[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Example

6. Problem

7. Soal Latihan

8. Percobaan

9. Download File

FIG 11.14

1. Pendahuluan[Kembali]

Dalam sistem elektronik, sering kali diperlukan rangkaian yang dapat memisahkan atau mengisolasi satu bagian rangkaian dari bagian lainnya tanpa mengubah sinyal tegangan. Salah satu solusi yang banyak digunakan adalah voltage buffer yang berbasis op-amp. Voltage buffer, juga dikenal sebagai unity gain amplifier atau follower, merupakan rangkaian yang memberikan penguatan tegangan sebesar satu (1x), tetapi mampu menyediakan arus yang lebih besar di output dibandingkan input.

Rangkaian ini sangat berguna untuk menghindari loading effect, yaitu gangguan sinyal akibat beban yang terhubung ke sumber sinyal. Dengan menggunakan voltage buffer, tegangan input dapat diteruskan ke output tanpa perubahan besar, namun dengan impedansi output yang rendah dan impedansi input yang tinggi, sehingga mampu melindungi sumber sinyal dari gangguan dan memastikan transmisi sinyal yang stabil.

2. Tujuan[Kembali]

1. Memahami prinsip kerja rangkaian voltage buffer menggunakan op-amp.

2. Mengetahui perbedaan karakteristik antara input dan output dalam rangkaian buffer.

3. Menganalisis fungsi buffer dalam mencegah loading effect pada sistem elektronik.

4. Meningkatkan pemahaman tentang karakteristik ideal op-amp, khususnya impedansi input dan output.

5. Melatih kemampuan merancang dan mengimplementasikan rangkaian buffer menggunakan simulasi atau perangkat keras.

3. Alat dan Bahan[Kembali]

1. Op-Amp

Op-Amp atau Operational Amplifier adalah suatu komponen elektronika analog yang berfungsi sebagai penguat tegangan dan banyak digunakan dalam berbagai aplikasi seperti penguat sinyal, filter aktif, pengikut tegangan (buffer), penguat penjumlah, integrator, dan diferensiator. Op-Amp memiliki dua masukan, yaitu input inverting (-) dan non-inverting (+), serta satu keluaran (output). Dalam kondisi ideal, Op-Amp memiliki penguatan tegangan terbuka yang sangat besar (mendekati tak terhingga), impedansi input yang sangat tinggi, dan impedansi output yang sangat rendah. Salah satu konfigurasi paling umum adalah penguat inverting, di mana sinyal input dimasukkan ke terminal inverting melalui resistor, dan terminal non-inverting dihubungkan ke ground.  Selain itu, Op-Amp juga dapat digunakan sebagai voltage follower atau buffer, yaitu konfigurasi dengan penguatan satu yang berguna untuk memisahkan dua rangkaian tanpa mempengaruhi sinyal.

2. Power Supply

Power supply atau catu daya adalah rangkaian atau perangkat yang berfungsi untuk menyediakan energi listrik dengan tegangan dan arus yang sesuai bagi perangkat elektronik lainnya. Dalam aplikasi praktis, power supply sangat penting karena menentukan kinerja dan keandalan sistem elektronik secara keseluruhan. Kesalahan dalam perancangan atau pemilihan komponen power supply dapat menyebabkan kerusakan pada komponen lain atau ketidakstabilan sistem. 

4. Dasar Teori[Kembali]

11.3 VOLTAGE BUFFER

Voltage buffer atau penyangga tegangan adalah sebuah rangkaian elektronik yang berfungsi untuk memisahkan (mengisolasi) satu bagian rangkaian dari bagian lainnya tanpa mengubah besar tegangan sinyal. Tujuan utama dari voltage buffer adalah agar sinyal tegangan dari sumber tidak terbebani oleh beban rangkaian berikutnya. Secara ideal, voltage buffer memiliki impedansi input yang sangat tinggi dan impedansi output yang sangat rendah, sehingga dapat mengambil sinyal dari sumber tanpa mengganggu kinerjanya, dan kemudian meneruskannya ke beban dengan kemampuan arus yang lebih besar.

Salah satu implementasi paling umum dari voltage buffer adalah dengan menggunakan op-amp dalam konfigurasi unity gain amplifier (penguatan = 1). Dalam konfigurasi ini, output op-amp dihubungkan langsung ke input inverting (-), sedangkan sinyal input diberikan ke input non-inverting (+).Tegangan keluaran ditentukan oleh

Meski tidak terjadi penguatan tegangan, fungsi utama dari buffer adalah untuk memisahkan impedansi, di mana:

• Impedansi input sangat tinggi, sehingga tidak membebani sumber sinyal.

• Impedansi output sangat rendah, sehingga dapat menggerakkan beban dengan arus lebih besar tanpa mempengaruhi sinyal input.

Karena itulah, voltage buffer digunakan sebagai interfacing antara rangkaian dengan impedansi tinggi dan beban dengan impedansi rendah. Buffer juga berguna dalam memperkuat daya sinyal tanpa mengubah nilainya, menjaga integritas sinyal dalam sistem elektronik yang kompleks.

5. Example[Kembali]

1. Sebuah sensor suhu menghasilkan tegangan output sebesar $V_{\text{in}} = 1.2\ \text{V}$, tetapi hanya mampu memberikan arus maksimum $50\ \mu\text{A}$. Tegangan ini digunakan untuk menggerakkan rangkaian ADC dengan impedansi input hanya $1\ \text{k}\Omega$.

Pertanyaan:

a. Apa yang terjadi jika tegangan sensor langsung dihubungkan ke ADC?

b. Jelaskan bagaimana op-amp sebagai voltage follower dapat mengatasi masalah ini.

c. Berapa tegangan output dari op-amp tersebut?

Jawab: 

a. Apa yang terjadi jika sensor langsung dihubungkan ke ADC?
Tegangan output sensor akan drop (turun) karena arus yang harus diberikan melebihi kemampuan sensor (V=IR):

$$I = \frac{1.2\ \text{V}}{1\ \text{k}\Omega} = 1.2\ \text{mA} > 50\ \mu\text{A}$$

Sensor tidak mampu memberikan arus sebesar ini → tegangan drop signifikan → data dari ADC tidak akurat. 

b. Bagaimana op-amp sebagai voltage follower membantu?
Op-amp sebagai buffer memiliki:

• Impedansi input sangat tinggi → tidak membebani sensor

• Impedansi output sangat rendah → bisa mengalirkan arus ke ADC tanpa drop tegangan

c. Berapa tegangan output op-amp?

Karena konfigurasi voltage follower:

$$V_{\text{out}}=V_{\text{in}}=1.2\text{ V}$$

dan op-amp mampu memberikan arus cukup besar ke ADC → tegangan tetap stabil di 1.2 V

2. Pembagi tegangan: 

$R_1 = 15\ \text{k}\Omega$, $R_2 = 5\ \text{k}\Omega$, $V_{\text{in}} = 10\ \text{V}$.
Input op-amp voltage follower diambil dari titik tengah.

Jawaban:
Tegangan titik tengah pembagi:

$$V_{\text{mid}}=V_{\text{in}}\cdot \frac{R_2}{R_1+R_2}=10\cdot \frac{5}{20}=2.5\text{ V}$$

Karena op-amp adalah voltage follower:

$$V_{\text{out}} = V_{\text{mid}} = 2.5\ \text{V}$$

3. Sensor: 

$V_{\text{in}} = 0.8\ \text{V}$, arus maksimal $100\ \mu\text{A}$. Beban: $1\ \text{k}\Omega$.
Dipakai op-amp sebagai voltage follower.

Jawaban:
Op-amp voltage follower memiliki impedansi input sangat tinggi dan impedansi output sangat rendah. Artinya:

• Sensor tidak terbebani

• Output op-amp mampu memberikan arus besar ke beban

$$V_{\text{out}}=V_{\text{in}}=0.8\text{ V}$$

6. Problem[Kembali]

1. Tunjukkan koneksi (termasuk informasi pin) dari dua tahap LM358 yang dihubungkan sebagai penguat penguatan kesatuan untuk memberikan output yang sama.

Jawab: 

Pin 1

-> Output A

Pin 2 ->

Input Inverting A (−)

Pin 3 ->

Input Non-Inverting A (+)

Pin 4

-> V− (GND)

Pin 5

-> Input Non-Inverting B (+)

Pin 6

-> Input Inverting B (−)

Pin 7

-> Output B

Pin 8 ->

V+ (Tegangan Positif)

Output langsung dihubungkan ke input inverting (−), dan sinyal masuk diberikan ke input non-inverting (+). Dengan begitu, output akan mengikuti tegangan input (tidak diperkuat, hanya mengikuti).

Tahap 1: Op-Amp A (dalam LM358)

• Input sinyal masuk ke pin 3

• Pin 2 dihubungkan langsung ke pin 1 (feedback unity-gain)

• Output: pin 1

Tahap 2: Op-Amp B (dalam LM358)

• Input sinyal masuk ke pin 5

• Pin 6 dihubungkan langsung ke pin 7 (feedback unity-gain)

• Output: pin 7

Jika ingin kedua output menghasilkan tegangan yang sama, sinyal input yang sama harus diberikan ke kedua input (pin 3 dan pin 5).

2. Tunjukkan koneksi (termasuk informasi pin) dari tahap IC LM124 yang terhubung sebagai penguat penguatan kesatuan

Jawab:

Pin	Fungsi
1	Output 1
2	Input Inverting (−) 1
3	Input Non-Inverting (+) 1
4	V+ (tegangan positif)
5	Input Non-Inverting (+) 2
6	Input Inverting (−) 2
7	Output 2
8	Output 3
9	Input Inverting (−) 3
10	Input Non-Inverting (+) 3
11	V− (GND atau negatif)
12	Input Non-Inverting (+) 4
13	Input Inverting (−) 4
14	Output 4

Untuk membuat satu buah op-amp dari LM124 bekerja sebagai unity-gain amplifier, langkah-langkahnya:

Misalnya, gunakan Op-Amp 1 (yang berada di pin 1, 2, 3):

• Pin 3 → Input sinyal (non-inverting)

• Pin 2 → Di-short (disambungkan langsung) ke pin 1 (inverting input ke output)

• Pin 1 → Output (keluaran unity-gain)

• Pin 4 → Vcc (tegangan positif, misal +5V atau +12V)

• Pin 11 → GND (atau V−, bisa juga −V untuk supply ganda)

3. Sebuah rangkaian op-amp dikonfigurasi sebagai voltage buffer. Input diberikan dari sumber sinyal dengan impedansi 10 kΩ, dan op-amp memiliki impedansi input sangat tinggi dan impedansi output sangat rendah.

Pertanyaan:

a. Apa tujuan utama menggunakan konfigurasi voltage buffer dalam rangkaian ini?

b. Bagaimana tegangan output dibandingkan dengan tegangan input pada konfigurasi ini?

c. Mengapa voltage buffer cocok digunakan untuk menghubungkan sumber sinyal dengan impedansi tinggi ke beban dengan impedansi rendah?

Jawab: 

a. Tujuan utama menggunakan konfigurasi voltage buffer adalah untuk mengisolasi sumber sinyal dari beban, sehingga tidak membebani sumber sinyal dengan impedansi tinggi. Buffer memberikan penguatan arus tanpa mengubah tegangan.

b. Tegangan output pada konfigurasi voltage buffer sama dengan tegangan input, karena penguatan tegangannya = 1 (unity gain).

$$V_{\text{out}}=V_{\text{in}}$$

c. Voltage buffer cocok karena memiliki impedansi input tinggi (tidak menarik arus dari sumber) dan impedansi output rendah (mampu menggerakkan beban berat tanpa perubahan sinyal). Ini mencegah penurunan tegangan akibat pembagian tegangan.

7. Soal Latihan[Kembali]

1. Sebuah voltage buffer op-amp memiliki 

$V_{in} = 3\,V$. Berapakah tegangan output $V_{out}$ yang dihasilkan?

A. $-3\,V$
B. $0\,V$
C. $3\,V$
D. Tidak dapat ditentukan

Jawaban: C. $3\,V$

$2.$Mengapa voltage buffer sering digunakan di antara dua tahap rangkaian?

A. Untuk menaikkan tegangan input
B. Untuk menurunkan arus output
C. Untuk memisahkan impedansi tinggi dan rendah
D. Untuk membalik fasa sinyal

Jawaban: C. Untuk memisahkan impedansi tinggi dan rendah

3. Salah satu fungsi utama dari voltage buffer adalah...

A. Menyaring sinyal frekuensi tinggi
B. Menghilangkan komponen AC dari sinyal DC
C. Mencegah pembebanan (loading) rangkaian sebelumnya
D. Membalikkan sinyal input

Jawaban: C. Mencegah pembebanan (loading) rangkaian sebelumnya

8. Percobaan[Kembali]

Prosedur:

1. Siapkan segala komponen yang di butuhkan

2. Susun rangkaian sesuai panduan

3. Sambungkan rangkaian dengan Power Supply

4. Hidupkan rangkaian

5. Apabila tidak terjadi eror, maka rangkaian selesai dibuat

Prinsip Kerja:

Rangkaian pada FIG 11.14 terdiri dari dua buah op-amp yang masing-masing dikonfigurasi sebagai voltage follower atau buffer. Pada konfigurasi ini, sinyal input  diberikan ke input non-inverting (+) dari op-amp pertama, sedangkan output-nya  Vo1 dihubungkan langsung ke input inverting (–). Dengan konfigurasi seperti ini, op-amp akan bekerja menjaga tegangan pada input inverting agar sama dengan input non-inverting, sehingga tegangan output Vo1 akan sama dengan VI . Hal yang sama berlaku untuk op-amp kedua, di mana sinyal V2  masuk ke input non-inverting dan menghasilkan output Vo2  yang sama besar dengan VI.

Video Simulasi:

9. Download File[Kembali]

Download File Proteus Rangkaian 11.14 (disini)

Download Video Simulasi Rangkaian 11.14 (disini)

Download Datasheet Op-Amp 741 (disini)