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
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]
Donwload file rangkaian klik disini
Donwload Datasheet Op Amp 741 klik disini
Donwload Tambahan Datasheet op amp klik disini
Donwload Datasheet resistor klik disini
Komentar
Posting Komentar