Bank Contoh Soal Op Amp Inverting untuk Mahasiswa dan Siswa SMK

Operational amplifier (Op Amp) adalah salah satu komponen dasar yang wajib dipahami dalam elektronika analog. Salah satu konfigurasi yang paling populer adalah Op Amp Inverting, yaitu rangkaian penguat di mana sinyal output berlawanan fase dengan sinyal input. Penguasaan Op Amp Inverting sangat penting untuk mahasiswa teknik elektro maupun siswa SMK jurusan elektronika, karena banyak digunakan dalam penguat sinyal, rangkaian filter, dan pengolah sinyal analog.

Artikel ini menyajikan bank contoh soal Op Amp Inverting untuk mahasiswa dan siswa SMK lengkap dengan pembahasan, rumus, dan cara menghitung. Artikel ini bertujuan membantu pemahaman konsep, latihan analisis rangkaian, dan persiapan praktikum atau ujian.

Baca juga:Kumpulan Contoh Soal Standar Praktik Kebidanan untuk Ujian dan Praktik Klinik

Pengertian Op Amp Inverting

Op Amp Inverting adalah konfigurasi penguat di mana input diberikan ke terminal invers (-) melalui resistor $R_{in}$Rin​ sedangkan terminal non-invers (+) di-ground-kan. Output diambil dari terminal Op Amp yang terhubung ke resistor umpan balik $R_f$Rf​. Tegangan output berlawanan fase dengan input dan besarnya gain ditentukan oleh perbandingan resistor $R_f$Rf​ dan $R_{in}$Rin​:$$V_{out} = -\frac{R_f}{R_{in}} V_{in}$$Vout​=−Rin​Rf​​Vin​

Tanda negatif menunjukkan inversi fase. Konsep virtual ground pada terminal invers mempermudah analisis rangkaian karena tegangan di terminal tersebut dianggap nol volt untuk Op Amp ideal.

Rumus Dasar Op Amp Inverting

1. Tegangan output:

$$V_{out} = -\frac{R_f}{R_{in}} V_{in}$$Vout​=−Rin​Rf​​Vin​

2. Gain:

$$A_v = \frac{V_{out}}{V_{in}} = -\frac{R_f}{R_{in}}$$Av​=Vin​Vout​​=−Rin​Rf​​

3. Rangkaian multiple input (summing amplifier):

$$V_{out} = -R_f \sum_{i=1}^{n} \frac{V_i}{R_i}$$Vout​=−Rf​i=1∑n​Ri​Vi​​

Rumus-rumus ini menjadi dasar untuk menyelesaikan berbagai contoh soal Op Amp Inverting.

Contoh Soal 1: Tegangan Output Sederhana

Soal: Sebuah Op Amp Inverting memiliki $R_{in} = 10 k\Omega$Rin​=10kΩ dan $R_f = 100 k\Omega$Rf​=100kΩ. Tegangan input $V_{in} = 2 V$Vin​=2V. Hitung tegangan output $V_{out}$Vout​.

Pembahasan Langkah demi Langkah:

1. Tuliskan rumus:

$$V_{out} = -\frac{R_f}{R_{in}} V_{in}$$Vout​=−Rin​Rf​​Vin​

2. Masukkan nilai resistor dan input:

$$V_{out} = -\frac{100}{10} \cdot 2$$Vout​=−10100​⋅2

3. Hitung:

$$V_{out} = -20 V$$Vout​=−20V

Output −20 V menunjukkan sinyal output berlawanan fase dan diperkuat 10 kali.

Contoh Soal 2: Menentukan Resistor Umpan Balik

Soal: Op Amp Inverting harus memiliki gain −15, dengan $R_{in} = 4.7 k\Omega$Rin​=4.7kΩ. Tentukan $R_f$Rf​.

Langkah Penyelesaian:

1. Rumus gain:

$$A_v = -\frac{R_f}{R_{in}}$$Av​=−Rin​Rf​​

2. Tentukan $R_f$Rf​:

$$R_f = |A_v| \cdot R_{in} = 15 \cdot 4.7 = 70.5 k\Omega$$Rf​=∣Av​∣⋅Rin​=15⋅4.7=70.5kΩ

Contoh Soal 3: Menghitung Gain

Soal: Op Amp Inverting menggunakan $R_f = 50 k\Omega$Rf​=50kΩ dan $R_{in} = 10 k\Omega$Rin​=10kΩ. Tentukan gain.

Pembahasan:$$A_v = -\frac{50}{10} = -5$$Av​=−1050​=−5

Contoh Soal 4: Tegangan Input dari Output

Soal: Op Amp Inverting dengan $R_f = 20 k\Omega$Rf​=20kΩ dan $R_{in} = 5 k\Omega$Rin​=5kΩ menghasilkan output $V_{out} = -12 V$Vout​=−12V. Hitung tegangan input $V_{in}$Vin​.

Langkah Penyelesaian:$$V_{in} = -\frac{V_{out} \cdot R_{in}}{R_f} = -\frac{-12 \cdot 5}{20} = 3 V$$Vin​=−Rf​Vout​⋅Rin​​=−20−12⋅5​=3V

Contoh Soal 5: Summing Amplifier Dua Input

Soal: Op Amp Inverting menerima $V_1 = 2 V$V1​=2V melalui $R_1 = 10 k\Omega$R1​=10kΩ dan $V_2 = 3 V$V2​=3V melalui $R_2 = 20 k\Omega$R2​=20kΩ, dengan $R_f = 40 k\Omega$Rf​=40kΩ. Tentukan output.

Langkah Penyelesaian:$$V_{out} = -R_f \left(\frac{V_1}{R_1} + \frac{V_2}{R_2}\right) = -40 \left(\frac{2}{10} + \frac{3}{20}\right)$$Vout​=−Rf​(R1​V1​​+R2​V2​​)=−40(102​+203​) $$V_{out} = -40 \times 0.35 = -14 V$$Vout​=−40×0.35=−14V

Contoh Soal 6: Menentukan Resistor Input untuk Gain Tertentu

Soal: Jika $R_f = 100 k\Omega$Rf​=100kΩ dan gain yang diinginkan −25, tentukan $R_{in}$Rin​.

Langkah Penyelesaian:$$R_{in} = \frac{R_f}{|A_v|} = \frac{100}{25} = 4 k\Omega$$Rin​=∣Av​∣Rf​​=25100​=4kΩ

Contoh Soal 7: Summing Amplifier Tiga Input

Soal: Op Amp Inverting menerima $V_1 = 1 V$V1​=1V melalui $R_1 = 10 k\Omega$R1​=10kΩ, $V_2 = 2 V$V2​=2V melalui $R_2 = 20 k\Omega$R2​=20kΩ, $V_3 = 1.5 V$V3​=1.5V melalui $R_3 = 30 k\Omega$R3​=30kΩ, $R_f = 60 k\Omega$Rf​=60kΩ. Tentukan output.

Langkah Penyelesaian:$$V_{out} = -R_f \left(\frac{V_1}{R_1} + \frac{V_2}{R_2} + \frac{V_3}{R_3}\right)$$Vout​=−Rf​(R1​V1​​+R2​V2​​+R3​V3​​) $$V_{out} = -60 (0.1 + 0.1 + 0.05) = -15 V$$Vout​=−60(0.1+0.1+0.05)=−15V

Contoh Soal 8: Input AC

Soal: Tegangan AC 5 V p-p diberikan melalui $R_{in} = 10 k\Omega$Rin​=10kΩ, $R_f = 50 k\Omega$Rf​=50kΩ. Tentukan output p-p.

Langkah Penyelesaian:$$|A_v| = \frac{R_f}{R_{in}} = 5$$∣Av​∣=Rin​Rf​​=5 $$V_{out(p-p)} = 5 \times 5 = 25 V$$Vout(p−p)​=5×5=25V

Output AC 25 V p-p dengan fase terbalik.

Contoh Soal 9: Gain dari Output

Soal: Input 1 V menghasilkan output −10 V. Hitung gain.

Langkah Penyelesaian:$$A_v = \frac{V_{out}}{V_{in}} = -10/1 = -10$$Av​=Vin​Vout​​=−10/1=−10

Contoh Soal 10: Multiple Input dengan Resistor Berbeda

Soal: Op Amp Inverting menerima $V_1 = 1 V$V1​=1V melalui $R_1 = 10 k\Omega$R1​=10kΩ, $V_2 = 4 V$V2​=4V melalui $R_2 = 40 k\Omega$R2​=40kΩ, $R_f = 20 k\Omega$Rf​=20kΩ. Hitung output.

Langkah Penyelesaian:$$V_{out} = -R_f \left(\frac{V_1}{R_1} + \frac{V_2}{R_2}\right) = -20 (0.1 + 0.1) = -4 V$$Vout​=−Rf​(R1​V1​​+R2​V2​​)=−20(0.1+0.1)=−4V

Tips Belajar Op Amp Inverting

1. Pahami virtual ground di terminal invers
2. Hafalkan rumus gain dan multiple input
3. Latih soal dari sederhana ke kompleks
4. Gunakan simulasi seperti Multisim atau Proteus
5. Selalu periksa satuan resistor dan tegangan

Kesalahan Umum

• Salah tanda gain
• Keliru memasukkan resistor
• Lupa inversi fase
• Tidak memahami konsep virtual ground

Memeriksa perhitungan dan memahami virtual ground membantu menghindari kesalahan.

Baca juga:Mahasiswa Teknik Elektro Universitas Teknokrat Indonesia Berikan Edukasi Kendaraan Listrik kepada mahasiswa dan guru SMK Esa Kencana

Penutup

Bank contoh soal Op Amp Inverting untuk mahasiswa dan siswa SMK ini membantu memahami prinsip kerja, menganalisis rangkaian, dan melatih perhitungan output serta gain. Latihan rutin memastikan penguasaan materi, kesiapan praktikum, dan ujian. Op Amp Inverting adalah dasar penting dalam elektronika analog, khususnya pada rangkaian penguat sinyal, summing amplifier, dan pengolahan sinyal.

Penulis : okta