1. Jurnal [Kembali]

JURNAL PRAKTIKUM OPERATIONAL
AMPLIFIER DAN FILTER


Nama                              : Rifanda Andhika Ferdynand

No BP                             : 2410952036

Kelompok                       : 13

Tanggal Praktikum         : 23 September 2025

Asisten Praktikum          : - Nabila Rahmazia Putri

                                          - Muhammad Naufal Lutfi

 

1. Inverting Amplifier

Rf(kΩ)

Vi(V)

Hitung

𝑅

Gain(− 𝑓 )

𝑅𝑖𝑛

Vout

Bentuk Gelombang



20



5 V

 



-2 



-1,8 V 

Gelombang input berwarna kuning

Gelombang output berwarna biru



50



5 V 

 


-5

 


-7,44 V

Gelombang input berwarna kuning
Gelombang output berwarna biru



80

 


5 V

 


-8

 


-7,55 V

Gelombang input berwarna kuning
Gelombang output berwarna biru

 

    2. Komparator 

V1 (V)

V2 (V)

Vout

 3 V

1 V 

 -10 V

 1 V

3 V 

11,26 V 


3. LPF -20dB

Frekuensi

Vin

Vout

Grafik Sinyal

 

 

 

100 Hz

 




1,763 V





1,48 V 

Gelombang input berwarna kuning
Gelombang output berwarna biru

 

 

 

 

 

500 Hz






 1,747 V

 





0,518 V

 Gelombang input berwarna kuning
Gelombang output berwarna biru

 

 

 

 

 

 

 

1000 Hz

 






1,726 V

 






0,264 V

 Gelombang input berwarna kuning
Gelombang output berwarna biru

 

Sketch Grafik Bode Plot

 

 

     4. HPF 40 dB

Frekuensi

Vin

Vout

Grafik Sinyal

 

 

 

 

 

100 Hz

 





1,758 V

 





0,541 V

 Gelombang input berwarna kuning

Gelombang output berwarna biru

 

 

 

 

 

500 Hz

 





1,744 V

 





1,599 V

Gelombang input berwarna kuning

Gelombang output berwarna biru

 

 

 

 

 

1000 Hz

 





1,724 V

 





1,684 V

Gelombang input berwarna kuning

Gelombang output berwarna biru

Sketch Grafik Bode Plot

2. Prinsip Kerja [Kembali]

    Inverting amplifier adalah salah satu konfigurasi dasar dari rangkaian op-amp, di mana sinyal masukan diberikan melalui sebuah resistor ke terminal input inverting (–), sementara terminal non-inverting (+) biasanya dihubungkan ke ground. Prinsip kerjanya bertumpu pada konsep umpan balik negatif. Ketika sinyal masukan diberikan, op-amp akan berusaha menjaga perbedaan tegangan antara kedua inputnya mendekati nol. Karena input non-inverting terhubung ke ground, maka input inverting juga akan berada pada kondisi tegangan virtual ground.

    Arus yang masuk melalui resistor masukan tidak bisa mengalir ke op-amp karena impedansi input yang sangat tinggi, sehingga arus tersebut harus mengalir melalui resistor umpan balik yang terhubung dari output ke input inverting. Hal ini menyebabkan output menghasilkan tegangan yang sebanding dengan sinyal masukan, tetapi berlawanan fase. Dengan kata lain, output memiliki polaritas yang terbalik terhadap input. Besar penguatan rangkaian ditentukan oleh perbandingan resistor umpan balik terhadap resistor masukan.

    Dengan mekanisme ini, inverting amplifier mampu menghasilkan sinyal keluaran yang terbalik 180 derajat dari sinyal masukan, dengan amplitudo yang dapat diatur sesuai rasio kedua resistor tersebut. Jadi, prinsip kerja utamanya adalah menjaga titik inverting dalam kondisi virtual ground, mengarahkan arus masukan melalui jalur umpan balik, dan menghasilkan sinyal keluaran yang berbanding lurus namun berlawanan fase terhadap sinyal masukan.

    Rangkaian komparator adalah konfigurasi op-amp yang digunakan untuk membandingkan dua sinyal tegangan, yaitu tegangan pada input inverting (–) dan non-inverting (+). Tidak seperti amplifier, komparator tidak menggunakan umpan balik negatif, sehingga op-amp bekerja dalam kondisi open-loop dengan penguatan yang sangat besar. Prinsip kerjanya adalah jika tegangan pada input non-inverting lebih besar dibandingkan tegangan pada input inverting, maka output op-amp akan naik mendekati tegangan suplai positif. Sebaliknya, jika tegangan pada input inverting lebih besar daripada tegangan pada input non-inverting, maka output akan turun mendekati tegangan suplai negatif.

    Karena perubahan kecil pada selisih tegangan input sudah cukup untuk membuat output melonjak penuh ke arah positif atau negatif, maka komparator sering disebut sebagai saklar elektronik berbasis tegangan. Output yang dihasilkan tidak berupa sinyal analog yang terproposional seperti pada amplifier, melainkan sinyal digital dengan dua level tegangan, misalnya logika tinggi dan logika rendah.

    Dengan mekanisme ini, rangkaian komparator digunakan untuk mendeteksi kondisi apakah suatu tegangan input sudah melewati batas tertentu atau tidak. Tegangan referensi biasanya diberikan ke salah satu terminal, sedangkan sinyal yang ingin dibandingkan masuk ke terminal lainnya. Saat sinyal melampaui tegangan referensi, output komparator berubah status, sehingga perangkat ini banyak dipakai dalam sistem deteksi level, sensor, atau rangkaian logika sederhana.

    Low Pass Filter (LPF) dengan slope –20 dB per dekade adalah jenis filter orde satu yang prinsip kerjanya didasarkan pada kombinasi resistor dan kapasitor. Tujuan utamanya adalah melewatkan sinyal berfrekuensi rendah dengan sedikit atenuasi, sementara sinyal berfrekuensi tinggi akan dilemahkan secara bertahap. Rangkaian dasarnya terdiri dari sebuah resistor yang dihubungkan seri dengan sinyal masukan, kemudian diikuti oleh kapasitor yang terhubung ke ground. Tegangan keluaran diambil pada titik setelah resistor dan sebelum kapasitor.

    Cara kerjanya dapat dijelaskan melalui sifat impedansi kapasitor. Pada frekuensi rendah, kapasitor memiliki impedansi yang sangat besar sehingga arus sulit mengalir melewatinya ke ground. Akibatnya, hampir seluruh sinyal masukan diteruskan ke keluaran. Namun, ketika frekuensi masukan meningkat, impedansi kapasitor semakin kecil, sehingga lebih banyak arus yang dialirkan ke ground dan sinyal yang sampai ke keluaran berkurang. Proses ini menghasilkan karakteristik bahwa semakin tinggi frekuensi, semakin kecil amplitudo sinyal keluarannya.

    Titik transisi dari kondisi "melewatkan" ke "melemahkan" disebut frekuensi cut-off, yang nilainya ditentukan oleh kombinasi resistor dan kapasitor dalam rangkaian. Setelah melewati frekuensi cut-off, setiap kenaikan frekuensi sepuluh kali lipat (satu dekade) akan menyebabkan amplitudo sinyal turun sekitar 20 dB. Inilah yang dimaksud dengan karakteristik atenuasi –20 dB per dekade pada filter orde satu.

    High Pass Filter (HPF) dengan slope +40 dB per dekade adalah jenis filter orde dua yang dirancang untuk melewatkan sinyal berfrekuensi tinggi dan menahan sinyal berfrekuensi rendah. Rangkaian ini biasanya dibangun menggunakan kombinasi resistor dan kapasitor dengan konfigurasi tertentu, atau bisa juga menggunakan op-amp untuk menghasilkan respon yang lebih terkontrol. Prinsip kerjanya berkebalikan dengan low pass filter: sinyal rendah akan dilemahkan, sementara sinyal tinggi justru dibiarkan lewat.

    Cara kerjanya bisa dijelaskan dari sifat dasar kapasitor. Pada frekuensi rendah, kapasitor memiliki impedansi yang tinggi sehingga sinyal sulit menembus rangkaian dan keluaran menjadi kecil. Namun, ketika frekuensi meningkat, impedansi kapasitor menurun, sehingga sinyal berfrekuensi tinggi bisa diteruskan dengan mudah ke keluaran. Untuk filter orde dua, respon peredaman terhadap frekuensi rendah menjadi lebih tajam dibanding orde satu. Setelah melewati frekuensi cut-off, setiap kenaikan frekuensi sepuluh kali lipat (satu dekade) akan menaikkan level respon sebesar +40 dB. Inilah yang membuat filter orde dua memiliki karakteristik slope +40 dB per dekade.

    Titik cut-off sendiri adalah batas frekuensi di mana sinyal mulai dilewatkan secara signifikan, dan nilainya ditentukan oleh kombinasi komponen resistor serta kapasitor dalam rangkaian. Dengan sifat ini, HPF orde dua banyak digunakan dalam aplikasi audio untuk menghilangkan hum atau nada rendah yang tidak diinginkan, maupun pada sistem komunikasi agar hanya sinyal berfrekuensi tinggi yang bisa diteruskan.

3. Video Percobaan [Kembali]

Rangkaian Kondisi

Percobaan 1 Inverting Amplifier

Percobaan 2 Komparator

Percobaan 3 LPF -20 dB

Percobaan 4 HPF 40 dB

4. Analisa[Kembali]

1. Analisa prinsip kerja dari rangkaian  Inverting Amplifier berdasarkan nilai yang didapatkan dari percobaan.

Jawab:

Pada Percobaan rangkaian Invorting Amplifier yang telah dilakukan, nilai dari Resistor Feedback (RF) divariasikan dari 20 kΩ ke sampai 80 kΩ. Dengan menggunakan tegangan input (Vi) sebesar 5 V Pada setiap percobaan diperoleh tegangan output (Vo) yang semakin besar terhadap nilai RF yang ditambah. Terlihat, pada percobaan Voutnya semakin besar dengan sinyal negatif. Hal ini disebabkan rangkaian Inverting Amplifier bekerja dengan membalikkan fasa sinyal input 180°. Namun hasil pengukuran dan perhitungan diperoleh nilai yang cukup berbeda, menurut analisa saya hal ini dikarenakan ketidaksesuaian pada tegangan input yang digunakan. Pada saat pengukuran nilai Vin mungkin tidak tepat di 5 V, namun terdapat angka koma di belakangnya yang membuat hasilnya menjadi berbeda.

2. Apa yang terjadi jika input komparator mendekati sama dengan tegangan referensi? Apakah output stabil atau terdapat ketidakpastian (chattering)? Jelaskan berdasarkan hasil percobaan.

Jawab: 

Berdasarkan teori, jika tegangan input komparator sangat mendekati tegangan referensi, output akan menjadi tidak stabil dan mengalami chattering. ouput akan beralih dengan cepat antara tegangan saturasi positif (+Vsat) dan tegangan saturasi negatif (-Vsat). Namun berdasarkan hasil percobaan kami, tidak terlihat tanda-tanda fenomena chattering. Alasannya karena pada percobaan kami menggunakan masing-masing tegangan sebesar 3 V dan 1 V pada V1 dan V2. Dengan demikian komparator dengan mudah menentukan tegangan yang lebih besar. sehingga memberikan output yang stabil pada + Vsat atau -Vsat.

3. Bagaimana perbandingan antara nilai perhitungan dengan pengukuran dan jika terjadi perbedaan berikan alasannya.

Jawab:

Berdasarkan percobaan, nilai pengukuran dan perhitungan cukup berbeda pada pengukuran menggunakan RF 20 kΩ diperoleh Vout -1.8 V, namun data perhitungan didapatkan Vout -7 V. Perbedaan hasil ini dapat saja terjadi, yang disebabkan oleh beberapa faktor. Salah satu faktornya yaitu kondisi rangkaian yang tidak ideal. Pada perhitungan kabel dan koneksi pada breadboard dianggap tidak memiliki hambalan, padahal mungkin saja terdapat resistansi kecil yang dapat mempengaruhi outputnya. Selain itu, sumber tegangan dianggap ideal dan stabil. Namun, tegangannya bisa sedikit turun saat rangkaian diberi beban.

4. Analisa prinsip kerja dari LPF berdasarkan tegangan input, output, frekuensi cut-off, dan gelombang hasil percobaan.

Jawab:

Low Pass Filter bekerja dengan melewatkan sinyal frekuensi rendah dan meredam sinyal frekuensi tinggi. Berdasarkan percobaan kami, sinyal frekuensinya sebesar 100 Hz tegangan output yang dihasilkan mendekati tegangan inputnya. Kemudian jika frekuensi semakin besar, maka outputya semakin menjauhi inputnya hingga mencapai frekuensi cut-off. Gelombang output yang dihasilkan mengalami penurunan amplitudo dan fasa jika nilai frekuensi semakin besar. Fenomena ini sesuai dengan prinsip kerja Low Pass Filter (LPF) yang melewatkan sinyal frekuensi rendah dan meredam sinyal frekuensi tinggi.

5. Analisa prinsip kerja dari HPF berdasarkan tegangan input, output, frekuensi cut-off, dan gelombang hasil percobaan.

Jawab:

Berbanding terbalik dengan LPF, High Pass Filter melewatkan sinyal Frekuensi tinggi dan meredam sinyal frekuensi rendah. Berdasarkan percobaan terlihat tegangan output akan semakin mendekati tegangan input jika nilai frekuensi semakin besar. frekuensi cut-off terjadi pada saat frekuensinya rendah hingga mendekati nol. Gelombang output yang dihasilkan pun akan semakin besar amplitudo dan fasanya saat frekuensi semakin besar, mendekati nilai positif. Fenomena ini menunjukkan bahwa HPF bekerja dengan baik.

5. Download File[Kembali]

Download Video Rangkaian Kondisi [Download File]

Download Video Percobaan 1 [Download File]

Download Video Percobaan 2 [Download File]

Download Video Percobaan 3 [Download File]

Download Video Percobaan 4 [Download File]

Download Laporan Akhir Scan [Download File]

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Langganan: Komentar (Atom)