ALUR SEDERHANA PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM ELEKTRONIKA RANGKAIAN PENGUAT INVERTING DENGAN OP AMP 741 Mata Kuliah : Perancangan Elektronika 2
Nama : Utami Yogantari NIM : 1316030094
TEKNIK TELEKOMUNIKASI 3A PROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI TELEKOMUNIKASI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI JAKARTA 2017/2018
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI .......................................................................................................................... i 1. PENDAHULUAN ............................................................................................................1 2. DASAR TEORI ................................................................................................................1 3. PERANCANGAN ............................................................................................................2 1) Deskripsi dan Spesifikasi Sistem yang akan di bua t ............................................... ...2 2) Diagram Blok .............................................................................................................3 3) Komponen yang digunakan .................................................. ......................................3 4) Perhitungan dan gambar skematik .............................................................................3 .............................................................................3 5) Simulasi berbantuan komputer ...................................................................................4 ...................................................... .............................4 6) Tata letak komponen dan layout PCB ......................................................................18 4. PEMBAHASAN ............................................................................................................19 5. PENUTUP.......................................................................................................................20 DAFTAR PUSTAKA ...................................................... .......................................................................................................... .....................................................22 .22
i
1. PENDAHULUAN
OP-AMP (Operasional Amplifiers) pada hakekatnya merupakan sejenis IC. Di dalamnya terdapat suatu rangkaian elektronik yang terdiri atas beberapa transistor, resistor dan atau dioda. Jikalau kepada IC jenis ini ditambahkan suatu jenis rangkaian, masukkan dan suatu jenis rangkaian umpan balik, maka IC ini dapat dipakai untuk mengerjakan berbagai operasi matematika, seperti menjumlah, mengurangi, membagi, mengali, mengintegrasi, dan sebagainya. Oleh karena itu IC jenis ini dinamakan penguat operasi atau operasional amplifier, disingkat OP-AMP. Namun demikian OP-AMP dapat pula dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, misalnya : sebagai penguat audio, pengatur nada, osilator atau pembangkit gelombang, sensor circuit, dsb. OP-AMP banyak disukai karena faktor penguatannya besar (100.000 kali). Gambar 1 menunjukkan simbol OP-AMP.
Gb. 1. Simbol OP-AMP
2. DASAR TEORI
Inverting Amplifier merupakan penerapan dari penguat operasional sebagai penguat sinyal dengan karakteristik dasar sinyal output memiliki phase yang berkebalikan dengan phase sinyal input. Pada dasarnya penguat operasional (Op-Amp) memiliki faktor penguatan yang sangat tinggi (100.000 kali) pada kondisi tanpa rangkaian umpan balik. Dalam inverting amplifier salah satu fungsi pamasangan resistor umpan balik ( feedback ) dan resistor input adalah untuk mengatur faktor penguatan inverting amplifier (penguat membalik) tersebut. Dengan dipasangnya resistor feedback (RF) dan resistor input (Rin) maka faktor penguatan dari penguat membalik dapat diatur dari 1 sampai 100.000 kali. Untuk mengetahui atau menguji dari penguat membalik (inverting amplifier ) dapat menggunakan rangkaian dasar penguat membalik menggunakan penguat operasional (Op-Amp) seperti pada gambar berikut. 1
Rangkaian Penguat Membalik (Inverting Amplifier)
Rangkaian penguat membalik diatas merupakan rangkaian dasar inverting amplifier yang menggunakan sumber tegangan simetris. Secara matematis besarnya faktor penguatan (A) pada rangkaian penguat membalik adalah (-Rf/Rin) sehingga besarnya tegangan output secara matematis adalah :
3. PERANCANGAN
1) Deskripsi dan Spesifikasi Sistem yang akan di buat Inverting Amplifier merupakan penerapan dari penguat operasional sebagai penguat sinyal dengan karakteristik dasar sinyal output memiliki phase yang berkebalikan dengan phase sinyal input. Dalam inverting amplifier salah satu fungsi pamasangan resistor umpan balik ( feedback ) dan resistor input adalah untuk mengatur faktor penguatan inverting amplifier (penguat membalik) tersebut. Dengan dipasangnya resistor feedback (RF) dan resistor input (Rin) maka faktor penguatan dari penguat membalik dapat diatur dari 1 sampai 100.000 kali. Salah satu tipe operasional amplifier (Op-Amp) yang populer adalah LM741. IC LM741 merupakan operasional amplifier yang dikemas dalam bentuk dual inline package (DIP). Kemasan IC jenis DIP memiliki tanda bulatan atau strip pada salah satu sudutnya untuk menandai arah pin atau kaki nomor 1 dari IC tersebut. 2
2) Diagram Blok
Penguat
Input
inverting
Output
3) Komponen yang digunakan a. OP-AMP 741
: 1 buah
b. Vin sebesar 1 volt
: 1 buah
c. R1 sebesar 1.5 k Ω
: 1 buah
d. Rf sebesar 15 k Ω
: 1 buah
e. Ground
: 1 buah
f.
: 1 buah
Multimeter
g. Osiloskop
: 1 buah
4) Perhitungan dan gambar skematik Av =
− 1
=
−15 1.5
= 10 kali
3
XMM2 XFG1
XSC1
Rf XMM1
VCC
15kΩ
Ext Trig +
12V 7
1
5
_
U1
B
A +
_
+
_
3 6
R1 2
1.5kΩ 741
4
VEE -12V
5) Simulasi berbantuan komputer Tabel 5.1 Tabel simulasi dengan tegangan input yang berbeda NO
Vin (Vpp)
1.
Vout
Frekuensi
Ket
(Hz)
Vrms
Vpp
1 mV
100
7.071 mV
9.999 mV
Baik
2.
10 mV
100
70.707 mV
99.99 mV
Baik
3.
100 mV
100
707.067 mV
999.943 mV
Baik
4.
200
100
1.414 V
1.999 V
Baik
5.
300
100
2.121 V
2.999 V
Baik
6.
500
100
3.535 V
4.999 V
Baik
7.
1000
100
7.071 V
9.999 V
Baik
8.
1100
100
7.778 V
10.999 V
Baik
9.
1200
100
8.288 V
11.721 V
Buruk
10.
1500
100
9.059 V
12.811 V
Buruk
4
Vin = 1 mV
Vin = 10 mV
5
Vin = 100 mV
Vin = 200 mV
6
Vin = 300 mV
Vin = 500 mV
7
Vin = 1 V
Vin = 1.1 V
8
Vin = 1.2 V
Vin = 1.5 V
9
Tabel 5.2 Tabel simulasi dengan frekuensi yang berbeda
NO
Vin (Vpp)
1.
Vout
Frekuensi
Ket
(Hz)
Vrms
Vpp
10 mV
50
70.688 mV
99.967 mV
Baik
2.
10 mV
100
70.707 mV
99.994 mV
Baik
3.
10 mV
200
70.712 mV
100.001 mV
Baik
4.
10 mV
500
70.716 mV
100.007 mV
Baik
5.
10 mV
1K
70.713 mV
100.003 mV
Baik
6.
10 mV
2K
70.698 mV
99.982 mV
Baik
7.
10 mV
3K
70.674 mV
99.948 mV
Baik
8.
10 mV
4K
70.642 mV
99.902 mV
Baik
9.
10 mV
10K
70.27 mV
99.376 mV
Baik
10.
10 mV
15K
69.735 mV
98.620 mV
Baik
11.
10 mV
50K
61.834 mV
87.446 mV
Buruk
12.
10 mV
100K
47.424 mV
67.007 mV
Buruk
13.
10 mV
500K
12.751 mV
18.032 mV
Buruk
10
Frek = 50 Hz
Frek = 100 Hz
11
Frek = 200 Hz
Frek = 500 Hz
12
Frek = 1 kHz
Frek = 2 kHz
13
Frek = 3 kHz
Frek = 4 kHz
14
Frek = 10 kHz
Frek = 15 kHz
15
Frek = 50 kHz
Frek = 100 kHz
16
Frek = 500 kHz
Analisa Tabel 1 Pada simulasi yang sudah dikerjakan, diketahui bahwa jika pada input Vrms diberi nilai sebesar 1 mV dan frekuensi sebesar 60 Hz maka akan mendapat Vpp pada input dengan nilai 2.82 mV dan pada output mendapat Vrms sebesar 999.98 µV dari hasil multimeter dan juga nilai Vpp output yang didapat sebesar 28.2 mV, sehingga bentuk gelombang pada output yang ditampilkan osiloskop adalah bentuk gelombang pada umumnya atau benar (tidak cacat atau rusak). Sedangkan jika pada input Vrms diberi nilai sebesar 100 MV dan frekuensi sebesar 60 Hz maka akan mendapat Vpp pada input dengan nilai 282.8 x 103 kV dan pada output mendapat Vrms sebesar 199.458 kV dari hasil multimeter yang terbaca dan nilai Vpp pada output didapat sebesar 0 V, karena bentuk gelombang output yang ditampilkan osiloskop tidak sempurna atau terdapat cacat yang melihatkan sebagian garis lurus sehingga terlihat seperi gelombang DC. Bentuk gelombang yang tidak sempurna ini juga dipengaruhi oleh besarnya nilai Vrms pada input.
17
Analisa Tabel 2 Pada simulasi yang sudah dikerjakan, diketahui bahwa jika pada input Vrms diberi nilai sebesar 1 mV dan frekuensi sebesar 100 Hz maka akan mendapat Vpp pada input dengan nilai 2.82 mV dan pada output mendapat Vrms sebesar 999.989 µV dari hasil multimeter dan juga nilai Vpp output yang didapat sebesar 28.2 mV, sehingga bentuk gelombang pada output yang ditampilkan osiloskop adalah bentuk gelombang pada umumnya atau benar (tidak cacat atau rusak). Sedangkan jika pada input Vrms diberi nilai sebesar 1 mV dan frekuensi sebesar 1 MHz maka akan mendapat Vpp pada input dengan nilai 2.82 mV dan pada output mendapat Vrms sebesar 1.201 mV dari hasil multimeter yang terbaca dan nilai Vpp pada output didapat sebesar 28.2 V. Segingga menhasilkan gelombang output yang tidak sempurna karena terdapat banyak noise pada gelombangnya. Bentuk gelombang yang tidak sempurna ini juga dipengaruhi oleh besar niali frekuensi yang diberikan. Pada tabel 2 ini nilai dari Vpp input sama semua sebesar 2.82 mV, k arena pada Vrms input diberikan nilai yang sama yaitu sebesar 1 mV, dan sesuai dari perhitungan Vpp = 2 x √2 x Vrms Vpp = 2 x √2 x 1 mV = 2.82 Mv
6) Tata letak komponen dan layout PCB
Tata letak komponen pada schematic
18
Pada Layout PCB
4. PEMBAHASAN
Rangkaian penguat inverting merupakan rangkaiaan elektronika yang berfungsi untuk memperkuat dan membalik polaritas sinyal masukan. Jadi, ada tanda minus pada rumus penguatannya. Sebuah penguat pembalik menggunakan umpan balik negatif untuk membalik dan
menguatkan
sebuah
tegangan.
Resistor
Rf melewatkan
sebagian
sinyal keluaran kembali ke masukan. Karena keluaran tak sefase sebesar 180 derajat, maka nilai keluaran tersebut secara efektif mengurangi besar masukan. Secara matematis besarnya faktor penguatan (A) pada rangkaian penguat membalik adalah (-Rf/Rin) sehingga besarnya tegangan output secara matematis adalah :
Apabila nilai resistansi feedback (Rf) adalah 10 k Ω dan resisntansi input 1 k Ω maka secara matematik besarnya faktor penguatan rangkaian penguat membalik (inverting amplifier ) diatas adalah :
Untuk melakukan pengujian rangkaian penguat membalik (inverting amplifier ) maka tegangan sumber ( simetris) +12Vdc diberikan ke jalur +VCC sedangkan -12Vdc dihubungkan ke jalur -VEE. Sebagai sinyal input sebaiknya menggunakan sinyal input sinusoidal dengan range frekuensi audio (20 Hz – 20 KHz) agar terlihat jelas perbedaan 19
sinyal input dan output rangkaian penguat membalik ini yang berbeda phase antar input dan outpunya. Dalam bentuk grafik bentuk sinyal output dan sinyal input rangkaian penguat membalik (inverting amplifier ) ini dapat digambarkan sebagai berikut. Gambar Sinyal Output Dan Sinyal Input Inverting Amplifier
Dalam percobaan untuk mendapatkan bentuk sinyal output dan sinyal input seperti diatas dapat digunakan osciloscope doble trace dengan input A osciloscope dihubungkan ke jalur input penguat membalik (inverting amplifier ) dan input B osciloscope dihubungkan ke jalur output penguat mebalik tersebut. Dengan alat ukur osciloscope yang terhubung seperti ini dapat dianalisa perbandingan sinyal input dengan sinyal output rangkaian penguat membalik (inverting amplifier ) secara lebih life dalam berbagai perubahan sinyal input.
5. PENUTUP
Kesimpulan
Rangkaian penguat inverting merupakan rangkaiaan elektronika yang berfungsi untuk memperkuat dan membalik polaritas sinyal masukan.
Inverting amplifier merupakan penerapan dari penguat operasional sebagai penguat sinyal dengan karakteristik dasar sinyal output memiliki phase yang berkebalikan dengan phase sinyal input.
Rangkaian pembalik merupakan penguat yang outputnya bernilai negatif.
20
Rangkaian penguat inverting memiliki penguatan tegangan negatif yang besarnya ditentukan oleh perbandingan feedback Rf dan Rin.
Tanda negative pada persamaan adalah menandakan antara input dan output memiliki beda fasa 180o
Saran Saran dari penulis dalam membuat suatu rangkaian atau laporan pahami terlebih dahulu rangkaian yang akan dibuat, buat diagram blok lebih awal agar sudah ada gambaran rangkaiannya, komponen-komponennya, dan besarnya nilai yang dibutuhkan agar tidak menghasilkan hasil yang salah pada outputnya.
21
DAFTAR PUSTAKA http://elektronika-dasar.web.id/karakteristik-penguat-membalik-inverting-amplifier/ https://elektrowiki.wordpress.com/2016/10/16/op-amp-inverting-dan-non-inverting/ http://webstudi.blogspot.co.id/2017/04/pengertian-rangkaian-penguat-inverting-noninverting.html
22
