MODUL III RANGKAIAN PENGUAT OPERASIONAL Rosana Dewi Amelinda (13213060) Asisten: Dzulfikar Shubhy (13211127) (13 211127) Tanggal Percobaan: 23/09/2014 EL2101-Praktikum Rangkaian Elektrik Laboratorium Dasar Teknik Elektro - Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB
Abstrak
filter aktif, instrumentasi, pengubahan analog ke digital dan sebaliknya. [2]
Abstrak Pada praktikum kali ini dilakukan percobaan rangkaian penguat operational amplifier. Percobaan yang Dari praktikum ini diharapakan mahasiswa mahasiswa dapat : dilakukan antar lain membuat rangkaian penguat non- a. Menyusun rangkaian pada breadboard inverting, rangkaian penguat inverting, rangkaian summer b. Memahami penggunaan operational (penjumlahan), rangkaian integrator dan rangkaian op-amp untuk oscillator. Saat percobaan, dilakukan pengukuran Vi amplifier dan Vo untuk rangkaian inverting, non-inverting dan c. Dapat menggunakan rangkaian-rangkaian rangkaian summer. Selain itu juga diamati perubahan sinyal standard operational amplifier pada input dan output yag dihasilkan dari rangkaian integrator komputasi analog sederhana. dengan merubah variable tegangan output Vpp. Kata kunci: Inverting, Non-inverting, Summer, 2. S TUDI PUSTAKA Integrator. Operational Amplifier, sering disingkat dengan sebutan Op Amp, merupakan komponen yang 1. PENDAHULUAN penting dan banyak digunkan dalam rangkaian Sebagai seorang mahasiswa elektroteknik tentunya elektronik berdaya rendah (low power). Istilah kita sudah tidak asing lagi dengan breadboard dan operational merujuk pada kegunaan op amp pada operational amplifier (Op-amp). Project board atau rangkaian elektronik yang memberikan operasi yang sering disebut sebagai breadboard adalah aritmatik pada tegangan input (atau arus input) dasar konstruksi sebuah sirkuit elektronik dan yang diberikan pada rangkaian. merupakam prototype dari suatu rangkaian Op amp digambarkan secara skematik seperti pada elektronik. Salah satu kelebihan dari breadboar gambar 1. Gambar tersebut menunjukan dua input, yaitu papan ini tidak memerlukan proses output, dan koneksi catu daya pada op amp. Simbol penyolderan (langsung menancapkan konponen di “-“ menunjukan inverting input dan “+” papan). Oleh karena itu, papan breadboard dapat menunjukan non-inverting input. Koneksi catu digunakan untuk prototype sementara serta daya pada op amp tidak selalu digambarkan dalam membantu dalam bereksperimen desain sirkuit diagram, namun harus dimasukan pada rangkaian elektronika. Berbagai system elektronika dapat di yang sebenarnya. prototypekan dengan menggunakan breadboard, mulai dari sirkuit analog dan digital kecil hingga Gambar 1 Simbol penguat op amp membuat unit pengolah terpusat (CPU). [1] Sedangkan Operational amplifier (op-amp) adalah komponen yang sering digunakan untuk penguat tegangan. Dengan op-amp kita dapat memperkuat tegangan output menjadi beberapa kali lipat tegangan input. Untuk memperoleh tegangan output yang diinginkan, kita dapat merubah rangkaian menjadi beberapa jenis rangakaian op amp (inverting, non-inverting, summer dll). Op amp banyak dimanfaatkan dalam peralatanperalatan elektronik sebagai penguat, sensor, IC Op Amp 741 mengeraskan suara, buffer sinyal, menguatkan sinyal, dan mengintegrasikan sinyal. Selain itu op amp digunakan juga dalam pengaturan tegangan, Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB
1
Gambar 2 Konfigurasi pin IC Op amp 741
Gambar 3 Rangkaian penyangga (voltage follower)
Gambar 4 Rangkaian penguat inverting op amp
IC op amp yang digunakan pada percobaan ini ditunjukan pada gambar 2. Rangkaian op amp ini dikemas dalam bentuk dual in-line package (DIP). DIP memiliki tanda bulatan atau strip pada salah satu ujungnya untuk menandai arah yang benar dari rangkaian. Pada bagian atas DIP biasanya tercetak nomor standard IC. Perhatikan bahwa penomoran pin dilakukan berlawanan arah jarum jam, dimulai dari bagian yang dekat dengan tanda Gambar 5 Rangakaian penguat non-Inverting op amp bulatan/strip. Pada IC ini terdapat dua pin input, dua pin power supply, satu pin output, satu pin NC (no connection), dan dua pin offset null. Pin offset null memungkinkan kita untuk melakukan sedikit pengaturan terhadap arus internal di dalam IC untuk memaksa tegangan output menjadi nol ketika kedua input bernilai nol. Pada op amp tidak terdapan pin “ground”, hal ini dikarenakan op amp menerima referensi ground dari rangkaian dan komponen eksternal. Gambar 6 Penguat selisih Meskipun pada IC yang digunakan pada eksperimen ini hanya berisi satu buah op amp, terdapat banyak tipe tipe IC lain yang memiliki dua buah atau lebih op amp dalam suatu kemasan DIP. IC op amp memiliki kelakuan yang sangat mirip dengan konsep op amp ideal pada analisis rangkaian. Terdapat batasan-batasan yang perlu diperhatikan pada percobaan op amp. Pertama, tegangan maksimum power supply tidak boleh melebihi rating maksimum, biasanya ± 18 V, karena 2.1 JUDUL SUB-BAB akan merusak IC. Kedua, tegangan output dari IC op amp biasanya satu atau dua volt lebih kecil dari Sub-bab pada percobaan ini, yaitu : tegangan power supply. Sebagai contoh, tegangan a. Rangkaian penguat non-inverting swing output dari suatu op amp dengan tegangan b. Rangkaian penguat inverting supply 15 V adalah ±13 V. Ketiga, arus output dari sebagian besar op amp memiliki batas pada 30 mA, c. Rangkaian summer (penjumlah) yang berarti bahwa resistansi beban yang d. Rangkaian integrator ditambahkan pada output op amp harus cukup besar sehingga pada tegangan output maksimum, e. Desain arus output yang mengalir tidak melebihi batas arus f. Contoh aplikasi persamaan differensial maksimum. dengan rangkaian op amp untuk oscillator Rangkaian standard op amp : 3. METODOLOGI Pada percobaan modul 3 ini, alat dan bahan yang digunakan yaitu : a.
Power supply
(2 buah)
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB
2
b. Generator sinyal
(1 buah)
c.
(1 buah)
Osiloskop
d. Kabel BNC– BNC–probe jepit (2 buah) e.
Kabel BNC-BNC
(1 buah)
f.
Kabel 4 mm- 4 mm
(max 5 buah)
(2 buah)
i.
Breadboard
(1 buah)
j.
Kabel jumper
(I meter)
k. IC Op amp 741
(7 buah)
l.
(1 buah)
Kapasitor 1 nF
m. Resistor 1 kΩ
(6 buah)
n. Resistor 1.1 kΩ
(2 buah)
o. Resistor 2.2 kΩ
(7 buah)
p. Resistor 3.3 kΩ
(4 buah)
Disambungkan Vp ke titik C, dicatat nilai Vin dan Vo
f.
Disambungkan Vp ke titik D, dicatat nilai Vin dan Vo
g. Dicatat hasilnya dalam Buku catatan Laboratorium
g. Kabel 4mm– 4mm– jepit buaya (max 5 buah) h. Multimeter digital
e.
2.
Rangkaian penguat inverting a.
Disusun rangkaian seperti gambar 8 dibawah ini
Gambar 8 Rangkaian Rangkaian percobaan penguat penguat inverting
Pada praktikum ini digunakan tegangan catu + 12 V dan – 12 V untuk rangkaian op amp. Bebrapa percobaan yang dilakukan, yaitu :
b. Diukur dan dicatat nilai aktual resistor yang digunakan
1.
c.
Rangkaian penguat non-inverting a.
Disusun rangkaian seperti gambar 7 dibawah ini
Disambungkan Vp ke titik A, dicatat nilai Vin dan Vo
d. Disambungkan Vp ke titik B, dicatat nilai Vin dan Vo
Gambar 7 Rangkaian percobaan penguat non-inverting
e.
Dicatat hasilnya pada Buku Catatan Laboratorium
f.
Selanjutnya dipasang generator sinyal sebagai Vin dengan frekuensi 500 Hz. Diatur keluaran generator sinyal sehingga menghasilkan output op-amp (Vout) sebesar 4 Vpp
g. Dicatat besar tegangan Vin pek to peak. Dipastikan setting osiloskop menggunakan DC coupling. 3.
Rangkaian summer (penjumlah) a.
b. Diukur dan dicatat nilai actual resistor 1 kΩ. c.
Dimodifikasi rangkaian pada gambar 11 dengan menambahkan input lain (Vin2) dari generator sinyal, seperti gambar 9
Disambung Vp ke titik A, dicatat nilai Vin dan Vo
d. Disambungkan Vp ke titik B, dicatat nilai Vin dan Vo
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB
3
Gambar 9 Rangkaian percobaan penguat summer
hasilnya dalam Laboratorium.
Buku
Catatan
d. Dilakukan langkah a (percobaan 4) dengan mengubah amplitude sebesar 0.1 Vpp dan bandingkan hasilnya. 5.
Desain a.
Dibuka sambungan dari titik C ke rangkaian. Dipasang generator sinyal sebagai Vin dengan frekuensi 500 Hz. Diatur keluaran generator sinyal sehingga mengkhasilkan output op amp sebesar 4 Vpp.
6.
4.
Disambungkan Vp ke titik B, dicatat nilai Vin dan Vo.
f.
Dicatat hasilnya dalam Buku Catatan Laboratorium.
sudah
Contoh aplikasi persamaan differensial dengan rangkaian op amp untuk oscillator a.
Disusun rangkaian pada rangkaian gambar 11 dibawah.
Gambar 11 Rangkaian percobaan Oscillator
d. Disambungkan Vp ke titik A. Diamati dengan menggunakan osiloskop dan dicatat nilai Vin serta Vo. Dipastikan setting osiloskop menggunakan DC coupling. e.
yang
b. Ditunkukan pada asisten bahwa hubungna antara Voutput dan Vinput pada rangkaian adalah benar. (digunakan tegangan input va sekitar 0.5 V dan tegangan Vb sekitar 0.1 Vpp.
b. Diukur dan dicatat nilai actual resistor yang digunakan. c.
Digunakan rangkaian dipersiapkan dirumah.
Rangkaian integrator a.
Dibuat susunan rangkaian seperti pada gambar 10.
b. Dicatat frekuensi yang dihasilkan di titik C, dan dicatat hasilnya dalam BCL.
Gambar 10 Rangkaian percobaan integrator
c.
Diubah nilai R1 dan R2 menjadi 6.8 kΩ. diamati sinyal yang muncul dititik C. Dicatat frekuensinya di BCL
d. Dikembalikan R1 & R2 ke nilai awal. Lalu diubah nilai C1 menjadi 470 pF. Diamati sinyal yang muncul di titik C dan dicatat frekuensinya dalam BCL e.
Dikembaikan C1 ke nilai awal dan diubah R4 menjadi 12 kΩ. Diamati sinyal yang muncul di titik C dan dicatat frekuensinya d BCL.
4. H ASIL DAN A NALISIS NALISIS b. Dirangkai Vs dengan sinyal kotak menggunakan generator sinyal pada Dari percobaan yang dilakukan, didapatkan data sebagai berikut : frekuensi i kHz 0.5 Vpp. c.
Diamati gelombagn output dengan menggunakan osiloskop. Plot kedua gelombang input dan output. Dicatat
Rangkaian penguat non-inverting Nilai actual resistor 1 kΩ = 1 kΩ
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB
4
Table 1 Nilai Vin dan Vout Vout hasil perhitungan dan pengukuran pada rangkaian rangkaian non-inverting
Rangkaian penguat inverting
Table 2 Nilai Vin dan Vout hasil hasil perhitungan dan pengukuran pada rangkaian rangkaian inverting
Perhitungan
Perngukuran
Titik
Penguatan Vi (V)
Vo(V)
Vi (V)
Vo (V)
A
6
12
5.99
10.95
1.82
B
2
4
1.991
-9.24
-4.64
C
-2
-4
-1.974
-3.92
1.98
D
-6
-12
-5.98
-9.24
1.54
Pengukuran Titik
Penguatan Vi
Vo
A
5.8
-10.02
-1.73
B
5.72
-10.02
-1.75
Dari percobaan pengukuran pada rangkaian inverting didapatkan nilai penguatan sebesar -1.73 dan -1.75. Sedangkan nilai penguatan yang diharapkan yaitu kurang lebih -2.2 .Hal ini kemungkinan disebabkan oleh factor IC, toleransi alat ukur, op am yang tidak ideal atau ketidaktelitian praktikan dalam melakukan percobaan. Namun dapat dilihat bahwa nilai penguatan hasil pengukuran telah mendekati nilai penguatan hasil perhitungan sehingga hal tersebuat membuktikan rumus penguatan pada rangkaian inverting. Dipasang generator sinyal sebagai Vin dengan frekuensi 500 Hz dan diatur keluarannya sehingga menghasilkan output op-amp sebesar 4 Vpp. Didapatkan gambar pada osilator sebagai berikut
Pada percobaan percobaan pertama telah dilakukan pengujian untuk rangkaian non-inverting. Setelah disusun rangkaian seperti gambar 7, lalu rangkaian hubungkan ke power supply dan diukur nilai tegangan input dan tegangan output. Sebelumnya telah dilakukan perhitungan untuk nilai tegangan input dan output terlebih dahulu dengan menggunakan rumus pembagi tegangan. Didapatkan nilai tegangan terhitung. Lalu dengan menggunakan rangkaian yang telah dibuat kemudian diukur nilai tegangan input dan output untuk tiap-tiap kondisi. Kondisi pertama yaitu saat switch dihubungkan ke titik A, didapatkan Vin dan Vout. Selanjutnya switch dipindah ke titik B lalu diukur tegangan input dan outputnya. Hal ini juga Gambar 12 tampilan osiloskop pada rangkaian penguat berlaku untuk mengukur tegangan input dan inverting output pada titik C dan D. Setelah semua data tegangan input dan output didapatkan, kemudian dicarai hubungan antara keduanya. Dengan menggunakan rumus untuk rangakaian penguat non-inverting didapatkan hubungan seharusnya Voutput sama dengan kurang lebih 2 kali V-input. Namun berdasarkan hasil pengukuran nilai tegangan didapatkan nilai V-output berkisar antara 1.5-2 kali V-input. Hal ini disebabkan oleh beberapa factor seperti factor IC, factor op amp yang tidak ideal dan adanya nilai toleransi. Sedangkan untuk titik B didapatkan nilai V-output yang jauh dari nilai perhitungan. Hal ini kemungkinan disebabkan oleh toleransi alat ukur atau kekurangtelitian praktikan dalam melakukan percobaan. Namun secara garis besar dapat dikatakan hasil tersebut membuktikan kebenaran rumus rangkaiaan penguat non-inverting.
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB
5
Gambar 16 Input dan output rangkaian integrator ( 0.5 Vpp)
Rangkaian summer
Nilai actual resistor masing-masing masing-masing yaitu 3.233 kΩ, 1.077 kΩ, dan 2.158 kΩ. Table 3 Nilai Vin dan Vout Vout hasil perhitungan dan pengukuran pada pada rangkaian summer (penjumlahan) (penjumlahan)
Pengukuran Titik Vi
Vo
A
3.227
8.10
B
2.640
8.08
Gambar pada osiloskop untuk gelombang input yaitu berupa sinyal kotak sedangkan pada osiloskop untuk gelombang output yaitu berupa garis-garis yang menjadi miring dan lebih tinggi jika dibandingkan dengan sinyal input. Hal ini karenakan telah terjadi penguatan pada sinyal input sehingga sinyal outputnya menjadi lebih tinggi dibandingkan dengan sinyal output. Lalu saat amplitude tegangan dinaikan menjadi 0.2 Vpp, penguatan lebih jelas terlihat, yaitu sebagai berikut :
Gambar 13 Tegangan input dan output titik A
Gambar 17 Input dan output rangkaian integrator (0.2 Vpp)
Gambar 14 Tegangan input dan output titik B
Tegangan output pada op amp rangkaian penguat summer diperoleh dengan menjumlahkan tegangan pada titik A dan titik B. Hasil penjumlahan yang diperoleh sebagai berikut :
Desain Telah dibuat rangkaian sebagai berikut :
Gambar 18 Rangkaian desain
Gambar 15 tegangan input dan output summer
Rangkaian intergrator
Frekuensi generator sinyal yaitu 1 kHz dengan tegangan peak to peak sebesar 0.5 Vpp. key A : sumber tegangan sebesar Va key B : sumber tegangan sebesar Vb rangkaian diatas memiliki persamaan :
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB
6
∫
Data praktikum ”Contoh aplik asi asi persamaan
Contoh aplikasi persamaan differensial dengan rangkaian op amp untuk oscillator
Gambar 19 Op amp untuk oscillator
differensial dengan rangkaian op amp untuk oscillator” didapatkan dari percobaan kelompok Revie Marthensa (13213118) yang melakukan praktikum shift selasa (23 September 2014) 2014) diruaang laboratorium-2 laboratorium-2 [1]. http://www.aisi555.com/201 http://www.aisi555.com/2011/07/mengen 1/07/mengenal al -project-board-atau-bread-board.html, 24 September 2014, 7:45 [2]. http://jendeladenngabei.blogspot.com/2013 /01/operational-amplifier-op-amp.html, 23 September 2014, 16:42
Dari rangkaian diatas didapatkan gambar gelombang dan nilai frekuensi sebagai berikut : Gambar 20 Rangkaian op amp untuk oscillator
Didapatkan data yaitu saat kapasitor bernilai 1 nF, nilai frekuensi yang dihasilkan yaitu sebesar 10.2931 kHz. Sedangkan saat kapasitor diubah nilainya menjadi 470 nF, frekuensi yang dihasilkan yaitu sebesar 12.4863 kHz. Hal ini menunjukan bahwa semakin kecil nilai kapasitor yang digunakan maka semakin besar frekuensi yang dihasilkan. 5.
K ESIMPULAN ESIMPULAN
Dari percobaan didapatkan kesimpulan :
Telah disusun rangkaian pada breadboard. Telah dipahami penggunaan operational amplifier. Telah digunakan rangkaian-rangkaian standar operational amplifier pada komputasi analog sederhana. D AFTAR PUSTAKA
Mervin T Hutabarat, Praktikum Rangkaian Elektrik, Laboratorium Dasar Teknik Elektro ITB,Bandung, 2014. Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB
7
