LABORATORIUM ELEKTRONIKA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS UDAYANA
LAPORAN PRAKTIKUM DASAR ELEKTRONIKA
KELOMPOK 6 :
I Gede Nova Priana Priana (0904405032 (0904405032))
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2010
PERCOBAAN III OP-AMP
3.1 Tujuan Tujuan Percobaan Percobaan
3.2
1.
Dapat Dapat meny menyusu usun n rangk rangkaia aian-ra n-rangk ngkaia aian n ampli amplifie fierr dari dari op-amp op-amp
2.
Dapat Dapat menyusu menyusun n rangk rangkaia aian-ra n-rangk ngkaia aian n fil filter ter dari dari op-amp op-amp
Tinjau jauan Pustaka
Penguat Penguat operasional operasional atau yang biasa disebut op-amp merupakan merupakan suatu jenis jenis penguat elektronika dengan sambatan aru arus s sea searah rah yang memili memiliki ki bati (faktor )sangat at besar besar dengan dengan dua masu masuka kan n dan dan satu satu kelu keluara aran. n. faktor penguata penguatan n )sang Penguat operasional pada umumnya tersedia dalam bentuk sirkuit terpadu dan yang paling banyak digunakan adalah seri 741 741.. Penguat operasional adalah perangkat yang sangat efisien dan serba guna guna..
Cont Contoh oh peng penggu guna naan an
matem matemat atik ika a
peng pengua uatt
oper operas asio iona nall
adal adalah ah
untu untuk k
oper operas asii
sede sederha rhana na sepe seperti rti penjumlahan dan pengurangan terhadap
tegangan listr listrik ik hingga hingga dikemb dikembangk angkan an kepada kepada penggun penggunaan aan aplika aplikatif tif seperti seperti komparator dan komparator dan osilator osilator dengan dengan distorsi rendah. Peng Pengua uatt
oper operas asio iona nall
dala dalam m
bent bentuk uk
rang rangka kaia ian n
terp terpad adu u
memi memililiki ki
karakteristik yang mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memp memper erha hati tika kan n
apa apa
yang yang terd terdap apat at di dala dalamn mnya ya..
Kara Karakt kter eris isti tik k
operasional ideal adalah: 1. Bati tegangan tidak terbatas. 2. Impedansi masukan tidak terbatas.
3. Impe Impedan dansi si kelu keluar aran an nol. nol. 4. Lebar pita tidak terbatas.
5. Teganga Tegangan n ofset nol nol (keluara (keluaran n akan nol jika jika masuk masukan an nol) nol)
peng pengua uatt
Sejarah
Gambar K2-W, penguat operasional komersial pertama yang dibuat dari tabung vakum.. vakum Awal dari penggunaan penguat operasional adalah tahun 1940 1940-an, -an, ketika sirkui sirkuitt elektro elektronik nika a dasar dasar dibuat dibuat dengan dengan menggun menggunaka akan n tabu tabung ng vak vakum um untuk melakukan melakukan operasi operasi matematika seperti penjumlahan penjumlahan,, pengurangan pengurangan,, perkalian perkalian,, pembagian,, integral pembagian integral,, dan turunan turunan.. Istilah penguat operasional itu sendiri baru digunakan pertama kali oleh John Ragazzini dan kawan-kawan dalam sebuah karya tulis yang dipublikasikan pada tahun 1947 1947.. Kutipan bersejarah dalam karya tulis tersebut adalah: " As As an amplifier so connected can perform the mathematical operations of arithm arithmeti etic c and calculu calculus s on the voltage voltages s appli applied ed to its inputs, inputs, it is hereafter termed an operational amplifier. amplifier." (Ragazzini, et.al, 1947) (dalam
bahasa Indonesia: Indonesia: "Ole "Oleh h kare karena na pengu penguat at dapat dapat dihub dihubung ungka kan n untuk untuk melaku melakukan kan operasi operasi matema matematik tika a dan kalkul kalkulus us terhad terhadap ap tegangan tegangan yang yang dike dikenak nakan an terha terhadap dap masu masuka kanny nnya, a, maka maka digun digunak akan an isti istila lah h pengu penguat at operasional.") Pengua Penguatt operas operasion ional al yang yang tersedi tersedia a secara secara komers komersial ial untuk untuk pertama pertama kalinya adalah K2-W yang diproduksi oleh Philbrick Researches, Inc. dari Boston antara tahun 1952 hingga awal 1970 1970-an. -an. Penguat operasional tersebut harus dijalankan pada tegangan +/- 300 V dan memiliki berat 85 g dan berukuran 3,8 cm x 5,4 cm x 10,4 cm dan dijual seharga US$22.
Saat ini penguat operasional tersedia dalam bentuk sirku sirkuit it terpadu dan tidak tidak lagi lagi menggun menggunakan akan tabung tabung vakum, vakum, melain melainkan kan menggun menggunakan akan transistor . Dalam suatu sirkuit terpadu penguat operasional umumnya terdapat lebih dari 25 transistor beserta resistor dan kapasitor yang diperlukan hanya dalam satu cip silikon.. Hasilnya, penguat operasional modern hanya membutuhkan tegangan silikon listr listrik ik +/- 18 V, bahkan bahkan beberapa beberapa jenis seperti seperti LM324 LM324 dapat dapat berjala berjalan n pada tega tegang ngan an hany hanya a +/+/- 1,5 1,5 V. Peng Pengua uatt oper operas asio iona nall KA74 KA741 1 dari dari Fair Fairch chilild d Semiconductor yang banyak digunakan bahkan hanya berukuran 5,7 mm x 4,9 mm x 1,8 mm dan tersedia di pasaran dengan harga hanya Rp3.500 (US$0,37).
Bagian dalam penguat operasional seri 741 seperti dijelaskan di dalam teks. Pada diagram skema di samping digambarkan susunan bagian dalam sirkuit terintegrasi penguat operasional seri 741. Nomor-nomor yang terdapat di dekat dekat termin terminal al pada gambar gambar menunj menunjukk ukkan an nomor nomor kaki kaki termin terminal al pada sirkui sirkuitt terintegrasi 741 jenis 8-pin. Pin nomor 8 tidak terhubung dengan sirkuit. Ada beberapa hal menarik tentang sirkuit internal 741. Yang pertama adalah transistor masukan terhubung dengan konfigurasi pengikut emiter NPN yang keluarannya terhubung secara langsung kepada sepasang transistor PNP yang terkonfigurasi sebagai penguat basis bersama. bersama. Konfigurasi ini memisahkan
masu masuka kan n dan menc menceg egah ah siny sinyal al umpa umpan n bal balik ik yang yang mungk mungkin in memi memililiki ki efek efek berbahaya yang bergantung pada frekuensi frekuensi.. Pasangan transistor pada bagian yang diwarnai dengan warna merah pada diagram disebut cermin arus arus,, di mana basis terhubung langsung dengan kolektor pada salah satu transistor dari tiap pasangan dan kedua transistor saling terhubung pada emiter. Penggunaan cermin arus pada sirkuit masukan, yaitu pasangan transistor Q8 dan Q9 serta pasangan Q12 dan Q13, memungkinkan masukan menerima ayunan tegangan ragam bersama tanpa melewati rentang daerah aktif tiap transistor dalam sirkuit. Sedangkan cermin arus ketiga, yaitu pasangan transistor Q10 dan Q11 membentuk cermin arus yang agak berbeda dengan resistor bernilai 5 KΩ terhubung secara seri dengan emiter membatasi arus kolektor menjadi hampir nol sehingga dapat menjadi hubungan impedansi tinggi kepada catu daya negatif dan tidak membebani sirkuit masukan. Keunikan lain dalam sirkuit internal ditunjukkan dengan warna hijau, di mana kedua resistor bias transistor terhubung sedemikian hingga tidak terlihat adanya sinyal masukan kepada basis transistor. Bila diasumsikan tidak ada arus basis basis yang yang mengal mengalir ir pada pada transis transistor tor,, dan nilai nilai VBE VBE sebesar sebesar 0,625 0,625 Volt Volt maka maka menurut hukum Ohm akan diperlukan arus sebesar 0,625 V ÷ 7,5 KΩ = 0,0833 mA melalui resistor antara basis dan kolektor. Arus tersebut juga harus mengalir melalui resistor antara basis dan emiter sehingga menimbulkan tegangan jepit sebesar 0,0833 mA × 4,5 KΩ = 0,375 V sehingga menghasilkan total tegangan jepit melalui dua resistor sebesar 0,625 V + 0,375 V = 1,0 V. Hal ini digunakan untuk memberikan beda tegangan internal sebesar 1 Volt berapa pun tegangan keluaran keseluruhan sirkuit. Notasi Sirkuit
Simbol penguat operasional pada gambar sirkuit listrik .
Simbol penguat operasional pada rangkaian seperti pada gambar di samping, di mana: •
: masukan non-pembalik
•
: masukan pembalik
•
: keluaran
•
: catu daya positif
•
: catu daya negatif
Catu daya pada notasi penguat operasional seringkali tidak dicantumkan untuk memudahkan penggambaran rangkaian. Aplikasi sirkuit Terdapat banyak sekali penggunaan dari penguat operasional dalam berbagai jenis sirkuit listrik. Di bawah ini dipaparkan beberapa penggunaan umum dari penguat operasional dalam contoh sirkuit: Komparator (Pembanding)
Merupakan salah satu aplikasi yang memanfaatkan bati simpal terbuka (bahasa Inggris: Inggris: open-loop gain) penguat operasional yang sangat besar. Ada jenis penguat operasional khusus yang memang difungsikan semata-mata untuk penggunaan ini dan agak berbeda dari penguat operasional lainnya dan umum disebut juga dengan komparator. Komparator membandingkan dua tegangan listrik dan mengubah keluarannya untuk menunjukkan tegangan mana yang lebih tinggi.
di mana V s adalah tegangan catu daya dan penguat operasional beroperasi di antara + V s dan − V s.) Penguat pembalik
Sebuah Sebuah penguat penguat pembali pembalik k menggun menggunaka akan n ump umpan an bal balik ik negatif negatif untuk untuk membalik dan menguatkan sebuah tegangan. Resistor Rf melewatkan sebagian sinyal keluaran kembali ke masukan. Karena keluaran taksefase sebesar 180°, maka maka nilai nilai keluar keluaran an terseb tersebut ut secara secara efektif efektif mengura mengurangi ngi besar besar masuka masukan. n. Ini mengura mengurangi ngi bati keselu keseluruh ruhan an dari dari penguat penguat dan disebut disebut dengan dengan umpan umpan balik balik negatif.
Dimana: (karena
• •
Sebuah
resistor
adalah bumi maya dengan
nilai
,
ditempatkan ditempatkan di antara masukan non-pembalik non-pembalik dan bumi. Walaupun Walaupun tidak dibutuhkan, hal ini mengurangi galat karena arus bias masukan. Bati dari penguat ditentukan dari rasio antara Rf dan Rin, yaitu:
Tanda Tanda negatif negatif menunj menunjukk ukkan an bahwa bahwa keluar keluaran an adalah adalah pembali pembalikan kan dari masukan. Contohnya jika Rf adalah 10.000 Ω dan Rin adalah 1.000 Ω, maka nilai bati adalah -10.000Ω / 1.000Ω, yaitu -10. Penguat non-pembalik
Penguat non-pembalik. Rumus penguatan penguat non-pembalik adalah sebagai berikut:
atau dengan kata lain:
Dengan demikian, penguat non-pembalik memiliki bati minimum bernilai 1. Karena tegangan sinyal masukan masukan terhubung langsung langsung dengan masukan masukan pada penguat operasional maka impedansi masukan bernilai
.
Aplikasi sirkuit
Terdapa Terdapatt banyak banyak sekali sekali pengguna penggunaan an dari dari penguat penguat operasi operasional onal dalam dalam berbaga berbagaii jenis jenis sirkui sirkuitt listr listrik. ik. Di bawah bawah ini dipapar dipaparkan kan beberapa beberapa pengguna penggunaan an umum dari penguat operasional dalam contoh sirkuit:
Komparator
Rangkaian pembanding ini ada 3 macam yaitu : a. Rangkaian pembanding 1 op-amp tanpa jendela input b. Rangkaian pembanding 1 op-amp dengan jendela input c. Rangkaian pembanding 2 op-amp dengan jendela input proses output luar d. Rangkaian pembanding 2 op-amp dengan jendela input proses output dalam Rangkaian pembanding dengan 1 op-amp tanpa jendela input, artinya rangkaian komparator/pembanding yang langsung dibandingkan. Seperti pada gambar berikut ini adalah komparator biasa dan hasilnya langsung dibandingkan dengan referensinya. Rangkaian komparator dengan jendela input rangkaiannya hampir sama dengan rangkaian noninverting hanya saja parameternya terbalik. Merupakan salah satu aplikasi yang memanfaatkan bati simpal terbuka penguat operasional yang sangat besar. Ada jenis penguat operasional khusus yang memang difungsikan semata-mata untuk penggunaan ini dan agak berbeda dari penguat operasional lainnya dan umum disebut juga dengan komparator. Kompara Komparator tor memband membanding ingkan kan dua tega tegangan ngan lilistri strik k dan meng menguba ubah h keluarannya untuk menunjukkan tegangan mana yang lebih tinggi.
di mana V s adalah tegangan catu daya dan penguat operasional beroperasi di antara + V s dan − V s.)
Penguat pembalik
Penguat pembalik. Sebuah penguat pembalik menggunakan umpan balik negatif untuk membalik dan menguatkan sebuah tegangan. Resistor Rf melewatkan sebagian sinyal keluaran kembali ke masukan. Karena keluaran taksefase sebesar 180°, maka nilai keluaran tersebut secara efektif mengurangi besar masukan. Ini mengurangi bati keseluruhan dari penguat dan disebut dengan umpan balik negatif.
Di mana: (karena
• •
Sebuah
resistor
adalah bumi maya dengan
nilai
,
ditempatkan ditempatkan di antara masukan non-pembalik non-pembalik dan bumi. Walaupun Walaupun tidak dibutuhkan, hal ini mengurangi galat karena arus bias masukan. Bati dari penguat ditentukan dari rasio antara Rf dan Rin, yaitu:
Tanda Tanda negatif negatif menunj menunjukk ukkan an bahwa bahwa keluar keluaran an adalah adalah pembali pembalikan kan dari masukan. Contohnya jika Rf adalah 10.000 Ω dan Rin adalah 1.000 Ω, maka nilai bati adalah -10.000Ω / 1.000Ω, yaitu -10.
Penguat non-pembalik
Penguat non-pembalik. Rumus penguatan penguat non-pembalik adalah sebagai berikut:
atau dengan kata lain:
Dengan demikian, penguat non-pembalik memiliki bati minimum bernilai 1. Karena tegangan sinyal masukan masukan terhubung langsung langsung dengan masukan masukan pada penguat operasional maka impedansi masukan bernilai
.
Penguat diferensial
Op-a Op-amp mp dina dinama maka kan n juga juga deng dengan an peng pengua uatt
dife difere rens nsia iall (differential
). Sesuai dengan istilah ini, op-amp dalah komponen IC yang memiliki memiliki 2 amplifier ).
input input tegangan tegangan dan 1 output output tegangan tegangan,, dimana dimana tegangan tegangan outputoutput-nya nya adalah adalah proporsional terhadap perbedaan tegangan antara kedua inputnya itu. Penguat diferensial seperti yang ditunjukkan pada gambar-1 merupakan rangkaian dasar dari sebuah op-amp.
gambar-1 : penguat diferensial
Pada rangkaian yang demikian, persamaan pada titik Vout adalah Vout = A(v1-v2) dengan A adalah nilai penguatan dari penguat diferensial ini. Titik input v1 dikatakan sebagai input non-iverting , sebab tegangan vout satu phase dengan v1. Sedangkan sebaliknya titik v2 dikatakan input inverting sebab berlawanan phasa dengan tengangan vout. karakterisktik yang spesifik. Op-amp standard type 741 dalam kemasan IC DIP 8 pin sudah dibuat sejak tahun 1960-an. Untuk tipe yang sama, tiap pabrikan mengeluarkan seri IC dengan insial atau nama yang berbeda. Misalnya dikenal MC1741 dari motorola. LM741 buatan National Semiconductor, SN741 dari Texas Instrument dan lain lain sebagai sebagainya. nya. Tergantu Tergantung ng dari teknol teknologi ogi pembuat pembuatan an dan desain desain IC-nya IC-nya,, karakteristik satu op-amp dapat berbeda dengan op-amp lain. Penguat diferensial digunakan untuk mencari selisih dari dua tegangan yang yang tela telah h dikalikan dikalikan dengan konstanta tertent tertentu u yang yang ditentu ditentukan kan oleh oleh nilai nilai
resistansi yaitu sebesar
untuk
dan
. Penguat Penguat jenis ini berbeda
dengan diferensiator . Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut:
Sedangkan untuk R 1 = R 2 dan R f f = R g maka bati diferensial adalah:
Penguat penjumlah
Rangkaian penjumlah atau rangkaian adder adalah rangkaian penjumlah yang yang dasa dasarr rangk rangkai aiann annya ya adala adalah h rangk rangkai aian an inve inverti rting ng ampl amplif ifie ierr dan hasi hasill outputnya outputnya adalah dikalikan dikalikan dengan penguatan seperti pada rangkaian inverting. Pada dasarnya nilai outputnya adalah jumlah dari penguatan masing masing dari inverting, seperti :
Tahanan Tahanan Rom gunanya gunanya adalah adalah untuk untuk meletak meletak titik nol supaya supaya tepat, tepat, terkadang terkadang tanpa Rom sudah cukup stabil. Maka rangkaian ada yang tanpa Rom juga baik hasilnya. hasilnya. Rangkaian penjumlah penjumlah dengan menggunakan noninverting noninverting sangat suah dilakukan karena tegangan yang diparalel akan menjadi tegangan terkecil yang ada., sehingga susah terjadi proses penjumlahan.
Gambar Rangkaian penjumlah dengan hasil negatif
Penguat penjumlah menjumlahkan beberapa tegangan masukan, dengan persamaan sebagai berikut:
•
Saat
•
Saat
, dan R f f saling bebas maka:
, maka:
•
Keluaran adalah terbalik.
•
Impedansi masukan dari masukan ke-n adalah
(di mana
adalah bumi maya)
Integrator Opamp bisa juga digunakan untuk membuat rangkaian-rangkaian dengan respons frekuensi, frekuensi, misalnya misalnya rangkaian rangkaian penapis penapis (filter). (filter). Salah satu contohnya adalah rangkaian integrator seperti yang ditunjukkan pada gambar 3. Rangkaian dasa dasarr sebua sebuah h integ integrat rator or adala adalah h rang rangka kaia ian n op-a op-amp mp inve inverti rting, ng, hanya hanya saja saja rangkaian rangkaian umpanbaliknya umpanbaliknya (feedback ) bukan bukan resist resistor or melain melainkan kan mengguna menggunakan kan capasitor C.
gambar 3 : integrator Mari Mari kita kita coba coba mengana menganalilisa sa rangkai rangkaian an ini. ini. Prinsi Prinsipny pnya a sama sama dengan dengan menganalisa rangkaian op-amp inverting. Dengan menggunakan 2 aturan opamp (golden rule) maka pada titik inverting akan didapat hubungan matematis : Iin = (vin – v-)/R = vin/R , dimana v- = 0 (aturan1) Iout = -C d(vout – v-)/dt = -C dvout/dt; v- = 0 Iin = Iout ; (aturan 2) Maka jika disubtisusi, akan diperoleh persamaan : iin = iout = vin/R = -C dvout/dt, atau dengan kata lain
Dari Dari sini sinila lah h nama nama rangk rangkai aian an ini ini diam diambi bil, l, kare karena na seca secara ra mate matema mati tis s tegangan keluaran rangkaian ini merupakan fungsi integral dari tegangan input. Sesuai dengan nama penemunya, rangkaian yang demikian dinamakan juga rangkaian Miller Integral. Aplikasi yang paling populer menggunakan rangkaian integrator adalah rangkaian pembangkit sinyal segitiga dari inputnya yang berupa sinyal kotak.
Pada prakteknya, rangkaian feedback integrator mesti diparalel dengan sebuah resistor dengan nilai misalnya 10 kali nilai R atau satu besaran tertentu yang diinginkan. Ketika inputnya berupa sinyal dc (frekuensi = 0), kapasitor akan berupa saklar terbuka. Jika tanpa resistor feedback seketika itu juga outputnya akan akan satu satura rasi si seba sebab b rang rangka kaia ian n umpa umpanb nbal alik ik op-a op-amp mp menj menjad adii open open loop loop (penguatan open loop opamp ideal tidak berhingga atau sangat besar). Nilai resistor feedback sebesar 10R akan selalu menjamin output offset voltage (offset tegangan keluaran) sebesar 10x sampai pada suatu frekuensi cutoff tertentu. Pengu Penguat at ini ini mengintegrasikan tegangan masuka masukan n terhada terhadap p waktu waktu,, dengan persamaan:
di mana mana
adal adalah ah wakt waktu u dan dan
adal adalah ah tega tegang ngan an kelu keluar aran an pada pada
.
Sebuah integrator dapat juga dipandang sebagai tapis pelewat-tinggi dan dapat digunakan untuk rangkaian tapis aktif. Diferensiator Kalau komponen C pada rangkaian penguat inverting di tempatkan di depan, maka akan diperoleh rangkaian differensiator seperti pada gambar 4. Denga Dengan n anal analis isa a yang yang sama sama sepe seperti rti rang rangka kaia ian n integ integra rator tor,, akan akan dipe dipero role leh h persamaan penguatannya :
Rumus ini secara matematis menunjukkan bahwa tegangan keluaran vout pada rangkaian ini adalah differensiasi dari tegangan input vin. Contoh praktis
dari hubungan matematis ini adalah jika tegangan input berupa sinyal segitiga, maka outputnya akan mengahasilkan sinyal kotak.
gambar 4 : differensiator
Bentuk rangkain differensiator adalah mirip dengan rangkaian inverting. Sehingga jika berangkat dari rumus penguat inverting G = -R2/R1 dan pada rangkaian differensiator diketahui : Mendiferensiasikan siny sinyal al hasi hasill pembal pembalik ikan an terh terhada adap p waktu waktu denga dengan n persamaan:
di mana
dan
adalah fungsi dari waktu.
Pada dasarnya diferensiator dapat juga dibangun dari integrator dengan cara mengganti kapasitor kapasitor dengan dengan induktor , namun tidak dilakukan dilakukan karena harga induktor induktor yang mahal dan bentuknya bentuknya yang besar. Diferensiator Diferensiator dapat juga dilihat sebagai tapis pelewat-rendah dan dapat digunakan sebagai tapis aktif. Penguatan Open-loop Op-a Op-amp mp idea idealn lnya ya memi memililiki ki peng pengua uata tan n open open-l -loo oop p (AOL (AOL)) yang yang tak tak terhingga. Namun pada prakteknya opamp semisal LM741 memiliki penguatan yang yang terhing terhingga ga kira-k kira-kira ira 100.000 100.000 kali. kali. Sebena Sebenarny rnya a dengan dengan penguat penguatan an yang yang sebesar ini, sistem penguatan opamp menjadi tidak stabil. Input diferensial yang amat kecil saja sudah dapat membuat outputnya menjadi saturasi. Pada bab beri beriku kutn tnya ya akan akan diba dibaha has s baga bagaim iman ana a umpa umpan n bali balik k bisa bisa memb membua uatt sist sistem em penguatan op-amp menjadi stabil. Unity-gain frequency
Op-amp ideal mestinya bisa bekerja pada frekuensi berapa saja mulai dari sinyal dc sampai frekuensi giga Herzt. Parameter unity-gain frequency menjadi penting
jika op-amp digunakan untuk aplikasi dengan frekuensi tertentu. Parameter AOL biasanya adalah penguatan op-amp pada sinyal DC. Response penguatan opamp menurun seiring dengan menaiknya menaiknya frekuenci sinyal input. Op-amp LM741 misalnya memiliki unity-gain frequency sebesar 1 MHz. Ini berarti penguatan opamp akan menjadi 1 kali pada frekuensi 1 MHz. Jika perlu merancang aplikasi pada frekeunsi tinggi, maka pilihlah op-amp yang memiliki unity-gain frequency lebih tinggi. Slew rate
Di dala dalam m op-a op-amp mp kadan kadang g ditam ditambah bahka kan n beber beberap apa a kapas kapasit itor or untuk untuk kompensasi dan mereduksi noise. Namun kapasitor ini menimbulkan kerugian yang menyebabkan response op-amp terhadap sinyal input menjadi lambat. Opamp ideal memiliki parameter slew-rate yang tak terhingga. Sehingga jika input berupa sinyal kotak, maka outputnya juga kotak. Tetapi karena ketidak idealan op-amp, op-amp, maka maka sinyal sinyal output output dapat dapat berbentu berbentuk k ekponen ekponensia sial. l. Sebagai Sebagai contoh contoh praktis, op-amp LM741 memiliki slew-rate sebesar 0.5V/us. Ini berarti perubahan output op-amp LM741 tidak bisa lebih cepat dari 0.5 volt dalam waktu 1 us. Parameter CMRR
Ada satu parameter yang dinamakan CMRR (Commom Mode Rejection Ratio). Parameter ini cukup penting untuk menunjukkan kinerja op-amp tersebut. Op-amp dasarnya dasarnya adalah penguat diferensial diferensial dan mestinya tegangan input yang dikuatkan hanyalah selisih tegangan antara input v1 (non-inverting) dengan input v2 (inverting). Karena ketidak-idealan op-amp, maka tegangan persamaan dari kedu kedua a input input ini ini ikut ikut juga juga diku dikuatk atkan. an. Para Parame meter ter CMRR CMRR diar diarti tika kan n sebag sebagai ai kemampuan op-amp untuk menekan penguatan tegangan ini (common mode) sekecil-kecilnya. CMRR didefenisikan dengan rumus CMRR = ADM/ACM yang dinyatakan dengan satuan dB. Contohnya op-amp dengan CMRR = 90 dB, ini arti artiny nya a pengu penguata atan n ADM ADM (diff (differ erent entia iall mode mode)) adala adalah h kira kira-k -kir ira a 30.00 30.000 0 kali kali dibandingkan penguatan ACM (commom mode). Kalau CMRR-nya 30 dB, maka artinya perbandingannya kira-kira hanya 30 kali. Kalau diaplikasikan secara real, misalkan tegangan input v1 = 5.05 volt dan tegangan v2 = 5 volt, maka dalam hal ini ini tegang tegangan an difer diferens ensia ialn lnya ya (dif (differ ferent entia iall mode mode)) = 0.05 0.05 volt volt dan dan tegan tegangan gan persamaan-nya (common mode) adalah 5 volt. Pembaca dapat mengerti dengan
CMRR CMRR yang yang maki makin n besa besarr maka maka op-am op-amp p diha diharap rapka kan n akan akan dapat dapat menek menekan an penguatan sinyal yang tidak diinginkan (common mode) sekecil-kecilnya. Jika kedua pin input dihubung singkat dan diberi tegangan, maka output op-amp mestinya nol. Dengan kata lain, op-amp dengan CMRR yang semakin besar akan semakin baik. LM71 LM714 4 terma termasu suk k jeni jenis s op-am op-amp p yang yang seri sering ng digu digunak nakan an dan bany banyak ak diju dijump mpai ai dipas dipasar aran an.. Conto Contoh h lain lain misa misaln lnya ya TL072 TL072 dan dan kelu keluar argan ganya ya seri sering ng digunakan digunakan untuk penguat audio. Tipe lain seperti LM139/239/339 LM139/239/339 adalah opamp yang sering dipakai sebagai komparator. Di pasaran ada banyak tipe op-amp. Cara yang paling baik pada saat mendesain aplikasi dengan op-amp adalah dengan melihat dulu karakteristik opamp tersebut. Saat ini banyak op-amp yang dile dileng ngkap kapii dengan dengan kema kemamp mpua uan n sepe seperti rti curr current ent sens sensin ing, g, curr current ent limm limmit iter er,, rangkaian kompensasi temperatur dan lainnya. Ada juga op-amp untuk aplikasi khusus seperti aplikasi frekuesi tinggi, open colector output, high power output dan dan lain lain sebag sebagai ainy nya. a. Data Data karak karakte teri rist stik ik op-a op-amp mp yang yang lengk lengkap, ap, ya ada di datasheet. Analisa Rangkaian Op-Amp Popular
Operati Operational onal Amplif Amplifier ier atau di singka singkatt op-amp op-amp merupak merupakan an salah salah satu satu komponen analog yang popular digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. Aplikasi op-amp popular yang paling sering dibuat antara lain adalah rangkai rangkaian an inverte inverter, r, non-inv non-inverte erter, r, integr integrator ator dan differe differensi nsiator ator.. Pada Pada pokok pokok bahasan kali ini akan dipaparkan beberapa aplikasi opamp yang paling dasar, dimana rangkaian feedback (umpan balik) negatif memegang peranan penting. Secara umum, umpanbalik positif akan menghasilkan osilasi sedangkan umpan balik negatif menghasilkan penguatan yang dapat terukur. Op-amp ideal
Op-amp Op-amp pada dasarny dasarnya a adalah adalah sebuah sebuah differe differenti ntial al amplif amplifier ier (penguat (penguat diferensial) yang memiliki dua masukan. Input (masukan) op-amp seperti yang telah dimaklumi dimaklumi ada yang dinamakan input inverting inverting dan non-inverting non-inverting.. Op-amp Op-amp ideal ideal memili memiliki ki open loop loop gain gain (penguat (penguatan an loop loop terbuk terbuka) a) yang yang tak terhing terhingga ga besarnya. Seperti misalnya op-amp LM741 yang sering digunakan oleh banyak praktisi elektronika, memiliki karakteristik tipikal open loop gain sebesar 104 ~
105. Penguatan yang sebesar ini membuat opamp menjadi tidak stabil, dan penguatannya menjadi tidak terukur (infinite). Disinilah peran rangkaian negative feedbac feedback k (umpan (umpanbal balik ik negatif negatif)) diperl diperluka ukan, n, sehing sehingga ga op-amp op-amp dapat dapat dirangk dirangkai ai menjadi aplikasi dengan nilai penguatan yang terukur (finite). Impedasi input opamp ideal mestinya adalah tak terhingga, sehingga mestinya arus input pada tiap masukannya adalah 0. Sebagai perbandingan praktis, op-amp LM741 memiliki impedansi input Zin = 106 Ohm. Nilai impedansi ini masih relatif sangat besar sehingga arus input op-amp LM741 mestinya sangat kecil. Inverting amplifier
Rangkaian dasar penguat inverting adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar gambar 1, dimana dimana sinyal sinyal masukan masukannya nya dibuat dibuat melalu melaluii input input inverti inverting. ng. Seperti Seperti tersirat pada namanya, pembaca tentu sudah menduga bahwa fase keluaran dari penguat inverting ini akan selalu berbalikan dengan inputnya. Pada rangkaian ini, umpanbalik negatif di bangun melalui resistor R2.
gambar 1 : penguat inverter Input non-inverting non-inverting pada rangkaian ini dihubungkan dihubungkan ke ground, atau v+ = 0. Dengan Dengan mengin mengingat gat dan menimbang menimbang aturan 1 (lihat (lihat aturan aturan 1), maka akan akan dipenuhi v- = v+ = 0. Karena nilainya = 0 namun tidak terhubung langsung ke ground, input opamp v- pada rangkaian ini dinamakan virtual ground. Dengan fakta ini, dapat dihitung tegangan jepit pada R1 adalah vin – v- = vin dan tegan tegangan gan jepi jepitt pada pada reis reisto torr R2 adal adalah ah vout vout – v- = vout vout.. Kemu Kemudi dian an dengan dengan menggunakan aturan 2, di ketahui bahwa : iin + iout = i- = 0, karena menurut aturan 2, arus masukan op-amp adalah 0. iin + iout = vin/R1 + vout/R2 = 0 Selanjutnya vout/R2 = - vin/R1 .... atau vout/vin = - R2/R1
Jika penguatan G didefenisikan sebagai perbandingan tegangan keluaran terhadap terhadap tegangan tegangan masuka masukan. n. Impedan Impedansi si rangka rangkaian ian invert inverting ing didefen didefenisi isikan kan sebagai impedansi input dari sinyal masukan terhadap ground. Karena input inve inverti rting ng (-) (-) pada pada rangk rangkai aian an ini ini dike diketah tahui ui adal adalah ah 0 (vir (virtua tuall groun ground) d) maka maka impendasi rangkaian ini tentu saja adalah Zin = R1.
Non-Inverting amplifier
Prinsi Prinsip p utama utama rangkai rangkaian an penguat penguat non-in non-inver vertin ting g adalah adalah sepert sepertii yang yang diperlihatkan pada gambar 2 berikut ini. Seperti namanya, penguat ini memiliki masukan yang dibuat melalui input non-inverting. Dengan demikian tegangan kelu keluara aran n rangk rangkai aian an ini ini akan akan satu satu fasa fasa denga dengan n tegan tegangan gan input inputny nya. a. Untuk Untuk menganalisa menganalisa rangkaian penguat op-amp non inverting, inverting, caranya sama seperti menganalisa rangkaian inverting.
gambar 2 : penguat non-inverter
Buffer
Rangkaian buffer adalah rangkaian yang inputnya sama dengan hasil outputnya. outputnya. Dalam hal ini seperti rangkaian common colektor colektor yaitu berpenguatan berpenguatan = 1. Rangkaiannya seperti pada gambar berikut ini
Gambar Rangkaian Buffer
Nilai R yang terpasang gunanya untuk membatasi arus yang di keluarkan. Besa Besarr nila nilain inya ya terg tergan antun tung g dari dari indi indika kasi si dari dari komp kompone onenny nnya, a, bias biasany anya a tida tidak k dipasang alias arus dimaksimalkan sesuai dengan kemampuan op-ampnya.
Subtractor/ Pengurang
Rang Rangka kaian ian pengu pengura rang ng ini ini beras berasal al dari dari rang rangka kaia ian n inve inverti rting ng dengan dengan memanfaatkan masukan non-inverting, sehingga persamaannya menjadi sedikit ada perubahan. Rangkaian ini bisa terdiri 2 macam yaitu : a. Rangkaian dengan 1 op-amp b. Rangkaian dengan 2 op-amp c. Rangkaian dengan 3 op-amp Rangkaian Rangkaian pengurang dengan 1 op-amp ini memanfaatkan kaki inverting dan kaki oninverting. Supaya benar benar terjadi terjadi pengurangan maka nilai dibuat seragam seperti gambar. Rumusnya adalah:
Gambar Rangkaian pengurang dengan 1 op-amp
3.3 Daftar Komponen dan Alat
1. IC op-a op-amp mp 2. Resist Resistor or dan kapasi kapasitor tor 3. Potens Potensiom iometer eter 4. Osil Osilos osko kop p 5. Mult Multim imete eter r 6. Disket Disket / Flas Flashdi hdisk sk 7. Milim Milimeter eterblo block ck 8. Pulp Pulpen en / pensi pensill 9. Penggar Penggaris is / mist mistar ar
3.4 Cara Kerja 1.4.1 Amplifier membalik
1.
Buatlah rangkaian seperti gambar 3.11
2.
Setting Rg=1K sehingga 1000 mark sesuai dengan
10V
Gambar 3.11 Rangkaian percobaan Inverting amplifier 3.
Ukur tegangan de dengan os osiloskop/multimeter untuk
posisi nol 4.
Ukur tegangan output Uo sesuai dengan tegangan
input Ui seperti pada table 3.11 Tabel 3.1 Pengukuran tegangan input output(positif) untuk amplifier membalik No
Rf
100k
100k
100k
100k
100k
100k
Setting
1
Vi
0,1
0,3
0,5
0,6
0 ,8
1
Volt
2
Vo
5.
volt
Sekarang hubungkan A1 dengan -15V dan ulangi
langkah percobaan sebelumnya dan catat hasilnya pada table 3.2.
Tabel 3.2 Pengukuran tegangan input output(negatif) untuk amplifier membalik
1.4.2
No
Rf
100k
100k
100k
100k
100k
100k
Setting
1
Vi
0,1
0,3
0,5
0,6
0 ,8
1
Volt
2
Vo
volt
Amplifier tak membalik
1. Buatla Buatlah h Rangk Rangkaia aian n Sepert Sepertii gamba gambarr 3.12 3.12
Gambar 3.12 Rangkaian percobaan NonInverting amplifier 2. Hubungkan Hubungkan Rg pada pada Vcc Vcc +15V dan setting setting Rg sehingga sehingga U1 U1 berharga berharga 10V 10V 3. Naikka Naikkan n teg input input U1 dengan mengo mengopera perasik sikan an Rt dan ukur Ua Ua sebagai sebagai fungsi Ui dan isikan hasil pengamatan pada table 3.12
Tabel 3.3 Pengukuran tegangan input output (positif )untuk amplifier tak membalik No
Rf
100k
100k
100k
100k
100k
100k
Setting
1
Vi
0,1
0,3
0,5
0,6
0 ,8
1
Volt
2
Vo
Volt
4. Hubungk Hubungkan an Rg pada Vcc -15V -15V dan lakuka lakukan n setting setting seperti seperti sebel sebelumn umnya ya serta ulangi pengukuran sesuai dengan table 3.4
Tabel 3.4 Pengukuran tegangan input output (negatif )untuk amplifier tak membalik
1.4.3
No
Rf
100k
100k
100k
100k
100k
100k
Setting
1
Vi
0,1
0,3
0,5
0,6
0 ,8
1
Volt
2
Vo
Volt
Pengikut te tegangan (v (voltage fo follower)
1.
Buatlah rangkaian seperti gambar 3.13
Gambar 3.13 Rangkaian percobaan untuk pengikut tegangan 2.
Hubungkan Rg pada Vcc +15V dan setting Rg
sehingga U1 berharga 10V 3.
Naikkan teg input U1 dengan mengoperasikan Rt
dan ukur Uo sebagai fungsi Ui dan isikan hasil pengamatan pada table 3.5 Tabel 3.5 Pengukuran tegangan input output (positif )untuk pengikut tegangan No
Rf
100k
100k
100k
100k
100k
100k
Setting
1
Vi
1
3
5
6
8
10
Volt
2
Vo
4.
Volt
Hubungkan Rg pada Vcc -15V dan lakukan setting
seperti sebelumnya serta ulangi pengukuran sesuai dengan table 3.6
Tabel 3.6 Pengukuran tegangan input output (negatif )untuk pengikut tegangan
1.4.4
No
Rf
100k
100k
100k
100k
100k
100k
Setiing
1
Vi
1
3
5
6
8
10
Volt
2
Vo
Volt
Amplifier penjumlah
1.
Buatlah rangkaian seperti gambar 3.14
Gambar 3.14 Rangkaian percobaan amplifier penjumlah 2.
Hubungkan potensiometer 10 putaran ke +15V dan
atur resistor variable 1K sehingga posisi 1000 berhubungan dengan 10V 3.
Setting potensiometer 10 putaran ke nol. Ukur Uo
4.
Input Ui’ dibiarkan open dan ukur Uo=f(Ui) dengan
Ui=1V dan 2V 5.
Hubungkan R3=10K ke ground dan ukur Uo=f(Ui)
seperti langkah 4 6.
10 K
Ganti R3 1K dengan 100Ω hubungkan ke ground
da lakukan seperti langkah 4 7.
Set FG1 sehingga Ui=2V pada R1. Set juga FG2
sehingga Ui’=3V pada R3. Ukur Uo=f(Ui + Ui’) 8.
Set FG1 dan FG2 seperti pada langkah 7. tapi Fg2
dihubungkan ke -15V. ukur Uo= f(Ui – Ui’)
1.4.5
Low pass filter
1.
Buatlah ra rangkaian seperti gambar 3.15
Gambar 3.15 rangkaian percobaan LPF (LOW PASS FILTER) 2.
Ukur Ua sebagai fungsi frekuensi f. set Ui pada 2
Vpp dan lakukan pengukuran seperti table 3.7 catat hasil pengukuran pada table.
Table 3.7 Pengujian LPF dengan Frekuensi yang berbeda.
1.4.6
No
F(Hertz)
20
200
1000
1500
2000
4000
20000
1
Ui (Vpp)
2
2
2
2
2
2
2
2
Uo (Vpp)
High pass filter
1.
Buatlah ra rangkaian seperti gambar 3.16
Gambar 3.16 rangkaian percobaan HPF (HIGH (HIGH PASS FILTER)
Ukur Ua sebagai fungsi frekuensi f. set Ui pada 2
2.
Vpp dan lakukan pengukuran seperti table 3.8 catat besarnya tegangan output Uo dari HPF. Table 3.8 Pengujian HPF dengan Frekuensi yang yang berbeda. No
F(Hertz)
20
200
1000
1500
2000
4000
20000
1
Ui (Vpp)
2
2
2
2
2
2
2
2
Uo (Vpp)
3.5 Lembar Kerja dan Data Hasil Percobaan
Tabel 3.9 Amplifier membalik dengan Vinput – output positif No
Rf
100k
100k
100k
100k
100k
100k
Setting
1
Vi
0,1
0,3
0,5
0,6
0 ,8
1
Volt
2
Vo
-1,07
-3,13
-5,16
-6,16
-8,12
-9,77
Volt
Tabel 3.10 Amplifier membalik dengan Vinput – output negatif No
Rf
100k
100k
100k
100k
100k
100k
Setting
1
Vi
0,1
0,3
0,5
0,6
0 ,8
1
Volt
2
Vo
1,1
3,06
5,16
6,2
8 ,1
10,11
Volt
Tabel Tabel 3.11 Penguk Pengukuran uran tegangan tegangan input input output output (posit (positif) if) untuk untuk amplifi amplifier er tak membalik
No
Rf
100k
100k
100k
100k
100k
100k
Setting
1
Vi
0 ,1
0,3
0 ,5
0,6
0 ,8
1
Volt
2
Vo
-1,24
-3,47
-5,66
-6,71
-8,96
-11,13
Volt
Tabel Tabel 3. 12 Penguku Pengukuran ran tegangan tegangan input output output (negati (negatif) f) untuk untuk amplif amplifier ier tak membalik No
Rf
100k
100k
100k
100k
100k
100k
Setting
1
Vi
0,1
0,3
0,5
0,6
0 ,8
1
Volt
2
Vo
1,18
3,45
5,63
6,76
8,98
9,81
Volt
Tabel 3.13 Pengukuran tegangan input output (positif) untuk pengikut tegangan No
Rf
100k
100k
100k
100k
100k
100k
Setting
1
Vi
1
3
5
6
8
10
Volt
2
Vo
-1
-3
-5
-6
-8
-10
Volt
Tabel 3.14 Pengukuran tegangan input output (negatif) untuk pengikut tegangan No
Rf
100k
100k
100k
100k
100k
100k
Setting
1
Vi
1
3
5
6
8
10
Volt
2
Vo
1
3
5
6
8
9,75
Volt
Tabel 3.15 Amplifier Penjumlah V1
V2
Vout
1
2
-3,03
3
4
-7,05
5
6
-9,73
7
7
-9,73
2
2
-4,04
Tabel 3.16 Pengujian LPF dengan Frekuensi yang berbeda No
F(Hertz)
20
200
1000
1500
4000
20000
1
Ui (Vpp)
2
2
2
2
2
2
2
Uo (Vpp)
864
800
500
288
21,6
48 mV
mV
mV
mV
mV
mV
Tabel 3.17 Pengujian HPF dengan Frekuensi yang berbeda No
F(Hertz)
20
200
1000
1500
4000
20000
1
Ui (Vpp)
2
2
2
2
2
2
2
Uo (Vpp)
1,44
1,48
1,52
1,52 V
1,52 V
1,54 V
V
V
V
3.6 Analisa Pembahasan Hasil Percobaan 3.6.1 Amplifier Membalik
Rangkaian penguatan konstan yang banyak digunakan adalah inverting amplifier, seperti gambar berikut :
Gambar 3.18 Amplifier Membalik
Output diperoleh dengan mengalikan input dengan suatu konstanta penguatan yang yang nilainy nilainya a ditentu ditentukan kan oleh resist resistor or input input R1 dan resist resistor or umpan umpan balik balik Rf . Output ini terbalik (inverted) dari input (beda phase 180o).Sehingga ).Sehingga secara teori didapatkan rumus sebagai berikut :
Sehingga untuk percobaan yang pertama didapatkan Vo = - ( 100K : 10K ) x 0,1 = -1 Untuk percobaan kedua didapatkan : Vo = - ( 100K : 10K) x 0,3 = -3 Untuk percobaan ketiga didapatkan : Vo = - (100K:10K) x 0,5 = -5
Dengan cara yang sama didapatkan data sebagai berikut : Tabel 3.18 No
Rf
100k
100k
100k
100k
100k
100k
1
Vi
0 ,1
0,3
0,5
0,6
0.8
1
2
Vo
-1
-3
-5
-6
-8
-10
Untuk tegangan input yang membalik menggunakan rumus yang sama pula, sehingga didapatkan table sebagai berikut : Tabel 3.19 No
Rf
100k
100k
100k
100k
100k
100k
1
Vi
-0,1
- 0 .3
-0,5
-0,6
-0,8
-1
2
Vo
1
3
4
6
8
10
Persentase kesalahan dapat dicari berdasarkan rumus berikut : % kesalahan relatif =
Vpengukura
n −Vteori
Vteori
x 100 %
Sehingga perbandingan antara hasil yang diperoleh dari perhitungan, hasil yang diperoleh dari praktek dan persentase kesalahan dapat dilihat pada tabel berikut ini :
Tabel 3.20 Input Input
Output
Input
teori
Persentase kesalahan (%) praktek
positif negatif Output Output
Output
Output
negatif positif negatif
positif
Input (+)
Input (-)
output (-)
Output (+)
0,1
-0,1
-1
1
1,1
-1,07
10
-207
0.3
-0.3
-3
3
3,06
-3,13
-202
-204
0.5
-0.5
-5
5
5,16
-5,16
-203
-203
0.6
-0.6
-6
6
6,2
-6,16
-203
-202
0.8
-0.8
-8
8
8,1
-8,12
-201
-201
1
-1
-10
10
10,11
-9,77
-201
-197
Dari table di atas dapat ditarik kesimpulan bahwa percobaan yang dilakukan berhasil karena persentase kesalahan yang didapatakan tidak cukup besar.
Dari table di atas didapatkan grafik perbandingan antara V input positif dan V input negative output positif baik secara teori maupun praktik
.
. ..
.. .
output
-9
-8
-7
-6
..
-5
..
-4
..
-3
-2
. .
-1
Keterangan : : Input – Output secara TeoRi
Gamb Gambar ar 3.19 3.19 Graf Grafik ik perba perbandi nding ngan an hasi hasill antara antara V input input posit positif if dan V outpu outputt negative secara teori dan praktik
..
output 9
.
.
8 7
.
6
.
5
.
4
.
3 2 1
input
-0,9
- 0,8
Keterangan
-0,7
-0,6
-0,5
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
:
. .
-0,1
: Input – Output secara TeoRi
Gambar Gambar 3.20 Grafik Grafik perbandi perbandingan ngan hasil hasil antara V input input negative negative dan V output output positif secara teori dan praktik
output 11
10
.
9
.
8
.
7
.
6
.
5
.
4
.
3
2
1
-1
-0,9 -0,9
-0,8 -0,8
-0,7
-0,6
-0,5
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
.
Gambar Gambar 3.21 Grafik Grafik perbandi perbandingan ngan hasil hasil antara V input input negative negative dan V output output apabila berada pada saat saturasi
3.6.2 Amplifier tak membalik
Gambar 3.22
Hubungan antara tegangan input dan output adalah :
Sehingga untuk percobaan yang pertama didapatkan Vo = (0,1 x (100 + 10)) : 10 = 1,1 Untuk percobaan kedua didapatkan : Vo = (0.3 x (100 + 10)) : 10 = 3.3 Untuk percobaan ketiga didapatkan : Vo = (0.5 x (100 + 10)) : 10 = 5.5
Dengan cara yang sama didapatkan data sebagai berikut : Untuk pengukuran tegangan input output (positif) untuk amplifier tak membalik Tabel 3.21 Vi
0,1
0 .3
0.5
0.6
0.8
1
Vo
1,1
3 .3
5.5
6.6
8.8
11
Untuk pengukuran tegangan input output (negatif) untuk amplifier tak membalik Tabel 3.22 Vi
-0,1
-0.3
-0.5
-0.6
-0.8
-1
Vo
- 1 ,1
-3.3
-5.5
-6.6
-8.8
-11
Persentase kesalahan dapat dicari berdasarkan rumus berikut : % kesalahan relatif =
Vpengukura
n −Vteori
Vteori
x 100 %
Sehingga Sehingga perbandingan perbandingan antara hasil yang diperoleh dari perhitungan, perhitungan, hasil yang diperoleh dari praktek dan persentase kesalahan dapat dilihat pada tabel berikut ini :
Tabel 3.23 Input
Output
Persentase kesalahan (%)
Input
Input
teori
Praktek
positif negatif Output Output
Output
Output
negatif positif
negatif
positif
Input (+)
Input (-)
output (+)
Output (-)
0 .1
-0.1
-1.1
1.1
1,18
-1,24
-207
-212
0 .3
-0.3
-3.3
3.3
3,45
-3,47
-204
-205
0 .5
-0.5
-5.5
5.5
5,63
-5,66
-202
-202
0 .6
-0.6
-6.6
6.6
6,76
-6,71
-202
-201
0 .8
-0.8
-8.8
8.8
8,98
-8,96
-202
-201
1
-1
-11
11
9,81
-11,13
-189
-201
Dari Dari table table di atas dapat ditari ditarik k kesimp kesimpula ulan n bahwa bahwa percob percobaan aan amplif amplifier ier tak memb membal alik ik yang yang dila dilaku kuka kan n berha berhasi sill kare karena na perse persent ntas ase e kesa kesala laha han n yang yang di dapatkan tidak cukup besar.
. .
0,9
..
0,8
..
0,7
..
0,6
..
0,5
..
0,4
..
0,3
0,2
0,1
.
. 1
3
2
5
4
6
7
8
9
output
: untukperbandingansecarat ateori
Gambar 3.23 Grafik Grafik perbandingan perbandingan antara antara V output dan dan V input (positif (positif)) dengan hasil perhitungan dan dengan praktik
- 0, 9
-0 ,8 ,8
-0,7
-0,6
-0,5
-0,4
-0, 3
- 0, 0, 2
-0,1
. -1 -2
. . . .. . . Keterangan
. . .
: : untuk perbandingan secara teori
.
-3
-4 -8
-5
-6
-7
-8
-9
output
Gambar 3.24 Grafik Grafik perbandingan perbandingan antara antara V output output dan V input input (negatif) (negatif) dengan hasil perhitungan dan dengan praktik
3.6.3 Pengikut Tegangan (voltage follower)
Pada dasarnya voltage follower menghasilkan gain = 1 tanpa pembalikan phase. Sehingga didapatkan rumus bahwa : Vo = V1 Ini berarti bahwa output mempunyai magnitud dan phase yang sama dengan input. Sehingga secara teori untuk input dan output positif didapatkan data sebagai berikut : Tabel 3.24 Vi
1
3
5
6
8
10
Vo
-1
-3
-5
-6
-8
-10
Untuk input dan output negatif didapatkan data sebagai berikut : Tabel 3.25 Vi
1
3
5
6
8
10
Vo
1
3
5
6
8
9,75
Persentase kesalahan dapat dicari berdasarkan rumus berikut : % kesalahan relatif =
Vpengukura
n −Vteori
Vteori
x 100 %
Sehingga didapatkan data persentase kesalahan sebagai berikut :
Tabel 3.26 Input Input Positif
Output Input Negatif
Persentase kesalahan (%)
Output
Output
Input (+)
Input (-)
Positif
Negatif
dan output
dan Output
(+)
(-)
1
1
-1
1
0
0
3
3
-3
3
0
0
5
5
-5
5
0
0
6
6
-6
6
0
0
8
8
-8
8
0
0
10
10
-10
-9.75
0
3.5
Karena hasil tegangan output yang dihasilkan secara teori sama dengan praktek sehingga dapat disimpulkan bahwa persentase kesalahannya sebesar 0 % maka percobaan ini berhasil.
.
input 0,9
.
0,8
.
0,7 0,6
.
0,5
.
0,4
.
0,3
0,2
0,1
..
. 1
2
3
4
5
6
7 output
Gambar 3.25 Grafik Grafik Voltage Voltage Follower Follower dengan dengan Input Input dan Output Output Positif Positif
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
.
input
. . . . . .
.
. -1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
Gambar 3.26 Grafik Voltage Follower dengan Input dan Output Negatif
3.6.4 Amplifier Penjumlah
Gambar 3.27
Rangkaian menunjukkan penguatan dengan tiga input yang menghasilkan suatu fungsi fungsi penjum penjumlah lahan. an. Masing Masing-ma -masin sing g input input dikuatk dikuatkan an dengan dengan suatu suatu konsta konstanta nta penguatan sebelum dijumlahkan.
Tegangan output yang dihasilkan adalah :
Sehingga untuk percobaan pertama didapatkan : Vo = (- (20 K : 10 K x 1 ) + (20 K : 10 K x 2 ) ) = -6 Untuk percobaan kedua didapatkan : Vo = (- (20 K : 10 K x 3 ) + (20 K : 10 K x 4 ) ) = -14 Untuk percobaan ketiga didapatkan : Vo = (- (20 K : 10 K x 5 ) + (20 K : 10 K x 6 ) ) = -22
Dengan cara yang sama didapatkan data sebagai berikut : Tabel 3.27 Vi
1
3
5
7
2
V2
2
4
6
7
2
Vo
-6
-14
-22
-2 8
-8
Persentase kesalahan dapat dicari berdasarkan rumus berikut : % kesalahan relatif =
Vpengukura
n −Vteori
Vteori
x 100 %
Dengan rumus tersebut didapatkan data sebagai berikut :
Tabel 3.26 Teori
Praktek
Persentase kesalahan (%)
-6
-3,03
-49.5
-14
-7,05
-49.6
-22
-9,73
-55.7
-28
-9,73
-65.2
-8
-4,04
-49.5
Dari data di atas dapat disimpulkan bahwa percobaan masih kurang berhasil karena berdasarkan hasil perhiitungan persentase kesalahan didapatkan nilai yang cukup besar. Nilai tersebut disebabkan beberapa factor misalnya kurang telitinya praktikan atau kurang presisinya alat input 9 8
.
.
7 6
.
.
.
4
. . -18
-17
-16
-1 5
-1 4
-13
.
5
-12
-11
-10
3
. -9
-8
-7
2
. -6
-5
-4
. . . . .
1
-3
.
-2
.
-1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
K et: : Untuk Ui dan Uo : U n t u k2 dUa n U o
Gambar 3.28 Grafik Grafik Amplifier Amplifier Penjumlah Penjumlah
3.6.5 Low Pass Filter
output
Rumus yang digunakan dalam perhitungan low pass filter dan high pass filter adalah : F=
1 2Π RC RC
Sehingga berdasarkan rumus tersebut didapatkan data sebagai berikut :
F = 1 / ( 2 x 3.14 x 0,1 x 10 -7 x 104 ) = 15 .92 KHz
Karakteristik dari sinyal pada osiloskop dapat dilihat sebagai berikut :
Dimana f input = 2,000 Hz dan f output = 20,02
Dimana f input = 2000 Hz dan f output = 201,5
Dimana f input = 2000 KHz dan f output = 1005KHz
Dimana f input = 2000 KHz dan f output = 1503 KHz
Dimana f input = 2000 KHz dan f output = 3997 KHz
Dimana f input = 2000 KHz dan f output = 1503KHz Persentase kesalahan dapat dicari berdasarkan rumus berikut : % kesalahan relatif =
foutput
− fperhitung
fperhitung
an
an
x 100 %
Berdasarkan rumus tersebut maka didapatkan table sebagai berikut : Tabel 3.27 F
F input
F Output
Persentase
Perhitungan
kesalahan
(KHz)
(%)
Perbandingan F Output dengan F Perhitungan
15 , 92
20
20,02 Hz
Diatas 100%
1:1,04
15 , 92
2000
201,5 Hz
Diatas 100%
1:12,6
15 , 92
1000
1005KHz
Diatas 100 %
1:64,3
15 , 92
1500
1503 KHz
Diatas 100 %
1:110,42
15 , 92
4000
3997 KHz
Diatas 100 %
1:252,51
15 , 92
20000
1503 KHz
Diatas 100 %
1:1,26
Dari data di atas dapat disimpulkan bahwa percobaan masih kurang berhasil karena berdasarkan hasil perhiitungan persentase kesalahan didapatkan nilai
yang cukup besar. Nilai tersebut disebabkan beberapa factor misalnya kurang telitinya praktikan atau kurang presisinya alat ukur ataupun keadaan praktikum yang kurang kondusif
1 51 0520
200
1000 1500
3500 4000
F Input
Gambar 3.29 Grafik Grafik hubungan antara f input dan f perhitungan perhitungan dengan metode Low Pass Filter
.
F Output 4000 -
.
3500 -
. .
1700 -
1000 -
200 -
.
.
50 -
.
Gambar Gambar 3.20 Grafik Grafik hubunga hubungan n antara f input dan f output output dengan metode metode Low Pass Filter
3.6.6 High Pass Filter
Sama Sama haln halnya ya denga dengan n Low Pass Pass Filt Filter er maka maka rumus rumus yang yang digun digunak akan an dala dalam m penghitungan untuk High Pass Filter adalah F=
1 2Π RC RC
Sehingga berdasarkan rumus tersebut didapatkan data sebagai berikut :
F = 1 / ( 2 x 3.14 x 0,1 x 10 -7 x 104 ) = 15 .92 KHz
Karakteristik dari sinyal pada osiloskop dapat dilihat sebagai berikut :
Dimana f input = 20,40 KHz dan f output = 20,50 KHz
Dimana f input = 24,40 KHz dan f output = 124,8 KHz
Dimana f input = 864,0 KHz dan f output = 20,07 KHz
Dimana f input = 48,00 KHz dan f output = 429,5 KHz
Dimana f input = 878,0KHz dan f output = 201,5 KHz
Dimana f input = 520,0 KHz dan f output = 1,006KHz
Dimana f input = 276,0 Hz dan f output = 1,503 Hz
Dimana f input = 20.96 Hz dan f output = 20,98 H
Persentase kesalahan dapat dicari berdasarkan rumus berikut : % kesalahan relatif =
foutput
− fperhitung
fperhitung
an
an
x 100 %
Berdasarkan rumus tersebut maka didapatkan table sebagai berikut :
Tabel 3.28 F
F input
F Output
Perhitungan
Persentase kesalahan (%)
Perbandingan F Output dengan F Input
15 , 92
20,4
20,50 KHz
20,99
1 : 1,049
15 , 92
24,4
124,8 KHz
99,60
1:1
15 , 92
864,0
20,07 KHz
99,54
1 : 1025
15 , 92
48,00
429,5 KHz
98,95
1 : 1172
15 , 92
878,0
201,5 Hz
Diatas 100%
1 : 1005
15 , 92
520,0
1,006 Hz
Diatas 100%
1 : 1,009
Dari data di atas dapat disimpulkan bahwa percobaan masih kurang berhasil karena berdasarkan hasil perhiitungan persentase kesalahan didapatkan nilai yang cukup besar. Nilai tersebut disebabkan beberapa factor misalnya kurang telitinya praktikan atau kurang presisinya alat ataupun keadaan praktikum yang kurang kondusif
15 10 520
200 200
1000
1500
3500
4000
F Input
Gambar 3.31 Grafik Grafik hubungan hubungan antara f input dan dan f perhitungan perhitungan dengan dengan metode metode Low Pass Filter
. .
. . .
Gambar Gambar 3.32 Grafik Grafik hubunga hubungan n antara f input dan f output output dengan metode metode Low Pass Filter
3.7 Pertanyaan dan Tugas
1.
Jelaskan
apa
yang dimaksud dengan OP-AMP? 2.
Sebutkan
fungsi dan karakteristik dari sebuah OP-AMP! 3.
Buatlah
symbol skematis dari sebuah OP-AMP dan sebutkan masing – masing bagiannya! 4.
Jelaskan
fungsi dari masing – masing kaki OP-AMP (pada OP – AMP 741)menurut datasheet yang anda peroleh! 5.
Tentukan
besarnya gain bagi amplifier membalik dan tak membalik! 6.
Bagaimana
prinsif kerja dari pengikut tegangan (voltage follower)! 7.
Bagaimana
sifat-sifat op-am ideal dan hubungannya dengan op-amp nyata! 8.
Bagaimana
hubungan tegangan input dan output dari amplifier penjumlah/adder! 9.
Apa
yang
dimaksud dimaksud dengan frekuensi frekuensi cut-off atau putus dan berapa besarnya gain pada kondisi ini? 10.
Berapa
frekuensi cut-off dari filter-filter pada percobaan yang anda lakukan dan bandingkan hasil ini dengan perhitungan/teorinya!
Jawaban Pertanyaan
Pengua uatt 1. Peng
oper operas asio iona nall (op(op-am amp) p) adal adalah ah suat suatu u blok blok peng pengua uatt yang yang
mempunyai dua masukan dan satu keluaran. Op-amp biasa terdapat di pasaran berupa rangkaian terpadu (integrated circuit -IC). -IC).
Gambar 3.33 Rangkaian dasar penguat operasional Gamb Gambar ar 3.33 3.33 menun menunju jukk kkan an sebua sebuah h blok blok op-a op-amp mp yang yang memp mempun unya yaii berbagai tipe dalam bentuk IC. Seperti terlihat pada gambar 3.7.1, op-amp memiliki masu masuka kan n tak tak memb membal alik ik v+ (non-inverting ), ) , masu masuka kan n memb membal alik ik v(inverting ) dan keluaran vo. Jika isyarat masukan dihubungkan dengan masukan masukan membal membalik ik (v-), maka maka pada daerah frekuen frekuensi si tengah tengah isyara isyaratt keluar keluaran an akan akan “berla “berlawan wanan an fase” fase” (berla (berlawan wanan an tanda tanda dengan dengan isyara isyaratt masukan). masukan). Sebaliknya Sebaliknya jjik ika a isya isyarat rat masu masuka kan n dihub dihubung ungkan kan denga dengan n masu masuka kan n tak memb membal alik ik (v+), maka maka isya isyarat rat keluar keluaran an akan “sefas “sefase”. e”. Sebu Sebuah ah opam opamp p bias biasan anya ya meme memerl rluk ukan an catu catu daya daya ± 15 V. Dala Dalam m menggambarkan rangkaian hubungan catu daya ini biasanya dihilangkan.
2. Fun Fungsi gsi dari opop-amp amp ant antara ara lai lain n: Karakteristik terpenting dari sebuah op-amp yang ideal adalah: •
Penguatan loop terbuka amat tinggi
•
Impedansi masukan yang sangat tinggi sehingga arus masukan dapat diabaikan
•
Impedansi keluaran sangat rendah sehingga keluaran penguat tidak terpengaruh oleh pembeban.
3. 1 3 2
Gambar 3.34 simbol penguat operasional Keterangan gambar : 1. Inve Inverrting ting Inp Inpu ut 2. NonNon-In Inve vert rtin ing g Inpu Inputt 3. Output.
4. Fungsi dari masingmasing-masin masing g kaki Op-Amp Op-Amp pada Op-Amp Op-Amp 741 adalah :
Gambar Rangkaian penguat operasional 741 •
Pin 1(3) + Pin 5(9) untuk penyetelan 0 volt.
•
Pin 2 (4) untuk inverting input.
•
Pin 3 (5) untuk noninverting input.
•
Pin 4 (6) untuk ground atau tegangan negatif.
•
Pin 6 (10) terminal keluaran (output).
•
Pin 7 (11) untuk tegangan positif
5.
a.Amplifier membalik :
Gambar 3.35 amplifier membalik
V 0
R f
=−
R1
V 1 ; G
=
V 0 V 1
Sehingga : R f G =− R1
b. Amplifier tak membalik :
Gambar 3.36 amplifier tak membalik V 1
=
R1 R1
+ R
V o ; G
=
f
Sehingga :
G
=
R1
R f
+
R1
=1 +
R f R1
V 0 V 1
Rangkaian
6.
buffer/vol buffer/voltage tage
followe follower r adalah
rangkaian yang inputnya sama dengan hasil outputnya. Dalam hal ini sepe sepert rtii
rang rangka kaiian
com common
col colekto ektorr
yai yaitu
berp berpen engu guat atan an
=
1.
Rangkaiannya seperti pada gambar berikut ini
Gambar 1.7.6 Rangkaian Buffer/Voltage Follower Nila Nilaii R yang yang terp terpas asan ang g berg bergun una a untu untuk k memb membat atas asii arus arus yang yang di keluarkan. Besar nilainya tergantung dari indikasi dari komponennya, biasan biasanya ya tidak tidak dipasa dipasang ng karena karena arus arus dimaks dimaksima imalka lkan n sesuai sesuai dengan dengan kemampuan op-ampnya. 7. Sifat op-amp ideal dan hubungannya hubungannya dengan op amp nyata adalah : Sifat op-amp ideal yaitu : a. Faktor Faktor pengu penguat at open open loop loop gain gain tak tak terhi terhingga ngga b. Bila Bila inputn inputnya ya sama sama dengan dengan 0 maka maka outputn outputnya ya juga juga 0 c. Impe Impedan dansi si input input tak terhin terhingga gga dan impe impedan dansi si output outputny nya a sang sangat at rendah (0). d. Leba Lebarr band bandwi widt dth h tida tidak k terh terhin ingg gga a arti artiny nya a peng pengua uata tan n dari dari DC sampai frekuensi tak terhingga tetap sama.
e. Rise titime = 0 f.
Tidak Tidak peka peka terhada terhadap p perubaha perubahan n teganga tegangan n sumber sumber atau atau peruba perubahan han temperatur.
Hubungannya dengan kenyataan adalah : Faktor penguatan penguatan open loop gain walaupun cukup besar
•
tetapi terbatas kira-kira 100.000 kali. Bila Bila harga harga pada inputnya inputnya nol, nol, outputny outputnya a belum belum tentu tentu
•
tepat nol. Impedansi inputnya cukup tinggi namun terbatas hanya
•
beber beberapa apa ratus ratus kilo kilo ohm (KΩ) (KΩ),, seda sedangk ngkan an impe impedan dansi si outpu outputny tnya a berkisar hanya beberapa ratus sampai puluh ohm (Ω) saja. •
Rise timenya tidak nol.
•
Kala Kalau u perub perubaha ahan n tegan teganga gan n sumb sumber er atau atau tempe tempera ratu tur r
cukup besar, kerjanya akan terpengaruh.
8. Hubunga Hubungan n tegangan tegangan input dan output output pada ampli amplifie fierr penjumlah penjumlah adalah adalah Outpu Outputt akan akan mengh menghas asililka kan n penju penjuml mlaha ahan n dari dari beber beberap apa a inpu inputt yang yang dimasu dimasukka kkan. n. Dengan Dengan faktor faktor penguat penguat dipero diperoleh leh dari perbandi perbandingan ngan Rf dengan masing-masing Rinput pada input. Output yang dihasilkan juga akan berbalik phasa dengan input yang diberikan.
9. Yang dimaksu dimaksud d dengan frekuen frekuensi si cut-off cut-off adalah adalah dapat dapat dilihat dilihat pada rumus rumus f H
=
1 2π RC RC
= cut-off frekuensi tinggi dari filter
3.8 Kesimpulan
Operati ationa onall Ampl Amplif ifie ierr (Op (Op Amp) Amp) adala adalah h pengu penguat at beda beda (dif (differ feren enti tial al 1) Oper amplifier) dengan impedansi input tinggi dan output impedansi rendah. 2) Op amp amp banya banyak k digu digunak nakan an untuk untuk penguba pengubah h tegan tegangan gan (ampli (amplitud tudo o dan polaritas), osilator, filter dan rangkaian instrumentasi. 3) Dari percobaan percobaan yang telah telah dilakukan dilakukan maka maka dapat dapat disimpulk disimpulkan an sebagai sebagai berikut : a)
Ampl Amplif ifie ierr Memb Membal alik ik terma termasu suk k perc percob obaa aan n yang yang berh berhas asilil karen karena a didapatkan persentase kesalahan yang relatif kecil
b)
Ampl Amplif ifie ierr tak memb membal alik ik term termas asuk uk perc percoba obaan an yang yang berhas berhasilil karen karena a didapatkan persentase kesalahan yang relatif kecil
c)
Peng Pengik ikut ut Tegan Teganga gan n atau atau Volta Voltage ge Follo Followe werr term termas asuk uk perco percoba baan an yang yang berhasi berhasill karena karena didapat didapatkan kan persenta persentase se kesala kesalahan han yang yang relatif kecil
d)
Ampl Amplif ifie ierr Penj Penjum umla lah h term termas asuk uk perc percob obaa aan n yang yang kura kurang ng berh berhas asilil karena didapatkan persentase kesalahan yang relatif besar
e)
Low Low Pass Pass Filter Filter ter terma masu suk k perco percoba baan an yang yang kuran kurang g berha berhasi sill karena karena didapatkan persentase kesalahan yang relatif besar
f)
High High Pas Pass s Filt Filter er term termas asuk uk perc percoba obaan an yang yang kur kurang ang ber berhas hasilil kar karena ena didapatkan persentase kesalahan yang relatif besar
4) Persentase Persentase kesalah kesalahan an yang besar besar dapat dapat disebabkan disebabkan oleh oleh beberapa beberapa faktor faktor misalnya ketelitian praktikan, kondisi alat ukur maupun alat percobaan maupun kesalahan kesalahan paralax yang tidak disengaja
3.9 Daftar Referensi Buku
•
Malvino, A.P. 1987. Prinsip-Prinsip Elektronika. Erlangga: _ _ _.
•
Mill Millma mann nn,,
Jaco Jacob. b.
1986 1986..
Mikr Mikroe oele lekt ktro roni nika ka,,
Sist Sistem em
Rangkaian Analog. Erlangga:_ _ _. •
http://www.geocities.com/rakapiran1/eldig.pdf
•
http://elka.brawijaya.ac.id/praktikum/de/de.php?page=5
Digi Digita tall
dan dan