PERCOBAAN
PENGUAT INSTRUMENTASI ( Oleh : Sumarna, Lab-Elins Jurdik Fisika FMIPA UNY ) E-mail :
[email protected]
TUJUAN 1. Mempelajari cara kerja rangkaian penguat instrumentasi, 2. Menentukan CMRR suatu penguat instrumentasi, 3. Menentukan penguatan suatu penguat instrumentasi.
ALAT DAN BAHAN 1. Osiloskop (CRO), 2. Multimeter, 3. Generator sinyal, 4. Catu daya, 5. Rangkaian penguat instrumentasi.
KAJIAN TEORI (SINGKAT) Penguat instrumentasi sering digunakan sebagai penguat tegangan yang langsung berasal dari sensor atau transduser. Penguat instrumentasi merupakan penguat lingkar tertutup dengan masukan diferensial, rasio penolakan modus bersama (CMRR) tinggi yakni lebih dari 100 dB, dan penguatannya dapat diatur dengan potensiometer (resistor variabel) tanpa mempengaruhi harga CMRR. Penguat instrumentasi yang bermutu tinggi sudah dibuat dalam bentuk IC yang dalam penggunaannya tidak perlu dipasang rangkaian umpan balik seperti Op-Amp. Penguat instrumentasi dapat
disusun
dengan
menggunakan
Op-Amp.
Mutu
penguatannya
bergantung pada mutu Op-Amp yang digunakan. Parameter Op-Amp yang mempengaruhi mutu penguatan meliputi Offset masukan, Impedansi masukan, drift tegangan keluaran, CMRR, PSRR (power supply rejection
1
ratio), dan sebagainya. CMRR dan ketepatan penguat instrumentasi juga bergantung pada kepresisian dari komponen pasif yang digunakan.
Rangkaian penguat instrumentasi yang lazim digunakan adalah sebagai berikut :
P
+ _
ea
R2 R6
R1 A
_
B
+
R3
eb
Vo
R4
_
R7 Q R5
+
Gambar 1
Untuk menganalisis rangkaian penguat instrumentasi tersebut, maka rangkaian dibagi menjadi dua bagian seperti berikut :
R6
5k1 P
R2
100 k _ + Vo
5k1 Q
R5
100 k R7 Gambar 2
2
Jika pada rangkaian tersebut dipasang R5 = R2 dan R6 = R7, maka dapat diperoleh penguatan diferensial sebesar :
Av,dif =
Vo R = - 6 ea eb R2
Dengan menggunakan ea = eb dapat diperoleh penguatan modus bersama
Av,CM dan dapat mengetahui komponen mana saja yang
berpengaruh pada CMRR.
R6
5k1 R2
100 k
ei,CM
_ P=Q
+ Vo 5k1
100 k
R5
R7 Gambar 3
Dalam kenyataannya tidak dapat membuat dua resistor yang tepat sama. Resistor terbaik yang dapat diperoleh mempunyai toleransi terkecil 1%. Berdasarkan hal tersebut maka dapat diperoleh :
Av,CM =
Vo ei ,CM
= (1 +
R6 ) R2
Maka dapat diperoleh harga CMRR sebagai berikut :
CMRR =
Av, dif Av,CM
= (
1 R6 ) R6 R2
3
Rangkaian bagian lain adalah sebagai berikut :
ea
P
+ _
R1 A R3 B R4
_ eb
Q
+
Gambar 4
Penguatan rangkaian tersebut adalah : (ea eb ) (R1 + R3 + R4) R3 VPQ R R R4 R R4 = = 1 3 = 1+ 1 R3 R3 (ea eb )
VPQ = Av,dif
Akhirnya diperoleh penguatan secara keseluruhan sebagai berikut :
Av.dif (total) =
R6 R R4 (1 + 1 ). R2 R3
LANGKAH PERCOBAAN 1. Susunlah rangkaian seperti Gambar 2 ! 2. Berilah tegangan masukan dan kemudian ukurlah tegangan eP, eQ dan Vo ! 3. Susunlah rangkaian seperti Gambar 3 ! 4. Berilah tegangan masukan, ukurlah tegangan ei,CM dan Vo kemudian tentukan Av,CM !
4
5. Susunlah rangkaian seperti Gambar 5 ! 6. Berilah tegangan masukan dan kemudian ukurlah tegangan ea, eb dan Vo !
ea
P R2
+ _
_ eb
+
R4
R6
5k1
R1 100 k
100 k
A
_
R3 B
+
5k1 Q R5
Vo 100 k R7
R1 = R4 = 100 k
5k Gambar 5
7. Seperti keadaan langkah 5 dan 6, tetapi sekarang putarlah potensiometer R3. Kemudian amatilah Vo untuk beberapa harga R3 ! 8. Seperti keadaan langkah 5 dan 6, tetapi sekarang kenakan tegangan ea = eb . Kemudian amatilah Vo !
TUGAS 1. Tentukan besar penguatan rangkaian ! 2. Bagaimanakah pengaruh keluaran Vo bila R3 divariasi ? 3. Bandingkan pengaruh tegangan Vo untuk ea = eb dan ea >< eb ! 4. Tentukan CMRR dari percobaan dan bandingkan hasilnya dengan referensi (untuk IC OP-27, LF-356, LM-741 atau CA-3140) !
5
+Vcc 10 k A
masukan A
10 k
100 k
+ _ 741
100 k R6
R4
R1
_ 741
R2
2k2
+
+Vcc B
R5
741
masukan B
10 k
Vo
R3
_
10 k
100 k
+
150 k R7
Gambar 6
R1 = R3 = 100 k
9. Realisasikan rangkaian seperti Gambar 6. Op-Amp belum dikenai daya DC. Hubungkan masukan pembagi tegangan ke +Vcc dan aturlah agar keluaran pembagi tersebut tepat 5,000 volt.
10. Kenakan daya (±Vcc) ke Op-Amp. Hubungkan pembagi tegangan A ke kedua
masukan A dan masukan B. Gunakan voltmeter untuk
mengukur Vo
dan atur R7 sedemikian hingga Vo minimum (jika
mungkin nol). Hubungkan pembagi A ke masukan A dan pembagi B ke masukan B.
11. Ukur tegangan masukan dan aturlah masukan B sebesar 5,002 volt dengan masukan A pada 5,000 volt (beda antara masukan A dan B sebesar 2 mV). Ukur dan catat Vo dan polaritasnya. Vo = ….. 12. Kembalikan masukan B ke 5,000 volt dan atur masukan A hingga sebesar 5,002 volt. Ukur dan catat Vo dan polaritasnya. Vo = …..
6
13. Dengan masukan deferensial 2 mV, hitunglah gain penguat untuk langkah 11 dan 12. Reratakan nilai-nilai gain tersebut untuk mendapatkan gain rerata penguat. AAV = ..... Walaupun demonstrasi ini tidak tepat benar, perlu diingat bahwa penguat instrumentasi menguatkan sinyal diferensial 2 mV dengan masukan mode bersama 5 volt.
14. Putuskan kedua masukan pembagi tegangan. Hubungkan generator fungsi untuk mencatu ke kedua masukan. Atur generator fungsi untuk mengeluarkan gelombang sinus 50 Hz pada 250 mVp-p. Gunakan CRO untuk mengukur kedua sinyal masukan bersama dan tegangan keluaran p-p penguat.
Vi = .....
Vo = .....
Hitunglah gain
mode bersama tersebut. ACM = ….. 15. Hitunglah CMMR penguat dalam dB dari gain rerata penguat dan gain mode bersama. CMMR = 20 log
AAV ACM
CMMR = ..... dB.
Selalu ada cara untuk menyempurnakan. Singkaplah !
7
