Lampiran A Praktikum Current Feedback OP-AMP Percobaan I “Karakteristik Op-Amp CFA(Rin,Vomax. Slew rate)” Waktu : 3 jam (praktikum dan pembuatan laporan) dipersiapkan oleh: Reinhard A. TUJUAN Menganalisa dan mempelajari karakteristik dari op-amp current feedback meliputi transimpedans (Z) hambatan masukan (Rin) untuk kaki inverting dan non-inverting, nilai keluaran maksimum (Vomax), dan Slew rate (SR), sehingga dapat mengetahui cara kerja dan kelebihan dari dari op-amp current feedback ini. B. DASAR TEORI Pada percobaan 1 ini akan dilakukan pengukuran terhadap karakteristik op-amp diantaranya Rin, Vomax, dan Slew rate. Untuk hambatan masukan akan terjadi perbedaan antara hambatan masukan pada kaki inverting dan non-inverting. Pada kaki non-inverting nilai hambatan masukan besar karena merupakan hambatan dari input buffer sedangkan pada kaki inverting nilai hambatan dalamnya kecil dimana nilai hambatan dalam yang terukur adalah nilai dari ZB.
Gambar 1. Untai internal CFA
Untuk Vomax nilainya akan tergantung pada nilai Vcc dan Vee jika nilai output melebihi nilai dari Vcc dan Vee maka akan terjadi cliping. Hal ini hampir sama dengan op-amp voltage feedback pada biasanya. Jika op-amp yang digunakan adalah op-amp reel to reel maka Vomax-nya dapat persis mencapai tegangan catu. Slew rate adalah laju perubahan tegangan keluaran terhadap waktu baik saat pulsa naik maupun turun (saat terjadi perubahan input). Secara ideal nilai slew rate yang baik pada sebuah Op-amp adalah tak ber-hingga, artinya ketika terjadi perubahan tegangan input, tegangan outputnya langsung berubah sesuai dengan nilai penguatan dalam waktu 0 detik, namun tidak pada kenyataannya. Nilai Slew rate pada op-amp current feedback umumnya lebih baik dari op-amp voltage feedback. 104
transimpedansi pada CFA memiliki kesamaan fungsi sebagai bati pada VFA, dimana transimpedansi menjadi parameter yang berpengaruh pada performa CFA. Biasanya
nilai
transimpedansi
sangat
tinggi
berkisar
pada
jangka
M .
Transimpedansi berpengaruh pada penguatanyang dihasilkan oleh op-amp current feedback, misalnya aplikasi op-amp current feedback sebagai penguat membalik dan penguat tidak membalik yang ditunjukan pada persamaan dibawah ini: 1. Penguatan pada penguat non inverting 1+ 1+ =
= 1+
1+
2. Penguatan pada penguat inverting
1 =−
1
+
1
Karena nilai transimpedansi berkisar pada M , nilai ini dapat diabaikan apabila nilai ZF atau impedansi umpan balik nilainya jauh lebih kecil dari transimpedansi (Z). C. LANGKAH PRAKTIKUM 1. Pengukuran Hambatan Masukan Kaki Inverting dan Non-inverting Opamp (Rin)
Langkah percobaan : a. Ukur amplitude tegangan kaki non-inverting ( V+ ) / pada titik A pada untai gambar 1a dengan menggunakan osiloskop. Lakukan pada 10 frekuensi yang berbeda. b. Ukur amplitude tegangan kaki inverting ( V- ) / pada titik B pada untai gambar 1b dengan menggunakan osiloskop.
Laporan: - Berdasarkan nilai tegangan tersebut carilah Rin pada kaki-kaki masukan opamp. Jelaskan. 105
2. Pengukuran Nilai Transimpedansi
Langkah percobaan: a. Susun rangkaian seperti diatas, kemudian catat Vo b. Ubah nilai R1 dan R2 menjadi 10k , 100k , 200k catat nilai Vo, jika terjadi penurunan nilai penguatan dari 2kali, cari nilai transimpedansi. c. ubah2 nilai Frekuensinya sebanyak 10 kali untuk setiap nilai R1 dan R2 yang digunakan, kemudian perhitungkan nilai transimpedansi dari nilai tegangan keluaran yang didapatkan dari percobaan
Laporan: hitung nilai transimpedansi pada percobaan diatas, apakah frekuensi mempengaruhi nilai transimpedansi? 3. Pengukuran Tegangan Keluaran Maksimum (Vomax)
a. Dengan Vi = 1Vpp, 1kHz, ukur amplitude Vo dengan osiloskop. b. Naikkan amplitude Vi sampai Vo mulai cacat (terjadi clipping), catat amplitude Vi dan Vo tersebut sebagai Vimax dan Vomax. c. Ulangi langkah a dan b, untuk untai penguat non-inverting di bawah ini.
106
Laporan: - Apakah Vimax dan Vomax nilainya sama untuk kedua untai tersebut ? Jelaskan. 4. Pengukuran Slew rate op-amp Current feedback (SR)
Langkah percobaan : a. Pasang Vi gelombang kotak 1 Vpp, 1KHz, lalu amati Vo dengan osciloscope, catat slew rate (SR) opamp yaitu laju perubahan Vo (SR = ∆Vo/∆t) baik pada saat pulsa naik maupun turun.
Laporan: - Buat kesimpulan mengenai nilai slew rate opamp current feedback dan bandingkan dengan datasheet.
Lampiran B Praktikum Current Feedback OP-AMP 107
Percobaan II “Karakteristik rangkaian dasar Op-Amp CFA(penguat membalik, penguat tak membalik, dan penguat penjumlah)” Waktu : 3 jam (praktikum dan pembuatan laporan) dipersiapkan oleh: Reinhard A. TUJUAN Mempelajari aplikasi op-amp current feedback sebagai rangkaian dasar penguat, yaitu penguat membalik, penguat tak membalik dan penguat penjumlah B. DASAR TEORI Untuk rangkaian penguat tak membalik atau penguat non inverting betuk rangkaiannya sama seperti penguat non-inverting pada umumnya dimana pada rangkaian ini terdapat feedback negatif dan input tegangan diberikan pada kaki noninverting op-amp current feedback, namun persamaan yang berlaku berbeda dengan op-amp voltage feedback. Dengan mengacu pada block diagram CFA pada gambar 1
Gambar 1. Untai internal Penguat non-inverting dengan CFA
Persamaan-persamaan yang berlaku pada rangkaian diatas adalah sebagai berikut : = = =
Sehingga,
(1.1) − −
=
(1.2)
(1.3)
||
karena nilai ZB yang sangat kecil maka ||
persamaan tersebut dapat disederhanakan menjadi,
=
Karena nilai transimpedansi yang sangat beser (Z) maka dapat dihilangkan sehingga rumus akhirnya adalah
108
=
pada perhitungan
=1+ Rangkaian penguat membalik pada op-amp current feedback juga sama seperti membuat penguat membalik deng op-amp voltage feedback, hanya saja persamaan yang berlaku pada penguat membalik menggunakan CFA ini yang berbeda.
Gambar 2. Untai internal Penguat membalik dengan CFA
Persamaan yang berlaku pada rangkaian diatas adalah sebagai berikut: +
=
(2-1)
=−
(2-2)
=
Sehingga didapatkan,
(2-3)
||
=−
||
Karena nilai
sangat kecil maka persamaan diatas dapat di
sederhanakan menjadi: 1 =−
1
+
1
Karena nilai transimpedansi Z yang sangat besar sehingga dapat diabaikan dan persamaannya menjadi =− Penggunaan nilai
[2]
pada current feedback op-amp perlu diperhatikan
nilainya karna dapat berpengaruh pada nilai penguatannya, hal ini disebabkan oleh adanya transimpedansi pada current feedback op-amp Untuk penguat penjumlah rangkaiannya pun sama seperti penguat penjumlah dengan menggunakan voltage feedback op-amp, persamaan yang berlaku pada penguat penjumlah dengan menggunakan current feedback op-amp adalah sebagai berikut 109
Persamaan yang berlaku pada rangkaian diatas adalah sebagai berikut (dengan asumsi 2 buat inputan): +
+
=
(3-1)
=−
(3-2)
=
(3-3)
Karena nilai ZG1=ZG2 maka didapatkan nilai
= −(
+
⎛ )⎜ ⎜
)
+1
1+ ||
||(
⎝ Karena nilai
||
||(
)
+1
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
sangat kecil maka persamaan diatas dapat di
sederhanakan menjadi: 1 = −(
)
+
1
+
1
Karena nilai transimpedansi Z yang sangat besar sehingga dapat diabaikan dan persamaannya menjadi = −(
+
)
C. LANGKAH PRAKTIKUM 1. Penguat tidak membalik dengan CFA (non inverting)
110
A.
Pasang untai seperti pada gambar diatas, atur masukan 1(Vpp), 1KHz
B.
Gambar Vo dan Vin dalam satu sumbu waktu, ubah- ubah nilai frekuensi masukan dan catat nilai penguatan tiap perubahan frekuensi untuk melihat respon frekuensinya
C.
Ubah R1=10K ,R2=20K , gambar Vo dan Vi dalam satu sumbu waktu, ubah- ubah nilai frekuensi masukan dan catat nilai penguatan tiap perubahan frekuensi untuk melihat respon frekuensinya
D.
Ubah R1=100K ,R2=200K , gambar Vo dan Vi dalam satu sumbu waktu, ubah- ubah nilai frekuensi masukan dan catat nilai penguatan tiap perubahan frekuensi untuk melihat respon frekuensinya
E.
Ubah R1=500K ,R2=1M , gambar Vo dan Vi dalam satu sumbu waktu, ubah- ubah nilai frekuensi masukan dan catat nilai penguatan tiap perubahan frekuensi untuk melihat respon frekuensinya
Laporan: -
turunkan rumus AV=VO/Vin pada untai penguat tak membalik diatas, kemudian analisis hasil praktikum
-
apakah op-amp dapat berkerja dengan baik ketika nilai resistor diperbesar? Jelaskan
-
perkirakan nilai Z (Transimpedansi)
-
buat kesimpulan mengenai respon frekuensi terhadap perubahan resistor umpan balik dan grafikan hasil Praktikum pada kertas semi-log
2. Penguat membalik dengan CFA (inverting)
A.
Pasang untai seperti pada gambar diatas, atur masukan 1(Vpp), 1KHz
111
B.
Gambar Vo dan Vin dalam satu sumbu waktu, ubah- ubah nilai frekuensi masukan dan catat nilai penguatan tiap perubahan frekuensi untuk melihat respon frekuensinya
C.
Ubah R1=10K ,R2=20K , gambar Vo dan Vi dalam satu sumbu waktu, ubah- ubah nilai frekuensi masukan dan catat nilai penguatan tiap perubahan frekuensi untuk melihat respon frekuensinya
D.
Ubah R1=100K ,R2=200K , gambar Vo dan Vi dalam satu sumbu waktu, ubah- ubah nilai frekuensi masukan dan catat nilai penguatan tiap perubahan frekuensi untuk melihat respon frekuensinya
E.
Ubah R1=500K ,R2=1M , gambar Vo dan Vi dalam satu sumbu waktu, ubah- ubah nilai frekuensi masukan dan catat nilai penguatan tiap perubahan frekuensi untuk melihat respon frekuensinya
Laporan: -
turunkan rumus AV=VO/Vin pada untai penguat membalik diatas, kemudian analisis hasil praktikum
-
apakah op-amp dapat berkerja dengan baik ketika nilai resistor diperbesar? Jelaskan
-
perkirakan nilai Z (Transimpedansi)
-
buat kesimpulan mengenai respon frekuensi terhadap perubahan resistor umpan balik dan grafikan hasil Praktikum pada kertas semi-log
3. penguat penjumlah dengan CFA (summing op-amp)
A. pasang untai seperti diatas dengan masukan kotak 2Vpp 1KHz, kemudian catat nilai Vo B. ganti nilai R3 dengan 2k ,catat nilai Vo C. ganti nilai R1,R2 dan R3 dengan 100K , catat nilai Vo D. ganti nilai R1,R2 dengan 100k dan R3 dengan nilai 200K ,Catat nilai Vo Laporan: -
apakah op-amp CFA dapat berkerja sebagai penguat penjumlah? Jelaskan 112
-
turunkan rumus AV=VO/Vin pada untai penguat membalik diatas, kemudian analisis hasil praktikum
-
perkiraan nilai transimpedansi
Lampiran C 113
Praktikum Current Feedback OP-AMP Percobaan III “Pembatasan Lebar Pita pada Op-amp CFA” Waktu : 3 jam (praktikum dan pembuatan laporan) dipersiapkan oleh: Reinhard A. TUJUAN Menganalisa kemampuan Current feedback op-amp dalam menghasilkan lebarpita, terhadap perubahan hambatan umpan balik dan nilai Vcc/Vee. B. DASAR TEORI Lebar pita dari op-amp adalah nilai frekuensi tertentu dimana tegangan keluaran tidak jatuh lebih dari 0,707 dari harga tegangan keluaran maksimum, pada saat amplitudo tegangan masukan konstan. Dengan mengetahui nilai bandwidth dapat pula dicari nilai GBP( Gain Bandwidth Product) yaitu nilai perkalian antara penguatan op-amp dengan bandwidth. Op-amp current feedback ini memiliki nilai bandwidth yang tinggi sehingga dapat bekerja pada frekuensi tinggi. Meskipun op-amp current feedback dapat bekerja pada frekuensi yang tinggi nilai bandwidth sangat tergantung pada penggunaan resistor umpan balik, sehingga penentuan nilai resistor umpan balik ini perlu diperhatikan, Dimana semakin besar nilai resistor umpan balik nilai bandwidth-nya semakin kecil. nilai Vcc dan Vee juga berpengaruh pada nilai lebar pita , dimana semakin besar Vcc/Vee semakin besar nilai bandwidth. Hal ini ditunjukan oleh beberapa grafik pada datasheet Lt1227 dibawah ini
Gambar 1. Grafik bandwidth Vs tegangan supply Grafik diatas menunjukan hal hali yang berpengaruh pada nilai bandwidth pada current feedback op-amp, terlihat bahwa semakin besar penggunaan Rf(resistor umpan balik) nilai bandwidthnya semakin kecil. C. Langkah praktikum
114
Langkah percobaan : a. Ubah-ubah frekuensi dengan tetap mempertahankan Vi = 1 Vpp, catat nilai BW yaitu nilai frekuensi saat Vo = 0,707 Vomax b. Ubah nilai Vcc dan Vee menjadi 7V dan -7V, dengan nilai Rf dan Rg yang sama catat nilai Bw c. Ubah nilai Rf= 2K dan Rg= 200 , Vcc menjadi 15V dan vee menjadi -15V, kemudian catat nilai Bw d. Ubah nilai Rf= 2K
dan Rg= 200 , Vcc menjadi 7V dan vee menjadi -7V,
kemudian catat nilai Bw e. Ubah nilai Rf= 10K dan Rg= 1K , Vcc menjadi 15V dan vee menjadi -15V, kemudian catat nilai BW
laporan: -
Hitung nilai GBP tiap percobaan
-
buat kesimpulan mengenai nilai bandwidth terhadap perubahan nilai Vcc dan Vee serta perubahan nilai Rf dengan penguatan yang sama
Lampiran D 115
Praktikum Current Feedback OP-AMP AMP Percobaan 4 “Integrator dan Diferensiator Berbasis Op Op-amp CFA” Waktu : 3 jam (praktikum dan pembuatan laporan) dipersiapkan oleh: Reinhard A. TUJUAN Mempelajari dan menganalisa cara kerja dari salah satu aplikasi op op-amp current rangkaian feedback yaitu sebagai rangka ian integrator dan diferensiator B. DASAR TEORI Sama seperti voltage feedback op op-amp, current feedback op-amp op dapat bekerja sebagai rangkaian integrator dan diferensiator. Dimana sesuai dengan nama rangkaiannya rangkaian integrator bekerja dengan meng meng-integr integralkan sinyal masukan, sedangkan rangkaian diferensiator bekerja dengan menurunkan (operasi diferensial) sinyal masukan Berikut rangkaian dasar dan persamaan yang berlaku pada rangkaian integrator
Persamaan yang berlaku pada rangkaian diatas adalah seba sebagai berikut: ( )= = − ( )× =− Sehingga, =−
1
( )
Berikut rangkaian dan persamaan yang berlaku pada diferensiator
Persamaan yang berlaku pada rangkaian diatas adalah sebagai berikut:
116
( )= =− ( )× Sehingga, =− C. LANGKAH PRAKTIKUM 1. Integrator berbasis CFA
a. Susun rangkaian seperti diatas, kemudian gambarkan Vo dan VI dalam 1 sumbu b. Ubah nilai R dan C menjadi 1k dan 100pF, frekuensi masukan menjadi sinus 1MHz, gambarkan Vo dan Vi dalam 1sumbu. c. Ubah nilai R dan C menjadi 100 dan 100pF, frekuensi masukan menjadi sinus 5MHz, gambarkan Vo dan Vi dalam 1 sumbu. 2. Diferensiator berbasis CFA
a. Susun rangkaian seperti diatas, kemudian gambarkan Vo dan VI dalam 1 sumbu b. Ubah nilai R dan C menjadi 1k dan 1nF, frekuensi masukan menjadi sinus 1MHz, gambarkan Vo dan Vi dalam 1sumbu. c. Ubah nilai R dan C menjadi 1k dan 100pF, frekuensi masukan menjadi sinus 5MHz, gambarkan Vo dan Vi dalam 1sumbu.
Laporan:
117
-
Lakukan perhitungan secara matematis pada setiap percobaan kemudian bandingkan dengan hasil praktikum
-
Analisa fungsi dari pemasangan R2.
Lampiran E Praktikum Current Feedback OP-AMP Percobaan V “Stabilitas dan kompensasi pada Op-amp CFA” Waktu : 3 jam (praktikum dan pembuatan laporan) dipersiapkan oleh: Reinhard A. TUJUAN Menganalisa dan mempelajari salah satu karakteristik dari op-amp CFA yaitu kestabilan pada op-amp current feedback. B. DASAR TEORI 118
Persamaan yang berlaku pada aplikasi current feedback op-amp sebagai penguat membalik maupun tak membalik seperti yang dijelaskan pada topik kedua merupakan sebuah persamaan orde satu, yang idealnya dapat menghasilkan suatu system yang stabil. Namun pada percobaan ternyata ditemukan ketidakstabilan nilai penguatan. Ketika dilakukan sebuah percobaan penguat tak membalik dengan mengubah2 frekuensi masukan, pada frekuensi masukan yang tinggi nilai penguatan sempat meningkat dari hasil yang diinginkan misalnya pada percobaan dibawah ini:
Frek
1k
10k
100k 500k 1M
5M
10M
20M
30M 40M 50M 60M
3
3
3
3,1
3,3
3,3
3,2
(Hz) Av
Av(dB) 9.54 9.54 9.54
3
3
9.54
9.54 9.82 10.37 10.37 10.1
3
2,9
2,5
9.54
9.24
7.95
Dilihat dari tabel hasil praktikum nilai penguatan yang diperoleh sempat meningkat sebelum akirnya turun karena respon frekuensi dari op-amp itu sendiri. Peristiwa ketidakstabilan seperti ini hanya terdapat pada system orde 2, sehingga untuk mencari persamaan system orde 2 yang berlaku pada op-amp current feedback ini rangkaian penguat non-inverting diatas dianalogikan sebagai sebuah rangkaian R L C yang di seri. Berikut gambar rangkaian serta persamaan yang berlaku:
1 =
=
+
+1 1 )+
(
119
+1
Pada percobaan, rangkaian penguat non inverting diberi input sinyal kotak dan diatur agar keluarannya menyerupai keluaran rangkaian RLC dalam kondisi Underdamped, sehingga diperoleh nilai maximum overshoot (Mp), peak time (tp), dan, TD, seperti contoh sinyal keluaran dibawah ini:
Dimana persamaan yang berlaku adalah sebagai berikut:
=
=
=
⍵ =
=
= maximum overshoot
= damping ratio
⍵ =
=
⍵
−
= damping factor
√
= frekuensi alamiah tak teredam
Dengan syarat kondisi underdamped nilai α < ⍵
C. LANGKAH PRAKTIKUM
1. Mencari kestabilan op-amp current feedback
120
⍵
=waktu puncak
=frekuensi alamiah teredam
a. Susun rangkaian seperti diatas dengan input kotak 15Vpp frekuensi 1kHz. Atur tombol time/div , Volt/div, dan probe menjadi 10kali. Agar didapatkan tampilan Vin dan Vout seperti pada gambar dibawah
b. Kemudian ukur nilai Mp (dalam %),TD dan tp seperti pada gambar dibawah ini
c. Ubah nilai R1 dan R2 menjadi 10K , kemudian ulangin langkah a dan b d. Ubah nilai R1 dan R2 menjadi 5K , kemudian ulangin langkah a dan b e. Ubah nilai R1 dan R2 menjadi 500 , kemudian ulangin langkah a dan b
Laporan: -
carilah persamaan orde 2 dari hasil yang didapat dari percobaan b
-
dengan hasil nilai R L C simulasikan pada circuit maker dan bandingkan sinyal keluaran yang dihasilkan dengan hasil percobaan
-
apa pengaruh dari pergantian nilai resistor umpan balik
121
Lampiran F Praktikum Current Feedback OP-AMP Percobaan VI “Penguat selisih dan penguat instrumentasi berbasis op-amp CFA” Waktu : 3 jam (praktikum dan pembuatan laporan) dipersiapkan oleh: Reinhard A. TUJUAN Mempelajari penggunaan atau aplikasi op-amp current feedback sebagai penguat selisih dan penguat instrumentasi B. DASAR TEORI Sama seperti pada op-amp voltage feedback, op-amp current feedback juga dapat bekerja sebagai penguat selisih atau yang biasa dikenal dengan differential amplifier. 122
Prinsip kerja dari penguat selisih adalah memperkuat selisih tegangan antara input pada kaki inverting dengan input pada kaki non-inverting Rangkaiannya pun sama dengan penguat selisih pada umumnya yaitu sebagai berikut
Gambar 1. Penguat selisih
Dengan menggunakan prinsip superposisi persamaan yang berlaku pada aplikasi CFA sebagai penguat selisih adalah sebagai berikut: -
Diasumsikan V2=0 maka rangkaian berlaku sebagai penguat inverting (1) = −
-
= −
1 1 1
1 + 2
× 1
4 3+ 4
2 1+ 1 2 1+
(1) +
× 1 +
2
(2) 4 3+ 4
2 1+ 1 2 1+
Karena nilai transimpedansi (Z) yang besar maka =− 1
-
1 + 2
Sehingga =
-
1
Diasumsikan V1=0 maka rangkaian berlaku sebagai penguat non-inverting (2) = 2
-
1 1
2 + 2 1
4 3+ 4
Karena nilai R1=R3 dan R2=R4 maka = 2− 1
C. LANGKAH PRAKTIKUM 1. Penguat Selisih 123
2 1
1+ 2 1
a. susun untai seperti pada gambar diatas, V1 berupa tegangan sinusoida 1Vpp, 1Khz. Atur potensio agar tegangan di vi2= 0,5vpp gambarkan vi1,vi2 dan vo dalam satu sumbu. Berikan nilai-nilai penting misalnya amplitude pada gambar tersebut b. ubah R1 dan R3 menjadi 100 , kemudian gambarkan vi1,vi2 dan vo dalam 1 sumbu c. ubah R1 dan R3 menjadi 10K
, R2 dan R4 menjadi 100K , kemudian
gambarkan vi1,vi2 dan vo dalam 1 sumbu Laporan: Turunkan rumus
=
/( 2 −
percobaan
2. Penguat Instrumentasi
124
1), bandingkan hasil perhitungan dengan
a. susun untai seperti pada gambar diatas, V1 berupa tegangan sinusoida 1Vpp, 1Khz. Atur potensio agar tegangan di vi2= 0,5vpp gambarkan vi1,vi2 dan vo dalam satu sumbu. Berikan nilai-nilai penting misalnya amplitude pada gambar tersebut laporan: Turunkan rumus
=
/( 2 −
1), bandingkan hasil perhitungan dengan
percobaan
Lampiran G Praktikum Current Feedback OP-AMP Percobaan VII “Tapis-Tapis Aktif Berbasis Op-amp CFA” Waktu : 3 jam (praktikum dan pembuatan laporan) dipersiapkan oleh: Reinhard A. TUJUAN Menganalisa dan mempelajari aplikasi current feedback op-amp sebagai suatu rangkaian tapis aktif (active filter) diantaranya yaitu lowpass filter dan High pass filter. B. DASAR TEORI Pada percobaan VII ini akan dipelajari beberapa jenis tapis aktif dengan menggunakan current feedback op-amp, jenis tapis aktif tersebut diantaranya adalah Lowpass filter dan highpass filter 125
Low pass fiter atau tapis lolos bawah adalah filter yang meloloskan frekuensi masukan yang nilai frekuensinya lebih kecil dari frekuensi cut-off, jika frekuensi masukannya lebih besar dari frekuensi cut-off maka amplitude sinyal akan mengecil, idealnya pada hal ini sinyal masukan sama sekali tidak diloloskan. Berikut gambar rangkaian dan respon frekuensi low pass filter
Gambar rangkaian diaatas merupakan rangkaian lowpass filter orde 1 dengan persamaan sebagai berikut =1+
2 ( 1
×
1 1+
)
2 1+ 1 = 1+ 2 1+ 1 = 1 + ⍵c
Dimana, ⍵c = 2πfc = High pass filter atau tapis lolos atas adalah sebuah rangkaian tapis yang meloloskan sinyal inputan yang frekuensinya lebih tinggi daripada frekuensi penggal, dan akan melemahkan sinyal masukan yang frekuensinya lebih kecil dari frekuensi penggal. Berikut gambar rangkaian high pass filter dan respon frekuensinya
126
Gambar rangkaian diatas merupakan rangkaian highpass filter orde 1 dengan persamaan sebagai berikut =1+
2 ( 1
1
×
1+
1
)
2 1+ 1 = 1 1+ 2 1+ 1 = ⍵c 1+
Dimana, ⍵c = 2πfc = Semakin tinggi orde tapis yang digunakan, maka hasil filter yang didapatkan semakin mendekati dengan sifat idealnya, artinya ketika frekuensi masukan sesuai dengan frekuensi penggal (fc) amplitudo keluarannya nol. Hal ini berlaku juga untuk highpass filter. Berikut contoh respon frekuensi tiap orde tapis pada low pass filter dengan metode butterworth filter.
Untuk mencari transfer fungsi yang berlaku pada tapis orde dua, digunakan metode voltage controlled voltage source (VCVS) atau metode sallen key sebagai berikut:
127
Gambar diatas merupakan rangkaian tapis orde dua dimana nilai Z1 sampai Z4 bisa berupa resistor maupun kapasitor tergantung dari rangkaian yang ingin dibuat, apakah berupa lowpass filter atau Highpass filter. Dengan menggunakan hokum kirchoff didapatkan persamaan sebagai berikut −
+
Karena,
=
−
+ 1
−
+
− 1
=0
+ 1 +
+
=0
,dimana K adalah nilai penguatan op-amp op maka
persamaan menjadi:
+
(
−
) 1
+
+
1
1 +
+
=0
1
= −
1
= −
+
+
(
(
) 1
+
1 ) ( +
+
+
1
+
1 +
+
)
+
+1+
+
= −
+
+1
= (1 − ) +
+1+
1
(
+
)
Dengan memanfaatkan persamaan diatas maka transfer fungsi untuk lowpass filter maupun highpass filter dapat ditemukan dengan mensubtitusi masing2 nilai dari Z1 sampai Z4 yaitu sebagai berikut: Untuk Low Pass Filter 128
Dengan mensubtitusi Z1=R1, Z2=R2, Z3=1/sC3, dan Z4=1/sC4, maka transfer fungsi untuk Lowpass Filter adalah ( )=
1+
(
+
)+
′
=
(1 − ) +
+
⍵
+⍵
Untuk Highpass filter
Dengan cara yang sama yaitu mengsubtitusi nilai Z1=1/sC1, Z2=1/sC2, Z3=R3, dan Z4=R4 didapatkan H(s) sebagai berikut
( )= +
1
+
1
+
1
(1 − ) +
C. Langkah Praktikum 1. Lowpass Filter orde 1
129
1
′
= +
⍵
+⍵
Susun untai sepeti gambar diatas, pertahankan Vin tetap pada 1Vpp selama
I.
percobaan II.
Ubah-ubah frekuensi sambil amati perubahan Vo pada osiloskop, Catat nilai Vo pada sedikitnya 10 frekuensi yang berbeda sehingga menunjukan karakteristik sebuah LPF. Tabelkan nilai-nilai Vout dan Frekuensi tersebut
III.
Catat juga nilai Frekuensi penggal dan nilai Vo maksimum
IV. Ubah nilai Ra dan Rb menjadi 100K , kemudian lakukan langkah II dan III 2. Highpass Filter orde 1
I.
Susun untai sepeti gambar diatas, pertahankan Vin tetap pada 1Vpp selama percobaan
II.
Ubah-ubah frekuensi sambil amati perubahan Vo pada osiloskop, Catat nilai Vo pada sedikitnya 10 frekuensi yang berbeda sehingga menunjukan karakteristik sebuah HPF. Tabelkan nilai-nilai Vout dan Frekuensi tersebut
III.
Catat juga nilai Frekuensi penggal dan nilai Vo maksimum
IV. Ubah nilai Ra dan Rb menjadi 100K , kemudian lakukan langkah II dan III
3. Lowpass Filter orde 2
I.
Susun untai sepeti gambar diatas, pertahankan Vin tetap pada 1Vpp selama percobaan
130
Ubah-ubah frekuensi sambil amati perubahan Vo pada osiloskop, Catat
II.
nilai Vo pada sedikitnya 10 frekuensi yang berbeda sehingga menunjukan karakteristik sebuah LPF. Tabelkan nilai-nilai Vout dan Frekuensi tersebut III.
Catat juga nilai Frekuensi penggal dan nilai Vo maksimum
IV. Ubah nilai Ra dan Rb menjadi 100K , kemudian lakukan langkah II dan III 4. Highpass Filter orde 2
I.
Susun untai sepeti gambar diatas, pertahankan Vin tetap pada 1Vpp selama percobaan
II.
Ubah-ubah frekuensi sambil amati perubahan Vo pada osiloskop, Catat nilai Vo pada sedikitnya 10 frekuensi yang berbeda sehingga menunjukan karakteristik sebuah HPF. Tabelkan nilai-nilai Vout dan Frekuensi tersebut
III.
Catat juga nilai Frekuensi penggal dan nilai Vo maksimum
IV. Ubah nilai Ra dan Rb menjadi 100K , kemudian lakukan langkah II dan III
131
Lampiran H Praktikum Current Feedback OP-AMP Percobaan VII “Penguat Photocurrent berbasisi op-amp CFA” Waktu : 3 jam (praktikum dan pembuatan laporan) dipersiapkan oleh: Reinhard A. TUJUAN Mempelajari dan menganalisa cara kerja dari salah satu aplikasi op-amp Current Feedback sebagai sebuah penguat photocurrent B. DASAR TEORI Penguat photocurrent yang dipelajari pada percobaan kali ini memanfaatkan photodioda sebagai komponen utamanya, dimana photodiode merupakan salah satu komponen yang peka terhadap cahaya, resistansi pada photodiode akan berubah-ubah apabila intensitas cahaya yang diberikan pada photodiode berubah-ubah. Pada keaadaan gelap atau tidak ada cahaya yang masuk ke photodiode nilai resistansinya akan sangat besar sehingga tidak ada arus yang mengalir, sebaliknya semakin besar 132
cahaya yang jatuh pada photodiode nilai resistansinya semakin kecil dan arus yang mengalir semakin besar. Berikut symbol photodiode:
Dengan memanfaatkan sifat dan carakerja dari photodiode tersebut dibuat sebuah rangkaian penguat yang memanfaatkan arus keluaran dari photodiode untuk dikonversi menjadi tegangan. Rangkaian ini dikenal dengan penguat photocurrent atau penguat i. Berikut gambar rangkaiannya: transimpedansi.
Rangkaian diatas memanfaatkan arus listrik yang dikeluarkan oleh photodiode sebagai masukan (IP), untuk kemudian diubah menjadi tegangan. sehingga nilai penguatan yang berlaku pada rangkaian diatas adalah = Sedangkan nilai Vout adalah =(
=
||
1+
)×
×
,sehingga nilai A adalah =
1+
Dipasangnya capasitor Cf pada rangkaian membuat rangkaian menjadi sebuah Low pass filter, hal ini untuk menjaga dari terjadinya noise pada tegangan keluaran, sehingga nilai capasitor Cf dipilih nilai yang kecil agar op-amp amp CFA dapat bekerja pada frekuensi yang tinggi. C. Langkah Praktikum
133
1. Susun rangkaian seperti diatas, atur jarak antara led dengan photodiode agar memiliki signal keluaran dengan bentuk sinus sempurna dan amplitude terbesar, atur juga nilai offset dan amplitude tegangan masukan jika diperlukan, catat dan gambarkan sinyal Vout 2. Jika sudah mendapatkan signal keluaran yang sempurna, ubah2 frekuensi masukan sampai Vout mengalami penurunan amplitudo dan catat nilai Vout 3. Ganti nilai capasitor CF menjadi 50pF dan ulangi langkah 1 dan 2
Laporan: -
Analisalah cara kerja dari rangkaian diatas
-
Apakah perubahan nilai Cf berpengaruh pada hasil percobaan? Jelaskan.
134
