Dalam dunia elektronika, rangkaian analog memegang peranan penting dalam memproses sinyal yang bersifat kontinu, seperti suara, cahaya, atau suhu. Berbeda dengan rangkaian digital yang bekerja dengan nilai diskret (0 atau 1), rangkaian analog beroperasi pada rentang nilai yang tak terhingga. Memahami contoh rangkaian analog adalah langkah awal yang baik bagi siapa saja yang ingin mendalami bidang ini. Artikel ini akan membahas salah satu contoh rangkaian analog yang paling fundamental dan sering ditemui, yaitu rangkaian penguat sinyal sederhana.
Rangkaian penguat sinyal adalah jantung dari banyak perangkat elektronik. Tujuannya adalah untuk memperbesar amplitudo sinyal masukan tanpa mengubah bentuknya secara signifikan. Bayangkan Anda berbicara melalui mikrofon. Suara Anda merupakan sinyal analog, namun volumenya mungkin terlalu kecil untuk didengar oleh banyak orang. Di sinilah rangkaian penguat berperan untuk meningkatkan kekuatan sinyal suara tersebut.
Salah satu komponen aktif yang paling umum digunakan untuk membuat rangkaian penguat adalah transistor (seperti BJT atau FET) atau Operational Amplifier (Op-Amp). Untuk kesederhanaan, mari kita fokus pada konsep penggunaan Op-Amp.
Op-Amp adalah rangkaian terintegrasi yang memiliki dua masukan (inverting (-) dan non-inverting (+)) dan satu keluaran. Op-Amp memiliki penguatan tegangan yang sangat tinggi (open-loop gain). Untuk mendapatkan penguatan yang terkontrol, Op-Amp biasanya digunakan dengan konfigurasi umpan balik (feedback).
Dalam konfigurasi penguat non-inverting, sinyal masukan diberikan ke terminal non-inverting (+). Keluaran akan memiliki fase yang sama dengan masukan, namun dengan amplitudo yang lebih besar. Berikut adalah komponen dasar dan cara kerjanya:
Rumus penguatan tegangan (Av) untuk rangkaian penguat non-inverting Op-Amp adalah:
Dari rumus ini, kita bisa melihat bahwa besarnya penguatan ditentukan oleh perbandingan nilai kedua resistor. Misalnya, jika Rf = 100kΩ dan Rg = 10kΩ, maka penguatannya adalah:
Ini berarti sinyal masukan akan diperkuat sebanyak 11 kali lipat pada keluarannya. Penting untuk dicatat bahwa ini adalah penguatan tegangan ideal, dan dalam prakteknya bisa dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti bandwidth Op-Amp dan karakteristik komponen lainnya.
Berbeda dengan penguat non-inverting, sinyal masukan pada penguat inverting diberikan ke terminal inverting (-), biasanya melalui resistor masukan (Rin). Terminal non-inverting (+) dihubungkan ke ground. Keluaran dari rangkaian ini akan memiliki fase terbalik (180 derajat) terhadap masukan. Rumus penguatannya adalah:
Tanda negatif menunjukkan pembalikan fase. Jika Rin = 10kΩ dan Rf = 100kΩ, maka penguatannya adalah -10. Ini berarti sinyal masukan akan diperkuat 10 kali lipat dan fasenya dibalik.
Contoh rangkaian analog penguat sinyal ini memiliki beragam aplikasi, di antaranya:
Memahami cara kerja dan membangun contoh rangkaian analog seperti penguat sinyal adalah fondasi penting dalam elektronika analog. Dengan sedikit modifikasi pada nilai komponen, kita dapat menyesuaikan tingkat penguatan sesuai kebutuhan aplikasi. Dunia rangkaian analog sangat luas dan menarik, menawarkan banyak kemungkinan untuk inovasi dan pemecahan masalah.