Dalam dunia teknologi elektronika, amplifier (penguat) adalah komponen yang sangat penting. Amplifier digunakan untuk meningkatkan amplitudo sinyal listrik, baik itu suara, data, atau sinyal lainnya. Salah satu jenis amplifier yang umum digunakan adalah inverting amplifier.
Inverting amplifier adalah jenis amplifier operasional (op-amp) yang menghasilkan sinyal output yang merupakan inversi dari sinyal inputnya. Artinya, jika sinyal inputnya meningkat, sinyal outputnya akan menurun, dan sebaliknya. Prinsip dasar inverting amplifier didasarkan pada penggunaan op-amp dalam konfigurasi tertentu dengan umpan balik negatif.
Aplikasi inverting amplifier tersebar luas dalam berbagai bidang, termasuk dalam elektronika audio, pemrosesan sinyal, instrumentasi, dan banyak lagi. Keunggulan utamanya adalah kemampuannya untuk memberikan penguatan dengan fase yang terbalik, yang seringkali sangat berguna dalam aplikasi tertentu seperti pemrosesan sinyal dan kontrol.
Dalam panduan ini, kita akan menjelajahi prinsip dasar kerja inverting amplifier, konfigurasi sirkuitnya, karakteristiknya, serta aplikasi praktisnya dalam berbagai konteks elektronika.
Fungsi: Sebagai sumber arus listrik dengan menyimpan energi potensial listrik
Spesifikasi : BAT1 12V
Voltmeter DC
Gambar 5
Fungsi : Untuk menunjukkan besar tegangan yang melaluinya
Spesifikasi
Osiloskop
Osiloskop adalah komponen elektronika yang mempunyai kemampuan menyimpan electron-elektron selama waktu yang tidak tertentu. Osiloskop dilengkapi dengan tabung sinar katode. Peranti pemancar elektron memproyeksikan sorotan elektron ke layar tabung sinar katode.
Penguat operasional (Operational Amplifier) atau yang biasa disebut dengan op-amp, merupakan penguat elektronika yang banyak digunakan untuk membuat rangkaian detektor, komparator, penguat audio, video, pembangkit sinyal, multivibrator, filter, ADC, DAC, rangkaian penggerak dan berbagai macam rangkaian analog lainnya. Op-amp pada umumnya tersedia dalam bentuk rangkaian terpadu yang memiliki karakteristik mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat di dalamnya. Ada tiga karakteristik utama op-amp ideal, yaitu;
1. Gain sangat besar (AOL >>).
Penguatan open loop adalah sangat besar karena feedback-nya tidak ada atau RF = tak terhingga.
2. Impedansi input sangat besar (Zi >>).
Impedansi input adalah sangat besar sehingga arus input ke rangkaian dalam op-amp sangat kecil sehingga tegangan input sepenuhnya dapat dikuatkan.
3. Impedansi output sangat kecil (Zo <<).
Impedansi output adalah sangat kecil sehingga tegangan output stabil karena tahanan beban lebih besar yang diparalelkan dengan Zo <<.
Adapun simbol op-amp adalah seperti pada gambar 64
Gambar 7
dimana,
V1 adalah tegangan masukan dari kaki non inverting
V2 adalah tegangan masukan dari kaki inverting
Vo adalah tegangan keluaran
sehingga
Adapun tegangan output maksimum yang dapat dihasilkan adalah :
dibawah tegangan sumber +-Vs = +-Vsat
Tegangan output maksimum secara praktis dihasilkan sekitar 2 Volt dibawah tegangan sumber ±Vs dan disebut juga sebesar tegangan saturasi ±Vsat . Gambar 65 memperlihatkan kurva karakteristik hubungan Vi terhadap Vo untuk rangkaian op-amp dengan tegangan input dihubungkan ke kaki input non inverting (+) dan tegangan 0 Volt (di ground) ke kaki input inverting (-). Sesuai dengan nama input op-amp yaitu apabila input dimasukkan ke kaki non inverting (+) yang artinya tidak membalik maka tegangan output yang dihasilkan adalah sefasa dengan tegangan input. Seperti terlihat pada gambar 1 yaitu saat input Vi bertegangan positif maka output yang dihasilkan juga bertegangan positif dan sebaliknya
Gambar 8 Rangkaian op-amp dengan kurva karakteristik I-O
Inverting Amplifier
Rangkaian inverting amplifier adalah seperti gambar 113 dimana sesuai dengan namanya yaitu dengan input dimasukkan ke kaki inverting (pembalik) sehingga output akan dibalik atau beda fasa sebesar 180 derajat
Untuk mencari turunan penguatan tegangan ACL maka rangkaian dimisalkan dahulu dengan input dc positif, seperti gambar 114. Dalam analisa rangkaian amplifier disyaratkan op-amp bekerja ideal sehingga tegangan differensial (selisih tegangan di kaki non inverting terhadap tegangan di kaki inverting) Ed = 0, artinya VA (tegangan di titik A) = 0 sehingga arus yang melewati Ri sama dengan arus yang melewati Rf karena arus yang masuk ke kaki inverting sangat kecil karena sifat op-amp dimana impendasi (Zi) inputnya sangat besar. Adapun rangkaian pengganti untuk menghitung arus I adalah seperti gambar 9
Gambar 9 Rangkaian inverting amplifier
Gambar 10 Rangkaian inverting amplifier dengan input dc positif
Dari rangkaian gambar 10 dengan Ed = 0 maka VA = 0 sehingga rangkaian dapat disederhanakan menjadi seperti gambar 11 untuk mencari arus
Gambar 11 Rangkaian untuk menghitung arus I
Dengan I=V/R maka dapat dicari ACL untuk gambar 11
Bentuk gelombang tegangan oput VO adalah seperti pada gambar 12 dan karakteristik I-O seperti pada gambar 13
Gambar 12 Bentuk gelombang tegangan output VO
Gambar 13 Kurva karakterik I-O
2. Resistor
Resistor adalah komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika (V=I R).
Jenis Resistor yang digunakan disini adalah Fixed Resistor, dimana merupakan resistor dengan nilai tetap terdiri dari film tipis karbon yang diendapkan subtrat isolator kemudian dipotong berbentuk spiral. Keuntungan jenis fixed resistor ini dapat menghasilkan resistor dengan toleransi yang lebih rendah.
Cara menghitung nilai resistor:
Tabel warna
Contoh :
Gelang ke 1 : Coklat = 1
Gelang ke 2 : Hitam = 0
Gelang ke 3 : Hijau = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105
Gelang ke 4 : Perak = Toleransi 10%
Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.
1. Sensor infrared
Sensor Infrared adalah komponen elektronika yang dapat mendeteksi benda ketika cahaya infra merah terhalangi oleh benda. Sensor infared terdiri dari led infrared sebagai pemancar sedangkan pada bagian penerima biasanya terdapat foto transistor, fotodioda, atau inframerah modul yang berfungsi untuk menerima sinar inframerah yang dikirimkan oleh pemancar.
Prinsip kerja sensor infrared
Grafik respon sensor infrared
Grafik menunjukkan hubungan antara resistansi dan jarak potensial untuk sensitivitas rentang antara pemancar dan penerima inframerah. Resistor yang digunakan pada sensor mempengaruhi intensitas cahaya inframerah keluar dari pemancar. Semakin tinggi resistansi yang digunakan, semakin pendek jarak IR Receiver yang mampu mendeteksi sinar IR yang dipancarkan dari IR Transmitter karena intensitas cahaya yang lebih rendah dari IR Transmitter. Sementara semakin rendah resistansi yang digunakan, semakin jauh jarak IR Receiver mampu mendeteksi sinar IR yang dipancarkan dari IR Transmitter karena intensitas cahaya yang lebih tinggi dari IR
2.. Sensor Sentuh (Touch Sensor)
Pengertian Sensor Sentuh (Touch Sensor) dan Jenis-jenisnya
Tubuh manusia memiliki Panca Indera yang berfungsi untuk berinteraksi dengan lingkungan di sekitarnya. Konsep yang sama juga diterapkan pada mesin atau perangkat elektronik/listrik agar dapat melakukan interaksi dengan lingkungan disekitarnya. Oleh karena itu, berbagai jenis sensor pun diciptakan untuk melakukan tugas tersebut. Salah satu sensor tersebut adalah Sensor Sentuh atau Touch Sensor.
Seperti namanya, Touch Sensor atau Sensor Sentuh adalah sensor elektronik yang dapat mendeteksi sentuhan. Sensor Sentuh ini pada dasarnya beroperasi sebagai sakelar apabila disentuh, seperti sakelar pada lampu, layar sentuh ponsel dan lain sebagainya. Sensor Sentuh ini dikenal juga sebagai Sensor Taktil (Tactile Sensor). Seiring dengan perkembangan teknologi, sensor sentuh ini semakin banyak digunakan dan telah menggeser peranan sakelar mekanik pada perangkat-perangkat elektronik.
Jenis-jenis Sensor Sentuh
Tidak seperti sensor sentuh kapasitif, sensor sentuh resistif ini tidak tergantung pada sifat listrik yang terjadi pada konduktivitas pelat logam. Sensor Resistif bekerja dengan mengukur tekanan yang diberikan pada permukaannya. Karena tidak perlu mengukur perbedaan kapasitansi, sensor sentuh resistif ini dapat beroperasi pada bahan non-konduktif seperti pena, stylus atau jari di dalam sarung tangan.
Berdasarkan fungsinya, Sensor Sentuh dapat dibedakan menjadi dua jenis utama yaitu Sensor Kapasitif dan Sensor Resistif. Sensor Kapasitif atau Capacitive Sensor bekerja dengan mengukur kapasitansi sedangkan sensor Resistif bekerja dengan mengukur tekanan yang diberikan pada permukaannya.
Sensor sentuh Kapasitif merupakan sensor sentuh yang sangat populer pada saat ini, hal ini dikarenakan Sensor Kapasitif lebih kuat, tahan lama dan mudah digunakan serta harga yang relatif lebih murah dari sensor resistif. Ponsel-ponsel pintar saat ini telah banyak yang menggunakan teknologi ini karena juga menghasilkan respon yang lebih akurat.
Berbeda dengan Sensor Resistif yang menggunakan tekanan tertentu untuk merasakan perubahan pada permukaan layar, Sensor Kapasitif memanfaatkan sifat konduktif alami pada tubuh manusia untuk mendeteksi perubahan layar sentuhnya. Layar sentuh sensor kapasitif ini terbuat dari bahan konduktif (biasanya Indium Tin Oxide atau disingkat dengan ITO) yang dilapisi oleh kaca tipis dan hanya bisa disentuh oleh jari manusia atau stylus khusus ataupun sarung khusus yang memiliki sifat konduktif.
Pada saat jari menyentuh layar, akan terjadi perubahaan medan listrik pada layar sentuh tersebut dan kemudian di respon oleh processor untuk membaca pergerakan jari tangan tersebut. Jadi perlu diperhatikan bahwa sentuhan kita tidak akan di respon oleh layar sensor kapasitif ini apabila kita menggunakan bahan-bahan non-konduktif sebagai perantara jari tangan dan layar sentuh tersebut.
Sensor sentuh resistif terdiri dari dua lapisan konduktif yang dipisahkan oleh jarak atau celah yang sangat kecil. Dua lapisan konduktif (lapisan atas dan lapisan bawah) ini pada dasarnya terbuat dari sebuah film. Film-film umumnya dilapisi oleh Indium Tin Oxide yang merupakan konduktor listrik yang baik dan juga transparan (bening).
Cara kerjanya hampir sama dengan sebuah sakelar, pada saat film lapisan atas mendapatkan tekanan tertentu baik dengan jari maupun stylus, maka film lapisan atas akan bersentuhan dengan film lapisan bawah sehingga menimbulkan aliran listrik pada titik koordinat tertentu layar tersebut dan memberikan signal ke prosesor untuk melakukan proses selanjutnya.
Prinsip kerja
Mengetahui keberadaan dan lokasi suatu “sentuhan” di dalam suatu area dengan membaca titik-titik koordinat dari sumber sentuhan yang menempel pada layar. Pada kondisi ini touch sensor mengacu pada kontak atau sentuhan pada layar dengan menggunakan jari atau tangan. Teknologi ini juga bisa mengetahui sentuhan dari obyek pasif seperti stylus dan sejenisnya. Touch sensor merupakan sebuah monitor yang sensitif terhadap sentuhan dan tekanan (resistif), sehingga perangkat ini memiliki dua fungsi yaitu, sebagai perangkat output karena menampilkan informasi dan input karena menerima informasi. Data yang dihasilkan dari sentuhan ini tentunya adalah data mengenai posisi tangan kita yang menyentuh sinyal ultrasonic tersebut. Jika ini dilakukan secara kontinyu dan terdapat banyak sekali sensor gelombang ultrasonic pada media yang disentuhnya, maka jadilah sebuah perangkat touch sensor yang dapat digunakan.
3. Sensor Magnet
Sensor magnetic reed switch adalah perangkat elektronik yang menggunakan medan magnet untuk mengoperasikan sakelar di dalamnya. Sensor ini terdiri dari dua bilah logam feromagnetik yang terletak di dalam kapsul kaca hampa udara atau berisi gas inert. Dalam kondisi normal, bilah logam tersebut terpisah sehingga sirkuit listrik terbuka dan tidak ada aliran listrik. Ketika medan magnet didekatkan, bilah logam menjadi magnetik dan saling tertarik hingga bersentuhan, menutup sirkuit dan memungkinkan aliran listrik. Sensor magnetic reed switch banyak digunakan dalam aplikasi keamanan, otomasi industri, perangkat elektronik konsumen, dan transportasi karena kesederhanaan, keandalan, dan efisiensi energinya.
Grafik Respon :
5)Transistor PNP
Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, di mana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.
Transistor through-hole (dibandingkan dengan pita ukur sentimeter)
Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E) dan Kolektor (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitor dapat dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus input Basis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor.
Transistor merupakan komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil (stabilisator) dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori dan fungsi rangkaian-rangkaian lainnya. Dalam merangkai Transistor terdapat 2 cara yaitu Fixed Bias Dan Self Bias. Berikut Penjelasannya :
1)Fixed Bias
Transistor dengan fixed bias adalah salah satu konfigurasi dasar dalam rangkaian transistor, di mana tegangan bias pada basis transistor diberikan oleh sumber tegangan tetap (fixed), bukan melalui resistor yang diperhitungkan oleh arus basis.
Dalam skema fixed bias, tegangan basis-emitor (V_BE) ditentukan oleh tegangan sumber tetap yang terhubung ke basis transistor melalui sebuah resistor. Resistor ini menentukan arus basis yang mengalir ke dalam transistor. Pada dasarnya, arus basis ini mengontrol arus kolektor-transistor, yang pada gilirannya mengontrol arus yang mengalir melalui transistor secara keseluruhan.
Keuntungan dari fixed bias adalah kesederhanaan dalam desain dan implementasi. Namun, ada beberapa kelemahan yang perlu diperhatikan, seperti sensitivitas terhadap perubahan suhu dan kurangnya stabilitas terhadap variasi parameter transistor. Oleh karena itu, dalam aplikasi yang lebih kritis atau ketika stabilitas diperlukan, seringkali digunakan konfigurasi lain seperti emitter bias atau base bias dengan feedback negatif untuk meningkatkan performa dan stabilitas rangkaian transistor.
2)Self Bias
Self bias, atau juga dikenal sebagai emitter bias atau bias sendiri, adalah suatu metode untuk mengatur tegangan basis-emitor (V_BE) dalam sebuah transistor menggunakan resistor yang terhubung dari emitter ke ground. Metode ini menggunakan resistor emitter untuk menciptakan tegangan bias yang stabil tanpa memerlukan sumber tegangan eksternal tambahan.
Berikut adalah prinsip kerja self bias:
Resistor Emitter (Re): Sebuah resistor (Re) terhubung antara emitter transistor dan ground. Resistor ini memastikan bahwa ada tegangan yang stabil yang dibentuk di sepanjang sirkuit emitter.
Arus Basis (I_B): Arus basis yang mengalir ke transistor menimbulkan tegangan jatuh pada resistor emitter (Re) sesuai dengan hukum Ohm (V_Re = I_B * Re).
Tegangan Basis-Emitor (V_BE): Tegangan V_BE yang dibutuhkan untuk mengaktifkan transistor secara proporsional terhadap arus basis dihasilkan oleh tegangan jatuh pada resistor emitter Re.
Keuntungan dari self bias termasuk kestabilan yang lebih baik terhadap variasi transistor, karena tegangan V_BE tergantung pada arus emitter yang lebih stabil daripada arus basis yang mungkin bervariasi. Namun, self bias juga memiliki beberapa kelemahan, seperti kurangnya fleksibilitas dalam mengatur titik kerja (bias point) transistor dan potensi pemborosan daya karena tegangan jatuh pada resistor emitter.
Dalam prakteknya, pemilihan antara fixed bias, self bias, atau jenis bias lainnya tergantung pada persyaratan desain spesifik, termasuk stabilitas yang diinginkan, efisiensi daya, dan kemudahan implementasi.
Siapkan segala komponen yang di butuhkan untuk membuat rangkaian inverting Amplifier
Susun rangkaian sesuai panduan
Sambungkan semua komponen untuk membentuk suatu rangkaian yang sesuai membentuk rangkaian inverting amplifier
Mulai simulasi rangkaian
Apabila tidak terjadi eror, maka rangkaian selesai dibuat.
Prinsip Kerja dan Bentuk Rangkaian
Pertama V input akan diumpankankan menuju resistor lalu ke kaki inverting op amp. Selanjutnya arus akan diperkuat dengan nilai Voutnya
Sehingga akan didapatkan nilai Vout mendekati 5 kali besarnya nilai Vin. Namun, disini nilai output akan memiliki phasa yang berbalik dengan tegangan input karena Inverting Amplifier memiliki fungsi untuk membalikkan phasa tegangan Input.
Prinsip kerja :
Pada rangkaian dengan input ac, Sinyal input yang akan diperkuat adalah sinyal AC 6 volt, dengan frekuensi 1kHz. Besarnya gain penguatannya adalah tahanan input dibagi dengan tahanan penguatan yaitu -R2 / R1 = -10k/1k = -10. Untuk menentukan besarnya tegangan outputnya adalah gain x Vin = -10 x 6 volt = -60 volt. Tanda minus menunjukkan berkebalikan fasa dengan sinyal input. Artinya jika sinyal input adalah positif maka sinyal outputnya akan negatiif dan jika sinyal inputnya negatif maka sinyal outputnya adalah positif. Pada saat sinyal input pada posisi negatif maka sinyal outputnya pada posisi positif dan begitu sebaliknya jika sinyal inputnya berubah-ubah, kondisi inilah yang disebut dengan penguatan inverting (membalik).
Pada rangkaian dengan input ac, Sinyal input yang akan diperkuat adalah sinyal AC 1 volt dengan frekuensi 1 Hz. Besarnya gain penguatannya adalah tahanan input dibagi dengan tahanan penguatan yaitu -R5 / R4 = -50k/10k = -5. Untuk menentukan besarnya tegangan outputnya adalah gain x Vin = -5 x 1 volt = -5 volt. Tanda minus menunjukkan berkebalikan fasa dengan sinyal input. Artinya jika sinyal input adalah positif maka sinyal outputnya akan negatiif dan jika sinyal inputnya negatif maka sinyal outputnya adalah positif. Pada saat sinyal input pada posisi negatif maka sinyal outputnya pada posisi positif dan begitu sebaliknya jika sinyal inputnya berubah-ubah, kondisi inilah yang disebut dengan penguatan inverting (membalik).
Pada rangkaian dengan input dc, Sinyal input yang akan diperkuat adalah sinyal dc 12 volt dengan frekuensi 1 Hz. Besarnya gain penguatannya adalah tahanan input dibagi dengan tahanan penguatan yaitu -R5 / R4 = -50k/10k = -5. Untuk menentukan besarnya tegangan outputnya adalah gain x Vin = -5 x 12 volt = -60 volt. Tanda minus menunjukkan berkebalikan fasa dengan sinyal input. Artinya jika sinyal input adalah positif maka sinyal outputnya akan negatiif dan jika sinyal inputnya negatif maka sinyal outputnya adalah positif. Pada saat sinyal input pada posisi negatif maka sinyal outputnya pada posisi positif dan begitu sebaliknya jika sinyal inputnya berubah-ubah, kondisi inilah yang disebut dengan penguatan inverting (membalik).
2)Aplikasi Inverting Amplifier
Prinsip Kerja dan Bentuk Rangkaian Aplikasi Inverting Amplifier Metal Detector
Sensor Touch
Pada sensor touch ini bekerja jika mendeteksi suatu benda lalu sensor ini memberikan tegangan lalu diarahkan ke resistor lalu diarahkan ke kaki inverting amplifier ke transistor ( masuk ke kai base lalu ke emitor ) lalu ke ground , ketika tegangan di transistor >0,6 V maka transistor aktif maka power supply akan memberi tegangan lalu berjalan melalui colector lalu ke emitor lalu ke ground
2.Sensor infrared
Pada sensor infrared ini bekerja jika mendeteksi suatu benda lalu sensor ini memberikan tegangan lalu diarahkan ke resistor lalu diarahkan ke kaki inverting amplifier ke transistor ( masuk ke kai base lalu ke emitor ) lalu ke ground , ketika tegangan di transistor >0,6 V maka transistor aktif maka power supply akan memberi tegangan lalu berjalan melalui colector lalu ke emitor lalu ke ground
3.Sensor Magnetic
Pada Sensor Magnetic ini bekerja jika mendeteksi suatu benda lalu sensor ini memberikan tegangan lalu diarahkan ke resistor lalu diarahkan ke kaki inverting amplifier ke transistor ( masuk ke kai base lalu ke emitor ) lalu ke ground , ketika tegangan di transistor >0,6 V maka transistor aktif maka power supply akan memberi tegangan lalu berjalan melalui colector lalu ke emitor lalu ke ground
Pada rangkaian metal detector , rangkaian ini menggunakan 3 sensor yang berbeda , rangkaian ini menggunakan sensor touch , sensor infrared , dan sensor magnetic , sensor ini bekerja jika mendeteksi suatu benda lalu sensor ini memberikan tegangan lalu diarahkan ke resistor lalu diarahkan ke kaki inverting amplifier ke transistor ( masuk ke kai base lalu ke emitor ) lalu ke ground , ketika tegangan di transistor >0,6 V maka transistor aktif maka power supply akan memberi tegangan lalu berjalan melalui colector lalu ke emitor lalu ke ground , jika semua sensor ditandai logika 1 maka metal detector akan aktif dan akan menghasilkan suara
Komentar
Posting Komentar