Penguat Inverting dan Non-inverting

Tujuan

Mengamati cara kerja dan fungsi rangkaian penguat.

Dasar Teori

Penguat operasional atau yang dikenal sebagai Op-Amp merupakan suatu rangkaian terintegrasi atau IC yang memiliki fungsi sebagai penguat sinyal, dengan beberapa konfigurasi. Secara ideal Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang tak berhingga serta impedansi keluaran sama dengan nol. Dalam prakteknya, Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang besar serta impedansi keluaran yang kecil. Op-amp memiliki simbol seperti yang terlihat pada gambar (1). 

 

Gambar 1

Simbol Op-Amp

Secara garis besar, terdapat 4 pin utama dari Op-Amp, yaitu masukan inverting (tanda minus), masukan noninverting (tanda plus), masukan tegangan positif, masukan tegangan negatif dan pin keluaran. Di samping pin tersebut terdapat satu pin untuk adjustment. Beberapa penerapan Op-Amp diantaranya adalah:

Penguat Inverting

Rangkaian untuk penguat inverting adalah seperti yang ditunjukkan gambar (2).

Gambar 2

Rangkaian Penguat Inverting

Penguat ini memiliki ciri khusus yaitu sinyal keluaran memiliki beda fasa sebesar 180^o. Pada rangkaian penguat yang ideal memiliki syarat bahwa tegangan masukan sama dengan 0 dan impedansi masukan tak terhingga. Sehingga dari rangkaian tersebut dapat diperoleh rumus penguat adalah sebagai berikut :

dimana i_- = 0, maka

               

Substitusi persamaan (2) dan (3) ke persamaan (1) sehingga diperoleh

 

Tanda (-) negatif menunjukkan terjadi pembalikan pada keluarannya atau memiliki beda fasa sebesar 180⁰ dengan masukannya.

Penguat Non-inverting,

Rangkaian untuk penguat non-inverting adalah seperti yang ditunjukkan gambar (3).

Gambar 3

Rangkaian Penguat Non-Inverting

Penguat tersebut dinamakan penguat non-inverting karena masukan dari penguat tersebut adalah masukan non-inverting dari Op Amp. Tidak seperti penguat inverting, sinyal keluaran penguat jenis ini sefasa dengan sinyal masukannya. Seperti pada rangkaian penguat inverting syarat ideal sebuah penguat adalah tegangan masukan sama dengan 0 dan impedansi masukan tak terhingga. sehingga dari rangkaian tersebut dapat diperoleh rumus penguat adalah sebagai berikut :                                    

Substitusi persamaan (5) dan (6) ke persamaan (1) sehingga diperoleh 

Rangkaian penguat inverting maupun non-inverting biasanya menggunakan IC Op-Amp 741. Dengan memahami prinsip kerja dari rangkaian ini, maka rangkaian pengembangan dari rangakaian Op-Amp ini seperti rangkaian ADC (Analog to Digital Converter), DAC (Digital to Analog Converter), Summing (penjumlahan) dan yang lainnya juga dapat dipahami. Berikut datasheet dari IC 741:

Gambar 4

IC 741

Komponen dan Peralatan

Operational Amplifier Apparatus (1 Buah)

Osiloskop (1 Buah)

Audio generator (1 Buah)

Resistor (100 Ω dan 220 Ω) (@1 Buah)

Probe Osiloskop (2 Buah)

Kabel (Secukupnya)

Prosedur Percobaan

Rangkaian Inverting

1. Rangkai alat seperti pada gambar (2).
2. On-kan osiloskop dan lakukan kalibrasi pada osiloskop.
3. Hubungkan tegangan input (V_in) pada masukan inverting dan masukan non-inverting di-ground-kan.
4. Gunakan resistor 100 Ω sebagai R_in dan resistor 220 Ω sebagai R_f  pada op-amp apparatus.
5. Masukkan probe osiloskop dari channel 1 sebagai input dan probe channel 2 sebagai output pada op-amp apparatus.
6. On-kan op-amp apparatus dan audio generator, kemudian atur frekuensi pada audio generator hingga diperoleh gelombang keluaran pada channel 2 osiloskop.
7. Amati keluaran yang terjadi, catat tegangan dari channel 1 dan channel 2, kemudian cari faktor penguatannya dan V_out dengan menggunakan persamaan (4)

Rangkaian Non-Inverting

1. Rangkai alat seperti pada gambar (3).
2. On-kan osiloskop dan lakukan kalibrasi pada osiloskop.
3. Hubungkan tegangan input (V_in) pada masukan non-inverting dan masukan inverting di-ground-kan.
4. Gunakan resistor 100 Ω sebagai R_in dan resistor 220 Ω sebagai R_f  pada op-amp apparatus.
5. Masukkan probe osiloskop dari channel 1 sebagai input dan probe channel 2 sebagai output pada op-amp apparatus.
6. On-kan op-amp apparatus dan audio generator, kemudian atur frekuensi pada audio generator hingga diperoleh gelombang keluaran pada channel 2 osiloskop.
7. Amati keluaran yang terjadi, catat tegangan dari channel 1 dan channel 2, kemudian cari faktor penguatannya dan V_out dengan menggunakan persamaan (8)

Data Hasil Pengamatan

Rangkaian Inverting

R_in = 100 Ω

R_f = 220 Ω

Gambar 7

Sinyal Masukan dan Sinyal Keluaran pada Rangkaian Inverting      

Tabel 1

Tabel Vpp dan Volt/Div pada Rangkaian Inverting

	Vpp (Div)	Volt/Div
Channel 1	2	1
Channel 2	4,4	1

Rangkaian Non-Inverting

R_in = 100 Ω

R_f = 220 Ω

Gambar 8

Sinyal Masukan dan Sinyal Keluaran pada Rangkaian Non-Inverting

Tabel 2

Tabel Vpp dan Volt/Div pada Rangkaian Non-Inverting

	Vpp (Div)	Volt/Div
Channel 1	1,4	1
Channel 2	4,4	1

Pengolahan Data

Rangkaian Inverting

Tegangan pada channel 1 (V_in)

Tegangan pada channel 2 (V_out)

Dari persamaan (4), dapat dihitung tegangan keluaran yang dihasilkan adalah sebesar

 

Dengan faktor penguatannya

Rangkaian Non-Inverting

Tegangan pada channel 1 (V_in)

Tegangan pada channel 2 (V_out)

Dari persamaan (4), dapat dihitung tegangan keluaran yang dihasilkan adalah sebesar

 

Dengan faktor penguatannya

 

Analisis Data

Rangkaian inverting akan menguatkan sinyal masukan dan sinyal keluarannya akan memiliki fasa yang berbeda 180⁰ dengan sinyal masukannya. Hal ini dapat dilihat pada gambar (7). Besar penguatannya adalah 2,2 kali. Oleh karena itu, jika diberi tegangan masukan sebesar 2 volt akan dihasilkan tegangan keluaran sebesar 4,4 volt. Hasil tegangan keluaran yang diperoleh melalui osiloskop maupun perhitungan menggunakan rumus penguatan menunjukkan hasil yang sama.

Rangkaian non-inverting akan menguatkan sinyal masukan dan sinyal keluarannya akan memiliki fasa yang sama dengan sinyal masukannya. Hal ini dapat dilihat pada gambar (8). Besar penguatannya adalah 3,2 kali. Oleh karena itu, jika diberi tegangan masukan sebesar 1,4 volt akan dihasilkan tegangan keluaran sebesar 4,4 volt. Hasil tegangan keluaran yang diperoleh melalui osiloskop maupun perhitungan menggunakan rumus penguatan memiliki perbedaan nilai. Nilai tegangan berdasarkan perhitungan adalah sebesar 4,48 volt. Hal ini disebabkan karena kurangnya ketelitian pada osiloskop yang digunakan.

Kesimpulan dan Saran

Kesimpulan

Rangkaian penguat baik inverting maupun non-inverting dapat digunakan untuk menguatkan sinyal masukan.

Saran

Sebelum melakukan percobaan ini sebaiknya praktikan:

1. memahami konsep tentang penguat operational,
2. melakukan kalibrasi pada osiloskop sebelum digunakan,
3. memahami kondisi alat dan komponen yang digunakan.

Daftar Pustaka

Ilmu. Teori Dasar Penguat Operational. [Online]. Tersedia : http://www.ilmu.8k.com/pengetahuan/opamp.html. [17 Desember 2011].

Trensains. Operational Amplifier. [Online]. Tersedia : http://trensains.com/op_amp.htm . [17Desember 2011].


Lihat juga SIMULASI PENGUAT INVERTING dan download filenya di sini