Voltage Follower dan Aplikasinya

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

OP-AMP

VOLTAGE FOLLOWER

Serta Aplikasinya Menggunakan Sensor Infrared

DAFTAR ISI

1. Tujuan [kembali]

Dapat mengetahui peng-aplikasian voltage follower
Dapat memahami rangkaian voltage follower
Dapat mensimulasikan rangkaian voltage follower

2. Alat dan Bahan [kembali]

Alat
1. Osiloskop

Osiloskop adalah alat ukur elektronik yang secara umum fungsinya adalah untuk memetakan serta memproyeksi sinyal dan frekuensi pada sebuah komponen elektronika. Dengan begitu nilai tegangan dan frekuensinya dapat dianalisa baik dalam bentuk grafik ataupun digital.

2. VSine

Tegangan AC (Arus Bolak-Balik) adalah jenis tegangan listrik yang nilainya berubah-ubah secara periodik dan berkesinambungan dari positif ke negatif dalam siklus waktu tertentu. Tegangan AC digunakan dalam distribusi listrik di rumah, industri, dan hampir semua sistem kelistrikan umum karena lebih mudah untuk diubah tegangan dan diangkut melalui jaringan transmisi dibandingkan dengan tegangan DC (Arus Searah).
A. Alat
1) Baterai

   Baterai adalah perangkat yang terdiri dari satu atau lebih sel elektrokimia dengan koneksi eksternal yang disediakan untuk memberi daya pada perangkat listrik seperti senter, ponsel, dan mobil listrik. Ketika baterai memasok daya listrik, terminal positifnya adalah katode dan terminal negatifnya adalah anoda.

2) DC Voltmeter

Dc voltmeter berfungsi mengukur tegangan pada rangkaian

B. Bahan
1) Resistor

   Resistor fungsinya untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian 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.

Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna :

1. Masukan angka langsung dari kode warna gelang pertama.
2. Masukan angka langsung dari kode warna gelang kedua.
3. Masukan angka langsung dari kode warna gelang ketiga.
4. Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10    (10^n), ini merupakan nilai toleransi dari resistor.

2. Dioda

   Dioda mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya.

3) Transistor

   Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal.

4) OP-Amp

   Op-Amp adalah singkatan dari Operational Amplifier. Merupakan salah satu komponen analog yang sering digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. IC Op-Amp adalah piranti solid-state yang mampu mengindera dan memperkuat sinyal, baik sinyal DC maupun sinyal AC. Op amp berfungsi sebagai pengindra dan penguat sinyal masukan baik DC maupun AC juga sebagai penguat diferensiasi impedansi masukan tinggi, penguat keluaran impedansi rendah. OpAmp banyak dimanfaatkan dalam peralatan-peralatan elektronik sebagai penguat, sensor, mengeraskan suara, buffer sinyal, menguatkan sinyal, mengitegrasikan sinyal. Selain itu digunakan pula dalam pengaturan tegangan, filter aktif, intrumentasi, pengubah analog ke digital dan sebaliknya.

5) Ground

Ground berfungsi sebagai penghantar arus listrik langsung ke bumi atau tanah saat terjadi kebocoran isolasi atau percikan api pada konsleting.

Komponen Input
1) Sensor Infrared

    Sensor Infrared merupakan 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.

Konfigurasi pin:

Komponen Output

1) Motor DC

Motor Listrik DC atau DC Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion). Motor DC ini juga dapat disebut sebagai Motor Arus Searah.

2) Relay

Relay adalah salah satu komponen elektronika yang berfungsi untuk menyambung dan memutuskan arus listrik dalam sebuah rangkaian. Karena fungsi relay tersebut, itulah mengapa komponen yang satu ini juga disebut sebagai saklar.

Relay adalah komponen elektronika berupa saklar elektronik yang digerakkan oleh arus listrik. Secara prinsip, relay merupakan tuas saklar dengan lilitan kawat pada batang besi atau solenoid di dekatnya. Ketika solenoid dialiri arus listrik, tuas akan tertarik karena adanya gaya magnet yang terjadi pada solenoid sehingga kotak saklar akan menutup. Pada saat rus dihentikan, gaya magnet akan dihentikan, gaya magnet akan hilang. Tuas akan kembali ke posisi semuladan kontak saklar kembali terbuka.relay biasanya digunakan untuk menggerakan arus atau tegangan yang besar

Pada dasarnya relay terdiri dari 4 komponen dasar yaitu:

Electromagnet
Armature
Switch contact point (saklar)
Spring

Kontak poin relay terdiri atas dua yaitu :

Normally close (NC) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi close
Normally open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi open

3. Dasar Teori [kembali]

Op-Amp

Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional. Karakteristik penguat ideal adalah:

Gain sangat besar (AOL >>). Penguatan open loop adalah sangat besar karena feedback-nya tidak ada atau RF = tak terhingga, serta pada rentang frekuensi yang luas.

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.

Impedansi output sangat kecil (Zo <<).

Konfigurasi PIN 741:
Spesifikasi:

Voltage Follower (juga disebut penguat penguatan kesatuan, penguat buffer, dan penguat isolasi) adalah rangkaian op-amp yang memiliki penguatan tegangan 1.

Ini berarti bahwa op amp tidak memberikan penguatan apa pun pada sinyal. Alasan disebut voltage follower karena tegangan output langsung mengikuti tegangan input, artinya tegangan output sama dengan tegangan input. Jadi, misalnya, jika 10V masuk ke op amp sebagai input, 10V keluar sebagai output.

Voltage Follower bertindak sebagai penyangga, tidak memberikan amplifikasi atau atenuasi pada sinyal.

Voltage follower tidak menambah atau mengurangi amplitudo sinyal input, dan tidak menyaring kebisingan frekuensi tinggi. Jadi, kita mungkin bertanya-tanya mengapa rangkaian seperti ini sangat berguna. Benar bahwa voltage follower tidak dengan sengaja mengubah karakteristik amplitudo atau frekuensi dari sinyal input, tetapi memungkinkan kita untuk meningkatkan hubungan impedansi.

Setiap kali kita mengirim sinyal tegangan dari satu sub-sirkuit ke yang lain, kita harus mempertimbangkan impedansi output dari sub-sirkuit sumber dan impedansi input dari sub-sirkuit beban. Impedansi keluaran sumber dan impedansi masukan beban membentuk pembagi tegangan, dan akibatnya, transfer tegangan bergantung pada rasio impedansi masukan terhadap impedansi keluaran. Transfer tegangan yang efektif memerlukan rangkaian sumber dengan impedansi keluaran rendah dan rangkaian beban dengan impedansi masukan tinggi. Voltage follower memiliki impedansi keluaran yang rendah dan impedansi masukan yang sangat tinggi, dan ini menjadikannya solusi sederhana dan efektif untuk hubungan impedansi yang bermasalah. Jika sub sirkuit impedansi keluaran tinggi harus mentransfer sinyal ke sub sirkuit impedansi masukan rendah, voltage Follower yang ditempatkan di antara dua subsirkuit ini akan memastikan bahwa tegangan penuh disalurkan ke beban.

Salah satu contoh aplikasi pengikut tegangan yang sederhana namun penting adalah rangkaian yang ditunjukkan di bawah ini.

Tegangan referensi (\(V_{REF}\)) dapat dihasilkan menggunakan pembagi tegangan resistif, tetapi impedansi keluaran rangkaian tidak akan rendah, terutama jika resistor bernilai lebih tinggi digunakan sebagai cara untuk mengurangi konsumsi arus. voltage follower tidak terpengaruh secara negatif oleh impedansi keluaran pembagi, dan menghasilkan tegangan referensi impedansi keluaran rendah untuk komponen lain dalam sistem.

Rangkaian voltage follower atau buffer dimana ACL = 1, adalah seperti pada gambar di bawah ini

Bentuk gelombang tegangan input dan gelombang tegangan output adalah sama karena ACL = 1 dan sefasa karena Vi diinputkan ke kaki non inverting seperti pada gambar 1 dan kurva karakteristik I-O seperti gambar 2

Gambar 1 Bentuk gelombang tegangan output VO dengan input Vac

Gambar 2 Kurva karakteristik I-O

2) 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

Gambar 1. Ilustrasi prinsip kerja sensor infrared

Ketika pemancar IR memancarkan radiasi, ia mencapai objek dan beberapa radiasi memantulkan kembali ke penerima IR. Berdasarkan intensitas penerimaan oleh penerima IR, output dari sensor ditentukan.

Gambar 2. Rangkaian dasar sensor infrared common emitter yang menggunakan led infrared dan fototransistor

Prinsip kerja rangkaian sensor infrared berdasarkan pada gambar 2. Adalah ketika cahaya infra merah diterima oleh fototransistor maka basis fototransistor akan mengubah energi cahaya infra merah menjadi arus listrik sehingga basis akan berubah seperti saklar (swith closed) atau fototransistor akan aktif (low) secara sesaat seperti gambar 3:

Gambar 3. Keadaan Basis Mendapat Cahaya Infra Merah dan Berubah Menjadi Saklar (Switch Close) Secara Sesaat

Grafik Respon Sensor Infrared

Gambar 4. 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 Transmitter.

4. Example [kembali]

Seorang mahasiswa teknik listrik ingin merancang sebuah rangkaian voltage follower dengan penguat operasional ideal. Rangkaian tersebut harus memiliki impedansi input yang sangat tinggi sehingga tidak akan membebani sumber sinyal, dan impedansi output yang rendah untuk memberikan daya pada beban yang terhubung. Dalam rangkaian voltage follower, tegangan output (Vout) akan mengikuti tegangan input (Vin) dengan nilai yang sama. Jika tegangan input (Vin) adalah 2 V, berapakah nilai tegangan output (Vout) yang dihasilkan oleh rangkaian voltage follower?

jawab:

Nilai tegangan output (Vout) akan sama dengan tegangan input (Vin) dalam rangkaian voltage follower. Oleh karena itu, jika Vin adalah 2 V, maka Vout juga akan menjadi 2 V.

Tunjukan Op Amp 741 sebagai rangkaian penguat buffer

5. Problem [kembali]

Seorang insinyur ingin merancang sebuah rangkaian voltage follower dengan menggunakan penguat operasional ideal. Dalam rangkaian ini, apa yang terjadi pada tegangan output (Vout) jika tegangan input (Vin) mengalami perubahan?

a) Tegangan output (Vout) akan mengalami perubahan yang sama dengan arah yang berlawanan dari perubahan tegangan input (Vin).
b) Tegangan output (Vout) akan mengalami perubahan yang sama dengan perubahan tegangan input (Vin).
c) Tegangan output (Vout) akan mengalami perubahan acak dan tidak terprediksi.
d) Tegangan output (Vout) tidak akan mengalami perubahan.
Impedansi input pada voltage follower diinginkan agar:
a) Impedansi input sama dengan impedansi output.
b) Impedansi input sangat rendah.
c) Impedansi input sangat tinggi.
d) Impedansi input dapat diatur sesuai kebutuhan.
Peran utama rangkaian voltage follower adalah:
a) Memperkuat tegangan input.
b) Mengurangi tegangan input.
c) Mengamplifikasi tegangan output.
d) Memperkuat dan mengamplifikasi tegangan input secara bersamaan.

6. Pilihan Ganda [kembali]

Voltage follower adalah rangkaian elektronik yang berfungsi untuk:
a) Memperkuat tegangan input
b) Mengurangi tegangan input
c) Mengamplifikasi tegangan output
d) Mengikuti tegangan input dengan nilai yang sama
Pada voltage follower, impedansi input yang diinginkan adalah:
a) Sangat rendah
b) Sangat tinggi
c) Sama dengan impedansi output
d) Tidak penting
Rangkaian voltage follower menggunakan komponen aktif berikut sebagai penguat:
a) Transistor bipolar
b) Penguat operasional (op-amp)
c) Resistor
d) Kapasitor

7. Percobaan [kembali]

Langkah Percobaan :

Siapkan alat dan bahan pada library proteus berupa Resistor, Battery
Letakkan alat dan bahan tadi pada papan rangkaian di proteus
Selanjutnya hubungankan setiap komponen pada rangkaian dengan kabel
Selanjutnya ubah baterai sesuai kebutuhan untuk pengujian
Setelah itu tinggal mengetes rangkaian di proteus

Prinsip Kerja

Rangkaian Buffer , tegangan output dari Vsine yakni 6 volt dan frekuensi 1 Hz diumpankan ke kaki Op Amp positif, sedangkan pada kaki Op Amp negatif akan diumpankan ke kaki Output dan Tegangan Referensi tersebut diumpankan ke Kaki input Osiloskop. Power Supply Op Amp pada rangkaian ini sebesar 5 volt. Dapat dilihat Tegangan output pada rangkaian buffer ini sama dengan Tegangan input (Vi = Vo). Maka gelombang pada osiloskop antara input dan output akan terlihat sama.

Aplikasi Voltage Follower menggunakan Sensor Infrared

Prinsip Kerja

Ketika Infrared berlogika satu, maka akan mengeluarkan output sebesar 5volt yang akan diumpankan ke kaki Op Amp Positif Rangkaian Buffer. Output dari sensor infrared menjadi input di Rangkaian buffer sehingga dapat mengeluarkan Output sebesar 5 volt (Vout = Vin). Tegangan 5 V diumpankan ke resistor R4 yang sebesar 10k Ohm dan berlanjut ke transistor, maka ditransistor terukur tegangan Vbe = 0,76 Volt. Hal ini dapat menjadi indikator on atau offnya sebuah transistor. Oleh karena nilai Vbe melebihi 0,6 maka disini transistor berstatus on. Rangkaian dari transistornya berupa rangkaian fixed bias. Dengan adanya tegangan diVbe atau tegangan masuk kekaki base sebesar 0,76 Volt (transistor on) maka ada tegangan dari Vcc melewati relay terus melewati kolektor terus ke emitor. Dikarenakan ada arus yang melewati kumparan relay maka switch relay akan bergerak dari kanan kekiri. Dengan sendirinya ada terjadinya loop yang menghidupi motor. Dari batre B1 memberikan suply ke motor dan keindikator lap sehingga motornya hidup.

8. Video [kembali]

Membuat Rangkaian Buffer