Penguat Operasional Pembalik ( Inverting Op-Amp )

A. PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Di era globalisasi saat ini, elektronika memiliki peranan yang amat penting. Di

kehidupan sehari-hari misalnya, alat-alat elektronika banyak dipergunakan untuk

membantu dan mempermudah kegiatan sehari-hari manusia. Contoh alat-alat

elektronika yang sering digunakan dalam kehidupan kita saat ini yaitu perekam kaset

audio dan video, radio dan pesawat penerima televisi, telepon, penguat hi-fi stereo, dan

lain-lain. Adanya alat-alat ini mencirikan kehidupan manusia yang semakin modern.

Dalam dunia elektronika, banyak model rangkaian listrik yang dipergunakan

saat ini. Yang sangat banyak digunakan adalah rangkaian seri maupun rangkaian

paralel. Namun, masih ada komponen elektronika yang sangat penting yaitu rangkaian

penguat operasional atau Op-Amp (dari kata operational amplifier). Komponen

elektronika analog dalam kemasan IC (integrated circuits) ini memang adalah

komponen serbaguna dan dipakai pada banyak aplikasi hingga sekarang. Hanya

dengan menambah beberapa resitor dan potensiometer, dalam sekejap (atau dua kejap)

sebuah Op-Amp audio kelas B sudah dapat jadi dirangkai di atas sebuah proto-board.

Rangkaian penguat inverting berfungsi untuk memperkuat sinyal masukan dan

menggeser sinyal keluaran sebesar 180 derajat, sehingga masukan positif akan

menghasilkan keluaran negatif, demikian juga masukan negatif akan menghasilkan

keluaran positif. Dalam inverting amplifier salah satu fungsi pamasangan resistor

umpan balik (feedBack) dan resistor input adalah untuk mengatur faktor penguatan

inverting amplifier (penguat membalik) tersebut. Untuk mengetahui atau menguji dari

penguat membalik (inverting amplifier) dapat menggunakan rangkaian dasar penguat

membalik menggunakan penguat operasional (Op-Amp) (Widowati, 1979:67).

Karena fungsinya untuk membalik sinyal masukan dalam rangkaian, maka

kami melakukan praktikum ”penguat operasional pembalik” ini untuk dapat

membuktikan kebenaran fungsi dari penguat pembalik tersebut. Sehingga di harapkan

kami dapat mengetahui dan mengaplikasikannya dalam kehidupan sehari-hari.

2. Tujuan

Setelah melakukan praktikum ini, mahasiswa diharapkan dapat:

a. Menyusun rangkaian Op-Amp pembalik sederhana untuk syarat DC

b. Menerapkan perhitungan untuk menunjukkan besarnya penguatan tegangan dan

penguatan arus dengan memasang resistor yang dipilih

c. Menyusun penguat operasional sederhana dengan tingkat penguatan tertentu.

B. LANDASAN TEORI

Rangkaian dasar penguat inverting adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar

2.1, dimana sinyal masukannya dibuat melalui input inverting. Seperti tersirat pada

namanya, pembaca tentu sudah menduga bahwa fase keluaran dari penguat inverting ini

akan selalu berbalikan dengan inputnya. Pada rangkaian ini, umpanbalik negatif di bangun

melalui resistor R2.

Gambar 2.1 : penguat inverter

Input non-inverting pada rangkaian ini dihubungkan ke ground, atau v+ = 0.

Dengan mengingat dan menimbang aturan 1 (lihat aturan 1), maka akan dipenuhi v - =

v+ = 0. Karena nilainya = 0 namun tidak terhubung langsung ke ground, input Op-

Amp v- pada rangkaian ini dinamakan virtual ground. Dengan fakta ini, dapat

dihitung tegangan jepit pada R1 adalah vin – v- = vin dan tegangan jepit pada reistor R2

adalah vout – v- = vout. Kemudian dengan menggunakan aturan 2, di ketahui bahwa:

iin + iout = i- = 0, karena menurut aturan 2, arus masukan Op-Amp adalah 0.

iin + iout = vin/R1 + vout/R2 = 0

Selanjutnya

vout/R2 = - vin/R1 .... atau

vout/vin = - R2/R1

Jika penguatan G didefenisikan sebagai perbandingan tegangan keluaran terhadap

tegangan masukan, maka dapat ditulis

………………………………………………….(2.1)

Impedansi rangkaian inverting didefenisikan sebagai impedansi input dari sinyal

masukan terhadap ground. Karena input inverting (-) pada rangkaian ini diketahui

adalah 0 (virtual ground) maka impendasi rangkaian ini tentu saja adalah Zin = R1

Kami katakan di atas bahwa ada dua aturan sangat penting untuk diingat

mengenai Penguat Membalik penguat operasional atau dalam hal ini adalah :

1. Tidak ada Arus yang ke input terminal masukan.

2. The differential input tegangan adalah nol sebagai V1 = V2 = 0 (Virtual Earth)

(Sutanto,2006).

Dalam rangkaian Amplifier Pembalikan penguat operasional terhubung

dengan umpan balik untuk menghasilkan operasi tertutup. Ada dua aturan sangat

penting untuk diingat mengenai penguat pembalik adalah bahwa, "tidak ada arus yang

mengalir ke terminal masukan" dan bahwa "V2 sama dengan V1". Penguat ini

memiliki keistimewaan khusus yaitu sinyal keluaran memiliki beda fasa sebesar 180°.

Hal ini karena persimpangan input dan sinyal umpan balik (X) adalah pada potensial

yang sama sebagai positif (+) input yang nol volt atau ditumbuk kemudian,

persimpangan adalah sebuah "Virtual Earth". Karena dunia maya ini simpul resistansi

input dari penguat ini adalah sama dengan nilai resistor input, Rin dan gain loop

tertutup dari penguat pembalik dapat ditetapkan oleh rasio dari dua resistor eksternal

(Sutrisno, 1987).

Rangkaian inverting Op-Amp dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

Gambar 2.2. Skema rangkaian penguat inverting Op-Amp

Rumus penguatan inverting Op-Amp adalah :

Vout = - Vin …………………………………. (2.2)

(Widowati, 1979:67)

C. ALAT DAN BAHAN

Alat dan bahan yang digunakan pada percobaan ini adalah:

Tabel 2.1 Alat dan Bahan pada Percobaan Penguat Operasional pembalik ( Inverting Op-Amp)

No Alat dan Bahan Fungsi

1.Resistor: 10 kΩ, 200 kΩ, 2 kΩ, dan 20 kΩ

Sebagai hambatan terhadap arus dalam rangkaian

2. IC Op-Amp:µA741 Sebagai penguat tegangan3. Osiloskop Untuk menampilkan isyarat masukan dan isyarat keluaran4. Pencatu daya: ±9 v DC Sebagai sumber tegangan dan mengaktifkan IC5. Potensiometer 20 kΩ Sebagai resistor 4ariable yangdivariasikan nilainya6. Baterai 1,5 V Sebagai sumber tegangan DC

7. Papan rangkaianSebagai tempat untuk merangkai komponen-komponen elektronika

8. Kabel penghubungUntuk menghubungkan komponen yang satu dengan komponen yang lainnya pada rangkaian

D. PROSEDUR KERJA

Adapun prosedur kerja yang dilakukan pada percobaan ini yaitu sebagai

berikut:

1. Menyusun rangkaian Op-Amp DC seperti terlihat pada gambar 2 dengan menggunakan

sumber DC 4ariable A741 sebagai catu daya.

2. Membuat rangkaian pembagi tegangan seperti pada gambar 3 untuk mendapatkan Vin

variable, yaitu dengan mengatur hambatan potensio RB. Mengatur sumber DC

masukan untuk mengahsilkan syarat sebesar 0,1 V DC.

Gambar 2.3 Rangkaian Op-Amp DC

Gambar 2.4 Rangkaian sumber tegangan masukan VIN

3. Menghubungkan rangkaian dengan catu daya menggunakan kabel penghubung.

4. Menghidupkan osiloskop dan menghubungkannya dengan rangkaian, lalu mengukur

Vout dan Vin pada rangkaian.

E. HASIL PENGAMATAN

1. Gelombang masukan dan keluaran yang terukur pada osiloskop

Vin = 40 mV = 4 x 10-2 V

Vout = 0,72 mV = 0,72 x 10-3 V

2. Gambar gelombang masukan dan keluran

Gambar 2.5 gelombang masukan dan keluaran yang tampak pada osiloskop

Keterangan:

Kuning : masukan ( V in )

Biru : keluaran ( V out )

F. ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

1. Analisis Data

a. Mencari besar penguatan secara teori:

Gambar 2.6 rangkaian penguat pembalik Op-Amp ( inverting Op-Amp)

Berdasarkan gambar diatas, tegangan jepit R1 adalah Vin – V_ = Vin dan

tegangan jepit R2 adalah Vout – V_ = Vout . Diketahui bahwa:

iin + iout = i = 0, karena arus masukan op-amp adalah 0.

iin + iout = + = 0.

Selanjutnya,

= ……atau =

Jika penguatan Av didefinisikan sebagai perbandingan tegangan

keluaran terhadap tegangan masukan, maka dapat ditulis:

Av = =

Diketahui: R2 = Rf = 200 kΩ dan R1 = Rin = 10 kΩ, maka besar

penguatannya adalah:

Av = = = - 20 kali.

b. Mencari besar penguatan secara praktek

Av =

=

= 0,018 kali

2. Pembahasan

Inverting Amplifier merupakan penerapan dari penguat operasional

sebagai penguat sinyal dengan karakteristik dasar sinyal output memiliki phase

yang berkebalikan dengan phase sinyal input. Pada dasarnya penguat operasional

(Op-Amp) memiliki faktor penguatan yang sangat tinggi (100.000 kali) pada

kondisi tanpa rangkaian umpan balik. Dalam inverting amplifier salah satu fungsi

pamasangan resistor umpan balik (feedback) dan resistor input adalah untuk

mengatur faktor penguatan inverting amplifier (penguat membalik) tersebut.

Dengan dipasangnya resistor feedback (Rf) dan resistor input (Rin) maka faktor

penguatan dari penguat membalik dapat diatur dari 1 sampai 100.000 kali. Untuk

mengetahui atau menguji dari penguat membalik (inverting amplifier) dapat

menggunakan rangkaian dasar penguat membalik menggunakan penguat

operasional (Op-Amp ).

Pada rangkaian inverting ini, besar penguatan tegangan ( Av ) ditentukan dari

besar Rf dan Rin nya. Pada penurunan rumus mencari besar penguatan tegangan

ini, nilai arus ( I) = 0 dikarenakan pada rangakain penguat operasional pembalik

ini, tidak ada arus yang mengalir ke terminal masukan sehingga Iin + Iout = I = 0.

Pada percobaaan penguat operasional pembalik ini, kami menyusun

rangkaian Op-Amp dengan memasang resistor feedback (Rf) dan resistor Rin

sesuai gambar yang tertera, dengan menggunakan Ic Op-Amp . Setelah rangkaian

inverting ini disusun, kami mengukur besar penguatan tegangan (Av) pada

rangkaian secara teori yang diperoleh dari negatif resistansi dari resistor

feedbacknya dibagi dengan resistor Rin, dimana Rf = 200 kΩ dan Rin = 10 kΩ ,

sehingga secara teori diperoleh penguatan untuk rangkaian pembalik ini sebesar

-20 kali. Pada percobaan ini, kami tidak menggunakan multimeter untuk

mengukur besarnya Vin dan Vout melainkan kami mengukur tegangan masukan

dan keluarannya menggunakan osiloskop.

Pada osiloskop didapat bentuk gelombang untuk rangkaian Op-Amp

pembalik ini baik gelombang untuk masukan maupun keluaran. Bentuk

gelombang yang tampil yaitu tidak beraturan, karena pada percobaan ini kami

tidak menggunakan fungsi generator sebagai pengatur gelombang. Pada

gelombang yang terbentuk tersebut untuk masukannya berupa gelombang sin

sedangakan keluarannya berupa negative sinus. Dan amplitudonya pada isyarat

keluaran lebih besar dari pada isyarat masukan. Hal ini menunjukan bahwa

penguat membalik masukannya berbeda fasa dengan keluarannya. Namun hal

tersebut tidak terlalu terlihat pada percobaan kami. Hal tersebut bisa terjadi

karena pada percobaan ini kami tidak menggunakan function generator dan

resistor-resistor yang kami gunakan juga resistor-risitor yang sudah lama atau

juga bisa disebabkan karena kesalahan dalam merangkai dimana kawat atau

resistor yang digunakan tidak rapat ketika dirangkai di papan rangkaian.

Kemudian kami mengukur nilai besar penguatan tegangan secara praktek ,

dimana nilai Vout dan Vin sudah terukur pada osiloskop. Besar Vout yang kami

peroleh sebesar 0,72 mV dan Vin sebesar 40 mV, sehingga besar penguatan

tegangan(Av) yang kami peroleh yaitu sebesar 0,018 kali. Nilai V in yang kami

peroleh lebih besar dari nilai Vout, dimana hal ini tidak sesuai dengan teori yang

menyebutkan bahwa Vin < Vout . . Perbedaan ini dapat disebakan karena kesalahan-

kesalahan tertentu, antara lain kesalahan dalam merangkai atau kesalahan dalam

mengguanakan osiloskop.

G. KESIMPULAN

Berdasarkan data pengamatan dan pembahasan dapat ditarik beberapa

kesimpulan yaitu sebagai berikut :

1. Dalam menyusun rangkaian Op-Amp komponen-komponen yang digunakan

adalah resistor Rin di pasang pada Ic kaki 2 dan resistor feedback ( Rf) dipasang

pada Ic Op –Amp : A741 pada kaki 2 dan kaki 6.

2. Penguatan tegangan berdasarkan resistor yang dipilih adalah sebesar- 20 kali.

3. Dalam menyusun penguat operasional op- amp untuk mendapatkan penguatan

tertentu hanyalah memilih resistor yang diinginkan pada Rin sebesar 10 kΩ dan Rf

nya sebesar 200 kΩ.

H. SARAN

Adapun saran yang dapat kami ajukan pada praktikum ini adalah sebagai

berikut :

1. Untuk laboratorium : alat-alat laboratorium yang akan dipergunakan harap

jumlahnya diperbanyak demi kelancaran proses praktikum.

2. untuk asisten pendamping: diharapkan lebih disiplin terhadap waktu praktikum

sehingga proses praktikum dapat berjalan sesuai dengan jadwal yang telah

disepakati.

3. untuk praktikan : agar serius dan tenang selama proses praktikum berlangsung

sehingga dapat memahami apa yang sedang dipraktekkan.

DAFTAR PUSTAKA

Sutanto. 2006. Rangkaian Elektronika. UI – Press : Jakarta.

Sutrisno. 1987. Elektronika Teori dan Penerapannya Jilid 2. ITB : Bandung.

Widowati. 1979. Pesawat Elektronika 2. Departemen Pendidikan Dan Kebudayaan: Jakarta.

LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DASAR IIPERCOBAAN II

“Penguat Operasional Pembalik ( Inverting Op-Amp)”

OLEH

NAMA : HERDIANTISTAMBUK : A1 C3 12 012KELAS : AKELOMPOK : II ( DUA)PROGRAM STUDI : PENDIDIKAN FISIKAJURUSAN : PENDIDIKAN MIPAASISTEN : WA ODE ISWARA WATI

LABORATORIUM PENGEMBANGAN UNIT FISIKAFAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS HALU OLEOKENDARI

2014