CHAPTER 10 & 11

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

1. Pendahuluan [Kembali]

Penguat operasional (op-amps) adalah komponen mendasar dalam elektronik modern, banyak digunakan dalam pengkondisian sinyal, pemfilteran, dan operasi matematika seperti penjumlahan, integrasi, dan diferensiasi. Penguat tegangan gain tinggi ini membentuk tulang punggung desain sirkuit analog, memungkinkan kontrol yang tepat atas pemrosesan sinyal. Bab 10 memperkenalkan prinsip-prinsip dasar op-amp, termasuk struktur internalnya, amplifikasi diferensial, dan spesifikasi utamanya. Bab 11 mengeksplorasi aplikasi praktis, seperti penjumlahan tegangan, buffering, sumber terkontrol, dan filter aktif, menunjukkan bagaimana op-amp digunakan dalam sirkuit dunia nyata.

2. Tujuan [Kembali]

Memahami prinsip kerja dan karakteristik dasar op-amp.
Menganalisis konfigurasi op-amp seperti penguat inverting, non-inverting, dan pengikut tegangan.
Menerapkan op-amp dalam rangkaian penjumlah, integrator, dan filter aktif.
Mengevaluasi parameter kinerja op-amp seperti gain bandwidth product (GBP) dan common-mode rejection ratio (CMRR).

3. Alat dan Bahan [Kembali]

1. Op-Amp

2. Resistor

3. Baterai

4. Ground

5. Probe

6. Voltmeter DC

4. Dasar Teori [Kembali]

CHAPTER 10: BJT AMPLIFIERS

Chapter 10 membahas secara mendalam tentang penguat berbasis transistor BJT (Bipolar Junction Transistor). Bagian awal menjelaskan konsep dasar penguat, yaitu perangkat yang berfungsi meningkatkan amplitudo sinyal listrik tanpa mengubah bentuk aslinya. Parameter kunci seperti penguatan tegangan (Av), penguatan arus (Ai), dan penguatan daya (Ap) diperkenalkan sebagai ukuran kinerja penguat. Impedansi input dan output juga dijelaskan sebagai faktor penting dalam menentukan kompatibilitas dengan rangkaian lain.

Bagian selanjutnya membahas tiga konfigurasi dasar penguat BJT. Konfigurasi Common-Emitter (CE) merupakan yang paling populer karena memberikan penguatan tegangan dan arus yang tinggi, meskipun menghasilkan pembalikan fase 180 derajat. Common-Base (CB) menawarkan karakteristik unik dengan penguatan tegangan tinggi tetapi penguatan arus mendekati satu, cocok untuk aplikasi frekuensi radio. Sedangkan Common-Collector (CC), sering disebut emitter-follower, memiliki penguatan tegangan mendekati satu tetapi berguna sebagai penyangga impedansi karena impedansi inputnya yang tinggi dan output yang rendah.

Analisis penguat BJT dilakukan dalam dua tahap. Pertama, analisis DC untuk menentukan titik kerja (Q-point) yang stabil menggunakan berbagai teknik bias seperti bias tetap atau bias pembagi tegangan. Kedua, analisis AC menggunakan model sinyal kecil seperti model hybrid-π untuk menghitung parameter penguatan dan impedansi. Kapasitor kopling dan bypass memegang peranan penting dalam mengisolasi komponen DC dan memungkinkan operasi penguat AC yang optimal.

CHAPTER 11: OP-AMP APPLICATIONS

Chapter 11 berfokus pada aplikasi praktis operational amplifier (Op-Amp) dalam berbagai rangkaian elektronik. Diawali dengan penjelasan tentang karakteristik Op-Amp ideal yang memiliki penguatan open-loop tak terhingga, impedansi input tak terhingga, dan impedansi output nol. Meskipun dalam praktiknya tidak ada Op-Amp yang ideal, pemahaman konsep ideal membantu dalam merancang dan menganalisis rangkaian dasar.

Dua konfigurasi fundamental Op-Amp dibahas secara rinci. Penguat inverting, dimana sinyal output memiliki fase yang berlawanan dengan input dan penguatannya ditentukan oleh rasio resistor feedback terhadap resistor input. Penguat non-inverting mempertahankan fase yang sama antara input dan output, dengan penguatan yang selalu lebih besar dari satu. Voltage follower, kasus khusus penguat non-inverting dengan penguatan tepat satu, sangat berguna sebagai penyangga impedansi.

Aplikasi lanjutan Op-Amp mencakup berbagai fungsi pemrosesan sinyal. Rangkaian komparator digunakan untuk mengubah sinyal analog menjadi digital dengan membandingkannya terhadap tegangan referensi. Integrator dan differentiator memanfaatkan kapasitor dalam konfigurasi feedback untuk melakukan operasi matematika dasar. Filter aktif memungkinkan seleksi frekuensi dengan presisi tinggi, dimana jenis low-pass dan high-pass filter paling umum digunakan. Aplikasi praktis lainnya termasuk summing amplifier untuk penjumlahan sinyal, instrumentation amplifier untuk pengukuran presisi, serta osilator untuk membangkitkan berbagai bentuk gelombang periodik.

Example :

1. Sebuah rangkaian op-amp digunakan sebagai inverting amplifier dengan konfigurasi seperti berikut:

Input tegangan: $V_{in} = 0.5 V$
Resistor input $R_{1} = 2 k Ω$
Resistor feedback $R_{f} = 10 k Ω$

Tentukan gain penguatan dari rangkaian ini.

$A_{v} = - \frac{R_{f}}{R_{1}} = - \frac{10 k Ω}{2 k Ω} = - 5$

2. Sebuah op-amp disusun sebagai non-inverting amplifier dengan data sebagai berikut:

Input tegangan: $V_{in} = 0.8 V$
Resistor $R_{1} = 1 k Ω$
Resistor $R_{f} = 4 k Ω$

Hitung tegangan output dari op-amp tersebut.

Gain non-inverting amplifier:

$A_{v} = 1 + \frac{R_{f}}{R_{1}} = 1 + \frac{4}{1} = 5$

Tegangan output:

$V_{out} = A_{v} \cdot V_{in} = 5 \cdot 0.8 V = 4 V$

$3.$ Diberikan sebuah differential amplifier Dengan komponen:

$R_{1} = 1 k Ω$
$R_{f} = 10 k Ω$
Tegangan input:

$V_{i n 1} = 1.2 V$
$V_{i n 2} = 0.4 V$

Hitung tegangan output

V_{out}

dari differential amplifier tersebut.

Rumus umum output dari differential amplifier jika resistor simetris:

$V_{out} = (\frac{R_{f}}{R_{1}}) (V_{i n 2} - V_{i n 1})$

Substitusi nilai:

$V_{out} = (\frac{10 k Ω}{1 k Ω}) (0.4 - 1.2) = 10 \cdot (- 0.8) = - 8 V$

Pilihan Ganda :

1. Sebuah power amplifier kelas A memiliki tegangan suplai sebesar 20 V dan arus kolektor maksimum sebesar 1 A. Beban resistif sebesar 8 Ω dihubungkan ke output amplifier. Hitunglah daya maksimum yang dapat disuplai ke beban.

Jawab :

$P_{o u t} = \frac{V_{p e a k}^{2}}{2 R} = \frac{(10)^{2}}{2 \times 8} = \frac{100}{16} = 6.25 W$

2. Sebuah power amplifier bekerja pada kelas B dengan beban 4 Ω dan menghasilkan tegangan output maksimum 20 V (peak). Hitunglah daya output maksimum.

$V_{r m s} = \frac{V_{p e a k}}{\sqrt{2}} = \frac{20}{\sqrt{2}} = 14.14 V$ $P_{o u t} = \frac{V_{r m s}^{2}}{R} = \frac{(14.14)^{2}}{4} \approx \frac{200}{4} = 50 W$

3.Sebuah amplifier memiliki efisiensi teoretis 60% dan sinyal output-nya hanya terlihat pada setengah siklus sinyal input. Berdasarkan informasi ini, tentukan jenis kelas penguat dan karakteristik umum dari penguat tersebut.

Jawab :

Karena sinyal hanya muncul di setengah siklus dan efisiensinya lebih tinggi dari kelas A, maka ini adalah kelas C.