Percobaan 3 Rangkaian OPAMP EL2193 Praktikum Rangkaian Elektrik
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Tujuan • Mempelajari penggunaan penguat operasional (OPAMP) • Mempelajari rangkaian dasar dengan OPAMP
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Review OPAMP
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Apakah OPAMP itu? • Penguat diferensial multi guna
input pu
-
output ou pu
+
• Sifat ideal – – – – –
P Penguatan t Tegangan T Tegangan, , Av=∞ Resistansi Input, Rin=∞) Resistansi Output, Output Rout=0 Tegangan output Maksimum, Maksimum, Vout max= ∞ Bandwidth,, BW = ∞ © mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Apakah OPAMP itu? • Lord Kelvin Konsep rangkaian penguat diferensial mekanik dengan penguatan tinggi tetapi tidak presisi, digunakan dengan feedback menghasilkan penguatan presisi • Vanenar Bush Konsep matematis penguat diferensial dengan feedback menghasilkan kontrol presisi • HS Black, HW Bode, dan DB Parkinson Menggunakan konsep rangkaian dengan OPAMP tabung elektronika untuk kontrol posisi laras meriam © mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
OpAmp Riil • Penguatan Tegangan (DC) • Ketidakidealan lainnya – umum m m 70 70--90 dB – spesial hingga 140 dB
• Resistansi Input p – bipolar ratusan kΩ–MΩ – FET puluhan MΩ-GΩ
• Resistansi Output – Hingga puluhan Ω
– – – –
GBW Slew rate Offset tegangan dan arus Penguatan Common Mode (metrik CMRR) – Pengaruh ripple catu daya (metrik PSRR)
• Tegangan g g output p maksimum •
0.2 0.2--1V di atas atas// dibawah catu daya © mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
OpAmp Riil • Gain Bandwidth Product ((GBW)) – Frekuensi kerja OpAmp terbatas • Pole pada frekuensi rendah, penguatan flat hanya hingga beberapa puluh atau ratusan Hertz p • Di atas frekuensi pole penguatan turun 20dB/dekade • Pada frekuensi GBW gain 1 atau 0 dB
– OpAmp digunakan dalam rangkaian dengan feedback dengan frekuensi jauh dibawah GBW
• Offset tegangan dan arus – Penguat P t diferensial dif i l seharusnya h selisih li ih ttegangan iinputt nol, l output t t noll ternyata tidak – Idem untuk arus pada bipolar – Gunakan rangkaian kompensasi © mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Aplikasi • Blok pembangun berbagai fungsi rangkaian untuk akuisisi dan pengolahan sinyal analog – rangkaian linier – rangkaian nonlinier
• Catatan: – Pada percobaan hanya dilakukan untuk rangkaian linier saja
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Analisis Fungsi Rangkaian Linier dengan OPAMP • Resistansi input tak hingga sehingga arus masuk OPAMP nol • Feedback stabil bila tegangan g g diferensial input p nol g input p diferensial nol dan p penguatan g tak • Dengan hingga tegangan output bebas ( 0 x ∞)
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Rangkaian Linier • Penguat Inverting (digunakan dalam percobaan) RB
Iin RA Vin
Iinn=0
+
Iinn=0
vinp-vinn=0
Iin Vout
vinn=0 Iin= vin/RA
vout = 0 –Iin RB = –vin RB /RA © mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Rangkaian Linier • Penguat Noninverting (digunakan dalam percobaan) +
Vout
-
Vin
RB
vinn
RA = vo = vinp RA + RB vo RB = 1+ vin RA
RA
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Rangkaian Linier • Penguat Penjumlah Inverting (digunakan dalam percobaan)) percobaan vin1 − 0 vin 2 − 0 vin 3 − 0 0 − vo + + = RA1 RA2 R A3 RB
RA1 Vin1 Vin2 Vin3
RA2
RB
RA3 -
vinn = vinp = 0
+
⎛ vin1 vin 2 vin 3 ⎞ ⎟⎟ vo = RB ⎜⎜ + + ⎝ RA1 RA 2 RA3 ⎠ Vout
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Rangkaian Linier • Penguat Selisih (digunakan dalam percobaan percobaan)) RB RA Vinn
RA
Vinp
vin +
RB = vinp RA + RB vin + = vin −
+
RB
vinn − vin − vin − − vout = RA RB Vout
⎛ RB ⎞ RB ⎟⎟vin − = −vout vinn − ⎜⎜1 + RA ⎝ RA ⎠ vout
RB RB = vinp − vinn RA RA © mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Rangkaian Linier • Integrator (digunakan dalam percobaan) vin − = vin + = 0
C
R Vin
t
-
Vout
+
1 vin − vin − 1 = 0+ ∫ dt = vin dt ∫ C0 R RC 0 t
vout
vout
1 = vin − + ∫ iC dt C0 t
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Rangkaian Linier • Diferensiator – jarang digunakan untuk pengolahan sinyal karena sensitif terhadap derau i
vin − = vin + = 0
R
C
Vin
-
Vout
+
vout
vout = vin − + iR
d (vin − vin − ) dvin = vin − + RC = RC dt dt © mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Rangkaian Linier • Rangkaian konversi Arus ke Tegangan R
vin − = vin + = 0 Iin
+
Vout
vout = vin − + iR vout = Riin © mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Rangkaian Linier • Rangkaian konversi Teganganke Arus Beban Floating vin − = vin +
+
Vin
-
vin + = iout RA Iout
iout RA
vin = RA
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Rangkaian Linier • Rangkaian konversi Tegangan ke Arus α RA RA Vin
-
α RB
+
Iout
RB
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Rangkaian Linier • Rangkaian Penyangga (Buffer) (Buffer)
+
Vin
Vout
-
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Rangkaian Linier • Rangkaian Jembatan
RA
RS
RA
+
Vout
-
VRef
RX + -
RB
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Rangkaian Linier • Rangkaian Penguat Instrumentasi Vinn
RD
+ RC RA
+
RB
RC
+
Vout
RD
-
Vinp
RB
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Rangkaian Linier • Integrator Miller • Filter AllAll-Pass Orde 1 • dll. dll
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Rangkaian Nonlinier • Penyearah Presisi (inverting) D Vin
R
+
R
D Vout
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Rangkaian Nonlinier • Detektor Puncak
+
D
C
S
Vout
-
Vin
R
+
D
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Rangkaian Nonlinier • Komparator inverting dengan histeresis Vin
-
Vout
+
RB RA
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Rangkaian Nonliner • Penguat Noniverting dengan histeresis • Rangkaian Clipper • dll. dll
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Isu Desain • Harus ada alur DC ke input (+) dan ((-) DC?
C
C
R +
R +
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Isu Desain • Penguat inverting OPAMP BJT RA < Rin, bila arus bias bermasalah gunakan resitansi pada input lainnya R B
Vin
RA +
Vout
RA © mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Isu Desain • Penguat Noninverting – Gain 1 – 100 – RB 2k – 100kΩ
• Penguat Inverting – Gain 0.1 – 100 – RB <100kΩ
• Penjumlah dan penguat diferensial mengikuti pola di atas © mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Isu Desain • Integrator – C polypropilene atau polystyrene untuk menekan kebocoran, variasi temperatur, dan histeresis – Untuk U t k rangkaian k i pengosongan kapasitor perhitungkan Ron
VC 1.5MΩ
1MΩ C
R +
Vout
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Osilator dengan Integrator • Persamaan differensial
d2y = − A y (t ) 2 dt
memberikan solusi sinyal sinusoidal dengan A fungsi frekuensi d 2 sin (ωt ) 2 = − ω sin i (ωt ) 2 dt Umpan balik negatif dua buah integrator akan memberikan solusi sinyal sinusoid © mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Osilator dengan Integrator d2y R1C1 R2C2 2 dt
− R2C2
dy dt
t
t
1 − vin dt ∫ R1C1 0
R − B y (t ) RA
y (t ) 1 − vin dt ∫ R2C2 0
Integrator 1
RB − vin RA
d2y R R1C1 R2C2 2 = − B y (t ) → dt RA
Integrator 2
Penguat Inverting
d2y R1C1 R2C2 RB = − y (t ) 2 dt RA © mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Osilator dengan Integrator C1
C2
R1
R2
-
-
+ VS
+
Vout
RB -
RA
+
d2y R1C1 R2C2 RB 2 2 y t = − ω ( ) → ω = dt 2 RA © mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Percobaan
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Percobaan • Mengamati rangkaian dasar dengan opamp – – – –
Penguat inverting Penguat g noninverting g Penjumlah Integrator
• Menyusun rangkaian dengan fungsi tertentu – vout = k1 vin1 + k2 ∫ vin2 dt
• Mengamati contoh rangkaian aplikasi opamp – Osilator dari persamaan diferensial orde 2 © mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Percobaan • Mengamati Penguat Inverting RB Vin
RA +
Vout
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Percobaan • Mengamati Penguat NonNon-nverting + -
Vin
Vout
RB RA
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Percobaan • Mengamati Rangkaian Penjumlah
RA
RB
RA +
Vout
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Percobaan • Mengamati Rangkaian Integrator C
R VS
+
Vout
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Percobaan • Merancang fungsi matematis vout = k1 vin1 + k2 ∫ vin2 dt – –
memanfatkan rangkaian penguat, penjumlah dan integrator berbasis opamp. Konstanta pada fungsi ditentukan menurut kelompok masing--masing (baca petunjuk praktikum) masing
© mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
Percobaan • Mengamati g rangkaian g differensial orde 2,, frekuensi terhadap nilai resistansi dan kapasitansi C1
C2
R1
R2
-
-
+ VS
+
RB
Vout
ω2 = -
RA
R1C1 R2C2 RB RA
+ © mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
SELAMAT MELAKUKAN PERCOBAAN © mth 2011
Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika
