Op
– Amp (Operational Amplifier)
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.
I. Pengertian Dasar Op-Amp
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.
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 ideal
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).
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.
Ada dua aturan penting dalam
melakukan analisa rangkaian op-amp berdasarkan karakteristik op-amp ideal.
Aturan ini dalam beberapa literatur dinamakan golden rule, yaitu :
Aturan 1: Perbedaan tegangan antara input v+ dan v- adalah nol
(v+ – v- = 0 atau v+ = v- )
Aturan 2: Arus pada input Op-amp adalah nol (i+ = i- = 0)
Aturan 2: Arus pada input Op-amp adalah nol (i+ = i- = 0)
Inilah dua aturan penting op-amp ideal yang digunakan untuk
menganalisa rangkaian op-amp.
II. Karakteristik Dasar Op-Amp
Seperti yang telah disebutkan sebelumnya bahwa pada dasarnya Op-amp adalah sebuah differential amplifier (penguat diferensial), yang mana memiliki 2 input masukan yaitu input inverting (V-) dan input non-inverting(V+), Rangkaian dasar dari penguat diferensial dapat dilihat pada gambar 1 dibawah ini:
Seperti yang telah disebutkan sebelumnya bahwa pada dasarnya Op-amp adalah sebuah differential amplifier (penguat diferensial), yang mana memiliki 2 input masukan yaitu input inverting (V-) dan input non-inverting(V+), Rangkaian dasar dari penguat diferensial dapat dilihat pada gambar 1 dibawah ini:
Gambar 1 :
Penguat Diferensial
Pada rangkaian diatas, dapat diketahui tegangan output (Vout)
adalah Vout = A(v1-v2) dengan A adalah penguatan dari penguat diferensial ini.
Titik input v1 dikatakan sebagai input non-iverting, sebab tegangan vout satu
phase dengan v1. Sedangkan sebaliknya titik v2 dikatakan input inverting sebab
berlawanan phasa dengan tengangan vout.
Diagram Blok 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-2(a) berikut menunjukkan diagram dari op-amp yang terdiri dari beberapa bagian tersebut.
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-2(a) berikut menunjukkan diagram dari op-amp yang terdiri dari beberapa bagian tersebut.
gambar 2 (a) :
Diagram Blok Op-Amp
Saat ini banyak terdapat
tipe-tipe op-amp dengan karakterisktik yang spesifik. Op-amp standard type 741
dalam kemasan IC DIP 8 pin. Untuk tipe yang sama, tiap pabrikan mengeluarkan seri IC
dengan insial atau nama yang berbeda. Misalnya dikenal MC1741 dari motorola,
LM741 buatan National Semiconductor, SN741 dari Texas Instrument dan
lain sebagainya. Tergantung dari teknologi pembuatan dan desain IC-nya,
karakteristik satu op-amp dapat berbeda dengan op-amp lain.
Aplikasi 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)
Komparator.
Merupakan salah satu aplikasi
yang memanfaatkan batas simpal terbuka (bahasa Inggris: 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 (bahasa Inggris: comparator).
Komparator membandingkan
dua tegangan listrik dan mengubah keluarannya
untuk menunjukkan tegangan mana yang lebih tinggi.
di mana Vs adalah
tegangan catu daya dan penguat operasional beroperasi di antara + Vs dan -Vs.)
PENGUAT PEMBALIK
Gambar Penguat pembalik.
Sebuah penguat pembalik
menggunakan umpan balik negatif untuk membalik dan menguatkan sebuah
tegangan. Resistor (Rf ) 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.
Di mana,
§
Sebuah resistor dengan nilai Rf || Rin = Rf.Rin/ (Rf + Rin ), 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 Rf dan Rin, yaitu:
A = - Rf / Rin
Tanda negatif
menunjukkan bahwa keluaran adalah pembalikan dari masukan. Contohnya jika Rf adalah
10.000 Ω dan Rin adalah 1.000 Ω, maka nilai bati adalah -10.000Ω / 1.000Ω,
yaitu -10.
PENGUAT NON-PEMBALIK
Penguat non-pembalik.
Rumus penguatan penguat non-pembalik adalah sebagai berikut:
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 :
PENGUAT DIFERENSIAL
Penguat diferensial.
Penguat diferensial digunakan
untuk mencari selisih dari duategangan yang
telah dikalikan dengan konstanta tertentu
yang ditentukan oleh nilai resistansi yaitu
sebesar Rf/R1 untuk R1 = R2 dan Rf = Rg.
Penguat jenis ini berbeda dengan diferensiator. Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut:
Sedangkan untuk R1 = R2 dan Rf = Rg maka
bati diferensial adalah:
PENGUAT PENJUMLAH
Penguat penjumlah.
Penguat penjumlah menjumlahkan beberapa tegangan masukan, dengan
persamaan sebagai berikut:
§
Saat R1 = R2 =......=Rn,
dan Rf saling
bebas maka:
Vout = -Rf/R1 (V1 + V2 + ... + Vn)
§
Saat R1 = R2 = ......= Rn = Rf,
maka:
Vout = - (V1 + V2 +...+Vn)
§
Keluaran adalah terbalik.
§
Impedansi masukan dari masukan ke-n adalah Zn = Rn (di
mana -V adalah bumi
maya)
INTEGRATOR
Integrator.
di mana t adalah waktu
dan Vmula adalah
tegangan keluaran pada t = 0.
Sebuah integrator dapat juga
dipandang sebagai tapis pelewat-tinggidan dapat
digunakan untuk rangkaian tapis aktif.
DIFERENSIATOR
Diferensiator.
Mendiferensiasikan sinyal
hasil pembalikan terhadap waktu dengan persamaan:
di mana Vin dan Vout 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-rendahdan dapat digunakan sebagai tapis
aktif.
———————————————————————————————-
CONTOH LAPORAN OP-AMP
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Operational Amplifier atau yang
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, buffer, adder (penjumlah), integrator dan differensiator. Penguat
operasional (op-amp) adalah penguat diferensial dengan dua masukan dan satu
keluaran yang mempunyai penguatan tegangan yang amat tinggi, yaitu dalam orde
105. Oleh karena itu, penguat operasional lebih banyak digunakan
dengan loop tertutup daripada dalam lingkar terbuka.
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, umpan balik
positif akan menghasilkan osilasi sedangkan umpan balik negatif menghasilkan
penguatan yang dapat terukur.
I.2 Ruang Lingkup
Ruang lingkup pada praktikum
penguat operasional ini meliputi pengukuran nilai resistansi resistor; membuat
rangkaian penguat membalik
(inverter), penguat tak membalik (non-inverter), integrator dan diferensiator; mengamati bentuk isyarat masukan dan isyarat keluaran penguat; serta mengukur tegangan masukan dan tegangan keluaran penguat.
(inverter), penguat tak membalik (non-inverter), integrator dan diferensiator; mengamati bentuk isyarat masukan dan isyarat keluaran penguat; serta mengukur tegangan masukan dan tegangan keluaran penguat.
I.3 Tujuan Praktikum
Setelah melakukan praktikum ini,
diharapkan telah memiliki kemampuan-kemampuan berikut:
-
Menggunakan op-amp sebagai penguat membalik dan tidak membalik.
-
Menggunakan op-amp sebagai diferensiator dan integrator.
-
Memahami sifat-sifat dasar op-amp baik secara teori maupun secara praktik.
I.4 Waktu dan Tempat Praktikum
Praktikum penguat operasional
(op-amp) ini dilakukan pada hari Jumat, 11 Mei 2012, pukul 14.00-16.00 WITA, di
Laboratorium Elektronika dan Instrumentasi, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika
dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Hasanuddin, Makassar.
BAB II
TINJAUAN
PUSTAKA
Penguat operasional (op-amp)
adalah penguat diferensial dengan dua masukan dan satu keluaran yang mempunyai
penguatan tegangan yang amat tinggi, yaitu dalam orde 105. Oleh karena
itu, penguat operasional lebih banyak digunakan dengan loop tertutup daripada
dalam lingkar terbuka. Aplikasi op-amp yang paling sering dipakai antara lain
adalah rangkaian inverter, non-inverter, buffer, adder (penjumlah), integrator
dan differensiator.
a. Penguat
Inverting (Membalik)
Inverting amplifier ini, input
dengan outputnya berlawanan polaritas. Jadi ada tanda minus pada rumus
penguatannya. Penguatan inverting amplifier adalah bisa lebih kecil nilai
besaran dari 1, misalnya -0.2 , -0.5 , -0.7 , dst. dan selalu negatif. Rumus
nya :
Gambar 1.
Rangkaian penguat membalik
b. Penguat
Non-Inverting (Tidak Membalik)
Rangkaian non inverting ini
hampir sama dengan rangkaian inverting hanya perbedaannya adalah
terletak pada tegangan inputnya dari masukan noninverting.
Rumusnya seperti berikut :
Sehingga persamaan menjadi:
Gambar 2.
Rangkaian penguat tidak membalik
c. Buffer
Rangkaian buffer 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.
Rangkaian buffer
Nilai R yang terpasang gunanya
untuk membatasi arus yang di keluarkan. Besar nilainya tergantung dari indikasi
dari komponennya, biasanya tidak dipasang alias arus dimaksimalkan sesuai
dengan kemampuan op-ampnya.
d. Adder/
Penjumlah
Rangkaian penjumlah atau
rangkaian adder adalah rangkaian penjumlah yang dasar rangkaiannya adalah
rangkaian inverting amplifier dan hasil outputnya adalah dikalikan dengan
penguatan seperti pada rangkaian inverting. Pada dasarnya nilai outputnya
adalah jumlah dari penguatan masing masing dari inverting, seperti :
Bila Rf = Ra = Rb = Rc, maka
persamaan menjadi :
Vo = -(Va +Vb +Vc)
Tahanan Rom gunanya adalah untuk
meletak titik nol supaya tepat, terkadang tanpa Rom sudah cukup stabil. Maka
rangkaian ada yang tanpa Rom juga baik hasilnya. Rangkaian penjumlah dengan
menggunakan noninverting sangat suah dilakukan karena tegangan yang diparalel
akan menjadi tegangan terkecil yang ada., sehingga susah terjadi proses
penjumlahan.
Gambar 4.
Rangkaian penjumlah dengan hasil negatif
e. Integrator
Rangkaian integrator op-amp ini
juga berasal dari rangkaian inverting dengan tahanan umpan baliknya diganti dengan
kapasitor. Persamaannya adalah sebagai berikut:
Gambar 5.
Rangkaian integrator
f. Differensiator
Rangkaian differensiator adalah
rangkaian aplikasi dari rumusan matematika yang dapat dimainkan (dipengaruhi)
dari kerja kapasitor. Rangkaian nya seperti pada gambar 6 dengan rangkaian
sederhana dari differensiator. Untuk
mendapatkan rumus differensiator,
urutannya adalah sebagai berikut :
Dan selama nilai maka , selisih
dari inverting input dan noninverting input (v1 dan v2) adalah nol dan penguatan
tegangannya sangat besar, maka didapat persamaan pengisian kapasitor sebagai
berikut :
Gambar 6.
Rangkaian diferensiator
Pada rangkaian aplikasi rangkaian
differensiator op-amp ini ada sedikit perubahan yaitu penambahan tahanan dan
kapasitor yang fungsinya untuk menfilter sinyal masukan. Seperti tampak pada
gambar 6 adalah rangkaian differensiator yang dimaksud. Dengan demikian maka
ada batasan input dari frekuensi yang masuk, batasan tersebut adalah
sedangkan nilai frekuensi yang
diakibatkan oleh RF dan C1 adalah sebagai berikut :
Bila sinyal input melebihi
frekuensi fa maka hasil output akan sama dengan hasil input, alias fungsi
rangkaian tersebut tidak lagi differensiator lagi tapi sebagai pelewat biasa.
Sedangkan untuk gambar 2.26 biasanya digunakan untuk rangkaian aplikasi yang di
integrasikan dengan rangkaian lain. Syarat perhitungan nilai nilai R1, C1, RF,
CF adalah sesuai dengan syarat sebagai berikut :
fa<fb
sehingga frekuensi input
dilewatkan terlebih dahulu ke R1, C1 , RF, kemudian lewat keR1, C1 , CF bila
frekuensinya melebihi fa.
BAB III
METODOLOGI
PRAKTIKUM
III.1 Alat dan Bahan
III.1.1 Alat
Peralatan yang digunakan dalam
praktikum ini adalah sebagai berikut.
-
Multimeter
Multimeter berfungsi sebagai alat
ukur resistansi, kuat arus, dan tegangan.
-
Papan Rangkaian
Papan rangkaian berfungsi sebagai
tempat untuk membuat rangkaian.
-
Catu Daya
Catu daya berfungsi sebagai
sumber tegangan AC dan DC.
-
Osiloskop
Osiloskop berfungsi untuk
mengukur dan menampilkan tegangan sinusoidal, dan berbagai bentuk gelombang
yang ditemukan dalam rangkaian yang dibuat.
-
Signal Generator
Signal generator berfungsi
sebagai piranti pembangkit isyarat.
-
Kabel Jumper
Kabel jumper berfungsi sebagai
penghubung dalam suatu rangkaian.
III.1.2 Bahan
Bahan yang digunakan dalam
praktikum ini adalah sebagai berikut.
-
OP-AMP (LM 741)
OP-AMP (LM 741) berfungsi sebagai
diferensial dengan dua masukan dan satu keluaran yang mempunyai tegangan
tinggi.
-
Resistor
Resistor adalah komponen
elektronika pasif yang berfungsi untuk menghambat aliran arus listrik.
-
Kapasitor
Kapasitor adalah komponen
elektronika pasif yang berfungsi untuk menyimpan muatan listrik dalam bentuk
medan listrik.
III.2 Prosedur Praktikum
Adapun prosedur pada praktikum
penguat operasional ini yaitu:
1.
Menyiapkan seluruh peralatan dan komponen yang digunakan pada praktikum penguat
operasional (op-amp).
2.
Melakukan kalibrasi terhadap peralatan yang digunakan.
3.
Membuat rangkaian penguat membalik, seperti pada gambar berikut:
4.
Mengamati, mengukur dan mencatat dan dari penguat.
5.
Membuat rangkaian penguat tak membalik, seperti pada gambar berikut:
6.
Mengamati, mengukur dan mencatat dan dari penguat.
7.
Membuat rangkaian integrator, seperti pada gambar berikut:
8.
Mengamati, mengukur dan mencatat dan dari penguat.
9.
Membuat rangkaian diferensiator, seperti pada gambar berikut:
10. Mengamati, mengukur dan
mencatat dan dari penguat.
BAB IV
HASIL DAN
PEMBAHASAN
IV.1 Hasil
IV.1.1 Tabel Pengamatan
|
No.
|
Rangkaian Op-Amp
|
(volt)
|
(volt)
|
||
|
1.
|
Membalik
|
0,1 x 0,5 = 0,05
|
0,2 x 0,5 = 0,1
|
||
|
2.
|
Tak membalik
|
2 x 0,5 = 1
|
3 x 0,5 = 1,5
|
||
|
No.
|
Rangkaian Op-Amp
|
(volt)
|
(volt)
|
||
|
1.
|
Integrator
|
0,1 x 0,5 = 0,05
|
0,2 x 0,5 = 0,1
|
||
|
2.
|
Diferensiator
|
2 x 0,5 = 1
|
3 x 0,5 = 1,5
|
IV.1.2 Gambar Isyarat
a.
Penguat membalik
b.
Penguat tak membalik
c.
Integrator
d.
Diferensiator
IV.2 Pembahasan
Pada praktikum penguat
operasional ini, hal yang paling perlu dipahami adalah posisi kaki pada
IC. Adapun komponen yang digunakan dalam praktikum ini adalah OP-AMP (LM
741), resistor ( dan ) dan kapasitor (). Rangkaian yang pertama kali
dibuat adalah rangkaian penguat membalik dan penguat tak membalik, dengan
menggunakan resistor dan . Adapun hasil yang diperoleh untuk penguat
membalik adalah = 0,05 volt dan = 0,1 volt (= 2 kali) sedangkan hasil untuk
penguat tak membalik, hasil yang diperoleh adalah = 1 volt dan = 1,5 volt
(= 1,5 kali).
Rangkaian yang selanjutnya dibuat adalah rangkaian integrator dan diferensiator
(menggunakan resistor dan kapasitor ), dimana hasil yang diperoleh
untuk rangkaian integrator adalah = 0,05 volt dan = 0,1 volt (= 2 kali)
sedangkan hasil untuk rangkaian diferensiator, hasil yang diperoleh adalah = 1
volt dan = 1,5 volt (= 1,5 kali). Adanya hasil yang diperoleh seperti
ini, menunjukkan bahwa teori yang menyebutkan output lebih besar dari input,
terbukti.
BAB V
PENUTUP
V.1 Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang dapat
diperoleh dari praktikum ini yaitu:
-
Op-amp dapat berfungsi sebagai penguat membalik dan penguat tidak membalik
dengan penguatan masing masing sebesar 2 kali dan 1,5 kali.
-
Op-amp dapat berfungsi sebagai integrator dan diferensiator dengan penguatan
masing-masing sebesar 2 kali dan 1,5 kali.
-
Isyarat masukan dan keluaran penguat membalik mempunyai kemiripan dengan
isyarat masukan dan isyarat keluaran dari integrator, begitu pula dengan
penguat tak membalik dan diferensiator.
V.2 Kritik dan Saran
V.2.1 Laboratorium Elektronika
dan Instrumentasi
Kritik dan saran untuk
laboratorium elektronika dan instrumentasi, yaitu:
-
Alat dan bahan praktikum sudah cukup banyak, akan tetapi sebaiknya perlu
ditambah lagi.
-
Alat yang tidak dapat berfungsi dengan baik sebaiknya diperbaiki atau diganti.
V.2.2. Asisten
Kritik dan saran untuk asisten
yaitu :
-
Sikap asisten sudah cukup baik dalam membimbing praktikan selama praktikum
berlangsung, akan tetapi perlu ditingkatkan lagi.
-
Banyak pengetahuan yang sudah terlupakan, tapi diingatkan kembali oleh asisten,
saya mengucapkan banyak terima kasih.
DAFTAR PUSTAKA
Rusmadi, Dedi. 2007. Belajar
Rangkaian Elektronika Tanpa Guru. Bandung: Delfajar.
Sutrisno. 1987. Elektronika
Teori dan Penerapannya. Jilid 2. Bandung: Penerbit ITB.
Teknik Elektronika. 2008.
Operasional Amplifuer.http://ziddu.com//arsip/opera-
sionalamplifier. Diakses
Turner, Rufus. 1995. Rangkaian Elektronika. Jakarta:
Gramedia.
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 satukomponen 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 dalamsirkuit 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, Q13memungkinkan masukan menerima ayunan tegangan ragam
bersama tanpa melewati rentang daerah aktif tiap transistor dalam sirkuit.
Sedangkan cermin arus ketiga, yaitu pasangan transistor Q10dan Q11 membentuk
cermin arus yang agak berbeda dengan resistorbernilai 5 K
terhubung secara seri dengan emiter membatasi arus kolektor menjadi hampir nol
sehingga dapat menjadi hubunganimpedansi 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 sebesar 0,625 Volt maka menurut hukum Ohm akan
diperlukan arus sebesar 0,625 V ÷ 7,5 K = 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
= 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)
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_2 \\ V_{\text{S-}} & V_1
< V_2 \end{matrix}\right. ” src=”file:///C:/Users/Hp/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.gif”
border=”0″ height=”40″ width=”153″>
di mana adalah tegangan
catu daya dan penguat operasional beroperasi di antara dan .)
Penguat pembalik
Sebuah penguat pembalik
menggunakan umpan balik negatif untuk membalik dan menguatkan sebuah
tegangan. Resistor Rfmelewatkan 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.
Di mana,
§
Sebuah resistor dengan nilai , 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 Rf dan Rin, yaitu:
Tanda negatif menunjukkan bahwa
keluaran adalah pembalikan dari masukan. Contohnya jika Rf adalah
10.000 Ω dan Rin adalah 1.000 Ω, maka nilai bati adalah -10.000Ω / 1.000Ω,
yaitu -10.
Penguat non-pembalik
Rumus penguatan penguat
non-pembalik adalah sebagai berikut:
atau dengan kata lain:
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 .
Penguat diferensial
Penguat diferensial digunakan
untuk mencari selisih dari duategangan yang
telah dikalikan dengan konstanta tertentu
yang ditentukan oleh nilai resistansi yaitu
sebesar untuk dan .[14] Penguat
jenis ini berbeda dengan diferensiator. Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut:
Sedangkan untuk dan maka
bati diferensial adalah:
Penguat penjumlah
Penguat penjumlah menjumlahkan
beberapa tegangan masukan, dengan persamaan sebagai berikut:
§
Saat , dan saling bebas maka:
§
Saat , maka:
§
Keluaran adalah terbalik.
§
Impedansi masukan dari masukan ke-n adalah (di mana adalah bumi
maya)
Integrator
di mana adalah waktu dan
adalah tegangan keluaran pada .
Sebuah integrator dapat juga
dipandang sebagai tapis pelewat-tinggidan dapat
digunakan untuk rangkaian tapis aktif.
Diferensiator
Mendiferensiasikan sinyal
hasil pembalikan terhadap waktu dengan persamaan:
di mana dan 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-rendahdan 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 (Vindan Vout).
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 (Vindan Vout).
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 (Vindan Vout).
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 (Vindan Vout).
BAB IV
HASIL DAN
PEMBAHASAN
IV.1 HASIL
IV.1.1 Tabel Pengamatan
a. Rangkaian penguat membalik
|
R1 (KΩ)
|
R2 (KΩ)
|
Vi (V)
|
|
10 ± 5 %
|
100 ± 5 %
|
2,25
|
b. Rangkaian penguat tak membalik
|
R1 (KΩ)
|
R2 (KΩ)
|
Vi (V)
|
|
10 ± 5 %
|
100 ± 5 %
|
7,5
|
c. Integrator
|
NO
|
t(waktu)
|
R
|
C
|
Vi (V)
|
|
1
|
0
|
1kΩ
|
10µF
|
12
|
d. Diferensiator
|
NO
|
t(waktu)
|
R
|
C
|
Vi (V)
|
|
1
|
0
|
1kΩ
|
10µF
|
12
|
IV.1.2 Pengolahan Data
a. Rangkaian
penguat membalik
Vout = Vo = AVi
dimana A = – = – = -10 kali
Vo = -10 x
2,25 Volt
Vo = -22.,5 Volt
b. Penguat
Tak membalik
Vo =
Vin dimana Vin = 7,5 Volt
=
7,5 Volt
=
82,5 Volt
c. Rangkaian
Integrator
V1 =
dimana t=1 s dan Vin = 12 Volt
d. Rangkaian
Differensiator
V1 =
dimana Vin = 12 Volt
= – 240 Volt
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 Vout pada keempat rangkaian di atas adalah
a.
Penguat membalik
Vout = Vo = AVi
dimana A = -
b.
Penguat tak membalik
Vo = Vin
c.
Integrator
Vout =
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.
————————————————————————————————-
Sumber:
Tidak ada komentar:
Posting Komentar