa

dengan

sinyal

masukannya. Gambar 4. menunjukkan rangkaian dari penguat non inverting.

Gambar 4. Penguat non Inverting Penguat tersebut dinamakan penguat non-inverting karena masukan dari penguat tersebut adalah masukan non-inverting dari Op Amp. Tidak seperti penguat inverting, sinyal keluaran penguat jenis ini sefasa dengan sinyal masukannya. Seperti pada rangkaian penguat inverting syarat ideal sebuah penguat adalah tegangan masukan sama dengan 0 dan impedansi masukan tak terhingga. sehingga dari rangkaian tersebut dapat diperoleh rumus penguat adalah sebagai berikut :

Substitusi persamaan (5) dan (6) ke persamaan (1) sehingga diperoleh

7

2.5. Prinsip Kerja Op-Amp Prinsip kerja Operational Amplifier (Op-Amp) adalah dengan membandingkan nilai kedua input (input inverting dan input non-inverting). Intinya jika kedua input bernilai sama maka output Op-amp tidak ada atau sama dengan Nol dan apabila terdapat perbedaan nilai input keduanya maka output Op-amp akan memberikan tegangan output.

2.6. Pengaplikasian Penguat Inverting dan Non Inverting Amplifier pembalik memiliki gain yang lebih tinggi. Dalam membalikkan penguat, input dan output berada di luar fase 180 derajat, penguat pembalik sebagian besar digunakan dalam rangkaian osilator untuk memenuhi kriteria barkaushen sehingga dihasilkan osilasi berkelanjutan. Di sisi lain, amplifier non-pembalik digunakan sebagai buffer untuk pencocokan impedansi dimana beban impedansi rendah dapat dihubungkan ke sumber impedansi tinggi sehingga tidak ada distorsi pada output amplifier karena ketidakcocokan impedansi. Catatan: Semua amplifier dirancang untuk memiliki impedansi input yang tinggi dan impedansi keluaran yang rendah sehingga pencocokan impedansi sangat diperlukan dalam kasus amplifier bertingkat dan amplifier bertingkat. Ketika OPAMP digunakan dalam loop tertutup, ada hubungan linear antara input dan output. Keuntungan OPAMP dalam mode pembalik diberikan oleh - (Rf / Ri) di mana Rf adalah resistor umpan balik dan Ri adalah resistor input. Tanda negatif adalah karena pergeseran fasa 180 derajat antara input dan output. Mode pembalik memberikan semua keuntungan dari umpan balik negatif. Terlebih lagi dalam mode pembalik memberikan landasan virtual. Impedansi input dalam mode ini sangat tinggi. Oleh karena itu dalam mode pembalik, OPAMP digunakan sebagai penguat tegangan. Dalam mode non inverting, gain diberikan oleh (1 + (Rf / Ri)). Karena umpan balik positif, OPAMP dapat digunakan sebagai osilator. Dalam mode ini, OPAMP digunakan sebagai pengikut tegangan. Antara input dan output, kabel terhubung (antara terminal output dan inverting) dan tegangan diterapkan pada non inverting dan ground. Keuntungan dari impedansi input tinggi diperoleh dalam mode ini. Karena impedansi input yang tinggi, sumber dan beban diisolasi. Ada banyak aplikasi OPAMP dalam mode loop terbuka sebagai detektor zero crossing dan banyak lagi.

8

2.7. Contoh Perhitungan Rangkaian Penguat Inverting dan Non Inverting 2.6.1. Rangkaian Penguat Dengan Inverting Rin = 100 Ω Rf = 220 Ω

Gambar 5. Sinyal Masukan dan Sinyal Keluaran pada Rangkaian Inverting

Tabel 1. Vpp dan Volt/Div pada Rangkaian Inverting Channel 1 Channel 2

Vpp (Div) 2 4,4

Volt/Div 1 1

Tegangan pada channel 1 (Vin)

Tegangan pada channel 2 (Vout)

Dari persamaan (4), dapat dihitung tegangan keluaran yang dihasilkan adalah sebesar

Dengan faktor penguatannya

9

2.6.2. Rangkaian Penguat Noninverting Rin = 100 Ω Rf = 220 Ω

Gambar 6. Sinyal Masukan dan Sinyal Keluaran pada Rangkaian Non-Inverting Tabel 2. Vpp dan Volt/Div pada Rangkaian Non-Inverting Vpp (Div) Volt/Div Channel 1 1,4 1 Channel 2 4,4 1 Tegangan pada channel 1 (Vin) Tegangan pada channel 2 (Vout) Dari persamaan (4), dapat dihitung tegangan keluaran yang dihasilkan adalah sebesar

Dengan faktor penguatannya

Rangkaian inverting akan menguatkan sinyal masukan dan sinyal keluarannya akan memiliki fasa yang berbeda 1800 dengan sinyal masukannya. Hal ini dapat dilihat pada gambar (7). Besar penguatannya adalah 2,2 kali. Oleh karena itu, jika diberi tegangan masukan sebesar 2 volt akan dihasilkan tegangan keluaran sebesar 4,4 volt. Hasil tegangan keluaran yang diperoleh melalui osiloskop maupun perhitungan menggunakan rumus penguatan menunjukkan hasil yang sama. 10

Rangkaian non-inverting akan menguatkan sinyal masukan dan sinyal keluarannya akan memiliki fasa yang sama dengan sinyal masukannya. Hal ini dapat dilihat pada gambar (8). Besar penguatannya adalah 3,2 kali. Oleh karena itu, jika diberi tegangan masukan sebesar 1,4 volt akan dihasilkan tegangan keluaran sebesar 4,4 volt. Hasil tegangan keluaran yang diperoleh melalui osiloskop maupun perhitungan menggunakan rumus penguatan memiliki perbedaan nilai. Nilai tegangan berdasarkan perhitungan adalah sebesar 4,48 volt. Hal ini disebabkan karena kurangnya ketelitian pada osiloskop yang digunakan.

11

BAB III PENUTUP 3.1. Kesimpulan Penguat operasional atau sering disebut op-amp merupakan komponen elektronika yang berfungsi untuk memperkuat sinyal arus searah (DC) maupun arus bolak-balik (AC). Penguat operasional terdiri atas transistor, resistor dan kapasitor yang dirangkai dan dikemas dalam rangkaian terpadu (Iintregated circuit). Inverting amplier dimana input dengan outputnya berlawanan polaritas. Op-Amp Inverting adalah rangkaian Op-Amp yang bekerja sebagai penguat tegangan pembalik pada tegangan input negatif (V-). Maksud dari pembalik adalah bahwa hasil penguatan yang ada ditegangan output Op-Amp akan berbeda fase 180º dari tegangan input. Sedangkan Op-Amp Non-Inverting adalah rangkain Op-Amp yang bekerja sebagai penguat tengan pada tegangan input positif (V+). Pada rangkaian ini penguatan yang ada ditegangan output Op-Amp akan sefase (0º) dari tegangan inputnya, atau dengan kata lain jika inputnya berupa tegangan positif, maka outputnya berupa tegangan positif pula. 3.2. Saran Saya menyadari bahwa tugas makalah ini masih jauh dari kata sempurna sehingga saya tidak menutup diri untuk menerima kritik dan saran dari pembaca, pada akhir kata, besar harapan penulisan semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi pembaca.

12

DAFTAR PUSTAKA Anonim. 2013. Penguat operasional. http://www.netzero.com. Anonim. 2013. Dasar penguat operasional.http://www.scribd.com. Duldobah Si.2013. Dasar penguat operasional.http://siduldobah.blogspot.com. Mal...