LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKA 7.doc

LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKA MERANGKAI DAN MENGUJI OPERASIONAL AMPLIFIER UNIT : VI

NAMA

: REZA GALIH SATRIAJI

NOMOR MHS

: 37623

HARI PRAKTIKUM : SENIN TANGGAL PRAKTIKUM : 3 Desember 2012

LABORATORIUM ELEKTONIKA DASAR JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA

2012 I.

Pendahuluan a. Tujuan

Pada praktikum ini akan dilakukan perangkaian dan beberapa percobaan pada penguat operasional atau biasa disebut dengan Op-Amp yang memiliki nomor seri LM 741. Adapun tujuan daripada praktikum ini adalah untuk meneliti berbagai macam fungi dari OpAmp tersebut. Maka akan dilakukan beberapa percobaan sebagai berikut : - Penguat Tak Membalik (Non Inverting Amplifier) - Penguat Membalik (Inverting Amplifier) - Penguat Beda (Defferensial Amplifier) - Penguat Integrator (Integrator Amplifier) - Penguat Differensiator (Differensiator Amplifier) - Penguat Jumlah (Adder Amplifier) Dari percobaan percobaan tersebut akan diperoleh hasil nilai yang akan dicantumkan dalam laporan resmi ini dan akan dianalisis untuk mendapatkan beberapa kesimpulan.

b.

Landasan Teori

Op-Amp atau penguat operatif merupakan suatu penguat DC dengan penguatan tinggi yang dapat digunakan pada frekuensi dari 0 sampai 1 MHz. Sesuai dengan istilah nya, op-amp adalah suatu IC yang memiliki 2 input tegangan dan 1 output tegangan dimana tegangan outputnya proposional terhadap perbedaan tegangan antara kedua inputnya tersebut. Didalamnya terdapat suatu rangkaian elektronika yang terdiri atas komponen aktif dan pasif seperti transistor, resistor atau diode. Jika op-amp ini ditambahkan pada suatu jenis rangkaian, masukkan dan suatu jenis rangkaian umpan balik, maka dapat digunakan untuk mengerjakan berbagai operasi matematika seperti menjumlah, mengurangi, membagi, mengali, mengintegrasi dan lain-lain. Op-amp 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.

Diagram blok Op-Amp

Diagram Schematic Simbol Op-Amp Gambar diatas merupakan symbol Op-Amp dengan 2 input yaitu non-inverting (+) dan input inverting (-). Pada umumnya opamp 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 di atas 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 A OL adalah nilai penguatan open loop dan nilai idealnya tak terhingga. Pada praktikum ini Op-Amp yang akan digunakan adalah Op-Amp LM 741 yang berbentuk DIL (Dial In Line) dengan kaki 8 pin seperti gambar berikut :

Op-Amp memiliki beberapa keuntungan dalam penggunaannya yaitu memiliki penguatan (A) yang sangat besar, Impedansi Input (Zin) yang besar, Hambatan Output (Zout) yang kecil dan memiliki kemampuan interval frekuensinya sangat lebar.

II.

Alat dan bahan 1. Alat yang disediakan Lab -

Multimeter Digital Osiloskop Papan Board Papan power supply 445 AFG (Audio Frequency Generator)

2. Bahan komponen -

III.

IC LM 741 R = 47 kΩ R = 4.7 kΩ R = 10 kΩ R = 100 kΩ R = 1 MΩ R = 27 kΩ R = 1.2 kΩ R = 470 Ω C = 10 nF Jumper

Gambar rangkaian dan analisis rangkaian 1. Penguat Tidak Membalik (Non Inverting Amplifier) LM741

Vin

Vout R1 4,7k

R2 47k

Pada percobaan pertama ini akan di uji fungsi sebuah Operasional Amplifier sebagai Penguat tak Membalik (Non Inverting Amp). Pertama rangkai pada papan board yang disediakan laboratorium dengan menggunakan Op-Amp LM 741 dengan 2 buah resistor bernilai 4.7K

dan 47K seperti yang terlihat pada gambar skema diatas. Lalu dihubungkan dengan power supply dengan masukan Vcc+= +15 Volt dan Vcc-= -15, AFG sebagai input dengan settingan frekuensi sebesar 1000 Hz, Vinput sebesar 2,18 Vpp dan Osiloskop sebagai output. Ukurlah Tegangan output dengan membaca layar osiloskop serta gambar gelombang input dan output. Maka dari data tersebut dapat dianalisis fungsi sebuah Op-Amp sebagai Penguat tak Membalik. Dengan karakteristik Op-Amp ideal, maka akan didapatkan rumus penguatan :

Sehingga sinyal yang dihasilkan pada penguat non-inverting ini sinyal outputnya akan sama dengan sinyal input dan akan dikuatkan dengan gain AV di atas.

2. Penguat Pembalik (Inverting Amplifier)

LM741

3 Rin

6

Vout

2

10k

Vin

Rf 100k

Pada percobaan selanjutnya masih dengan menggunakan rangkaian yang sama tetapi terdapat beberapa perubahan yaitu letak penghubungan input. Perubahan tata letak rangkaian tersebut dikarenakan pada percobaan kedua ini akan diuji fungsi sebuah OpAmp pada saat menjadi Penguat Pembalik (Inverting Amplifier). Sedangkan pada Input dan Outputnya masih sama yaitu AFG sebagai Input dengan frekuensi sebesar 1000 Hz dan Vinput sebesar 2,16 Vpp sedangkan pada output dipakai osiloskop untuk melihat gambar gelombang yang dihasilkan. Seperti pada percobaan sebelumnya OpAmp diasumsikan ideal, maka akan didapatkan penguatan :

Sehingga penguatan pada rangkaian tersebut bergantung pada besar nilai hambatannya yaitu R1 dan R2.

3. Penguat Beda (Defferensial Amplifier) 100k 10k

V1 / Vin

Vout 10k

10k 10k

V2

Pada percobaan ketiga ini masih dengan rangkaian yang sama tetapi terdapat sedikit perbedaan, yaitu letak dari input dan penambahan beberapa hambatan. Disini input yang berasal dari AFG masih dengan nilai frekuensi yang sama yaitu sebesar 1000 Hz dengan nilai Vinput sebesar 2,10 Vpp. Pada percobaan ketiga ini akan diteliti fungsi OpAmp sebagai Penguat Beda (Defferensial Amplifier). Untuk pengukuran, factor yang akan diukur masih sama dengan percobaan sebelumnya yaitu nilai Vout serta gambar gelombang input dan outputnya. Selain itu pada percobaan ketiga ini juga akan diukur tegangan V2, dimana V2 adalah tegangan yang ada diantara resistor terhadap ground. Seperti yang terlihat pada skema, titik V2 dilambangkan oleh bentuk oval.

4. Penguat Integrator Amplifier

Vout Vin

10k

10nF

1M

Pada percobaan keempat masih dengan rangkaian yang sama akan diuji coba fungsi sebuah Op-Amp sebagai penguat integrator. Pada percobaan ini terlihat pada skema bahwa terdapat penambahan sebuah kapasitor sebesar 10 nF yang diparalelkan dengan resistor sebesar 1 MΩ pada rangkaian. Sedangkan input yang berasal dari AFG diatur pada frekuensi 1000 Hz serta nilai Vinput sebesar 3,48 Vpp. Saat ini akan di uji coba rangkaian tersebut dalam 3 tahap yaitu pada saat gambar gelombang berupa sinusoida, gelombang kotak dan gelombang segitiga serta ukurlah tegangan output pada osiloskop untuk masing masing gelombang. Maka dari data data tersebut akan dianalisa pengaruh jenis gelombang terhadap nilai tegangan outputnya. Pada penguat integrator apabila sinyal input berbentuk gelombang sinus, maka gelombang outputnya juga berbentuk sinus

yang memiliki beda fase -900. Bila sinyal input berbentuk gelombang kotak, maka gelombang outputnya berbentuk segitiga. Dan bila sinyal input berbentuk gelombang segitiga, maka gelombang outputnya berbentuk sinus.

5. Penguat Differensiator Amplifier

Vin

Vout

10nF

27k

Pada percobaan selanjutnya akan diujikan fungsi Op-Amp sebagai Differensiator. Maka pada perangkaiannya tidak jauh berbeda dengan Integrator Amplifier hanya terdapat perbedaan dalam pemasangan kapasitor. Jika pada Integrator kapasitor dipasang paralel dengan resistor, pada differensiator kapasitornya dipasang seri. Pada percobaan ini juga akan diuji seperti layaknya pada penguat integrator, yaitu pada gelombang sinus, gelombang kotak dan gelombang segitiga. Pengaturan pada AFG masih dengan frekuensi 1000 Hz dan Vinput sebesar 2,14 Vpp, lalu ukurlah tegangan output masing masing gelombang yang terlihat pada osiloskop. Pada penguat diferensiator apabila sinyal input berbentuk gelombang sinus, maka gelombang outputnya juga berbentuk sinus yang berbeda fase sebesar 900. Bila sinyal input berbentuk gelombang kotak, maka gelombang outputnya berupa garis lurus yang pada titik tertentu mengalami lonjakan dan penurunan pada waktu singkat dan bila sinyal masukan berupa gelombang segitiga, maka gelombang pada output berupa sinyal kotak.

6. Penguat Jumlah (Adder Amplifier)

Pada percobaan yang terakhir ini akan diuji kemampuan komponen Op-Amp sebagai penguat jumlah. Untuk itu akan digunakan skema rangkaian seperti dibawah ini :

10k

3

V3

Vout

2 470 V2

V1

10k Rf

1000

100k 10k

1200

Vin

Pada skema terlihat banyak terdapat rangkaian resistor, pada rangkaian tersebut akan diukur tegangan output beserta gambar gelombangnya, tegangan di titik V1, V2 dan V3. Penguat penjumlah ini merupakan penguat dimana tegangan outputnya merupakan jumlah dari ketiga tegangan masukannya. Sedangkan untuk inputnya, AFG diatur pada frekuensi 1000 Hz dan Vin sebesar 2,10 Vpp. Menurut teorinya rangkaian tersebut memiliki rumus perhitungan tegangan output sebagai berikut :

IV.

Hasil pengujian 1. Penguat Tak Membalik (Non Inverting Amplifier) Diamati Vout Gambar Gelombang Input

Nilai dan Gambar 23,8 Vpp

Gambar Gelombang Output

2. Penguat Pembalik (Inverting Amplifier) Diamati Vout Gambar Gelombang Input

Gambar Gelombang Output

Nilai dan Gambar 21,6 Vpp

3. Penguat Beda (Defferensial Amplifier) Diamati V1 V2 Vout Gambar Gelombang Input

Nilai dan Gambar 2,10 Vpp 1,37 Vpp -13,2 Vpp

Gambar Gelombang Output

4.

Pengujian Integrator Amplifier Diamati Gambar Gelombang Output Sinus

Nilai dan Gambar

Vout Gelombang Sinus

3,48 Vpp

Gambar Gelombang Output Kotak

Vout Gelombang Kotak

5,69 Vpp

Gambar Gelombang Output Segitiga

Vout Gelombang Segitiga

2,86 Vpp

Beda Fase

Yo = 1.08, Ym =1,04

5. Pengujian Differensiator Amplifier Diamati Gambar Gelombang Output Sinus

Nilai dan Gambar

Vout Gelombang Sinus

3,28 Vpp

Gambar Gelombang Output Kotak

Vout Gelombang Kotak

26,2 Vpp

Gambar Gelombang Output Segitiga

Vout Gelombang Segitiga

2,28 Vpp

Beda Fase

Ym = 580 mV, Yo =500mV

6. Pengujian Penguat Jumlah Diamati Vout V1

Nilai dan Gambar 1,92 Vpp 2,14 Vpp

V2 Vn Gambar Gelombang Output

V.

2,08 Vpp 2,10 Vpp

Analisa hasil pengujian 1. Pengujian Penguat Tak Membalik

Penguat pembalik memiliki output sebagai berikut: Vout = 23,8 Vpp R1 = 4700 K Vin= 2,18 Vpp R2 = 47000 K Dengan rumus penguatan non-pembalik, diperoleh perhitungan : R1 + R 2 4700 + 47000 Vout = Vin( )= = 23,98 R1 4700 K Terlihat bahwa hasil percobaan dengan perhitungan penguatan, yaitu 23.8 Vpp, hasilnya tidak jauh berbeda dengan perhitungan, maka dari itu percobaan dapat dikatakan valid/benar.

2.

Pengujian Penguat Pembalik

Dari hasil percobaan, di dapatkan Vout rangkaian ini adalah 21,6 Vpp, Vin 2,16 Vpp. Berdasarkan perhitungan dengan besar Vin = 2,6 Vpp, besarnya Vout adalah Rf 100 K Vout = − Vin = 2,16 = 21,6 Rin 10 K

Hasil penghitungan ini jika dibandingkan dengan hasil pengujian tidak berbeda. Hasil pengujian menunjukkan besarnya Vout adalah 21,6 Vpp. Maka dari itu dapat dikatakan praktikum valid, karena hasil perhitungan sama dengan hasil pengukuran.

3. Pengujian Penguat Beda (Defferensial Amplifier)

Berdasarkan pengujian, besarnya Vin adalah 2 volt. Karena 3 resistor yang dipasang pada kaki input positif (+) op-amp besarnya sama, besarnya tegangan di tiap resistor ini pun akan sama semua. Jadi, berdasarkan perhitungan, besarnya V2 adalah

V2=

2 × 2,10 =1,4Volt 3

Jika dibandingkan dengan hasil pengujian tidak jauh berbeda yaitu 1,37 Volt. Karena hasil pengujian dan pengukuran hanya berselisih 0,03 Volt, dapat dikatakan percobaan valid/benar. Lalu pada Vout, didapat perhitungan : Vout =

Rf × (V2 − V1 ) = −7Volt R1

Jika dibandingkan dengan hasil pengujian ternyata hasilnya berbeda. Hasil pengujian menunjukkan besarnya Vout adalah 13 Vpp. Kesalahan atau selisihnya adalah sekitar 50 %. Jadi ada kesalahan yang cukup signifikan pada rangkaian ini. Selisih antara hasil pengujian dengan hasil percobaan dikarenakan perhitungan dalam kondisi komponen ideal. Sedangkan dalam prakteknya tidak ada komponen yang ideal. Kemudaian besarnya tegangan pada kaki input negatif akan sama dengan kaki input positif. Selain itu, praktikan bisa juga salah dalam membaca skala dalam CRO.

4. Pengujian Integrator Amplifier

Rangkaian integrator adalah kebalikan dari rangkaian differensiator. Rangkaian ini akan mengintegralkan bentuk gelombang input. Jika gelombang sinus diintegralkan maka hasilnya adalah gelombang sinus juga. Jika gelombang masukannya adalah gelombang kotak maka integralnya adalah gelombang segitiga. Jika gelombang segitiga diintegralkan maka hasilnya akan berupa gelombang sinus. Perbedaan rangkaian differensiator dengan integrator terletak pada letak kapasitornya. Pada rangkaian differensiator kapasitor diletakkan pada kaki input negatif op-amp. Sedangkan pada rangkaian integrator kapasitor diletakkan antara kaki output dan kaki input negatif op-amp. Dari hasil percobaan, sudah sesuai dengan teori-nya, maka dapat disimpulkan percobaan valid

5. Pengujian Defferensiator Amplifier

Rangakaian ini disebut rangkaian diferensiator karena rangkaian ini akan mendifferensialkan tegangan input. Jika bentuk sinyal inputnya adalah gelombang sinus maka output dari rangkaian ini juga akan sinus karena jika sinus diturunkan akan menjadi cosinus. Tetapi bentuk gelombang sinus dan cosinus adalah sama hanya fasenya yang berbeda. Tidak ada acuan yang bisa digunakan untuk membedakan bentuk gelombang sinus dan cosinus sehingga dapat dikatakan bahwa gelombang outputnya adalah gelombang sinus. Jika inputnya adalah gelombang kotak maka

gelombang ini akan differensialkan sehingga gelombang outputnya akan berbentuk seperti jarum/duri (runcing-runcing). Jika masukannya adalah gelombang segitiga, maka gelombang outputnya adalah gelombang kotak. Dari hasil percobaan, sudah sesuai dengan teori-nya, maka dapat disimpulkan percobaan valid

6. Pengujian Penguat Jumlah Penguat penjumlah adalah suatu penguat yang akan menjumlahkan semua sinyal input yang masuk ke op-amp. Besarnya V1 = V2 = V3 karena jika dirangkai paralel maka tegangannya akan sama. Karena hambatan input op-amp adalah tak berhingga, tidak ada arus yang masuk ke op-amp dan arus akan mengalir melalui resistor 100 kΩ (RF). Jadi IRF = I1 + I2 + I3 Besarnya tegangan output dapat dihitung berdasarkan rumus berikut.

R  R R Vout = − F V1 + F V2 + F V3  R,2 R3   R1 100 K 100 K 100 K Vout = −( ×V1 + ×V 2 + ×V3 ) = 63,2Volt 10 K 10 K 10 K Terlihat perbedaan yang sangat besar antara hasil pengukuran dan penghitungan, kesalahan dapat disebabkan karena kesalahan praktikan, atau rangkaian yang error/salah.

VI.

Kesimpulan 1. Penguat operasional (op-amp) adalah dc yang memiliki nilai Gain yang sangat besar, Impedansi input yang tinggi dan Impedansi output yang rendah. Dengan tingginya impedansi input dan rendahnya impedansi output maka Gain yang diberikan akan menjadi besar. 2. Arus tidak bisa memasuki Op-Amp melalui inputnya tetapi melalui outputnya 3. Penguat pembalik (inverting amp) menghasilkan gain tegangan dipengaruhi oleh nilai hambatan RF dan R1 yang dapat dinyatakan

dengan Av =

v0 R = − F dan sinyal output yang dihasilkan memiliki beda v1 R1

fase sebesar 1800. 4. Penguat tak pembalik (non-inverting amp) menghasilkan gain tegangan yang juga dipengaruhi oleh nilai hambatan R F dan R1 yang dapat dinyatakan dengan AV =

v0 R1 + RF = dan bentuk gelombang outputnya v1 R1

sama dengan gelombang inputnya. 5. Penguat beda (differensial amp) menghasilkan gain tegangan yang dapat dinyatakan dengan Av =

Vout ( R3 Rin − ( R1 + R2 ) R F ) = Vin Rin ( R1 + R2 + R3 )

6. Penguat integrator akan mengubah sinyal input gelombang sinus, kotak dan segitiga berturut – turut menjadi gelombang sinus, segitiga, dan sinus. 7. Penguat diferensiator akan mengubah sinyal input gelombang sinus, kotak, dan segitiga berturut – turut menjadi gelombang sinus, gelombang garis lurus dengan beberapa lonjakan serta penurunan yang drastis, dan gelombang kotak. 8. Penguat penjumlah akan menghasilkan nilai tegangan outputnya menjadi penjumlahan antara arus yang masuk pada tiap – tiap hambatan input yang dikalikan dengan tegangan pada hambatan – hambatan tersebut

VII. Lampiran Jawaban pertanyaan 1. Op-Amp ideal. Jawaban : Sifat Op-Amp ideal • Tidak ada arus yang masuk/keluar dari masukannya. dikarenakan impedans masukan • Impedans keluaran melalui keluarannya.

=

Hal ini

(tak berhingga)

= 0 sehingga arus dapat masuk/keluar

• Penguat tegangan (A) = Dirumuskan :

=(

-

)

• Tegangan keluaran hanya tergantung dari selisih voltase pada masukan dan tidak tergantung dari potensial bersama pada kedua masukannya. Jika Op- Amp dalam keadaan jenuh maka keluaran jika

= 0 , yaitu

=

• Suatu Op-Amp memerlukan voltase supply supaya bisa bekerja. Biasanya diperlukan supply positif (

) dan supply negative (

).

• Lebar bidang Bandwidth = 1. Sebutkan beberapa IC Op-Amp yang ada dipasaran • LM 741/LM 741A/LM 741C/LM 741E • LM 709/LM 709A/LM 709C • LM 101 • LM 201 • LM 301 • CA 3130, CA 3130A, CA 3130B • CA 3140, CA 3140A, CA 3140B 2. Rancang dan buatlah rangkaian elektronika yang menggunakan OpAmp Rangkaian Op-Amp Regulator