MODUL 3 RANGKAIAN PENGUAT OPERASIONAL Ahmad Nurcholis Majid (13212096) Asisten: Adhitya Reza Tanggal Percobaan: 20/09/2013 EL2101-Praktikum Rangkaian Elektrik
Laboratorium Dasar Teknik Elektro - Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB Abstrak
2. STUDI PUSTAKA
Op-Amp adalah salah satu komponen yang digunakan untuk menguatkan tegangan input dan Op-Amp yang sering digunakan adalah IC Op-Amp 741. Pada praktikum ini dilakukan pengecekan fungsi Op-Amp 741 dalam rangkaian inverting, non-inverting, penjumlah, dan integrator dan disimpulkan bahwa OpAmp 741 memang dapat melakukan fungsi-fungsi tersebut. Lalu dilakukan juga pengececekan lagi dengan mendesain rangkaian sendiri dengan fungsi-fungsi Op Amp yang ada. Setelah itu dilakukan juga pengukuran frekuensidari rangkaian oscilator dan dilakukan pembandingan jika komponen dalam rangkaian diubah. Akan tetapi tidak terlihat perbedaan yang signifikan dari hasil percobaan atau dengan kata lain pengubahan komponen tidak mempengaruhi frekuensi rangkaian osxilator. Kata kunci: Op-Amp, Inverting, NonInverting, Summer, Integrator, Oscillator 1. PENDAHULUAN Pada praktikum ini, dilakukan enam percobaan. Percobaan-percobaan itu adalah percobaan rangkaian penguat non-inverting, percobaan penguat inverting, percobaan rangkaian summer (penjumlah), percobaan rangkaian integrator, percobaan desain penguat yang dibuat sendiri, dan percobaan aplikasi persamaan differensial dengan rangkaian Op-Amp untuk oscillator. Tujuan dari praktikum ini adalah:
Membandingkan tegangan output dan input dari rangkaian penguat noninverting, inverting, penjumlah, dan integrator pada Op-Amp ideal dan OpAmp sebenarnya. Membandingkan frekuensi yang dihasilkan rangkaian oscillator dengan mengubah komponen-komponen dalam rangkaian.
Op Amp adalah penguat tegangan rangkaian listrik DC dengan terdapat perbedaan tegangan pada input-inputnya dan satu output [1]. Op-Amp yang sering digunakan adalah IC 741. IC ini dapat digunakan sebagai Op-Amp inverting, non-inverting, penjumlah, integrator, penguat selisih, dan dapat diaplikasikan dalam oscillator. Offset null 1
8 Tidak Terhubung
Inverting Input 2
7 V+
Non-inverting Input 3
6 Output
V- 4
5 Offset null
Gambar 2-1 Konfigurasi pin IC 741
Untuk mempermuadah analisis rangkaian, semua Op-Amp dianggap ideal. Pada Op-Amp Ideal, penambahan tegangan open-loop tak terhingga, resistansi input mendekati tak berhingga, dan resistansi output adalah 0. Hal tersebut menyebabkan dua kondisi yaitu tidak adanya arus pada input Op-Amp dan tegangan pada kedua input adalah 0 atau tegangan input 1 sama dengan tegangan input 2 [2]. Terdapat emapat macam rangkaian yang dirangkai pada praktikum ini [3], yaitu: a) Rangkaian penguat non-inverting yaitu rangkaian yang tegangan outputnya sama dengan arah tegangan inputnya.
V out =
−R f .V ¿ R¿
Gambar 2-2 Rangkaian Inverting
b) Rangkaian penguat inverting adalah rangkaian yang tegangan outputnya berlawanan dengan arah tegangan inputnya.
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB
1
( RR ) . V
SUC lVcr atn pcrG lV3
f
V out = 1+
¿
¿
au a k m s t u a u r b t n ud d na a ngn a a a kp n t a u g k t k k e n a a i n i l a a i i nk t s i at ke u l p i a ADCB s e l i ,r ,s t i e a a a s t d aim sa t t b on a r i rl 1a i k a - p1 o r a n
Gambar 2-3 Rangkaian Non-Inverting
Percobaan Rangkaian Penguat Inverting
c) Rangkaian penguat penjumlah adalah rangkaian yang menjumlahkan semua tegangan inputnya.
SUCdCd e au a k na m s t u g at u arab t n n utd fna t r ngee k g c u a a e t n n a s t g i n 5 a i0 n l 0 a i HV z i , n a t up r e k a e kl u - a t r ao n - gp e e n a e r k a t . o r dVarse ai k a n p n nt y u g ak a k l e l a trgi i ae a t nsir k i V s t o o = r 4 y V a p n p g P a s tik a n o s ilo s k o p d a la m D C lBAdsn a e i , k g p c u e a k nr t a ai k t a n n i l a i aVnGcg n i o a l a mu i p b V la i r n 3 g a2 n a l i s an
V out =−R f .
(
V1 V2 V + +…+ n R1 R2 Rn
)
V p Percobaan Rangkaian Penguat Summer Gambar 2-4 Rangkaian Summer
d) Rangkaian penguat integrator adalah rangkaian yang mengintegrasikan sinyal inputnya terhadap waktu. t
V out =−∫ 0
V¿ dt + V inisial R.C
SPApUmL a kt o s mu ud at r ir bn k dk ugd a fe na i lg k ngu e a a ncV s r aei a p tr n a k t s oe ni nr it lyi s at ai i n k l y A a l, a m a t i d e n g a n o s i l o s k o p atodsr i a ek ast nihb nt k l ug ia o n ca kg B s gal a k , tg ri oa aec V tp nsa Vni t sna3 i o t l - o af 2 on r i e pi Vyl k a a iu i nm e g n d p s a i n 5 V 0 o0 uVm=hd ikz i ge4 n nu V dgj n a agp d n kup i an V r n a o k n a g n k a i a n 3 aD3 n C c o u p l i n g an a li si s Percobaan Rangkaian Penguat Integrator
Gambar 2-5 Rangkaian Integrator
3. METODOLOGI Alat yang digunakan dalam praktikum adalah generator sinyal, osiloskop, multimeter, breadboard, power supply, kabel-kabel penghubung. Komponen yang digunakan adalah kabel-kabel penghubung, breadboard, IC Op Amp 741, resistor, dan kapasitor. Percobaan Rangkaian Penguat Non-Inverting
ALBRS ua m ksn au g t kn ik a ga n ei lkV o e m s m bd b ae a n l gi p a o e n u r tc s p o i u n b t ya d a e nl n d g e a n g o a s n i l o s k o p , p l o t k e d u a g e l o m b a n g ainkr n a mdo pn it pu ga ltk i td a u f a i rd an e o n k o m u t e p n u s j tai d 1 i k 0 H . 1 z V 0 p. 5 p nVs e g p k p e r t i aG n a m b a r 3 - 4 has iln ya Percobaan Rangkaian Desain
GT u n j a u k k a k n a nr a bn ag h k w a i a n y a n g hs u d b a u h n gd ai pn e a r sn i t a p r ak a V n o d d i a n Vr u i mn ab h e n a r
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB
2
Percobaan Contoh Aplikasi persamaan differensial dengan rangkaian Op-Amp untuk Osillator
KACSU uameb stama ua h t ntib fna rs likilaeink yiau naR ln 1R ds ilai1&a dn i R aC n2 1 Rjad 2da ni k 6eu . b8n ailak h Ω i R , 4 a mja ad tii 1 s 2in y a l d a n dkcatitikr awΩ ntaa,g tlckaC, fam ur,taiaebac ktatin uhtase Ctinn ds1 y i ajad l i d Ci 4 C 7 0 p F fdBs rei eC p Bk eL uCr et Li n s i d i C G a m b a r 3 -5
Gambar 3-5 Rangkaian Percobaan Oscillator
4. HASIL DAN ANALISIS Percobaan Rangkaian Penguat Non-Inverting N o
nod e
Vin (V)
Vout (V)
Vout/Vin
1
A
18
36
2
2
B
14
28
2
3
C
10
20
2
4
D
6
12
2
Gambar 3-1 Rangkaian Non-Inverting
Tabel 4-1 Hasil Perhitungan Rangkaian Penguat Non-Inverting
Gambar 3-2 Rangkaian Inverting
Gambar 3-3 Rangkaian Summer
N o
nod e
Vin (V)
Vout (V)
Vout/Vin
1
A
6,08
11,1
1.82
2
B
2,08
4,17
2,004
3
C
-1,917
-3,82
1,99
4
D
-5,93
-9,71
1,63
Tabel 4-2 Hasil Pengukuran Rangkaian Penguat Non-Inverting
R1(1 kΩ) = 986 Ω R2(1 kΩ) = 980 Ω
Gambar 3-4 Rangkaian Integrator
Dari tabel 4-2 dapat dilihat bahwa penguatan yang dihasilkan mendakati 2 atau tegangan output dua kali lebih besar daripada tegangan input dan tidak ada pengubahan polaritas atau tanda negatif atau positif. Pada node C dan D terbentuk tegangan input negatif karena tegangan acuan yang dipakai adalah 12 v dan -12 v, Hal ini juga terjadi karena perbandingan resistor yang kecil dibandingkan dengan perbandingan resistor
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB
3
di node A dan B. Perbedaan Vin dan Vout yang jauh pada hasil perhitungan dan pengukuran Op-Amp menunjukkan adanya kebenaran pada teori yang telah diungkapkan pada studi pustaka tentang OpAmp ideal dan Op-Amp tidak ideal. Nilai aktual dari resistor juga mempengaruhi hasil pengukuran rangkaian.
N o
nod e
Vin (V)
Vout (V)
Vout/Vin
1
A
10
-22
-2,2
2
B
14
-30,8
-2,2
Tabel 4-5 Hasil Perhitungan Rangkaian Penguat Penjumlah
Percobaan Rangkaian Penguat Inverting N o
nod e
Vin (V)
Vout (V)
Vout/Vin
N o
nod e
Vin 1(V)
Vin 2 (V)
Vout (V)
1
A
8
-17,6
-2,2
1
A
-1,628
4
-4,8
2
B
12
-26,4
-2,2
2
B
7,4 m
4
-4
Tabel 4-3 Hasil Perhitungan Rangkaian Penguat Inverting
Tabel 4-6 Hasil Pengukuran Rangkaian Penguat Penjumlah
R1(1kΩ) = 977 Ω
N o
nod e
Vin (V)
Vout (V)
Vout/Vin
1
A
-1,628
3,529
-2,16
2
B
7,4 m
-20,4m
-2,75
Tabel 4-4 Hasil Pengukuran Rangkaian Penguat Inverting
R1(1kΩ) = 977 Ω R2(2,2kΩ) = 2,107 kΩ R3(3,3 kΩ) = 3,1 kΩ R4(2,2 kΩ) = 2,083 kΩ R5(1,1 kΩ) = 1,059 kΩ
R2(2,2kΩ) = 2,107 kΩ R3(3,3 kΩ) = 3,1 kΩ R4(2,2 kΩ) = 2,083 kΩ R5(1,1 kΩ) = 1,059 kΩ Pada tabel 4-6 node A didapat tegangan output -4,8 yang merupakan penjumlahan dari penguatan dua tegangan yaitu -1,628 v dan 4 v, dan masing-masing dikuatkan sebesar 2. Hal ini membuktikan benarnya teori pada bab studi pustaka diatas dimana terjadi penguatan di setiap input dan terjadi penjumlahan semua input. Nilai aktual resistor dan tidak idealnya Op-Amp juga memperngaruhi hasil yang didapatkan.
Vin = -2,00 V saat Vout = 4 Vpp Pada data tabel di atas dapat dikatakan bahwa tegangan yang keluar dari Op-Amp akan mendapat penguatan mendekati -2 seperti pada hasil perhitungan dan perubahan polaritas atau tanda tegangan disebabkan fungsi dari Op-Amp itu sendiri sebagai inverter atau pembalik. Ketidaksamaan data hasil perhitungan dan data hasil pengukuran diakibatkan oleh keadaan Op-Amp yang tidak ideal sehingga tidak memenuhi perhitungan Op-Amp yang ideal dan nilai aktual resistor yang digunakan tidak tepat seperti yang digunakan pada perhitungan. Hasil inverting ini juga dapat dilihat dari pengukuran rangkaian dengan sumber berasal dari generator sinyal yang memperlihatkan bahwa tegangan outputnya akan dua kali lipat tegangan input dan terjadi perubahan polaritas tegangan.
Percobaan Rangkaian Integrator
B
A
Gambar 4-1 Integrator input 0.5 Vpp*
* = data berasal dari simulasi di multisim Time/div =1 ms/div Voltage/div A (input)= 500 mV/div Voltage/div B(output)= 10 V/div
Percobaan Rangkaian Penjumlah Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB
4
1
tidak ada yang diubah
6,5 k
B
2
R1=R2=6,8 kΩ
7,4 k
A
3
R1 & R2 ke nilai awal, C1=470 pF
7,2 k
4
C1 ke nilai awal, R4=12 kΩ
6,4 k
Gambar 4-2 Integrator 0.1 Vpp*
Tabel 4-4 Rangkaian Op-Amp untuk Oscillator*
* = data berasal dari simulasi di multisims Time/div =1 ms/div
* = data berasal dari simulasi di multisim
Voltage/div A (input)= 200 mV/div
Frekuensi pada hasil pengamatan berubahubah sesuai dengan komponen yang digunakan. Akan tetapi perbedaaan frekuensi yang didapat dari pengubahan komponen tidak terlihat signifikan. Dapat disimpulkan pengubahan komponen tidak terlalu mengubah frekuensi output.
Voltage/div B(output)= 10 V/div Dari kedua hasil diatas dapat dikatakan bahwa integarsi dari rangkaian integrator memeang terjadi. Hal ini dapat dilihat dari perubahan sinyal kotak pada input menjadi sinyal segitiga seperti Gambar 4-2. Pada gambar 4-1 sebenarnya terbentuk sinya; segitiga, tetapi karena slope tegangan mencapai batas tegangan maksimum dan minimum Op-Amp sehingga sinyal yang terbentuk tidak terbentu sinyal segitiga yang sempurna. Percobaan Desain Op-Amp
5. KESIMPULAN Penguatan Op-Amp pada rangkaian untuk rangkaian non-inverting, inverting, dan summer atau penjumlah adalah 2. Akan tetapi terdapat perbedaan tegangan input dan output yang dihasilkan dari pengukuran (Op-Amp tidak ideal) dan perhitungan (Op Amp ideal). Rangkaian integrator juga terbukti benar dan melakukan kerja sesuai fungsinya. Frekuensi yang terbentuk pada rangkaian oscillator tidak terlalu berbeda jauh saat diubah-ubah komponennya, hal ini menunjukkan tidak terbentuk perbedaan frekuensi walaupun komponen-komponen diubah.
DAFTAR PUSTAKA [1]
http://en.wikipedia.org/wiki/Operati onal_amplifier, 19 September 2013, 7.30 PM.
[2]
Charles K. Alexander dan Matthew N. O. Sadiku, Fundamentals of Electric Circuit Fourth Edition, McGrawHill, Singapura, 2009.
[3]
http://en.wikipedia.org/wiki/Operati onal_amplifier_applications, 19 September 2013, 7.30 PM.
Gambar 4-3 Desain Kombinasi 1
Percobaan Op-Amp untuk Oscillator No
Keadaan
Frekuensi di C (Hz)
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB
5
