Unit 4 Penguat Operasioan Ap-Omp

1. ACTIVE LOW PASS FILTER
Farina, Triwanda R. Tandry, Rahma Amin*)
Laboratorium Elektronika dan Instrumentasi
2017
LATAR BELAKANG
Awal dari penggunaan penguat operasional adalah tahun 1940-an, ketika sirkuit
elektronika dasar dibuat dengan menggunakantabung vakumuntuk melakukan
operasimatematikasepertipenjumlahan, pengurangan, perkalian, pembagian, integral,
dan turunan. Istilah penguat operasional itu sendiri baru digunakan pertama kali oleh John
Ragazzini dan kawan-kawan dalam sebuah karya tulis yang dipublikasikan pada tahun 1947.
Penguat operasional atau yang biasa disebut op-amp merupakan suatu jenis
penguat elektronika dengan sambatan (coupling) arus searah yang memiliki bati (faktor
penguatan atau dalam bahasa Inggris: gain) sangat besar dengan dua masukan dan satu
keluaran.Penguat operasional pada umumnya tersedia dalam bentuk sirkuit terpadu dan yang
paling banyak digunakan adalah seri 741.
Dalam peralatan elektronika ang kompleks sangat banyak ditemukan komponen-
kompone seperti diode, transistor, OP-Amplifier, IC gerbang logika, timer 555 (LED dan
Buzzer), 7 segment, akusisi data, dan komponen lainnya. Suatu alat elektronik akan tersusun
dari banyak rangkaian elektronika. Serangkaian itu sesungguhya hanya memabfaatkan
penggabungan sifat dari masing-masing komponen. Karena tiap-tiap komponen elektronika
memiliki karakteristik kerja yang berbeda.
Penguat operasional adalah perangkat yang sangat efisien dan serba guna. Penguat
operasional sering disebut operational amplifier atau OP-AMP ini merupakan jenis penguat
pada elektronika dengan arus searah (DC). OP-AMP memiliki factor penguat besar dengan
dua masukan dan satu keluaran.
Dalam peralatan elektronika yang kompleks sangat banyak ditemukan komponen-
komponen seperti dioda transistor, OP-Amplifier, IC, timer 555 (LED dan Buzzer), 7
segment, akusisi data, dan komponen lainnya. Suatu alat elektronik akan tersusun dari
banyak rangkaian elektronika. Serangkaian itu sesungguhya hanya memanfaatkan
penggabungan sifat dari masing-masing komponen. Karena tiap-tiap komponen elektronika
memiliki karakteristik kerja yang berbeda.
Seiring dengan semakin berkembangnya ilmu pengetahuan, maka komponen-
komponen elektronika seperti transistor, resistor, kapasitor dapat digabung dalam satu
kemasan yang disebut IC (Integrated Circuit). Dari suatu IC dapat tersusun dari beribu-ribu
transistor di dalamnya. Dalam percobaan ini IC yang digunakan sebagai penguat adalah Op-
Amp 741.Op-Amp merupakan rangkaian terintegrasi yang dikemas dalam bentuk chip,
sehingga sangat praktis penggunaannya. Penggunaan Op-Amp sangat luas, termasuk
diantaranya sebagai osilator, filter, rangkaian instrumentasi.
Op-Amp biasa disebut penguat operasional adalah suatu penguat beda (penguat
diferensial) yang mempunyai penguatan tegangan sangat tinggi dengan impedansi keluaran
rendah. Penguat operasional ini merupakan jenis penguat pada elektronika dengan arus

2. searah (DC). OP-AMP memiliki faktor penguat besar dengan dua masukan dan satu
keluaran. Rangkaian penyusun utama dari Op-Amp adalah penguat beda. Penguat beda atau
Differential Amplifier merupakan rangkaian yang banyak dipakai dalam rangkaian
terintegrasi termasuk Op-Amp. Pada prinsipnya rangkaian penguat beda terdiri atas dua
buah transistor dan emitornya dihubungkan jadi satu.
RUMUSAN MASALAH
1. Apa fungsi setiap kaki dari sebuah IC Operasional Amplifier?
2. Bagaimana menggunakan Op-Amp sebagai penguat inverting dan penguat non-inverting?
3. Bagaimana menghitung besar penguatan berdasarkan percobaan?
TUJUAN
1. Mengenal fungsi setiap kaki dari sebuah IC Operasional Amplifier.
2. Menggunakan Op-Amp sebagai penguat inverting dan penguat non-inverting.
3. Menghitung besar penguatan berdasarkan percobaan.
KAJIAN TEORI
Operational Amplifier atau biasa disingkat Op – Amp, adalah sebuah penguat
differensial dengan penguatan sangat tinggi dengan impedansi input yang tinggi dan dengan
impedansi output yang rendah. Sebuah Op – Amp terdiri dari sejumlah tingkatan penguat
differensial untuk mencapai penguatan tegangan yang tinggi. Jenis Op – Amp 741 sangat
dikenal secara umum dalam penggunaan penguat, tapis aktif, aplikasi sensing dan lain
sebagainya. Skema dasar dan wujud dari jenis penguat operasional (Operational Amplifier,
Op – Amp) ini ditunjukkan pada Gambar berikut.
(a)
Keterangan Gambar :
1. Input membalik (Inverting),
2. Input tak membalik (Non-nverting),
3. Sumber daya negatif,
4. Output,
5. Sumber daya positif.

3. (b)
Gambar 1.1. (a) Skema dasar Op – Amp 741 beserta notasinya, (b) kemasan Op – Amp.
Gambar (a) menunjukkan sebuah Op–Amp dasar dengan dua input dan satu utput.
Setiap masukan menghasilkan satu polaritas atau fase yang berlawanan dengan outputnya,
bergantung pada sinyal input yang diterapkan apakah pada input positif (+) atau negatif (-).
Umumnya Op – Amp memerlukan pencatuan daya ganda positf (+VCC) – ground –
negatif(- VCC). Terdapat dua terminal pada bagian input, yaitu terminal input membalik
(Inverting) dan terminal input tak membalik (Non – Inverting).
Sebuah Op – Amp ideal memiliki karakteristik berikut.
a. Penguatan tegangan rangkaian terbuka
b. Av,OL sangat tinggi dan idealnya tak berhingga.
c. Resistansi intrinsik input ri, diukur antara terminal input inverting dan terminal input
noninverting adalah tinggi dan idealnya tak berhingga.
d. Resistansi intrinsik output ro, dengan melihat dari bagian terminal output, adalah
sangat rendah dan idealnya mencapai nol.
Rangkaian Dasar Op-Amp : Penguat Membalik (inverting amplifier)
Rangkaian penguat membalik ditunjukkan pada Gambar (2) beserta dengan
rangkaian setaranya.
Gambar 3. Rangkaian Penguat membalik (Inverting).
Rangkaian penguat membalik pada Gambar (2), terminal input noninverting (+)
dihubungkan dengan ground. Sebuah resistor 𝑅1 menghubungkan sinyal masukan dengan
terminal input inverting. Sebuah resistor umpan balik (feedback) 𝑅 𝑓 dihubungkan dari
terminal output ke terminal input inverting.

4. Jika diasumsikan Op-Amp adalah ideal, besar 𝑉𝑖 adalah nol dan resistansi input
instrinsik 𝑟𝑖 tak berhingga (rangkaian terbuka) sehingga arus input 𝐼𝑖 juga nol. Titik
penjumlahan, yaitu titik A, idealnya berada pada titik potensial ground. Beda potensial pada
(𝑅1 + 𝑅 𝑓) adalah (𝑉𝑖𝑛 + 𝑉𝑜𝑢𝑡) dan arus I mengalir dari terminal input ke terminal output
dan masuk ke Op-Amp dengan asumsi diatas, diperoleh persamaan untuk penguatan penguat
inverting sebagai berikut:
𝐴 𝑣 = −
𝑅 𝑓
𝑅1
Dengan memperhatikan lagi gambar 2, dapat dikatakan bahwa 𝑉𝑖𝑛 menghasilkan
sebuah arus I dalam 𝑅1. Arus ini mengalir berlanjut melalui 𝑅 𝑓 an menghasilkan beda
potensial 𝑉𝑜𝑢𝑡 yang sama dengan 𝐼𝑅 𝑓. Jika logika ini dibalik, dapat dikatakan bahwa 𝑉𝑜𝑢𝑡
menghasilkan sebuah arus I yang mengalir melalui 𝑅 𝑓 dan menghasilkan beda potensial
pada 𝑅1 yang sama dengan 𝑉𝑖𝑛. Dengan demikian, tegangan output menghasilkan sebuah
arus umpan balik (feedback).
Penguat Tak Membalik (Non-Inverting Amplifier)
Rangkaian pada gambar 3menunjukkan sebuah rangkaian Op-Amp yang bekerja sebagai
penguat tak membalik (non-inverting amplifier) atau pelipat tegangan konstan.
Gambar 4. Rangkaian Penguat Tak Membalik (noninverting) Op-Amp
Dengan melalukan penyelidikan pada rangkaian, terlihat bahwa polaritas 𝑉𝑜𝑢𝑡 sama
dengan polaritas 𝑉𝑖𝑛, dengan demikian 𝑉𝑜𝑢𝑡 sefase dengan 𝑉𝑖𝑛. Perhatikan bahwa beda
potensial pada ujung-ujung 𝑅1 adalah 𝑉𝑖𝑛 selama 𝑉𝑖 ≈ 0, ini haruslah sama dengan tegangan
output. Jika 𝑉𝑖 adalah selisih antara dua tegangan input 𝑉𝑖𝑛 dan 𝐼𝑅1, diperoleh:
𝑉𝑖 = 𝑉𝑖𝑛 − 𝐼𝑅1 = 0 dan tegangan output 𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝐼(𝑅1 + 𝑅 𝑓)
Maka diperoleh penguatan tegangan yang dihasilkan oleh penguatan non-inverting:
𝐴 𝑣 = 1 +
𝑅 𝑓
𝑅1
(Tim Elektronika, 2017).
METODOLOGI PERCOBAAN
Prosedur Kerja
Dalam praktikum ini ada dua kegiatan yang dilakukan yaitu pertama merakit
rangkaian penguat operasional untuk penguat membalik sepertipada gambar di bawah ini :
[1]
[2]

5. Setelah semua perangkat telah terhubung dengan benar dalam rangkaian, kemudian
mengukur amplitudo tegangan input pada frekuensi 100 Hz dengan CRO dan catat sebagai
vi. Selanjutnya memindahkan probe CRO ke terminal keluaran penguat dan mengamati
gelombang yang terbentuk pada layar CRO. Jika bentuk gelombang cacat seperti terpotong,
menurunkan level amplitudo AFG hingga terbentuk gelombang sinusoidal sempurna.
Mengukur dan mencatat besar amplitudo keluaran tersebut sebagai vo.kemudian menaikkan
frekuensi AFG secara logaritmik dan mencatat amplitude keluaran penguat setiap perubahan
frekuensi AFG, mulai dari 100 Hz-90000 Hz dan mencatat nilai tegangan keluaran yang
ditampilkan pada CRO dalam bentuk gelombang yang dikonversi menjadi volt. Kemudian
mencatat spesifikasi semua perangkat yang digunakan. Yang kedua yaitu merakit
rangkaian penguat operasional untuk penguat tak membalik pada gambar di bawah ini :
Setelah semua perangkat sudah terhubung dengan benar dalam rangkaian, kemudian
melakukan pengukuran seperti pada penguat inverting.
Identifikasi Variabel
1. Variabel control : Resistansi resistor (R) , dan tegangan input (Vi).
2. Variabel manipulasi : Ferekuensi (f).
3. Variabel respon : tegangan output (Vo).
Defenisi Operasional Variabel
1. Resistansi resistor adalah nilai hambatan resistor yang digunakan dalam satuan KΩ.
Resitansi yang digunakan yaitu R1 = 1 KΩ dan Rf= 10 KΩ.
2. Tegangan input adalah tegangan saat osiloskop dihungkan dengan AFG. Dimana
tegangan input yang digunakan yaitu 1 volt.
AFG CRO
AFG
CRO

6. 3. Frekuensi adalah variabel yang dimanipulasi dalam satuan Hz dengan kenaikan
secara logaritmik dari 100 Hz – 9000 Hz.
4. Tegangan output dalah tegangan yang dihasilkan dari tegangan input yang berbentuk
gelombang yang tampak pada layar osiloskop dengan satuan volt (V)
Alat dan Bahan
1. Osiloskop Sinar Katoda + Probe 1 set.
2. Audio Function Generator (AFG) 1 set.
3. Multimeter 1 buah.
4. Op – Amp Power Supply Unit 1 buah.
5. Kit percobaan Op- Amp 1 buah.
6. Kabel penghubung.
HASIL DAN ANALISIS
R1 = 1 k
R2 = 10 k
Penguat Membalik (Inverting)
Vin = 0,24 V
Tabel 1. Hubungan antara frekuensi (f) dengan tegangan Output (Vo)
No Frekuensi (Hz) Vo (volt) Vo/Vi dB (20 log AV)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
200,00
300,00
400,00
500,00
600,00
700,00
800,00
900,00
1000,00
2000,00
3000,00
4000,00
5000,00
6000,00
7000,00
8000,00
9000,00
10000,00
2,60
2,40
2,40
2,40
2,40
2,40
2,40
2.,40
2,40
2,40
2,40
2,40
2,40
2,40
2,40
2,40
2,40
2,40
2,40
2,40
2,40
2,40
2,40
10.83
10,00
10,00
10,00
10,00
10,00
10,00
10,00
10,00
10,00
10,00
10,00
10,00
10,00
10,00
10,00
10,00
10,00
10,00
10,00
10,00
10,00
10,00
10,00
20,69
20,00
20,00
20,00
20,00
20,00
20,00
20,00
20,00
20,00
20,00
20,00
20,00
20,00
20,00
20,00
20,00
20,00
20,00
20,00
20,00
20,00
20,00
20,00

7. 25
26
27
28
29
30
31
32
20000,00
30000,00
40000,00
50000,00
60000,00
70000,00
80000,00
90000,00
2,40
2,40
2,30
2,30
2,10
2,00
1,90
1,90
1,80
10,00
9,58
9,58
8,75
8,33
7,91
7,91
7,50
20,00
19,63
19,63
18,84
18,41
17,97
17,97
17,50
Penguatan Tak Membalik (Non Inverting)
Vin = 0,24 V
Tabel 2. Hubungan antara frekuensi (f) dengan tegangan Output (Vo)
No Frekuensi (Hz) Vo VO/Vi dB (20 log AV)
1 50,00 2,60 10,83 20,69
2 60,00 2,60 10,83 20,69
3 70,00 2,60 10,83 20,69
4 80,00 2,60 10,83 20,69
5 90,00 2,60 10,83 20,69
6 100,00 2,60 10,83 20,69
7 200,00 2,60 10,83 20,69
8 300,00 2,60 10,83 20,69
9 400,00 2,60 10,83 20,69
10 500,00 2,60 10,83 20,69
11 600,00 2,60 10,83 20,69
12 700,00 2,60 10,83 20,69
13 800,00 2,60 10,83 20,69
14 900,00 2,60 10,83 20,69
15 1000,00 2,60 10,83 20,69
16 2000,00 2,60 10,83 20,69
17 3000,00 2,60 10,83 20,69
18 4000,00 2,60 10,83 20,69
19 5000,00 2,60 10,83 20,69
20 6000,00 2,60 10,83 20,69
21 7000,00 2,60 10,83 20,69
22 8000,00 2,60 10,83 20,69
23 9000,00 2,60 10,83 20,69
24 10000,00 2,60 10,83 20,69
25 20000,00 2,60 10,83 20,69
26 30000,00 2,50 10,41 20,35
27 40000,00 2,50 10,41 20,35
28 50000,00 2,30 9,58 19,63

8. 29 60000,00 2,20 9,16 19,24
30 70000,00 2,10 8,75 18,84
31 80000,00 2,00 8,33 18,41
32 90000,00 1,90 7,91 17,97
Analisis Data
Penguat Inverting
a. SecaraTeori
𝐴 𝑣 = −
𝑅2
𝑅1
𝐴 𝑣 = −
10 ∙ 103 Ω
1 ∙ 103 Ω
𝐴 𝑣 = −10
𝐴 𝑣 = 20 Log(10)
𝐴 𝑣 = 20 𝑑𝐵
b. Secara Praktikum
𝐴 𝑣 = −
𝑉𝑜
𝑉𝑖
𝐴 𝑣 = −
2,30 𝑉
0,24 𝑉
𝐴 𝑣 = −9,58
𝐴 𝑣 = 20 Log(9,58)
𝐴 𝑣 = 19,62 𝑑𝐵
𝐴 𝑣
̅̅̅̅ =
𝐴𝑣 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖 + 𝐴𝑣 𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑖𝑘𝑢𝑚
2
𝐴 𝑣
̅̅̅̅ =
−10 + (−9,58)
2
𝐴 𝑣
̅̅̅̅ = −19,58
%𝑑𝑖𝑓𝑓 = |
𝐴𝑣 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖 − 𝐴𝑣 𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑖𝑘𝑢𝑚
𝐴 𝑣
̅̅̅̅
|∙ 100%
%𝑑𝑖𝑓𝑓 = |
(−10) − (−9,58)
−19,58
| ∙ 100%
%𝑑𝑖𝑓𝑓 = |
−0,42
−19,58
| ∙ 100%
%𝑑𝑖𝑓𝑓 = 2,14 %
Penguat Non-Inverting
a. Secara Teori
𝐴 𝑣 = 1 +
𝑅2
𝑅1
𝐴 𝑣 = 1 +
10 ∙ 103 Ω
1 ∙ 103 Ω
𝐴 𝑣 = 11
𝐴 𝑣 = 20 Log (11)

9. 𝐴 𝑣 = 20,83 𝑑𝐵
b. Secara Praktikum
𝐴 𝑣 =
𝑉𝑜
𝑉𝑖
𝐴 𝑣 =
2,50 𝑉
0,24 𝑉
𝐴 𝑣 = 10,41
𝐴 𝑣 = 20 Log (10,41)
𝐴 𝑣 = 12,40 𝑑𝐵
𝐴 𝑣
̅̅̅̅ =
𝐴𝑣 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖 + 𝐴𝑣 𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑖𝑘𝑢𝑚
2
𝐴 𝑣
̅̅̅̅ =
11 + 10,41
2
𝐴 𝑣
̅̅̅̅ = 10,705
%𝑑𝑖𝑓𝑓 = |
𝐴𝑣 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖 − 𝐴𝑣 𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑖𝑘𝑢𝑚
𝐴 𝑣
̅̅̅̅
|∙ 100%
%𝑑𝑖𝑓𝑓 = |
11 − 10,41
10,705
| ∙ 100%
%𝑑𝑖𝑓𝑓 = |
0,59
10,705
|∙ 100%
%𝑑𝑖𝑓𝑓 = 5,51 %
PEMBAHASAN
Praktikum kali ini berjudul “Penguat Operasional (Op-Amp)” dengan tujuan
mengenal fungsi setiap kaki dari sebuah IC Operational Amplifier, menggunakan Op-Amp
sebagai penguat inverting dan penguat non-inverting, dan menghitung besar penguatan
berdasarkan percobaan.
Dengan memvariasikan nilai frekuensi secara logaritmik yang dimulai dengan 50 Hz
sampai 90000 Hz sehingga mendapatkan tegangan keluaran rangkaian. Terdapat dua
kegiatan yang dilakukan dalam praktikum, yaitu penguatan untuk Penguat Membalik
(Inverting). Secara teori, didapatkan Penguatan Penguat Inverting yaitu 20 dB, sedangkan
secara praktikum didapatkan dengan %diff yang sangat tinggi yaitu 2,14%. Penguatan
membalik atau inverting sinyal masukannya berbeda fase dengan sinyal keluarannya
dikarenakan rangkaian yang dihubungkan dengan inverting melewati sebuah resistor yang
menghambat sinyal masukan sehingga ada yang dikembalikan dan sedikit yang di teruskan.
Berdasarkan grafik didapatkan frekuensi bandwith untuk penguat inverting yaitu ∆𝑓 =
25 𝑘𝐻𝑧.
Kegiatan kedua yaitu untuk penguatan tak membalik (Non-Inverting). pada pengutan
inverting pada non inverting sinyal masukan sefase dengan sinyal keluaran dikarenakan
sinyal masukan dari AFG yang dihubungkan dengan non inverting langsung ke output tanpa
melewati resistor. Secara teori didapatka penguatan untuk Non-Inverting yaitu 20,83 dB
sedangkan secara praktikum didapatkan 12,40 dB dengan %diff mencapai 5,51 %. Dari

10. grafik mode Non-Inverting didapatkan frekuensi bandwith yaitu ∆𝑓 = 25 𝑘𝐻𝑧. Hal ini
dikarenakan karena oleh beberapa faktor diantaranya adalah sensitivitas dari alat yang
digunakan dan ketidaktelitian pada saat pembacaan hasil percobaan
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa:
1. Fungsi dari setiap kaki pada IC berhubungan langsung dengan fungsi dari setiap
kaki yang ada pada Op-Amp, dimana kaki dua pada IC berfungsi sebagai inverting,
kaki tiga berfungsi sebagai non-inverting, kaki tujuh dan empat berfungsi sebagai
sumber dya positif dan negatif sedangkan kaki enamnya berfungsi sebagai output.
2. Pada penguatan inverting sinyal masukan berbeda fase dengan sinyal keluarannya,
sedangkan pada penguatan non inverting sinyal masukannya sefase dengan sinyal
keluarannya.
3. Berdasarkan perhitungan besar penguatan untuk inverting adalah 20,83 dan untuk
penguat non inverting sebesar 19,62.
DAFTAR PUSTAKA
Boylestad, R., & Nashelsky, L. (1989). Electronic Devices and Circuit Theory, Fourth
Edition. Delhi : Prentice Hall of India.
Malvino, A.P. (2003). Prinsip-Prinsip Elektronika,Buku 1, Jakarta :