Chapter 10 dan 11

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

1. Pendahuluan [Kembali]

Operational Amplifier (Op-Amp) adalah komponen elektronik yang sangat penting dalam sistem analog, berfungsi sebagai penguat tegangan dengan tingkat penguatan yang sangat tinggi. Karena fleksibilitasnya, op-amp banyak digunakan dalam berbagai aplikasi seperti penguat sinyal, filter, osilator, komparator, serta rangkaian matematika seperti penjumlahan, pengurangan, integrasi, dan diferensiasi.

Secara ideal, op-amp memiliki karakteristik seperti penguatan tegangan tak terbatas, impedansi masukan sangat tinggi, dan impedansi keluaran sangat rendah. Dengan karakteristik ini, op-amp menjadi elemen dasar dalam berbagai perancangan sistem elektronik.

Salah satu aplikasi penting dari op-amp adalah sebagai rangkaian integrator, yaitu konfigurasi yang menghasilkan keluaran berupa integral dari sinyal masukan terhadap waktu. Dalam rangkaian ini, kapasitor digunakan sebagai elemen umpan balik, menggantikan resistor seperti pada konfigurasi inverting amplifier biasa. Rangkaian integrator ini banyak diterapkan dalam sistem kendali, pengolahan sinyal, pembangkit gelombang segitiga, filter low-pass, dan detektor fase, karena kemampuannya untuk mengakumulasi sinyal seiring waktu.

Untuk kebutuhan penguatan sinyal yang lebih tinggi atau kompleks, op-amp sering disusun dalam bentuk multistage amplifier, yaitu beberapa tahap op-amp yang dikombinasikan secara berurutan. Setiap tahapan dirancang untuk fungsi tertentu—seperti penguatan, filter, atau pengolahan sinyal—yang memungkinkan sistem mencapai performa optimal dalam hal gain, bandwidth, dan kestabilan. Multistage op-amp banyak digunakan dalam perangkat pengukuran presisi, sistem komunikasi, serta berbagai aplikasi pengolahan sinyal analog lainnya.

2. Tujuan [Kembali]

Memahami prinsip dasar kerja operational amplifier (op-amp) sebagai penguat tegangan dengan karakteristik ideal.
Menganalisis cara kerja op-amp integrator serta konsep dasar integrasi sinyal terhadap waktu.
Mengetahui pengaruh komponen seperti resistor dan kapasitor terhadap bentuk dan karakteristik output dari rangkaian integrator.
Memahami konsep dasar multistage amplifier, termasuk perannya dalam meningkatkan penguatan (gain) secara bertahap.
Mempelajari bagaimana interaksi antar tahap op-amp dalam satu rangkaian memengaruhi kinerja sistem secara keseluruhan.

3. Alat dan Bahan [Kembali]

Alat

Voltage Pulse generator

Voltage probe

Bahan

Baterai

Op-amp LM741

Resistor

Kapasitor

Ground (koneksi ground)

4. Dasar Teori [Kembali]

1. Integrator Op-Amp

Op-amp integrator adalah rangkaian penguat operasional yang menghasilkan output berupa integral dari sinyal input terhadap waktu. Rangkaian ini biasanya dibuat dengan meletakkan sebuah kapasitor pada jalur umpan balik (feedback) dari op-amp. Konfigurasi ini menyebabkan tegangan output berbanding terbalik dengan integral tegangan input.

Secara matematis, hubungan antara input dan output integrator ideal dinyatakan dengan:

$V_{o u t} (t) = - \frac{1}{R C} \int V_{i n} (t) d t + V_{o u t} (0)$

di mana:

$V_{o u t} (t)$
adalah tegangan keluaran,
$V_{i n} (t)$
adalah tegangan masukan,
$R$
adalah resistansi input,
$C$
adalah kapasitansi pada feedback.

Integrator op-amp banyak digunakan dalam pembuatan gelombang berbentuk linear (seperti sawtooth dan triangular wave), rangkaian filter low-pass, serta dalam sistem kontrol dan pengolahan sinyal. Namun, dalam praktiknya integrator ideal sulit dicapai karena adanya drift, offset, dan pembatasan frekuensi. Oleh karena itu, biasanya ditambahkan resistor paralel dengan kapasitor untuk mengatasi efek drift pada frekuensi rendah.

2. Multistage Op-Amp Circuit

Multistage op-amp circuit adalah rangkaian penguat operasional yang terdiri dari beberapa tahap (stage) penguatan yang disusun secara berurutan. Setiap tahap op-amp berfungsi memperkuat sinyal atau memberikan fungsi tertentu (seperti filtering, buffering, atau konversi level). Dengan menggabungkan beberapa tahap, diperoleh penguatan total yang lebih besar, atau performa rangkaian yang lebih kompleks dan sesuai kebutuhan desain.

Penguatan total dari multistage amplifier diperoleh dengan mengalikan penguatan masing-masing tahap:

$A_{t o t a l} = A_{1} \times A_{2} \times A_{3} \times \dots \times A_{n}$