Op-Amp Integrator Circuit (fig 10.58)


1. Pendahuluan[Kembali]

Dalam dunia elektronika analog, penguat operasional (op-amp) merupakan salah satu komponen  penting yang dapat digunakan dalam berbagai konfigurasi rangkaian, termasuk sebagai integrator.  Rangkaian op-amp integrator menghasilkan keluaran berupa integral dari sinyal masukan terhadap  waktu. Dengan konfigurasi tertentu, sinyal input akan diubah menjadi bentuk gelombang yang  berbeda pada output, tergantung karakteristik integrasi. Rangkaian ini banyak digunakan dalam  sistem kontrol, pemrosesan sinyal, dan instrumentasi, sehingga pemahaman terhadap prinsip  kerjanya sangat penting bagi mahasiswa teknik elektro.

2. Tujuan[Kembali]

  1. Mempelajari prinsip kerja op-amp dalam konfigurasi integrator.

  2. Menganalisis hubungan antara sinyal masukan dan bentuk sinyal keluaran.

  3. Mengamati perubahan bentuk sinyal output terhadap variasi input (misalnya sinyal persegi atau sinus).

  4. Mengetahui pengaruh nilai komponen (resistor dan kapasitor) terhadap hasil integrasi.

3. Alat dan Bahan[Kembali]

1. Op-Amp 741

Op-amp adalah komponen analog yang memperkuat selisih tegangan antara input inverting (−) dan non-inverting (+). Op-amp ideal memiliki gain tak hingga, impedansi input sangat tinggi, dan impedansi output sangat rendah. Digunakan dalam konfigurasi seperti inverting, non-inverting, integrator, dan diferensiator untuk pemrosesan sinyal analog.


2. Resistor

Resistor adalah komponen elektronik pasif yang berfungsi menghambat aliran arus listrik dalam suatu rangkaian. Salah satu fungsi utamanya adalah membatasi arus agar tidak melebihi batas yang dapat diterima oleh komponen lain, sehingga mencegah kerusakan.

3. Battery

Baterai adalah sumber energi listrik DC (arus searah) yang mengubah energi kimia menjadi energi listrik melalui reaksi elektrokimia. Dalam percobaan elektronika, baterai berfungsi sebagai sumber daya utama untuk menyalakan rangkaian.

Fungsi dalam Percobaan Elektronika

  1. Menyuplai Tegangan DC ke rangkaian (misal: 3V, 6V, 9V, atau 12V).

  2. Memberi daya ke komponen aktif, seperti LED, IC, sensor, transistor, dll.

  3. Sebagai sumber tegangan portable (mudah dibawa tanpa perlu stopkontak).

4. Kapasitor

Kapasitor non-polar adalah kapasitor yang tidak memiliki polaritas — artinya, kedua kakinya bisa dipasang bolak-balik di rangkaian karena tidak ada kutub positif (+) atau negatif (−).

Fungsi dalam Percobaan Elektronika

  1. Menyimpan dan melepaskan muatan listrik secara cepat.

  2. Menghilangkan noise atau lonjakan tegangan.

Menghubungkan sinyal AC sambil memblokir DC (sebagai kopling sinyal).

5. Probe Current

Current Probe adalah alat atau komponen yang digunakan untuk mengukur arus listrik yang mengalir dalam suatu bagian rangkaian tanpa mengganggu kinerja rangkaian tersebut.

Dalam simulasi seperti Proteus, current probe adalah alat bantu visual untuk menampilkan nilai arus pada suatu titik atau jalur tertentu dalam rangkaian.

6. probe Voltage

Voltage Probe adalah alat bantu (baik nyata maupun virtual) yang digunakan untuk mengukur atau memantau tegangan listrik pada titik tertentu dalam rangkaian tanpa mengganggu kerja rangkaian tersebut.

Dalam software seperti Proteus, voltage probe adalah komponen yang bisa ditempatkan untuk melihat tegangan pada titik tertentu melalui Virtual Oscilloscope atau Grapher.

6. Vpulse

    VPULSE adalah sumber tegangan denyut (pulsa) yang menghasilkan gelombang kotak (square wave) atau pulsa digital dengan tegangan naik-turun secara periodik.

    1. Biasanya digunakan dalam simulasi untuk:Memberi sinyal digital (on-off)
    2. Mensimulasikan clock
    3. Menguji rangkaian flip-flop, IC logika, pwm, timer 555, dll

      7. Ground

      Ground adalah titik referensi nol volt (0V) dalam suatu rangkaian listrik. Semua tegangan diukur berdasarkan ground. Ground juga berfungsi sebagai jalur balik arus ke sumber tegangan.

      4. Dasar Teori[Kembali]

      Rangkaian op-amp integrator menggunakan konfigurasi op-amp dengan kapasitor di jalur umpan balik (feedback) dan resistor di input. Persamaan tegangan keluarannya diberikan oleh:

      Artinya, output merupakan integral negatif dari input, dikalikan konstanta 1RC. Saat sinyal input berupa gelombang persegi, output akan berbentuk gelombang segitiga. Sedangkan jika input berupa gelombang sinusoidal, output akan berbentuk gelombang kosinus (terintegrasi terhadap waktu).

      Op-amp ideal diasumsikan memiliki impedansi input tak hingga dan tegangan offset nol, sehingga titik inverting input dapat dianggap sebagai ground virtual. Dalam praktik, faktor-faktor seperti offset tegangan, kecepatan slew rate, dan bandwidth perlu diperhatikan untuk akurasi integrasi.

      5. Example[Kembali]

      1.


      2.


      3. 


      6. Problem[Kembali]

      1.If v1 = 10 cos 2 t mV and v2 = 0.5 t mV, find vo in the op amp circuit in Figure.(2). Assume that the voltage across the capacitor is initially zero.

      Op Amp Integrator Circuit
      Figure 2


      Op Amp Integrator Circuit
      2. Plot to scale the output waveform of the circuit shown in Fig. 2.29.11


      Solution :  The given circuit is an integrator with R1 = 10 kΩ and C = 0.1 µF.

       

      Thus Vo is a straight line of slope - 1000 till 1 ms.

      At t = 1 ms,

      Vo = -1000 × 1 × 10-3 = -1V. This acts as an initial voltage for next integration.


      So after t = 1 ms, the output is constant at - 1 V hence the output waveform is as shown in the Fig. 2.29.11 (a). 

       3. Consider the lossy integrator as shown in Fig. 2.29.12. For the component values R1 = 10 kΩ, Rf - 100 kΩ, Cf = 1 nF, determine the lower frequency limit of integration and study the response for the inputs : 1) Step input 2) Square input 3) Sine input.


      Solution : For the practical integrator,

      fa = 1 / 2πRfCf = 1/ 2π × 100 × 103 × 1 × 10-9 = 1.5915 kHz

      For the responses for step, square and sine inputs, refer section 2.29.2.

      7. Soal[Kembali]

      1. Fungsi utama dari op-amp integrator adalah untuk:

      A. Menurunkan tegangan input
      B. Menyimpan muatan listrik
      C. Menghasilkan output yang merupakan integral dari input
      D. Menstabilkan arus output

      ✅ Jawaban: C

      2. Dalam rangkaian integrator ideal, komponen apa yang dipasang di umpan balik (feedback) op-amp?

      A. Resistor
      B. Kapasitor
      C. Dioda
      D. Transistor

      ✅ Jawaban: B

      3. Jika sinyal input ke integrator adalah gelombang kotak, maka sinyal outputnya akan berbentuk:

      A. Gelombang sinus
      B. Gelombang kotak
      C. Gelombang segitiga
      D. DC konstan

      ✅ Jawaban: C

      5. Percobaan[Kembali]






      6. Link Download[Kembali]

      Download Rangkaian [KLIK]

      Download datasheet resistor [KLIK]

      Download datasheet op amp [KLIK]

      Download  datasheet battery [KLIK]

      Download datasheet voltmeter [KLIK]

      Komentar

      Posting Komentar