ADRIADIPA: LAPORAN OP-AMP ELDAS II

LAPORAN PRAKTIKUM

ELEKTRONIKA FISIS DASAR II

“PENGUAT OP-AMP”

OLEH

ADRIADIPA SAIDIN T

H21110008

KEL. II

ASISTEN: AIDA

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR

2012

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 LATAR BELAKANG

Elektronika merupakan ilmu yang sangat penting bagi manusia sebab menyangkut tentang kelistrikan yang menjadi salah satu energy terpenting dalam kehidupan manusia. Sebagai bagian dari Fisika, pada elektronika juga tidak cukup jika hanya dipelajari secara teori sehingga membutuhakan praktek/praktikum untuk membantu kita dalam memhami dan mengaplikasikannya. Berdasarkan hal tersebut maka dilakukanlah praktikum elektronika dasar ini yakni tentang rangkaian Penguat Daya Audio sekaligus untuk memenuhi persyaratan dari mata kuliah Elektronika Fisis Dasar II.

Sebuah op-amp merupakan sebuah rangkaian integrasi ( IC ) linear yang mampu memberikan penguatan yang sangat besar dan dapat dioperasikan pada interval tegangan yang cukup lebar.

Pemakaian op-amp amatlah luas meliputi bidang elektronika audio, pengatur tegangan dc, tapi aktif, penyerah presisi, pengubah analog ke digital dan pengubah digital ke analog, pengolah isyarat seperti cuplik tahan, penguat pengunci, pengi tegral, kendali otomatik, computer analog, elektronika nuklir, dan lain- lain.

Sehingga pada praktikum kali ini, akan dilakukan beberapa penggunaan op-amp dalam kasus sederhana yang meliputi sifat-sifat dasar op-amp, yakni sebagai penguat membalik, penguat tidak membalik, integrator dan differensiator.

I.2 RUANG LINGKUP

Percobaan penguat operasional amplifier ini meliputi beberapa pokok pembahasan, seperti bagaimana menggunakan op-amp sebagai penguat membalik dan tidak membalik, sebagai buffer untuk mengatasi ketidakcocokan impedansi, sebagai differensiator dan integrator, dan sebagai komparator serta bagaimana memahami sifat-sifat dasar op-amp baik secara teori maupun secara praktek.

I.3 TUJUAN PERCOBAAN

Adapun tujuan dari percobaan penguat op-amp ini, adalah:

1. Menggunakan op-amp sebagai penguat membalik dan tidak membalik,

2. Menggunakan op-amp sebagai buffer untuk mengatasi ketidakcocokan impedansi,

3. Menggunakan op-amp sebagai differensiator dan integrator,

4. Menggunakan op-amp sebagai komparator,

5. memahami sifat-sifat dasar op-amp baik secara teori maupun secara praktek

I.4 WAKTU DAN TEMPAT PERCOBAAN

Percobaan ini dilaksanakan pada hari rabu tanggal 17 April 2012, pada pukul 13.30-16.30 WITA. Percobaan ini berlangsung di laboratorium Elektronika Fisis Dasar , Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Hasanuddin.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Penguat operasional atau op-amp ( dari kata operasional amplifer ) adalah penguat di perensial dengan masukan dan satu pengeluaran yang mempuanyai penguatan tegangan yang amat tinggi, yaitu dalam orde 10⁵. dengan penguatan yang amat tinggi ini, penguat operasional dengan rangkaian balikan lebih banyak digunakan daripada lingkar terbuka.

Operational Amplifier atau di singkat op-amp merupakan salah satu komponen analog yang sering digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. Aplikasi op-amp yang paling sering dipakai antara lain adalah rangkaian inverter, non-inverter, integrator dan differensiator. Pada pokok bahasan kali ini akan dipaparkan beberapa aplikasi op-amp yang paling dasar, yaitu rangkaian penguat inverting, non-inverting differensiator dan integrator.

Pada Op-Amp memiliki 2 rangkaian feedback (umpan balik) yaitu feedback negatif dan feedback positif dimana Feedback negatif pada op-amp memegang peranan penting. Secara umum, umpanbalik positif akan menghasilkan osilasi sedangkan umpanbalik negatif menghasilkan penguatan yang dapat terukur.

Op-amp pada dasarnya adalah sebuah differential amplifier (penguat diferensial) yang memiliki dua masukan. Input (masukan) op-amp ada yang dinamakan input inverting dan non-inverting. Op-amp ideal memiliki open loop gain (penguatan loop terbuka) yang tak terhingga besarnya. Seperti misalnya op-amp LM741 yang sering digunakan oleh banyak praktisi elektronika, memiliki karakteristik tipikal open loop gain sebesar 104 ~ 105. Penguatan yang sebesar ini membuat op-amp menjadi tidak stabil, dan penguatannya menjadi tidak terukur (infinite). Disinilah peran rangkaian negative feedback (umpanbalik negatif) diperlukan, sehingga op-amp dapat dirangkai menjadi aplikasi dengan nilai penguatan yang terukur (finite).

Impedasi input op-amp ideal mestinya adalah tak terhingga, sehingga mestinya arus input pada tiap masukannya adalah 0. Sebagai perbandingan praktis, op-amp LM741 memiliki impedansi input Zin = 106 Ohm. Nilai impedansi ini masih relatif sangat besar sehingga arus input op-amp LM741 mestinya sangat kecil.

Pada diagram skema di atas digambarkan susunan bagian dalam sirkuit terintegrasi penguat operasional seri 741. Nomor-nomor yang terdapat di dekat terminal pada gambar menunjukkan nomor kaki terminal pada sirkuit terintegrasi 741 jenis 8-pin.Pin nomor 8 tidak terhubung dengan sirkuit.

Ada beberapa hal menarik tentang sirkuit internal 741.Yang pertama adalah transistor masukan terhubung dengan konfigurasi pengikut emiter NPN yang keluarannya terhubung secara langsung kepada sepasang transistor PNP yang terkonfigurasi sebagai penguat basis bersama. Konfigurasi ini memisahkan masukan dan mencegah sinyal umpan balik yang mungkin memiliki efek berbahaya yang bergantung pada frekuensi.

Pasangan transistor pada bagian yang diwarnai dengan warna merah pada diagram disebut cermin arus, di mana basis terhubung langsung dengan kolektor pada salah satu transistor dari tiap pasangan dan kedua transistor saling terhubung pada emiter.Penggunaan cermin arus pada sirkuit masukan, yaitu pasangan transistor Q₈ dan Q₉ serta pasangan Q₁₂ dan, Q₁₃ memungkinkan masukan menerima ayunan tegangan ragam bersama tanpa melewati rentang daerah aktif tiap transistor dalam sirkuit. Sedangkan cermin arus ketiga, yaitu pasangan transistor Q₁₀ dan Q₁₁ membentuk cermin arus yang agak berbeda dengan resistor bernilai 5 K $\Omega$ terhubung secara seri dengan emiter membatasi arus kolektor menjadi hampir nol sehingga dapat menjadi hubungan impedansi tinggi kepada catu daya negatif dan tidak membebani sirkuit masukan.

Keunikan lain dalam sirkuit internal ditunjukkan dengan warna hijau, di mana kedua resistor bias transistor terhubung sedemikian hingga tidak terlihat adanya sinyal masukan kepada basis transistor. Bila diasumsikan tidak ada arus basis yang mengalir pada transistor, dan nilai $V_{BE}$ sebesar 0,625 Volt maka menurut hukum Ohm akan diperlukan arus sebesar 0,625 V ÷ 7,5 K $\Omega$ = 0,0833 mA melalui resistor antara basis dan kolektor. Arus tersebut juga harus mengalir melalui resistor antara basis dan emiter sehingga menimbulkan tegangan jepit sebesar 0,0833 mA × 4,5 K $\Omega$ = 0,375 V sehingga menghasilkan total tegangan jepit melalui dua resistor sebesar 0,625 V + 0,375 V = 1,0 V. Hal ini digunakan untuk memberikan beda tegangan internal sebesar 1 Volt berapa pun tegangan keluaran keseluruhan sirkuit.

Terdapat banyak sekali penggunaan dari penguat operasional dalam berbagai jenis sirkuit listrik. Di bawah ini dipaparkan beberapa penggunaan umum dari penguat operasional dalam contoh sirkuit:

Komparator (pembanding)

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0d/Op-Amp_Comparator.svg/220px-Op-Amp_Comparator.svg.png

Merupakan salah satu aplikasi yang memanfaatkan bati simpal terbuka (open-loop gain) penguat operasional yang sangat besar Ada jenis penguat operasional khusus yang memang difungsikan semata-mata untuk penggunaan ini dan agak berbeda dari penguat operasional lainnya dan umum disebut juga dengan komparator. Komparator membandingkan dua tegangan listrik dan mengubah keluarannya untuk menunjukkan tegangan mana yang lebih tinggi.

$V_{\text{out}} = \left\{\begin{matrix} V_{\text{S+}} & V_1 > V_2 \\ V_{\text{S-}} & V_1 < V_2 \end{matrix}\right.$

di mana $V_{\text{s}}$ adalah tegangan catu daya dan penguat operasional beroperasi di antara $+V_{\text{s}}$ dan $-V_{\text{s}}$ .)

Penguat pembalik

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/41/Op-Amp_Inverting_Amplifier.svg/300px-Op-Amp_Inverting_Amplifier.svg.png

Sebuah penguat pembalik menggunakan umpan balik negatif untuk membalik dan menguatkan sebuah tegangan. Resistor R_f melewatkan sebagian sinyal keluaran kembali ke masukan. Karena keluaran taksefase sebesar 180°, maka nilai keluaran tersebut secara efektif mengurangi besar masukan. Ini mengurangi bati keseluruhan dari penguat dan disebut dengan umpan balik negatif.

$V_{\text{out}} = -\frac{R_{\text{f}}}{R_{\text{in}}} V_{\text{in}}\!\$

Di mana,

$Z_{\text{in}} = R_{\text{in}}\$ (karena $V_{-}\$ adalah bumi maya)
Sebuah resistor dengan nilai $R_{\text{f}} \| R_{\text{in}} \triangleq R_{\text{f}} R_{\text{in}} / (R_{\text{f}} + R_{\text{in}})$ , ditempatkan di antara masukan non-pembalik dan bumi. Walaupun tidak dibutuhkan, hal ini mengurangi galat karena arus bias masukan.

Bati dari penguat ditentukan dari rasio antara R_f dan R_in, yaitu:

$A = -\frac{R_f}{R_{in}}$

Tanda negatif menunjukkan bahwa keluaran adalah pembalikan dari masukan. Contohnya jika R_f adalah 10.000 Ω dan R_in adalah 1.000 Ω, maka nilai bati adalah -10.000Ω / 1.000Ω, yaitu -10.

Penguat non-pembalik

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/44/Op-Amp_Non-Inverting_Amplifier.svg/300px-Op-Amp_Non-Inverting_Amplifier.svg.png

Rumus penguatan penguat non-pembalik adalah sebagai berikut:

$V_{\text{out}} = V_{\text{in}} \left( \frac{R_1 + R_2}{R_1} \right)\,$

atau dengan kata lain:

$V_{\text{out}} = V_{\text{in}} \left( 1 + \frac{R_2}{R_1} \right)\,$

Dengan demikian, penguat non-pembalik memiliki bati minimum bernilai 1. Karena tegangan sinyal masukan terhubung langsung dengan masukan pada penguat operasional maka impedansi masukan bernilai $Z_{\text{in}} \approx \infin$ .

Penguat diferensial

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a2/Op-Amp_Differential_Amplifier.svg/300px-Op-Amp_Differential_Amplifier.svg.png

Penguat diferensial digunakan untuk mencari selisih dari dua tegangan yang telah dikalikan dengan konstanta tertentu yang ditentukan oleh nilai resistansi yaitu sebesar

untuk $R_1 = R_2\$ dan $R_{\text{f}} = R_{\text{g}}\$ .^[14] Penguat jenis ini berbeda dengan diferensiator. Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut:

$V_{\text{out}} = \frac{ \left( R_{\text{f}} + R_1 \right) R_{\text{g}} }{\left( R_{\text{g}} + R_2 \right) R_1} V_2 - \frac{R_{\text{f}}}{R_1} V_1$

Sedangkan untuk

dan $R_{\text{f}} = R_{\text{g}}$ maka bati diferensial adalah:

$V_{\text{out}} = \frac{ R_{\text{f}} }{ R_1 } (V_{\text{2}} - V_{\text{1}})\,$

Penguat penjumlah

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/3e/Op-Amp_Summing_Amplifier.svg/300px-Op-Amp_Summing_Amplifier.svg.png

Penguat penjumlah menjumlahkan beberapa tegangan masukan, dengan persamaan sebagai berikut:

$V_{\text{out}} = -R_{\text{f}} \left( \frac{V_1}{R_1} + \frac{V_2}{R_2} + \cdots + \frac{V_n}{R_n} \right)$

Saat $R_1 = R_2 = \cdots = R_n$ , dan $R_{\text{f}}$ saling bebas maka:

$V_{\text{out}} = -\frac{R_{\text{f}}}{R_1} ( V_1 + V_2 + \cdots + V_n ) \!\$

Saat $R_1 = R_2 = \cdots = R_n = R_{\text{f}}\$ , maka:

$V_{\text{out}} = -( V_1 + V_2 + \cdots + V_n ) \!\$

Keluaran adalah terbalik.
Impedansi masukan dari masukan ke-n adalah $Z_n = R_n \$ (di mana $V_- \$ adalah bumi maya)

Integrator

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/bd/Op-Amp_Integrating_Amplifier.svg/300px-Op-Amp_Integrating_Amplifier.svg.png

Penguat ini mengintegrasikan tegangan masukan terhadap waktu, dengan persamaan:

$V_{\text{out}} = -\frac{1}{RC}\int_0^t V_{\text{in}} \, \operatorname{d}t + V_{\text{mula}}\,$

di mana $t\$ adalah waktu dan $V_{\text{mula}}\$ adalah tegangan keluaran pada $t = 0\$ .

Sebuah integrator dapat juga dipandang sebagai tapis pelewat-tinggi dan dapat digunakan untuk rangkaian tapis aktif.

Diferensiator

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/5f/Op-Amp_Differentiating_Amplifier.svg/300px-Op-Amp_Differentiating_Amplifier.svg.png

Mendiferensiasikan sinyal hasil pembalikan terhadap waktu dengan persamaan:

$V_{\text{out}} = -RC \,\frac{\operatorname{d}V_{\text{in}} }{ \operatorname{d}t} \, \qquad$

di mana $V_{\text{in}}\$ dan $V_{\text{out}} \$ adalah fungsi dari waktu.

Pada dasarnya diferensiator dapat juga dibangun dari integrator dengan cara mengganti kapasitor dengan induktor, namun tidak dilakukan karena harga induktor yang mahal dan bentuknya yang besar. Diferensiator dapat juga dilihat sebagai tapis pelewat-rendah dan dapat digunakan sebagai tapis aktif.

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

III.1 ALAT DAN BAHAN BESERTA FUNGSINYA

Adapun alat dan bahan yang digunakan pada percobaan ini, adalah:

Adapun alat dan bahan yang digunakan pada percobaan ini yaitu:

1. Catu daya berfungsi sebagai sumber tegangan arus searah.

2. Multimeter, digunakan untuk mengukur hambatan, arus dan tegangan

3. Papan PCB,digunakan sebagai wadah atau tempat memasang suatu rangkaian.

4. Kabel jumper, sebagai penghubung rangkaian jika letaknya jauh.

5. Sinyal generator, fungsinya untuk membangkitkan sinyal sebagai input pada osiloskop.

6. Osiloskop, fungsinya untuk menampilkan sinyal keluar dari rangkaian.

7. Resistor (sebagai hambatan) dan kapasitor (sebagai penyimpan muatan)

8. Op-amp (LM-74)

Digunakan sebagai penguat tegangan

III.2 PROSEDUR PERCOBAAN

Adapun prosedur percobaan yang pada praktikum ini yaitu:

A. Penguat membalik

1. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan.

2. Membuat rangkaian seperti pada gambar di bawah.

3. Menyambungkan hasil rangkaian dengan sumber tegangan, signal generator dan osiloskop yang telah dikalibrasi terlebih dahulu untuk melihat isyarat masukan dan keluaran.

4. Mengamati dan mencatat isyarat masukan dan keluaran (V_in dan V_out).

B. Penguat tak membalik

1. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan.

2. Membuat rangkaian seperti pada gambar di bawah.

3. Menyambungkan hasil rangkaian dengan sumber tegangan, signal generator dan osiloskop yang telah dikalibrasi terlebih dahulu untuk melihat isyarat masukan dan keluaran.

4. Mengamati dan mencatat isyarat masukan dan keluaran (V_in dan V_out).

C. Penguat Integrator

1. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan.

2. Membuat rangkaian seperti pada gambar di bawah.

3. Menyambungkan hasil rangkaian dengan sumber tegangan, signal generator dan osiloskop yang telah dikalibrasi terlebih dahulu untuk melihat isyarat masukan dan keluaran.

4. Mengamati dan mencatat isyarat masukan dan keluaran (V_in dan V_out).

C. Penguat Differensiator

1. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan.

2. Membuat rangkaian seperti pada gambar di bawah.

3. Menyambungkan hasil rangkaian dengan sumber tegangan, signal generator dan osiloskop yang telah dikalibrasi terlebih dahulu untuk melihat isyarat masukan dan keluaran.

4. Mengamati dan mencatat isyarat masukan dan keluaran (V_in dan V_out).

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

IV.1 HASIL

IV.1.1 Tabel Pengamatan

a. Rangkaian penguat membalik

R₁(KΩ)	R₂(KΩ)	V_i(V)
10 ± 5 %	100 ± 5 %	2,25

b. Rangkaian penguat tak membalik

R₁(KΩ)	R₂(KΩ)	V_i(V)
10 ± 5 %	100 ± 5 %	7,5

c. Integrator

NO	t(waktu)	R	C	V_i(V)
1	0	1kΩ	10µF	12

d. Diferensiator

NO	t(waktu)	R	C	V_i(V)
1	0	1kΩ	10µF	12

IV.1.2 Pengolahan Data

a. Rangkaian penguat membalik

V_out = V_o= AVi dimana A = -

= -

= -10 kali

V_o = -10 x 2,25 Volt

V_o= -22.,5 Volt

b. Penguat Tak membalik

V_o=

Vin dimana V_in= 7,5 Volt

7,5 Volt

= 82,5 Volt

c. Rangkaian Integrator

V₁=

dimana t=1 s dan V_in= 12 Volt

d. Rangkaian Differensiator

V₁=

dimana V_in= 12 Volt

= – 240 Volt

IV.1.3 Gambar

a. Penguat Membalik

Rangkaian membalik

Gambar masukan Gambar keluaran

b. Tak Membalik

Rangkaian tak membalik

Ganbar osiloskop

Gambar masukan Gambar keluaran

c. Integrator

Rangkaian integrator

Gambar osiloskop

Gambar masukan Gambar keluaran

IV.2 PEMBAHASAN

Dari data yang diperoleh di atas, untuk bentuk isyarat masukan yang kita peroleh pada percobaan 4 rangkaian, hasil yang diperoleh berupa garis lurus dan untuk bentuk isyarat keluarannya, pada rangkaian membalik bentuk keluarannya segi empat, rangkaian tak membalik bentuk keluarannya segi empat, rangkaian integrator bentuk keluarannya sinusoidal dan rangkaian differensiator bentuk keluarannya berbentuk segiempat, hal ini dipengaruhi karena terjadinya kesalahan-kesalahan baik dari praktikan sendiri dan kesalahan pada alat.

Karena op-amp merupakan penguat, maka tegangan masukan harus lebih besar daripada tegangan keluaran. Ini dapat dibuktikan dengan melihat gelombang yamg dimunculkan pada osiloskop, tetapi yang terjadi pada percobaan ini adalah tegangan masukan lebih besar daripada tegangan keluaran. Hal demikian biasa disebabkan oleh factor-faktor luar seperti kerusakan pada alat atau pada praktikan yang kurang teliti.

Pada penguat membalik sumber isyarat berupa arus dan tegangan yang kecil dan jika dihubungkan dengan masukan yang besar maka akan menghasilkan tegangan yang lebih besar pada keluarannya. Pada penguat tak membalik, op-amp dapat dipasang untuk membentuk penguat tak membalik dimana isyarat dihubungkan dengan masukan tak membalik (+) pada op-amp. Balikan melalui R₂dan R₁ tetap dipasang pada masukan membalik agar membentuk balikan negatif. Selain itu, pada percobaan ini diamati pula penguat diferensiator dan integrator tetapi, hanya rangkaian diferensiator yang diamati isyarat keluaran dan masukan pada osiloskop sebab waktu yang tidak efektif untuk mengamati kedua rangkaian tersebut dan osiloskop yang digunakan hanya satu untuk semua praktikan sehingga tidak memungkinkan untuk mengamati kedua penguat tersebut.

BAB V

PENUTUP

V.1 Kesimpulan

Adapun yang dapat disimpulkan dari percobaan di atas diantaranya:

1. Op-amp dapat digunakan sebagai penguat membalik dan tidak membalik, sebagai buffer, intedrator dan diferensiator dan komparator.

2. Pada rangkaian penguat membalik dan tak membalik menggunakan resistor keluaran yang lebih besar daripada masukan

3. Rumus untuk menentukan V_out pada keempat rangkaian di atas adalah

a. Penguat membalik

V_out = V_o= AVi dimana A = -

b. Penguat tak membalik

V_o=

Vin

c. Integrator

V_out=

d. Diferensiator

V₁=

V. 2 Saran

V.2. 1 Saran untuk laboraturium

· Sebaiknya alat dan bahan di laboraturium diganti karena sudah banyak alat dan bahan yang tidak layak digunakan, agar hasil praktikum lebih akurat .

· Sirkulasi udaranya perlu diperhatikan.

V.2. 2 saran untuk asisten

· Cara menjelaskan sudah sangat bagus, penguasaan materi juga sudah bagus

· Respon yang diberikan sudah sesuai waktunya

DAFTAR PUSTAKA

Reka, S. Rio, 1999, Fisika dan teknologi semikonduktor, PT. Pradnya Paramita; Jakarta.

Dwihono, 1996, Rangkaian Elektronika Analog, PT.Elax Media; Jakarta.

Malvino, Albert Paul. 1996. Prinsip-prinsip Elektronika. Jakarta : Erlangga.

Turner, Rufus. Rutherford, Brinton. 1995. 133 Rangkaian Elektronika. Jakarta : Gramedia.

Suarga H, Bidayatul A, 2012, Penuntun Praktikum Elektronika Dasar 2. Universitas Hasanuddin : Makassar

ADRIADIPA

Minggu, 29 April 2012

LAPORAN OP-AMP ELDAS II

DAFTAR PUSTAKA

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Arsip Blog

Pengikut

Langganan

Minggu, 29 April 2012

LAPORAN OP-AMP ELDAS II

DAFTAR PUSTAKA

Tidak ada komentar:

Posting Komentar