PERCOBAAN III
OP-AMP dan RANGKAIAN OP-AMP
3.1. Tujuan
1. Dapat menyusun rangkaian-rangkaian amplifier dari op-amp
2. Dapat menyusun rangkaian-rangkaian filter dari op-amp
3.2. Tinjauan Pustaka
1. Operational Amplifier (Op Amp)
Adalah penguat beda (differential amplifier) dengan impedansi input tinggi dan output impedansi rendah. Op amp banyak digunakan untuk pengubah tegangan (amplitudo dan polaritas), osilator, filter dan rangkaian instrumentasi. Op amp terdiri dari sejumlah besar difFerential amplifier untuk mendapatkan penguatan tegangan yang besar.
Gambar op amp :
Gambar 3.1 Simbol OP-AMP
Operational Amplifier atau sering disingkat dengan OP-AMP adalah komponen – komponen linear yang terdiri dari beberapa komponen diskrit yang terintegrasi dalam bentuk chip (IC:Integrated Ciscuits). OP-AMP biasanya mempunyai 2 buah input yaitu input pembalik (inverting input) dan input bukan pembalik (non inverting input) serta 1 buah output.
Input OP-AMP bisa berupa tegangan searah maupun tegangan bolak balik. Sedangkan output OP-AMP tergantung input yang diberikan. Jika input OP-AMP diberi tegangan searah dengan input non inverting (positif) lebih besar dari pada input inverting (negatif), maka pada output OP-AMP akan positif. Sebaliknya jika input non inverting (positif) lebih kecil dari pada input inverting (negatif), maka output OP-AMP akan negatif. Jika input OP-AMP diberi tegangan bolak balik dengan input non inverting (positif), maka pada output OP-AMP akan sefasa dengan inputnya tersebut. Sebaliknya jika input inverting diberi sinyal atau tegangan bolak balik sinus, maka pada output OP-AMP akan berbalik fasa terhadap inputnya. Dalam kondisi terbuka (open) besarnya tegangan output (Uo) adalah :
Uo = AoL (Ui1 – Ui2) ( 1 – 1 )
Di mana :
Uo = Tegangan output
AoL = Penguatan “open loop”
Ui1 = Tegangan input non inverting
Ui2 = Tegangan input inverting
2. Op amp dasar
Op amp menggunakan differential amplifier dengan dua input (plus dan minus ) dan setidaknya satu output.
Gambar 3.2
Rangkaian dasar op amp adalah sbb:
Gambar 3.3
Penguatan yang terjadi adalah :
3. Unity gain
Jika Rf = R1 maka penguatan tegangan = - 1
4. Parameter OP-AMP
Pada keadaan ideal OP-AMP mempunyai sifat – sifat yang penting yaitu :
· Open loop voltage gain (AoL)
Penguatan tegangan pada keadaan terbuka (open loop voltage gain) untuk frekuensi rendah sekitar 100.000 atau 100 dB.
· Input impedance (Zin)
Impedansi input pada kedua terminal input kondisi open loop tinggi sekali sekitar 1 MW, untuk OP-AMP yang dibuat dari FET, impedansi inputnya sekitar 10,6 MW lebih.
· Output impedance (Zo)
Impedansi output pada kondisi open loop rendah sekali, sekitar 100 W lebih kecil.
· Input bias current (Ib)
Kebanyakan OP-AMP pada bagian inputnya menggunakan transistor bipolar, maka arus bias pada inputnya adalah kecil. Level amplitudonya tidak lebih dari mikro ampere.
· Supply voltage range (Us)
Tegangan sumber untuk OP-AMP mempunyai range minimum dan maksimum yatu untuk OP-AMP yang banyak beredar di lapangan atau di pasaran sekitar ± 3V sampai ± 15 V
· Input voltage range (Ui max)
Range teganagn input maksimum sekitar 1 volt atau 2 volt atau lebih di bawah dari tegangan sumber Us.
· Output voltage range (Uo max)
Tegangan output maksimum mempunyai range antara 1volt atau 2 volt lebih di bawah tegangan sumber (supply voltage) Us. Tegangan output ini biasanya tergantung tegangan saturasi OP-AMP.
· Differensial input offset voltage (Uio)
Pada konsisi ideal output akan sama dengan nol bila kedua terminal inputnya digroundkan. Namun pada kenyataannya semua piranti OP-AMP tidak ada yang sempurna dan biasanya terjadi ketidakseimbangan pada kedua terminal inputnya sekitar beberapa milivolt. Tetapi jika input ini dibiarkan untuk dikuatkan dengan OP-AMP dengan model closed loop, maka tegangan output bisa melebihi saturasinya. Karena itu biasanya setiap OP-AMP pada bagian luar dilengkapi dengan rangkaian offset tegangan nol (zero offset voltage). Common Mode Rejection Ratio (CMRR) secara ideal OP-AMP menghasilkan output yang proporsional dengan / terhadap beda kedua terminal input, dan menghasilkan output sama dengan nol jika sinyal kedua input simultan yang biasa disebut common mode. Secara praktik sinyal common mood tidak diberikan kepada inputnya dan dikeluarkan pada outputnya. Sinyak CMRR (Common Mode Rejection Ratio) selalu diekspresikan dengan rasio dari penguatan sinyak beda OP-AMP dengan harga sebesar 90 dB.
· Transition frequency (fT)
Secara umum OP-AMP pada frekuensi rendah mempunyai penguatan tegangan sekitar 100 dB. Kebanyakan OP-AMP mempunyai frekuensi transisi fT setiap 1 MHz dan penguatan pada harga sebesar 90 dB
· Slew rate (s)
Untuk penormalan batas lebar band (bandwidth limitations) yang biasa disebut juga sebagai slew rate limiting, yaitu suatu efek untuk membatasi rate maksimum dari perubahan tegangan output piranti OP-AMP. Normalnya slew rate volt per mikro detik (V/µS), dan rangenya sebesar 1 V/µS sampai 10 V/µS pada OP-AMP yang sudah populer. Efek lain dari slew rate adalah membuat bandwidth lebih besar untuk sinyal output yang rendah dari pada sinyal output yang besar.
5. Diagram Op-amp
Op-amp di dalamnya terdiri dari beberapa bagian, yang pertama adalah penguat diferensial, lalu ada tahap penguatan (gain), selanjutnya ada rangkaian penggeser level (level shifter) dan kemudian penguat akhir yang biasanya dibuat dengan penguat push-pull kelas B. Gambar-1.2(a) berikut menunjukkan diagram dari op-amp yang terdiri dari beberapa bagian tersebut.
Gambar 3.4 (a) : Diagram blok Op-Amp
Gambar 3.4. Diagram schematic simbol Op-Amp
Simbol op-amp adalah seperti pada gambar dengan 2 input, non-inverting (+) dan input inverting (-). Umumnya op-amp bekerja dengan dual supply (+Vcc dan –Vee) namun banyak juga op-amp dibuat dengan single supply (Vcc – ground). Simbol rangkaian di dalam op-amp pada gambar-1.2(b) adalah parameter umum dari sebuah op-amp. Rin adalah resitansi input yang nilai idealnya infinit (tak terhingga). Rout adalah resistansi output dan besar resistansi idealnya 0 (nol). Sedangkan AOL adalah nilai penguatan open loop dan nilai idealnya tak terhingga.
6. Rangkaian-Rangkaian Op-Amp
a. Penguat Linear yang Inverting dengan Op-Amp; Prinsip Bumi Semu
Rangkaian dasar penguat inverting adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar, dimana sinyal masukannya dibuat melalui input inverting. Seperti tersirat pada namanya, pembaca tentu sudah menduga bahwa fase keluaran dari penguat inverting ini akan selalu berbalikan dengan inputnya. Pada rangkaian ini, umpanbalik negatif di bangun melalui resistor R2.
Gambar 3.5. Penguat Inverter
Input non-inverting pada rangkaian ini dihubungkan ke ground, atau v+ = 0. Dengan mengingat dan menimbang aturan 1 (lihat aturan 1), maka akan dipenuhi v- = v+ = 0. Karena nilainya = 0 namun tidak terhubung langsung ke ground, input op-amp v- pada rangkaian ini dinamakan virtual ground. Dengan fakta ini, dapat dihitung tegangan jepit pada R1 adalah Vin – V- = Vin dan tegangan jepit pada resistor R2 adalah Vout – v- = Vout. Kemudian dengan menggunakan aturan 2, di ketahui bahwa :
iin + iout = i- = 0,
karena menurut aturan 2, arus masukan op-amp adalah 0.
iin + iout = Vin/R1 + vout/R2 = 0
Selanjutnya Vout/R2 = - Vin/R1 .... atau
Vout/Vin = - R2/R1
Jika penguatan G didefenisikan sebagai perbandingan tegangan keluaran terhadap tegangan masukan, maka dapat ditulis
G = Vout/R2 = - Vin/R1 …(1)
Impedansi rangkaian inverting didefenisikan sebagai impedansi input dari sinyal masukan terhadap ground. Karena input inverting (-) pada rangkaian ini diketahui adalah 0 (virtual ground) maka impendasi rangkaian ini tentu saja adalah Zin = R1.
jB = Vf + jC
Vf = IDC . Rf
jB = IDC . Rf + jC
Arus IDC yang mengalir dari D ke C terdapat ari Hukum Ohm :
IDC = =
Terdapat persamaan potensial :
jB =
ruas kanan dari persamaan diatas dapat diubah menjadi :
sehingga persamaan menjadi :
jB =
jB =
jB =
Voltase output dari Op-Amp dapat ditemukan persamaan sebagai berikut :
V output = ( V input 1 – V input 2 ) . A
V output = ( Vin+ - Vin- ) . A
b. Penguat Linear yang Non-Inverting dengan Op-Amp
Prinsip utama rangkaian penguat non-inverting adalah seperti yang diperlihatkan pada gambar 1.2.2 berikut ini. Seperti namanya, penguat ini memiliki masukan yang dibuat melalui input non-inverting. Dengan demikian tegangan keluaran rangkaian ini akan satu fasa dengan tegangan inputnya. Untuk menganalisa rangkaian penguat op-amp non inverting, caranya sama seperti menganalisa rangkaian inverting.
Gambar 3.6 Penguat Non-Inverter
Dengan menggunakan aturan 1 dan aturan 2, kita uraikan dulu beberapa fakta yang ada, antara lain :
Vin = V+
V+ = V- = Vin ..... lihat aturan 1.
Dari sini ketahui tegangan jepit pada R2 adalah Vout
– V- = Vout – Vin, atau iout = (Vout-Vin)/R2. Lalu tegangan
jepit pada R1 adalah V- = Vin, yang berarti arus iR1 = Vin/R1. Hukum kirchkof pada titik input inverting merupakan fakta yang mengatakan bahwa iout + i(-) = iR1 Aturan 2 mengatakan bahwa i(-) = 0 dan jika disubsitusi ke rumus yang sebelumnya, maka diperoleh iout = iR1 dan Jika ditulis dengan tegangan jepit masing-masing maka diperoleh
(Vout – Vin)/R2 = Vin/R1 yang kemudian dapat disederhanakan menjadi :
Vout = Vin (1 + R2/R1)
Jika penguatan G adalah perbandingan tegangan keluaran terhadap tegangan masukan, maka didapat penguatan op-amp non-inverting
G = Vout / Vin = (1 + R2/R1)… (2)
Impendasi untuk rangkaian Op-amp non inverting adalah impedansi dari input non-inverting op-amp ersebut. Dari datasheet, LM741 diketahui memiliki impedansi input Zin = 108 to 1012 Ohm.
c. Rangkaian Diferensiator
Hubungan antara arus dan voltase dalam kondensator adalah :
Kalau komponen C pada rangkaian penguat inverting di tempatkan di depan, maka akan diperoleh rangkaian differensiator seperti pada gambar 1.2.3. Dengan analisa yang sama seperti rangkaian integrator, akan diperoleh persamaan penguatannya :
Rumus ini secara matematis menunjukkan bahwa tegangan keluaran vout pada rangkaian ini adalah differensiasi dari tegangan input vin. Contoh praktis dari hubungan matematis ini adalah jika tegangan input berupa sinyal segitiga, maka outputnya akan mengahasilkan sinyal kotak.
Gambar 3.7 Differensiator
Bentuk rangkaian differensiator adalah mirip dengan rangkaian inverting. Sehingga jika berangkat dari rumus penguat inverting
G = -R2/R1
dan pada rangkaian differensiator diketahui,
maka jika besaran ini disubtitusikan akan didapat rumus penguat differensiator
Dari hubungan ini terlihat sistem akan meloloskan frekuensi tinggi (high pass filter), dimana besar penguatan berbanding lurus dengan frekuensi. Namun demikian, sistem seperti ini akan menguatkan noise yang umumnya berfrekuensi tinggi. Untuk praktisnya, rangkain ini dibuat dengan penguatan dc sebesar 1 (unity gain). Biasanya kapasitor diseri dengan sebuah resistor yang nilainya sama dengan R. Dengan cara ini akan diperoleh penguatan 1 (unity gain) pada nilai frekuensi cutoff tertentu.
d. Rangkaian Integrator
Op-amp bisa juga digunakan untuk membuat rangkaian-rangkaian dengan respons frekuensi, misalnya rangkaian penapis (filter). Salah satu contohnya adalah rangkaian integrator seperti yang ditunjukkan pada gambar 1.2.4. Rangkaian dasar sebuah integrator adalah rangkaian op-amp inverting, hanya saja rangkaian umpanbaliknya (feedback) bukan resistor melainkan menggunakan capasitor C.
Gambar 3.8 Integrator
Mari kita coba menganalisa rangkaian ini. Prinsipnya sama dengan menganalisa rangkaian opamp inverting. Dengan menggunakan 2 aturan opamp (golden rule) maka pada titik inverting akan didapat hubungan matematis :
iin = (Vin – V-)/R = Vin/R , dimana V- = 0 (aturan1)
iout = -C d(Vout – V-)/dt = -C dvout/dt;V- = 0
iin = iout ; (aturan 2)
Maka jika disubtisusi, akan diperoleh persamaan :
iin = iout = Vin/R = -C dVout/dt,
atau dengan kata lain :
Dari sinilah nama rangkaian ini diambil, karena secara matematis tegangan keluaran rangkaian ini merupakan fungsi integral dari tegangan input. Sesuai dengan nama penemunya, rangkaian yang demikian dinamakan juga rangkaian Miller Integral. Aplikasi yang paling populer menggunakan rangkaian integrator adalah rangkaian pembangkit sinyal segitiga dari inputnya yang berupa sinyal kotak.
Dengan analisa rangkaian integral serta notasi Fourier, dimana
f = 1/t dan
penguatan integrator tersebut dapat disederhanakan dengan rumus :
Sebenarnya rumus ini dapat diperoleh dengan cara lain, yaitu dengan mengingat rumus dasar penguatan op-amp inverting G = - R2/R1. Pada rangkaian integrator (gambar 3) tersebut diketahui
Dengan demikian dapat diperoleh penguatan integrator tersebut seperti persamaan (5) atau agar terlihat respons frekuensinya dapat juga ditulis dengan
Karena respons frekuensinya yang demikian, rangkain integrator ini merupakan dasar dari low pass filter. Terlihat dari rumus tersebut secara matematis, penguatan akan semakin kecil (meredam) jika frekuensi sinyal input semakin besar.
Pada prakteknya, rangkaian feedback integrator mesti diparalel dengan sebuah resistor dengan nilai misalnya 10 kali nilai R atau satu besaran tertentu yang diinginkan. Ketika inputnya berupa sinyal dc (frekuensi = 0), kapasitor akan berupa saklar terbuka. Jika tanpa resistor feedback seketika itu juga outputnya akan saturasi sebab rangkaian umpanbalik op-amp menjadi open loop (penguatan open loop op-amp ideal tidak berhingga atau sangat besar). Nilai resistor feedback sebesar 10R akan selalu menjamin.
7. Karakteristik dan Parameter OP-AMP
a. Op-Amp Ideal dan Op-Amp Real
Tentu saja Op-Amp yang ada tidak persis seperti Op-Amp ideal,tetapi terdapat beberapa sifat yang tidak ideal. Pada banyak rangkaian dan pemakaian rangkaian tersebut, pengaruh sifat real dari Op-Amp pelu diperhatikan karena pengaruh pada fungsi rangkaian cukup besar. Rangkaian ini misalnya rangkaian ukur yang harus memberikan hasil yang sangat teliti atau rangkaian dimana Op-Amp dirangkai bersama dengan resistivitas yang sangat besar pada masukkan Op-Amp.
b. Penguatan Diferensial
Sifat dari Op-Amp ideal adalah voltase pasa keluaran hanya tergantung dari selisih antara kedua masukkan dan penguatan diferensialnya tak terhingga. Sebenarnya penguatan diferensial memiliki nilai yang terhingga. Penguatan diferensial biasa disebut sebagai AD dan terdifinisi sebagai berikut :
Di mana :
c. Penguatan Bersama ( Common Amplification )
Pada Op-Amp ideal voltase keluaran hanya tergantung dari perbedaan voltase pada kedua masukkan dn tidak tergantung dari besar potensial pada masukkannya. Berarti keluaran sama persis ketika kedua masukan sama-sama mempunyai potensial IV terhadap GND atau mempunyai potensial 8V terhadap GND. Pada Op-Amp real potensial bersama dari input akan mempengaruhi keluaran. Terhadap penguatan bersama AC ( common Amplification ) dengan definisi sebagai berikut :
dimana :
DVout : perubahan voltase output
DV in bersama : perubahan voltase bersama pada kedua masukan,dimana voltase bersama terdefinisi sebagai
V in bersama =
Common Mode Rejection Ratio ( CMRR ) sering dinyatakan dengan huruf besar G adalah perbandingan antara penguatan diferensial AD dan bersama AC :
G =
d. Input Op-Amp
Untuk Op-Amp ideal voltase keluaran nol ketika perbedaan voltase input nol,tetapi dalam Op-Amp real voltase input biasanya berbeda dari nol ketika keluaraaan nol. Perbedaan voltase input dimana voltase output nol tersebut Input Offset, Voff. Besar dari input offset tergantung dari Op-Amp dan biasanyan besarnya antara 25mV dan 5mV. Kalau suhu berubah maka voltase offset juga berubah. Besar perubahan voltase offset
Satu lagi perbedaan lagi yang harus diperhatikan pada Op-Ampreal adalah arus yang terdapat pada inputnya. Arys tersebut sebenarnya merupakan arus yang terdiri dari dua macam arus, yaitu satu bagian yang besarnya tidak tergantung pada besar voltase input dan satu bagian yang tergantung pada voltase input (arus yang terjadi karena adanya resistivitas input).
e. Output Op-Amp
Pada keluaran terdapat resistivitas keluaran. Resistivitas keluaran biasanya sebesar beberapa puluh ohm sampai orde kW. juga terdapat batas maksimal dan batas minimal untuk voltase keluaran. Voltase keluaran ,aksimalpositif biasanya 1 sampai 3V (tergantung Op-Amp dan beban pada outputnya) di bawah voltase sumber positif dan voltase keluaran minimal negative biasanya 1 sampai 3 V (tergantung Op-Amp dan beban pada outputnya) di atas voltase sumber negative. Tetapi juga ada Op-Amp yang bias memiliki voltase output sampai voltase sumber negatif atau sampai voltase sumber positif.
Selain terdapat resistivitas outpunya juga terdapat suatu pembatasan arus pada keluaran Op-Amp untuk melidungi Op-Amp dari penyerapan daya yang terlalu besar. Op-Amp biasanya bias dipakai hanya dengan arus keluaran maksimal sebesar beberapa mA. Kalau arus yang lebih besar dibutuhkan pada keluaran rangkaian.
8. Contoh Gambar rangkaian dan cara kerja
1. Gambar rangkaian zero crossing detektor dengan OP-AMP
rangkaian Zero Crossing Detektor ini pada dasarnya merupakan aplikasi dari suatu komparator. Rangkaian Zero Crossing Detektor dengan Op Amp ini di bangun menggunakan komparator dari sebuah Op Amp IC741/351. Proses pendetekti pada komparator ini adalah mengamati persilangan titik 0Volt sinyal input dengan membuat nilai referensi pada komparator 0Volt. Output dari Rangkaian Zero Crossing Detektor dengan Op Amp ini berbentuk gelombang kotak yang mengiterpretasikan hasil teteksi titik persilangan 0Volt sinyal input. .
2. Rangkaian sensor dan pembanding
Dari gambar di atas bisa di lihat bahwa rangkaian Op Amp dari LTC standar adalah 2 Op Amp yang diseri menjadi satu sehingga input Op Amp yang diseri disambungkan ke variabel resistor. Jadi 2 Op Amp dalam rangkaian LTC standar digunakan untuk 1 variabel resistor.
3.3. Daftar Komponen dan Alat
1. IC op-amp
2. Resistor dan kapasitor
3. Potensiometer
4. Osiloskop
5. Multimeter
6. Disket / flashdisk
7. Milimeterblock
8. Pulpen / pensil
9. Penggaris / mistar
3.4. Cara Kerja
3.4.1. Amplifier membalik
1. Buatlah rangkaian sperti gambar 3.1
2. Setting Rg=1K sehingga 1000 mark sesuai dengan 10V
Gambar 3.9 Rangkaian percobaan Inverting amplifier
3. Ukur tegangan dengan osiloskop/multimeter untuk posisi nol
4. Ukur tegangan output Vo sesuai dengan tegangan input Vi seperti pada table 3.1
Tabel 3.1 Pengukuran tegangan input output(positif) untuk amplifier membalik
No | Rf | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k | setting |
1 | Vi | 01 | 0.3 | 0.5 | 0.6 | 0.8 | 1 | Volt |
2 | Vo | Volt |
5. Sekarang hubungkan A1 dengan -15V dan ulangi langkah percobaan sebelumnya dan catat hasilnya pada table 3.2.
Tabel 3.2 Pengukuran tegangan input output(negatif) untuk amplifier membalik
No | Rf | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k | setting |
1 | Vi | 01 | 0.3 | 0.5 | 0.6 | 0.8 | 1 | Volt |
2 | Vo | Volt |
3.4.2. Amplifier tak membalik
1. Buatlah Rangkaian Seperti gambar 3.2
Gambar 3.10 Rangkaian percobaan NonInverting amplifier
2. Hubungkan Rg pada Vcc +15V dan setting Rg sehingga V1 berharga 10V
3. Naikkan teg input V1 dengan mengoperasikan Rf dan ukur Vo sebagai fungsi Vi dan isikan hasil pengamatan pada table 3.3
Tabel 3.3 Pengukuran tegangan input output (positif )untuk amplifier tak membalik
No | Rf | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k | setting |
1 | Vi | 01 | 0.3 | 0.5 | 0.6 | 0.8 | 1 | Volt |
2 | Vo | Volt |
4. Hubungkan Rg pada Vcc -15V dan lakukan setting seperti sebelumnya serta ulangi pengukuran sesuai dengan table 3.4
Tabel 3.4 Pengukuran tegangan input output (negatif )untuk amplifier tak membalik
No | Rf | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k | setting |
1 | Vi | 01 | 0.3 | 0.5 | 0.6 | 0.8 | 1 | Volt |
2 | Vo | Volt |
3.4.3. Pengikut tegangan (voltage follower)
1. Buatlah rangkaian seperti gambar 3.3
Gambar 3.11 Rangkaian percobaan untuk pengikut tegangan
2. Hubungkan Rg pada Vcc +15V dan setting Rg sehingga V1 berharga 10V
3. Naikkan teg input V1 dengan mengoperasikan Rt dan ukur Vo sebagai fungsi Vi dan isikan hasil pengamatan pada table 3.5
Tabel 3.5 Pengukuran tegangan input output (positif )untuk pengikut tegangan
No | Rf | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k | setting |
1 | Vi | 1 | 3 | 5 | 6 | 8 | 10 | Volt |
2 | Vo | Volt |
4. Hubungkan Rg pada Vcc -15V dan lakukan setting seperti sebelumnya serta ulangi pengukuran sesuai dengan table 3.6
Tabel 3.6 Pengukuran tegangan input output (negatif )untuk pengikut tegangan
No | Rf | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k | setting |
1 | Vi | 1 | 3 | 5 | 6 | 8 | 10 | Volt |
2 | Vo | Volt |
3.4.4. Amplifier penjumlah
1. Buatlah rangkaian seperti gambar 3.4
Gambar 3.12 Rangkaian percobaan amplifier penjumlah
2. Hubungkan potensiometer 10 putaran ke +15V dan atur resistor variable 1K sehingga posisi 1000 berhubungan dengan 10V
3. Setting potensiometer 10 putaran ke nol. Ukur Uo
4. Input Vi’ dibiarkan open dan ukur Vo=f(Vi) dengan Vi=1V dan 2V
5. Hubungkan R3=10K ke ground dan ukur Vo=f(Vi) seperti langkah 4
6. Ganti R3 1K dengan 100W hubungkan ke ground da lakukan seperti langkah 4
7. Set FG1 sehingga Vi=2V pada R1. Set juga FG2 sehingga Vi’=3V pada R3. Ukur Vo=f(Vi + Vi’)
8. Set FG1 dan FG2 seperti pada langkah 7. tapi Fg2 dihubungkan ke -15V. ukur Vo= f(Vi – Vi’)
3.4.5. Low pass filter
1. Buatlah rangkaian seperti gambar 3.5
Gambar 3.13 rangkaian percobaan LPF (LOW PASS FILTER)
2. Ukur Uo sebagai fungsi frekuensi f. set Ui pada 2 Vpp dan lakukan pengukuran seperti table 3.7 catat hasil pengukuran pada table.
Table 3.7 Pengujian LPF dengan Frekuensi yang berbeda.
No | F(Hertz) | 20 | 200 | 1000 | 1500 | … | 4000 | 20000 |
1 | Ui(Vpp) | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
2 | Uo(Vpp) |
3.4.6. High pass filter
1. Buatlah rangkaian seperti gambar 3.7
Gambar 3.14 rangkaian percobaan HPF (HIGH PASS FILTER)
2. Ukur Uosebagai fungsi frekuensi f. set Ui pada 2 Vpp dan lakukan pengukuran seperti table 3.7 catat besarnya tegangan output Uo dari HPF.
3.5. Lembar Kerja dan Data Hasil Percobaan
Tabel 3.8 Pengukuran tegangan input output(positif) untuk amplifier membalik
No | Rf | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k | setting |
1 | Vi | 01 | 0.3 | 0.5 | 0.6 | 0.8 | 1 | Volt |
2 | Vo | -1,09 | -3,19 | -5,12 | -6,13 | -8,16 | -10,14 | Volt |
Tabel 3.9 Pengukuran tegangan input output(negatif) untuk amplifier membalik
No | Rf | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k | setting |
1 | Vi | -01 | -0.3 | -0.5 | -0.6 | -0.8 | -1 | Volt |
2 | Vo | 1,12 | 3,15 | 5,20 | 6,15 | 8,16 | 10,17 | Volt |
Tabel 3.10 Pengukuran tegangan input output (positif )untuk amplifier tak membalik
No | Rf | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k | setting |
1 | Vi | 01 | 0.3 | 0.5 | 0.6 | 0.8 | 1 | Volt |
2 | Vo | 1,24 | 3,45 | 5,65 | 6,74 | 9,02 | 11,23 | Volt |
Tabel 3.11 Pengukuran tegangan input output (negatif )untuk amplifier tak membalik
No | Rf | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k | setting |
1 | Vi | -01 | -0.3 | -0.5 | -0.6 | -0.8 | -1 | Volt |
2 | Vo | -1,23 | -3,44 | -5,70 | -6,79 | -8,99 | -10,77 | Volt |
Tabel 3.12 Pengukuran tegangan input output (positif )untuk pengikut tegangan
No | Rf | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k | setting |
1 | Vi | 1 | 3 | 5 | 6 | 8 | 10 | Volt |
2 | Vo | 1 | 3 | 5 | 6 | 8 | 10 | Volt |
Tabel 3.13 Pengukuran tegangan input output (negatif )untuk pengikut tegangan
No | Rf | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k | setting |
1 | Vi | -1 | -3 | -5 | -6 | -8 | -10 | Volt |
2 | Vo | -1 | -3 | -5 | -6 | -8 | -10 | Volt |
Table 3.14 Pengujian LPF dengan Frekuensi yang berbeda.
No | F(Hertz) | 20 | 200 | 1000 | 1500 | 4000 | 4000 | 20000 |
1 | Vi(Vpp) | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
2 | Vo(Vpp) | 6400 Mv | 4200 Mv | 8000 Mv | 6200 Mv | 8200 Mv | 8200 Mv | 6000 Mv |
Table 3.15 Pengujian HPF dengan Frekuensi yang berbeda.
No | F(Hertz) | 20 | 200 | 1000 | 1500 | 4000 | 20000 |
1 | Vi(Vpp) | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
2 | Vo(Vpp) | 268Mv | 1700Mv | 2120Mv | 2140Mv | 2120Mv | 2160Mv |
Tabel 3.16 Amplifier Penjumlahan
Vi | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 1v | 2v | 3v | 4v | 6v |
V2 | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | - | - | - | - | - |
Vout | 11,45 | 11,28 | 11,08 | 10,89 | 10,74 | 9,75 | 8,08 | 6,66 | 5,38 | 4,81 |
3.6. Analisa Pembahasan Hasil Percobaan
3.6.1. Analisa untuk Amplifier membalik ( positif )
Untuk membandingkan nilai hasil pengukuran dengan nilai dari hasil perhitungan rumus kita dapat menggunakan rumus:
Dengan nilai Rt = 10 ohm
Perhitungan | Pengukuran |
0 | -1,09 |
1 | -3,19 |
2 | -5,12 |
3 | -6,13 |
4 | -8,16 |
5 | -10,14 |
Output diperoleh dengan mengalikan input dengan suatu konstanta penguatan yang nilainya ditentukan oleh resistor input R1 dan resistor umpan balik Rf. Output ini terbalik (inverted) dari input (beda phase 180o).Sehingga secara teori didapatkan rumus sebagai berikut :
Sehingga untuk percobaan yang pertama didapatkan
Vo = - ( 100K : 10K ) x 0,1 = -1
Untuk percobaan kedua didapatkan :
Vo = - ( 100K : 10K) x 0,3 = -3
Untuk percobaan ketiga didapatkan :
Vo = - (100K:10K) x 0,5 = -5
Dengan cara yang sama didapatkan data sebagai berikut :
Tabel 3.17
No | Rf | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k |
1 | Vi | 0,1 | 0,3 | 0,5 | 0,6 | 0.8 | 1 |
2 | Vo | -1 | -3 | -5 | -6 | -8 | -10 |
Untuk tegangan input yang membalik menggunakan rumus yang sama pula, sehingga didapatkan table sebagai berikut :
Tabel 3.18
No | Rf | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k | 100k |
1 | Vi | -0,1 | -0.3 | -0,5 | -0,6 | -0,8 | -1 |
2 | Vo | 1 | 3 | 4 | 6 | 8 | 10 |
Persentase kesalahan dapat dicari berdasarkan rumus berikut :
% kesalahan relatif = x 100 %
Sehingga perbandingan antara hasil yang diperoleh dari perhitungan, hasil yang diperoleh dari praktek dan persentase kesalahan dapat dilihat pada tabel berikut ini :
Tabel 3.19 Perbandingan hasil pengukuran dan perhitungan pada Amplifier membalik (+)
Perhitungan | 1 | 3 | 5 | 6 | 8 | 10 | volt |
Pengukuran | -1,09 | -3,19 | -5,12 | -6,13 | -8,16 | -10,14 | volt |
% kesalahan | 213 | 204 | 201,6 | 201,4 | 201,2 | 198,21 | % |
3.6.2. Analisa untuk Amplifier membalik ( negative )
Untuk membandingkan nilai hasil pengukuran dengan nilai dari hasil perhitungan rumus kita dapat menggunakan rumus :
Dengan nilai Rt = 10 ohm
Perhitungan | Pengukuran |
0 | 1,12 |
-1 | 3,15 |
-2 | 5,20 |
-3 | 6,15 |
-4 | 8,16 |
-5 | 10,17 |
Untuk membandingkan nilai hasil pengukuran dengan nilai dari hasil perhitungan atau teori rumus yang digunakan adalah :
Dengan Rt = 100
Uo=-Rt/Ri.Vi
Sehingga untuk percobaan yang pertama didapatkan
Vo = -( 100k :10k)x 0,1 =-1
Untuk percobaan kedua didapatkan :
Vo = -(100k:10k)x 0,3 = -3
Untuk percobaan ketiga didapatkan :
Vo = -(100k:10k)x 0,5 =-5
Persentase kesalahan dapat dicari berdasarkan rumus berikut :
% kesalahan relatif = x 100 %
Sehingga perbandingan antara hasil yang diperoleh dari perhitungan, hasil yang diperoleh dari praktek dan persentase kesalahan dapat dilihat pada tabel berikut ini :
Tabel 3.20 Perbandingan hasil pengukuran dan perhitungan pada Amplifier membalik (+)
Perhitungan | -1 | -3 | -5 | -6 | -8 | -10 | volt |
Pengukuran | 1,12 | 3,15 | 5,20 | 6,15 | 8,17 | 10,12 | volt |
% kesalahan | 213 | 204,5 | 201,6 | 202,5 | 202,5 | 201,2 | % |
Berdasarkan table perbandingan hasil pengukuran dan perhitungan pada amplifier membalik diatas, dapat dilihat bahwa persentase kesalahan relative kecil hal ini didukung oleh keadaan alat dan komponen op-amp yang masih bagus. Dari table di atas didapatkan grafik perbandingan antara v input positif dan v input negative output positif baik secara teori maupun praktik.
3.6.3. Analisa untuk Amplifier tak Membalik ( positif )
Untuk membandingkan nilai hasil pengukuran dengan nilai dari hasil perhitungan rumus kita dapat menggunakan rumus :
Dengan nilai Rt = 10 ohm
Perhitungan | Pengukuran |
0,2 | 1,24 |
0,6 | 3,45 |
1 | 5,65 |
1,2 | 6,74 |
1,6 | 9,02 |
2 | 11,23 |
Persentase kesalahan dapat dicari berdasarkan rumus berikut :
% kesalahan relatif = x 100 %
Sehingga perbandingan antara hasil yang diperoleh dari perhitungan, hasil yang diperoleh dari praktek dan persentase kesalahan dapat dilihat pada tabel berikut ini :
Tabel 3.21
Input | Output | Persentase kesalahan (%) | |||||
Input positif | Input negatif | teori | Praktek | Input (+) output (+) | Input (-) Output (-) | ||
Output negatif | Output positif | Output positif | Output Negative | ||||
0.1 | -0.1 | -1.1 | 1.1 | 1,24 | -1,23 | 13,4 | -201,3 |
0.3 | -0.3 | -3.3 | 3.3 | 3,45 | -3,44 | 4,85 | -203,4 |
0.5 | -0.5 | -5.5 | 5.5 | 5,65 | -5,70 | 3,08 | -200,3 |
0.6 | -0.6 | -6.6 | 6.6 | 6,74 | -6,79 | 2,55 | -196,2 |
0.8 | -0.8 | -8.8 | 8.8 | 9,02 | -8,99 | 1,60 | -201 |
1 | -1 | -11 | 11 | 11,23 | -10,77 | 5,40 | -186,4 |
3.6.4. Analisa untuk Amplifier tak Membalik ( negatif)
Untuk membandingkan nilai hasil pengukuran dengan nilai dari hasil perhitungan rumus kita dapat menggunakan rumus :
Dengan nilai Rt = 10 ohm
Perhitungan | Pengukuran |
0,2 | -1,23 |
0,6 | -3,44 |
1 | -5,70 |
1,2 | -6,79 |
1,6 | -8,99 |
2 | -10,77 |
3.6.5. Analisa untuk Pengikut Tegangan ( positif )
Untuk membandingkan nilai hasil pengukuran dengan nilai dari hasil perhitungan rumus kita dapat menggunakan rumus :
Dengan nilai Ri = 1 ohm, Rt = 1
Perhitungan | Pengukuran |
1 | 1 |
3 | 3 |
5 | 5 |
6 | 6 |
8 | 8 |
10 | 10 |
3.6.6. Analisa untuk Pengikut Tegangan ( negatif )
Untuk membandingkan nilai hasil pengukuran dengan nilai dari hasil perhitungan rumus kita dapat menggunakan rumus :
Dengan nilai Ri = 1 ohm, Rt = 1
Perhitungan | Pengukuran |
-1 | -1 |
-3 | -3 |
-5 | -5 |
-6 | -6 |
-8 | -8 |
-10 | -10 |
Persentase kesalahan dapat dicari berdasarkan rumus berikut :
% kesalahan relatif = x 100 %
Sehingga didapatkan data persentase kesalahan sebagai berikut :
Tabel 3.22
Input | Output | Persentase kesalahan (%) | |||
Input Positif | Input Negatif | Output negative | Output positif | Input (+) dan output (+) | Input (-) dan Output (-) |
1 | -1 | -1 | 1 | 0 | 0 |
3 | -3 | -3 | 3 | 0 | 0 |
5 | -5 | -5 | 5 | 0 | 0 |
6 | -6 | -6 | 6 | 0 | 0 |
8 | -8 | -8 | 8 | 0 | 0 |
10 | -10 | -10 | -9.75 | 0 | 3.5 |
Karena hasil tegangan output yang dihasilkan secara teori sama dengan praktek sehingga dapat disimpulkan bahwa persentase kesalahannya sebesar 0 % maka percobaan ini berhasil.
3.6.7. Amplifier Penjumlah
Untuk membandingkan nilai hasil pengukuran dengan nilai dari hasil perhitungan rumus kita dapat menggunakan rumus :
Perhitungan | Pengukuran | Persentase kesalahan (%) |
-0,2 | 11,45 | 48.5 |
-0,4 | 11,28 | 30 |
-0,6 | 11,08 | 30 |
-0,8 | 10,89 | 49.71 |
-1 | 10,74 | 50 |
- | 9,75 | 49.9 |
- | 8,08 | 49.92 |
- | 6,66 | 52.625 |
- | 5,38 | 49.91 |
- | 4,81 | 57.88 |
Persentase kesalahan dapat dicari berdasarkan rumus berikut :
% kesalahan relatif = x 100 %
Tabel 3.23
Input | Output | Persentase kesalahan (%) | |||
Input Positif (1) | Input Positif(2) | Praktek | Teori | Input (+) dan output (+) | - |
0,1 | 0,1 | 11,45 | -0,2 | 11,45 | |
0,2 | 0,2 | 11,28 | -0,4 | 11,28 | |
0,3 | 0,3 | 11,08 | -0,6 | 11,08 | |
0,4 | 0,4 | 10,89 | -0,8 | 10,89 | |
0,5 | 0,5 | 10,74 | -0,10 | 10,74 | |
1 | 1 | 9,75 | 2 | 9,75 | |
2 | 2 | 8,08 | 4 | 8,08 | |
3 | 3 | 6,66 | 6 | 6,66 | |
4 | 4 | 5,38 | 8 | 5,38 | |
6 | 6 | 4,81 | 12 | 4,81 | |
3.6.8. LPF
Untuk membandingkan nilai hasil pengukuran dengan nilai dari hasil perhitungan rumus kita dapat menggunakan rumus :
Perhitungan | Pengukuran |
1,57x10-3 | 20 |
1,57x10-3 | 200 |
1,57x10-3 | 1000 |
1,57x10-3 | 1500 |
1,57x10-3 | 4000 |
1,57x10-3 | 4000 |
1,57x10-3 | 20000 |
3.6.9. HPF
Untuk membandingkan nilai hasil pengukuran dengan nilai dari hasil perhitungan rumus kita dapat menggunakan rumus :
Perhitungan | Pengukuran |
1,57x10-3 | 20 |
1,57x10-3 | 200 |
1,57x10-3 | 1000 |
1,57x10-3 | 1500 |
1,57x10-3 | 3500 |
1,57x10-3 | 4000 |
1,57x10-3 | 20000 |
3.7. Pertanyaan dan Tugas
1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan OP-AMP?
2. Sebutkan fungsi dan karakteristik dari sebuah OP-AMP!
3. Buatlah symbol skematis dari sebuah OP-AMP dan sebutkan masing – masing bagiannya!
4. Jelaskan fungsi dari masing – masing kaki OP-AMP (pada OP – AMP 741)menurut datasheet yang anda peroleh!
5. Tentukan besarnya gain bagi amplifier membalik dan tak membalik!
6. Bagaimana prinsif kerja dari pengikut tegangan (voltage follower)!
7. Bagaimana sifat-sifat op-am ideal dan hubungannya dengan op-amp nyata!
8. Bagaimana hubungan tegangan input dan output dari amplifier penjumlah/adder!
9. Apa yang dimaksud dengan frekuensi cut-off atau putus dan berapa besarnya gain pada kondisi ini?
10. Berapa frekuensi cut-off dari filter-filter pada percobaan yang anda lakukan dan bandingkan hasil ini dengan perhitungan/teorinya!
Jawaban pertanyaan
- Penguat operasional (op-amp) adalah suatu blok penguat yang mempunyai dua masukan dan satu keluaran. Op-amp biasa terdapat di pasaran berupa rangkaian terpadu (integrated circuit-IC).
Gambar 3.15 Rangkaian dasar penguat operasonal
Gambar 3.15 menunjukkan sebuah blok op-amp yang mempunyai berbagai tipe
dalam bentuk IC. Seperti terlihat pada gambar 3.7.1, op-amp memiliki masukan tak membalik v+ (non-inverting), masukan membalik v- (inverting) dan keluaran vo. Jika isyarat masukan dihubungkan dengan masukan membalik (v-), maka pada daerah frekuensi tengah isyarat keluaran akan “berlawanan fase” (berlawanan tanda dengan isyarat masukan). Sebaliknya jika isyarat masukan dihubungkan dengan masukan tak membalik (v+), maka isyarat keluaran akan “sefase”. Sebuah opamp biasanya memerlukan catu daya ± 15 V. Dalam menggambarkan rangkaian hubungan catu daya ini biasanya dihilangkan.
- Fungsi dari op-amp antara lain :
Karakteristik terpenting dari sebuah op-amp yang ideal adalah:
· Penguatan loop terbuka amat tinggi
· Impedansi masukan yang sangat tinggi sehingga arus masukan dapat diabaikan
· Impedansi keluaran sangat rendah sehingga keluaran penguat tidak terpengaruh oleh pembeban.
123
Gambar 3.16 simbol penguat operasional
Keterangan gambar :
1. Inverting Input
2. Non-Inverting Input
3. Output.
4. Fungsi dari masing-masing kaki Op-Amp pada Op-Amp 741 adalah :
Gambar Rangkaian penguat operasional 741
· Pin 1(3) + Pin 5(9) untuk penyetelan 0 volt.
· Pin 2 (4) untuk inverting input.
· Pin 3 (5) untuk noninverting input.
· Pin 4 (6) untuk ground atau tegangan negatif.
· Pin 6 (10) terminal keluaran (output).
· Pin 7 (11) untuk tegangan positif
5. a.Amplifier membalik :
Gambar 3.17 amplifier membalik
Sehingga :
b. Amplifier tak membalik :
Gambar 3.18 amplifier tak membalik
Sehingga :
6. Rangkaian buffer/voltage follower adalah rangkaian yang inputnya sama dengan hasil outputnya. Dalam hal ini seperti rangkaian common colektor yaitu berpenguatan = 1. Rangkaiannya seperti pada gambar berikut ini
Gambar 3.19 Rangkaian Buffer/Voltage Follower
Nilai R yang terpasang berguna untuk membatasi arus yang di keluarkan. Besar nilainya tergantung dari indikasi dari komponennya, biasanya tidak dipasang karena arus dimaksimalkan sesuai dengan kemampuan op-ampnya.
7. Sifat op-amp ideal dan hubungannya dengan op amp nyata adalah :
Sifat op-amp ideal yaitu :
a. Faktor penguat open loop gain tak terhingga
b. Bila inputnya sama dengan 0 maka outputnya juga 0
c. Impedansi input tak terhingga dan impedansi outputnya sangat rendah (0).
d. Lebar bandwidth tidak terhingga artinya penguatan dari DC sampai frekuensi tak terhingga tetap sama.
e. Rise time = 0
f. Tidak peka terhadap perubahan tegangan sumber atau perubahan temperatur.
Hubungannya dengan kenyataan adalah :
· Faktor penguatan open loop gain walaupun cukup besar tetapi terbatas kira-kira 100.000 kali.
· Bila harga pada inputnya nol, outputnya belum tentu tepat nol.
· Impedansi inputnya cukup tinggi namun terbatas hanya beberapa ratus kilo ohm (KΩ), sedangkan impedansi outputnya berkisar hanya beberapa ratus sampai puluh ohm (Ω) saja.
· Rise timenya tidak nol.
· Kalau perubahan tegangan sumber atau temperatur cukup besar, kerjanya akan terpengaruh.
8. Hubungan tegangan input dan output pada amplifier penjumlah adalah Output akan menghasilkan penjumlahan dari beberapa input yang dimasukkan. Dengan faktor penguat diperoleh dari perbandingan Rf dengan masing-masing Rinput pada input. Output yang dihasilkan juga akan berbalik phasa dengan input yang diberikan.
9. Yang dimaksud dengan frekuensi cut-off adalah dapat dilihat pada rumus
3.8. Kesimpulan
1) Operational Amplifier (Op Amp) adalah penguat beda (differential amplifier) dengan impedansi input tinggi dan output impedansi rendah.
2) Op amp banyak digunakan untuk pengubah tegangan (amplitudo dan polaritas), osilator, filter dan rangkaian instrumentasi.
3) Dari percobaan yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan sebagai berikut :
a) Amplifier Membalik termasuk percobaan yang berhasil karena didapatkan persentase kesalahan yang relatif kecil
b) Amplifier tak membalik termasuk percobaan yang berhasil karena didapatkan persentase kesalahan yang relatif kecil
c) Pengikut Tegangan atau Voltage Follower termasuk percobaan yang berhasil karena didapatkan persentase kesalahan yang relatif kecil
d) Amplifier Penjumlah termasuk percobaan yang kurang berhasil karena didapatkan persentase kesalahan yang relatif besar
e) Low Pass Filter termasuk percobaan yang kurang berhasil karena didapatkan persentase kesalahan yang relatif besar
f) High Pass Filter termasuk percobaan yang kurang berhasil karena didapatkan persentase kesalahan yang relatif besar
4) Persentase kesalahan yang besar dapat disebabkan oleh beberapa faktor misalnya ketelitian praktikan, kondisi alat ukur maupun alat percobaan maupun kesalahan kesalahan paralax yang tidak disengaja
1 komentar:
http://content.sweetim.com/sim/cpie/emoticons/00020288.gif
Posting Komentar