Elektronika Dasar 2

ELEKTRONIKA DASAR 2

Elektronika Dasar 2

Modul 5 183

ELEKTRONIKA DASAR 2

PENERAPAN OP-AMP

1.

Pengantar

Pada modul 5 Anda telah belajar tentang dasar-dasar op-amp. Anda telah belajar menggunakan op-amp untuk memperkuat isyarat, menjumlahkan isyarat, melakukan integral dan diferensial, dan guna membandingkan isyarat dengan suatu tegangan dc. Anda juga telah belajar tentang tanggapan frekuensi penguat op-amp dan juga tentang hambatan masukan dan hambatan keluaran op-amp. Pada modul ini akan dibahas beberapa penerapan op-amp, agar Anda mengetahui bagaimana op-amp digunakan untuk pengelolaan isyarat audio, pengaturan tegangan dan arus; dan penerapan op-amp sebagai penguat diferensial. Tiga buah contoh penerapan op-amp ini hanyalah beberapa dari sekian banyak penerapan op-amp. Dengan memahami tiga jenis penerapan op-amp ini diharapkan Anda dapat memahami penerapan-peneraoan yang lain. Selain itu hal-hal yang akan dibahas di sini akan bermanfaat untuk membina hasta karya elektronika. Contoh penerapan pertama berhubungan dengan pra penguat kaset yang mengolah isyarat dari kepala kaset dan rangkaian kendali nada aktif, yang memperkuat bagian frekuensi rendah dan frekuensi tinggi pada musik agar dihasilkan bunyi musik yang tajam dan mantap. Contoh penerapan kedua menyangkut penggunaan op-amp pada pengaturan tegangan dan arus yaitu upaya agar tegangan catu daya atau catu arus dipasang catu tegangan tetap diperlukan pada setiap peralatan pengguanaan dioda sebagai sensor suku, motor kaset, dan sebagainya. Contoh penerapan ketiga tentang penguat diferensial yang dapat digunakan untuk mengolah isyarat mengambang yaitu dengan sumber yang kedua ujungnya terlepas dari tanah. 2.

Tujuan Instruksional Umum

Setelah selesai melakukan seluruh kegiatan belajar pada modul ini Anda diharapkan telah memiliki kemampuan berikut: a. Menggunakan pengetahuan tentang sifat-sifat dasar op-amp untuk membahas berbagai penerapan op-amp b. Menjelaskan latar belakang berbagai penerapan op-amp c. Melakukan berbagai penerapan op-amp untuk berbagai kegiatan hasta karya elektronika

184

ELEKTRONIKA DASAR 2

3.

Tujuan Instruksional Khusus

Secara lebih terperinci, setelah selesai melaksanakan kegiatan modul ini Anda diharapkan telah memiliki kemampuan-kemampuan berikut: a. Menjelaskan kerja rekaman pada pita mengetik dan pengambilan informasi dari pita mengetik. b. Menjelaskan kerja rangkaian pengelohan isyarat untuk merekam dan isyarat dari pita magnetic pada pra penguat kaset c. Menjelaskan kerja rnagkaian pengolahan isyarat musik agar dihasilkan ciri tanggapan frekuensi tertentu. d. Menjelaskan rangkaian pengatur arus tetap e. Menjelaskan

kerja

dan

penerapan

rangakaian

penguat

diferensial

menggunakan op-amp.

185

ELEKTRONIKA DASAR 2

4.

Kegiatan Belajar

4.1 Kegiatan Belajar 1 PENGELOLAAN ISYARAT AUDIO 4.1.1 Uraian dan Contoh 4.1.1.1

Pengantar

Pengelolaan isyarat kaset mencakup pra-penguatan utuk menghasilkan isyarat yang sesuai dengan sifat-sifat kepala kaset. Tanggapan frekuensi isyarat kaset mempunyai tegangan isyarat rendah pada frekuensi rendah dan tegangan isyarat yang besar pada daerah frekuensi tinggi. Oleh sebab itu pra penguat kepala kaset harus mempunyai penguatan besar pada frekuensi rendah dan penguatan kecil pada frekuensi tinggi agar isyarat keluaran mempunyai tegangan isyarat yang sejauh mungkin tak banyak bergantung pada frekuensi. Keluaran prapenguat kaset diolah lebih lanjut oleh pengatur nada (time control), agar diperoleh isyarat dengan bas yang kuat dan treble (suara tinggi) yang jernih dan tajam. Pengatur nada yang dibahas di sini adalah jenis pengatur nada Baxandall aktif. Sebelum membahas pra penguat kepala kaset kita perlu memahami sedikit bagaimana suara atau musik disimpan dalam pita kaset. 4.1.1.2

Rekaman dan Reproduksi Suara dengan Pita Magnetik

Pada perekaman magnetic isyarat dari arus listrik menghasilkan fluks magnetic pada kepala kaset yang bekerja sebagai kepala perekam. Fluks magnetic ini tersimpan di dalam pita magnetic yang bergerak relatif kepala kaset (Gambar 1).

186

ELEKTRONIKA DASAR 2

I (t)

Kepala kaset

Lapisan oksida besi

{

Fluks terekam

v (a)

(a) pita kaset rekaman

V(t)

(b)

Arus i(t) dihasilkan oleh bunyi yang akan direkam. Kepala kaset tak lain adalah suatu elektromagnet yang menghasilkan flugs magnet sesuai dengan arus isyarat yang masuk. Fluks isyarat ini disimpan di dalam bahan feromagnetik berupa lapisan oksida besi pada permukaan pita magnetik. Pada waktu kaset berganti menjadi pembangkitr tegangan imbas yang disebabkan oleh perubahan fluks magnetic karena fluks yang terekam dalam pita melewati kepala kaset. Tegangan imbas yang dihasilkan pada kepala kaset ini kemudian diperkuat untuk menghasilkan suara. Tanggapan frekuensi kepala kaset adalah seperti pada gambar 2.

187

ELEKTRONIKA DASAR 2

Tanggapan frekwensi kepala kaset (tanpa penyamaan)

Tanggapan frekwensi kepala kaset (penyamaan rekaman)

V0/V1

30 dB

dengan penyamaan

20

10

0

20

50

100

200

500

1K

2K

5K

10K

20K

50K

100K

Gambar 2

Kita lihat bahwa untuk frekuensi di bawah

adalah linier terhadap

frekuensi. Perhatikan bahwa sumber vertikal adalah dalam dan sumbu mendatar menggunakan skala logaritmik. Diatas frekuensi 3 KHz tanggapan frekuensi turun dengan amat tajam. Ini disebabkan oleh lebar celah kutub magnet yang membatasi jarak terkecil antara dua rekaman fluks berturutan. Jadi oleh rekaman isyarat frekuensi rendah akan teredam. Makin tinggi frekuensi makin kurang redamannya, hungga satu nilai frekuensi tertentu. Pelemahan isyarat main dari kepala kaset pada frekuensi tinggi akan membatasi kemampuan kaset untuk menghasilkan frekuensi tinggi (trable) sehingga bunyi yang dihasilkan akan terdengar tumpul. Untuk mengatasi masalah turunnya isyarat keluaran kepala kaset pada frekuensi tinggi, maka prapenguat perekam harulah memiliki tanggapan frekuensi datar hingga nilai frekuensi untuk mana isyarat kepala kaset turun tajam, dan selanjutnya penguat bertambah dengan frekuensi, seperti tampak pada grafik dengan garis putus-putus pada gambar 2.

Rangkaian untuk menghasilkan ekualisai ini adalah seperti pada gambar 3.

188

f (log)

ELEKTRONIKA DASAR 2

1,14

Isyarat bias

+24 V (6)

+

L1 R9 200K

Kepal kaset

(7,8)

LM381 3,12

R4 22K

-

C6

V0

Sumber isyarat 2,13

R6 150 R5 1K2

R8 33

C2 20mf

C5 0,27mf

Gambar 3 Rangkaian prapenguat rekam Rangkaian ini menggunakan op-amp LM 381, yaitu op-amp yang khusus dibuat untuk keperluan audio. Ic LM 381 berisi dua buah op-amp, sehingga dapat digunakan untuk membuat prapenguat kaset stereo. Nomor-nomor kaki dicantumkan pada gambar 2, untuk kedua buah op-amp di dalam IC. LM 381 dapat bekerja dengan satu tegangan unipolar (+ V dalam tanah). Agar tegangan dc pada keluarga sama dengan setengah V CC perlu dipasang R4 dan R5. Kapasitor C2 mempunyai nilai cukup besar 20 untuk membuat agar R6 bersama dengan R8, C5 dan R5 membentuk umpan balik reaktif sehingga dihasilkan tanggapan frekuensi prapenguat rekam seperti yang diharabkan, yaitu seperti pada gambar 2. Resistor R9 dipasang agar dilihat dari V0 penguat mempunyai hambatan keluaran yang besar sehingga penguat akan berprilaku seperti suatu sumber arus. Indikator L1 dan kapasitor C6 yang merupakan rangkaian LC paralel akan mempunyai impedensi maksimum pada frekuensi,

√

, yaitu frekuensi

isyarat bias. Isyarat ini biasanya mempunyai frekuensi 100 KHz yang merupakan bantalan isyarat audio, agar cacat isyarat yang terekam karena sifat magnetik teras magnet kepala rekam menjadi berkurang (Gambar 4).

189

ELEKTRONIKA DASAR 2

B Lengkung B(H)

0

H

Isyarat bias

Gambar.4 Penggunaan isyarat bias untuk mengatasi ketaklinearan lengkung B(H) pada teras kepala rekam.

Pada Gambar 4 besaran B adalah induksi magnet yang menyatakan banyaknya senko yang terekam dalam pita, dan H adalah intensitas magnetik, yang sebanding dengan arus rekam. Pada reproduksi suara (play back) dalam rekaman yang ada dalam pita magnetik digunakan penguat dengan tanggapan frekuensi tertentu, yaitu yang menguatkan isyarat frekuensi, lebih besar daripada isyarat-isyarat frekuensi tinggi, (Lihat Gambar 5).

60 50 40 30 20 10 0

20

50

100

200

500

1k

2k

5k

10k

100k

Frekuwensi : Hz (Log)

Gambar 5. Tegangan penguat playback Tampak bahwa untuk frekuensi di bawah 50 Hz isyarat diperkuat sebesar 60 dB = 1000 X dan untuk isyarat dengan frekuensi lebih 2 KHz penguat hanyalah 30 dB = 30X. Hal ini dibuat dengan mengimbangi keluran kepala kaset playback yang lemah pada frekuensi rendah dan kuat pada frekuensi 190

ELEKTRONIKA DASAR 2

tinggi. Dengan demikian diharapkan keluran penguat playback akan memberikan keluaran yang sama kuat untuk isyarat dari kaset bagi seluruh daerah frekuensi audio. Rangkaian penguat playback yang menghasilkan tanggapan frekuensi di atas adalah seperti pada Gambar 6.

0,1 mf

9 (1,8) (2,7)

24 V

+ LM381 -

(4,5) C4 68n

(3) R4 47K

Kepala kaset

R5 2,5K

R7 1K2

V0

R6 12 Ω C2 220mf

Gambar 6. Rangkaian prapenguat kaset untuk playback Resistor R4 dan R5 adalah untuk panjar tegangan,agar tegangan dc pada keluaran mempunyai nilai ½ VCC . Komponen-komponen R4, R6, R7 dan R6 membentuk rangkaian umpan balik negatif yang menghasilkan tanggapan frekuensi yang diinginkan. Pada daerah frekuensi tinggi kapasitansi C4 mempunyai reaktansi kecil, sehingga R4 menjadi paralel dengan R7. Oleh karena penguatan pada frekuensi tinggi akan turun, sehingga suara kaset yang dihasilkan akan banyak mengandung suara bas.

4.1.1.3 Pengtur Nada

Prapenguat playback yang mengolah isyarat reproduksi suara dari pita kaset mempunyai tanggapan frekuensi yang datar. Apabila keluaran prapenguat ini langsung diperkuat oleh penguat daya suara yang dihasilkan akan terdengar datar pula. Pada umumnya orang lebih suka mendengar musik dengan nada bas kuat dan nada trebel (suara tinggi) kuat pula. Dengan demikian musik yang dihasilkan akan terdengar mantap dan tajam. Bentuk tanggapan frekuensi yang diinginkan adalah seperti pada Gambar 7.

191

ELEKTRONIKA DASAR 2

Penguatan

Bass dan Trebel maksimum

20 KHz 10

Bass dan Trebel Sedang

8 6

4 2

0 1

10

100

1K

10K

100K F (log) Hz

Gambar 7 Untuk memperoleh tanggapan frekuensi seperti di atas digunakan rangkaian kendali nada (tone-control). Suatu bentuk rangkaian kendali nada yang sering digunakan adalah rangkaian kendali nada Baxandall aktif dengan op-amp, seperti pada Gambar 8. C1 0,1 C1 0,1

R1 100K

Bass

2 OA I

1

C2 1mf

R5 11K

RV1 100K

R4 -11K

a

b

3 Vi

R3 24K

+

1 LM 349

C5 0,05

C3 0,05

+1M C6 0,1

R5 11K 5 -

6 7

C5 0,005

R6 3K9

OA 2

6

111 LM 349 + V0

c

d RV2 Trebel

R7 3K9

-1M

C7 0,1

Gambar 8. Rangkaian kendali nada Baxandall aktif

Op-amp OA1 berfungsi sebagai penyangga oleh adanya hambatan keluaran yang amat kecil. Penguatan tahap ini adalah sama dengan:

Tahap OA2 adalah untuk pengendali nada, yaitu menguatkan daerah frekuensi rendah (bas) dan bagian frekuensi tinggi (trebel). Untuk bas maksimum maka kontak geser potensometer RV1 harus ada di titik a, dan untuk trebel maksimum kontak geser Rv2 harus ada di titik c. Pada keadaan ini rangkaian kendali nada menjadi seperti pada Gambar 9.

192

ELEKTRONIKA DASAR 2

RV1 100K

R4 10K

R3 10 K C4 (0,05)

OA 2

C5 0,005

+

Vi

V0

R6 3K9

RV2 500K

R7 3K9

Gambar 9. Rangkaian kendali nada baxandall untuk keadaan bas dan trebel maksimum Untuk daerah frekuensi rendah reaktansi kapasitor C4 mempunyai nilai amat besar sehingga dapat dianggap terbuka. Untuk daerah frekuensi ini reaktansi kapasitor C5 amatlah besar sehingga dapat dianggap terbuka, sehingga R 6, RV2 dan R7 tak membentuk umpan balik, sehingga tak berpengaruh pada penguatan adalah kira-kira sama dengan:

Untuk daerah frekuensi tinggi reaktansi kapasitor C 4 menjadi amat kecil sehingga dapat dianggap terhubung singkat, sehingga RV 1 tak lagi berpengaruh terhadap penguatan. Sebaliknya pada daerah frekuensi tinggi reaktansi kapasitor C5 menjadi amat kecil, sehingga dapat dianggap terhubung singkat pula. Oleh karena itu kini R 6, RV2 dan R7 membentuk umpan balik dan penguatan menjadi.

4.1.2 Latihan 1 1)

2)

Beri keterangan mengapa tegangan isyarat yang fihasilkan oleh isyarat rekam dengan frekuensi rendah lebih daripada isyarat dengan frekuensi tinggi. Beri keterangan mengapa tanggapan frekuensi hasil rakaman turun dengan curam pada frekuensi di atas 15 KHz

193

ELEKTRONIKA DASAR 2

3)

Menggunakan sumbu tegak menyatakan penguatan dalam dB dan sumbu horisontal menyatakn frekuensi dengan skala logaritmik, lukiskan bentuk tanggapan frekuensi penguat playback dan beri keterangan

4)

Pada rekaman magnetik orang menggunakan bias, apa maksutnya?

5)

Perhatikan Gambar 3 a. Terangkan apa yang terjadi jika R8 diperbesar b. Terangkan fungsi R9 c. Terangkan fungsi indikator L1 dan C6

6)

Perhatikan gambar 6 a. Terangakan fungsi R5 b. Terangkan apa yang terjadi jika R7 diperbesar

7)

Perhatikan gambar 8 a. Berapa hambatan masukkan seluruh rangkaian? b. Apa yang terjadi jika C5 diperbesar?

8)

Perhatikan gambar 9 Perapa penguat oleh ranngkaian bas pada frekuensi tinggi?

Kunci jawaban latihan 1 1.

Tegangan isyarat dari rangkaian sebanding dengan impedensi kumparan kepala kaset yaitu sebading dengan

oleh sebab itu untuk

frekuensi rendah diperoleh regangan isyarat yang rendah pulah. 2.

Tanggapan frekuensi hasil rekaman turun dengan curam untuk isyarat dengan frekuensi

diatas 15 KHz sebab kemampuan frekuensi tinggi

dibatasi oleh jarak antara fluks dalam pita magnet tidak mungkin lebih kecil dari lebar magnet tidak mungkin lebih kecil dari lebar celah magnet pada kepala kaset 3.

Av dB

0

F(log)

194

ELEKTRONIKA DASAR 2

Isyarat frekuensi rendah

harus diperkuat lebih banyak dari isyarat

frekuensi tinggi sehubungan dengan tanggapan frekuensi dari kepala kaset play back yang lemah pada frekuensi rendah. 4. Isyarat bias digunakan untuk mengatasi sifat tak linier pada lengkung B-H kepala kaset agar tak terjadi cacat bentuk isyarat keluaran. 5. Pada gambar 3 a. Jika R8 diperbesar pada frekuensi tinggi saat C5 mempunyai reaktansi kecil penguap berkurang sebab

10 b. R9

berfungsi

untuk

membuat

prapenguat

rakam

berperilaku

sebagai sumber arus tetap c. Fungsi inductor L1 dan C6 adalah untuk membuat agar isyarat bias tak mempengaruhi kerja op-amp 6. Gambar 6 a. Adalah

untuk memberi

tagangan

panjar pada

op-amp

agar

tegangan dc keluaran sama dengan Vcc b. Kalau R7 diperbesar maka isyarat frekuensi tinggi akan lebih besar penguat

nya

sehingga

bunyi

yang

dihasilkan

akan

banyak

mengandung treble. 7. Gambar 8 a. Hambatan masukan rangkaian adalah Ri =R1 =100K karena masukan tak membalik pada tanah virtual. b. Kalau C5 diperbesar maka tanggapan frekuensi treble mulai bekerja pada frekuensi ang terlalu rendah, maka akibatnya pengurangan penguat pada daerah frekuensi tengah terlalu banyak (lihat gambar).

Av d anggapan 0 Anggapan bas

Gambar 11 tanggapan basis

195

ELEKTRONIKA DASAR 2

8. Lihat gambar

9 pada frekuensi tinggi C3 dan C4 terhubung singkat

maka RV1 terhubung singkat pula sehingga penguat oleh rangkaian bas menjadi.

4.1.3 rangkuman Pada kegitan belajar ini and telah belajar tenatang penerapan op-amp pada pengelahan isyarat kaset kaset

audio. Pada dasarnya kita memerlukan

panguat dengan tanggapan frekuensi terlalu, sesuai dengan tanggapan frekuensi sumber isyarat. Untuk mendapat memahami bentuk tanggapan frekuensi yang diperlukan. Pada penguat rekam dan penguat main ada (play back) kita perlu memahami tanggapan frekuensi kepala kaset dan dasar kerja rekaman manegnetik. Karena

batasan

pada

kecepatan

gerak

pita

kaset

dan

batas

celah

elektromagnetik pada kepala kaset maka penguat rekam dan main ulang berbeda.

Penguat

perekam

dibuat

dengan

tanggapan

frekuensi

yang

memperlebar tanggapan frekuensi pita kaset oleh karana keterbatasan kecapatan gerak pita kaset dan lebar celah elektromagnetik. Penguat main ulang dirancang untuk mengatasi tanggapan kepala kaset yang lemah pada frekuensi rendah oleh karena pada waktu merekam besar fluk yang direkam adalah sebanding dengan

adalah frekuensi sudut

isyarat dan L induksi lilitan kawat pada kepala kaset. Tanggapan frekuensi yang sesuai dengan dihasilkan oleh umpan balik yang mengandung resistor (R) dan kapasitor ( c). Pada kegiatan belajar ini kita juga telah membahas rangkaian rendah pada Baxandall aktif agar music yang dihasilkan dapat diatur kekuatan bas dan trembelnya sesuai dengan selera kita.

196

ELEKTRONIKA DASAR 2

4.1.4 Tes Formatif 1) Prapenguat perekam mempunyai hambatan keluaran yang amat besar Sebab Fluk magnetic

yang tersimpan di dalam pita magnetic sebanding

dengann arus pada kumparan kepala kaset. 2) Isyarat bias mempunyai sifat – sifat berikut a. Frkuensi ultrasonic b. Digunakan untuk playback c. Dimaksudkan untuk mengurangi cacat berbentuk isyarat d. Dimaksudkan untuk mengurangi bising Untuk soal – soal no 3 s/d 5 digunakan gambar 12

+v

C1

74I

10n

R1

1M

R2 -v

22

R3

150

R4

Gambar 12 3)

hambatan masukan penguat adalah a. 22kΩ b. 150KΩ c. 33KΩ d. 1MΩ

4) Pada frekuensi tinggi penguatan adalah: a. 113 b. 220

197

ELEKTRONIKA DASAR 2

c. 333 d. 1003 5) Pada frekuensi rendah penguatan adalah: a. 113 b. 148 c. 333 d. 667 Untuk soal –soal no 6 hinga no 9 gunakan gambar 13 R6 R2

a

C

C5=56n R9

330K R5

330K

10K

P1=100K

a

-

680K

22Alf

4,7n R10 1K8

6)

C10=100p OA2 +

C8

C4 OA1

+

10K 10K

680K R1

R11

C P3 500K

d

R14 1K8

jika saklar S1 ada pada posisi B maka penguatan tahap O A1 adalah: a. 1 kali b. 2 kali c. 3 kali d. 4 kali

7) Pada posisi C maka hambatan masukkan O A1 adalah a. 110 K b. 220 K c. 330 K d. 680 K 8) Jika P1ada pada posisi b maka penguatan pada frekuensi renda adalah a. 100 X b. 10 X c. 1 X 198

ELEKTRONIKA DASAR 2

d. 0,1 X 9. Jika kontak pada P3 ada pada titik

maka pada frekuensi tinggi

peguatan adalah a. 878 b. 500 c. 278 d. 139 4.1.5 umpan balik dan tindak lanjut Cocokkanlah hasil jawaban anda dengan kunci jawaban Tes Formatif 1 yang ada di bagian belakang modul ini. Hitungkah jumlah jawaban Anda yang benar. Kemudian gunakan rumus dibawah ini untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi Kegiatan Belajar 1. Rumus

Arti tingkat penguasaan yan anda capai: 90% - 100% = baik sekali 80% - 89% = baik 70% -79% =cukup 60% - 69%= kurang Kalau

anda

melanjutkan

mencapai dengan

tingkat

kegiatan

penguasaan belajar

2.

80%

Bagus

keatas, !

tetapi

anda bila

dapat tingkat

penguasaan anda masih dibawah 80%, anda harus mengulangi kegiatan belajar 1 terutama bagian yang belum anda kuasai.

199

ELEKTRONIKA DASAR 2

4.2 Kegiatan Belajar 2 PENGUAT DIFERENSIAL DAN PENERAPANNYA 4.2.1

Uraian dan Contoh

4.2.1.1

Pengantar

Pada kegiatan belajar 1 kita telah membahas penerapan op-amp untuk mengolah isyarat audio. Pada dasarnya kita

merancang agar penguat

memiliki tanggapan frekuensi yang tepat sehingga diperoleh suara yang jernih dan mantap. Pada kegiatan belajar ini kita akan membahas penggunakan op-amp untuk mengolah isyarat transduser, yaitu komponen yang mengubah besaran alam seperti suhu, tekanan dan dsb menjadi tegangan listrik. Isyarat yang dihasilkan transduser pada umumnya adalah dc dan mempunyai nilai amat kecil, yaitu pada orde 1 mV atau kurang. Selain itu isyarat transduser merupakan sumber tegangan mengambang, artinya kedua ujungnya berada pada tegangan diatas tanah. Untuk mengolah isyarat transduser diperlukan suatu penguat yang mengolah tegangan dc, dan mempunyai dua masukan mengambang. Agar lebih jelas lihatlah gambar 1

+

A

v

V0

V0=Av Vab =Av(Va-Vb)

Gambar 1 Penguat mengolah isyarat berapa tegangan dioda (dc) dengan kedua ujung deoda mengambang ( tak berada pada tegangan tanah ). Penguatan semacam ini disebut penguat selisih atau penguat diferensial. Pada kegiatan

200

ELEKTRONIKA DASAR 2

belajar

ini

kita

akan

mempelajari

rangkaian

penguat

difensial

dan

penerapannya untuk membuat thermometer elektronik dan milivoltmeter ac 15 4.2.1.2 Penguat diferensial Penguat diferensial mempunyai dua masukan dan satu keluaran, seperti pada gambar 2.

AV,d Vi 1

V 0 = Av,d(Vi 1-Vi 2) Vi 2

Gambar 2 Penguat diferensial Penguat diferensial dinyatakan sebagai AV,d yang memberi hubungan antara tegangan isyarat keluaran dan selisih tegangan isyarat masukan, Δ Vi = Vi

1

- Vi

2,

Yaitu

V0 = AV, d (Vi 1 - Vi Kalau VI 1 = Vi = Vi

2,

2

2)

tentunya V0 = 0. Namun dalam kenyataan nya walauipun VI 1

V0 ≠ 0.

Isyarat yang terhubung pada kedua masukan disebut isyarat modus bersama dan

tegangan

isyara

masukan

dinyatakan

sebagai

V i,CM,

dengan

CM

menyatakan common-mode(modus bersama). Contoh isyarat modus bersama adalah isyarat dengung oleh radiasi tegangan PLN, isyarat gangguan dari radio CB, dan sebagai nya. Penguatan untuk modus bersama dinyatakan sebagai AV,CM, Yaitu V0 = AV,CM V1,CM

201

ELEKTRONIKA DASAR 2

Secara ideal AV,CM harus lah sama dengan nol. Namun dalam kenyataan nya AV,CM

mempunyai jarak lebih kecil dari satu, jadi tak sama dengan nol.

Perbandingan antara penguatan diferensial dan penguatan modus bersama yaitu

Menyatakan kemampuan penolakan modus bersama.

Sehubungan dengan ini orang menggunakan tabel – nisbah penolakan modus bersama ( common-mode rejection ratio), yang didefinisikan sebagai

CMRR(Db) = 20 log Sebagai contoh, nilai CMRR = 80 dB sudah termasuk bagus. Untuk nilai ini

CMRR = 80 Db = 20 log

Yang berarti :

jadi misalkan

maka

kita dapat membuat suatu penguat

diferensial dengan menggunakan op-amp seperti pada gambar 3. Tegangan masuk diferensial Vid= Vi1- Vi2

Jika R1 =R3 dan R2= R4 maka didapat bahwa diferensial adalah R1,d = 2R1

=-

Hambatan masukan

R2 R1

Vi d R3 Vi 1

V0

R4 Vi 2 Gambar 3

Agar CMRR mempunyai nilai yang tinggi maka isyarat R 1 = R3 dan R2 = R4 Harus

benar-benar

dipenuhi.

Untuk

itu

perlu

digunakan

resitor-

resistor,presisi, yaitu toleransi 1%. Rangkaian penguat diferensial diatas mempunyai penguatan yang tetap, sebab apabila kita ingin mengubah

202

ELEKTRONIKA DASAR 2

penguatan dengan merubah R1, maka R3 harus diubah juga, agar nisbah penolakan modus bersama (CMRR) mempunyai nilai yang besar. Untyk mengatasi ini rangkaian pada gambar 3 ditambah satu tahap di bagian depannya seperti gambar 4.

1M

R1

R2

A1

R6

A3 Vi.d

V0 1M

A2 R4=R2

R7

Gambar 4 Rangkaian penguat instrumentasi

Penguatan diferensial selruh nya menjadi Keuntungan menggunakan tahap A1

dan

A2

adalah bahwa penguatan dapat

diubah melalui CMRR. Selaian itu hambatan masukan dapat dibuat amat tinggi dengan menggunakan

op-amp dengan masukan JFET seperti

misalnya LM 357 untuk A1 dan A2. Untuk rangkaian pada gambar 4 hambatan masukan adalah: R1,d = R6 + R7 Rangkaian penguat pada gambar 4 disebut rangkaian penguat instrumentasi yang sering memperkuat isyart transduser.

203

ELEKTRONIKA DASAR 2

4.2.1.3 Termometer Elektronik Rangkaian pada gambar 5 dapat digunakan untuk membuat termometer elektronik VCC:7,1V IN4148 V+:15V 6KB 3,5V

R6 3 2

4 A1

R14 100K

C A2 100K

1

Q

11

1K-2K8 R2

6KB R7

R10 R8

R12 A4

P3

470 100K

6KB

R17 100K

R13

R18 2K2

A3

1K8 d

R15 100K

R16 100K

(Gambar 6) A1, A2, A3, A4 : LM 324, Transistor Q = BC 109 -

Gambar 6 Rangkaian termometer elektronik

Op-amp A1, A2, A3, A4 seluruhnya ada di dalam satu IC LM 324 yang berisi empat buah op-amp. Penguat A2, A3, dan A4 membentuk penguat

Instrumen dengan penguatan

=

yang mempunyai nilai 80

higga 200 kali. Sebagai sensor suhu digunakan dioda D4 yaitu dioda isyarat biasa dari jenis IN 4281. Untuk daerah suhu tertentu, yaitu dari 0 0C hingga sekitar 500Cada hubungan linier antara tegangan dioda dengan suhu, jika pada dioda dialiri arus tetap( lihat gambar 7)

204

ELEKTRONIKA DASAR 2

T2 1D

T1

T3 I0 = Arus tetap

V1

VD

V2 V3

Gambar 7 tegangan Dioda Berubah terhadap suhu Agar lebih jelas, rangkaian transduser suhu dilukiskan lagi pada gambar 8.

VCC:7,1V R6 6KB

D

R7

b R8

I0 6KB

Gambar 8

Tegangan pada titik a adalah Va =

VCC =

= 3,55 V

Vb = Va=3,55 V, akibatnya arus yang melalui R8 adalah: I0 =

=

tidak sama 0,5 Ma Karena masukan op-amp mempunyai hambatan amat besar, maka arus I. sebagian besar, maka arus I sebagian besar berasal dari arus kolektor, transistor q maka dioda akan dialiri arus tetap. Kembali ke gambar 6 maka tegangan masukan diferensial adalah:

205

ELEKTRONIKA DASAR 2

Vid =V0-Vd Dengan VC = α VCC dan Vd = VCC – Vd. Sehingga Vid = VC- Vd = α VCC – (VCC- Vd(T)) Vid=AVd (T) – (1- α) VCC Dengan Vd(T) adalah tegangan dioda yang berubah dengan suhu. Dengan mengubah α mengubah α melalui potensiometer P 2 kita dapat membuat agar V1d = 0 untuk suatu nilai suhu. Selanjutnya V0 = -Av,d Vid = - Av,d (VDG)-(1-α ) Vcc) V0 = Av,d ((1- α) Vcc-VD((T)) Sebagai pendekatan dapatlah digunakan hubungan VD(T) tidak sam (A –BT) Sehingga VO = AV,d ((1- α) Vcc+BT – A). Dengan memilih ( 1- α) Vcc = A maka kita peroleh V0 yang dibanding lurus dengan.suhu.

4.2.1.4 Milivolter AC Kebanyakan voltmeter ac bekerja untuk isyarat tegangan bolak balik yang besar, yaitu diatas 1 V. C1

+V

a

A1 R1

R4 -V D4

D1 C D2

D3

R3

+V

+V A2

R4

Q -V

dR 4 = R 3 R6

A 1 = A 2 = LF 330

R7

v0 1M

206

ELEKTRONIKA DASAR 2

Selain itu voltmeter ac biasanya tak dapat digunakan untuk untuk mengukur tegangan isyarat ac untuk frekuensi diatas 1 KHz. Suatu multimeter ac yang dapat mengukur isyarat dari nilai sekitar mV hingga V amat berguna untuk menguji rangkaian penguat alat yang biasa digunakan untuk alat ini adalah osiloskop, namun osiloskop mahal hargannya. Selama isyarat kita berbentuk sinusoida, seperti yang biasa digunakan untuk menguji penguat, kita dapat menggunakan milivolter ac. Suatu milivolter ac harus mengandung suatu penyearah, untuk membuat tegangan bolak-balik menjadi tegangan searah. Seperti kita tahu dioda silikon memiliki tegangan potong sebesar 0,6V. dibawah nilai ini dioda mempunyai hambatan amat besar, sehingga kalau digunakan utuk menyearahkan tegangan bolak-balik kurang dari 0,5 V tegangan keluaran sama dengan nol. Untuk mengatasi ini digunakan op-amp. Salah satu bentuk rangkaian yang dapat digunakan adalah seperti pada gambar 9. Dengan memasang jembatan D1, D2,D3, dan D4 Di dalam lingkaran umpan balik maka tegangan umpan balik yang kecil yaitu dibawah 1mV dapat dibuat nya searah Karna tegangan teanagn titik a sama denga titik b, maka arus isyarat yang mlalui R1, dioda D1-D4 dan R2 ditentukan oleh R3. tegagan dc yang dihasilkan pada resistor R2 diperkuat oleh penguat diferensial A2 kemudian diubah menjadi arus yang diukur oleh miliam permeter M. untuk miliampermeter dengan kepekaan 100 Ma arus keluaran op-amp A2 Harus deperkuat dengan transistor Q. perhatikan bahwa transistor q ada di dalam lingkaran umpan balik. Besar arus I yang melalui R2adalah sama dengan I=

Sehingga beda tegangan VCD = Vc-Vd = -1 R2 = -

. V1

oleh penguat diferensial tegangan ini diperkuat lagi menjadi

V0

=-

VCD= +

. V1

207

ELEKTRONIKA DASAR 2

4.22 1)

Latihan 2 Suatu penguat diferensial mempunyai penguatan difernsial sebesar 100X dan CMRR = 80 Db. Aapabila isyarat masukan modus bersama adalah 10V hitung keluaran untuk isyarat ini.

2)

Pada Gambar 3, buktikan bahwa jika penguatan diferensial sama dengan

3)

Av , d  

dan R1  R2 maka

R2 R1

Pada Gambar 4 buktikan bahwa penguatan oleh tahap A1 dan A2 adalah

4)

R1  R3

R3  R5 R1

Av  1 

Pada Gambar 6 a. Apa fungsi P2 b. Tentukan penguatan maksimum dan minimum oleh penguat diferensial c. Ceritakan bagaimana dioda digunakan sebagai sensor suhu d. Tentukan arus yang melalui diode D

5)

Gambar 9 a. Hambatan masukan penguat b. Mengapa

R6

dibuat variabel ?

c. Kalau diinginkan agar untuk isyarat 10 mVac dihasilkan arus tegangan

Vcd  1V

dengan R2  1k tentukan nilai

R8

Kunci Jawaban Latihan 2 1)

Av ,d  110 X  20 log 100  40 dB CMRR  20 log

Av ,d Av ,CM

CMRR  20 log Av ,d  20 log Av ,CM Jadi :

208

ELEKTRONIKA DASAR 2

80 dB  40 dB  20 log Av ,CM Av ,CM (dB)  80 dB  40 dB  40 dB Av ,CM  20 log Av ,CM Akibatnya

Jika

Av,CM  40dB  102

Vi ,CM  10V

10V  0,1V 100

maka V0,CM 

2) R1

a

R4

V1 I1 0

-

0

+

b V2

0

0

R1

V0 R4 I2

(

)

209

ELEKTRONIKA DASAR 2

3) +

V 01

0

0

0

Vi1

0

R3

R4

R5 Vi2

0

-

0

0 0

+

V 02

Kedua masukan op-amp dalam Keadaan terhubung singkat Sehingga :

(

)

(

)(

)

4) a. Fungsi P2 adalah untuk membuat agar pada suatu nilai suhu (misalya 00C) tegangan keluaran menjadi model. b. Arus yang melalui diode D adalah

c. Dioda dapat digunakan sebagai transduser suhu oleh karena pada tegangan maju, tegangan dioda berubah dengan waktu. 5) Gambar 9 a. Hambatan masukan penguat adalah R1 = R2 b. R6 dibuat variabel agar CMRR sebesar mungkin. c. Arus

Vcd  IR 2 

10 mV 1k   10V R8

R8

210

ELEKTRONIKA DASAR 2

Agar  Vcd  1V

maka

1V 

10V R8

R8  10  4.2.3 Rangkuman Pada kegiatan belajar ini anda telah belajar tentang penerapan opamp untuk mengolah isyarat diferensial, dan penerapannya pada rangkaian termometer elektronik dan milivoltmeter ac. Hal yang harus diperhatikan sehubungan dengan penguat diferensial adalah yang disebut penolakan modus bersama. Isyarat semacam ini misalnya disebabkan oleh dengung PLN atau gangguan radio cb. Gangguan-gangguan ini

amat

besar

artinya

untuk

isyarat-isyarat

dari

transduser

suhu

(termokopel), transduser biomedis, transduser getaran, dan sebagainya. Kita

juga

telah

membahas

rangkaian

penguat

instrumentasi

yang

menggunakan op-amp, yaitu penguat diferensial dengan penguatan yang dapat diubah tanpa mempengaruhi CMRR. Kita terapkan pengertian-pengertian kita tentang penguat diferensial untuk membahas 2 alat penting, yaitu thermometer elektronik dan milivoltmeter ac. Termometer elektronik dapat digunakan untuk pengukuran dengan tegangan suhu yang cepat, dan dapat dikaitkan dengan pengukuran data oleh computer. Milivoltmeter ac dapat dikembangkan sebagai alat uji ukur elektronik untuk menguji penguat atau isyarat-isyarat lain yang lemah. Kedua alat ini hanyalah sekedar contoh penerapan op-amp yang dapat dimanfaatkan di sekolah-sekolah menegah.

211

ELEKTRONIKA DASAR 2

4.2.4 Tes Formatif 2 Untuk soal-soal no.1 hingga no.8 gunakan gambar 12 C2

330 n

R14 R 12 560 k

560 k

-

0

0

0

+

A4

0

c D1

D2 R10

R1 IM8

R2 IM8

D4

0,2 v +

0

b

0

a

0

0

P3

-

R15

390k

R13 560 k

R9

330 n

D3 d

I

V1

C1

10 k

250 k

0

0 0

R3 100 k

-

1M

R8

0

+ A2

R11 +

100 k

R7

1) Tegangan pada titik a adalah a. 0,2 V b. 0,1 V c. 0,02 V d. 0,01 V e. 0,005 V 2) Tegangan pada titik b adalah a. 2,2 V b. 2,0 V c. 0,22 V d. 0,20 V e. 0,022 V 3) Besar arus I adalah a. 2,2 mA b. 2,0 mA c. 0,22 mA

212

A3

Polaritas

ELEKTRONIKA DASAR 2

d. 0,20 mA e. 0,022 mA 4) Besar

adalah

a. 2,2 V b. 2,0 V c. 0,22 V d. 0,20 V e. 0,022 V 5) Tegangan

adalah

a. 2,2 V b. 0,22 V c. 0,20 V d. 2,0 V e. 0,022 V 6) Potensio P3 digunakan untuk : a. Memperbesar penolakan terhadap isyarat diferensial b. Memperbesar terhadap penolakan isyarat bersama c. Memperkecil penolakan terhadap isyarat diferensial d. Memperkecil penolakan terhadap isyarat modus bersama e. Untuk memberi panjar tegangan 7) Tegangan pada polaritas adalah a. 0 V b. 2,2 V c. 6 V d. 6,6 V e. 12 V 8) Pengaruh kapasitor

adalah

a. Untuk menghindari osilasi b. Memperlebar tegangan frekuensi c. Mempersempit tanggapan frekuensi d. Menghindarkan dengung

213

ELEKTRONIKA DASAR 2

4.2.5 Umpan Balik dan Tindak Lanjut Cocokkanlah hasil jawaban anda dengan Kunci Jawaban Tes Formatif 2 yang ada di bagian belakang modul ini. Hitunglah jumlah jawaban Anda yang benar. Kemudian gunakan rumus dibawah ini untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi Kegiatan Belajar 2. Rumus :

Tingkat penguasaan =

Arti tingkat penguasaan yang anda capai : 90 % - 100 %=

baik sekali

80 % - 89 % =

baik

70 % - 79 % =

cukup

- 69% =

kurang

Kalau Anda mencapai tingkat penguasaan 80 % ke atas, Anda dapat melanjutkan

dengan

kegiatan

Belajar

3. Bagus

!

Tetapi

bila

tingkat

penguasaan anda masih dibawah 80 %, Anda harus mengulangi Kegiatan Belajar 2 terutama bagian yang belum Anda kuasai.

214

ELEKTRONIKA DASAR 2

4.3

Kegiatan Belajar 3

PENERAPAN OP-AMP UNTUK PENGATURAN TERAPAN 4.3.1 Uraian dan Contoh 4.3.1.1 Pengantar Pada modul 2 kita telah belajar tentang pengaturan tegangan dengan diode zener, dan pada modul 3 kita telah belajar tentang pengaturan tegangan menggunakan rangkaian pengikut emitor. Pada tegangan bagian ini kita akan membahas penerapan op-amp untuk mengatur tegangan. Rangkaian ini memungkinkan kita membuat catu daya dengan pengaturan untuk tegangan keluaran yang dapat diubah (variabel). Dengan memahami cara kerja rangkaian kita mudah untuk memahami berbagai rangkaian pengatur tegangan yang ada di dalam literatur. Selain itu dengan memahami kerja op-amp kita akan dengan mudah memahami rangkaian

pengatur

tegangan

yang

menggunakan

rangkaian

diskrit

(transistor). Keuntungan lain adalah kita dapat mengubah suatu rangkaian untuk daerah tegangan yang lebih lebar dan kemampuan arus besar. 4.3.1.2 Pengatur Tegangan OP-AMP Dua rangkaian dasar yang umum dipergunakan orang ialah pengatur tegangan pengikut tegangan dan pengatur tegangan lingkar tertutup (closedloop). Kedua pengatur tegangan di atas tak lain adalah rangkaian penguat opamp tak membalik yang menggunakan penyangga. Pengatur pengikut tegangan tak lain adalah suatu penyangga dengan penguatan tegangan sama dengan satu, dan pengatur lingkar tertutup tak lain adalah penguat tak membalik dengan penguatan tak sama dengan satu. Rangkaian pengatur pengikut tegangan adalah seperti pada Gambar 1.

215

ELEKTRONIKA DASAR 2

+ V ref

+Vcc +V

RV

OA

R’v

Q I0 -V

R1

V0

R2

Hubungan antara isyarat keluar dan isyarat masukan pada rangkaian di atas adalah seperti pada gb.2 Gambar 2

1 MV Vo + VCC

-VCC 0 Tampak bahwa disekitar tegangan ambang Vb ada suatu jendela nilai tegangan masukan sebarang (m V). ini berarti ada derau menumpang di atas tegangan Vi maka pada keluaran akan terjadi pula tegangan -Vcc yang dapat mengganggu kerja rangkaian berikutnya. Agar ini tak terjadi kita perlu membuat agar jendela di sekitar ambang mempunyai nilai besar dan dapat diatur. Untuk ini digunakan rangkaian di bawah.

216

ELEKTRONIKA DASAR 2

Gambar 3

+ VCC

-

Vi

Vo

+ -VCC

R2 R1

Gambar a

gambar b

Dapat ditunjukkan bahwa nilai |

|

|

|

Dalam hal op-amp yang digunakan tegangan catu + Vcc dan –Vcc, maka |

|

|

|

sehingga

nilai tegangan ambang adalah 4.3.1.3. Osilator picu Schmitt Rangkaian picu Schmitt seperti di atas dapat digunakan untuk membuat osilator, yaitu rangkaian yang menghasilkan isyarat tegangan persegi. Rangkaian yang digunakan adalah seperti pada gambar 4. Gambar 4.

R

-

+ VCC

A +

C

-VCC

R2

Vo

R1

217

ELEKTRONIKA DASAR 2

Gambar a

Gambar c Pada saat mulai diberikan daya kapasitor masih kosong, yaitu V B = + VCC. kapasitor akan diisi muatan dengan tetapan waktu RC. Setelah tegangan pada kapasitor mencapai ambang atas, yaitu

, maka keluaran VO akan

segera menjadi -VCC. kapasitor akan membuang muatan keluaran dengan tetapan waktu RC lagi. Ini berlaku selama | | masih segera setelah Vi melampaui tegangan ambang VO akan berubah lagi menjadi +VCC, dan seterusnya. Demikian dan seterusnya, sehingga terjadi isyarat keluaran berupa tegangan segitiga. Pada kapasitor akan terjadi isyarat-isyarat berupa segitiga. Frekuensi isyarat keluar adalah 4.3.1.3 contoh penerapan Pernatikan rangkaian berikut Gambar 5

+12V

-

Vi

+ -12 V

R2 10 R

Vo

R1 2R 6V 218

ELEKTRONIKA DASAR 2

a. Lukis histeresis yang terjadi pada hubungan antara VO dan Vi. b. Andaikan ada isyarat masukan berbentuk sinisoida dengan amplitude 9 V. lukiskan bentuk isyarat keluarannya. Penyelesaian a. Bentuk histeresis antara VO dan Vi Gambar 6

Vo + VCC o 3V

-VCC

5V

7V

Vi

b. Gambar 7

V 9V 7V 5V 3V 0

t

Vo +12V 0

t

-12V

219

ELEKTRONIKA DASAR 2

Contoh 2 Perhatikan rangkaian berikut Gambar 8

10 R 10 R

Vi

R2 + VCC -

R1

+

5R R3 Vo

- VCC

5v

a. Tentukan VO maks dan VO min. b. Tentukan nilai Vi yang membuat VO = V maks. c. Tentukan nilai Vi yang membuat VO = V min. d. Lukis bentuk isyarat keluaran kalau ada isyarat periodok dengan amplitude lebih dari 5 V Penyelesaian a. VO maks = + 5 V VO min = - 5 V b. VO = VO maks =+ 5 V apabila Va > Vb atau Va > 0

Va > 0 apabila (

)

Atau VO maks

220

ELEKTRONIKA DASAR 2

Atau Vi > c. VO min =- 5 V apabila Va < Vb atau Va < 0 (

Dalam hal ini

Atau

)

(

)

Gambar 9

Vi +5V 0

t

-5V

Vo +5V 0

t

-5V

4.3.2 Latihan 3 Untuk soal-soal nomor 1 hinggan nomor 3 gunakan ganbar 10 Gambar 10 -

+10V

Vs=Vsp.cos wt +

-10V Vi

R2= 1R

Vo

R1=1R A

221

ELEKTRONIKA DASAR 2

1. Rangkaian diatas adalah a. Suatu penguat dengan penguatan 9 kali. b. Suatu penguat dengan penguatan 10 kali. c. Mempunyai isyarat keluaran berbentuk persegi. d. Mempunyai isyarat keluaran berbentuk segitiga. 2. Mempunyai dua ambang V1 dan V2 a. V1 = 0 dan V2= +9 b. V1 = -9 dan V2= +9 c. V1 = -1 dan V2= +1 d. V1 = 0 dan V2= +1 3. Kalau diinginkan agar terjadi histeresis seperti pada gambar 11, maka A harus dilepas dari tanah dan diberi tegangan sebesar… Gambar 11

Vo +10V 2V

0

Vi

4,5V -10V

a.

10 V

b. 9 V c. 6 V d. 5 V 4. Pada rangkaian berikut lebar histeresis

dan tegangan ambang V a

adalah Gambar 12

-

+10 V

+V

Rs

0

+

Vs

Vi

-10 V

Vo Va -V

222

ELEKTRONIKA DASAR 2

a.

= 20 V

V a= 0 V

b.

=0V

V a= 0 V

c.

= 10 V

V a= 10 V

d.

=0V

V a= 10 V

5. Pada rangkaian berikut Gambar 13

12V -

Rs +

Vs

-12V

Vs=Vp cos wt

100R

20R

1R

2R

Vo

VO mempunyai bentuk dan nilai tegangan puncak ke puncak sebagai berikut: a. Sinusoida, Vpp= 24 V b. Persegi, Vpp= 24 V c. Sinusoida, Vpp= 16 V d. persegi, Vpp= 16 V Jelas bahwa op-amp OA, bekerja sebagai suatu penguat tak membalik dengan penguatan sama dengan satu. Transistor Q dipasang agar rangkaian mampu menyampaikan arus I0 yang besar. Untuk rangkaian di atas, tegangan keluaran adalah

Suatu rangkaian nyata yang menggunakan prinsip di atas adalah seperti pada

223

ELEKTRONIKA DASAR 2

Vcc

2

+18

R1 1K2 Rref

3

+

7

741

2

12V

R2 10 K RV

+ C1 10 F 15 V

-

6

Q1 : 2N3704

4

R3 1K2

-9V

V0 :0-12V

Gambar 2 Perhatikan bahwa sebagai rangkaian acuan digunakan dioda zener. Pembagi tegangan R2 tak terbebani oleh op-amp sebab arus masukan op-amp amatlah kecil. Kapasitor C1 digunakan untuk menghilangkan tegangan riak. Perhatikan bahwa suatu tegangan op-amp adalah antara -9V dan +18V. Catu negatif diperlukan agar pada masukan OV transistor di dalam op-amp 741 dapat bekerja. Bentuk pengatur tegangan yang kedua adlah sebagai penguat tak membalik dengan kekuatan tak sama dengan satu. Prinsip kerja rangkaian adalah seperti pada gambar

+Vcc

+

R1 Vref

V0

R2

Gambar 3

224

ELEKTRONIKA DASAR 2

Jelas bahwa tegangan keluaran (

)

Ini berarti bahwa V0 tak mungkin kurang dari Vref Suatu contoh rangkaian praktis yang menggunakan prinsip di atas adalah pada gambar 4. +40-45 V R1 1K

R2 10K 3 2 R3 3K9

+ -

7

Q2

R5 470

2N3055

Q1

4

Q2 Q3

2D1 33V

2D2 6,8 V

R9 2N3704

0.6 V R6 10K

R4 2K7

V0=3-30V 0-1A

R7 470

R8 1K

Gambar 4 Pada rangkaian ini dioda zener ZD1 digunakan untuk memberi catupada opamp, sedang dioda zener ZD 2 adalah untuk menghasilkan tegangan acuan setelah diperkecil lagi oleh pembagi tegangan R 3 dan R4. Transistor Q3 digunakan sebagai pelindung terhadap transistor Q 2. Jika aru keluaran adalah I0 maka akan terbentuk beda tegangan sebesar I0R9 antara basis dan emitor Q3. Jika I0R9 > 0,6 V maka transistor Q3 akan saturasi, sehingga transistor Q1 tak dapat arus basis sehingga terputus. Akibatnya tegangan keluaran akan turun oleh karena arus harus melalui transistortransistor yang ada dalam keadaan terputus.

225

ELEKTRONIKA DASAR 2

4.3.1.3 Pengatur Arus Tetap Pada pemakaian tertentu kita memerlukan sumber arus tetap. Suatu contoh adalah

pada

rangkaian

termometer

elektronik

yang

telah

kita

bahas

terdahulu. Penggunaan lain adalah untuk mengukur hambatan untuk membangkitkan medan magnet, untuk membuat agar motor kaset atau motor yang lain berputar dengan kecepatan tetap. Secara prinsip kerja satu bentuk rangkaian sumber arus tetap adalah seperti pada gambar 5

Gambar 5 Karena kedua masukan op-amp terhubung singkat maya maka tegangan pada titik a adalah sama dengan tegangan masukan, yaitu : = Sehingga

= =

Rangkaian pada gambar 5 menyedot arus melalui beban. Rangkaian pada gambar 6 menghasilkan arus melalui hambatan beban. Gambar 6

226

ELEKTRONIKA DASAR 2

Karena tegangan pada titik a adalah sama dengan =

maka arus

=

Rangkaian ini merupakan sumber arus tetap karena nilai arus bergantung pada hambatan beban (

tak

) yang di pasang

4.3.2 Latihan 3 1)

pada gambar 2, tentukan arus yang mengalir pada dioda zener

2)

pada gambar 2, jika pengusap RV tepat ada di tengah dan arus panjar masukan 741 adalah 1 MA, tentukan tegangan pada masukan op-amp dengan memperhatikan pembebanan oleh op-amp

3)

pada gambar 2, jika arus keluaran adalah 100 mA berapa daya yang hilang pada transistor jika pengusap RV tepat di tengah?

4)

pada gambar 4 apa yang harus di lakukan agar batas bawah tegangan keluaran menjadi 1,5V?

5)

pada gambar 4, jika

tepat ditengah dan

= 0

, tentukan

tegangan keluaran ? 6)

pada gambar 5, andaikan

= 100 Ω, dan

= 5V, dan R1 = 10Ω, dan

Vcc = 60V. Tentukan : a. Arus Ic b. VCE c. Daya disipasi pada transistor Q. Kunci Jawaban Latihan 3 1) Arus yang mengalir pada dioda zener adalah = 2) Dengan mengusap RV ada di tengah-tengah, maka rangkaian dioda zener menjadi

227

ELEKTRONIKA DASAR 2

Vcc=18V

Vcc=18V

RV1 5K

Vref 1µA + -

RV2 5K

(a)

R0 =RV1//RV2 =2,5 kΩ

I Vi 1µA

6V+

(b) a. Rangkaian dioda Zener b. Rangkaian Thevelin Vi

= єTh – R0 I = 6 V – (2,5 x 103 Ω) (10-6A) = 6 V – 2,5 x 10-3 = 5,9975 V

3) jika arus keluaran adalah 100 mA berapa daya hilang pada transistor Q 1 Dengan pengusap RV tepat di tengah maka No = 6 V0 = Ve VCE = Vcc – VE = 6 V Dengan arus keluaran Io = Ic = 100 mA Maka daya disipasi adalah P = Io VCE = 0,6 watt = 600 mW

228

ELEKTRONIKA DASAR 2

4) pada gambar 4 agar batas bawah tegangan keluaran menjadi 1,5 V maka masukkan op-amp juga harus 1,5 V. Yaitu Andaikan R3 = 3 k9 maka R4 . VZD2 = (1,5) (R3 + R4) R4 x 6,8 = 1,5 R3 + 1,5 R4 R4 x 5,3 = 1,5 R3

Jadi agar batas bawah menjadi 1,5 V ganti R4 dengan nilai kira-kira 1,2K 5)

pada gambar 4 jika R8 = 0Ω Maka V0 =

X1+

Dengan R61=R62= R6=500Ω =

(

)

=2,8 x ( 1+

) = 2,8 x 1x

= 5,32V 6)

a. Arus I0 =

=

b. VCE = Vcc – I0.RL = 60V – (0,5A) (100Ω)=10V c. Daya disipasi pada transistor Pdi5 = I0 . VCE = (0,5) (10V) = 5W 4.3.3 Rangkuman Pada kegiatan belajar ini anda telah belajar tentang penerapan op-amp untuk pengaturan tegangan dan pengaturan arus. Pengaturan tegangan dengan op-amp ini tak lain adalah penguat tak membalik

menggunakan

penyangga

dengan

masukan

tegangan

dc

acuan.penyangga di perlukan guna menompang arus dc keluaran yang besar. Pengatur tegangan pengikut tegangan tak lain adalah penguat tak membalik dengan penguatan satu. Ini tak lain adalah perkembangan dari pengatur tegangan pengikut emitor pada pengatur tegangan distrit (tanpa IC).

229

ELEKTRONIKA DASAR 2

Pengatur tegangan yang di kenal sebagai pengatur lingkar tertutup (closed loop regulator) tak lain adalah penguat tak membalik dengan masukkan tetap (dc) dan penguatan variabel. Dengan cara ini anda akan mudah mempelajari kerja rangkaian pengatur tegangan mana saja. Seringkali diperlukan sumber arus tetap, seperti pada elektromagnet, pada pengukuran hambatan, dan pada pengukuran suhu dengan dioda, untuk menyalakan LED dengan intensitas tetap di 6. Kita telah memahami bagaimana kita membuat sumber arus tetap dengan menggunakan op-amp. Prinsip dasar yang digunakan disini hanyalaj bahwa kedua masukan op-amp selalu ada dalam keadaan hubung tingkat maya.

230

ELEKTRONIKA DASAR 2

4.3.4 Tes formatif 3 Unsur soal – soal no. 1 s/d no. 5 gunakan gambar 8

+30v R1

R2 + -

20mA

-

470

+

R1

Q1

R3 1K2

ZD ZDz

10mA 12y

Q2

Q3 10mA

4,8V

R5 R4

0,3 IL

1K2

R6

10K Vo RL

R7

1)

1k

Nilai R1 sesudah ( nilai terdekat ) a. 250 Ω b. 560 Ω c. 750 Ω d. 820 Ω

2) Tegangan pada masukan tak membalik adalah : a. 4,8 V b. 3,6 V c. 2,4 V d. 1,2 V 3) Tegangan keluaran V0 adalah : a. 2,4 V b. 4,8 V

231

ELEKTRONIKA DASAR 2

c. 2,4 V d. 26,4V 4) Jika arus keluar I1 = I A daya di sipasi Q : a.

1,1 W

b.

2,4 W

c.

3,2 W

d.

4,8 W

5) Arus maksimum untuk repulator diatas adalah : a. 0,3 A b. 0,6 A c. 1 A d. 2 A

Untuk soal no 6 hingga no. 8 gunakan gambar 9.

+12v

RL R1

+

R2

10Ω

20k

Q

a

10k

R3

50Ω

gambar 9 6) Tegangan pada emisator transistor Q adalah : a. 1 V b. 2 V c. 3 V d. 4 V

232

ELEKTRONIKA DASAR 2

7) Arus yang mengalir pada R1 adalah : a. 40 mA b. 60mA c. 80mA d. 100mA 8) Daya di sipasi pada transistor Q adalah: a. 8 W

c. 3,60 W

b. 10 W

d. 5,76 W

4.3.5 Umpan Balik dan Tindak Lanjut Cocokanlah jawaban anda dengan kunci jawaban tes formatif 3 yang ada di bagian akhir modul ini, dan hitunglah jumlah jawaban anda yang benar. Kemudian gunakan rumus di bawah ini mengetahui tingkat penguasaan anda dalam kegiatan belajar 3. Rumus :

Arti tingkat penguasaan yang anda capai 90%

s/d

100%

= baik sekali

80%

s/d

89%

= baik

70%

s/d

79%

= cukup

< 69% Kalau

anda

= kurang

mencapai

tingkat

penguasaan

80%

ke

atas

anda

dapatnmelanjutkan dengan kegiatan belajar selanjutnya. Tetapi kalau nilai anda dibawah 80% anda harus mengulangi kegiatan belajar 3.

233

ELEKTRONIKA DASAR 2

5. Kunci Jawaban Tes Formatif 5.1 Kunci Jawaban Tes Formatif 1 1) a Keterangan : Penguat dengan hambatan keluaran amat besar bersifat sebagai sumber arus tetap. 2) b Keterangan : fbias 25 kHz digunakan untuk mengurangi cacat karena lengkung B(H) pada bahan magnet pada pita tidak linier. 3) d Rin→ = 1 MΩ 4) d Pada frekuensi tinggi sekali C mempunyai reactansi amat kecil sehingga penyusutan adalah :

5) b pada frekuensi rendah C terbuka ( tak dilengkapi arus isyarat ), maka penyusutan

6) a

7) d R1 = R1 = 600 K 8) d

9) c

234

ELEKTRONIKA DASAR 2

Sehingga :

–

4) Melalui (

)

(

)

C1 = 6

y = x2 – 2x3 + 6x – 2

C2 = -2

5) y = ex + c melalui ( 0,4 ), 4 = e0 + c → c = 3 y = ex + 3 4.4.3

Rangkuman

Integrasi dengan mengubah variabel , jika diumpamakan x =

∫ ( ) ∫ ( )

∫ ( ( ))

( ), maka

()

Biasanya lebih mudah mengumpamakan t = 4.4.4

( )

Tes Formatif 4

1) ∫

a. b. 2 c.

2

d.

2

e. Semua jawaban benar 3) d tegangan keluaran V0 (

)(

)

4) c VCE = 30 V – 26,8 V = 3,2 V IC = 1A

235

ELEKTRONIKA DASAR 2

Pdiss = VCE IC = 3,2 W 5) d

6) d keterangan

7) c

8) d keterangan Pdiss = VCE IC VCE = VCC – I R2 - VE = 12 V – ( 80 mA ) (10) – 4V = 12 V – 0,8 V – 4 V = 7,2 V Pdiss= (7,2 V) (80 mA) = 5,76 w.

5. referensi Dennis Bohn, Audio Handbook, National Semi Conductor Coorporation, 1980. __________, Elector : 301 Circuits Sutrisno, Elektronika ; Dasar – Dasar dan Penerapanya , Penerbit ITB (akan terbit).

236