PENGUAT NON INVERTING
I.
Tujuan 1. Dapat mempelajari dan menggambarkan bentuk sinyal yang dihasilkan oleh penguat non-inverting. 2. Dapat memahami fungsi dari penguat oprasional. 3. Mengetahui cara kerja penguat non-inverting.
II.
Pendahuluan
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 opamp (contoh = LM324, TL084), dll. Penguat Operasional atau disingkat Op-amp adalah merupakan sutu penguat differensial berperolehan sangat tinggi yang terkopel DC langsung yang dilengkapi dengan umpan. Oleh karena itu, penguat operasional lebih banyak digunakan dengan loop tertutup dari pada dalam lingkar terbuka. Dalam bentuk paket praktis IC seperti tipe 741 op-amp 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 op-amp biasanya memerlukan catu daya ± 15 V. Dalam menggambarkan rangkaian hubungan catu daya ini biasanya dihilangkan.
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 karena 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.
Gambar 2.1 IC OP-AMP LM741
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.
Pada percobaan ini akan dipelajari fungsi dari penguat non-inverting yaitu rangkaian yang dapat memperkuat sinyal input dimana sinyal outputnya tidak terbalik dengan sinyal inputnya. Dalam rangkaian ini input sinyal yang masuk ke terminal positif IC OP-AMP sedangkan terminal negatif dari IC dihubungkan dengan ground dan juga mempelajari bagaimana sinyal outputnya dari rangkaian tersebut. Sinyal output yang dihasilkan oleh penguat non-inverting adalah berbanding lurus dengan sinyal inputnya atau dengan kata lain sinyal output sefasa dengan sinyal inputnya.
Gambar 2.2 Rangkaian Penguat Non-Inverting
Ada dua aturan penting dalam melakukan analisa rangkaian op-amp berdasarkan karakteristik op-amp ideal. Aturan ini dalam beberapa literatur dinamakan golden rule, yaitu : Aturan 1 : Perbedaan tegangan antara input v+ dan v- adalah nol (v+ - v- = 0 atau v+ = v- ) Aturan 2 : Arus pada input Op-amp adalah nol (i+ = i- = 0) Dengan menggunakan aturan 1 dan aturan 2, kita uraikan dulu beberapa fakta yang ada, antara lain : Vin = V+
.......(1)
V+ = V- = Vin ..... lihat aturan 1.
.......(2)
Dari sini ketahui tegangan jepit pada R2 adalah : Vout – V- = Vout – Vin
.......(3)
iout =
.......(4)
Lalu tegangan jepit pada R1 adalah : V- = Vin
.......(5)
iR1 =
.......(6)
Hukum kirchkof pada titik input inverting merupakan fakta yang mengatakan bahwa : iout + i(-) = IR1
.......(7)
Aturan 2 mengatakan bahwa i(-) = 0 dan jika disubsitusi ke rumus yang sebelumnya, maka diperoleh : iout = iR1
.......(8)
dan jika ditulis dengan tegangan jepit masing-masing maka diperoleh =
.......(9)
yang kemudian dapat disederhanakan menjadi : Vout = Vin
+1
.......(10)
Jika penguatan Av adalah perbandingan tegangan keluaran terhadap tegangan masukan, maka didapat penguatan op-amp non-inverting : Av =
= 1+
.......(11)
III.
Alat dan Bahan 1. Multimeter
1 Buah
2. Osiloskop
1 Buah
3. Pascal
1 Buah
4. Function Generator
1 Buah
5. Resistor
IV.
-
1KΩ
2 Buah
-
1MΩ
1 Buah
-
2,2KΩ
1 Buah
-
3,3KΩ
1 Buah
-
4,7KΩ
1 Buah
6. Kabel Penghubung
1 Buah
7. Jumper
1 Set
8. Protoboard
1 Buah
Gambar Rangkaian Percobaan
Gambar 4.1. Rangkaian Penguat Non-Inverting
V.
Langkah Percobaan 1. Buat rangkaian percobaan seperti gambar 4.1 2. Vcc = 15 V, Vce = -15 V 3. R1 = 1MΩ, R2 = 1KΩ dan R3 = 1KΩ 4. Input sinyal DC = 1 V, catat pada tabel sinyal DC tegangan input dengan osiloskop . 5. Ganti R2 dengan 2,2KΩ, 3,3KΩ, 4,7KΩ dan ulangi langkah 4. Catat pada tabel 1. 6. Ganti input sinyal DC dengan sinyal AC sinus, frekuensi 1kHz. Ulangi langkah 3 dan catat pada tabel 2 lalu ukur Vout dengan osiloskop serta gambarkan pada kertas milimeter. 7. Ganti harga resistor R2 dengan 2K2 Ω, 3K3 Ω dan 4K7 Ω lalu ulangi langkah 6.
VI.
Keselamatan Kerja 1. Sebelum melakukan percobaan, periksalah semua alat yang digunakan dan pastikan semua alat dalam keadaan baik dan benar. 2. Sebelum memasukan tegangan input kedalam rangkaian, ukur terlebih dahulu tegangan input dengan menggunakan multimeter atau osiloskop. 3. Sebelum menggunakan osiloskop sebaiknya melaukan kalibrasi terlebih dahulu agar tidak terjadi kesalahan atau kerusakan pada alat ketika melakukan pengukuran. 4. Pergunakan semua alat-alat yangada pada lab dengan sebaik-baiknya dan sesuai dengan fungsinya. 5. Setelah melakukan percobaan, matikan semua alat yang telah digunakan dan pastikan semuanya kembali seperti semula dan tetap dalam baik dan benar.
VII.
Data Percobaan
Tabel 1. Data percobaan dengan input sinyal DC
Resistor (Ω)
Multimeter
Osiloskop
(Volt)
(Vpp)
Av
R1
R2
R3
Vin
Vout
Vin
Vout
Multimeter
Osiloskop
1M
1K
1K
1
1.85
1
1.9
1.85
1.9
1M
2K2
1K
1
2.9
1
3.2
2.9
3.2
1M
3K3
1K
1
4
1
4.25
4
4.25
1M
4K7
1K
1
5.2
1
5.5
5.2
5.5
1M
1K
1K
2
3.8
2
3.7
1.9
1.85
1M
2K2
1K
2
6.4
2
6
2.3
3
1M
3K3
1K
2
8.4
2
8.2
4.2
4.1
1M
4K7
1K
2
11.1
2
11.2
5.55
5.6
1M
1K
1K
3
5.7
3
5.9
1.9
1.97
1M
2K2
1K
3
9.7
3
9.1
3.3
3.03
1M
3K3
1K
3
12
3
12
4
4
1M
4K7
1K
3
13
3
13
4.3
4.3
Tabel 2. Data percobaan dengan input sinyal AC Resistor (Ω)
Multimeter
Osiloskop
(Volt)
(Vpp)
Av
R1
R2
R3
Vin
Vout
Vin
Vout
Multimeter
Osiloskop
1M
1K
1K
1
2
1
5
2
5
1M
2K2
1K
1
3
1
8,4
3
8.4
1M
3K3
1K
1
4.2
1
12
4.2
12
1M
4K7
1K
1
5
1
14
5
14
1M
1K
1K
2
4.1
2
12
2.02
6
1M
2K2
1K
2
6.3
2
18
3.15
9
1M
3K3
1K
2
8.4
2
12
4.2
12
1M
4K7
1K
2
11.2
2
31,2
5.6
15.6
1M
1K
1K
3
5.8
3
14
1.93
4.7
1M
2K2
1K
3
9.7
3
23,2
3.23
7.7
1M
3K3
1K
3
12.8
3
32
4.27
10.7
1M
4K7
1K
3
14.5
3
36
5.5
12
VIII. Analisa Rangkaian penguat non inverting pada dasarnya dapat memperkuat sinyal input, adapun sinyal output yang dihasilkan oleh penguat non inverting ialah berbanding lurus dengan sinyal input atau dengan kata lain sinyal output sefasa dengan sinyal inputnya karena masukan diberikan pada terminal V+ (terminal masukan non-inverting) sedangkan terminal V- terhubung pada R2 dan R3 yang dipasang seri. Untuk mengetahui pengaruh pada sinyal output maka dilakukan variasi nilai resistansi pada R2 dimana variasi nilai resistansi R2 mempengaruhi sinyal output yang dihasilkan. Adapun besarnya penguatan tegangan bergantung pada nilai resistansi R2 dan R3. Berdasarkan teori bahwa besar tegangan keluaran pada rangkaian penguat non inveting ialah percobaan yang dilakukan dapat diketahui bahwa besar
tegangan output pada rangkaian penguat Vout = Vin
+1 sedangkan penguatan
= 1+
tegangan yang dihasilkan ialah Av =
Pada percobaan yang telah dilakukan dapat diketahui bahwa semakin besar harga pada R2 maka tegangan output yang dihasilkan semakin besar pula dimana contohnya ketika Vin = 1 volt DC maka tegangan output pada multimeter ialah : Vout = 1,85 volt dimana
R2 = 1KΩ
maka Av = 1,85 volt
Vout = 2.9 volt
dimana
R2 = 2K2Ω
maka Av = 2.9 volt
Vout = 4 volt
dimana
R2 = 3K3Ω
maka Av = 4 volt
Vout = 5.2 volt
dimana
R2 = 4K7Ω
maka Av = 5.2 volt
Dan apabila Vin yang diberikan lebih besar dari 1 volt DC maka Vout yang dihasilkan akan lebih besar pula (lihat pada tabel 1).
Sedangkan ketika Vin = 1 volt AC maka tegangan output pada multimeter ialah : Vout = 2 volt
dimana
R2 = 1KΩ
maka Av = 2 volt
Vout = 3 volt
dimana
R2 = 2K2Ω
maka Av = 3 volt
Vout = 4.2 volt dimana
R2 = 3K3Ω
maka Av = 4.2 volt
Vout = 5 volt
R2 = 4K7Ω
maka Av = 5 volt
dimana
Sama halnya pada masukan AC apabila Vin yang diberikan lebih besar dari 1 volt AC maka Vout yang dihasilkan akan lebih besar pula (lihat pada tabel 2). Sehingga dapat disimpulkan bahwa penguatan tegangan pada rangkaian penguat non inverting adalah selalu lebih besar dari 1. Adapun perhitungan data nilai Vout dan Av berdasarkan rumus ialah sebagai berikut :
Vin = 1 V Vout = Vin
; R2 = 1KΩ
+1
; R3 = 1KΩ
=1V = 2V Av =
=
=2V ; R2 = 2K2Ω
Vin = 1 V Vout = Vin
; R3 = 1KΩ
+1
=1V = 3.2 V Av =
=
= 3.2 V
; R2 = 3K3Ω
Vin = 1 V Vout = Vin
; R3 = 1KΩ
+1
=1V
= 4.3 V Av =
=
Vin = 1 V Vout = Vin
=1V = 5.7 V
= 4.3 V ; R2 = 4K7Ω
+1
; R3 = 1KΩ
Av =
=
= 5.7 V ; R2 = 1KΩ
Vin = 2 V Vout = Vin
; R3 = 1KΩ
+1
=2V =4V Av =
=
=2V ; R2 = 2K2Ω
Vin = 2 V Vout = Vin
; R3 = 1KΩ
+1
=2V = 6.4 V Av =
=
= 3.2 V ; R2 = 3K3Ω
Vin = 2 V Vout = Vin
+1
=2V = 8.6 V Av =
=
= 4.3 V
; R3 = 1KΩ
; R2 = 4K7Ω
Vin = 2 V Vout = Vin
; R3 = 1KΩ
+1
=2V = 11.4 V Av =
=
= 5.7 V ; R2 = 1KΩ
Vin = 3 V Vout = Vin
; R3 = 1KΩ
+1
=3V =6V
; R2 = 2K2Ω
Vin = 3 V Vout = Vin
; R3 = 1KΩ
+1
=3V = 9.6 V Av =
=
Vin = 3 V Vout = Vin
=3V = 12.9 V
= 4.8 V ; R2 = 3K3Ω
+1
; R3 = 1KΩ
Av =
=
= 6.45 V ; R2 = 4K7Ω
Vin = 3 V Vout = Vin
; R3 = 1KΩ
+1
=3V = 17.1 V Av =
=
= 8.55 V
Sedangkan untuk perhitungan Vout untuk Vin = 1 volt AC pada osiloskop ialah setiap nilai Vout pada multimeter selalu dikalikan dengan 2 √ sehingga Vout pada osiloskop ialah :
Vin = 1 V
R2 = 1KΩ
Vout multimeter = 2 V
Vout = Vout multimeter x 2 √ = 2V x 2 √ = 5,6 Vpp
Vin = 1 V
R2 = 2K2Ω
Vout multimeter = 3.2 V
Vout = Vout multimeter x 2 √ = 3.2V x 2 √ = 9.05 Vpp
Vin = 1 V
R2 = 3K3Ω
Vout = Vout multimeter x 2 √ = 4.3V x 2 √
Vout multimeter = 4.3 V
= 12.16 Vpp
Vin = 1 V
R2 = 4K7Ω
Vout multimeter = 5.7 V
Vout = Vout multimeter x 2 √ = 5.7 V x 2 √ = 16.12 Vpp
Vin = 2 V
R2 = 1KΩ
Vout multimeter = 4 V
Vout = Vout multimeter x 2 √ =4Vx2√ = 11.31 Vpp
Vin = 2 V
R2 = 2K2Ω
Vout multimeter = 6.4 V
Vout = Vout multimeter x 2 √ = 6.4 V x 2 √ = 18.10 Vpp
Vin = 2 V
R2 = 3K3Ω
Vout multimeter = 8.9 V
Vout = Vout multimeter x 2 √ = 8.9 V x 2 √ = 25.17 Vpp
Vin = 2 V
R2 = 4K7Ω
Vout = Vout multimeter x 2 √ = 11.4 V x 2 √ = 32.24 Vpp
Vout multimeter = 11.4 V
Vin = 3 V
R2 = 1KΩ
Vout multimeter = 6 V
Vout = Vout multimeter x 2 √ =6Vx2√ = 16.97 Vpp
Vin = 3 V
R2 = 2K2Ω
Vout multimeter = 9.6 V
Vout = Vout multimeter x 2 √ = 9.6 V x 2 √ = 27.15 Vpp
Vin = 3 V
R2 = 3K3Ω
Vout multimeter = 12.9 V
Vout = Vout multimeter x 2 √ = 12.9 V x 2 √ = 36.48 Vpp
Vin = 1 V
R2 = 4K7Ω
Vout = Vout multimeter x 2 √ = 17.1 V x 2 √ = 48.36 Vpp
Vout multimeter = 17.1 V
IX.
Kesimpulan Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa : 1. Sinyal output berbanding lurus dengan sinyal input atau dengan kata lain sinyal output sefasa dengan sinyal inputnya karena masukan diberikan pada terminal V+ (terminal masukan non-inverting). 2. Besarnya tegangan output pada penguat non inverting yang didapat tergantung pada nilai resistansi R2. 3. Besarnya penguatan tegangan pada penguat non inverting ialah selalu lebih besar dari 1. 4. Apabila nilai Vout pada penguat non inverting melebihi 15 volt maka sinyal output yang dihasilkan akan terpotong (lihat pada gambar sinyal output AC pada lampiran).
X.
Daftar Pustaka Alfarizal,Niksen. 2010. Praktek Pengolahan Sinyal. Palembang Wawalumaja, Rudy. 2013. Elektronika Industri dan Otomas.Bandung
