11.4 Controlled Sources

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

b) Rangkaian Simulasi

c) Video Simulasi

6. Link Download

1. Pendahuluan [Kembali]

Operational Amplifier (Op-Amp) adalah komponen elektronika analog yang dirancang untuk memperkuat sinyal tegangan. Op-Amp memiliki dua terminal input, yaitu inverting (-) dan non-inverting (+), serta satu terminal output. Secara ideal, Op-Amp memiliki karakteristik berupa penguatan terbuka (open-loop gain) yang sangat tinggi, impedansi input sangat besar, impedansi output sangat kecil, serta kemampuan menolak sinyal bersama (common-mode rejection) yang sangat baik.

Karena sifatnya yang fleksibel, Op-Amp banyak digunakan dalam berbagai aplikasi pengolahan sinyal analog. Beberapa fungsi dasarnya meliputi penguatan sinyal, penyaringan (filtering), pembandingan tegangan (comparator), serta implementasi fungsi matematika analog seperti penjumlah, pengurang, integrator, dan diferensiator. Dengan konfigurasi rangkaian eksternal yang tepat, Op-Amp dapat mengubah fungsi kerjanya sesuai kebutuhan.

Konfigurasi umum rangkaian Op-Amp mencakup inverting amplifier, non-inverting amplifier, summing amplifier, differential amplifier, integrator, differentiator, comparator, voltage follower (buffer), serta filter aktif seperti low-pass, high-pass, dan band-pass filter. Setiap konfigurasi tersebut memanfaatkan prinsip umpan balik (feedback) untuk mengontrol penguatan dan kestabilan rangkaian.

Op-Amp menjadi pilihan utama dalam banyak aplikasi elektronika modern karena desainnya yang sederhana namun serbaguna, kemampuannya bekerja stabil dalam berbagai konfigurasi, serta biaya produksinya yang relatif rendah. Dengan hanya mengatur nilai resistor dan kapasitor eksternal, sebuah Op-Amp tunggal dapat digunakan untuk berbagai macam fungsi, menjadikannya komponen kunci dalam dunia pengolahan sinyal analog.

2. Tujuan [Kembali]

Memberikan gambaran umum tentang fungsi, karakteristik, dan peran Operational Amplifier (Op-Amp) dalam rangkaian elektronika analog.
Menjelaskan berbagai aplikasi Op-Amp seperti penguat, pembanding, filter, dan rangkaian matematika analog.
Mengenalkan konsep sumber terkendali (controlled sources) yang terdiri dari VCVS, VCCS, CCVS, dan CCCS.
Menjelaskan hubungan matematis antara input dan output pada controlled sources menggunakan Op-Amp.
Memahami peran umpan balik (feedback) dalam mengatur penguatan dan kestabilan rangkaian Op-Amp.
Memberikan landasan teori sebagai dasar untuk analisis dan perancangan rangkaian elektronika berbasis Op-Amp dan controlled sources.

3. Alat dan Bahan [Kembali]

Resistor

Resistor atau disebut juga dengan Hambatan adalah komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk menghambat dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian elektronika. Satuan nilai Resistor atau Hambatan adalah Ohm.

Spesifikasi dari resistor adalah resistansinya dan daya listrik yang dapat dihantarkan. Karakteristik lain termasuk koefisien suhu, derau listrik (noise), dan induktansi. Resistor dapat diintegrasikan kedalam sirkuit hibrida dan papan sirkuit cetak, bahkan sirkuit terpadu. Untuk mengetahui nilai resistansi dari suatu resistor, dapat dilihat dari tabel berikut:

Sumber Arus (DC Current Source)

Sumber Arus DC adalah komponen yang menghasilkan arus tetap (konstan) meskipun terjadi perubahan resistansi beban. Sumber ini digunakan untuk mengalirkan arus tertentu dalam rangkaian dan sering dipakai sebagai input pada simulasi controlled sources seperti CCCS atau CCVS.

Cara Membuat Rangkaian Sumber Arus

Multimeter

Pengertian dari alat yang juga dikenal dengan istilah multitester ini adalah sebuah peralatan khusus yang digunakan untuk mengukur komponen listrik. Mulai dari mengukur hubungan Arus litrik (Ampere), Tegangan listrik (Voltage), Hambatan listrik (Ohm), hingga Resistansi dari suatu rangkaian listrik. Berdasarkan fungsi dasarnya tersebut, alat ini sering disebut dengan AVO meter (Ampere, Voltage, Ohm).
Secara umum, fungsi multimeter analog dan fungsi multimeter digital adalah sama. Hal yang membedakan antara multimeter analog dan multimeter digital terletak pada display pada kedua jenis multimeter tersebut yakni multimeter analog dan multimeter digital. Saat melakukan pengukuran menggunakan multimeter analog, perhitungannya harus dilakukan secara manual. Sementara multimeter digital tidak perlu melaukan perhitungan lagi karena hasil perhitungan sudah muncul secara otomatis di display multimeter digital tersebut.

Spesifikasi:

Baterai

Baterai adalah suatu bahan yang dapat mengubah energi kimia menjadi energi listrik yang dapat digunakan oleh alat-alat elektronika.

Ground

Ground adalah titik yang dianggap sebagai titik baliknya arus listrik atau beda potensialnya bernilai 0 (nol). Fungsi Ground adalah memberi perlidungan pada peggunaan peralatan listrik.

Operational Amplifier (Op-Amp)

Operasional amplifier (Op-Amp) adalah suatu penguat berpenguatan tinggi yang terintegrasi dalam sebuah chip IC yang memiliki dua input inverting dan non-inverting dengan sebuah terminal output, dimana rangkaian umpan balik dapat ditambahkan untuk mengendalikan karakteristik tanggapan keseluruhan pada operasional amplifier (Op-Amp). Pada dasarnya operasional amplifier (Op-Amp) merupakan suatu penguat diferensial yang memiliki 2 input dan 1 output.
konfigurasi pin:

Konfigurasi PIN LM741:

4. Dasar Teori [Kembali]

Controlled source atau sumber terkendali adalah elemen rangkaian yang menghasilkan tegangan atau arus yang nilainya dikendalikan oleh tegangan atau arus lain di dalam rangkaian tersebut. Controlled source sering digunakan dalam model matematis komponen aktif seperti transistor dan op-amp, serta dalam analisis rangkaian untuk mempermudah perhitungan. Ada empat jenis utama controlled source, yaitu Voltage-Controlled Voltage Source (VCVS), Current-Controlled Voltage Source (CCVS), Voltage-Controlled Current Source (VCCS), dan Current-Controlled Current Source (CCCS). Masing-masing jenis ini menghasilkan output berupa tegangan atau arus yang dikendalikan oleh besaran input berupa tegangan atau arus.

Op-Amp (Operational Amplifier) merupakan salah satu komponen yang sangat sering digunakan sebagai controlled source dalam berbagai konfigurasi rangkaian. Dengan prinsip kerja penguatan dan umpan balik (feedback), Op-Amp dapat dikonfigurasikan untuk menghasilkan sumber arus atau tegangan terkendali. Sebagai contoh, Op-Amp digunakan untuk membentuk current-controlled current source (CCCS), di mana arus keluarannya (Io) dikendalikan oleh arus masuk (I1). Hubungan antara Io dan I1 dinyatakan dengan persamaan:

Persamaan ini menunjukkan bahwa arus keluar Io merupakan kelipatan dari arus masuk I1, dengan faktor pengali ditentukan oleh perbandingan resistor R1 dan R2.

Pada Op-Amp dikonfigurasikan sebagai Voltage-Controlled Current Source (VCCS), di mana arus keluaran IL dikendalikan oleh tegangan input V1, dengan hubungan sederhana IL = V1/R1. Sedangkan Op-Amp digunakan sebagai Current-Controlled Voltage Source (CCVS), di mana arus masukan I1 menghasilkan tegangan keluaran Vo melalui hubungan Vo = -I1xR1. Tanda negatif menandakan adanya pembalikan fasa akibat konfigurasi umpan balik negatif pada Op-Amp tersebut.

Penggunaan Op-Amp sebagai controlled source memberikan keuntungan dalam pengendalian presisi arus atau tegangan keluaran hanya dengan memanfaatkan resistor eksternal. Desain rangkaiannya menjadi fleksibel, mudah diatur ulang, dan mampu menghasilkan karakteristik sumber ideal untuk keperluan penguatan sinyal, sumber arus presisi, dan antarmuka sensor.