Laporan Praktikum Elektronika Fisika Dasar II PENGUAT UMPAN BALIK
DISUSUN OLEH
:
NAMA
:
ARINI QURRATA A’YUN
NIM
:
H21114307
KELOMPOK
:
TIGA (III)
TANGGAL PRAKTIKUM :
10 MARET 2016
ASISTEN
MUHAMMAD FAUZI M
:
LABORATORIUM ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS HASANUDDIN 2016
BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar belakang Penguat atau amplifier biasanya dikategorikan menjadi empat golongan besar, yaitu sebagai penguat tegangan, penguat arus, transresistans dan trankonduktans. Pengelompokan ini berdasarkan pada besarnya impedansi masukkan dan impedansi keluaran dari suatu penguat relatif berturut turut terhadap impedansi sumber dan beban [1]. Penguat tegangan sendiri dapat diartikan sebagai penguat yang memberikan tegangan keluaran yang berbanding lurus dengan tegangan masukan dimana faktor pembandingnya tidak bergantung pada besarnya tahanan sumber dan beban pada penguat ini menunjukkan rangkaian ekuivalen Thevenin dari jaringan dua terminal yang dapat menggambarkan suatu penguat. Penguat arus adalah penguat yang dapat menghasilkan arus keluaran yang berbanding lurus dengan arus sinyal dimana faktor pembandingnya bergantung pada besarnya tahanan sumber dan tahanan beban, dimana suatu penguat arus ideal harus memiliki tahanan masukan sama dengan nol dan tahanan keluaran sama dengan tak berhingga. Penguat transkonduktans (alih konduktans) yaitu suatu penguat ideal yang menghasilkan arus keluaran yang berbanding lurus dengan tegangan sinyal, dan tidak bergantung pad besarnya tahanan sumber dan tahanan beban. Dan yang terakhir yaitu penguat transresistans yaitu penguatan yang secara ideal memberikan tegangan keluaran
dan berbanding lurus dengan arus sinyal,
dimana tidak pula bergantung pada tahaann beban dan tahanan sumber [1]. Selanjutnya pada kesempatan kali ini akan diperkenalkan penguat umpan balik, berupa penguat umpan balik negatif (degeneratif) yaitu balikan yang dipasang untuk memperlemah isyarat masukan. Jenis penguat ini sedikit berbeda dari
penguat
yang
lain.
Penguat
ini
selanjutnya
dapat
memperbaiki/
menyempurnakan jenis penguat lainnya. Dimana pembahasannya akan meliputi pengertian umumnya karakteristik karakteristik suatu penguatan dengan menggabungkan sebagian dari keluaran dengan sinyal yang dari luar, keuntungan
keuntungan yang akan diperoleh dengan penggunaan penguat umpan balik dan contoh penggunaannya dalam perangkat elektronika. I.2 Ruang Lingkup Pada praktikum kali ini dibahas mengenai rangkaian penguat umpan balik terkhusus untuk rangkaian umpan balik negatif. Dengan mengamati besar keluaran tegangan dengan dan tanpa rangkian umpan balik, dalam frekuensi yang berbeda-beda. Serta, mengukur besar penguatan tegangan yang dihasilkan rangkaian umpan balik. I.3 Tujuan Percobaan Setelah melakaukan praktikum ini diharapkan praktikan mampu : 1. Membuat suatu rangkaian balikan dan mengujinya yaitu mengamati bentuk isyarat keluaran. 2. Menunjukkan pengaruh balikan pada rangkaian. 3. Mengukur tanggapan amplitudo penguat.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Konsep Umpan Balik Pada rangkaian umpan balik sinyal masukan digabungkan menjadi satu dengan sinyal luar (sumber) melalui suatu rangkaian pencampur (mixer) dan diumpankan masuk ke dalam penguat [2].
Gambar II.1 Penggambaran hubungan tingkat tingkat umpan balik yang dihubungkan disekitar penguat dasar Dalam gambar sinyal tegangan (berupa rangkaan Thevenin) atau sinyal aus
dipasang seri terhadap tahanan dipasang paralel dengan tahanan
(rangkaian Norton). Untuk jaringan umpan balik biasanya rangkaian pasif dua kutub yang dapat terdiri dari tahanan, kapasitor dan induktor. Sering hanya menggunakan suatu konfigurasi resistif yang sederhana. Sedangkan untuk dua bok pencuplikan yang ditunjukkan pada gambar, tegangan keluaran dicuplik dengan menghubungkan rangkaian umpan balik secara paralel dengan keluarannya. Jenis hubungan ini dinamakan pencuplik simpul atau pemcuplik tegangan. Hubungan umpan balik lainnya yang mencuplik arus keluaran ditunjukkan pada gambar II.2, dimana rangkaian umpan balik dihubungkan secara seri dengan keluarannya. Jenis hubungan seperti ini menunjukkan pencuplikan arus atau pencuplikan lingkar [2].
(a)
(b)
Gambar II.2 Hubungan umpan balik pada masukan dan penguat dasar (a) perbandingan seri (b) pencampuran simpul
II.2 Pengaruh Balikan Terhadap Tanggapan Frekuensi Misalkan tanggapan amplitudo suatu penguat dengan lingkar terbuka (tanpa balikan) seperti pada gamabar II.3 [3].
Gambar II.3 Tanggapan amplitudo suatu penguat Fungsi alih kompleks penguat pada daerah frekuensi rendah dapat dituliskan [3] : ( )
(
)
Fungsi alih yang dinyatakan pada persamaan (2.1) tak lain adalah fungsi alih untuk tapis lolos tinggi. Pada daerah tinggi fungsi alih kompleks penguat adalah [3]: ( ) ( )
( )
(
)
( ) adalah fungsi alih kompleks penguat dengan lingkaran tertutup. Diamana dianggap
merupakan bilangan nyata yaitu balikan negatif [3].
Maka akan didapatkan pengaruh balikan terhadap frekuensi potong atas [3] : ( )
(
(
)
) (
)
(
)
adalah frekuensi potong atas penguat denga lingkar tertutup, yaitu terjadi apabila dipasang balikan. Dengan dipasangnya baliakn negatif, penguatan pada daerah frekuensi tengah turun dan frekuensi potong atas naik [3]. Dengan cara ini pula dapat ditunjukkan bahwa fungsi alih kompleks pada daerah frekuensi rendah adalah [3] :
( )
(
)
(
)
(
)
Persamaan (2.8) menunjukkan bahwa dengan dipasangnya balikan frekuensi potong bawah turun. Sehingga dapat ditarik kesimpulan bahwa dengan dipasangnya balikan lebar pita penguat menjadi lebih besar, tetapi penguat teganagan pada frekuensi tengah berkurang [3]. II.3 Asal Ungkapan Penguatan Umpan Balik
Gambar II.4 Rangkaian dasar umpan balik Pada gambar diatas menunjukkan diagram blok umum untuk penguat umpan balik. Pada penguat loop terbuka ditunjukkan oleh penguatan
. Penguat ini memilki
dimana [4] : (
Dan daerah kerja rangkaian umpan balik memiliki nilai pecahan
)
Pada
tegangan keluaran, untuk itu [4] : (
)
Jika dimisalkan daerah kerja umpan balik hanya berupa resistif. Sehingga memiliki sudut
[4].
Pada tegangan masukan penguat adalah
merukan jumlah keseluruhan
dari dua tegangan yang diaplikasikan pada beberapa hubungan [4] :
( Tetapi
dan
jadi
)
(
)
Jika kedua sisi memilki banyak ungkapan oleh karena nilai (
)
(
)
(
)
kemudian
) (
Tetapi
(
memiliki pengutan dengan umpan balik
)
sehingga
selalu berhubungan dengan’kembali pada
Catatan untuk ungkapan
perbedaan’ dan mendekati seluruh ungkapan pada penguatan dan impedansi masukan serta keluaran pada penguat dengan umpan balik negatif yang diaplikasikan [4]. II.4 Rangkaian Umpan Balik
Gambar II.5 Rangkaian umpan balik Pada gamabar diatas dapat diperhatikan beberapa hal sebagai berikut [5] : 1.
merupakan tempat kabel atau jumper yang dapat dipasang atau dilepaskan. Bila
dipasang dititik a maka balikan tidak terpasang (
), sedangkan apabila pada rangkaian.
dan
dipasang dititik b maka balikan diterapkan
2.
Balikan terjadi pada
dan
. Pada rangkaian ini kedua resistor
membentuk pembagi tegangan sehingga sebagian tegangan keluaran yaitu dikembalikan pada emitor transistor II.5 Aplikasi Rangkaian Umpan Balik Kegunaan dari umpan balik negatif terletak dalam kenyataan bahwa sebenarnya dalam penguat manapun baik berupa penguat arus, tegangan kondiktans, dan penguat transresistans dapat ditingkatkan dengan memanfaatkan rangkaian umpan balik negatif dengan tepat. Misalnya tahanan masukan dengan bias tinggi dalam penguat tegangan dapat dipertinggi lagi dan tahanan keluaran yang biasanya rendah bisa dibuat lebih kecil lagi. Selain itu penguat umpan balik negatif juga dapat memberi perbaikan yang sangat berarti dalam tanggapan frekuensi dan dalam linearitas operasi dari penguat umpan balik dibandingkan dengan penguat tanpa umpan balik [1]. Dalam praktiknya rangkaian umpan balik banyak digunakan dalam beberapa perangkat elektronik, seperti pntuk rangkaian umpan balik negatif yang terdiri dari sebuah fotoresistor, lampu pijar, Thyristor dan resistor linear akan digunakan untuk sebuah sensor cahaya dimana sensor ini akan diaktifkan oleh rangkaian umpan balik negatif. Pada gambar II.6 dapat dilihat rangkaian untuk sensor ini [6].
Gambar II.6 Rangkaian sensor cahaya, sistem ini terhubung dengan tegangan sinusoidal dengan tegangan masukan frekuensi
, amplitudo
dan
BAB III METODOLOGI PENELITIAN III.1 Waktu dan Tempat Percobaan Praktikum Penguat Umpan balik ini dilakukan pada hari kamis, 10 maret 2016, tepatnya pukul 08.00 WITA- 10.30 WITA di Laboratorium Elektronika dan Instrumentasi, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Hasanuddin, Makassar. III.2 Alat dan Bahan III.2.1 Alat beserta Fungsinya Berikut merupakan beberapa alat yang digunakan pada praktikum penguat umpan balik beserta fungsinya : 1.
Osiloskop
Gambar III.1 Osiloskop Osiloskop digunakan untuk menampilkan bentuk gelombang masukan dan keluaran yang dihasikan oleh rangkaian penguat dengan atau tanpa umpan balik. 2.
Pembangkit Sinyal
Gambar III.2 Pembangkit sinyal Pembangkit sinyal digunakan sebagai sumber frekuensi/sinyal yang dimasukkan pada rangkaian denga atu tanpa umpan balik.
3.
Catu Daya
Gambar III.3 Catu Daya Catu daya digunakan sebagai sumber tegangan rangkaian. 4.
Kabel Jumper
Gambar III.4 Kabel Jumper Kabel ini digunakan sebagai penghubung antar komponen yang tersusun pada papan rangkaian. 5.
Papan Rangkaian
Gambar III.5 Papan Rangkaian Papan ini digunakan sebagai tempat merangkai komponen rangkaian umpan balik.
III.2.2 Bahan Besrta Fungsinya Berikut beberapa bahan yang digunakan pada praktikum penguat umpan balik beserta fungsinya : 1.
Resistor
Gambar III.6 Resistor Resistor ini digunakan sebagai sebagai salahsatu komponen penyusun rangkaian penguat umpan balik, dimana dalam hal ini berfungsi menghambat arus pada rangkaian. 2.
Transistor NPN 108
Gambar III.7 Transistor NPN 108 Berfungsi untuk membentuk rangkaian penguat umpan balik dengan mengalirkan arus negatif dengan arus positif sebagai biasnya. 3.
Kapasitor
Gambar III.8 Kapasitor Kapasitor digunakan sebagai komponen untuk meningkatkan impedansi pada rangkaian umpan balik.
III.3 Prosedur Percobaan Penguat Umpan Balik III.3.1 Rangkaian Penguat tanpa Balikan 1.
Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan dan merangkain komponen pada papan rangkaian seperti pada gambar III.9.
(a)
(b)
Gambar III.9 (a) Sketsa rangkaian umpan balik (b) Rangkaian umpan balik 2.
Menyambungkan rangkaian yang telah jadi pada osiloskop, sinyal generator dan catu daya.
3.
Menghubungkan jumper pada
di titik a, kemudian mengamati sinyal
input dan outputnya. Pada kondsi ini rangkaian yag terbentuk adalah rangkaian tanpa balikan. 4.
Mengukur penguatan yang terjadi pada rangkaian dan menuliskannya pada tabel data.
5.
Melakukan hal yang sama dengan mengganti besar resistansi rangkaian dimana sebelumnya 120 ohm menjadi 270 ohm dan kemudian 1 K ohm.
III.3.2 Rangkaian Penguat dengan Balikan 1.
Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan dan merangkain komponen pada papan rangkaian seperti pada gambar III.9.
2.
Menyambungkan rangkaian yang telah jadi pada osiloskop, sinyal generator dan catu daya.
3.
Menghubungkan jumper pada
di titik b, kemudian mengamati sinyal
input dan outputnya. Pada kondsi ini rangkaian yag terbentuk adalah rangkaian dengan balikan. 4.
Mengukur penguatan yang terjadi pada rangkaian dan menuliskannya pada tabel data.
5.
Melakukan hal yang sama dengan mengganti besar resistansi rangkaian dimana sebelumnya 120 ohm menjadi 270 ohm dan kemudian 1 K ohm.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN IV.1 Hasil IV.1.1 Tabel Data Tabel IV.1 Hasil Pengukuran dengan Hambatan Divariasikan Tanpa Umpan balik No.
( )
Penguatan (Volt)
(Kali)
(Volt)
(Volt)
(Kali)
1
120
1,4
3
2,14
1,4
2,9
2,07
2
270
1,4
3
2,14
1,4
2,8
2,00
3
1K
1,4
3
2,14
1,4
2,4
1,71
IV.2.1 Menghitung Penguatan Tegangan
2.
Penguatan
(Volt)
IV.1.2 Pengolahan data
1.
Dengan Umpan Balik
Tanpa Rangkaian Umpan Balik
(
)
(
)
(
)
Dengan Rangkaian Umpan Balik
(
)
(
)
(
)
IV.3 Gambar 1.
Rangkaian Tanpa Umpan Balik
(a)
(b)
Gambar IV.1 (a) Isyarat masukan tanpa umpan balik (b) Isyarat keluaran tanpa umpan balik ketika 2.
Rangkaian dengan Umpan Balik
(a)
(b)
Gambar IV.4 (a) Isyarat masukan dengan umpan balik (b) Isyarat keluaran dengan umpan balik ketika
(a)
(b)
Gambar IV.5 (a) Isyarat masukan dengan umpan balik (b) Isyarat keluaran dengan umpan balik ketika
(a)
(b)
Gambar IV.6 (a) Isyarat masukan dengan umpan balik (b) Isyarat keluaran dengan umpan balik ketika IV.4 Pembahasan Berdasarkan praktikum di atas dapat dilihat bahwa hasil pengukuran dari rangkaian penguat tanpa umpan balik tidak menunjukkan adanya perubahan besar tegangan keluaran (
(
)
(
)
(
)) walaupun besarnya hambatan
divariasikan. Hal ini menunjukkan bahwa pada rangkaian tersebut tidak terdapat hubungan antara besarnya hambatan dengan penguatan yang terjadi. Dilihat pula pada rangkaian penguat dengan umpan balik besarnya hambatan yang diberikan akan mempengaruhi penguatan tegangan. Dimana untuk sebesar 120 ohm menghasilkan besar penguatan 2,07 kali, untuk 270 ohm menghasilkan penguatan sebesar 2,00 kali dan
sebesar
sebesar 1K ohm
menghasilkan penguatan yang lebih kecil yaitu sebesar 1,71 kali. Dari data ini dapat dilihat bahwa pada rangkaian umpan balik besar penguatan bergantung dengan besar hambatan yang diberikan pada rangkaian. Dimana semakin besar hambatan yang diberikan maka penguatan yang terjadi semakin kecil. Dalam praktiknya seperti yang telah dibahas pada bab II, rangkaian umpan balik ini tidaklah bekerja sendiri. Artinya, rangkaian umpan balik ini selanjutnya akan digunakan dalam berbagai rangkaian penguat lainnya. Dimana,
dalam
praktikum kali ini digunakan dalam rangkaian penguat tegangan. Dalam rangkaian ini dapat memperbesar atau memperkecil nilai hambatan yang mempengaruhi besar kecilnya penguatan tegangan yang akan terbentuk serta terjadi perbaikan yang cukup berarti dalam tanggapan frekuensi dari rangkaian penguat tegangan.
BAB V PENUTUP V.1 Kesimpulan Berdasarkan praktikum diatas dapat disimpulkan bahwa : 1.
Setelah rangkaian penguat diberikan balikan maka keluaran pada rangkaian tersebut mengalami penurunan tegangan, dan berbanding lurus dengan pertambahan hambatan pada rangkaian balikan.
2.
Pada rangkaian penguat pengaruh balikan cukup signifikan pada penguatan tegangannya.
3.
Tanggapan amplitudo menurun seiring dengan penambahan nilai hambatan pada rangkaian balikan.
V.2 Saran V.2.1 Saran untuk Laboratorium Saran untuk laboratorium untuk melengkapi alatnya. V.2.2 Saran untuk Asisten Saran untuk asisten, agar tetap menjadi yang terbaik.
DAFTAR PUSTAKA [1] Millman, Halkias, M. Barmawi, M.O. Tjia 1986, Elektronika Terpadu Rangkaian dan Sistem Analog dan Digital, Erlangga, Jakarta. [2] Millman, jacob, Sutrisno 1992,Microelektronika Sistem Digital dan Rangkaian Analog,Erlangga, Jakarta. [3] Sutrisno 1987, Elektronika Teori dan Penerapannya, Penerbit ITB, Bandung. [4] Allen, B.W 1995, Analogue Electronics for Higher Studies,Macmillan Press LTD, London. [5] Abdullah, Bualkar, Arifin, Bidayatul Armynah, Penuntun
Praktikum
Elektronika Dasar II, UNHAS, Makassar. [6] Joiner, K.L. , F. Palmero, R. Carretero-Gonzalez, ‘Optoelectronic Chaos in a Simple Light Activated Feedback Circuit’, International Journal of Bifurcation and Chaos World Scientific Publishing Company, hh 1-10,
