Sub Bab 11.3 Voltage Buffer

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

7. Problem

1. Pendahuluan (kembali)

Rangkaian voltage buffer atau sering disebut juga unity-gain amplifier merupakan salah satu aplikasi dasar dari op-amp yang bertujuan untuk mengisolasi sumber sinyal dari beban tanpa mengubah besar tegangan sinyal tersebut. Dalam konfigurasi ini, op-amp dihubungkan secara non-inverting dengan umpan balik penuh (feedback langsung) dari output ke input inverting. Ciri utama dari voltage buffer adalah penguatan (gain) sebesar satu, sehingga tegangan keluarannya selalu sama dengan tegangan masukan ( $V_{o} = V_{i}$ ), namun dengan impedansi keluaran yang sangat rendah dan impedansi masukan yang sangat tinggi.

Rangkaian ini sangat berguna dalam sistem elektronik ketika sinyal dari sumber yang lemah perlu diteruskan ke beban yang relatif berat tanpa menyebabkan distorsi atau penurunan tegangan. Gambar 11.13 hingga 11.15 menunjukkan konfigurasi dasar dari voltage buffer menggunakan op-amp 741, serta penggunaannya dalam aplikasi yang memerlukan pembagian sinyal ke dua keluaran yang terisolasi. Pada Gambar 11.15, diperlihatkan sambungan pin dari IC 741 untuk membentuk konfigurasi unity-gain yang ideal. Dalam eksperimen dan simulasi, konfigurasi ini dapat digunakan untuk memverifikasi prinsip kerja buffer dan memahami karakteristik dasar dari op-amp dalam kondisi unity gain.

2. Tujuan (kembali)

Mengetahui cara kerja op-amp 741 dalam konfigurasi unity-gain (buffer amplifier).
Menganalisis hubungan antara tegangan input ( $V_{i}$ ) dan output ( $V_{o}$ ) pada konfigurasi buffer.
Membuktikan secara praktis bahwa tegangan output mengikuti tegangan input tanpa penguatan ( $V_{o} = V_{i}$ ).
Mengidentifikasi fungsi buffer sebagai isolator antar rangkaian, khususnya antara sumber sinyal dan beban.
Mempelajari karakteristik impedansi masukan yang tinggi dan impedansi keluaran yang rendah dari buffer op-amp.
Mengamati efek dari perubahan polaritas catu daya op-amp terhadap fungsionalitas output.
Menyusun rangkaian simulasi unity-gain amplifier secara benar sesuai datasheet pinout IC 741.

3. Alat dan Bahan (kembali)

A. ALAT

1.Voltmeter / Multimeter Digital

Untuk mengukur dan membandingkan tegangan input dan output op-amp.

2. Power Supply DC

Menyediakan catu daya simetris (+Vcc dan -Vcc) untuk mengaktifkan op-amp 741.

3. Software Simulasi (misalnya Proteus)

Sebagai media perakitan atau simulasi rangkaian elektronik.

B. BAHAN

1. IC Op-Amp 741

Digunakan sebagai penguat operasional dalam konfigurasi unity gain (buffer). Menyediakan output yang identik dengan input tanpa penguatan.

2. Ground

Ground adalah titik kembalinya arus searah atau titik kembalinya sinyal bolak balik atau titik patokan dari berbagai titik tegangan dan sinyal listrik dalam rangkaian elektronika.

3. Resistor

Fungsi utama dari resistor adalah membatasi aliran arus. Resistor dapat menahan arus dan memperkecil besar arus. Besar resistansi (kemampuan menahan arus) resistor disesuaikan dengan kebutuhan perangkat elektronika.

Cara Menghitung Nilai Resistor

4. Voltmeter

Alat ukur untuk mengukur besar Tegangan dalam satuan Volt

5. Ampere Meter

Alat ukur untuk mengukur Kuat Arus dalam satuan Ampere

4. Dasar Teori (kembali)

Gerbang logika adalah komponen sistem digital yang berfungsi untuk melakukan operasi logika dengan bertindak sebagai saklar. Implementasi gerbang logika adalah fungsi Boolean (benar/salah).

1.Gerbang AND

Voltage buffer atau disebut juga unity-gain amplifier merupakan salah satu konfigurasi dasar dari penguat operasional (op-amp) yang digunakan untuk mengalirkan sinyal dari satu rangkaian ke rangkaian lain tanpa menyebabkan loading effect. Konfigurasi ini sangat penting dalam sistem elektronik karena memungkinkan suatu sinyal untuk diteruskan tanpa mengalami perubahan tegangan, meskipun sumber aslinya memiliki arus atau daya yang sangat kecil.

Pada konfigurasi ini, op-amp disusun dengan:

Input sinyal diberikan ke input non-inverting (+)
Output langsung diumpan balik ke input inverting (−)
Tidak ada resistor tambahan, sehingga penguatan (gain) = 1

Dengan demikian, persamaan tegangan keluarannya menjadi:

V_{o} = V_{i}

Konfigurasi ini memiliki dua karakteristik utama:

Impedansi masukan sangat tinggi: membuatnya ideal untuk menerima sinyal dari sumber lemah tanpa membebani sumber.
Impedansi keluaran sangat rendah: memungkinkan output menggerakkan beban yang lebih besar tanpa menyebabkan penurunan tegangan.

Pada dasarnya, voltage buffer tidak memperkuat tegangan, tetapi memperkuat kemampuan mengalirkan arus, sehingga sinyal dapat diteruskan ke tahap selanjutnya dengan kehandalan lebih tinggi.

Gambar 11.13 menunjukkan prinsip kerja unity-gain amplifier, sedangkan Gambar 11.14 menunjukkan penggunaannya untuk membagi satu input menjadi dua output tanpa saling memengaruhi (buffered output). Gambar 11.15 adalah implementasi dari konfigurasi ini menggunakan IC 741, di mana pin-pin dihubungkan sesuai dengan fungsi dasar op-amp: pin 3 sebagai input non-inverting, pin 2 sebagai inverting, pin 6 sebagai output, serta pin 7 dan 4 sebagai catu daya simetris.

5. Prinsip Kerja [kembali]

Rangkaian voltage buffer bekerja berdasarkan prinsip penguatan unity (gain = 1) dari op-amp, di mana output ( $V_{o}$ ) mengikuti input ( $V_{i}$ ) secara langsung tanpa perubahan nilai tegangan. Rangkaian ini menggunakan konfigurasi non-inverting, yaitu sinyal input diberikan ke pin non-inverting (pin 3), sedangkan pin inverting (pin 2) dihubungkan langsung ke output (pin 6), membentuk umpan balik negatif penuh (full negative feedback).

Saat tegangan input diberikan ke pin 3, op-amp 741 akan secara otomatis menyesuaikan tegangan keluarannya agar selisih tegangan antara kedua input (differential input) mendekati nol. Karena pin 2 terhubung ke output, maka op-amp akan menghasilkan tegangan output yang sama persis dengan tegangan input.

Dengan demikian:

V_{o} = V_{i​}

Rangkaian buffer ini tidak memberikan penguatan, tetapi berfungsi sebagai pemisah (isolator) antara rangkaian sumber dan beban, dengan keunggulan:

Impedansi masukan sangat tinggi, sehingga tidak membebani sumber sinyal.
Impedansi keluaran sangat rendah, sehingga dapat menggerakkan beban dengan lebih efisien.

Penggunaan catu daya simetris (+15 V dan −15 V) memastikan bahwa op-amp dapat bekerja dengan baik untuk berbagai sinyal input, baik positif maupun negatif, tergantung dari aplikasinya.

6. Ringkasan [kembali]

Ringkasan: Voltage Buffer (Voltage Follower)

Pengertian

Voltage buffer (atau voltage follower) adalah rangkaian yang menggunakan op-amp untuk menghasilkan output tegangan yang sama dengan input (unity gain = 1).

Dituliskan dengan rumus:

$V_{o} = V_{i}$

Fungsi Utama

Isolasi sinyal input dari beban output
Tidak mengubah nilai tegangan, tapi menguatkan kemampuan arus (karena output impedance rendah).
Tidak membalik fasa (tidak ada pembalikan polaritas atau fase).

Karakteristik

Impedansi input sangat tinggi → tidak membebani sumber sinyal.
Impedansi output sangat rendah → mampu menggerakkan beban lebih berat.
Gain = 1 → tidak memperbesar tegangan, hanya memperkuat kemampuan mengalirkan arus.

Aplikasi

Digunakan saat ingin menghubungkan sinyal lemah ke beban besar tanpa memengaruhi sinyal.
Membagi sinyal input ke beberapa output (lihat Gambar 11.14) tanpa gangguan antar output (isolasi antar jalur).

Kesimpulan

Voltage follower sangat berguna dalam sistem elektronik karena menjaga integritas sinyal dan memberikan isolasi antara sumber dan beban, terutama dalam sistem sensor atau penguat bertingkat.

7. Problem [kembali]

Problem 1:

Sebuah sistem pengukuran suhu menggunakan sensor tegangan analog yang menghasilkan sinyal sebesar 1,5 V. Sinyal ini perlu dibaca oleh dua rangkaian ADC berbeda. Namun, ketika langsung dihubungkan, tegangan turun menjadi 1,1 V.
Tentukan solusi menggunakan konfigurasi buffer dan bagaimana pengaruhnya terhadap pembacaan ADC.

Problem 2:

Seorang teknisi ingin membagi satu sinyal audio ke dua speaker amplifier yang masing-masing memiliki impedansi input rendah. Jika sinyal audio langsung dihubungkan ke kedua amplifier, distorsi terdengar pada output.
Jelaskan bagaimana rangkaian pada Gambar 11.14 dapat digunakan untuk mengatasi masalah ini.

Problem 3:

Pada simulasi Gambar 11.15, diberikan sinyal input berupa sinyal AC sinusoidal 2 Vpp.
Tentukan bentuk sinyal output-nya dan bandingkan jika rangkaian buffer tersebut diganti dengan koneksi langsung ke beban resistif.

8. Soal Latihan [kembali]

Soal 1:

Apa fungsi utama dari rangkaian buffer op-amp seperti pada Gambar 11.15?
A. Memberikan penguatan tegangan lebih dari satu
B. Menjaga kestabilan tegangan output saat beban berubah
C. Mengubah sinyal DC menjadi sinyal AC
D. Menghindari pengaruh beban terhadap sumber sinyal
✅ Jawaban: B dan D

Soal 2:

Apa yang terjadi jika dua output op-amp buffer seperti Gambar 11.14 dihubungkan ke dua beban berbeda?
A. Output satu bisa memengaruhi output yang lain
B. Output tetap stabil dan tidak saling terpengaruh
C. Output tidak dapat dibagi secara bersamaan
D. Output masing-masing terisolasi oleh op-amp
✅ Jawaban: B dan D

Soal 3:

Manakah dari pernyataan berikut yang tidak benar tentang op-amp buffer?
A. Gain (penguatan) idealnya adalah 1
B. Cocok digunakan sebagai penguat sinyal audio
C. Memiliki impedansi input rendah dan output tinggi
D. Sering digunakan untuk pembatas arus listrik
✅ Jawaban: C dan D

Jawaban: B dan C

9. Percobaan [kembali]

Rangkaian 11.14

Rangkaian 11.15

Cari Blog Ini

Muhammad Naufal Lutfi

Sub Bab 11.3 Voltage Buffer