ELEKTRONIKA DASAR 2
Elektronika Dasar 2
Modul 5 183
ELEKTRONIKA DASAR 2
PENERAPAN OP-AMP
1.
Pengantar
Pada modul 5 Anda telah belajar tentang dasar-dasar op-amp. Anda telah belajar menggunakan op-amp untuk memperkuat isyarat, menjumlahkan isyarat, melakukan integral dan diferensial, dan guna membandingkan isyarat dengan suatu tegangan dc. Anda juga telah belajar tentang tanggapan frekuensi penguat op-amp dan juga tentang hambatan masukan dan hambatan keluaran op-amp. Pada modul ini akan dibahas beberapa penerapan op-amp, agar Anda mengetahui bagaimana op-amp digunakan untuk pengelolaan isyarat audio, pengaturan tegangan dan arus; dan penerapan op-amp sebagai penguat diferensial. Tiga buah contoh penerapan op-amp ini hanyalah beberapa dari sekian banyak penerapan op-amp. Dengan memahami tiga jenis penerapan op-amp ini diharapkan Anda dapat memahami penerapan-peneraoan yang lain. Selain itu hal-hal yang akan dibahas di sini akan bermanfaat untuk membina hasta karya elektronika. Contoh penerapan pertama berhubungan dengan pra penguat kaset yang mengolah isyarat dari kepala kaset dan rangkaian kendali nada aktif, yang memperkuat bagian frekuensi rendah dan frekuensi tinggi pada musik agar dihasilkan bunyi musik yang tajam dan mantap. Contoh penerapan kedua menyangkut penggunaan op-amp pada pengaturan tegangan dan arus yaitu upaya agar tegangan catu daya atau catu arus dipasang catu tegangan tetap diperlukan pada setiap peralatan pengguanaan dioda sebagai sensor suku, motor kaset, dan sebagainya. Contoh penerapan ketiga tentang penguat diferensial yang dapat digunakan untuk mengolah isyarat mengambang yaitu dengan sumber yang kedua ujungnya terlepas dari tanah. 2.
Tujuan Instruksional Umum
Setelah selesai melakukan seluruh kegiatan belajar pada modul ini Anda diharapkan telah memiliki kemampuan berikut: a. Menggunakan pengetahuan tentang sifat-sifat dasar op-amp untuk membahas berbagai penerapan op-amp b. Menjelaskan latar belakang berbagai penerapan op-amp c. Melakukan berbagai penerapan op-amp untuk berbagai kegiatan hasta karya elektronika
184
ELEKTRONIKA DASAR 2
3.
Tujuan Instruksional Khusus
Secara lebih terperinci, setelah selesai melaksanakan kegiatan modul ini Anda diharapkan telah memiliki kemampuan-kemampuan berikut: a. Menjelaskan kerja rekaman pada pita mengetik dan pengambilan informasi dari pita mengetik. b. Menjelaskan kerja rangkaian pengelohan isyarat untuk merekam dan isyarat dari pita magnetic pada pra penguat kaset c. Menjelaskan kerja rnagkaian pengolahan isyarat musik agar dihasilkan ciri tanggapan frekuensi tertentu. d. Menjelaskan rangkaian pengatur arus tetap e. Menjelaskan
kerja
dan
penerapan
rangakaian
penguat
diferensial
menggunakan op-amp.
185
ELEKTRONIKA DASAR 2
4.
Kegiatan Belajar
4.1 Kegiatan Belajar 1 PENGELOLAAN ISYARAT AUDIO 4.1.1 Uraian dan Contoh 4.1.1.1
Pengantar
Pengelolaan isyarat kaset mencakup pra-penguatan utuk menghasilkan isyarat yang sesuai dengan sifat-sifat kepala kaset. Tanggapan frekuensi isyarat kaset mempunyai tegangan isyarat rendah pada frekuensi rendah dan tegangan isyarat yang besar pada daerah frekuensi tinggi. Oleh sebab itu pra penguat kepala kaset harus mempunyai penguatan besar pada frekuensi rendah dan penguatan kecil pada frekuensi tinggi agar isyarat keluaran mempunyai tegangan isyarat yang sejauh mungkin tak banyak bergantung pada frekuensi. Keluaran prapenguat kaset diolah lebih lanjut oleh pengatur nada (time control), agar diperoleh isyarat dengan bas yang kuat dan treble (suara tinggi) yang jernih dan tajam. Pengatur nada yang dibahas di sini adalah jenis pengatur nada Baxandall aktif. Sebelum membahas pra penguat kepala kaset kita perlu memahami sedikit bagaimana suara atau musik disimpan dalam pita kaset. 4.1.1.2
Rekaman dan Reproduksi Suara dengan Pita Magnetik
Pada perekaman magnetic isyarat dari arus listrik menghasilkan fluks magnetic pada kepala kaset yang bekerja sebagai kepala perekam. Fluks magnetic ini tersimpan di dalam pita magnetic yang bergerak relatif kepala kaset (Gambar 1).
186
ELEKTRONIKA DASAR 2
I (t)
Kepala kaset
Lapisan oksida besi
{
Fluks terekam
v (a)
(a) pita kaset rekaman
V(t)
(b)
Arus i(t) dihasilkan oleh bunyi yang akan direkam. Kepala kaset tak lain adalah suatu elektromagnet yang menghasilkan flugs magnet sesuai dengan arus isyarat yang masuk. Fluks isyarat ini disimpan di dalam bahan feromagnetik berupa lapisan oksida besi pada permukaan pita magnetik. Pada waktu kaset berganti menjadi pembangkitr tegangan imbas yang disebabkan oleh perubahan fluks magnetic karena fluks yang terekam dalam pita melewati kepala kaset. Tegangan imbas yang dihasilkan pada kepala kaset ini kemudian diperkuat untuk menghasilkan suara. Tanggapan frekuensi kepala kaset adalah seperti pada gambar 2.
187
ELEKTRONIKA DASAR 2
Tanggapan frekwensi kepala kaset (tanpa penyamaan)
Tanggapan frekwensi kepala kaset (penyamaan rekaman)
V0/V1
30 dB
dengan penyamaan
20
10
0
20
50
100
200
500
1K
2K
5K
10K
20K
50K
100K
Gambar 2
Kita lihat bahwa untuk frekuensi di bawah
adalah linier terhadap
frekuensi. Perhatikan bahwa sumber vertikal adalah dalam dan sumbu mendatar menggunakan skala logaritmik. Diatas frekuensi 3 KHz tanggapan frekuensi turun dengan amat tajam. Ini disebabkan oleh lebar celah kutub magnet yang membatasi jarak terkecil antara dua rekaman fluks berturutan. Jadi oleh rekaman isyarat frekuensi rendah akan teredam. Makin tinggi frekuensi makin kurang redamannya, hungga satu nilai frekuensi tertentu. Pelemahan isyarat main dari kepala kaset pada frekuensi tinggi akan membatasi kemampuan kaset untuk menghasilkan frekuensi tinggi (trable) sehingga bunyi yang dihasilkan akan terdengar tumpul. Untuk mengatasi masalah turunnya isyarat keluaran kepala kaset pada frekuensi tinggi, maka prapenguat perekam harulah memiliki tanggapan frekuensi datar hingga nilai frekuensi untuk mana isyarat kepala kaset turun tajam, dan selanjutnya penguat bertambah dengan frekuensi, seperti tampak pada grafik dengan garis putus-putus pada gambar 2.
Rangkaian untuk menghasilkan ekualisai ini adalah seperti pada gambar 3.
188
f (log)
ELEKTRONIKA DASAR 2
1,14
Isyarat bias
+24 V (6)
+
L1 R9 200K
Kepal kaset
(7,8)
LM381 3,12
R4 22K
-
C6
V0
Sumber isyarat 2,13
R6 150 R5 1K2
R8 33
C2 20mf
C5 0,27mf
Gambar 3 Rangkaian prapenguat rekam Rangkaian ini menggunakan op-amp LM 381, yaitu op-amp yang khusus dibuat untuk keperluan audio. Ic LM 381 berisi dua buah op-amp, sehingga dapat digunakan untuk membuat prapenguat kaset stereo. Nomor-nomor kaki dicantumkan pada gambar 2, untuk kedua buah op-amp di dalam IC. LM 381 dapat bekerja dengan satu tegangan unipolar (+ V dalam tanah). Agar tegangan dc pada keluarga sama dengan setengah V CC perlu dipasang R4 dan R5. Kapasitor C2 mempunyai nilai cukup besar 20 untuk membuat agar R6 bersama dengan R8, C5 dan R5 membentuk umpan balik reaktif sehingga dihasilkan tanggapan frekuensi prapenguat rekam seperti yang diharabkan, yaitu seperti pada gambar 2. Resistor R9 dipasang agar dilihat dari V0 penguat mempunyai hambatan keluaran yang besar sehingga penguat akan berprilaku seperti suatu sumber arus. Indikator L1 dan kapasitor C6 yang merupakan rangkaian LC paralel akan mempunyai impedensi maksimum pada frekuensi,
√
, yaitu frekuensi
isyarat bias. Isyarat ini biasanya mempunyai frekuensi 100 KHz yang merupakan bantalan isyarat audio, agar cacat isyarat yang terekam karena sifat magnetik teras magnet kepala rekam menjadi berkurang (Gambar 4).
189
ELEKTRONIKA DASAR 2
B Lengkung B(H)
0
H
Isyarat bias
Gambar.4 Penggunaan isyarat bias untuk mengatasi ketaklinearan lengkung B(H) pada teras kepala rekam.
Pada Gambar 4 besaran B adalah induksi magnet yang menyatakan banyaknya senko yang terekam dalam pita, dan H adalah intensitas magnetik, yang sebanding dengan arus rekam. Pada reproduksi suara (play back) dalam rekaman yang ada dalam pita magnetik digunakan penguat dengan tanggapan frekuensi tertentu, yaitu yang menguatkan isyarat frekuensi, lebih besar daripada isyarat-isyarat frekuensi tinggi, (Lihat Gambar 5).
60 50 40 30 20 10 0
20
50
100
200
500
1k
2k
5k
10k
100k
Frekuwensi : Hz (Log)
Gambar 5. Tegangan penguat playback Tampak bahwa untuk frekuensi di bawah 50 Hz isyarat diperkuat sebesar 60 dB = 1000 X dan untuk isyarat dengan frekuensi lebih 2 KHz penguat hanyalah 30 dB = 30X. Hal ini dibuat dengan mengimbangi keluran kepala kaset playback yang lemah pada frekuensi rendah dan kuat pada frekuensi 190
ELEKTRONIKA DASAR 2
tinggi. Dengan demikian diharapkan keluran penguat playback akan memberikan keluaran yang sama kuat untuk isyarat dari kaset bagi seluruh daerah frekuensi audio. Rangkaian penguat playback yang menghasilkan tanggapan frekuensi di atas adalah seperti pada Gambar 6.
0,1 mf
9 (1,8) (2,7)
24 V
+ LM381 -
(4,5) C4 68n
(3) R4 47K
Kepala kaset
R5 2,5K
R7 1K2
V0
R6 12 Ω C2 220mf
Gambar 6. Rangkaian prapenguat kaset untuk playback Resistor R4 dan R5 adalah untuk panjar tegangan,agar tegangan dc pada keluaran mempunyai nilai ½ VCC . Komponen-komponen R4, R6, R7 dan R6 membentuk rangkaian umpan balik negatif yang menghasilkan tanggapan frekuensi yang diinginkan. Pada daerah frekuensi tinggi kapasitansi C4 mempunyai reaktansi kecil, sehingga R4 menjadi paralel dengan R7. Oleh karena penguatan pada frekuensi tinggi akan turun, sehingga suara kaset yang dihasilkan akan banyak mengandung suara bas.
4.1.1.3 Pengtur Nada
Prapenguat playback yang mengolah isyarat reproduksi suara dari pita kaset mempunyai tanggapan frekuensi yang datar. Apabila keluaran prapenguat ini langsung diperkuat oleh penguat daya suara yang dihasilkan akan terdengar datar pula. Pada umumnya orang lebih suka mendengar musik dengan nada bas kuat dan nada trebel (suara tinggi) kuat pula. Dengan demikian musik yang dihasilkan akan terdengar mantap dan tajam. Bentuk tanggapan frekuensi yang diinginkan adalah seperti pada Gambar 7.
191
ELEKTRONIKA DASAR 2
Penguatan
Bass dan Trebel maksimum
20 KHz 10
Bass dan Trebel Sedang
8 6
4 2
0 1
10
100
1K
10K
100K F (log) Hz
Gambar 7 Untuk memperoleh tanggapan frekuensi seperti di atas digunakan rangkaian kendali nada (tone-control). Suatu bentuk rangkaian kendali nada yang sering digunakan adalah rangkaian kendali nada Baxandall aktif dengan op-amp, seperti pada Gambar 8. C1 0,1 C1 0,1
R1 100K
Bass
2 OA I
1
C2 1mf
R5 11K
RV1 100K
R4 -11K
a
b
3 Vi
R3 24K
+
1 LM 349
C5 0,05
C3 0,05
+1M C6 0,1
R5 11K 5 -
6 7
C5 0,005
R6 3K9
OA 2
6
111 LM 349 + V0
c
d RV2 Trebel
R7 3K9
-1M
C7 0,1
Gambar 8. Rangkaian kendali nada Baxandall aktif
Op-amp OA1 berfungsi sebagai penyangga oleh adanya hambatan keluaran yang amat kecil. Penguatan tahap ini adalah sama dengan:
Tahap OA2 adalah untuk pengendali nada, yaitu menguatkan daerah frekuensi rendah (bas) dan bagian frekuensi tinggi (trebel). Untuk bas maksimum maka kontak geser potensometer RV1 harus ada di titik a, dan untuk trebel maksimum kontak geser Rv2 harus ada di titik c. Pada keadaan ini rangkaian kendali nada menjadi seperti pada Gambar 9.
192
ELEKTRONIKA DASAR 2
RV1 100K
R4 10K
R3 10 K C4 (0,05)
OA 2
C5 0,005
+
Vi
V0
R6 3K9
RV2 500K
R7 3K9
Gambar 9. Rangkaian kendali nada baxandall untuk keadaan bas dan trebel maksimum Untuk daerah frekuensi rendah reaktansi kapasitor C4 mempunyai nilai amat besar sehingga dapat dianggap terbuka. Untuk daerah frekuensi ini reaktansi kapasitor C5 amatlah besar sehingga dapat dianggap terbuka, sehingga R 6, RV2 dan R7 tak membentuk umpan balik, sehingga tak berpengaruh pada penguatan adalah kira-kira sama dengan:
Untuk daerah frekuensi tinggi reaktansi kapasitor C 4 menjadi amat kecil sehingga dapat dianggap terhubung singkat, sehingga RV 1 tak lagi berpengaruh terhadap penguatan. Sebaliknya pada daerah frekuensi tinggi reaktansi kapasitor C5 menjadi amat kecil, sehingga dapat dianggap terhubung singkat pula. Oleh karena itu kini R 6, RV2 dan R7 membentuk umpan balik dan penguatan menjadi.
4.1.2 Latihan 1 1)
2)
Beri keterangan mengapa tegangan isyarat yang fihasilkan oleh isyarat rekam dengan frekuensi rendah lebih daripada isyarat dengan frekuensi tinggi. Beri keterangan mengapa tanggapan frekuensi hasil rakaman turun dengan curam pada frekuensi di atas 15 KHz
193
ELEKTRONIKA DASAR 2
3)
Menggunakan sumbu tegak menyatakan penguatan dalam dB dan sumbu horisontal menyatakn frekuensi dengan skala logaritmik, lukiskan bentuk tanggapan frekuensi penguat playback dan beri keterangan
4)
Pada rekaman magnetik orang menggunakan bias, apa maksutnya?
5)
Perhatikan Gambar 3 a. Terangkan apa yang terjadi jika R8 diperbesar b. Terangkan fungsi R9 c. Terangkan fungsi indikator L1 dan C6
6)
Perhatikan gambar 6 a. Terangakan fungsi R5 b. Terangkan apa yang terjadi jika R7 diperbesar
7)
Perhatikan gambar 8 a. Berapa hambatan masukkan seluruh rangkaian? b. Apa yang terjadi jika C5 diperbesar?
8)
Perhatikan gambar 9 Perapa penguat oleh ranngkaian bas pada frekuensi tinggi?
Kunci jawaban latihan 1 1.
Tegangan isyarat dari rangkaian sebanding dengan impedensi kumparan kepala kaset yaitu sebading dengan
oleh sebab itu untuk
frekuensi rendah diperoleh regangan isyarat yang rendah pulah. 2.
Tanggapan frekuensi hasil rekaman turun dengan curam untuk isyarat dengan frekuensi
diatas 15 KHz sebab kemampuan frekuensi tinggi
dibatasi oleh jarak antara fluks dalam pita magnet tidak mungkin lebih kecil dari lebar magnet tidak mungkin lebih kecil dari lebar celah magnet pada kepala kaset 3.
Av dB
0
F(log)
194
ELEKTRONIKA DASAR 2
Isyarat frekuensi rendah
harus diperkuat lebih banyak dari isyarat
frekuensi tinggi sehubungan dengan tanggapan frekuensi dari kepala kaset play back yang lemah pada frekuensi rendah. 4. Isyarat bias digunakan untuk mengatasi sifat tak linier pada lengkung B-H kepala kaset agar tak terjadi cacat bentuk isyarat keluaran. 5. Pada gambar 3 a. Jika R8 diperbesar pada frekuensi tinggi saat C5 mempunyai reaktansi kecil penguap berkurang sebab
10 b. R9
berfungsi
untuk
membuat
prapenguat
rakam
berperilaku
sebagai sumber arus tetap c. Fungsi inductor L1 dan C6 adalah untuk membuat agar isyarat bias tak mempengaruhi kerja op-amp 6. Gambar 6 a. Adalah
untuk memberi
tagangan
panjar pada
op-amp
agar
tegangan dc keluaran sama dengan Vcc b. Kalau R7 diperbesar maka isyarat frekuensi tinggi akan lebih besar penguat
nya
sehingga
bunyi
yang
dihasilkan
akan
banyak
mengandung treble. 7. Gambar 8 a. Hambatan masukan rangkaian adalah Ri =R1 =100K karena masukan tak membalik pada tanah virtual. b. Kalau C5 diperbesar maka tanggapan frekuensi treble mulai bekerja pada frekuensi ang terlalu rendah, maka akibatnya pengurangan penguat pada daerah frekuensi tengah terlalu banyak (lihat gambar).
Av d anggapan 0 Anggapan bas
Gambar 11 tanggapan basis
195
ELEKTRONIKA DASAR 2
8. Lihat gambar
9 pada frekuensi tinggi C3 dan C4 terhubung singkat
maka RV1 terhubung singkat pula sehingga penguat oleh rangkaian bas menjadi.
4.1.3 rangkuman Pada kegitan belajar ini and telah belajar tenatang penerapan op-amp pada pengelahan isyarat kaset kaset
audio. Pada dasarnya kita memerlukan
panguat dengan tanggapan frekuensi terlalu, sesuai dengan tanggapan frekuensi sumber isyarat. Untuk mendapat memahami bentuk tanggapan frekuensi yang diperlukan. Pada penguat rekam dan penguat main ada (play back) kita perlu memahami tanggapan frekuensi kepala kaset dan dasar kerja rekaman manegnetik. Karena
batasan
pada
kecepatan
gerak
pita
kaset
dan
batas
celah
elektromagnetik pada kepala kaset maka penguat rekam dan main ulang berbeda.
Penguat
perekam
dibuat
dengan
tanggapan
frekuensi
yang
memperlebar tanggapan frekuensi pita kaset oleh karana keterbatasan kecapatan gerak pita kaset dan lebar celah elektromagnetik. Penguat main ulang dirancang untuk mengatasi tanggapan kepala kaset yang lemah pada frekuensi rendah oleh karena pada waktu merekam besar fluk yang direkam adalah sebanding dengan
adalah frekuensi sudut
isyarat dan L induksi lilitan kawat pada kepala kaset. Tanggapan frekuensi yang sesuai dengan dihasilkan oleh umpan balik yang mengandung resistor (R) dan kapasitor ( c). Pada kegiatan belajar ini kita juga telah membahas rangkaian rendah pada Baxandall aktif agar music yang dihasilkan dapat diatur kekuatan bas dan trembelnya sesuai dengan selera kita.
196
ELEKTRONIKA DASAR 2
4.1.4 Tes Formatif 1) Prapenguat perekam mempunyai hambatan keluaran yang amat besar Sebab Fluk magnetic
yang tersimpan di dalam pita magnetic sebanding
dengann arus pada kumparan kepala kaset. 2) Isyarat bias mempunyai sifat – sifat berikut a. Frkuensi ultrasonic b. Digunakan untuk playback c. Dimaksudkan untuk mengurangi cacat berbentuk isyarat d. Dimaksudkan untuk mengurangi bising Untuk soal – soal no 3 s/d 5 digunakan gambar 12
+v
C1
74I
10n
R1
1M
R2 -v
22
R3
150
R4
Gambar 12 3)
hambatan masukan penguat adalah a. 22kΩ b. 150KΩ c. 33KΩ d. 1MΩ
4) Pada frekuensi tinggi penguatan adalah: a. 113 b. 220
197
ELEKTRONIKA DASAR 2
c. 333 d. 1003 5) Pada frekuensi rendah penguatan adalah: a. 113 b. 148 c. 333 d. 667 Untuk soal –soal no 6 hinga no 9 gunakan gambar 13 R6 R2
a
C
C5=56n R9
330K R5
330K
10K
P1=100K
a
-
680K
22Alf
4,7n R10 1K8
6)
C10=100p OA2 +
C8
C4 OA1
+
10K 10K
680K R1
R11
C P3 500K
d
R14 1K8
jika saklar S1 ada pada posisi B maka penguatan tahap O A1 adalah: a. 1 kali b. 2 kali c. 3 kali d. 4 kali
7) Pada posisi C maka hambatan masukkan O A1 adalah a. 110 K b. 220 K c. 330 K d. 680 K 8) Jika P1ada pada posisi b maka penguatan pada frekuensi renda adalah a. 100 X b. 10 X c. 1 X 198
ELEKTRONIKA DASAR 2
d. 0,1 X 9. Jika kontak pada P3 ada pada titik
maka pada frekuensi tinggi
peguatan adalah a. 878 b. 500 c. 278 d. 139 4.1.5 umpan balik dan tindak lanjut Cocokkanlah hasil jawaban anda dengan kunci jawaban Tes Formatif 1 yang ada di bagian belakang modul ini. Hitungkah jumlah jawaban Anda yang benar. Kemudian gunakan rumus dibawah ini untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi Kegiatan Belajar 1. Rumus
Arti tingkat penguasaan yan anda capai: 90% - 100% = baik sekali 80% - 89% = baik 70% -79% =cukup 60% - 69%= kurang Kalau
anda
melanjutkan
mencapai dengan
tingkat
kegiatan
penguasaan belajar
2.
80%
Bagus
keatas, !
tetapi
anda bila
dapat tingkat
penguasaan anda masih dibawah 80%, anda harus mengulangi kegiatan belajar 1 terutama bagian yang belum anda kuasai.
199
ELEKTRONIKA DASAR 2
4.2 Kegiatan Belajar 2 PENGUAT DIFERENSIAL DAN PENERAPANNYA 4.2.1
Uraian dan Contoh
4.2.1.1
Pengantar
Pada kegiatan belajar 1 kita telah membahas penerapan op-amp untuk mengolah isyarat audio. Pada dasarnya kita
merancang agar penguat
memiliki tanggapan frekuensi yang tepat sehingga diperoleh suara yang jernih dan mantap. Pada kegiatan belajar ini kita akan membahas penggunakan op-amp untuk mengolah isyarat transduser, yaitu komponen yang mengubah besaran alam seperti suhu, tekanan dan dsb menjadi tegangan listrik. Isyarat yang dihasilkan transduser pada umumnya adalah dc dan mempunyai nilai amat kecil, yaitu pada orde 1 mV atau kurang. Selain itu isyarat transduser merupakan sumber tegangan mengambang, artinya kedua ujungnya berada pada tegangan diatas tanah. Untuk mengolah isyarat transduser diperlukan suatu penguat yang mengolah tegangan dc, dan mempunyai dua masukan mengambang. Agar lebih jelas lihatlah gambar 1
+
A
v
V0
V0=Av Vab =Av(Va-Vb)
Gambar 1 Penguat mengolah isyarat berapa tegangan dioda (dc) dengan kedua ujung deoda mengambang ( tak berada pada tegangan tanah ). Penguatan semacam ini disebut penguat selisih atau penguat diferensial. Pada kegiatan
200
ELEKTRONIKA DASAR 2
belajar
ini
kita
akan
mempelajari
rangkaian
penguat
difensial
dan
penerapannya untuk membuat thermometer elektronik dan milivoltmeter ac 15 4.2.1.2 Penguat diferensial Penguat diferensial mempunyai dua masukan dan satu keluaran, seperti pada gambar 2.
AV,d Vi 1
V 0 = Av,d(Vi 1-Vi 2) Vi 2
Gambar 2 Penguat diferensial Penguat diferensial dinyatakan sebagai AV,d yang memberi hubungan antara tegangan isyarat keluaran dan selisih tegangan isyarat masukan, Δ Vi = Vi
1
- Vi
2,
Yaitu
V0 = AV, d (Vi 1 - Vi Kalau VI 1 = Vi = Vi
2,
2
2)
tentunya V0 = 0. Namun dalam kenyataan nya walauipun VI 1
V0 ≠ 0.
Isyarat yang terhubung pada kedua masukan disebut isyarat modus bersama dan
tegangan
isyara
masukan
dinyatakan
sebagai
V i,CM,
dengan
CM
menyatakan common-mode(modus bersama). Contoh isyarat modus bersama adalah isyarat dengung oleh radiasi tegangan PLN, isyarat gangguan dari radio CB, dan sebagai nya. Penguatan untuk modus bersama dinyatakan sebagai AV,CM, Yaitu V0 = AV,CM V1,CM
201
ELEKTRONIKA DASAR 2
Secara ideal AV,CM harus lah sama dengan nol. Namun dalam kenyataan nya AV,CM
mempunyai jarak lebih kecil dari satu, jadi tak sama dengan nol.
Perbandingan antara penguatan diferensial dan penguatan modus bersama yaitu
Menyatakan kemampuan penolakan modus bersama.
Sehubungan dengan ini orang menggunakan tabel – nisbah penolakan modus bersama ( common-mode rejection ratio), yang didefinisikan sebagai
CMRR(Db) = 20 log Sebagai contoh, nilai CMRR = 80 dB sudah termasuk bagus. Untuk nilai ini
CMRR = 80 Db = 20 log
Yang berarti :
jadi misalkan
maka
kita dapat membuat suatu penguat
diferensial dengan menggunakan op-amp seperti pada gambar 3. Tegangan masuk diferensial Vid= Vi1- Vi2
Jika R1 =R3 dan R2= R4 maka didapat bahwa diferensial adalah R1,d = 2R1
=-
Hambatan masukan
R2 R1
Vi d R3 Vi 1
V0
R4 Vi 2 Gambar 3
Agar CMRR mempunyai nilai yang tinggi maka isyarat R 1 = R3 dan R2 = R4 Harus
benar-benar
dipenuhi.
Untuk
itu
perlu
digunakan
resitor-
resistor,presisi, yaitu toleransi 1%. Rangkaian penguat diferensial diatas mempunyai penguatan yang tetap, sebab apabila kita ingin mengubah
202
ELEKTRONIKA DASAR 2
penguatan dengan merubah R1, maka R3 harus diubah juga, agar nisbah penolakan modus bersama (CMRR) mempunyai nilai yang besar. Untyk mengatasi ini rangkaian pada gambar 3 ditambah satu tahap di bagian depannya seperti gambar 4.
1M
R1
R2
A1
R6
A3 Vi.d
V0 1M
A2 R4=R2
R7
Gambar 4 Rangkaian penguat instrumentasi
Penguatan diferensial selruh nya menjadi Keuntungan menggunakan tahap A1
dan
A2
adalah bahwa penguatan dapat
diubah melalui CMRR. Selaian itu hambatan masukan dapat dibuat amat tinggi dengan menggunakan
op-amp dengan masukan JFET seperti
misalnya LM 357 untuk A1 dan A2. Untuk rangkaian pada gambar 4 hambatan masukan adalah: R1,d = R6 + R7 Rangkaian penguat pada gambar 4 disebut rangkaian penguat instrumentasi yang sering memperkuat isyart transduser.
203
ELEKTRONIKA DASAR 2
4.2.1.3 Termometer Elektronik Rangkaian pada gambar 5 dapat digunakan untuk membuat termometer elektronik VCC:7,1V IN4148 V+:15V 6KB 3,5V
R6 3 2
4 A1
R14 100K
C A2 100K
1
Q
11
1K-2K8 R2
6KB R7
R10 R8
R12 A4
P3
470 100K
6KB
R17 100K
R13
R18 2K2
A3
1K8 d
R15 100K
R16 100K
(Gambar 6) A1, A2, A3, A4 : LM 324, Transistor Q = BC 109 -
Gambar 6 Rangkaian termometer elektronik
Op-amp A1, A2, A3, A4 seluruhnya ada di dalam satu IC LM 324 yang berisi empat buah op-amp. Penguat A2, A3, dan A4 membentuk penguat
Instrumen dengan penguatan
=
yang mempunyai nilai 80
higga 200 kali. Sebagai sensor suhu digunakan dioda D4 yaitu dioda isyarat biasa dari jenis IN 4281. Untuk daerah suhu tertentu, yaitu dari 0 0C hingga sekitar 500Cada hubungan linier antara tegangan dioda dengan suhu, jika pada dioda dialiri arus tetap( lihat gambar 7)
204
ELEKTRONIKA DASAR 2
T2 1D
T1
T3 I0 = Arus tetap
V1
VD
V2 V3
Gambar 7 tegangan Dioda Berubah terhadap suhu Agar lebih jelas, rangkaian transduser suhu dilukiskan lagi pada gambar 8.
VCC:7,1V R6 6KB
D
R7
b R8
I0 6KB
Gambar 8
Tegangan pada titik a adalah Va =
VCC =
= 3,55 V
Vb = Va=3,55 V, akibatnya arus yang melalui R8 adalah: I0 =
=
tidak sama 0,5 Ma Karena masukan op-amp mempunyai hambatan amat besar, maka arus I. sebagian besar, maka arus I sebagian besar berasal dari arus kolektor, transistor q maka dioda akan dialiri arus tetap. Kembali ke gambar 6 maka tegangan masukan diferensial adalah:
205
ELEKTRONIKA DASAR 2
Vid =V0-Vd Dengan VC = α VCC dan Vd = VCC – Vd. Sehingga Vid = VC- Vd = α VCC – (VCC- Vd(T)) Vid=AVd (T) – (1- α) VCC Dengan Vd(T) adalah tegangan dioda yang berubah dengan suhu. Dengan mengubah α mengubah α melalui potensiometer P 2 kita dapat membuat agar V1d = 0 untuk suatu nilai suhu. Selanjutnya V0 = -Av,d Vid = - Av,d (VDG)-(1-α ) Vcc) V0 = Av,d ((1- α) Vcc-VD((T)) Sebagai pendekatan dapatlah digunakan hubungan VD(T) tidak sam (A –BT) Sehingga VO = AV,d ((1- α) Vcc+BT – A). Dengan memilih ( 1- α) Vcc = A maka kita peroleh V0 yang dibanding lurus dengan.suhu.
4.2.1.4 Milivolter AC Kebanyakan voltmeter ac bekerja untuk isyarat tegangan bolak balik yang besar, yaitu diatas 1 V. C1
+V
a
A1 R1
R4 -V D4
D1 C D2
D3
R3
+V
+V A2
R4
Q -V
dR 4 = R 3 R6
A 1 = A 2 = LF 330
R7
v0 1M
206
ELEKTRONIKA DASAR 2
Selain itu voltmeter ac biasanya tak dapat digunakan untuk untuk mengukur tegangan isyarat ac untuk frekuensi diatas 1 KHz. Suatu multimeter ac yang dapat mengukur isyarat dari nilai sekitar mV hingga V amat berguna untuk menguji rangkaian penguat alat yang biasa digunakan untuk alat ini adalah osiloskop, namun osiloskop mahal hargannya. Selama isyarat kita berbentuk sinusoida, seperti yang biasa digunakan untuk menguji penguat, kita dapat menggunakan milivolter ac. Suatu milivolter ac harus mengandung suatu penyearah, untuk membuat tegangan bolak-balik menjadi tegangan searah. Seperti kita tahu dioda silikon memiliki tegangan potong sebesar 0,6V. dibawah nilai ini dioda mempunyai hambatan amat besar, sehingga kalau digunakan utuk menyearahkan tegangan bolak-balik kurang dari 0,5 V tegangan keluaran sama dengan nol. Untuk mengatasi ini digunakan op-amp. Salah satu bentuk rangkaian yang dapat digunakan adalah seperti pada gambar 9. Dengan memasang jembatan D1, D2,D3, dan D4 Di dalam lingkaran umpan balik maka tegangan umpan balik yang kecil yaitu dibawah 1mV dapat dibuat nya searah Karna tegangan teanagn titik a sama denga titik b, maka arus isyarat yang mlalui R1, dioda D1-D4 dan R2 ditentukan oleh R3. tegagan dc yang dihasilkan pada resistor R2 diperkuat oleh penguat diferensial A2 kemudian diubah menjadi arus yang diukur oleh miliam permeter M. untuk miliampermeter dengan kepekaan 100 Ma arus keluaran op-amp A2 Harus deperkuat dengan transistor Q. perhatikan bahwa transistor q ada di dalam lingkaran umpan balik. Besar arus I yang melalui R2adalah sama dengan I=
Sehingga beda tegangan VCD = Vc-Vd = -1 R2 = -
. V1
oleh penguat diferensial tegangan ini diperkuat lagi menjadi
V0
=-
VCD= +
. V1
207
ELEKTRONIKA DASAR 2
4.22 1)
Latihan 2 Suatu penguat diferensial mempunyai penguatan difernsial sebesar 100X dan CMRR = 80 Db. Aapabila isyarat masukan modus bersama adalah 10V hitung keluaran untuk isyarat ini.
2)
Pada Gambar 3, buktikan bahwa jika penguatan diferensial sama dengan
3)
Av , d
dan R1 R2 maka
R2 R1
Pada Gambar 4 buktikan bahwa penguatan oleh tahap A1 dan A2 adalah
4)
R1 R3
R3 R5 R1
Av 1
Pada Gambar 6 a. Apa fungsi P2 b. Tentukan penguatan maksimum dan minimum oleh penguat diferensial c. Ceritakan bagaimana dioda digunakan sebagai sensor suhu d. Tentukan arus yang melalui diode D
5)
Gambar 9 a. Hambatan masukan penguat b. Mengapa
R6
dibuat variabel ?
c. Kalau diinginkan agar untuk isyarat 10 mVac dihasilkan arus tegangan
Vcd 1V
dengan R2 1k tentukan nilai
R8
Kunci Jawaban Latihan 2 1)
Av ,d 110 X 20 log 100 40 dB CMRR 20 log
Av ,d Av ,CM
CMRR 20 log Av ,d 20 log Av ,CM Jadi :
208
ELEKTRONIKA DASAR 2
80 dB 40 dB 20 log Av ,CM Av ,CM (dB) 80 dB 40 dB 40 dB Av ,CM 20 log Av ,CM Akibatnya
Jika
Av,CM 40dB 102
Vi ,CM 10V
10V 0,1V 100
maka V0,CM
2) R1
a
R4
V1 I1 0
-
0
+
b V2
0
0
R1
V0 R4 I2
(
)
209
ELEKTRONIKA DASAR 2
3) +
V 01
0
0
0
Vi1
0
R3
R4
R5 Vi2
0
-
0
0 0
+
V 02
Kedua masukan op-amp dalam Keadaan terhubung singkat Sehingga :
(
)
(
)(
)
4) a. Fungsi P2 adalah untuk membuat agar pada suatu nilai suhu (misalya 00C) tegangan keluaran menjadi model. b. Arus yang melalui diode D adalah
c. Dioda dapat digunakan sebagai transduser suhu oleh karena pada tegangan maju, tegangan dioda berubah dengan waktu. 5) Gambar 9 a. Hambatan masukan penguat adalah R1 = R2 b. R6 dibuat variabel agar CMRR sebesar mungkin. c. Arus
Vcd IR 2
10 mV 1k 10V R8
R8
210
ELEKTRONIKA DASAR 2
Agar Vcd 1V
maka
1V
10V R8
R8 10 4.2.3 Rangkuman Pada kegiatan belajar ini anda telah belajar tentang penerapan opamp untuk mengolah isyarat diferensial, dan penerapannya pada rangkaian termometer elektronik dan milivoltmeter ac. Hal yang harus diperhatikan sehubungan dengan penguat diferensial adalah yang disebut penolakan modus bersama. Isyarat semacam ini misalnya disebabkan oleh dengung PLN atau gangguan radio cb. Gangguan-gangguan ini
amat
besar
artinya
untuk
isyarat-isyarat
dari
transduser
suhu
(termokopel), transduser biomedis, transduser getaran, dan sebagainya. Kita
juga
telah
membahas
rangkaian
penguat
instrumentasi
yang
menggunakan op-amp, yaitu penguat diferensial dengan penguatan yang dapat diubah tanpa mempengaruhi CMRR. Kita terapkan pengertian-pengertian kita tentang penguat diferensial untuk membahas 2 alat penting, yaitu thermometer elektronik dan milivoltmeter ac. Termometer elektronik dapat digunakan untuk pengukuran dengan tegangan suhu yang cepat, dan dapat dikaitkan dengan pengukuran data oleh computer. Milivoltmeter ac dapat dikembangkan sebagai alat uji ukur elektronik untuk menguji penguat atau isyarat-isyarat lain yang lemah. Kedua alat ini hanyalah sekedar contoh penerapan op-amp yang dapat dimanfaatkan di sekolah-sekolah menegah.
211
ELEKTRONIKA DASAR 2
4.2.4 Tes Formatif 2 Untuk soal-soal no.1 hingga no.8 gunakan gambar 12 C2
330 n
R14 R 12 560 k
560 k
-
0
0
0
+
A4
0
c D1
D2 R10
R1 IM8
R2 IM8
D4
0,2 v +
0
b
0
a
0
0
P3
-
R15
390k
R13 560 k
R9
330 n
D3 d
I
V1
C1
10 k
250 k
0
0 0
R3 100 k
-
1M
R8
0
+ A2
R11 +
100 k
R7
1) Tegangan pada titik a adalah a. 0,2 V b. 0,1 V c. 0,02 V d. 0,01 V e. 0,005 V 2) Tegangan pada titik b adalah a. 2,2 V b. 2,0 V c. 0,22 V d. 0,20 V e. 0,022 V 3) Besar arus I adalah a. 2,2 mA b. 2,0 mA c. 0,22 mA
212
A3
Polaritas
ELEKTRONIKA DASAR 2
d. 0,20 mA e. 0,022 mA 4) Besar
adalah
a. 2,2 V b. 2,0 V c. 0,22 V d. 0,20 V e. 0,022 V 5) Tegangan
adalah
a. 2,2 V b. 0,22 V c. 0,20 V d. 2,0 V e. 0,022 V 6) Potensio P3 digunakan untuk : a. Memperbesar penolakan terhadap isyarat diferensial b. Memperbesar terhadap penolakan isyarat bersama c. Memperkecil penolakan terhadap isyarat diferensial d. Memperkecil penolakan terhadap isyarat modus bersama e. Untuk memberi panjar tegangan 7) Tegangan pada polaritas adalah a. 0 V b. 2,2 V c. 6 V d. 6,6 V e. 12 V 8) Pengaruh kapasitor
adalah
a. Untuk menghindari osilasi b. Memperlebar tegangan frekuensi c. Mempersempit tanggapan frekuensi d. Menghindarkan dengung
213
ELEKTRONIKA DASAR 2
4.2.5 Umpan Balik dan Tindak Lanjut Cocokkanlah hasil jawaban anda dengan Kunci Jawaban Tes Formatif 2 yang ada di bagian belakang modul ini. Hitunglah jumlah jawaban Anda yang benar. Kemudian gunakan rumus dibawah ini untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi Kegiatan Belajar 2. Rumus :
Tingkat penguasaan =
Arti tingkat penguasaan yang anda capai : 90 % - 100 %=
baik sekali
80 % - 89 % =
baik
70 % - 79 % =
cukup
- 69% =
kurang
Kalau Anda mencapai tingkat penguasaan 80 % ke atas, Anda dapat melanjutkan
dengan
kegiatan
Belajar
3. Bagus
!
Tetapi
bila
tingkat
penguasaan anda masih dibawah 80 %, Anda harus mengulangi Kegiatan Belajar 2 terutama bagian yang belum Anda kuasai.
214
ELEKTRONIKA DASAR 2
4.3
Kegiatan Belajar 3
PENERAPAN OP-AMP UNTUK PENGATURAN TERAPAN 4.3.1 Uraian dan Contoh 4.3.1.1 Pengantar Pada modul 2 kita telah belajar tentang pengaturan tegangan dengan diode zener, dan pada modul 3 kita telah belajar tentang pengaturan tegangan menggunakan rangkaian pengikut emitor. Pada tegangan bagian ini kita akan membahas penerapan op-amp untuk mengatur tegangan. Rangkaian ini memungkinkan kita membuat catu daya dengan pengaturan untuk tegangan keluaran yang dapat diubah (variabel). Dengan memahami cara kerja rangkaian kita mudah untuk memahami berbagai rangkaian pengatur tegangan yang ada di dalam literatur. Selain itu dengan memahami kerja op-amp kita akan dengan mudah memahami rangkaian
pengatur
tegangan
yang
menggunakan
rangkaian
diskrit
(transistor). Keuntungan lain adalah kita dapat mengubah suatu rangkaian untuk daerah tegangan yang lebih lebar dan kemampuan arus besar. 4.3.1.2 Pengatur Tegangan OP-AMP Dua rangkaian dasar yang umum dipergunakan orang ialah pengatur tegangan pengikut tegangan dan pengatur tegangan lingkar tertutup (closedloop). Kedua pengatur tegangan di atas tak lain adalah rangkaian penguat opamp tak membalik yang menggunakan penyangga. Pengatur pengikut tegangan tak lain adalah suatu penyangga dengan penguatan tegangan sama dengan satu, dan pengatur lingkar tertutup tak lain adalah penguat tak membalik dengan penguatan tak sama dengan satu. Rangkaian pengatur pengikut tegangan adalah seperti pada Gambar 1.
215
ELEKTRONIKA DASAR 2
+ V ref
+Vcc +V
RV
OA
R’v
Q I0 -V
R1
V0
R2
Hubungan antara isyarat keluar dan isyarat masukan pada rangkaian di atas adalah seperti pada gb.2 Gambar 2
1 MV Vo + VCC
-VCC 0 Tampak bahwa disekitar tegangan ambang Vb ada suatu jendela nilai tegangan masukan sebarang (m V). ini berarti ada derau menumpang di atas tegangan Vi maka pada keluaran akan terjadi pula tegangan -Vcc yang dapat mengganggu kerja rangkaian berikutnya. Agar ini tak terjadi kita perlu membuat agar jendela di sekitar ambang mempunyai nilai besar dan dapat diatur. Untuk ini digunakan rangkaian di bawah.
216
ELEKTRONIKA DASAR 2
Gambar 3
+ VCC
-
Vi
Vo
+ -VCC
R2 R1
Gambar a
gambar b
Dapat ditunjukkan bahwa nilai |
|
|
|
Dalam hal op-amp yang digunakan tegangan catu + Vcc dan –Vcc, maka |
|
|
|
sehingga
nilai tegangan ambang adalah 4.3.1.3. Osilator picu Schmitt Rangkaian picu Schmitt seperti di atas dapat digunakan untuk membuat osilator, yaitu rangkaian yang menghasilkan isyarat tegangan persegi. Rangkaian yang digunakan adalah seperti pada gambar 4. Gambar 4.
R
-
+ VCC
A +
C
-VCC
R2
Vo
R1
217
ELEKTRONIKA DASAR 2
Gambar a
Gambar c Pada saat mulai diberikan daya kapasitor masih kosong, yaitu V B = + VCC. kapasitor akan diisi muatan dengan tetapan waktu RC. Setelah tegangan pada kapasitor mencapai ambang atas, yaitu
, maka keluaran VO akan
segera menjadi -VCC. kapasitor akan membuang muatan keluaran dengan tetapan waktu RC lagi. Ini berlaku selama | | masih segera setelah Vi melampaui tegangan ambang VO akan berubah lagi menjadi +VCC, dan seterusnya. Demikian dan seterusnya, sehingga terjadi isyarat keluaran berupa tegangan segitiga. Pada kapasitor akan terjadi isyarat-isyarat berupa segitiga. Frekuensi isyarat keluar adalah 4.3.1.3 contoh penerapan Pernatikan rangkaian berikut Gambar 5
+12V
-
Vi
+ -12 V
R2 10 R
Vo
R1 2R 6V 218
ELEKTRONIKA DASAR 2
a. Lukis histeresis yang terjadi pada hubungan antara VO dan Vi. b. Andaikan ada isyarat masukan berbentuk sinisoida dengan amplitude 9 V. lukiskan bentuk isyarat keluarannya. Penyelesaian a. Bentuk histeresis antara VO dan Vi Gambar 6
Vo + VCC o 3V
-VCC
5V
7V
Vi
b. Gambar 7
V 9V 7V 5V 3V 0
t
Vo +12V 0
t
-12V
219
ELEKTRONIKA DASAR 2
Contoh 2 Perhatikan rangkaian berikut Gambar 8
10 R 10 R
Vi
R2 + VCC -
R1
+
5R R3 Vo
- VCC
5v
a. Tentukan VO maks dan VO min. b. Tentukan nilai Vi yang membuat VO = V maks. c. Tentukan nilai Vi yang membuat VO = V min. d. Lukis bentuk isyarat keluaran kalau ada isyarat periodok dengan amplitude lebih dari 5 V Penyelesaian a. VO maks = + 5 V VO min = - 5 V b. VO = VO maks =+ 5 V apabila Va > Vb atau Va > 0
Va > 0 apabila (
)
Atau VO maks
220
ELEKTRONIKA DASAR 2
Atau Vi > c. VO min =- 5 V apabila Va < Vb atau Va < 0 (
Dalam hal ini
Atau
)
(
)
Gambar 9
Vi +5V 0
t
-5V
Vo +5V 0
t
-5V
4.3.2 Latihan 3 Untuk soal-soal nomor 1 hinggan nomor 3 gunakan ganbar 10 Gambar 10 -
+10V
Vs=Vsp.cos wt +
-10V Vi
R2= 1R
Vo
R1=1R A
221
ELEKTRONIKA DASAR 2
1. Rangkaian diatas adalah a. Suatu penguat dengan penguatan 9 kali. b. Suatu penguat dengan penguatan 10 kali. c. Mempunyai isyarat keluaran berbentuk persegi. d. Mempunyai isyarat keluaran berbentuk segitiga. 2. Mempunyai dua ambang V1 dan V2 a. V1 = 0 dan V2= +9 b. V1 = -9 dan V2= +9 c. V1 = -1 dan V2= +1 d. V1 = 0 dan V2= +1 3. Kalau diinginkan agar terjadi histeresis seperti pada gambar 11, maka A harus dilepas dari tanah dan diberi tegangan sebesar… Gambar 11
Vo +10V 2V
0
Vi
4,5V -10V
a.
10 V
b. 9 V c. 6 V d. 5 V 4. Pada rangkaian berikut lebar histeresis
dan tegangan ambang V a
adalah Gambar 12
-
+10 V
+V
Rs
0
+
Vs
Vi
-10 V
Vo Va -V
222
ELEKTRONIKA DASAR 2
a.
= 20 V
V a= 0 V
b.
=0V
V a= 0 V
c.
= 10 V
V a= 10 V
d.
=0V
V a= 10 V
5. Pada rangkaian berikut Gambar 13
12V -
Rs +
Vs
-12V
Vs=Vp cos wt
100R
20R
1R
2R
Vo
VO mempunyai bentuk dan nilai tegangan puncak ke puncak sebagai berikut: a. Sinusoida, Vpp= 24 V b. Persegi, Vpp= 24 V c. Sinusoida, Vpp= 16 V d. persegi, Vpp= 16 V Jelas bahwa op-amp OA, bekerja sebagai suatu penguat tak membalik dengan penguatan sama dengan satu. Transistor Q dipasang agar rangkaian mampu menyampaikan arus I0 yang besar. Untuk rangkaian di atas, tegangan keluaran adalah
Suatu rangkaian nyata yang menggunakan prinsip di atas adalah seperti pada
223
ELEKTRONIKA DASAR 2
Vcc
2
+18
R1 1K2 Rref
3
+
7
741
2
12V
R2 10 K RV
+ C1 10 F 15 V
-
6
Q1 : 2N3704
4
R3 1K2
-9V
V0 :0-12V
Gambar 2 Perhatikan bahwa sebagai rangkaian acuan digunakan dioda zener. Pembagi tegangan R2 tak terbebani oleh op-amp sebab arus masukan op-amp amatlah kecil. Kapasitor C1 digunakan untuk menghilangkan tegangan riak. Perhatikan bahwa suatu tegangan op-amp adalah antara -9V dan +18V. Catu negatif diperlukan agar pada masukan OV transistor di dalam op-amp 741 dapat bekerja. Bentuk pengatur tegangan yang kedua adlah sebagai penguat tak membalik dengan kekuatan tak sama dengan satu. Prinsip kerja rangkaian adalah seperti pada gambar
+Vcc
+
R1 Vref
V0
R2
Gambar 3
224
ELEKTRONIKA DASAR 2
Jelas bahwa tegangan keluaran (
)
Ini berarti bahwa V0 tak mungkin kurang dari Vref Suatu contoh rangkaian praktis yang menggunakan prinsip di atas adalah pada gambar 4. +40-45 V R1 1K
R2 10K 3 2 R3 3K9
+ -
7
Q2
R5 470
2N3055
Q1
4
Q2 Q3
2D1 33V
2D2 6,8 V
R9 2N3704
0.6 V R6 10K
R4 2K7
V0=3-30V 0-1A
R7 470
R8 1K
Gambar 4 Pada rangkaian ini dioda zener ZD1 digunakan untuk memberi catupada opamp, sedang dioda zener ZD 2 adalah untuk menghasilkan tegangan acuan setelah diperkecil lagi oleh pembagi tegangan R 3 dan R4. Transistor Q3 digunakan sebagai pelindung terhadap transistor Q 2. Jika aru keluaran adalah I0 maka akan terbentuk beda tegangan sebesar I0R9 antara basis dan emitor Q3. Jika I0R9 > 0,6 V maka transistor Q3 akan saturasi, sehingga transistor Q1 tak dapat arus basis sehingga terputus. Akibatnya tegangan keluaran akan turun oleh karena arus harus melalui transistortransistor yang ada dalam keadaan terputus.
225
ELEKTRONIKA DASAR 2
4.3.1.3 Pengatur Arus Tetap Pada pemakaian tertentu kita memerlukan sumber arus tetap. Suatu contoh adalah
pada
rangkaian
termometer
elektronik
yang
telah
kita
bahas
terdahulu. Penggunaan lain adalah untuk mengukur hambatan untuk membangkitkan medan magnet, untuk membuat agar motor kaset atau motor yang lain berputar dengan kecepatan tetap. Secara prinsip kerja satu bentuk rangkaian sumber arus tetap adalah seperti pada gambar 5
Gambar 5 Karena kedua masukan op-amp terhubung singkat maya maka tegangan pada titik a adalah sama dengan tegangan masukan, yaitu : = Sehingga
= =
Rangkaian pada gambar 5 menyedot arus melalui beban. Rangkaian pada gambar 6 menghasilkan arus melalui hambatan beban. Gambar 6
226
ELEKTRONIKA DASAR 2
Karena tegangan pada titik a adalah sama dengan =
maka arus
=
Rangkaian ini merupakan sumber arus tetap karena nilai arus bergantung pada hambatan beban (
tak
) yang di pasang
4.3.2 Latihan 3 1)
pada gambar 2, tentukan arus yang mengalir pada dioda zener
2)
pada gambar 2, jika pengusap RV tepat ada di tengah dan arus panjar masukan 741 adalah 1 MA, tentukan tegangan pada masukan op-amp dengan memperhatikan pembebanan oleh op-amp
3)
pada gambar 2, jika arus keluaran adalah 100 mA berapa daya yang hilang pada transistor jika pengusap RV tepat di tengah?
4)
pada gambar 4 apa yang harus di lakukan agar batas bawah tegangan keluaran menjadi 1,5V?
5)
pada gambar 4, jika
tepat ditengah dan
= 0
, tentukan
tegangan keluaran ? 6)
pada gambar 5, andaikan
= 100 Ω, dan
= 5V, dan R1 = 10Ω, dan
Vcc = 60V. Tentukan : a. Arus Ic b. VCE c. Daya disipasi pada transistor Q. Kunci Jawaban Latihan 3 1) Arus yang mengalir pada dioda zener adalah = 2) Dengan mengusap RV ada di tengah-tengah, maka rangkaian dioda zener menjadi
227
ELEKTRONIKA DASAR 2
Vcc=18V
Vcc=18V
RV1 5K
Vref 1µA + -
RV2 5K
(a)
R0 =RV1//RV2 =2,5 kΩ
I Vi 1µA
6V+
(b) a. Rangkaian dioda Zener b. Rangkaian Thevelin Vi
= єTh – R0 I = 6 V – (2,5 x 103 Ω) (10-6A) = 6 V – 2,5 x 10-3 = 5,9975 V
3) jika arus keluaran adalah 100 mA berapa daya hilang pada transistor Q 1 Dengan pengusap RV tepat di tengah maka No = 6 V0 = Ve VCE = Vcc – VE = 6 V Dengan arus keluaran Io = Ic = 100 mA Maka daya disipasi adalah P = Io VCE = 0,6 watt = 600 mW
228
ELEKTRONIKA DASAR 2
4) pada gambar 4 agar batas bawah tegangan keluaran menjadi 1,5 V maka masukkan op-amp juga harus 1,5 V. Yaitu Andaikan R3 = 3 k9 maka R4 . VZD2 = (1,5) (R3 + R4) R4 x 6,8 = 1,5 R3 + 1,5 R4 R4 x 5,3 = 1,5 R3
Jadi agar batas bawah menjadi 1,5 V ganti R4 dengan nilai kira-kira 1,2K 5)
pada gambar 4 jika R8 = 0Ω Maka V0 =
X1+
Dengan R61=R62= R6=500Ω =
(
)
=2,8 x ( 1+
) = 2,8 x 1x
= 5,32V 6)
a. Arus I0 =
=
b. VCE = Vcc – I0.RL = 60V – (0,5A) (100Ω)=10V c. Daya disipasi pada transistor Pdi5 = I0 . VCE = (0,5) (10V) = 5W 4.3.3 Rangkuman Pada kegiatan belajar ini anda telah belajar tentang penerapan op-amp untuk pengaturan tegangan dan pengaturan arus. Pengaturan tegangan dengan op-amp ini tak lain adalah penguat tak membalik
menggunakan
penyangga
dengan
masukan
tegangan
dc
acuan.penyangga di perlukan guna menompang arus dc keluaran yang besar. Pengatur tegangan pengikut tegangan tak lain adalah penguat tak membalik dengan penguatan satu. Ini tak lain adalah perkembangan dari pengatur tegangan pengikut emitor pada pengatur tegangan distrit (tanpa IC).
229
ELEKTRONIKA DASAR 2
Pengatur tegangan yang di kenal sebagai pengatur lingkar tertutup (closed loop regulator) tak lain adalah penguat tak membalik dengan masukkan tetap (dc) dan penguatan variabel. Dengan cara ini anda akan mudah mempelajari kerja rangkaian pengatur tegangan mana saja. Seringkali diperlukan sumber arus tetap, seperti pada elektromagnet, pada pengukuran hambatan, dan pada pengukuran suhu dengan dioda, untuk menyalakan LED dengan intensitas tetap di 6. Kita telah memahami bagaimana kita membuat sumber arus tetap dengan menggunakan op-amp. Prinsip dasar yang digunakan disini hanyalaj bahwa kedua masukan op-amp selalu ada dalam keadaan hubung tingkat maya.
230
ELEKTRONIKA DASAR 2
4.3.4 Tes formatif 3 Unsur soal – soal no. 1 s/d no. 5 gunakan gambar 8
+30v R1
R2 + -
20mA
-
470
+
R1
Q1
R3 1K2
ZD ZDz
10mA 12y
Q2
Q3 10mA
4,8V
R5 R4
0,3 IL
1K2
R6
10K Vo RL
R7
1)
1k
Nilai R1 sesudah ( nilai terdekat ) a. 250 Ω b. 560 Ω c. 750 Ω d. 820 Ω
2) Tegangan pada masukan tak membalik adalah : a. 4,8 V b. 3,6 V c. 2,4 V d. 1,2 V 3) Tegangan keluaran V0 adalah : a. 2,4 V b. 4,8 V
231
ELEKTRONIKA DASAR 2
c. 2,4 V d. 26,4V 4) Jika arus keluar I1 = I A daya di sipasi Q : a.
1,1 W
b.
2,4 W
c.
3,2 W
d.
4,8 W
5) Arus maksimum untuk repulator diatas adalah : a. 0,3 A b. 0,6 A c. 1 A d. 2 A
Untuk soal no 6 hingga no. 8 gunakan gambar 9.
+12v
RL R1
+
R2
10Ω
20k
Q
a
10k
R3
50Ω
gambar 9 6) Tegangan pada emisator transistor Q adalah : a. 1 V b. 2 V c. 3 V d. 4 V
232
ELEKTRONIKA DASAR 2
7) Arus yang mengalir pada R1 adalah : a. 40 mA b. 60mA c. 80mA d. 100mA 8) Daya di sipasi pada transistor Q adalah: a. 8 W
c. 3,60 W
b. 10 W
d. 5,76 W
4.3.5 Umpan Balik dan Tindak Lanjut Cocokanlah jawaban anda dengan kunci jawaban tes formatif 3 yang ada di bagian akhir modul ini, dan hitunglah jumlah jawaban anda yang benar. Kemudian gunakan rumus di bawah ini mengetahui tingkat penguasaan anda dalam kegiatan belajar 3. Rumus :
Arti tingkat penguasaan yang anda capai 90%
s/d
100%
= baik sekali
80%
s/d
89%
= baik
70%
s/d
79%
= cukup
< 69% Kalau
anda
= kurang
mencapai
tingkat
penguasaan
80%
ke
atas
anda
dapatnmelanjutkan dengan kegiatan belajar selanjutnya. Tetapi kalau nilai anda dibawah 80% anda harus mengulangi kegiatan belajar 3.
233
ELEKTRONIKA DASAR 2
5. Kunci Jawaban Tes Formatif 5.1 Kunci Jawaban Tes Formatif 1 1) a Keterangan : Penguat dengan hambatan keluaran amat besar bersifat sebagai sumber arus tetap. 2) b Keterangan : fbias 25 kHz digunakan untuk mengurangi cacat karena lengkung B(H) pada bahan magnet pada pita tidak linier. 3) d Rin→ = 1 MΩ 4) d Pada frekuensi tinggi sekali C mempunyai reactansi amat kecil sehingga penyusutan adalah :
5) b pada frekuensi rendah C terbuka ( tak dilengkapi arus isyarat ), maka penyusutan
6) a
7) d R1 = R1 = 600 K 8) d
9) c
234
ELEKTRONIKA DASAR 2
Sehingga :
–
4) Melalui (
)
(
)
C1 = 6
y = x2 – 2x3 + 6x – 2
C2 = -2
5) y = ex + c melalui ( 0,4 ), 4 = e0 + c → c = 3 y = ex + 3 4.4.3
Rangkuman
Integrasi dengan mengubah variabel , jika diumpamakan x =
∫ ( ) ∫ ( )
∫ ( ( ))
( ), maka
()
Biasanya lebih mudah mengumpamakan t = 4.4.4
( )
Tes Formatif 4
1) ∫
a. b. 2 c.
2
d.
2
e. Semua jawaban benar 3) d tegangan keluaran V0 (
)(
)
4) c VCE = 30 V – 26,8 V = 3,2 V IC = 1A
235
ELEKTRONIKA DASAR 2
Pdiss = VCE IC = 3,2 W 5) d
6) d keterangan
7) c
8) d keterangan Pdiss = VCE IC VCE = VCC – I R2 - VE = 12 V – ( 80 mA ) (10) – 4V = 12 V – 0,8 V – 4 V = 7,2 V Pdiss= (7,2 V) (80 mA) = 5,76 w.
5. referensi Dennis Bohn, Audio Handbook, National Semi Conductor Coorporation, 1980. __________, Elector : 301 Circuits Sutrisno, Elektronika ; Dasar – Dasar dan Penerapanya , Penerbit ITB (akan terbit).
236
