Sabtu, 15 Oktober 2011

laporan pendahuluan eletronika analog


LAPORAN PENDAHULUAN
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA ANALOG

I.                   Nomor Percobaan                    : III
II.                Nama Percobaam                    : Penguat Operasional (OP -AMP)
III.             Tujuan Percobaan                    :
1.      Memahami karakteristik dari suatu penguat operasional (Op-Amp)
2.      Dapat membedakan sifat dasra Op-Amp sebagai penguat inverting dan non inverting
3.      Mampu menganalisa perbedaan sinyal keluaran dari penguat inverting dan penguat non-inverting
IV.             Alat dan Bahan                       :
1.      Resistor
2.      Kapasitor
3.      IC Op-Amp LM 741
4.      Signal generator
5.      Osiloskop
6.      Multimeter
7.      Catu daya
8.      Kertas grafik semilog
9.      Jumper/ kabel penghubung

V.                Dasar Teori
Penguat operasional atau Op-Amp adalah penguat differensial dua masukan dan satu keluaran yang mempunyai penguatan tegangan yang amat tinggi, yaitu dalam orde . Dengan penguatan yang amat tinggi ini, penguat operasional dengan rangkaian balikan lebih banyak digunakan dari pada dalam lingkaran terbuka (open loop).
Pada masa kini op-amp dibuat dalam bentuk rangkaian terpadu atau IC (integrated Circuits), dimana dalam satu potong kristal silicon dengan luas kurang dari 1 mm2  terkandung rangkiaan penguat lengkap yang terdiri dari banyak transistor, dioda, resistor, dan kadang-kadang kapasitor.
Op-Amp biasanya dilukiskan dengan lambang seperti berikut:

Tampak adanya dua masukan, yaitu masukan membalik (INV) dan masukan tak  membalik (non-INV). Masukan membalik diberi tanda minus (-) dan masukan tak membalik diberi tanda plus (+). Jika syarat masukan dihubungkan dengan masukan membalik maka pada daerah frekuensi tengah sinyal keluaran berlawanan fasa atau berlawanan tanda dengan sinyal masukan.
            Sebalikanya jika sinyal masukan dihubungkan dengan masukan tak membalik, maka sinyal keluaran akan sefasa atau mempunyai tanda yang sama dengan sinyal masukan. Pada umumnya op-amp menghasilkan tegangan keluaran yang sebanding dengan beda tegangan sinyal antara kedua masukkannya, atau  yang sering dikenal sebagai op-amp biasa.
            Disamping op-amp biasa, ada pula op-amp yang menghasilkan teganngan  sinyal keluaran sebanding dengan beda arus masukkan. Op-amp semacam ini dikenal sebagai op-amp Norton. Sedangkan jenis op-amp lainnya adalah op-amp transkonduktaansi operasional yaitu op-amp yang menghasilkan  arus keluara yang sebanding dengan beda tegangan sinyal antara kedua masukkannya (Operational Transconductance Amplifier-OTA).
Beberapa sifat ideal op-amp adalah sebagai berikut:
a.       Penguat lingkar terbuka tak berhingga atau  atau
b.      Hambatan keluar lingkar terbuka adalah nol, atau
c.       Hambatan masukan lingkar terbuka tak berhingga atau
d.      Lebar pita tak berhingga, atau
e.       Nisbah penolakan modus bersama (CMRR) =
Penguat membalik,. Pada penguat membalik sumber sinyal yang dihubungkan dengan masukan membalik seperti gambar berikut:
Dari gambar diperoleh . Tegangan puncak-puncak keluaran sinyal keluaran tak akan melebihi 2Vcc, sebab bila ini terjadi sinyal keluaran akan tergunting. Akibatnya Vab , oleh karena penguatan lingkar terbuka. Tampak  atau , kan tetapi antara a dan b ada hambatan masukan  yang amat besar. Dalam keadaan ini dikatakan titik a dan b dalam keadaan hubungan singkat maya,. Dari hubungan persamaan yang ada dapat diperoleh rumus penguatan tegangan penguat membalik ini yaitu:
    
                                                        . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (3.1)
Penguat tak membalik. Pada penguat tak membalik sinyal yang dihubungkan dengan masukkan tak membalik (+) pada op-amp. Balikan melalui  dan  tetap dipasang pada masukan membalik agar membentuk balikan negatif. Berikut contoh rangkaian penguat tak membalik (gambar 3.3).
Jika diperhatikan pada rangkaian inverting dan non-inverting berada pada keadaan hubungan singkat maya, maka
Akan tetapi;
                                          . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (3.2)
Nyatalah penguatan lingkar tertutup untuk penguat non inverting
                                              . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . (3.3)
Hambatan masukan penguat non-inverting amat tinggi karena sinyal masukkan berhubungan langsung dengan masukan tak membalik, secara teori;
                                       . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (3.4)
Yang mempunyai nilai amat besar dengan hambatan keluaran  mempunyai nilai amat besar dan hambatan keluaran  mempunyai nilai yang amat rendah.
Dengan sedikit revisi, dapat dibuat suatu bentuk khusus penguat non inverting dengan membuat  dan  seperti gambar berikut:
Oleh karena kedua masukan ada dalam keadaan terhubung singkat maya maka  atau penguatan lingkar tertutup sama dengan satu. Penguatan dalam bentuk ini disebut pengikut tegangan, mengikuti nama pengikut emitor pada penguat transistor diskrit. Pengikut tegangan mempunyai penguatan sama dengan satu, impedansi masukan amat tinggi dan impedansi keluaran amat kecil. Jadi pengikut tegangan berfungsi sebagai penyangga dengan penguatan sama dengan.
Karakteristik Ideal Penguat Operasional
Penguat operasional banyak digunakan dalam berbagai aplikasi karena beberapa keunggulan yang dimilikinya, seperti penguatan yang tinggi, impedansi masukan yang tinggi, impedansi keluaran yang rendah dan lain sebagainya. Berikut ini adalah karakteristik dari Op Amp ideal:
¨      Penguatan tegangan lingkar terbuka (open-loop voltage gain) AVOL = ¥-
¨      Tegangan ofset keluaran (output offset voltage) VOO = 0
¨      Hambatan masukan (input resistance) RI = ¥
¨      Hambatan keluaran (output resistance) RO = 0
¨      Lebar pita (band width) BW = ¥
¨      Waktu tanggapan (respon time) = 0 detik
¨      Karakteristik tidak berubah dengan suhu
Kondisi ideal tersebut hanya merupakan kondisi teoritis tidak mungkun dapat dicapai dalam kondisi praktis. Tetapi para pembuat Op Amp berusaha untuk membuat Op Amp yang memiliki karakteristik mendekati kondisi-kondisi di atas. Karena itu sebuah Op Amp yang baik harus memiliki karakteristik yang mendekati kondisi ideal. Berikut ini akan dijelaskan satu persatu tentang kondisi-kondisi ideal dari Op Amp.
 Penguatan Tegangan Lingkar Terbuka
Penguatan tegangan lingkar terbuka (open loop voltage gain) adalah penguatan diferensial Op Amp pada kondisi dimana tidak terdapat umpan balik (feedback) yang diterapkan padanya seberti yang terlihat pada gambar 2.2. Secara ideal, penguatan tegangan lingkar terbuka adalah:
                                AVOL =  Vo / Vid  = - ¥
Tanda negatif menandakan bahwa tegangan keluaran VO berbeda fasa dengan tegangan masukan Vid. Konsep tentang penguatan tegangan tak berhingga tersebut sukar untuk divisualisasikan dan tidak mungkin untuk diwujudkan. Suatu hal yang perlu untuk dimengerti adalah bahwa tegangan keluaran VO jauh lebih besar daripada tegangan masukan Vid. Tetapi dalam penerapannya tegangan keluaran VO tidak lebih dari tegangan catu yang diberikan pada Op Amp. Karena itu Op Amp baik digunakan untuk menguatkan sinyal yang amplitudonya sangat kecil.
 Tegangan Ofset Keluaran
Tegangan ofset keluaran (output offset voltage) VOO adalah harga tegangan keluaran dari Op Amp terhadap tanah (ground) pada kondisi tegangan masukan Vid = 0. Secara ideal, harga VOO = 0 V. Op Amp yang dapat memenuhi harga tersebut disebut sebagai Op Amp dengan CMR (common mode rejection) ideal. Tetapi dalam kondisi praktis, akibat adanya ketidakseimbangan dan ketidakidentikan dalam penguat diferensial dalam Op Amp tersebut, maka tegangan ofset VOO biasanya berharga sedikit di atas 0 V. Apalagi apabila tidak digunakan umpan balik maka harga VOO akan menjadi cukup besar untuk menimbulkan saturasi pada keluaran. Untuk mengatasi hal ini, maka perlu diterapakan tegangan koreksi pada Op Amp. Hal ini dilakukan agar pada saat tegangan masukan Vid  = 0, tegangan keluaran VO juga = 0. Apabila hal ini tercapai,
Hambatan Masukan
Hambatan masukan (input resistance) Ri dari Op Amp adalah besar hambatan di antara kedua masukan Op Amp. Secara ideal hambatan masukan Op Amp adalah tak berhingga. Tetapi dalam kondisi praktis, harga hambatan masukan Op Amp adalah antara 5 kW hingga 20 MW, tergantung pada tipe Op Amp.  Harga ini biasanya diukur pada kondisi Op Amp tanpa umpan balik. Apabila suatu umpan balik negatif (negative feedback) diterapkan pada Op Amp, maka hambatan masukan Op Amp akan meningkat.
Dalam suatu penguat, hambatan masukan yang besar adalah suatu hal yang diharapkan. Semakin besar hambatan masukan suatu penguat, semakin baik penguat tersebut dalam menguatkan sinyal yang amplitudonya sangat kecil. Dengan hambatan masukan yang besar, maka sumber sinyal masukan tidak terbebani terlalu besar.
Hambatan Keluaran
Hambatan Keluaran (output resistance) RO dari Op Amp adalah besarnya hambatan dalam yang timbul pada saat Op Amp bekerja sebagai pembangkit sinyal. Secara ideal harga hambatan keluaran RO Op Amp adalah = 0. Apabula hal ini tercapai, maka seluruh tegangan keluaran Op Amp akan timbul pada beban keluaran (RL), sehingga dalam suatu penguat, hambatan keluaran yang kecil sangat diharapkan. Dalam kondisi praktis harga hambatan keluaran Op Amp adalah antara beberapa ohm hingga ratusan ohm pada kondisi tanpa umpan balik. Dengan diterapkannya umpan balik, maka harga hambatan keluaran akan menurun hingga mendekati kondisi ideal.
Karakteristik Terhadap Suhu
Sebagai mana diketahui, suatu bahan semikonduktor yang akan berubah karakteristiknya apabila terjadi perubahan suhu yang cukup besar. Pada Op Amp yang ideal, karakteristiknya tidak berubah terhadap perubahan suhu. Tetapi dalam prakteknya, karakteristik sebuah Op Amp pada umumnya sedikit berubah, walaupun pada penerapan biasa, perubahan tersebut dapat diabaikan.
I.                   Prosedur Percobaan
Penguat Inverting (membalik)
1.      Buat rangkaian penguatan inverting sesuai gambar pada breadboard

2.      Beri masukan penguat dengan variasi  tegangan arus searah (DC) 1V, 3V, 5V. Ukur tegangan masukan dan keluaran dengan multimeter. Amati, dan hitung besarnya penguatan tegangan DC oleh penguat tersebut. (masukan dalam data table).
No
Vin
Sinyal Vin
Vout
Sinyal Vout
Av atau Kv
1

2

3

1 V

3 V

5 V





3.      Ubah masukan dengan tegangan arus bolak-balik (AC) melalui sumber sinyal signal generator dengan amplitudo tertentu dan variasi frekuensi 10 Hz, 100 Hz, 1 KHz, 100 KHz dan 1 MHz.
4.      Ukur besarnya tegangan masukan dan keluaran dengan multimeter atau berdasarkan tampak sinyal pada osiloskop. Amati dan gambarkan bentuk sinyal masukan dan keluaran, kemudian hitung besarnya penguatan tegangan tersebut. (masukan data dalam table)
5.      Gambarkan tanggapan amplitudo penguat inverting
No
frek
Vin
Sinyal Vin
Vout
Sinyal Vout
Av atau Kv
1
2
3
4
5
10 Hz
100 Hz
1 KHz
100 KHz
1MHz










Penguat Non Inverting (tak membalik)
1.      Buat rangkaian sesuai gambar pada breadboard

2.      . Beri masukan penguat dengan variasi tegangan arus searah (DC) 1V, 3V, 5V. Ukur tegangan masukan dan keluaran dengan multimeter. Amati, dan hitung besarnya penguatan tegangan DC oleh penguat tersebut. (masukan dalam data table).
No
Vin
Sinyal Vin
Vout
Sinyal Vout
Av atau Kv
1

2

3

1 V

3 V

5 V





3.      Ubah masukan dengan tegangan arus bolak-balik (AC) melalui sumber sinyal signal generator dengan amplitudo tertentu dan variasi frekuensi 10 Hz, 100 Hz, 1 KHz, 100 KHz dan 1 MHz.
4.      Ukur besarnya tegangan masukan dan keluaran dengan multimeter atau berdasarkan tampak sinyal pada osiloskop. Amati dan gambarkan bentuk sinyal masukan dan keluaran, kemudian hitung besarnya penguatan tegangan tersebut. (masukan data dalam table)
5.      Gambarkan tanggapan amplitudo penguat non inverting
No
frek
Vin
Sinyal Vin
Vout
Sinyal Vout
Av atau Kv
1
2
3
4
5
10 Hz
100 Hz
1 KHz
100 KHz
1MHz
















Daftar Pustaka

Hadi dan khairul saleh, 2010, Modul pratikum elektronika analog, Palembang, Unsri
Http://id. wikipedia.org/wiki/penguat-operasional, diakses 13 oktober 2011








Tidak ada komentar:

Posting Komentar