Fig 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).

    6. Oscilloscope

        Berguna untuk melihat sinyal atau gelombang input dan output yang dihasilkan.



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 1


Example 2

Example 3



6. Problem[Kembali]

1. Tentukan frekuensi maksimum, jika 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]

1. Salah satu parameter frekuensi penting pada op-amp adalah Gain Bandwidth Product (GBW). Nilai GBW menyatakan

    A. Perkalian antara frekuensi input dan output op-amp

    B. Frekuensi di mana gain op-amp sama dengan 1

    C. Perkalian antara penguatan tertutup dan bandwidth

    D. Bandwidth maksimum dari sinyal input op-amp

    Jawaban: C

    Gain Bandwidth Product adalah hasil kali antara penguatan tertutup (closed-loop gain) dengan bandwidth-nya, yang nilainya konstan untuk op-amp tertentu.

2. Jika sebuah op-amp memiliki GBW sebesar 1 MHz, maka berapakah bandwidth jika penguatan tertutupnya adalah 10?

    A. 10 MHz

    B. 1 MHz

    C. 100 kHz

    D. 10 kHz

    Jawaban: C

    Bandwidth = GBW / Gain = 1 MHz / 10 = 100 kHz

3. Dua parameter spesifikasi berikut ini berkaitan langsung dengan respon frekuensi tinggi op-amp:

    A. Slew Rate

    B. Input Offset Voltage

    C. Unity-Gain Bandwidth

    D. Common Mode Rejection Ratio (CMRR)

    Jawaban : A dan C

    Slew Rate mempengaruhi performa op-amp saat menghadapi perubahan sinyal cepat.

    Unity-Gain Bandwidth menunjukkan batas frekuensi maksimum saat gain = 1.

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



Video Presentasi




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. Rangkaian ini memperkuat sinyal input dan menghasilkan silnyal output yang berlawanan, saat input bernilai maksimum, sinyal output akan bernilai minimum (negatif), begitupun sebaliknya.


9. Download File[Kembali]

      Download file rangkaian klik disini

Download Datasheet Op Amp 741 klik disini

Download Tambahan Datasheet op amp klik disini

Download Datasheet Resistor klik disini



Komentar

Posting Komentar