Penguat Non-Inversi

5.5.5. Penguat Non-Inversi

Pada rangkaian penyangga, v P = v s = v N = v o . Jika kita buat

v N lebih kecil dari v o dengan

menggunakan pembagi tegangan,

maka kita peroleh penguat non-

inversi. Perhatikan diagram rangkaian pada Gb.5.14.

Pada terminal masukan non- inversi diberikan tegangan

umpan balik masukan v s , sedang terminal

Gb.5.14. Penguat non-inversi. masukan inversi dihubungkan ke

rangkaian keluaran. Hubungan keluaran dengan masukan ini kita sebut umpan balik (feed back) dan rangkaian seperti ini kita sebut rangkaian dengan umpan balik. Dengan adanya umpan balik terjadi interaksi antara masukan dan keluaran.

Model ideal OP AMP mengharuskan i N = i P = 0; oleh karena itu tegangan v N dapat dicari dengan kaidah pembagi tegangan, yaitu

Pada terminal masukan non-inversi v P =v s . Karena model ideal OP AMP juga mengharuskan v P =v N maka

sehingga

Inilah hubungan antara keluaran dan masukan yang dapat kita tuliskan

R v = Kv K = 1

s dengan

2 Konstanta K ini kita sebut gain loop tertutup karena gain ini diperoleh pada rangkaian dengan umpan balik. Dengan demikian

Dalam menghitung K di atas, kita menggunakan model ideal dengan µ yang tak hingga besarnya. Dalam kenyataan, µ mempunyai nilai besar tetapi tetap tertentu. Berapa besar pengaruh nilai µ yang tertentu ini terhadap nilai K dapat kita analisis dengan menggunakan rangkaian model sumber tak-bebas seperti pada Gb.5.12. yang

dilengkapi dengan umpan balik seperti pada Gb.5.14. Analisisnya tidak kita lakukan di sini namun hasil yang akan diperoleh adalah berbentuk

dengan K * adalah gain loop tertutup jika µ mempunyai nilai tertentu. Model ideal akan memberikan hasil yang baik selama K << µ .

CONTOH 5.10:

Pada rangkaian penguat non-inversi di bawah ini tentukan

tegangan, arus dan daya pada beban R B . 2k Ω v

1 v  maka

3  v o =

5 V → v o = 15 V

102 Sudaryatno Sudirham, Analisis Rangkaian Listrik Jilid 1

Arus dari sumber 5 V adalah nol. Sumber ini tidak terbebani. Daya yang diserap oleh beban berasal dari catu daya pada OP AMP, yang tidak tergambarkan dalam rangkaian ini. OP AMP mempunyai batas maksimum arus yang dapat ia berikan. Jika kita misalkan arus maksimum yang dapat diberikan oleh OP AMP dalam rangkaian di atas adalah 10 mA maka arus ini harus dibagi antara beban dan rangkaian umpan balik. Karena i N = 0,

maka arus yang melalui rangkaian umpan balik, i f , adalah :

= 5 mA

Arus yang melalui beban maksimum menjadi i maks = 10 − 5=5 mA. Agar tidak terjadi pembebanan berlebihan, resistansi beban paling sedikit adalah :

= B o min = 3 k Ω

Daya maksimum yang bisa diberikan ke beban menjadi: p B m aks = v o i maks = 15 × 5 = 45 mW

CONTOH 5.11: Carilah hubungan keluaran-masukan dari penguat non inversi di bawah ini, dan cari pula resistansi masukannya.

i in

Solusi:

Karena i P = 0, maka v P = v A =

Karena i N = 0 maka v =

4 5 R 1 + R 2 v s R 4 + R 5 R 1 Rangkaian-rangakain dasar OP AMP yang lain seperti penguat

inversi, penjumlah (adder), pengurang (penguat diferensial), integrator, diferensiator, akan kita pelajari setelah kita mempelajari metoda-metoda analisis.

Soal-Soal

1. Sebuah pencatu daya dimodelkan sebagai sumber tegangan bebas

60 V dan resistansi seri R i sebesar 0,5 Ω . Pada pembebanan 20

A, berapakah daya yang diberikan sumber dan yang diserap R i ? Berapakah daya yang diterima oleh beban dan pada tegangan berapakah daya diterima.

2. Sebuah piranti pencatu daya dimodelkan sebagai sumber arus praktis yang terdiri dari sumber arus bebas 2 A dengan resistor paralel R p = 100 Ω . Pada waktu dibebani, arus yang melalui R p adalah 0,2 A. Pada tegangan berapakah sumber arus bekerja ? Berapakah daya yang diberikan oleh sumber arus ? Berapakah daya yang diserap oleh R p ? Berapakah daya yang diterima beban ? Berapa arus beban ?

3. Sebuah piranti aktif dimodelkan sebagai CCCS dengan arus keluaran I o = 10I f dimana I f adalah arus pengendali. Piranti ini dibebani resistor 300 Ω . Jika I f = 100 mA, berapakah daya yang diserap beban dan pada tegangan berapakah beban menyerap daya ?

4. Sebuah piranti aktif dimodelkan sebagai VCVS dengan tegangan keluaran V o = 100V f dimana V f adalah tegangan pengendali. Piranti ini dibebani resistor 50 Ω . Jika V f = 2 V, berapakah daya yang diserap beban dan berapakah arus beban ?

5. Sebuah piranti aktif dimodelkan sebagai VCCS dengan arus keluaran I o = 2V f dimana V f adalah tegangan pengendali. Piranti ini dibebani resistor 50 Ω . Jika V f = 2 V, berapakah daya yang diserap beban dan pada tegangan berapakah beban menyerap daya ?

104 Sudaryatno Sudirham, Analisis Rangkaian Listrik Jilid 1

6. Sebuah piranti aktif dimodelkan sebagai CCVS dengan tegangan keluaran V o = 100I f dimana I f adalah arus pengendali. Piranti ini dibebani resistor 300 Ω . Jika I f = 2 A, berapakah daya yang diserap beban dan berapakah arus beban ?

7. Pada model sumber tak bebas di

i 1 i 2 samping ini, tunjukkanlah

bahwa karakteristik i-v dari

+ piranti yang dimodelkannya

v 1 Nv 2 − Ni 1 v 2 adalah karakteristik

− − transformator ideal.

8. Carilah tegangan v o rangkaian-rangkaian berikut.

i s = 0,1cos10t A a). v b). s = 10s10t V

9. Sebuah dioda mempunyai resistansi balik 200 k Ω dan karakteristik i-v linier I =0,005V, digunakan sebagai penyearah setengah gelombang untuk mencatu resistor 10 k Ω . Tentukan tegangan pada resistor jika tegangan masukan adalah v s = 10cos300t V.

10. Sebuah penyearah setengah gelombang digunakan untuk mengisi batere. Berapa jam-kah diperlukan waktu untuk mengisikan muatan 40 Ah jika arus efektif (rms) pengisian adalah 10 A.

11. Sebuah penyearah gelombang penuh digunakan untuk mengisi batere. Berapa jam-kah diperlukan waktu untuk mengisikan muatan 50 Ah jika arus efektif (rms) pengisian adalah 10A.

12. Carilah hubungan antara tegangan v o dan v s .

105

106 Sudaryatno Sudirham, Analisis Rangkaian Listrik Jilid 1