chapter 10.48 op-amp spefications-frequency parameters

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

a) Prosedur
b) Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja
c) Video Simulasi

6. Link Download

1. Pendahuluan[Kembali]

    Dalam dunia elektronika, penguat operasional atau operational amplifier (op-amp) merupakan salah satu komponen penting yang sering digunakan dalam berbagai aplikasi penguatan sinyal. Salah satu keterbatasan penting dari op-amp adalah parameter yang disebut "slew rate", yaitu kecepatan maksimum perubahan tegangan output terhadap waktu. Slew rate mempengaruhi kemampuan op-amp dalam mengikuti sinyal masukan berfrekuensi tinggi. Percobaan ini bertujuan untuk memahami bagaimana slew rate membatasi frekuensi maksimum sinyal yang dapat diproses tanpa menyebabkan distorsi pada output. Studi ini sangat penting untuk desain rangkaian analog berpresisi tinggi, seperti filter aktif, osilator, dan penguat audio.

2. Tujuan[Kembali]

• Menentukan frekuensi maksimum sinyal input agar tidak terjadi distorsi pada output.

• Menghitung gain (penguatan) dari op-amp berdasarkan konfigurasi resistor.

• Mengetahui pengaruh parameter slew rate terhadap performa op-amp.

• Melakukan simulasi rangkaian op-amp untuk membuktikan hasil perhitungan teoritis.

3. Alat dan Bahan[Kembali].

1. Software simulasi elektronik (LTspice, Proteus, Multisim, atau Tinkercad Circuits)

   
   
   

2. Model op-amp 

   
   
   

3. Resistor 10 kΩ dan 240kΩ

   
   
   

4. Sumber sinyal sinusoidal (amplitudo 0.02 V, frekuensi disesuaikan)

   
   
   
   
   
   
   

5. Voltmeter ac/osiloscop
   

   
   
   
   
   
6. Ground
   

   

4. Dasar Teori[Kembali]

    Op-amp merupakan penguat diferensial dengan penguatan sangat tinggi yang biasa digunakan dalam konfigurasi tertutup (closed-loop) untuk penguatan yang stabil. Dalam konfigurasi non-inverting amplifier, tegangan output diberikan oleh:

$A_{CL}=1+\frac{R_f}{R_1}$

Namun dalam beberapa kasus, pendekatan digunakan sebagai:

$A_{CL}=\mid \frac{R_f}{R_1}\mid$

Dimana:

• $A_{CL}$: Closed-loop gain

• $R_f$: Resistor feedback

• $R_1$: Resistor input

Tegangan output kemudian dihitung sebagai:

$V_o=A_{CL}\cdot V_i$

Slew rate (SR) adalah batasan maksimum perubahan tegangan output per satuan waktu:

$SR={\mid \frac{d{V}_o}{dt}\mid }_{max}$

Untuk sinyal sinusoidal, frekuensi maksimum ${\omega }_{max}$ agar tidak terjadi distorsi akibat slew rate diberikan oleh:

${\omega }_{max}=\frac{SR}{V_{peak}}$

Dimana:

• $SR$: Slew rate op-amp

• $V_{peak}$: Amplitudo output

• $\omega$: Frekuensi sudut = $2\pi f$

Jika sinyal masukan memiliki frekuensi yang menghasilkan output dengan kecepatan perubahan lebih besar dari SR, maka bentuk gelombang output akan mengalami distorsi.

5. Percobaan[Kembali]

a) Prosedur [Kembali]

1. Buat rangkaian non-inverting amplifier seperti pada Gambar 10.48.

2. Hubungkan resistor 10 kΩ pada input, dan resistor 240 kΩ pada umpan balik.

3. Gunakan sumber sinyal sinusoidal dengan amplitudo 0.02 V dan frekuensi 300×10^3 rad/s.

4. Hitung nilai gain dan tegangan output maksimum.

5. Gunakan persamaan ${\omega }_{max}=\frac{SR}{V_o}$ untuk menentukan frekuensi maksimum tanpa distorsi.

6. Simulasikan rangkaian dan amati bentuk gelombang output.

b) Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja [Kembali]

Rangkaian simulasi

Prinsip Kerja Rangkaian pada Gambar 10.48 (Penguat Inverting Op-Amp):

    Rangkaian pada Gambar 10.48 merupakan rangkaian penguat inverting (inverting amplifier) yang menggunakan operational amplifier (op-amp). Prinsip kerja utamanya adalah memperkuat sinyal masukan dengan membalik polaritasnya (output berlawanan fase dengan input).

1. Konfigurasi Inverting

• Sinyal input $V_i$ diberikan ke terminal inverting (-) melalui resistor $R_1$.

• Terminal non-inverting (+) dihubungkan ke ground, sehingga referensi tegangan adalah nol volt.

• Sebuah resistor $R_f$ digunakan sebagai umpan balik (feedback) dari output kembali ke input inverting (-).

2. Penguatan dan Operasi Linier

• Dalam kondisi ideal (dan realistik dengan op-amp yang baik), tegangan antara input + dan - adalah nol (disebut prinsip virtual ground).

• Maka, arus yang mengalir melalui $R_1$ adalah:

  $$I=\frac{V_i}{R_1}$$

• Karena impedansi input op-amp sangat tinggi, arus tidak masuk ke op-amp, tetapi mengalir ke $R_f$, sehingga:

  $$V_o=-I\cdot R_f=-\left(\frac{V_i}{R_1}\right)\cdot R_f$$

• Maka diperoleh:

  $$A_v=\frac{V_o}{V_i}=-\frac{R_f}{R_1}$$

3. Hubungan dengan Slew Rate

• Slew rate membatasi seberapa cepat output dapat berubah terhadap waktu. Jika frekuensi input terlalu tinggi atau amplitudo terlalu besar, output tidak bisa mengikuti bentuk gelombang input → distorsi.

• Untuk menghindari distorsi, digunakan rumus:

  $$\omega \le \frac{\text{Slew Rate (SR)}}{K}$$

  di mana $K$ adalah amplitudo output maksimum.

4. Kasus pada Gambar

• Diberikan $R_1=10k\mathrm{\Omega }$, $R_f=240k\mathrm{\Omega }$, dan $V_i=0.02V$.

• Maka penguatan:

  $$A_v=-\frac{240k\mathrm{\Omega }}{10k\mathrm{\Omega }}=-24$$

• Output maksimum: $0.02\times 24=0.48V$

• Slew rate: $0.5V\mathrm{/}\mu s$

• Maka frekuensi maksimum tanpa distorsi adalah:

  $$\omega \le \frac{0.5}{0.48}\times {10}^6=1.1\times {10}^{6}rad\mathrm{/}s$$

• Karena frekuensi sinyal hanya $\omega =300\times {10}^{3}rad\mathrm{/}s$, masih aman → tidak ada distorsi.

c) Video Simulasi [Kembali]

6. Link Download[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