Fig. 11.15
Sub-Chapter 11.3 Voltage Buffer
Dalam rangkaian elektronika, sinyal dari sumber sering kali harus dikirim ke beban tanpa mengalami penurunan tegangan. Salah satu solusi yang umum digunakan adalah voltage buffer atau op-amp buffer (sering disebut juga sebagai unity gain amplifier). Rangkaian ini biasanya menggunakan op-amp dengan konfigurasi non-inverting dan umpan balik penuh, sehingga tegangan output sama dengan tegangan input. Meskipun tidak memberikan penguatan tegangan, buffer sangat berguna karena memiliki impedansi input tinggi dan impedansi output rendah. Ini memungkinkan buffer untuk melindungi sinyal dari pengaruh beban, serta menjaga kestabilan dan kualitas sinyal. Simulasi dilakukan untuk memahami cara kerja, karakteristik, dan manfaat penggunaan buffer dalam sistem elektronika.
- Melengkapi tugas mata kuliah elektronika yang ditugaskan oleh Bapak Darwison, M.T.
- Menjelaskan prinsip kerja serta fungsi op-amp sebagai voltage buffer dalam rangkaian elektronik.
- Menganalisis karakteristik dan kinerja rangkaian buffer berdasarkan data hasil simulasi.
- Menunjukkan pemahaman terhadap peran buffer dalam menjaga kestabilan sinyal dan isolasi antar rangkaian.
A. Alat
1) Instrument a. Oscilloscope
Osiloskop adalah alat ukur elektronik yang digunakan untuk menampilkan dan menganalisis bentuk gelombang sinyal listrik secara visual pada layar dalam bentuk grafik tegangan terhadap waktu.
Spesifikasi :
Pin Out :
2) Probe
a. Voltage
Probe voltage adalah alat atau komponen dalam sistem pengukuran listrik/elektronika yang digunakan untuk mendeteksi atau mengukur tegangan pada titik tertentu dalam rangkaian.
Spesifikasi :
- Tegangan Maksimum: 300V – 1000V (tergantung kategori keselamatan: CAT II/III).
- Bandwidth: 10 MHz – >500 MHz (untuk osiloskop).
- Attenuation Ratio: 1:1 atau 10:1 (peredam sinyal).
- Input Resistance: Umumnya 10 MΩ.
- Input Capacitance: Sekitar 10–20 pF.
- Konektor: BNC (osiloskop), banana plug/needle (multimeter).
3) Generators
a. Genarator Sinus
Generator sinus adalah alat yang menghasilkan sinyal berbentuk gelombang sinusoidal, yaitu gelombang halus dan berulang yang umum ditemui dalam sistem listrik AC dan komunikasi. Generator sinus berbentuk gelombang sinusoidal secara periodik. Gelombang sinus adalah bentuk sinyal analog paling dasar dan sangat penting dalam dunia teknik elektro, terutama dalam bidang elektronika analog, komunikasi, dan sistem tenaga listrik.
Spesifikasi :
- Frekuensi: 1 Hz – 1 MHz (umum)
- Amplitudo: 0 – 10 Vpp (dapat diatur)
- THD: < 1% (distorsi rendah)
- Kontrol: Potensiometer/manual atau digital
- Sumber daya: DC (5V/12V) atau AC 220V
- IC umum: XR2206, ICL8038, op-amp (Wien Bridge)
- Aplikasi: Pengujian audio, osiloskop, eksperimen sinyal
B. Bahan
1) Operational Amplifier (Op-Amp)
Op-Amp (Operational Amplifier) adalah penguat tegangan (voltage amplifier) yang memiliki penguatan sangat tinggi, digunakan untuk memperkuat sinyal analog, melakukan operasi matematika (seperti penjumlahan, pengurangan, integrasi, dan diferensiasi), serta sebagai komponen inti dalam berbagai rangkaian elektronik analog. Op-amp biasanya dikemas dalam bentuk IC (Integrated Circuit) seperti IC 741, dan memiliki dua input (inverting dan non-inverting) serta satu output.
Spesifikasi :
Pin Out :
A. Op-Amp
Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional.
Op-Amp memiliki beberapa karakteristik, di antaranya:
- Penguat tegangan tak berhingga (AV = ∼)
- Impedansi input tak berhingga (rin = ∼)
- Impedansi output nol (ro = 0) d. Bandwidth tak berhingga (BW = ∼)
- Tegangan offset nol pada tegangan input (Eo = 0 untuk Ein = 0)
Kurva Karakteristik I/O
Rangkaian voltage buffer berfungsi untuk mengisolasi sinyal input dari beban, menggunakan tahap penguat dengan penguatan tegangan satu (unity gain), tanpa pembalikan fasa atau polaritas, dan bertindak sebagai rangkaian ideal dengan impedansi input sangat tinggi serta impedansi output sangat rendah. Dalam konfigurasi ini, tegangan keluar (vo) sama dengan tegangan masuk (vi), yaitu
Gambar diatas menunjukkan bahwa satu sinyal input dapat dibagi ke dua output yang terpisah. Keuntungan dari konfigurasi ini adalah beban pada salah satu output tidak memengaruhi output lainnya, karena masing-masing output telah dibuffer (diisolasi). Dengan kata lain, setiap output bekerja secara independen, sehingga tidak saling mengganggu meskipun terhubung ke beban yang berbeda.
Penggunaan buffer amplifier
Bentuk Gelombang V input dan V output :
1. Tunjukkan koneksi 741 sebagai rangkaian uni gain!
Jawab :
2. Sebuah penguat op-amp inverting dengan penguatan 10 kali, jika sumber tegangan 15 volt dan Vin = 2 V, maka menghasilkan tegangan output sebesar?
Jawab :
Vout = A x Vin
= 10 x 2 V
= 20 V
3. Sebuah rangkaian menggunakan op-amp ideal dalam konfigurasi buffer (pengikut tegangan). Tegangan input yang diberikan ke non-inverting input op-amp adalah 2.5 V. Tentukan tegangan output dari op-amp, arus yang mengalir ke iput op-amp dan keuntungan tegangan (voltage gain) dari rangkaian.
Jawab :
= 2,5 V
I = 0 A (Op-amp ideal memiliki impedansi input tak hingga)
Av = Vo/Vi = 2,5/2,5 = 1
1. Tunjukkan koneksi (termasuk informasi pin) dari tahap IC LM124 yang terhubung sebagai penguat keuntungan satu.
Jawab :
2. Tunjukkan koneksi (termasuk informasi pin) dari dua tahap LM358 yang terhubung sebagai penguat tanpa penguatan untuk memberikan output yang sama.
Jawab :
1. Sebuah op-amp ideal dikonfigurasi sebagai pengikut tegangan (buffer). Tegangan yang diberikan pada terminal non-inverting (+) adalah Vin = 2.8 V. Berapa besar tegangan output 𝑉out dari op-amp tersebut?
A. 0 V
B. 1.4 V
C. 2.8 V
D. 5.6 V
Jawaban yang benar : B
Penjelasan : Op-amp buffer menyalurkan tegangan input ke output tanpa perubahan, jadi Vout = Vin, Vout = 2.8 V
2. Apa fungsi utama dari konfigurasi op-amp buffer (pengikut tegangan) dalam suatu rangkaian elektronik?
A. Menguatkan tegangan input agar output menjadi dua kali lipat
B. Memberikan isolasi impedansi antara sumber dan beban
C. Mengubah sinyal AC menjadi DC
D. Menurunkan tegangan output agar sesuai dengan sumber
Jawaban yang benar : B
Penjelasan : Buffer memiliki impedansi input sangat tinggi dan impedansi output sangat rendah, sehingga cocok untuk memisahkan rangkaian sumber dari rangkaian beban.
3. Manakah dari pernyataan berikut yang paling benar mengenai karakteristik op-amp buffer ideal?
A. Tegangan output selalu lebih tinggi dari input
B. Terdapat arus besar yang mengalir ke input op-amp
C. Tegangan output selalu sama dengan tegangan input
D. Konfigurasi buffer hanya digunakan untuk sinyal AC
Jawaban yang benar : C
Penjelasan: Dalam op-amp buffer ideal, output mengikuti input sepenuhnya tanpa penguatan (𝐴𝑣 = 1)
A. Prosedur
- Buka aplikasi proteus.
- Pilih komponen yang diperlukan dalam rangkaian, seperti op-amp (LM741), generator sinus, dan lain-lain.
- Susunlah komponen seperti pada gambar rangkaian 11.15 lalu hubungkan tiap komponen menggunakan wire (kabel).
- Pasang probe voltage untuk menghitung besar tegangan input dan tegangan output.
- Jalankan simulasi dan amati gelombang input dan output.
B. Simulasi Rangkaian dan Prinsip Kerja
Simulasi Rangkaian :
Simulasi Rangkaian 11.15
Hasil simulasi Rangkaian 11.15
Prinsip Kerja :
Rangkaian op-amp buffer bekerja dengan cara memberikan sinyal input ke terminal non-inverting (+), lalu output-nya diumpankan kembali ke terminal inverting (−). Dengan adanya umpan balik negatif penuh ini, op-amp secara otomatis menyesuaikan output agar kedua input (non-inverting dan inverting) memiliki tegangan yang sama. Hasil akhirnya adalah tegangan output (Vout) sama dengan tegangan input (Vin). Meskipun tidak memperkuat tegangan, buffer memperkuat kemampuan arus dan sangat berguna untuk menghubungkan rangkaian dengan impedansi tinggi ke beban berimpedansi rendah tanpa memengaruhi sinyal asli.
Video Simulasi:
Komentar
Posting Komentar