SISTEM KONTROL 1 LAPORAN PENGUAT OPERATIONAL (OPERATIONAL – AMPLIFIER )
NAMA KELOMPOK :
Ibrahim Alie Ade Septiyandi Bernad Fernando Tampubolon
PRODI : Mekanik Industri dan Desain
KONSENTRASI : Mekatronika
PROGRAM STUDI MEKATRONIKA POLITEKNIK TEDC BANDUNG 2013
0 | L a p o r a n P e n g u a t O p - A m p / S i s t e m K o n t r o l 1
DAFTAR ISI DAFTAR ISI ............................................................................................................................ 1 DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................... 2 BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
..................................................................................................................... 3
1.2 Ruang Lingkup
.................................................................................................................... 3
1.3 Tujuan Praktikum 1.4 Waktu dan Tempat
................................................................................................................ 3 .............................................................................................................. 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penguat Operasional (Op-amp) .................................................................................. 5 2.2 Karakteristik Op-amp) ............................................................................................... 6 2.3 Aplikasi dan Rangkaian Dasar Op-amp) ................................................................... 6 BAB III METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Alat dan Bahan ............................................................................................................ 9 3.1.1 Alat.......................................................................................................................9 3.1.2 Komponen............................................................................................................9 3.2 Percobaan Praktikum Rangkaian ............................................................................... 10 3.2.1 Percobaan 1 Potensiometer Sebagai Sensor Perpindahan ................................. 10 3.2.2 Percobaan II Penguat Op-Amp .......................................................................... 10 3.2.3 Percobaan III Penguat Tegangan DC Loop Tertutup ........................................ 10 3.2.4 Percobaan IV Rangkaian Pembanding Dengan Sensor Cahaya (LDR) ............. 11 3.3 Prosedur percobaan ................................................................................................... 11 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil ........................................................................................................................ 12 4.1.1 Percobaan I Resistor sebagai sensor perpindahan ............................................ 12 4.1.2 Percobaan II penguat OP-Amp ......................................................................... 12 4.1.3 Percobaan III Penguat tegangan DC loop ........................................................ 13 4.1.4 Percobaan IV Rangkaian Pembanding ( Komparator ) .................................... 13 4.2 Pembahasan ............................................................................................................. 14 BAB V PENUTUP
Kesimpulan ................................................................................................................ 15
1 | L a p o r a n P e n g u a t O p - A m p / S i s t e m K o n t r o l 1
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Rangkaian Dasar Penguat Operasional (Op-amp) ................................................ 5 Gambar 2.3a Rangkaian Penguat Membalik (inverting) ......................................................... 7 Gambar 2.3b Rangkaian Penguat tidak Membalik (Non inverting) ....................................... 7 Gambar 2.3c Rangkaian Komparator ........................................................................................ 8 Gambar 3.2.1 Percobaan 1 ...................................................................................................... 10 Gambar 3.2.2a Percobaan 2A ................................................................................................. 10 Gambar 3.2.2b Percobaan 2B ................................................................................................. 10 Gambar 3.2.3a Percobaan III (Inverting) ............................................................................... 10 Gambar 3.2.3b Percobaan III (non-Inverting) ...................................................................... 11 Gambar 3.2.4 Percobaan IV (komparator) ............................................................................ 11 Gambar 4.1.4 Praktikikum Rangkaian OP-Amp Dengan Sensor Cahaya(LDR) .................. 14
2 | L a p o r a n P e n g u a t O p - A m p / S i s t e m K o n t r o l 1
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Penguat operasional (operational amplifier) atau yang biasa disebut op-amp merupakan suatu jenis penguat elektronika dengan hambatan (coupling) arus searah yang memiliki bati (faktor penguatan) sangat besar dengan dua masukan dan satu keluaran. Penguat diferensial merupakan suatu penguat yang bekerja dengan memperkuat sinyal yang merupakan selisih dari kedua masukannya. Penguat operasional pada umumnya tersedia dalam bentuk sirkuit terpadu dan yang paling banyak digunakan adalah rangkaian seri. Penguat operasional dalam bentuk rangkaian terpadu memiliki karakteristik yang mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat didalamnya. Penguat operasional adalah perangkat yang sangat efisien dan serba guna. Contoh penggunaan penguat operasional adalah untuk operasi matematika sederhana seperti penjumlahan dan pengurangan terhadap tegangan listrik hingga dikembangkan kepada penggunaan aplikatif seperti komparator dan osilator dengan distorsi rendah serta pengembangan alat komunikasi. Selain itu, aplikasi pemakaian op-amp juga meliputi bidang elektronika audio, pengatur tegangan DC, tapis aktif, penyearah presisi, pengubah analog digital dan pengubah digital ke analog, pengolah isyarat seperti cuplik tahan, penguat pengunci, kendali otomatik, computer analog, elektronika nuklir, dan lain-lain.
1.2 Ruang Lingkup Ruang lingkup percobaan ini meliputi pengukuran tegangan input dan tegangan keluaran pada bermacam-macam rangkaian penguat operasional (op-amp).Diantaranya penguat membalik dan tidak membalik.
1.3 Tujuan Praktikum Adapun tujuan dilakukannya percobaan ini yaitu sebagai berikut : 1. Menggunakan op-amp sebagai penguat membalik dan tidak membalik. 3 | L a p o r a n P e n g u a t O p - A m p / S i s t e m K o n t r o l 1
2. Menggunakan op-amp sebagai buffer untuk mengatasi keti dakcocokan impedansi. 3. Memahami sifat-sifat dasar op-amp baik secara teori maupun secara praktek. 4. Mengetahui fungsi Op-Amp dan Sensor LDR 5. Merancang rangkaian‐rangkaian menggunakan Op-Amp dan Sensor LDR 6. Mengaplikasikan Op-Amp dan sensor LDR ke dalam rangkaian
1.4 Waktu dan Tempat Percobaan penguat operasional ini dilaksanakan pada hari Senin tanggal 21 Januari 2012, pukul 14.00- 16.30 di Laboratorium Mekatronika, Jurusan Teknik Mesin Politeknik TEDC Bandung.
4 | L a p o r a n P e n g u a t O p - A m p / S i s t e m K o n t r o l 1
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penguat Operasional (Op-amp)
Penguat operasional (op-amp) adalah sebuah penguat instan yang bisa langsung dipakai untuk benyak aplikasi penguatan. Sebuah Op amp biasanya berupa IC (Integrated Circuit). Pengemasan Op amp dalam IC bermacam-macam, ada yang berisi satu op amp (contoh : 741), dua op amp (4558, LF356), empat op amp (contoh = LM324, TL084), dll. Penguat Operasional atau disingkat Op-amp adalah merupakan sutu penguat differensial berperolehan sangat tinggi yang terterkopel DC langsung yang dilengkapi dengan umpan. Oleh karena itu, penguat operasional lebih banyak digunakan dengan loop tertutup daripada dalam lingkar terbuka.
Gambar 2.1 Rangkaian Dasar Penguat Operasional (Op-amp) Gambar 2.1 menunjukkan sebuah blok op-amp yang mempunyai berbagai tipe dalam bentuk IC. Dalam bentuk paket praktis IC seperti tipe 741 hanya berharga beberapa ribu rupiah. Seperti terlihat pada gambar 2.1, opamp memiliki masukan tak membalik v+ (non-inverting ), masukan membalik v- (inverting ) dan keluaran vo. Jika isyarat masukan dihubungkan dengan masukan membalik (v-), maka pada daerah frekuensi tengah isyarat keluaran akan “berlawanan fase” (berlawanan tanda dengan isyarat masukan). Sebaliknya, jika isyarat masukan dihubungkan dengan masukan tak membalik ( v+), maka isyarat keluaran akan “sefase”. Sebuah opamp biasanya memerlukan catu daya ± 15 V. Dalam menggambarkan rangkaian hubungan catu daya ini biasanya dihilangkan.
5 | L a p o r a n P e n g u a t O p - A m p / S i s t e m K o n t r o l 1
2.2 Karakteristik Op-amp
Keuntungan dari pemakaian penguat operasional ini adalah karakteristiknya yang mendekati ideal sehingga dalam merancang rangkaian yang menggunakan penguat ini lebih mudah dan juga kareana penguat ini bekerja pada tingkatan yang cukup dekat dengan karakteristik kerjanya secara teoritis. Dari sudut sinyal sebuah penguat operasional mempunyai tiga terminal, yaitu dua terminal masukan dan satu terminal keluaran. Pada gambar 2.1 dapat dilihat bahwa terminal 1 dan 2 adalah terminal masukan dan terminal 3 adalah terminal keluaran. Kebanyakan penguat operasional membutuhkan catu daya DC dengan dua polaritas untuk dapat beroperasi. Terminal 4 disambungkan ke tegangan positif (+V) dan terminal 5 disambungkan ke tegangan negatif (-V). Karakteristik utama sebuah penguat operasional yang ideal adalah: a. Impedansi masukan tak terhingga. Penguat yang ideal diharapkan tidak menarik arus masukan, artinya tidak ada arus yang masuk kedalam terminal 1 maupun 2 (I1 = I2 = 0). b. Impedansi keluaran sama dengan nol. Terminal 3 merupakan keluaran penguat operasional, idealnya diharapkan bertindak sebagai terminal keluaran sebuah sumber sumber tegangan, ideal. Tegangan antara terminal 3 dengan ground akan selalu sama dengan A, dimana A adalah faktor penguatan sebuah penguat operasional. c. Penguatan loop terbuka tak terhingga. Apabila dioperasikan pada loop terbuka (tidak ada umpan balik dari keluaran ke masukan), maka sebuah penguat opersaional ideal mempunyai gain (penguatan) yang besarnya tak terhingga.
2.3 Aplikasi dan Rangkaian Dasar Op-amp
Fungsi atau aplikasi rangkaian Op-amp yaitu:
Penguat Membalik (inverting) Penguat membalik adalah penggunanan op- amp sebagai penguat sinyal dimana sinyal outputnya berbalik fasa 180 derajat dari sinyal input. Pada penguat ini dimana, masukannya melalui input membalik pada penguat operasional, dan keluarannya berlawanan fasa dengan masukan.
6 | L a p o r a n P e n g u a t O p - A m p / S i s t e m K o n t r o l 1
Gambar 2.3a Rangkaian Penguat Membalik (inverting)
Penguat tidak Membalik(Non Inverting) Penguat non inverting ini hampir sama dengan rangkaian inverting hanya perbedaannyaadalah terletak pada tegangan inputnya dari masukan noninverting. Hasil tegangan output noninverting lebih dari satu dan selalu positif. Penguat ini dimana, masukannya melalui input tak membalik (non inverting) pada penguat operasional dan keluarannya sefasa dengan masukan.
Gambar 2.3b Rangkaian Penguat tidak Membalik (Non inverting)
Komparator (Pembanding) Comparator adalah penggunaan op amp sebagai pembanding antara tegangan yang masuk pada input (+) dan input (-). Jika input (+) lebih tinggi dari input (-) maka op amp akan mengeluarkan tegangan positif dan jika input (-) lebih tinggi dari input (+) maka op amp akan mengeluarkan tegangan negatif. Dengan demikian op amp dapat dipakai untuk membandingkan dua buah tegangan yang berbeda.
7 | L a p o r a n P e n g u a t O p - A m p / S i s t e m K o n t r o l 1
Gambar 2.3c Rangkaian Komparator
8 | L a p o r a n P e n g u a t O p - A m p / S i s t e m K o n t r o l 1
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN 3.1 Alat dan Bahan 3.1.1 Alat
Adapun alat-alat yang digunakan dalam percobaan ini yaitu sebagai berikut: 1. Multimeter Multimeter berfungsi untuk mengukur arus, hambatan dan t egangan . 2. Power Supply 12 V Power supply berfungsi sebagai sumber tegangan listrik. 3. Papan Rangkaian / Protoboard Papan rangkaian berfungsi sebagai tempat merangkai. 4. Kabel penghubung (jumper) Jumper berfungsi sebagai penghubung antara komponen yang satu dengan yang lain dalam satu rangkaian.
3.1.2 Komponen
Adapun komponen dasar yang digunakan dalam percobaan ini yaitu sebagai berikut: 1. Op- amp (LM 741) 2. Potensiometer
:
100K 5K
3. Resistor
:
1K ( 2 Buah ) 3K 10K ( 2 Buah ) 33K 100K ( 2 Buah )
4. LDR 10K 5. Transistor NPN C945/C929/C9013 6. Dioda IN4007 7. Relay 12v
9 | L a p o r a n P e n g u a t O p - A m p / S i s t e m K o n t r o l 1
3.2 Percobaan Praktikum Rangkaian 3.2.1
Percobaan 1 Potensiometer Sebagai Sensor Perpindahan
Posisikan Potensiometer : 24k 51k 76k 93k
Ukur Vout Nya…
Gambar 3.2.1 Percobaan 1
3.2.2
Percobaan II Penguat Op-Amp
Gambar 3.2.2a Percobaan 2A
3.2.3
Gambar 3.2.2b Percobaan 2B
Ukur Vout pada saat posisi S-A dan S-B pada masing masing rangkaian!
Percobaan III Penguat Tegangan DC Loop Tertutup A. Inverting (membalik)
V out = (Rf/Rin)-vin Av= -vout/vin= -rf/rin
Gambar 3.2.3a Percobaan III (Inverting) 10 | L a p o r a n P e n g u a t O p - A m p / S i s t e m K o n t r o l 1
B. Non Inverting (Tak Membalik)
V out = (Rf/Rin+1).vin Av= vout/vin= rf/rin+1
Gambar 3.2.3b Percobaan III (non-Inverting)
Setting potensio supaya Vin = 0,2V, 0,4V, 0,6V dan 0,8 Kemudian ukur Vout nya pada masing-masing posisi Vin!
3.2.4
Percobaan IV Rangkaian Pembanding Dengan Sensor Cahaya (LDR)
Gambar 3.2.4 Percobaan IV (komparator)
Ukur Vin pada kaki input OP-Amp pada saat lampu menyala dan pada saat lampu mati!
3.3 Prosedur percobaan
Adapun prosedur percobaan ini yaitu sebagai berikut: 1. Menyusun rangkaian penguat membalik dan tak membalik. 2. Menghubungkan rangkaian power supply sebagai sumber tegangan listrik. 3. Menghitung besar tegangan keluarannya.
11 | L a p o r a n P e n g u a t O p - A m p / S i s t e m K o n t r o l 1
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil 4.1.1
Percobaan I Resistor sebagai sensor perpindahan
Tabel Pengukuran Potensi Potensiometer
Pengukuran
24 Ω
6
51 Ω
3,8 V
76 Ω
2,8 V
93 Ω
2,4 V
V
Perhitungan Dengan kondisi R1=33k dan V in 10,5 V dari regulator maka : R1_ x Vin = V out R2+R1
R2= 24k
_ 33_ x 10,5 = _346,5 = 6,07 V 25+33 57
R2= 51k
= _346,5 = 4,1 V 84
R2= 76k
= _346,5 = 3,1 V 109
R2= 93k
= _346,5 = 2,75 V 126
4.1.2
Percobaan II penguat OP-Amp
A. Tabel Pengukuran
B. Tabel Pengukuran
Kondisi
Vout
Kondisi
Vout
S-A
-10V
S-A
2,8V
S-B
2,8V
S-B
-10V
12 | L a p o r a n P e n g u a t O p - A m p / S i s t e m K o n t r o l 1
4.1.3
Percobaan III Penguat tegangan DC loop
A. Table Pengukuran Tegangan Loop Membalik (Inverting) *Kondisi S1- A
*Kondisi S1- B
Vin
Vout
Vin
Vout
0,2 V
-2,2V
0,2 V
1,4V
0,4 V
-4,25V
0,4 V
2,4V
0,6 V
-6,8V
0,6 V
2,4V
0,8 V
-9,2V
0,8 V
2,4V
B. Table Pengukuran Tegangan Loop Tak membalik (non-Inverting) *Kondisi S1- A
4.1.4
*Kondisi S1- B
Vin
Vout
Vin
Vout
0,2 V
2V
0,2 V
-2,8
0,4 V
2,6
0,4 V
-4,8
0,6 V
2,6
0,6 V
-7,6
0,8 V
2,6
0,8 V
-9,6
Percobaan IV Rangkaian Pembanding ( Komparator )
A. Kondisi Lampu Menyala (NO)
B. Kondisi Lampu Mati (NC)
kaki
Pengukuran
kaki
Pengukuran
V in
6,2 V
V in
9,4 V
V Ref
7,8 V
V Ref
7,8V
13 | L a p o r a n P e n g u a t O p - A m p / S i s t e m K o n t r o l 1
Gambar 4.1.4 Praktikikum Rangkaian OP-Amp Dengan Sensor Cahaya(LDR) 4.2 Pembahasan
Potensiometer sebagai sensor perpindahan, pada penerapannya ini di aplikasikan untuk menghasilkan resistansi yang dapat diatur sehingga tegangan yang masuk ke potensiometer pun bias diatur sesuai kebutuhan. Penguat Operasional adalah suatu blok penguat dengan dua masukan dan satu keluaran tunggal yang yang ditambah dua terminal untuk mensuplai daya. Op-amp biasa terdapat dipasaran dalam bentuk rangkaian terpadu yaitu integrated Circuit (IC). Pada penguat membalik sumber isyarat berupa arus dan tegangan yang kecil dan jika dihubungkan dengan masukan yang besar maka akan menghasilkan tegangan yang lebih besar pada keluarannya tergantung perbandingan resistansi Rf dan Rin. Pada penguat tak membalik, op-amp dapat dipasang untuk membentuk penguat tak membalik dimana isyarat dihubungkan dengan masukan tak membalik (+) pada op-amp. Balikan melalui R 2 dan R 1 tetap dipasang pada masukan membalik agar membentuk balikan negatif. Selain itu, pada percobaan ini diamati pula penguat diferensiator dan integrator. Rangkaian komparator adalah rangkaian pembanding antara tegangan yang masuk antara Vin dan Vref sehingga menghasilkan Vout perbandingan nya yaitu:
Jika Vref lebih kecil dari Vin maka Vout menghasilkan tegangan negative dan tidak bisa mengaktifkan Tr.NPN
Sedangkan jika sebaliknya maka Vout dapat menghasilkan tegangan positif sehingga mengaktifkan Transistor beserta komponen lainya untuk menyalakan lampu.
14 | L a p o r a n P e n g u a t O p - A m p / S i s t e m K o n t r o l 1
BAB V PENUTUP Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang dapat ditarik dari percobaan ini yaitu sebagai berikut: 1. Penguat operasional dapat berfiungsi sebagai penguat membalik (inverting) dan tidak membalik (non inverting) serta sebagai penguat diferensial 2. Penguat operasional atau Op-amp adalah suatu penguat diferensial dengan dua masukan dan satu keluaran yang mempunyai penguat tegangan yang amat tinggi. 3. Kestabilan komponen dalam rangkaian sangat berpengaruh terhadap pengamatan.
15 | L a p o r a n P e n g u a t O p - A m p / S i s t e m K o n t r o l 1
suatu hasil
