ELEKTRONIKA TERINTEGRASI OLEH: MUH. SAINAL ABIDIN
ELEKTRONIKA TERINTEGRASI
OLEH:
MUH. SAINAL ABIDIN
Garis-garis Besar Mata Kuliah :
1. Teori dasar op amp
2. Rangkaian Inverting
3. Rangkaian Non Inverting
4. Rangkaian Penguat Differensial
5. Rangkaian Inverting dan Non Inverting Adder
6. Rangkaian Integrator
7. Rangkaian Defferensiator
8. Rangkaian Oscilator R
9. angkaian Penyearah Setengah Gelombang dan Gelombang Penuh
Sinyal
10. Rangkaian Komparator
Kehadiran
5%
Partisipasi
15%
TUGAS
20%
Ujian Tengah
Semeter
(UTS) dan atau
Ujian Akhir
Semester (UAS) 60%
Komponen pasif
• Resistor
• Kapasitor
• Induktor
Komponen aktif
• Transistor
• Integrated Circuit
Jenis-jenis IC
• Mikrokontoler
• Driver motor
• Gerbang logika
• Timer
• Op-Amp (Operasional Amplifier)
Operasional amplifier (Op-Amp)
Operasional Amplifier (Op-Amp) merupakan rangkaian terpadu (IC)
linier yang hampir setiap hari terlibat dalam pemakaian peralatan
elektronik yang semakin bertambah di berbagai bidang seperti bidang
komunikasi audio dan radio, teknologi pengendalian pabrik, teknologi
otomotif hingga teknologi kedokteran yang yang dikenal dengan nama
instrumentasi medis.
Simbol Op-Amp
V+ = Input Non-Inverting (tidak membalik)
V- = Input Inverting (membalik)
Vout = Tegangan Keluaran (Vo)
Vs+ = Tegangan +
Vs- = Tegangan minus/GND
Karakteristik Operasional Amplifier
Secara teoritis Op-Amp adalah penguat yang mempunyai sifat-sifat atau karakteristik
seperti penguat ideal. Tentunya apabila kita menyebutkan sebuah penguat ideal, maka
komponen mi harus mempunyai karakteristik sebagai berikut :
1. Faktor penguat Av (open loop gain) tak terhingga artinya jika ada perubahan sedikit saja pada
bagian input-nya maka akan menghasilkan perubahan yang sangat besar pada output-nya.
2. Impedansi input tak terhingga artinya input-nya tidak akan menarik daya dan tingkat
sebelumnya, sehiigga yang diperlukan hanya perubahan tegangan saja.
3. Impedansi pada bagian output-nya sangat rendah atau nol, artinya tegangan output-nya akan
tetap walaupun impedansi beban hampir nol.
4. Lebar band width tidak terhingga artinya penguat dan DC sama frekwensi tak terhingga tetap
sama.
5. Rise time sama dengan nol, artinya waktu yang dibutuhkan untuk mencapai harga puncak pada
sinyal output akan sama dengan pada sinyal input.
Aplikasi Penggunaan Operasional Amplifier
Jenis aplikasi dan Op-Amp di antaranya adalah penguat AC, penjumlah dan pencampur audio,
penguat diferensial dan instrumentasi, filter aktif, komparator, integrator, diferensiator, pengubahbentuk gelombang dan pembangkit gelombang (osilator).
Penguat inverting (Membalik)
Penguat ini memiliki ciri khusus yaitu sinyalkeluaran memiliki beda fasa sebesar 180o.Pada rangkaian penguat yang ideal memilikisyarat bahwa tegangan masukan sama dengan0 dan impedansi masukan tak terhingga.
( )
( )
( )
dimana 0, :
1
02
03
in f inverting
inverting
in f
out out outf
f f f
in in inin
in in in
i i i
i maka
i i
v v v vi
R R R
v v v vi
R R R
−
−
+ =
=
− =
− −= = =
− −= = =
out in
f in
f
out in
in
v v
R R
Rv v
R
= −
= −
Sinyal Output Dan Sinyal Input Inverting Amplifier
Penguat Non-inverting (Tidak Membalik)Op-Amp Non-InvertingAmplifier adalah rangkaian Op-
Amp yang bekerja sebagai penguat-
tegangan pada tegangan-input-
positif (V+). Pada rangkaian ini
hasil penguatan yang ada di
tegangan-output Op-Amp akan
sefase (0°) dari tegangan-input-nya,
atau dengan kata lain, jika input
berupa tegangan positif, maka
output akan berupa tegangan
positif pula, dan begitupun pada
tegangan input negatif.
Golden Rules pada Op-Amp basic juga menyatakan bahwa tidak ada arus yang
mengalir ke atau dari tegangan-input Op-Amp.
( ) ( )1 2
2 1
2 1 2
2
1
2
1
0
1
R R
out in in
out in in
out in in
out in
i i
v v v
R R
v v v
R R R
Rv v v
R
Rv v
R
=
− −=
= +
= +
= +
Sinyal Output Dan Sinyal Input Non-Inverting Amplifier
Rangkaian penjumlah dan pengurang
Rangkaian penjumlah (Adder) Pada operasi adder/penjumlah
sinyal secara inverting, sinyal input
(V1, V2, V3) diberikan ke line
input penguat inverting berturut-
turut melalui R1, R2, R3. Besarnya
penjumlahan sinyal input tersebut
bernilai negatif karena penguat
operasional dioperasikan pada
mode membalik (inverting).
Penjumlah membalik
Besarnya penguatan tegangan (Av) tiap sinyal input mengikuti nilai perbandingan Rf
dan Resistor input masing-masing (R1, R2, R3). Masing-masing tegangan output
(Vout) dari penguatan masing-masing sinyal input tersebut secara matematis dapat
dituliskan sebagai berikut:
1 2 31 2 3
1 2 3
; ;f f f
out out out
R R Rv v v v v v
R R R
= − = − = −
1 2 3
1 2 3
f f f
out
R R Rv v v v
R R R
= − + +
Besarnya tegangan output (Vout) dari rangkaian adder/penjumlah inverting diatas
dapat dirumuskan sebagai berikut.
Penjumlah tidak membalik
Pada rangkaian penjumlah non-
inverting diatas sinyal input (V1,
V2, V3) diberikan ke jalur input
melalui resitor input masing-
masing (R1, R2, R3). Besarnya
penguatan tegangan (Av) pada
rangkaian penguat penjumlah
non-inverting diatas diatur oleh
Resistor feedback (Rf) dan
resistor inverting (Ri)
1
1 2 3
1 2 3 1 2 3 1 2 3
1 2 3
1
1 ; 1
13
f f
v out in
i
f f f
in in in in
f
out
R RA v v
R R
R R Rv v v v
R R R R R R R R R
R v v vv
R
= + = +
= + +
+ + + + + +
+ + = +
Sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut:
Rangkaian adder/penjumlah non-inverting ini jarang digunakan dalam aplikasi rangkaian elektronika,
karena nilai outputnya adalah hasil kali rata-rata tegangan input dengan faktor penguatan (Av) sehingga
nilai penjumlahan tegangan merupakan hasil rata-rata sinyal input dan penguatan tegangan belum sesuai
dengan kaidah penjumlahan.
Rangkaian pengurang
Rangkaian penguat pengurang merupakan rangkaian yang di gunakan untuk
mencari selisih dari dua tegangan yang telah di kalikan dengan konstanta tertentu
yang di tentukan oleh nilai resistansi yaitu sebesar Rf/R1, untuk R1=R2 dan Rf= R3
Rangkaian ini sebetulnya
merupakan gabungan dari
rangkaian penguat inverting dan
rangkaian penguat non inverting.
• Kondisi pertama : Saat V1 off dan V2 on
Pada kondisi tersebut besarnya Vin atau
tegangan input adalah sama dengan Vb, yaitu:
32
3 2
11
1
311 2
1 3 2
1 31 2
1 3 2
;
b
a O a b
f
O
f
f
O
RV V
R R
RV V V V
R R
RRV V
R R R R
R R RV V
R R R
=
+
= =+
=
+ +
+ = +
• Kondisi kedua : Saat V1= ON dan V2= OFF
Pada rangkaian tersebut besar arus
If = I1, sehingga:
1 2
1
21
1
21
1
2 1
1
00
a a O
f
O
f
O
f
f
O
V V V V
R R
VV
R R
VV
R R
RV V
R
− −=
−−=
−=
= −
( )
1 2
1 32 1
1 3 2 1
3 1 2
2 1
1
: , , :
out O O
f f
out
f
f
out
V V V
R R RRV V V
R R R R
jika R R dan R R maka
RV V V
R
= +
+ = + − +
= =
= −
1. Rangkaian Integrator
2. Rangkaian Differensiator
3. Rangkaian Oscilator
4. Rangkaian penyearah setengah gelombang dan gelombang penuh sinyal
5. Rangkaian komparator
Materi yang di bahas
Rangkaian Buffer
Dengan metode hubung singkat antara jalur input
inverting dan jalur output operasional amplifier
(op-amp) maka diperoleh perhitungan matematis
sebagai berikut.
out inV V
Sehingga diperoleh nilai penguatan tegangan (Av)
sebagai berikut:
1outv
in
VA
V= =
Rangkaian Integrator
Rangkaian Integrator, dapat dibangun dengan menggunakan dua buah
komponen pasif, yaitu resistor dan kapasitor yang dihubungkan secara
seri. Fungsi dari rangkaian integrator adalah sebagai pengubah tegangan
kotak menjadi tegangan segitiga, atau dapat juga digunakan sebagai
rangkaian filter lolos bawah-LPF-low pass filter.
Seperti namanya, para Op-amp Integrator adalah rangkaian penguat
operasional yang melakukan operasi matematika dari Integrasi , yaitu kita
dapat menyebabkan output untuk menanggapi perubahan tegangan input
dari waktu ke waktu, sebagai integrator op-amp menghasilkan tegangan
output yang sebanding dengan integral dari tegangan input .
Suatu rangkaian integrator akan menambah secara terus menerus suatu besaran
yang diukur selama satu periode waktu. Bentuk gelombang keluarannya sebanding
dengan interval waktu dari sinyal masukan. Rangkaian integrator ditunjukan
seperti gambar berikut:
➢ Rangkaian Op-amp sebagai Integrator
KCL:
: 0 ; ;dq q
KVL V i Vdt C
= = =
( )
( )
( )
dimana 0, :
1
02
03
in f inverting
inverting
in f
out out outf
f f f
in in inin
in in in
i i i
i maka
i i
v v v vi
R R R
v v v vi
R R R
−
−
+ =
=
− =
− −= = =
− −= = =
out in
f in
f
out in
in
v v
R R
Rv v
R
= −
= −
Rangkaian Differensiator
Rangkaian Diferensiator, dapat dibangun dengan menukar posisi
kapasitor dan resistor. Fungsi dari rangkaian diferensiator adalah untuk
mengubah tegangan segitiga menjadi tegangan persegi (kotak), atau
dapat juga digunakan sebagai rangkaian filter lolos atas-HPF-high passfilter.
➢ Rangkaian Op-amp sebagai Diffrensiator
Apabila pada rangkaian integrator kedudukan kapasitor dengan resistor saling
dipertukarkan, terbentuklah rangkaian diferensiator seperti gambar di bawah:
Penyaring (Filter)
Sebuah penyaring adalah suatu rangkaian yang membentuk kesatuan
jaringan yang fungsi dan tujuannya tidak lain adalah untuk melewatkan
isyarat-isyarat elektris pada daerah lebar pita frekuensi tertentu dan
meredam semua frekuensi yang berada diluar daerah lebar pita yang tidak
diinginkan. Rangkaian penyaring banyak digunakan di dalam suatuaplikasi yang sangat luas.
Umumnya filter aktif digolongkan menjadi :
1. Low Pass Filter (LPF)
2. High Pass Filter (HPF)
3. Band Pass Filter (BPF)
4. Band Reject Filter (BRF)
Daerah frekuensi dimana isyarat dapat diloloskan disebut pita lolos (pass
band) dan daerah frekuensi dimana isyarat ditolak disebut pita henti (stop
band). Filter dengan pita lolos pada frekeunsi rendah disebut filter lolos
rendah, sedangkan untuk pita lolos pada frekuensi tinggi disebut filter lolos
tinggi. Kita dapat juga mendesain filter dengan pita henti pada frekuensi rendah
dan pada frekuensi tinggi.
➢ Spektrum penyaring lulus bawah (low pass filter-LPF) dan penyaring lulus atas(high pass filter-HPF).
1
1f
f
RA
R= +
Penguatan pass band dari filter
Cut off frekuensi tinggi dari filter
1
2Cf
RC=
Sudut fasa pada LPF
1tanc
f
f
− = −
➢ Low Pass Filter (LPF)
fc
Contoh soal:
Rancanglah LPF dengan cut off 1KHz dan penguatan passband = 2
Frekuensi cut off
1
2Cf
RC=
Penguatan
1
1f
f
RA
R= +
➢ High Pass Filter (LPF)
1
1f
f
RA
R= +
Penguatan pass band dari filter
Cut off frekuensi tinggi dari filter
1
2Cf
RC=
Sudut fasa pada LPF
1tanc
f
f
− = −
➢ Band Pass Filter (LPF)
Pada BPF ini ada 2 macam rangkaian yaitu BPF bidang lebar dan BPF bidang
sempit. Untuk membedakan kedua rangkaian ini adalah dilihat dari nilai figure of
merit (FOM) atau Faktor kualitas (Q).
Bila Q < 10, maka digolongkan BPF bidang lebar.
Bila Q > 10, maka digolongkan BPF bidang sempit.
c
H L
fQ
f f=
−
Band Pass Filter Bidang Lebar
Syarat BPF bidang lebar adalah Q < 10, biasanya didapat dari 2 rangkaian filter
HPF dan LPF yang mereka saling di seri dengan urutan tertentu dan frekuensi cut
off harus tertentu.
➢ Band Reject Filter (BRF) BRF bidang lebar adalah terdiri dari rangkaian HPF dan LPF yang dimasukkan
ke rangkaian penjumlah. Sedang BRF bidang sempit adalah terkenal dengan
rangkaian Notch Filter yaitu menolak frekuensi tertentu.
RANGKAIAN KOMPARATOR
1. Rangkaian pembanding 1 op-amp tanpa jendela
2. Rangkaian pembanding 1 op-amp dengan jendela
3. Rangkaian pembanding 2 op-amp dengan jendela input proses output luar
4. Rangkaian pembanding 2 op-amp dengan jendela input proses output dalam
1. Rangkaian pembanding 1 op-amp tanpa jendela
Artinya rangkaian komparator/pembanding yang langsung dibandingkan.
Seperti pada gambar berikut ini adalah komparator biasa dan hasilnya langsung
dibandingkan dengan referensinya.
2. Rangkaian pembanding 1 op-amp dengan jendela
3. Rangkaian pembanding 2 op-amp dengan jendela input proses output luar
4. Rangkaian pembanding 2 op-amp dengan jendela input proses output dalam
RANGKAIAN PENYEARAH
VAC VDC
➢Rangkaian penyearah setengah gelombang (1 dioda)
Tegangan setengah gelombang menghasilkan arus beban satuarah, artinya arus mengalir hanya pada satu arah, tegangansetengan gelombang tersebut merupakan tegangan DC yangbergerak naik sampai nilai max dan turun sampai nol dan tetap nolselama siklus setengan negatif
Setengah Gelombang Ideal : Vp(out) = Vp(in)
Nilai tegangan puncak input
2
tegangan rata-rata DC pada penyearah setengah gelombang:
0,318
Efisiensi:
=
Frekuensi output:
PRMS
PDC P
DC DC DC
DC RMS RMS
out in
VV
VV V
P V I
P V I
f f
=
= =
=
=
➢Rangkaian penyearah gelombang penuh
❖2 dioda
❖4 diode (jembatan dioda)
Nilai tegangan puncak input
2
Tegangan rata-rata DC pada penyearah setengah gelombang:
20,636
Efisiensi:
=
Frekuensi output:
2
PRMS
PDC P
DC DC DC
DC RMS RMS
out in
VV
VV V
P V I
P V I
f f
=
= =
=
=
Rangkaian Osilator
Pengertian Osilator dan Prinsip Kerjanya – Osilator (Oscillator)
adalah suatu rangkaian elektronika yang menghasilkan sejumlah getaran
atau sinyal listrik secara periodik dengan amplitudo yang konstan.
Gelombang sinyal yang dihasilkan ada yang berbentuk Gelombang Sinus
(Sinusoide Wave), Gelombang Kotak (Square Wave) dan
Gelombang Gigi Gergaji (Saw Tooth Wave). Pada dasarnya sinyal arus
searah atau DC dari pencatu daya (power supply) dikonversikan oleh
Rangkaian Osilator menjadi sinyal arus bolak-balik atau AC sehingga
menghasilkan sinyal listrik yang periodik dengan amplitudo konstan.
Tiga istilah yang berkaitan erat dengan rangkaian Osilator adalah “Periodik”,
“Amplitudo” dan “Frekuensi”. Berikut ini adalah pengertian dari ketiga istilah
penting tersebut.
➢ Periodik adalah waktu yang dibutuhkan untuk menempuh 1 kali getaran atau
waktu yang dibutuhkan pada 1 siklus gelombang bolak-balik, biasanya
dilambangkan dengan t dengan satuan detik (second).
➢ Amplitudo adalah simpangan terjauh yang diukur dari titik keseimbangan dalam
suatu getaran.
➢ Frekuensi adalah sejumlah getaran yang dihasilkan selama 1 detik, satuan
frekuensi adalah Hertz.
Penggolongan Oscilator
Penggolongan Osilator biasanya dilakukan berdasarkan Karakteristik Frekuensi
keluaran yang dihasilkannya. Berikut dibawah ini adalah Penggolongan Osilator
berdasarkan Frekuensi keluaran.
❑Osilator Frekuensi Rendah (Low Frequency Oscilator), yaitu Osilator yang dapat
membangkitkan frekuensi rendah dibawah 20Hz.
❑Osilator Audio (Audio Oscilator), yaitu Osilator yang dapat membangkitkan
frekuensi Audio diantara 16Hz hingga 20kHz.
❑Osilator Frequency Radio (Radio Oscilator), yaitu Osilator yang dapat
membangkitkan Frekuensi Radio diantara 100kHz hingga 100GHz.
Banyak sistem elektronik menggunakan rangkaian yang mengubah energy DC
menjadi berbagai bentuk AC yang bermanfaat. Osilator, generator lonceng
elektronika termasuk dalam rangkaian ini. Osilator juga digunakan untuk
menghasilkan isyrat horizontal dan vertical untuk mengotrol berkas elektron pada
pesawat TV.
Kita dapat mengelompokkan osilator berdasarkan metode pengoperasiannya
menjadi 2 kelompok, yaitu osilator balikan dan osilator relaksasi.
VACVDC
➢Osilator Balikan (FeedBack Oscillator)
❖Dasar-dasar Osilator
Frekuensi osilator balikan biasanya
ditentukan dengan menggunakan
rangkaian inductor-kapasitor (LC).
Rangkaian LC sering disebut sebagai
“Rangkaian Tangki”, karena
kemampuannya menapung tegangan AC
pada “Frekuesni Resosnansi”.
Perhatikan bagaimana omplitudo gelombang mengalami penurunan
yang biasa disebut sebagai gelombang sinus teredam (damped sine
wave). Dalam hal ini, rangkaian telah terjadi kehilangan energi yang
diubah dalam bentuk panas.
Osilasi rangkaian tangkai dapat dibuat secara kontinu jika kita menambahkan
energi secara periodik dalam rangkaian. Energi ini akan digunakan untuk
mengganti energi panas yang hilang. Gambar 17.5-b menunjukkan gelombang
kontinu (continuous wave-CW) pada rangkaian tangki yang secara periodik
ditambahkan energy pada rangkaian.
❖ Osilator Relaksasi
Osilator ralaksasi utamanya digunakan sebagai pembangkit gelombang
sinusosidal. Gelombang gigi gergaji, gelombang kotak dan variasi bentuk
gelombang tak beraturan termasuk dalam kelas ini. Pada dasarnya pada osilator ini
tergantung pada proses pengosongan-pengisian jaringan kapasitor-resistor.
Proses pengisian dan pengosongan kapasitor pada rangkaian seri RC telah kita
bahas sebelumnya pada bagian sebelumnya. Pengisian dan pengosongan kapasitor
akan mengikuti fungsi eksponensial dengan konstanta waktu yang tergantung pada
harga RC.