MODUL PRAKTIKUM ELEKTRONIKA ANALOG
PROGRAM STUDI D3 TEKNIK ELEKTRONIKA PROGRAM PENDIDIKAN VOKASI UNIVERSITAS HALU OLEO KENDARI
LAPORAN PENDAHULUAN PRATIKUM ELEKTRONIKA ANALOG
I.
NOMOR PERCOBAAN : I (SATU)
II.
NAMA PERCOBAAN : PENGUAT GANDENG RC
III.
TUJUAN PERCOBAAN : 1. Dapat menentukan besarnya penguatan pada frekuensi tengah Kvs dan menentukan frekuensi potong bawah penguat gandeng RC. 2. Dapat melukiskan bagan bode dan tanggapan amplitude dari suatu penguat
IV.
gandeng RC.
ALAT DAN BAHAN :
1. Resistor sebagai hambatan atau penghambat arus listrik 2. Kapasitor sebagai penyarig atau penyimpan muatan listrik 3. Transistor sebagai penyaring penaik frekuensi dan tegangan 4. Multimeter sebagai alat ukur listrik 5. Signal generator sebagai sumber sinal masukan 6. Osiloskop sebagai alat unuk menampilkan grafik dari percobaan yang dilakukan 7. Catu daya sebagai sumber tegangan 8. Keras grafik untuk membuat grafik hasil dari percobaan 9. Jumper/ kabel penghubung sebagai penghubung antara peralatan
V.
DASAR TEORI Pada kebnayakan penguat sumber isyarat dihubungkan dengan masukan melalui
sebuah kapsitor penggandeng, agar arus panjar pada basis tidak masuk kedalam sumber isyarat. Jika ini terjadi tegangan panjar transistor akan terganggu, hal ini serupa juga dilakukan pada keluaran, yaitu untuk menghubungkan penguat dengan suatu beban. Gandeng yang menggunakan kapasitor disebut dengan gandengan RC. Suatu contoh penguat dengan gandengan RC adalah penguat emitor ditanahkan (common emitor) seperti ditunjukkan pada gambar 1.1.
Gambar 1.1 penguat gandeng RC satu tahap
Pada gambar diatas, Ccj menyatakan kapasitansi didalam transistor yang timbul pada sambungan antara basis dan kolektor, oleh karena adanya daerah pengosongan pada sambungan p-n ini. Kapasitansi Cje menyatakan kapasitansi yang timbul pada sambungan p-n antara basis dan emitor. Oleh karena pengaruh kapasitansi yang ada di dalam penguat, nilai penguatan tegangan Gv berubah dengan frekuensi. Grafik yang melukiskan bagaimana penguatan tegangan (dB) berubah dengan frekuensi (skala Log) disebut Tanggapan amplitude, seperti tampak pada gambar 1.2
Gv (ω) (dB)
Kv
3 dB
bagan bola Kemiringan –BdB/oktaf
Tanggapan frekuensi fg1
f2
f(lo
Gambar 1.2 Tanggapan amplitude suatu penguat
Tanggapan amplitude suatu penguat dapat diketahui dengan suatu bagan bode seperti pada tanggapan amplitude tapis RC, dimana penguat berlaku sebagai suatu tapis lolos pita. Frekuensi f1 disebut frekuensi potong bawah dan f2 disebut frekuensi potong atas. Daerah frekuensi f1 dan dibawahnya disebut daerah frekuensi rendah sedangkan f1 dan f2 tanggapan amplitude tak berubah dengan frekuensi sehingga daerah ini disebut daerah frekuensi tengah. Sedangkan untuk daerah frekuensi sekitar dan di atas f2 disebut daerah frekuensi tinggi. Pada daerah frekuensi rendah penguat berlaku sebagai tapis lolos tinggi dengan f1 adalah kutub dari pada fungsi alih Gv(ω), dimana kapasitansi yang dipasang seri dengan arus isyarat (missal C1, C2, CE) akan berpengaruh paa frekuensi rendah. Akibatnya f1 akan ditentukan oleh kapasitor pegandeng C1, C2, dan kapasitor pintas Ce. Dan untuk frekuensi tinggi , yaitu sekitar f2 dan diatasnya penguat berlaku sebagai tapis lolos rendah, dimana kapasitansi yang berpengaruh adalah kapasitansi yang parallel dengan arus isyarat, misalnya Cje dan Cjc. Pada frekuensi tnggi, reaktansi X =
1 untuk kapsitansi ini mempunyai nilai yang cukup rendah sehingga harus RC diperhitungkan peranannya dalam mengurangi arus isyarat yang masuk kedalam basis
yang akan diperkuat menjadi arus kolektor. Pada daerah ini, kapasitansi seri seperti C1, C2, dan Ce boleh dianggap terhubung singkat. Sedangkan pada frekuensi tengah kapsitansi C1, C2, dan Ce mempunyai reaktansi
1 cukupkecil sehingga dapat dihubungkan singkat, sedangkan kapasitansi-kapasitansi c parallel seperti Cje dan Cjc mempunyai nilai amat kecil, menghasilkan reaktansi amat tinggi, sehingga dapat dianggap terbuka atau tidak terpasang. Akibatnya pada daerah frekuensi tengah tidak ada komponen reaktif, sehingga tanggapan amplitude menjadi tergantung pada frekuensi ( datar). Pengaruh Kapasitor Gandeng dan Kapasitor Bypass Emiter Pada gambar berikut diperlihatkan sebuah penguat dgn tahanan emiter yang dibypass dengan kapasitor Cz yg besar dan juga dengan kapasitor gandeng Cb. Juga diperlihatkan model parameter-h yg disederhanakan. Dalam hal ini diasumsikan R1||R2 >> Rs dan beban RC adalah cukup kecil.
Rangkaian penguat dengan tahanan emiter (bypass) dan model parameter-h yg disederhanakan
Penguat Gandeng RC
Susunan kaskade dari tingkat transistor emiter-umum (CE) diperlihatkan pada gambar berikut.
Susunan kaskade dari tingkat transistor emiter-umum (CE) Penguatan dan frekuensi 3 dB dari tingkat Q2 dapat dianalisis dgn cara yg sama dgn yg telah dibahas. Sumber rangsangan utk Q2 adl sinyal keluaran Y1 dari Q1. Resistansi sumber RS utk Q2 adalah sama dengan RC (karena RC << 1/hoe). Penguat Diferensial Untuk mengerti bagaimana penguat diferensial bekerja, perlu kita pelajari keadaan panjar DC dari rangkaian dasarnya seperti ditunjukkan pada gambar 14.1. Masukan dapat diumpankan pada ujung-ujung basis B1 dan B2. Perbedaan (difference) isyarat pada kedua ujung inilah yang akan dikuatkan, sehingga kita menyebutnya sebagai penguat diferensial. Cara menghitung keadaan panjar dari penguat tersebut tidak berbeda dengan pada penguat transistor tunggal. Dengan kedua basis ditanahkan seperti pada gambar 14.1, kita mempunyai VE » -0,6 volt karena VBE » -0,6 volt dengan salah satu atau kedua transistor yang bekerja.
Pengaruh Kapasitor Gandeng dan Kapasitor Bypass Emiter Pada gambar berikut diperlihatkan sebuah penguat dgn tahanan emiter yang di-
bypass dengan kapasitor Cz yg besar dan juga dengan kapasitor gandeng Cb.
Juga diperlihatkan model parameter-h yg disederhanakan. Dalam hal ini diasumsikan R1||R2 >> Rs dan beban RC adalah cukup kecil.
Rangkaian penguat dengan tahanan emiter (bypass) dan model parameter-h yg disederhanakan Tegangan keluaran Vo diberikan oleh:
Penguat Gandeng RC Susunan kaskade dari tingkat transistor emiter-umum (CE) diperlihatkan pada gambar berikut.
Susunan kaskade dari tingkat transistor emiter-umum (CE) Penguatan dan frekuensi 3 dB dari tingkat Q2 dapat dianalisis dgn cara yg sama dgn yg telah dibahas. Sumber rangsangan utk Q2 adl sinyal keluaran Y1 dari Q1. Resistansi sumber RS utk Q2 adalah sama dengan RC (karena RC << 1/hoe).
VI.
PROSEDUR PERCOBAAN
1. Buat Rangkaian penguat gandeng RC (gambar 1.3) pada breadboard. 2. berikan masukkan sinyal isyarat pada input dengan variasi frekuensi dengan tegangan input 20 mVp-p.
Gambar 1.3. rangkaian penguat gandeng RC 3. tentukan masing-masing penguat pada frekuensi tengah G(w) = 20 log (Vo/Vs), untuk setiap variasi frekuensi. 4. dengan memanfaatkan harga komponen dalam rangkaian, tentukan besarnya frekuensi potong bawah (f1). 5. buat bagan bode dan tanggapan amplitude penguat gandeng RC dan hitunglah tegangan keluaran Vo pada frekuensi tengah (secara teori). Frekuensi (HZ) 10hz 100hz 1Khz 10Khz
Sinyal Vin
Sinyal Vout
Kvs(dB)
100Khz
VII.
DATA HASIL PENGAMATAN
Frekuensi (HZ)
Sinyal Vin
Sinyal Vout
10hz
1,8
0,4
100hz
1,8
0,4
1Khz
1,8
0,4
10Khz
1,8
0,4
100Khz
1,8
0,4
Kvs(dB)
VIII. ANALISA PERCOBAAN
Pada kebanyakan penguat sumber isyarat dihubungkan dengan masukan melalui sebuah kapsitor penggandeng, agar arus panjar pada basis tidak masuk kedalam sumber isyarat. Jika ini terjadi tegangan panjar transistor akan terganggu, hal ini serupa juga dilakukan pada keluaran, yaitu untuk menghubungkan penguat dengan suatu beban. Gandeng yang menggunakan kapasitor disebut dengan gandengan RC. Suatu contoh penguat dengan gandengan RC adalah penguat emitor ditanahkan (common emitor). Tanggapan amplitude suatu penguat dapat diketahui dengan suatu bagan bode seperti pada tanggapan amplitude tapis RC, dimana penguat berlaku sebagai suatu tapis lolos pita. Frekuensi f1 disebut frekuensi potong bawah dan f2 disebut frekuensi potong atas. Daerah frekuensi f1 dan dibawahnya disebut daerah frekuensi rendah sedangkan f1 dan f2 tanggapan amplitude tak berubah dengan frekuensi sehingga daerah ini disebut daerah frekuensi tengah. Sedangkan untuk daerah frekuensi sekitar dan di atas f2 disebut daerah frekuensi tinggi. Pada daerah frekuensi rendah penguat berlaku sebagai tapis lolos tinggi dengan f1 adalah kutub dari pada fungsi alih Gv(ω), dimana kapasitansi yang dipasang seri dengan arus isyarat (missal C1, C2, CE) akan berpengaruh paa frekuensi rendah. Akibatnya f1 akan ditentukan oleh kapasitor pegandeng C1, C2, dan kapasitor pintas Ce. Kapasitansi yang berpengaruh adalah kapasitansi yang parallel dengan arus isyarat.Jika kapasitansi mempunyai nilai amat kecil maka reaktansi makin tinggi Rumus yang kita gunakan dalam perhitungan yaitu antara lain .Untuk mencari nilai dari frekuensi yang di dapatkan dari data- data yang didapat dapat kita hitung dengan menggunakan rumus sebaa berikut G(ω) = 20 log (Vo/Vi) dan ω = 2πF Kapasitansi Cjc kapsitansi ini mempunyai nilai yang cukup rendah sehingga harus diperhitungkan peranannya dalam mengurangi arus isyarat yang masuk kedalam basis yang akan diperkuat menjadi arus kolektor.
IX.
KESIMPULAN
1. Kapasitansi yang dipasang seri dengan arus isyarat (missal C1, C2, CE) akan berpengaruh paa frekuensi rendah. Akibatnya f1 akan ditentukan oleh kapasitor pegandeng C1, C2, dan kapasitor pintas Ce. 2. Rangkaian yang menggunakan gandeng yang menggunakan kapasitor disebut dengan gandengan RC. 3. Kapasitansi yang berpengaruh adalah kapasitansi yang parallel dengan arus isyarat. 4. Jika kapasitansi mempunyai nilai amat kecil maka reaktansi makin tinggi 5. Kapasitansi Cjc kapsitansi ini mempunyai nilai yang cukup rendah sehingga harus diperhitungkan peranannya dalam mengurangi arus isyarat yang masuk kedalam basis yang akan diperkuat menjadi arus kolektor.
DAFTAR PUSTAKA
Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Erlangga Hadi dan khairul saleh, 2010, Modul pratikum elektronika analog. Palembang: Unsri Zamroni, dkk, 2004, Acuan pelajaran Fisika. Jakarta : yudistira.
LAPORAN PENDAHULUAN PRATIKUM ELEKTRONIKA ANALOG
I.
NOMOR PERCOBAAN : II (DUA)
II.
NAMA PERCOBAAN : PENGUAT UMPAN BALIK (FEEDBACK)
III. TUJUAN PERCOBAAN : a. Mengamati pengaruh balikan terhadap tanggapan frekuensi suatu penguat. b. Menentukan besarnya penguat tegangan KV penguat dengan balikan negatif dan balikan positif. c. Mengukur / menghitung impendasi masukan dan keluaran dalam loop terbuka dan loop tertutup (secara teori).
IV. ALAT DAN BAHAN : a. Resistor b. Kapasitor c. Transistor d. multimeter e. Osiloskop f. Signal generator g. Catu daya h. Jumper
V.
DASAR TEORI
Pada kebanyakn penguat yang dijumpai dala praktek, sebagai isyarat keluarannya dikembalikan pada masukkan sehingga sinyal masukan diperlemah. Usaha untuk mengembalikan sebagian sinyal keluaran kepada masukkan disebut balika (feedback). Balikan yang dipasang untuk memperlemah sinyal masukkan disebut balikan negatif (feedback negatif), sedangkan yang dipasang untuk memperkuat masukkan disebut balikkan positif (feedback positif). Balikkan negatif akan membuat sistem menjadi lebih mantap. Suatu penguat dikatakan tidak manta, jika penguat sangat mudah untuk berosilasi. Dalam keadaan osilasi, penguat tetap menghasilkan sinyal keluaran walaupun masukkan walaupun masukkan tak diberi sinyal pada masukkan, hal ini merupakan keadaan yang tidak diharapkan dalam sebuah rangkaian penguat. Dengan menggunakan balikan negatif, akan diperoleh tanggapan frekuensi yang lebih lebar dan cacat yang lebih kecil pada bentuk sinyal keluarannya. Balikan positif digunaan bila ingin membuat osilator yaitu suatu rangkaian elektronik yang menghasilkan atau membangkitkan sinyal yang terkendali tanpa adanya sinyal masukkan. Rangkaian osilator sering dijumpai pada pembangkit sinyal/frekuensi pada radio, televisi, instrument industri dan lain sebagainya. Secara umum balikan dapat dilihat dalam bentuk blok dagram berikut : Vi
Kv b
Vo = KvlbVi
(a) Gambar 2.1 (a). Rangkaian penguat tanpa balikan (open loop) Vi
Kv b (a)
Vf=Bv Vo
Bv
Vo = KvlbVi
(b). Rangkaian penguat dengan balikan (close loop) pada gambar a, merupakan penguat diagram blok suatu penguat tanpa balikan atau sering dikatakan mempunyai lingkaran terbuka (open loop), dan penguat tegangannya disebut penguat lingkaran terbuka (Kv = Kv,lb. Vi), sedangkan pada gambar b, ditunjukkan suatu diagram blok rangkain penguat dengan balikan tegangan yang diberi tanda B v. Rangkaian balikan ini mengembalikan sebagian dari tegangan sinyal yang sebasar Vf = BvVo ke terminal masukkan. Besaran bv = Vo/Vi disebut factor balikkan. UMPAN BALIK NEGATIF Sistem umpan balik negatif adalah suatu sistem dimana sinyal keluaran dari penguat dikembalikan lagi ke masukan penguat tersebut, sehingga sinyal keluaran bergabung dengan sinyal masukan. Dan sinyal keluaran yang dikembalikan mempunyai fase yang berlawanan dengan sinyal masukan. Macam – macam umpan balik negatif 1. Seri – Parallel (Voltage Controlled Voltage Source/VCVS) Adalah rangkaian umpan balik negatif yang mempunyai keluaran berupa tegangan yang dikendalikan oleh masukan berupa tegangan. Tipe dari penguat ini adalah penguat tegangan. Penguat ini idealnya mempunyai impedansi masukan tak berhingga dan impedansi keluaran nol. 2. Parallel – Parallel (Current Controlled Voltage Source/ICVS) Adalah rangkaian umpan balik negatif yang mempunyai keluaran berupa tegangan yang dikendalikan oleh masukan berupa arus. Tipe dari penguat ini adalah penguat transresistansi. Penguat ini idealnya mempunyai impedansi masukan nol dan impedansi keluaran nol. 3. Seri – Seri (Voltage Controlled Current Source/VCIS) Adalah rangkaian umpan balik negatif yang mempunyai keluaran berupa arus yang dikendalikan oleh masukan berupa tegangan. Tipe dari penguat ini adalah penguat
transkonduktansi. Penguat ini idealnya mempunyai impedansi masukan tak berhingga dan impedansi tak berhingga. 4. Parallel – Seri (Current Controlled Current Source/ICIS) Adalah rangkaian umpan balik negatif yang mempunyai keluaran berupa arus yang dikendalikan oleh masukan berupa arus. Tipe dari penguat ini adalah penguat arus. Penguat ini idealnya mempunyai impedansi masukan nol dan impedansi keluaran tak berhingga. Pada satu jurnal medis dipaparkan bahwa di dalam tubuh manusia bekerja suatu mekanisme yang menjaga keseimbangan, sehingga tubuh dapat berfungsi dengan baik. Seperti dicontohkan di dalam jurnal tersebut, ada fungsi dari sistem endokrin yang mengatur konsentrasi gula dalam darah. Jika misalnya kita meminum segelas susu atau memakan sepotong permen coklat yang manis, maka tubuh akan bereaksi terhadap masukan ini. Glukosa yang diserap dari susu atau permen itu akan menyebabkan kadar gula darah meninggi. Naiknya kadar gula darah ini merangsang sel-sel endokrin yang ada di pankreas untuk melepas hormon insulin ke dalam darah. Insulin ini ternyata adalah katalis bagi penyerapan glukosa ke dalam sel-sel tubuh. Walhasil, kadar gula dalam darah kembali turun. Sebaliknya jika kadar dula darah sangat rendah, maka endokrin tidak akan dirangsang untuk melepas insulin. Demikianlah sehingga kadar gula di dalam darah tetap normal dan seimbang Dalam rangkaian elektronik terutama pada sistem pengaturan, umpan balik negatif memegang peran yang penting. Pada sistem pengaturan, selalu ada masukan (input), keluaran (output), proses serta umpan balik. Misalnya adalah sistem pengatur suhu ruangan dengan air-conditioner (AC). Dalam sistem ini sebagai input adalah suhu ruangan yang ingin dicapai. Lalu prosesnya adalah dengan bekerjanya kompresor AC yang mendinginkan ruangan. Sebagai umpan balik adalah suhu ruangan saat ini yang diumpan ke sistem melalui sebuah sensor temperatur. Sensor di sini dapat disamakan sebagai indra bagi sistem pendingin. Jika suhu udara saat ini masih lebih hangat daripada suhu yang diinginkan, maka kompresor bekerja sampai kemudian tercapai
keseimbangan. Sistem audio hi-fi juga menggunakan umpan balik negatif, untuk mencapai kadar fidelity maksimum. Sistem echo-cancellation pada peralatan audio dan telekomunikasi adalah bagaimana meredam acoustic feedback yang masuk kembali melalui mikrofon misalnya. Prinsipnya yaitu mengurangi sinyal apapun yang masuk melalui input dengan sinyal echo dari original input. Penguat op-amp yang stabil juga dibuat dengan umpanbalik negatif. Penguat op-amp umumnya memiliki open-loop voltage gain yang sangat besar 100.000 kali bahkan idealnya adalah tak terhingga. Nilai penguatan ini sangat besar dan kisarannya sangat lebar sehingga sistem menjadi labil. Penguat op-amp tidak akan stabil tanpa rangkaian umpanbalik. Penguat inverting maupun non-inverting yang dibuat dengan op-amp selalu menerapkan umpanbalik negatif. Dengan umpanbalik negatif tersebut, penguatan op-amp dapat diperkirakan dengan pasti. Mekanisme di atas tidak lain adalah rangkaian dengan feedback negatif. Dikatakan feedback negatif karena reaksinya yang 'melawan' kondisi dari masukan. Jika terlalu tinggi akan direndahkan dan jika terlalu rendah akan ditinggikan. Hal itu berlangsung sampai kondisi keseimbangan yang diinginkan tercapai. Contoh lain di dalam tubuh manusia adalah rasa sakit ketika dicubit, rasa haus, rasa lapar dan rasa capek. Umpanbalik ciptaan-Nya ini sangat luar biasa dalam menjaga kesimbangan fisik. Menurut hemat penulis rasa kenyang dan rasa senang mestinya adalah feedback negatif. Kalau tidak, anda akan makan terus dan tertawa terus tiada henti bukan ? Selain indra yang lima, manusia memiliki nurani dan empati sebagai indra dari jiwa. Sanjungan bisa jadi adalah umpan balik positif yang kadang menjerumuskan. Kritikan mestinya merupakan umpan balik negatif yang menjaga keseimbangan nurani. Umpan Balik (Feedback) Secara umum, skema dasar sebuah sistem penguat berumpan balik dapat dilihat pada gambar 1 di bawah ini.
Jika sinyal yang masuk sebelum komparator disebut sebagai Xs, perbedaan sinyal antara sinyal yang masuk sebelum komparator dan sinyal terumpan balik ke masukan disebut sebagai Xd (sinyal selisih), sinyal umpan balik disebut sebagai Xf, dan sinyal keluaran disebut sebagai Xo, maka hubungan dari keempat sinyal tersebut dinyatakan sebagai berikut. Xd = Xi = Xs . Xf (1) dimana: Xf = B×Xo (2), Xo = A×Xi (3) Dengan mensubstitusikan persamaan 1 yaitu Xd = Xi = Xs . Xf disubstitusikan dengan Xf = B ×Xo, didapat penguatan dari umpan balik sebesar: AB ≡ Xo / Xs ≡ BA A 1+ (4) D (desensitifitas) atau perbedaan balik antara penguat dengan umpan balik didefinisikan: D = 1+ AB (5) Impedansi dari penguat umpan balik dapat dicari menggunakan: ZiB = Zi × (1 + BA) = Zi ×D (6) ZoB = BA Zo 1+ (7) dimana: ZiB = Impedansi masukan umpan balik. ZoB = Impedansi keluaran umpan balik. Untuk menghitung penguatan umpan baliknya digunakan rumus: N = 20 log A AB = 20 log 1+ AB 1 (8) Jika│AB│<│A│, maka umpan-balik dikatakan negatif,atau degeneratif. Jika │AB│> │A│, maka umpanbalik dikatakan positif, atau regeneratif. Pada umpan balik negatif, sinyal yang dihasilkan mengalami perbedaan sudut fasa dengan sinyal masukannya. Pada umpan balik positif, sinyal output sefasa dengan sinyal inputnya. Berdasarkan konfigurasi penguat dengan umpan baliknya, dikenal ada empat macam konfigurasi umpan balik: series input-series output (SISO), series-input parallel output (SIPO), parallel input-series output (PISO), dan parallel input-parallel output (PIPO). Penguat audio (audio amplifier) yang digunakan dipilih yang tanpa menggunakan pengatur nada (tone control). Pada waktu menggunakan rangkaian tanpa umpan balik akustik, frekuensi masukan dari sumber mengalami penguatan yang sama sepanjang rentang frekuensi audio. Sedangkan ketika menggunakan sistem umpan balik akustik, frekuensi masukan dari sumber mengalami penguatan ± 9 dB pada waktu frekuensi berada pada 10 Hz sampai
100 Hz, dan mengalami penguatan sebesar ± 6.8 dB pada frekuensi 100 Hz ke atas. Dengan demikian, sistem penguat dengan umpan balik akustik ini memberikan penguatan cukup baik pada spektrum audio subwoofer. Karakteristik penguat umpan balik negatif diberikan sebagai berikut: Karakteristik penguat umpan balik negatif diberikan sebagai berikut: Gain tegangan : Avf = Dimana: Avf adalah gain dari penguat umpan balik negatif Av adalah gain penguat dasar (tanpa umpan balik) β adalah koefisien umpan balik Dalam hal ini penguat dasarnya merupakan penguat kaskade dua tingkat, gain penguat dasarnya Av bisa menjadi sangat tinggi. Pada umumnya, loop gain − Av ⋅β jauh lebih besar dari satu, maka (1 − Av ⋅β ) bisa dianggap mendekati − Av ⋅β . Jadi kita dapatkan: avf = Jika rangkaian umpan balik negatif dibuat dari tahanan saja, kemungkinan β akan tidak tergantung dari frekuensi sinyalnya. Respon frekuensi gain tegangan yang dinyatakan dengan β – 1 , akan tidak tergantung pada frekuensi dan mejadi sangat stabil.
Pada bagian umpan balik, β adalah tersusun seperti pada gambar 1 dibawah ini. Gambar 1 Rangkaian Umpan Balik.
=
dan
Vf = β . Vo =
. Vo
VI. a.
PROSEDUR PERCOBAAN
Buat rangkaian penguat dengan balikan negatif pada breadboard.
Gambar. 2.2. rangkaian penguat balikkan negatif b.
Berikkan masukkan sinyal pada terminal input dengan variasi frekuensi 10 Hz, 20 Hz, 50Hz, 100Hz, 500Hz, 1KHz, 10KHz, 50KHz, 70KHz, 100KHz.
c.
Gambarkan bentuk sinyal masukkan dan sinyal keluaran pada setiap variasi frekuensi, kemudian hitung masing-masing penguatan tegangan.
d.
Bandingkan beda fasa antara kedua, sinyal masukkan dan sinyal keluaran. Table data No Frekuensi 1
10Hz
2
100Hz
3
1KHz
4
10KHz
5
100KHz
Vin
Vout
Kv (Vout/Vin)
VII.
Data Hasil Pengamatan
No Frekuensi
Vin
Vout
1
10Hz
10 mV
6 mV
2
100Hz
10 mV
6 Mv
3
1KHz
10 mV
6 mV
4
10KHz
10 mV
6 mV
5
100KHz
10 mV
6 mV
Gambar Gelombang pada Osciloscope :
a. Sinyal masukkan 10 Hz
b. Sinyal masukkan 100Hz
Kv (Vout/Vin)
c. Sinyal masukkan 1 KHz
d. Sinyal masukkan 10KHz
e. Sinyal masukkan 100KHz
VIII. ANALISA PERCOBAAN
Dari penguat umpan balik (feedback) kita dapat mengetahui frekuensi suatu penguat, besarnya penguatan tegangan Kv penguat dengan balikan negatif dan balikan positif, menghitung impedansi masukan dan keluaran dalam loop terbuka dan loop tertutup. Pada percobaan menggunakan bahan dan alat seperti resistor 68 ohm, 5 kohm, 47 ohm, 470 ohm, 5,6ohm, 500ohm, 4,7ohm, 100ohm, 10 kohm, kapasistor 10uf , tansistor BC108BP, multimeter, signal generator, osiloskop, catu daya dan jumper. Sinyal pada terminal input dengan frekuesnsi 10Hz, 20Hz, 50Hz, 100Hz, 500Hz, 1KHz, 10KHz, 50KHz, 70KHz, dan 100KHz. Semakin kebawah semakin rapat rambat atau bentuk gelombangnya. Jika sinyal yang masuk sebelum komparator disebut sebagai Xs, perbedaan sinyal antara sinyal yang masuk sebelum komparator dan sinyal terumpan balik ke masukan disebut sebagai Xd (sinyal selisih), sinyal umpan balik disebut sebagai Xf, dan sinyal keluaran disebut sebagai Xo, maka hubungan dari keempat sinyal tersebut dinyatakan sebagai berikut. Xd = Xi = Xs .Xf (1) dimana: Xf = B×Xo (2), Xo = A×Xi (3) Sistem umpan balik negatif adalah suatu sistem dimana sinyal keluaran dari penguat dikembalikan lagi ke masukan penguat tersebut, sehingga sinyal keluaran bergabung dengan sinyal masukan.Dan sinyal keluaran yang dikembalikan mempunyai fase yang berlawanan dengan sinyal masukan. Balikan positif digunaan bila ingin membuat osilator yaitu suatu rangkaian elektronik yang menghasilkan atau membangkitkan sinyal yang terkendali tanpa adanya sinyal masukkan.Rangkaian osilator sering dijumpai pada pembangkit sinyal/frekuensi pada radio, televisi, instrument industri dan lain sebagainya. Seri – Parallel (Voltage Controlled Voltage Source/VCVS) Adalah rangkaian umpan balik negatif yang mempunyai keluaran berupa tegangan yang dikendalikan oleh masukan berupa tegangan.Tipe dari penguat ini adalah penguat tegangan. Parallel – Parallel (Current Controlled Voltage Source/ICVS)
Adalah
rangkaian
umpan balik negatif yang mempunyai keluaran berupa tegangan yang dikendalikan oleh masukan berupa arus.
Seri – Seri (Voltage Controlled Current Source/VCIS) Adalah rangkaian umpan balik negatif yang mempunyai keluaran berupa arus yang dikendalikan oleh masukan berupa tegangan.
IX.
KESIMPULAN
a. Balikan (feedbacj) adalah Usaha untuk mengembalikan sebagian sinyal keluaran kepada masukkan. b. Balikan yang dipasang untuk memperlemah sinyal masukkan disebut balikan negatif (feedback negatif). c. Balikan yang dipasang untuk memperkuat masukkan disebut balikkan positif (feedback positif). d. Sistem umpan balik negatif adalah suatu sistem dimana sinyal keluaran dari penguat dikembalikan lagi ke masukan penguat tersebut, sehingga sinyal keluaran bergabung dengan sinyal masukan. Dan sinyal keluaran yang dikembalikan mempunyai fase yang berlawanan dengan sinyal masukan. e. Seri – Parallel (Voltage Controlled Voltage Source/VCVS) Adalah rangkaian umpan balik negatif yang mempunyai keluaran berupa tegangan yang dikendalikan oleh masukan berupa tegangan. Tipe dari penguat ini adalah penguat tegangan.
DAFTAR PUSTAKA
Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Erlangga Hadi dan khairul saleh. 2011, Modul pratikum elektronika analog. Inderalaya: Unsri Zamroni, dkk. 2004. Acuan pelajaran Fisika. Jakarta : yudistira.
LAPORAN PENDAHULUAN PRATIKUM ELEKTRONIKA ANALOG
I.
NOMOR PERCOBAAN
:
III (TIGA)
II.
NAMA PERCOBAAN
:
PENGUAT OPERASIONAL (OP-AMP)
III. TUJUAN PERCOBAAN
:
1. Memahami karakteristik dari suatu penguat operasional (Op-Amp) 2. Dapat membedakan sifat dasar Op-Amp sebagai penguat inverting dan penguat non inverting. 3. Mampu menganalisis perbedaan sinyal keluaran dari penguat inverting dan penguat non inverting.
IV. ALAT DAN BAHAN : 1. Resistor 2. Kapasitor 3. IC Op-Amp LM 741 4. Osiloskop 5. Signal generator 6. Multimeter 7. Catu daya 8. Kertas grafik semilog 9. Jumper / kabel penghubung
V.
DASAR TEORI
Penguat operasional atau OP-AMP adalah penguat differensial dengan dua masukkan dan satu keluaran yang mempunyai penguatan tegangan yang amat tinggi, yaitu dalam orde 105. Dengan penguatan yang amat tinggi ini, penguat operasional dengan rangkaian balikkan lebih banyak digunakan daripada dalam lingkaran terbuka (Open loop). Pada massa kini op-amp dibuat dalam bentuk rangkaian terpadu atau IC (Integrated Circuits), dimana dalam satu potong Kristal silicon dengan luas kurang dari 1mm2 terkandung rangkaian penguat lengkap terdiri dari banyak transistor, diode, resistor, dan kadang-kadang kapasitor. Op-Amp biasanya dilukiskan dengan lambing seperti berikut:
Gambar 3.1 Lambang Op-Amp Tampak adanya dua maukkan, yaitu masukkan membalik diberi tanda minus (-) dan masukkan tak membalik dibei tanda plus (+). Jika isyarat masukkan dihubungkan dengan masukkan membalik maka pada daerah frekuensi tengah sinyal keluaran berlawanan fasaatau berlawanan tanda dengan sinyal masukkan. Sebaliknya jika sinyal masukkan dihubungkan dengan masukkan tak membalik, maka sinyal keluaran akan sefasa atau mempunyai tanda yang sama dengan sinyal masukkan. Pada umumnya op-amp menghasilkan tegangan keluraan yang sebanding dengan beda tegangan sinyal antara kedua masukkannya, atau yang sering dikenal sebagai op-amp biasa. Disamping op-amp biasa, ada pula op-amp yang menghasilkan tegangan sinyal keluaran sebanding dengan beda arus masukkan. Op-Amp semacam ini dikenal sebagai opamp Norton. Sedangkan jenis op-amp lainnya adalah op-amp transkonduktansi operasional
yaitu op-amp yang menghasilkan arus keluaran yang sebanding dengan beda tegangan sinyal antara kedua masukkannya. (Operasional Transcnductance Amplifier-OTA). Beberapa sifat ideal op-amp adalah sebagai berikut :
Penguat lingkaran terbuka tak berhingga atau Av,lb atau Kv,lb = ∞
Hambatan keluaran lingkar terbuka adalah nol atau Ro,lb = 0
Hambatan masukkan lingkar terbuka tak berhingga atau Ro,lb = ∞
Lebar pita tak behingga atau ∆f = f2 – f1 = ∞
Nisbah penolakkan modus bersama (CMRR) = ∞
Penguat membalik . pada penguat membalik sumber sinyal dihubungkan dengan masukkan membalik seperti gambar berikut:
Gambar 3.2 Rangkaian penguat inverting Dari gambar dapat diperoleh Vo = Av,lb Vab. Tegangan puncak-puncak sinyal keluaran tak akan melebihi 2VCC, sebab bila ini terjadi sinyal keluaran akan bergunting. Akibatnya Vab = Vo / Av,lb ≡ 0, oleh karena penguat lingkar terbuka. Tampak Vab ≡ 0 atau Va ≡ Vb, akan tetapi antara a dan b ada hambatan masukan R i yang amat besar. Dalam keadaan ini dikatakan titik a dan b dalam keadaan hubungan singkat maya. Dari hubungan persamaan yang ada dapat diperoleh rumus penguatan tegangan penguat membalik ini yaitu ; Av,lt Vo/Vi = - i1 R2 / i2 R1 = -R2 / R1
Penguat tak membalik. Pada penguat tak membalik sinyal dihubungkan dengan masukkan tak membalik (+) pada op-amp. Balikkan melalui R2 dan R1 tetap dipasang pada masukkan membalik agar membentuk balikkan negative. Berikut contoh rangkaian penguat tak membalik. (gambar 3.3).
Gambar 3.3. Rangkaian penguat non inverting Dalam peninjauan kasus lain, penguat non inverting dapat dilukiskan seperti tampak pada gambar 3.4.
Gambar 3.4 Cara lain melukiskan penguat non inverting
Jika diperhatikan pada rangkaian inverting dan non inverting berada pada kedaan hubungan singkat maya, maka Vb = V1 Akan tetapi; Vb =
Va =
Vo
Nyatakan penguat lingkar tertutup untuk penguat non inverting Av,lt = Hambatan masukkan penguat non inverting amat tinggi karena sinyal masukkan berhubungan langsung dengan masukkan tak membalik, secara teori ; Ri,lt = Ri,dif = (Ri,lb) Yang mempunyai nilai rata-rata amat besar dengan hambatan keluaran Ro mempunyai nilai amat besar dan hambatan keluaran Ro mempunyai nilai yang amat rendah. Dengan sedikit revisi, dapat dibuat suatu bentuk khusus penguat non inverting dengan membuat R1 = ∞ dan R1 = 0 seperti ganbar berikut:
Gambar 3.5 Pengikut tegangan Oleh karena kedua masukkan ada dalam keadaan terhubung singkat maya maka Vo = Vi atau penguatan lingkaran tertutup sama dengan satu. Penguat dalam bentuk ini disebut pengikut tegangan, mengikuti nama pengikut emitor pada penguat transistor diskrit. Pengikut tegangan mempunyai penguatan sama dengan satu, impendasi masukkan amat tinggi dan impendasi keluaran amat kecil. Jadi, pengikut tegangan berfungsi sebagai penyangga dengan penguatan yang sama dengan satu. 1. Penguat Diferensial Sebagai Dasar Penguat Operasional
Penguat diferensial adalah suatu penguat yang bekerja dengan memperkuat sinyal yang merupakan selisih dari kedua masukannya. Berikut ini adalah gambar skema dari penguat diferensial sederhana:
Penguat diferensial tersebut menggunakan komponen BJT (Bipolar Junction Transistor) yang identik / sama persis sebagai penguat. Pada penguat diferensial terdapat dua sinyal masukan (input) yaitu V1 dan V2. Dalam kondisi ideal, apabila kedua masukan identik (Vid = 0), maka keluaran Vod = 0. Hal ini disebabkan karena IB1 = IB2 sehingga IC1 = IC2 dan IE1 = IE2. Karena itu tegangan keluaran (VC1 dan VC2) harganya sama sehingga Vod = 0. Apabila terdapat perbedaan antara sinyal V1 dan V2, maka Vid = V1 – V2. Hal ini akan menyebabkan terjadinya perbedaan antara IB1 dan IB2. Dengan begitu harga IC1 berbeda dengan IC2, sehingga harga Vod meningkat sesuai sesuai dengan besar penguatan Transistor.
Untuk memperbesar penguatan dapat digunakan dua tingkat penguat diferensial (cascade). Keluaran penguat diferensial dihubungkan dengan masukan penguat diferensial tingkatan berikutnya. Dengan begitu besar penguatan total (Ad) adalah hasil kali antara penguatan penguat diferensial pertama (Vd1) dan penguatan penguat diferensial kedua (Vd2). Dalam penerapannya, penguat diferensial lebih disukai apabila hanya memiliki satu keluaran. Jadi yang diguankan adalah tegangan antara satu keluaran dan bumi (ground). Untuk dapat menghasilkan satu keluaran yang tegangannya terhadap bumi (ground) sama dengan tegangan antara dua keluaran (Vod), maka salah satu keluaran dari penguat diferensial tingkat kedua di hubungkan dengan suatu pengikut emitor (emitter follower). Untuk memperoleh kinerja yang lebih baik, maka keluaran dari pengikut emiter dihubungkan dengan suatu konfigurasi yang disebut dengan totem-pole. Dengan menggunakan konfigurasi ini, maka tegangan keluaran X dapat berayun secara positif hingga mendekati harga VCC dan dapat berayun secara negatif hingga mendekati harga VEE. Apabila seluruh rangkaian telah dihubungkan, maka rengkaian tersebut sudah dapat dikatakan sebagai penguat operasional (Operational Amplifier (Op Amp)). Penjelasan lebih lanjut mengenai hal ini akan dilakukan pada sub bab berikut.
2. Penguat Operasional Penguat operasional (Op Amp) adalah suatu rangkaian terintegrasi yang berisi beberapa tingkat dan konfigurasi penguat diferensial yang telah dijelaskan di atas. Penguat operasional memilki dua masukan dan satu keluaran serta memiliki penguatan DC yang tinggi. Untuk dapat bekerja dengan baik, penguat operasional memerlukan tegangan catu yang simetris yaitu tegangan yang berharga positif (+V) dan tegangan yang berharga negatif (-V) terhadap tanah (ground). Berikut ini adalah simbol dari penguat operasional:
2.1. Karakteristik Ideal Penguat Operasional Penguat operasional banyak digunakan dalam berbagai aplikasi karena beberapa keunggulan yang dimilikinya, seperti penguatan yang tinggi, impedansi masukan yang tinggi, impedansi keluaran yang rendah dan lain sebagainya. Berikut ini adalah karakteristik dari Op Amp ideal: Penguatan tegangan lingkar terbuka (open-loop voltage gain) AVOL Tegangan ofset keluaran (output offset voltage) VOO = 0 Hambatan masukan (input resistance) RI Hambatan keluaran (output resistance) RO = 0 Lebar pita (band width Waktu tanggapan (respon time) = 0 detik Karakteristik tidak berubah dengan suhu
Kondisi ideal tersebut hanya merupakan kondisi teoritis tidak mungkun dapat dicapai dalam kondisi praktis. Tetapi para pembuat Op Amp berusaha untuk membuat Op Amp yang memiliki karakteristik mendekati kondisi-kondisi di atas. Karena itu sebuah Op Amp yang baik harus memiliki karakteristik yang mendekati kondisi ideal. Berikut ini akan dijelaskan satu persatu tentang kondisi-kondisi ideal dari Op Amp. 2.1.1. Penguatan Tegangan Lingkar Terbuka Penguatan tegangan lingkar terbuka (open loop voltage gain) adalah penguatan diferensial Op Amp pada kondisi dimana tidak terdapat umpan balik (feedback) yang diterapkan padanya seberti yang terlihat pada gambar 2.2. Secara ideal, penguatan tegangan lingkar terbuka adalah: AVOL = Vo / Vid AVOL = Vo/(V1-V2) Tanda negatif menandakan bahwa tegangan keluaran VO berbeda fasa dengan tegangan masukan Vid. Konsep tentang penguatan tegangan tak berhingga tersebut sukar untuk divisualisasikan dan tidak mungkin untuk diwujudkan. Suatu hal yang perlu untuk dimengerti adalah bahwa tegangan keluaran VO jauh lebih besar daripada tegangan masukan Vid. Dalam kondisi praktis, harga AVOL adalah antara 5000 (sekitar 74 dB) hingga 100000 (sekitar 100 dB). Tetapi dalam penerapannya tegangan keluaran VO tidak lebih dari tegangan catu yang diberikan pada Op Amp. Karena itu Op Amp baik digunakan untuk menguatkan sinyal yang amplitudonya sangat kecil. 2.1.2. Tegangan Ofset Keluaran Tegangan ofset keluaran (output offset voltage) VOO adalah harga tegangan keluaran dari Op Amp terhadap tanah (ground) pada kondisi tegangan masukan Vid = 0. Secara ideal,
harga VOO = 0 V. Op Amp yang dapat memenuhi harga tersebut disebut sebagai Op Amp dengan CMR (common mode rejection) ideal. Tetapi dalam kondisi praktis, akibat adanya ketidakseimbangan dan ketidakidentikan dalam penguat diferensial dalam Op Amp tersebut, maka tegangan ofset VOO biasanya berharga sedikit di atas 0 V. Apalagi apabila tidak digunakan umpan balik maka harga VOO akan menjadi cukup besar untuk menimbulkan saturasi pada keluaran. Untuk mengatasi hal ini, maka perlu diterapakan tegangan koreksi pada Op Amp. Hal ini dilakukan agar pada saat tegangan masukan Vid = 0, tegangan keluaran VO juga = 0. Apabila hal ini tercapai, 2.1.3. Hambatan Masukan Hambatan masukan (input resistance) Ri dari Op Amp adalah besar hambatan di antara kedua masukan Op Amp. Secara ideal hambatan masukan Op Amp adalah tak berhingga.
Harga ini biasanya diukur pada kondisi Op Amp tanpa umpan balik. Apabila suatu umpan balik negatif (negative feedback) diterapkan pada Op Amp, maka hambatan masukan Op Amp akan meningkat. Dalam suatu penguat, hambatan masukan yang besar adalah suatu hal yang diharapkan. Semakin besar hambatan masukan suatu penguat, semakin baik penguat tersebut dalam menguatkan sinyal yang amplitudonya sangat kecil. Dengan hambatan masukan yang besar, maka sumber sinyal masukan tidak terbebani terlalu besar. 2.1.4. Hambatan Keluaran Hambatan Keluaran (output resistance) RO dari Op Amp adalah besarnya hambatan dalam yang timbul pada saat Op Amp bekerja sebagai pembangkit sinyal. Secara ideal harga hambatan keluaran RO Op Amp adalah = 0. Apabula hal ini tercapai, maka seluruh tegangan keluaran Op Amp akan timbul pada beban keluaran (RL), sehingga dalam suatu penguat, hambatan keluaran yang kecil sangat diharapkan.
Dalam kondisi praktis harga hambatan keluaran Op Amp adalah antara beberapa ohm hingga ratusan ohm pada kondisi tanpa umpan balik. Dengan diterapkannya umpan balik, maka harga hambatan keluaran akan menurun hingga mendekati kondisi ideal. 2.1.5. Lebar Pita Lebar pita (band width) BW dari Op Amp adalah lebar frekuensi tertentu dimana tegangan keluaran tidak jatuh lebih dari 0,707 dari harga tegangan maksimum pada saat amplitudo tegangan masukan konstan. Secara ideal, Op Amp memiliki lebar pita yang tak terhingga. Tetapi dalam penerapannya, hal ini jauh dari kenyataan. Sebagian besar Op Amp serba guan memiliki lebar pita hingga 1 MHz dan biasanya diterapkan pada sinyal dengan frekuensi beberapa kiloHertz. Tetapi ada juga Op Amp yang khusus dirancang untuk bekerja pada frekuensi beberapa MegaHertz. Op Amp jenis ini juga harus didukung komponen eksternal yang dapat mengkompensasi frekuensi tinggi agar dapat bekerja dengan baik. 2.1.6. Waktu Tanggapan Waktu tanggapan (respon time) dari Op Amp adalah waktu yang diperlukan oleh keluaran untuk berubah setelah masukan berubah. Secara ideal harga waktu respon Op Amp adalah = 0 detik, yaitu keluaran harus berubah langsung pada saat masukan berubah. Tetapi dalam prakteknya, waktu tanggapan dari Op Amp memang cepat tetapi tidak langsung berubah sesuai masukan. Waktu tanggapan Op Amp umumnya adalah beberapa mikro detik hal ini disebut juga slew rate. Perubahan keluaran yang hanya beberapa mikrodetik setelah perubahan masukan tersebut umumnya disertai dengan oveshoot yaitu lonjakan yang melebihi kondisi steady state. Tetapi pada penerapan biasa, hal ini dapat diabaikan. 2.1.7. Karakteristik Terhadap Suhu Sebagai mana diketahui, suatu bahan semikonduktor yang akan berubah karakteristiknya apabila terjadi perubahan suhu yang cukup besar. Pada Op Amp yang ideal, karakteristiknya tidak berubah terhadap perubahan suhu. Tetapi dalam prakteknya,
karakteristik sebuah Op Amp pada umumnya sedikit berubah, walaupun pada penerapan biasa, perubahan tersebut dapat diabaikan.
VI. PROSEDUR PERCOBAAN Penguat inverting (membalik) 1.
Buat rangkaian penguat inverting sesuai dengan gambar pada readboard
2.
Berikan isyarat masukan penguat dengan variasi tegangan arus searah (DC) 1V, 3V, 5V. ukur tegangan masukkan dan keluaran dengan multimeter. Amati dan hitung besarnya penguat tegangan No
3.
Vin
1
1v
2
3v
3
5v
Sinyal Vin
Vout
Sinyal Vout
Av atau Kv
Ubah masukkan dengan tegangan arus bolak-balik (AC) melalui sumber sinyal signal generator dengan amplitude tertentu dan variasi frekuensi 10Hz, 100Hz, 1KHz, 100KHz, 1MHz.
4.
Ukur besarnya tegangan masukkan dan keluaran dengan multimeter atau berdasarkan tampak sinyal pada osiloskop. Amati dan gambarkan bentuk sinyal masukkan dan keluaran, kemudian hitung besarnya penguatan tegangan tersebut. (masukkan data dalam table)
5.
Gambarkan tanggapan amplitude penguat inverting. No
Frekuensi
1
10Hz
Vin
Sinyal Vin
Vout
Sinyal Vout
AV atau Kv
A. Penguat non inverting (tak membalik) 1. Buat rangkaian sesuai gambar pada breadboard
2. Beri masukkan penguat dengan variasi tegangan arus searah (DC) 1V, 3V, 5V. ukur tegangan masukkan dan keluaran dengan multimeter. Amati dan hitung besarnya penguat dengan tegangan DC oleh penguat tersebut. (masukkan data dalam table) 3. Ubah masukkan dengan arus bolak-balik (AC) melalui sumber sinyal generator dengan amplitude tertentu dan variasi frekuensi 10Hz,100Hz, 1KHz, 100KHz dan 1MHz. 4. Ukur besarnya tegangan masukkan dan keluaran dengan multimeter berdasarkan tampak pada osiloskop. Amati dan gambarkan bentuk sinyal masukkan dan keluaran, kemudian hitung besarannya penguat tegangan tersebut. (masukkan data dalam table)
5. Gambarkan tanggapan amplitude penguat non inverting. No Frekuensi 1
10Hz
5
1MHz
Vin
Sinyal Vin
Vout
Sinyal Vout
AV atau Kv
VII.
Data Hasil Pengamatan dan Pengolaha Data
A. Penguat inverting (membalik) No
Frekuensi
Vin
Sinyal Vin
Vout
Sinyal Vout
1
10Hz
1V
0.8 V
0.53
0,2 V
2
100Hz
3V
1V
0.50
0,2 V
3
1KHz
5V
0.5 V
0.50
0,2 V
4
100KHz
1
0.50
0.1 V
Untuk tegangan : V = 1 volt Vin = 0,8 volt Vout = 0,53 volt AV =
= 0.53/0.8 = 0.6625 = 0.67
V = 3 volt Vin = 1 volt Vout = 0.50 volt AV =
= 0.50/1 = 0.5
V = 5 volt Vin = 0.5 volt Vout = 0.50 volt AV =
= 0.50/0.5 = 1
V = 5 volt Vin = 1 volt Vout = 0.50 volt AV =
= 0.50/1 = 0.5
AV atau Kv
Untuk frekuensi : AV =
= 0.53/0.8 = 0.6625 = 0.67
AV =
= 0.50/1 = 0.5
AV =
= 0.50/0.5 = 1
AV =
= 0.50/1 = 0.5
AV =
= 0.50/1 = 0.5
B. Penguat non inverting (tak membalik) No Frekuensi
Vin
Sinyal input
Vout
Sinyal output
1
10 Hz
1
1.1
-0.01
0,4
2
100 Hz
3
1.1
-0,02
0,4
3
1 KHz
5
1.1
-0.02
0,4
4
100KHz
1.1
-0.02
0,4
Untuk tegangan :
V = 1 volt
Vin = 1.1 volt Vout = 0.4 volt AV =
=0.4/1.1 = 0.36
V = 3 volt
Vin = 1.1 volt Vout = 0.4 volt AV =
=0.4/1.1 = 0.36
V = 5 volt Vin = 1.1 volt
AVatau KV
Vout = 0.4 volt AV =
=0.4/1.1 = 0.36
Untuk frekuensi : AV =
=0.4/1.1 = 0.36
AV =
=0.4/1.1 = 0.36
AV =
=0.4/1.1 = 0.36
AV =
=0.4/1.1 = 0.36
VIII. Analisa Hasil Percobaan
Penguat operasional atau OP-AMP adalah penguat differensial dengan dua masukkan dan satu keluaran yang mempunyai penguatan tegangan yang amat tinggi, yaitu dalam orde 105. Dengan penguatan yang amat tinggi ini, penguat operasional dengan rangkaian balikkan lebih banyak digunakan daripada dalam lingkaran terbuka (Open loop). Penguat membalik . pada penguat membalik sumber sinyal dihubungkan dengan masukkan membalik dan Pada penguat tak membalik sinyal dihubungkan dengan masukkan tak membalik (+) pada op-amp. Op-amp Norton adalah Op-amp yang menghasilkan tegangan sinyal keluaran sebanding dengan beda arus masukkan. Sedangkan jenis op-amp lainnya adalah op-amp transkonduktansi operasional yaitu op-amp yang menghasilkan arus keluaran yang sebanding dengan beda tegangan sinyal antara kedua masukkannya. (Operasional Transcnductance Amplifier-OTA). Pada penguat tak membalik sinyal dihubungkan dengan masukkan tak membalik (+) pada op-amp. Balikkan melalui R2 dan R1 tetap dipasang pada masukkan membalik agar membentuk balikkan negative. Sedangkan Penguat membalik . pada penguat membalik sumber sinyal dihubungkan dengan masukkan membaik. Di dalam melakuka pratikum ini banyak hal yang salah terutama dalam melakukan perhitunga dengan osiliskop dan alat ukur lainnya hal ini disebabkan karena kurangnya ketelitian dan pemberian materi yang dilakukan oleh asisten. Pada penguat operasional ini kita disini hanya mengukur tegangan masukkan dan tegangan keluaran serta mengukur sinyal keluaran dan sinyal masukkan denga menggunakan osiloskop dan multimeter. Dalam prakteknya, Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang besar serta impedansi keluaran yang kecil. Secara garis besar, terdapat 4 pin utama dari OpAmp, yaitu masukan inverting (tanda minus), masukan noninverting (tanda plus), masukan tegangan positif, masukan tegangan negatif dan pin keluaran. Di samping pin tersebut terdapat satu pin untuk adjustment.
IX.
Kesimpulan
1. Penguat operasional atau OP-AMP adalah penguat differensial dengan dua masukkan dan satu keluaran yang mempunyai penguatan tegangan yang amat tinggi, yaitu dalam orde 105. Dengan penguatan yang amat tinggi ini, penguat operasional dengan rangkaian balikkan lebih banyak digunakan daripada dalam lingkaran terbuka (Open loop). 2. Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang besar serta impedansi keluaran yang kecil. 3. Beberapa sifat ideal op-amp adalah sebagai berikut : Penguat lingkaran terbuka tak berhingga atau Av,lb atau Kv,lb = ∞, Hambatan keluaran lingkar terbuka adalah nol atau Ro,lb = 0,Hambatan masukkan lingkar terbuka tak berhingga atau Ro,lb = ∞, Lebar pita tak behingga atau ∆f = f2 – f1 = ∞, Nisbah penolakkan modus bersama (CMRR) = ∞ 4. Hambatan masukkan penguat non inverting amat tinggi karena sinyal masukkan berhubungan langsung dengan masukkan tak membalik, secara teori ; Ri,lt = Ri,dif = (Ri,lb)
DAFTAR PUSTAKA
Anonim,2010, Rangkaian Penguat Operasional.(online), http://asrik.com /index.php/fisika /141-rangkaian penguat operasional. Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Erlangga Hadi dan khairul saleh, 2010, Modul pratikum elektronika analog, Palembang: Unsri Zamroni, dkk, 2004, Acuan pelajaran Fisika. Jakarta : yudistira.
LAPORAN PENDAHULUAN PRATIKUM ELEKTRONIKA ANALOG
X. NOMOR PERCOBAAN : IV (Empat)
XI. NAMA PERCOBAAM : INTEGRATOR, DIFFERENSIATOR, DAN COMPARATOR
XII.
TUJUAN PERCOBAAN : 1. Dapat menganalisa perbandingan sinyal keluaran terhadap input dari rangkaian differensiator, integrator dankomparator. 2. Mampu menganalisa rangkaian dengan menggunakan grafik hubungan antara penguat tegangan terhadap frekuensi (frequency respond).
XIII. ALAT DAN BAHAN : 1. Resistor 2. Kapasitor 3. IC Op-Amp LM 741 4. multimeter 5. Osiloskop 6. Signal generator 7. Catudaya 8. Jumper
XIV. DASAR TEORI Pada pratikum elektronka dasar, kita telah mengenal adany yarangkaian tipis lolos rendah dan tapis lolos tinggi.Dengan menggunakan IC Op-Amp, kita mengenal rangkaian pengintegral op-amp (integrator), pendefferensialan op-amp (defferensiator), juga rangkaian komparator sebagai pembanding tegangan. Penguat integrator.Pada rangkaian tipis lolos rendah (gambar 4.1), jika τ = RC>>1/2 T, keluaran untuk sinyal berbentuk segitiga, yaitu integral sinyal masukkan.
Gambar. 4.1 Pengintegralan RC (rangkaian tapis loloss rendah)
Tampak pada gambar 4.2, bentuk sinyal masukkan segiempat dengan sinyal keluaran berupa sinyal segitiga.
Vi
0 t
-
T -
Vo
0
t
RC >> ½ T
Gambar 4.2 BentuksinyalmasukkanVidansinyalkeluaran Vo
Gambar 4.3 Pengintegralan Op-Amp
Pada gambar titik a dan b ada dalam keadaan terhubung singkat maya.Oleh karena titik b ada pada tanah, maka titik ada pada ground maya. Akibatnya arus Ii dari sumberVs (t) akan mengalir melalui R. bagian arus Ii ini yang mengalir kedalam masukkan membalik dapat diabaikan. Selanjutnya va-vb = , disini q dalah muatan yang tersimpan pada
kapasitor. Muatan q ada hubungannya dengan arus Ii melalui q = ∫I, dt, akan tetapi va= 0 (tanah maya) danVb = Va, sehingga dapat diperole tegangan keluaran: Vo =
= - ∫ dt = -
= -
∫Vtdt
Tampak tegangan sinyal keluaran merupakan integral sinyal masukkan, sehingga rangkaian diatas disebut pengintegralan. Penguat diffrensial.Telah diketahui bahwa tapis lolos tinggi untuk frekuensi di bawah ωp = 1 / RC bersifat sebagai pendifferensial. Hal ini dapat dilihat pada rangkaian tapis lolos tinggi (ganbar 4.4).
Gambar 4.4.Rangkaian tapis lolos tinggi
Pada rangkaian tapis lolos tinggi ini, tampak sinyal keluaran mirip dengan differensial sinyal masukkan, jika tetapan waktu RC << ½ T (gambar 4.5).
Vi
t 0
-
T
-
Vo t 0
Gambar . 4.5. bentuk sinyal masukkan dan sinyal keluaran Dengan menggunakan frekuensi sinyal diatas dapat dinyatakan sebagai f << ½ RC atau ω <<
.
Rangkaian penguat differensial dapat dilihat pada gambar 4.6.
Gambar. 4.6. Rangkaianpendifferensial
Comparator.Untuk keperluan tertentu kita dapat menggunakan op-amp dalam keadaan lingkar terbuka atau balikan positif.Pada keadaan ini, op-amp pada umumnya tidak berfungsi sebagai penguat, oleh karena tegangan keluaran tidak berbanding lurus dengan tegangan masukkan.Dalam hal ini dikatakan op-amp digunakan secara tak linear.Salah satu
penggunaan tak linear adalah sebagai pembanding hanya dapat mempunyai dua nilai, misalnya 0V dan 5V saja.Pembanding mempunyai dua masukkan, yaitu masukkan membalik (-) dan tak membalik (+).Pada gambar 4.7, dapat dilihat bentuk dasar dari rangkaian comparator.
Gambar. 4.7. rangkaian comparator
Sebuah Diferensiator adalah sirkuit yang dirancang sedemikian rupa sehingga output dari rangkaian tersebut adalah sebanding dengan turunan waktu dari input. Ada dua jenis sirkuit pembeda, aktif dan pasif
Sebuah rangkaian pembeda terdiri dari sebuah resistor penguat operasional, dan kapasitor. Rangkaian ini didasarkan pada kapasitor arus ke tegangan hubungan
:
dimana I adalah arus yang melalui kapasitor, C adalah kapasitansi dari kapasitor, dan V adalah tegangan kapasitor. Arus yang mengalir melalui kapasitor ini kemudian sebanding dengan turunan dari tegangan kapasitor. Arus ini kemudian dapat terhubung ke resistor, yang memiliki hubungan arus ke tegangan:
di mana R adalah resistansi dari resistor. Jika Vout adalah tegangan resistor dan Vin adalah tegangan pada kapasitor, kita dapat mengatur ulang kedua persamaan untuk mendapatkan persamaan berikut:
Dengan demikian, dapat ditunjukkan bahwa dalam situasi ideal tegangan resistor akan sebanding dengan turunan dari tegangan kapasitor dengan keuntungan dari RC. Sebuah fungsi perbandingan, yang membebankan memesan total pada beberapa koleksi objects.Fungsi perbandingan, Yang menetap kan total memesan pada beberapa koleksi benda-Benda. Pembanding dapat dilewatkan ke metode semacam (seperti Collections.sort atau Arrays.sort) untuk memungkinkan kontrol yang lebih tepat tata urutan. Pembanding dapat dikirim kan ke metode semacam (seperti Collections.sortatauArrays.sort) untuk memungkinkan kontrol Yang lebih tepat tata urutan. Pembanding juga dapat digunakan untuk mengontrol urutan struktur data tertentu (seperti set diurutkan atau peta diurutkan), atau untuk menyediakan pemesanan untuk koleksi benda-benda yang tidak memiliki memesan alami. Data Pembanding juga dapat digunakan untuk mengontrol urutan struktur tertentu (peta setsatausorted sepertisorted), atau untuk menyediakan pemesanan koleksi benda Yang tidak memiliki natural pemesanan.
Pemesanan dikenakan oleh c komparator pada set elemen S dikatakan konsisten dengan sama jika dan hanya jika c.compare (e1, e2) == 0 memiliki nilai boolean sama seperti e1.equals (e2) untuk setiap e1 dan e2 dalam S. Pemesanan dikenakan oleh c komparator pada seperangkat elemen S dikatakan konsisten dengan sama jika dan hanya jikac.compare (e1, e2) == 0 memiliki nilai boolean Yang sama seperti e1.equals (e2) untuk setiap e1 murah e2 Dalam, S. Perhatian harus dilakukan ketika menggunakan komparator mampu memberlakukan konsisten memesan dengan sama untuk memesan satu set diurutkan (atau peta diurutkan). Misalkan set diurutkan (atau peta diurutkan) dengan c komparator eksplisit digunakan dengan unsur-unsur (atau tombol) yang diambil dari himpunan S Perhatian harus dilakukan ketika menggunakan komparator mampu memaksakan sebuah pemesanan tidak konsisten dengan sama dengan memesan diurutkan set (atau diurut kan peta). Misal kan suatu diurutkan set (atau diurutkan peta) dengan c pembanding eksplisit digunakan dengan unsur-unsur (ataukunci) yang ditarik dari suatu himpunan. If the ordering imposed by c on S is inconsistent with equals, the sorted set (or sorted map) will behave "strangely." Jika pemesanan dikenakan oleh c di S tidak konsisten dengan sama, yang diurutkan set (atau diurutkan peta) akanbersikap "aneh." In particular the sorted set (or sorted map) will violate the general contract for set (or map), which is defined in terms of equals .Secarak husus diurutkan set (atau diurutkan peta) akan melanggar kontrak umum untuk mengatur (atau peta), yang didefinisikanda lamhal sama.
XV.
PROSEDUR PERCOBAAN
B. Integrator 1.
Buat rangkaian penguat dengan balikan negative pada breadboard.
2.
Beri masukkan berupa sinyal persegi dari sinyal generator dan amati bentuk keluaran melalui osiloskop.
3.
Gambarkan bentuk sinyal masukkan dan keluaran dari rangkaian pada kertas grafik.
4.
Ukur tegangan masukkan dan keluaran dengan menggunakan multimeter (skala AC), hitung besarnya fungsi alih (G(ω)).
C. Diferensiator 1.
Buat rangkaian diferensiator pada breadboard
2.
Beri masukkan berupa sinyal persegi dari signal generator dan amati bentuk keluaran melalui osiloskop.
3.
Gambar kan bentuk sinyal masukkan dan keluaran dari rangkaian pada kertas grafik.
4.
Ukur tegangan masukkan dan keluaran denagan menggunakan multimeter (skala AC), hitung besarnya fungsi alih (G(ω)).
D.
Komparator
1.
Buat rangkain komparator pada breadboard
2.
Beri masukkan berupa sinyal persegi dari signal generator dan amati bentuk keluaran melalui osiloskop
3.
Gambarkan bentuk sinyal masukkan dan keluaran dari rangkaian pada kertas grafik
4.
Ukur tegangan masukan dan keluaran dengan menggunakan multimeter (skala AC), hitung besarnya fungsi alih (G(ω))
DAFTAR PUSTAKA
Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Erlangga Hadidankhairulsaleh. 2010. Modulpratikumelektronika analog. Palembang: Universitas Sriwijaya. Zamroni, dkk. 2004. Acuan pelajaran Fisika. Jakarta : yudistira.
