BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
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.
Contoh penggunaan op-amp adalah untuk operasi matematika sederhana seperti penjumlahan dan pengurangan terhadap tegangan listrik hingga dikembangkan kepada penggunaan aplikatif seperti komparator dan osilator. Selain itu aplikasi pemakaian op-amp juga meliputi bidang elektronika audio, pengatur tegangan dc, tapis aktif, penyearah presisi, pengubah analog digital dan pengubah digital ke analog, pengolah isyarat seperti cuplik tahan, penguat pengunci, kendali otomatik, computer analog, elektronika nuklir, dan lain-lain.
Dalam percobaan ini akan dicoba beberapa penggunaan op-amp dalam rangkaian popular yang meliputi penguat diferensial, penguat pembanding dan penguat instrumentasi.
B. Ruang Lingkup Percobaan
Ruang lingkup percobaan ini meliputi prinsip kerja dan menghitung penguatan pada penguat diferensial dan penguat pembanding.
C. Tujuan Percobaan
1. Memahami prinsip kerja rangkaian penguat diferensial, penguat instrumentasi dan pembanding.
2. Menghitung penguatan pada penguat diferensial dan penguat instrumentasi.
3. Menghitung CMRR suatu penguat instrumentasi.
4. Membuat rangkaian dengan tegangan keluaran berbentuk kotak dan gigi gergaji.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Penguat Dasar Op-Amp
Penguat diferensial merupakan suatu penguat yang bekerja dengan memperkuat sinyal yang merupakan selisih dari kedua masukannya. Penguat operasional (operational amplifier) atau yang biasa disebut op-amp merupakan suatu jenis penguat elektronika dengan hambatan (coupling) arus searah yang memiliki bati (faktor penguatan) sangat besar dengan dua masukan dan satu keluaran atau keluaran tunggal yang yang ditambah dua terminal untuk mensuplai daya.
Penguat Operasional atau disingkat Op-amp adalah merupakan sutu penguat differensial berperolehan sangat tinggi yang terterkopel DC langsung yang dilengkapi dengan umpan. Oleh karena itu, penguat operasional lebih banyak digunakan dengan loop tertutup daripada dalam lingkar terbuka.
Gambar 2.1 Simbol Op-Amp
Tampak pada gambar, op-amp memiliki masukan tak membalik v+ (non-inverting), masukan membalik v- (inverting) dan keluaran vo. Jika isyarat masukan dihubungkan dengan masukan membalik (v-), maka pada daerah frekuensi tengah isyarat keluaran akan berlawanan fase (berlawanan tanda dengan isyarat masukan). Sebaliknya jika isyarat masukan dihubungkan dengan masukan tak membalik (v+), maka isyarat keluaran akan sefase.
B. Karakteristik Op-Amp
Keuntungan dari pemakaian penguat operasional ini adalah karakteristiknya yang mendekati ideal sehingga dalam merancang rangkaian yang menggunakan penguat ini lebih mudah dan juga kareana penguat ini bekerja pada tingkatan yang cukup dekat dengan karakteristik kerjanya secara teoritis. Dari sudut sinyal sebuah penguat operasional mempunyai tiga terminal, yaitu dua terminal masukan dan satu terminal keluaran.
Pada gambar 2.1 dapat dilihat bahwa terminal 1 dan 2 adalah terminal masukan dan terminal 3 adalah terminal keluaran. Kebanyakan penguat operasional membutuhkan catu daya DC dengan dua polaritas untuk dapat beroperasi. Terminal 4 disambungkan ke tegangan positif (+V) dan terminal 5 disambungkan ke tegangan negatif (-V).
Karakteristik utama sebuah penguat operasional yang ideal adalah:
1. Impedansi masukan tak terhingga. Penguat yang ideal diharapkan tidak menarik arus masukan, artinya tidak ada arus yang masuk kedalam terminal 1 maupun 2 (I1 = I2 = 0).
2. Impedansi keluaran sama dengan nol. Terminal 3 merupakan keluaran penguat operasional, idealnya diharapkan bertindak sebagai terminal keluaran sebuah sumber sumber tegangan ideal. Tegangan antara terminal 3 dengan ground akan selalu sama dengan A, dimana A adalah faktor penguatan sebuah penguat operasional.
3. Penguatan loop terbuka tak terhingga. Apabila dioperasikan pada loop terbuka (tidak ada umpan balik dari keluaran ke masukan), maka sebuah penguat opersaional ideal mempunyai gain (penguatan) yang besarnya tak terhingga.
C. Penguat Diferensial
Penguat diferensial adalah suatu penguat yang bekerja dengan memperkuat sinyal yang merupakan selisih dari kedua masukannya. Penguat diferensial digunakan untuk mencari selisih dari dua tegangan yang telah dikalikan dengan konstanta tertentu yang ditentukan oleh nilai resistansi yaitu sebesar untuk R1 = R2 dan Rf = Rg . Penguat jenis ini berbeda dengan diferensiator. Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut:
Persamaan 2.1 Tegangan Keluaran Penguat Diferensiator
Sedangkan untuk R1 = R2 dan Rf = Rg maka bati diferensial adalah:
Persamaan 2.2 Penguat Diferensiator
Berikut ini adalah gambar skema dari penguat diferensial sederhana:
Gambar 2.2 Rangkaian Penguat Diferensiator
D. Penguat Instrumentasi
Instrumentasi Sebuah (atau instrumentational) amplifier adalah jenis penguat diferensial yang telah dilengkapi dengan buffer input, yang menghilangkan kebutuhan untuk pencocokan impedansi input dan dengan demikian membuat amplifier sangat cocok untuk digunakan dalam pengukuran dan alat uji. Karakteristik tambahan termasuk sangat rendah DC offset, rendah drift , rendah noise , yang sangat tinggi gain loop terbuka , yang sangat tinggi umum-mode rasio penolakan , dan sangat tinggi impedansi input. Instrumentasi amplifier digunakan di mana besar akurasi dan stabilitas dari sirkuit baik jangka pendek dan jangka panjang diperlukan.
Gambar 2.3 Rangkaian Penguat Instrumentasi
E. Penguat Pembanding
Salah satu penggunaan tak linear dari pada op-amp adalah sebagai pembanding atau komparator tegangan. Keluaran pembanding hanya dapat mempunyai dua nilai, misalnya 0V dan 5 V saja. Pembanding mempunyai dua masukan yaitu masukan membalik (- )dan tak membalik (+).
Komparator merupakan salah satu aplikasi yang memanfaatkan bati 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).
Gambar 2.4 Rangkaian Penguat Pembanding
Persamaan 2.3 Tegangan Keluaran Penguat Pembanding
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
A. Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah:
1. Multimeter
Multimeter berfungsi untuk mengukur arus, hambatan dan tegangan.
2. Catu daya
Catu daya berfungsi sebagai sumber tegangan listrik.
3. Signal generator
Signal generator berfungsi untuk membangkitkan frekuensi
4. Resistor
Resistor berfungsi sebagai hambatan dalam suatu rangkaian.
5. Kapasitor
Kapasitor berfungsi sebagai penyimpan muatan.
6. Kabel penghubung (jumper)
Jumper berfungsi sebagai penghubung antara komponen yang satu dengan yang lain dalam satu rangkaian.
7. Osiloskop
Osiloskop berfungsi untuk menampilkan gelombang keluaran.
8. Op- Amp (LM 741)
Op- Amp (LM 741) berfungsi sebagai komponen utama dalam penguatan operasional
9. Potensiometer
Potensiometer berfungsi sebagai sebagai penguat, sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal.
10. Papan rangkaian
Papan rangkaian berfungsi sebagai tempat merangkai.
B. Prosedur Percobaan
1. Penguat Diferensial
a. Menyusun rangkaian diferensial dengan penguatan 10 kali, 20 kali, dan 30 kali.
b. Menghubungkan rangkaian diferensial dengan catu daya.
c. Mengukur tegangan masukan dan tegangan keluaran rangkaian pada masing-masing penguatan.
2. Penguat Pembanding
a. Menyusun rangkaian pembanding (komparator).
b. Menghubungkan rangkaian pembanding dengan catu daya.
c. Mengukur tegangan masukan negatif (V-) dan tegangan masukan positif (V+), dan tegangan keluarannya.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil
1. Tabel data
a. Penguat diferensial
Vin (mV) | Vout (mV) | Penguatan(A) |
5,8 5,8 6 | 58 116 180 | 10 kali 20 kali 30 klai |
Tabel 4.1 Penguat Diferensial
b. Penguat tak membalik
Tegangan Masukan | Tegangan Keluaran | |
V (-) | V (+) | |
+ 0,6 + 0,7 + 1,7 - 0,2 | + 0,7 + 0,6 - 0,2 + 1,2 | +5 -5 -3,4 +3,4 |
Tabel 4.3 Penguat Pembanding
2. Gambar pengamatan
a. Penguat diferensial
Gambar 4.1 Keluaran Penguat Diferensial
b. Penguat pembanding
Gambar 4.2 Keluaran Penguat Pembanding
B. Pembahasan
Pada rangkaian penguat diferensial digunakan penguatan 10 kali pada resistor kedua (R2) sebesar 10 kali lipat dari resistor pertama (R1) pada rangkaian. Pada penguatan 20 kali digunakan R2 yang nilai tahanannya 20 kali R1, dan pada penguatan 30 kali digunakan R2 yang nilai tahanannya 30 kali R1 pada rangkaian. Sehingga hasil tegangan keluaran yang didapatkan nilainya 10, 20, dan 30 kali lipat dari tegangan masukannya karena telah diperkuat pada rangkaian.
Pada rangakain pembanding (komparator) ini menggunakan dua buah signal generator untuk melihat hasil keluarannya yang dapat diamati pada osiloskop. Setelah mengamati hasil keluaran rangkaian komparator melalui osiloskop, maka tegangan masukan negative, positif dan tegangan keluarannya dapat diukur dengan menggunakan multimeter.
BAB V
PENUTUP
A. Kesimpulan
Dari percobaan dapat disimpulkan bahwa:
1. Pada penguat diferensial hasil tegangan keluaran lebih besar dibandingkan dengan tegangan masukannya.
2. Dalam menentukan berapa besar penguatan yang diinginkan pada rangkaian maka dapat ditentukan dari R1 dan R2 nya.
3. Dalam melakukan percobaan kestabilan komponen dalam rangkaian sangat berpengaruh terhadap hasil pengamatan.