PERC PE RCOB OBA AAN - 2 PENGUAT TEGANGAN MEMBALIK DENGAN PENGUATAN TINGGI (HIGH-GAIN HIGH-GAIN
) INVERTING INVERTING VOL TAGE AMPL IFI IFIER ER Guru Pembimbing
ARIF NURSYAHID, Drs, M.T.
Disusun Oleh: Nama : Bahrul Ilham NIM
: 3. 3.33.15.0.04
Tahun Ajaran 2016/2017
1
Daftar Isi Daftar Isi.................................................................................................... 2 Tujuan ....................................................................................................... 3 Dasar Teori ............................................................................................... 3 Alat dan Bahan ......................................................................................... 5 Gambar Rangkaian dan Langkah Percobaan ........................................ 6 Hasil Percobaan ....................................................................................... 8 Analisa Data,Perhitungan, dan Pembahasan ...................................... 15 Jawaban Pertanyaan dan Tugas ................................ ........................... 18 Kesimpulan............................................................................................. 19
2
1. Tujuan Setelah melaksanakan praktikum, menyusun rankaian, memeriksa rangkaian dan menganalisa data diharapkan mahasiswa dapat : a. Menggunakan IC operasional amplifier,
sebagai
penguat membalik
dengan perolehan (gain) tinggi. b. Menghitung nilai komponen yang diperlukan untuk rangkaian penguat membalik c. Memperhitungkan dan mengukur penguatan, dan frekuensi “cross over” pada kurva respon frekuensi. d. Merancang rangkaian operasional amplifier sesuai dengan kebutuhan.
2. Dasar Teori Rangkaian Inverting (Membalik) Inverting untuk konfigurasi dimana masukan positip menghasikan keluaran negatip atau masukan negatip menghasilkan keluaran positip. Rangkaian dari penguat operasional inverting ditunjukkan dengan gambar berikut ini: Rf
+ Vcc R1
-
Vin
+
Vout
-
- Vcc
Gambar 2.1. Rangkaian Penguat Membalik (Inverting) Bila suatu tegangan DC (+V IN )dipasang pada masukan (-) lewat tahanan R 1, maka arus I akan mengalir seperti terlihat pada gambar 12. Arus dikendalikan oleh Op-Amp sedemikian rupa sehingga tegangan jatuh pada R 1 = VIN hal ini di mungkinkan karena disini digunakan teori pengendalian dengan feed-back negatip (Tahanan Rf sebagai elemen feed-back negatip). Bila tegangan pada input – dan + kecil maka Op -Amp
3
akan mengoreksi sedemikian rupa sehingga selisih V IN - dengan VIN + sama dengan nol. Dengan demikian berlaku persamaan:
VIN
=
VOUT
=
I.R1
Oleh karena arus I besarnya sama, maka
VOUT
-I.Rf.
Rf VIN R1
Gain Op-Amp dengan konfigurasi inverting adalah :
A
VOUT VIN
Rf R1
tanda negatip disini menyatakan berbalik polaritas atau antara masukan dan keluaran berbalik fasa 180°, bila ditinjau dengan sinyal sinusoida. Rangkaian Non Inverting (Tidak Membalik) Non-Inverting untuk konfigurasi dimana masukan positip menghasilkan keluaran positip. Atau masukan negatif menghasilkan keluaran negatif. Seperti halnya pada rangkaian inverting, disinipun akan ditunjukan rumus gain dari rangkaian ini.
Rf
+ Vcc R1
+
Vout
Vin -
- Vcc
4
Gambar 2.2. Rangkaian Non-Inverting Tegangan positip V IN dihubungkan ke terminal masukan (+) Op-Amp, seperti halnya pada rangkaian inverting beda tegangan pada masukan (-) dan (+) adalah sama dengan 0(nol), sehingga tegangan masukan sama dengan tegangan jatuh pada R1 dan tegangan keluaran akan sama dengan tegangan pada R1 ditambah dengan tegangan pada Rf. Untuk itu berlaku rumus hubungan antara masukan dan keluaran sebagai berikut: VIN
= I.R1
VOUT = I(R1 +Rf)
VOUT
Gain Op-Amp
R1 Rf VIN R1 VOUT VIN
R1 Rf Rf 1 R1 R1
3. Alat dan Bahan yang Digunakan a. IC MC 3403 b. Resistor berbagai nilai dari 100 hingga 1M . c. Kapasitor dari 0,001F hingga 0,1 F d. CRO e. Generator Fungsi 10 Hz s/d 1 MHz f. Multimeter Analog & Digital g. Catu Daya 15 Volt 4. Langkah Percobaan 1. Sebelum percobaan dimulai, isilah tabel 1 dengan menghitung R3, menghitung perolehan (gain) dalam dB. Untuk nilai R tersebut.
5
Tabel 1 Pengamatan Gain
R1, K
BW
R2, K
R3
Gain,
Gain, dB
terukur 1
10
10
1 MHz
0
10
1
10
100 KHz
20
100
1
100
10 KHz
40
1000
1
1000
1 KHz
60
5000
2. Siapkan catu daya ( Power Supply). 3. Pastikan catu daya pada kondisi OFF dan pengatur tegangan pada posisi minimum. 4. Hubungkan catu daya dengan tegangan jala-jala. 5. Buat rangkaian seperti berikut:
C1 100pF
R2
¼ IC 3403 +15 Volt R1
(2)
-
(4) (1)
Vin (3) C2 0,1uF
+
(11)
Vout
- -15 Volt R3
Gambar 2.3. Rangkaian untuk percobaan 2 (Rangkaian Inverting)
6
6. Berikan sinyal kecil ke input (kira-kira 100mV p-p). Catatlah gain dari penguat. Isilah tabel 1 untuk gain dan BW terukur. 7. Ukurlah impedansi input pada gain 100. Dengan cara memasang resistor seri dengan generator fungsi. Ukurlah beda tegangan yang terjadi pada resistor seri tersebut. 8. Dengan mengganti nilai C1, buatlah agar penguat mempunyai frekuensi ‘cross over’ pada frekuensi tinggi sbesar 12 KHz. Catat besarnya kapasitor tersebut. 9. Dengan mengganti nilai C2, buatlah agar penguat mempunyai frekuensi ‘cross over’ pada frekuensi rendah sebesar 10 Hz. Catat besarnya kapasitor tersebut. Apakah ada perubahan pada roll off frekuensi tingginya? Berapa BandWidth rangkaian? 10. Tentukan nilai. R1 dan R2 untuk penguatan tegangan 5000 pada 1 KHz
5. Tugas dan Pertanyaan A. Tugas 1. Rancanglah dua sistem penguat yang, keduanya memiliki dua masukan yang sama tetapi keluarannya berbeda fasa 180 , dan kedua keluarannya mempunyai amplitudo yang sama. Kedua penguat tersebut memiliki titik roll off pada 3 KHz. Hitunglah gain dalam dB dari kedua penguat tersebut. B. Pertanyaaan 1. Jika anda menggunakan IC linier opamp sebagai penguat inverting, sinyal masukan diumpankan ke kaki …………… 2. Pada penguat inverting, jika resistor umpan balik R2 = 200 Kohm, dan R1 = 1 Kohm, maka penguatan dari penguat tersebut akan sama dengan ….. 3. Dari data komponen IC MC3403, impedansi input typical adalah sebesar ……… 4. Dengan mengganti kapasitor yang terpasang pada umpan balik akan menyebabkan perubahan pada batas frekuensi ………..
7
6. Hasil Percobaan Gain
R1, K
R2, K
BW
R3
Gain,
Gain, dB
terukur 1
10
10
1 MHz
10KΩ
1
0
10
1
10
100 KHz
1KΩ
10
20 dB
100
1
100
10 KHz
1KΩ
100
40 dB
1000
1
1000
1 KHz
1KΩ
1,5
3,5 dB
5000
1,5
8200
1,5
32,25
30 dB
Keterangan:
VA(Channel 1)= Input VB(Channel 2)=Output
a. Untuk gain = 1
8
b. Untuk gain = 10
9
c. Untuk gain = 100
10
d. Untuk gain = 1,5
11
e. Gain 32,25
R1=1,5 KΩ R2=8200 KΩ R3=1,5 KΩ C1=100uF C2=0,1uF A=
,
=32,25 kali
a. F = 10 Hz
12
13
c. F = 12 Khz
14
7. Analisa a. R1=10 K,R2=10 K =
=
= 1 kali Dalam dB = 20 log A=20 log 1=0 dB R3
=
=
=10 KΩ
b. R1=1 K,R2=10 K =
=
= 10 kali Dalam dB = 20 log A=20 log 10=20 dB R3
=
=
=1 KΩ
c. R1=1 K,R2=100 K =
=
= 100 kali Dalam dB = 20 log A=20 log 100=40 dB R3
=
=
=1 KΩ
d. R1=10 K,R2=1000 K =
=
15
= 1000 kali Dalam dB = 20 log A=20 log 1000=60 dB R3
=
=
=1 KΩ
e. R1=1,5 K,R2=8200 K =
= ,
= 5466,67 kali Dalam dB = 20 log A=20 log 5466,67=74,75 dB R3
=
=
,
=1,49 KΩ
Crossover R1
= 1 KΩ
R2
= 100 KΩ
Volt/div CH1 = 200 mVolt Volt/div CH2 = 2 V Time/div
= 0,1 mS
V input
= 1 Vpp
V output
= 16 mVpp
F
=12 KHz
C= =
,
.
=0,15 uF
=
, =
16
= 0,016 kali
R1
= 1 KΩ
R2
= 100 KΩ
Volt/div CH1 = 200 mVolt Volt/div CH2 = 2 V Time/div
= 0,05 mS
V input
= 135 mVpp
V output
= 95 mVpp
F
=10 Hz
C= =
,
.
.
=0,13 nF
=
=
= 0,7 kali
Pada percobaan kali ini kami mendapatkan percobaan tentang rangkaian inverting yang bertujuan untuk membuktikan penguatan pada amplifier yang hanya bergantung pada penguat eksternal dan mengoperasikan Op-Amp inverting.Penguat inverting adalah penguat yang membalik keluaran, dimana pada rangkaiannya masukannnya yang positif di groundkan (ditanahkan). Yaitu bahwa fase keluaran dari penguat inverting ini akan selalu berbalikan dengan inputnya.Berdasarkan hasil pengamatan untuk R 1 yang tetap yaitu sebesar 1kΩ dan R2 yang berubah-ubah,menghasilkan penguatan yang berbeda tergantung R2 yang dipasang sebagai Rf .Untuk nilai penguat dapat kita hitung melalui persamaan ssebagai berikut :dari persamaan tersebut, didapatkan nilai penguat 17
tegangn (Av) untuk R2 10k Ohm yaitu 1 ini diperoleh berdasarkan percobaan sedangkan berdasarkan teori hasilnya sama. Dari data tersebut dapat kita lihat bahwa semakin besar nilai R 2, maka nilai penguat tegangan yang dihasilkan semakin besar, sehingga menyebabkan gelombang keluarannya semakin besar.Namun pada ukuran resistor 1000K dan 8200K hasilnya tidak naik namun turun karena hasil gelombang yang kotak pada output menyebabkan kapasitor C1 harus diganti yang mengakibatkan penguatannya tidak sesuai teori.Pada kapasitor C1 yang diparalel dengan Rf mempengaruhi hasil gelombang pada Rf=1000 K,yang berbentuk kotak.Untuk mengatasi ini kapasitor C1 diganti dengan nilai 100Uf,namun nilai penguatannya menjadi 1,5 kali.Ini tidak sesuai dengan teori hal ini terjadi karena perhitungan nilai kapasitor yang kurang tepat sehingga hasilnya berbeda.Pada gain 5000 digunakan R1=1,5 K,Rf=8200K,dan C1=100uF.Menghasilkan gain sebesar 32,25 ini tidak sesuai dengan teori karena perhitungan kapasitor yang kurang tepat.
8. Jawaban Pertanyaan dan Tugas A.
Tugas
B.
Pertanyaan
18
1. Jika kita menggunakan IC linier opamp sebagai penguat non-inverting, sinyal masukan kita umpankan ke kaki: kaki 3, 5, 10, ataupun 12, sesuai dengan rangkaian yang digunakan pada IC. 2. Gain=
=
= = 200 kali = 46,02 dB 3. Dari data komponen IC MC3403, impedansi input typical adalah sebesar 2 KΩ 4. Dengan mengganti kapasitor yang terpasang pada umpan balik akan menyebabkan perubahan pada batas frekuensi cut-off Kesimpulan Berdasarkan hasil pengamatan dapat diambil kesimpulan bahwa :
Penguat inverting adalah penguat yang membalik keluaran, dimana pada rangkaiannya masukannnya yang positif di groundkan (ditanahkan)
�
Persamaan untuk penguat tegangan adalah sebagai berikut : Semakin besar nilai R2, maka nilai penguat tegangan yang dihasilkan semakin
besar dan menyebabkan gelombang keluarannya semakin besar.
19
