LAPORAN PRAKTIKUM

17
LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DASAR UNIT 7 MERANGKAI DAN MENGUJI OP-AMP Nama : Claudius Dania Rezandi No. Mhs : 13/348269/TK/40856 Hari, Tanggal : Senin Siang, 24 November 2014 LABORATORIUM ELEKTRONIKA DASAR JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN TEKNOLOGI INFORMASI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA 2014

description

MERANGKAI DAN MENGUJI OP-AMP

Transcript of LAPORAN PRAKTIKUM

Page 1: LAPORAN PRAKTIKUM

LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DASAR

UNIT 7

MERANGKAI DAN MENGUJI OP-AMP

Nama : Claudius Dania Rezandi

No. Mhs : 13/348269/TK/40856

Hari, Tanggal : Senin Siang, 24 November 2014

LABORATORIUM ELEKTRONIKA DASAR

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN TEKNOLOGI INFORMASI

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2014

Page 2: LAPORAN PRAKTIKUM

A. Pendahuluan

Praktikum ketujuh ini merangkai berbagai ranngaian aplikasi Op-Amp pada papan EEC yang

disediakan

LANDASAN TEORI

Op-amp merupakan suatu rangkaian yang dapat digunakan sebagai penguat operasional.

Operasional berarti menujukan bahwa penambahan komponen luar yang sesuai dapat

dikonfigurasikan untuk dapat melakukan berbagai operasi, misalnya penambahan, pengurangan,

integrasi, dan diferensial. Adapun gambar Op-Amp biasanya dilukiskan dengan simbol seperti

berikut:

Tampak adanya dua masukkan yaitu masukan inverting (-) dan masukan non-inverting(+). Dalam

percobaan ini digunakan op-amp biasa yaitu dimana tegangan keluaran sebanding dengan beda

tegangan antara kedua isyarat masukan, yaitu masukan inverting (INV atau -) dan masukan non-

inverting (NON INV atau +). Bila isyarat masukan dihubungkan dengan masukan inverting, maka

pada daerah frekuensi tengah isyarat keluaran akan berlawanan fase dengan isyarat masukan.

Sebaliknya bila masukan dihubungkan dengan masukan non-inverting, maka isyarat keluaran

sefase dengan isyarat masukan. Ada beberapa jenis op-amp yang biasa digunakan sebagai

penguat, yaitu op-amp biasa, op-amp Norton dan op-amp transkonduktansi (OTA). Adapun untuk

memahami kerja op-amp perlu diketahui sifat-sifat op-amp. Beberapa sifat ideal opamp adalah

sebagai berikut:

a. Penguat lingkar terbuka (AV,01) tak berhingga.

b. Hambatan keluaran lingkar terbuka (Ro,ol) adalah nol.

c. Hambatan masukan lingkar terbuka (Ri,ol) tak berhingga.

Rangkaian op-amp ini dapat digunakan pada beberapa rangkaian penguat, di antaranya

a. Penguat tak membalik (non-inverting amplifier)

Sebagai penguat non-inverting, sumber isyarat masukan dihubungkan dengan masukan

positif. Karena rangkaian ini adalah penguat, terjadi umpan balik (feedback) negatif dari

hasil keluaran op-amp ke masukan negatif op-amp.

b. Penguat membalik (inverter amplifier)

Page 3: LAPORAN PRAKTIKUM

Sebagai penguat pembalik, sumber isyarat masukan dihubungkan dengan masukan

negatif. Karena rangkaian ini adalah penguat, terjadi umpan balik (feedback) negatif dari

hasil keluaran op-amp ke masukan negatif op-amp.

c. Diferensiator

Pada rangkaian diferensiator ini, bentuk isyarat keluaran merupakan diferensial dari

isyarat masukan jika tetapan waktu 𝑅𝐶 << 𝑇/2 dengan T = Perioda isyarat

d. Integrator

Pada rangkaian integrator,bentuk isyarat keluaran merupakan integral dari bentuk isyarat

masukan jika tetapan waktu 𝑅𝐶 >> 𝑇/2

e. Penguat penjumlah

Penguat ini biasanya menggunakan masukkan bertanda negative (𝑉−). Pada rangkaian ini

terdapat umpan balik negative, maka prinsip potensial semu berlaku dalam rangkaian ini

dan potensial pada input inverting akan ikut potensial pada input non-inverting.

Page 4: LAPORAN PRAKTIKUM

B. Alat dan Bahan Praktikum

1. Alat

Multimeter

Pencolok

Osiloskop

AFG

Power Supply

2. Bahan

Op-amp IC LM 741 Rangkaian penguat tak membalik

o R1 = 4K7 Ω o R2 = 47 KΩ

Rangkaian penguat membalik o Rin = 10 KΩ o Rf = 100 KΩ

Rangkaian penguat beda (Diferensial)o R1 = R2 = R3 = Rg = 10 KΩ o Rf = 100 KΩ

Untai integrator o R = 10 KΩ o Rf = 1 MΩ o C = 10 nF

Untai diferensiator o R =1 KΩ o Rf = 27 KΩ o C = 10 nF

Untai penguat penjumlah o Rf = 100 KΩ o R1 = R2 = Rn = 10 KΩ o RS = 1200 Ω o R1’ = 1 KΩ o R2’ = 470 Ω

Page 5: LAPORAN PRAKTIKUM

C. Analisa Gambar Rangkaian

1. Pengujian Untai Penguat Tak Membalik

Rangkaian di atas merupakan rangkaian penguat tak membalik. Sinyal Input masuk ke positif

op-amp dan juga memiliki negative feedback, di mana output rangkaian terhubung ke negatif

op-amp. Oleh karena itu sinyal output dari rangkaian ini akan dikuatkan namun masih sefase

dengan sinyal inputnya.

2. Pengujian Penguat Membalik

Rangkaian di atas merupakan rangkaian penguat pembalik di mana sinyal input masuk ke

negatif op-amp dan juga memiliki negative feedback, di mana sinyal keluaran masuk ke

negatif op-amp juga. Sehingga sinyal output yang dihasilkan akan dikuatkan dan memiliki

beda fase 180º atau sinyal output merupakan kebalikan dari sinyal inputnya.

3. Pengujian Penguat Beda (Diferensial)

Page 6: LAPORAN PRAKTIKUM

Rangkaian di atas merupakan rangkaian penguat beda karena kedua kaki inputnya

dihubungkan ke sinyal input. Positif op-amp dihubungkan ke 3 buah resistor 10 kΩ kemudian

ke ground. Berarti tegangan input akan terbagi rata ke tiap resistor. Dengan kata lain tiap

resistor akan memiliki tegangan yang sama. Kemudian rangkaian ini disebut penguat karena

kaki output op-amp dihubungkan ke input negatif op-amp. Besarnya tegangan input pada kaki

+ dan kaki – op-amp akan berbeda walaupun sumbernya satu karena jumlah resistor antara

kedua kaki ini berbeda.

4. Pengujian Untai Integrator

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.

5. Pengujian Untai Diferensiator

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.

6. Pengujian Untai Penguat Penjumlah

Page 7: LAPORAN PRAKTIKUM

Input negatif dipasang n buah resistor yang dipasang paralel, sedangkan input negatif

terhubung ke ground. Setelah op-amp mengeluarkan tegangan, beberapa tegangan

diumpanbalikkan ke bagian input negatif. V in yang berupa gelombang sinus dengan frekuensi

1 Khz dihubungkan ke hambatan Rs baru kemudian dipasangi resistor yang terangkai paralel.

Page 8: LAPORAN PRAKTIKUM

D. Hasil Pengujian

Hasil dari percobaan yang sudah dilakukan adalah sebagai berikut.

1. Pengujian Untai Penguat Tak Membalik

V Out Maks = 6.64 V Vpp

V Input Maks = 6.20 V Vpp

2. Pengujian Penguat Membalik

V Out Maks = 6 V Vpp

V Input Maks = 640 mV Vpp

3. Pengujian Penguat Beda (Diferensial)

V Out Maks = 1.46 V Vpp

V1 = 6.37 V Vpp

V2 = 3.76 V Vpp

4. Pengujian Untai Integrator

V Out = 328 mV VppV Input = 6.37 V VppGambar Gelombang Output

a. Dengan Gelombang SinusoidalV Out = 84 mV Vpp

b. Dengan Gelombang KotakV Out = 332 mV Vpp

c. Dengan Gelombang SegitigaV Out = 80 mV Vpp

d. Dengan Beda FaseYm = 1 Yo = 1

5. Pengujian Untai Diferensiator

V Out = 15.6 V VppV Input = 11.12 V VppGambar Gelombang Output

e. Dengan Gelombang SinusoidalV Out = 15.6 V Vpp

Page 9: LAPORAN PRAKTIKUM

f. Dengan Gelombang KotakV Out = 26.2 V Vpp

g. Dengan Gelombang SegitigaV Out = 12.2 V Vpp

h. Dengan Beda FaseYm = 1Yo = 1

6. Pengujian Untai Penguat Penjumlah

V Out = 2.08 V Vpp

V Input = 11.12 V Vpp

V1 = 10 V Vpp

V2 = 10.2 V Vpp

Vn = 9.8 V Vpp

E. Analisa Hasil Pengujian

1. Pengujian Untai Penguat Tak Membalik

Perhitungan V Out secara matematis dapat dilakukan dengan V In Maks hasil pengukuran =

6.20 V Vpp, R1 = 4K7 Ω dan R2 = 47 KΩ maka

V Out=V∈(1+ R2R1

)

V Out=6.20V (1+ 47K Ω4 K7Ω

)

V Out=6.20V (1+10Ω)

V Out=6.20V (11)

V Out=68.2V

Hasil perhitungan adalah 68.2 V sangat berbeda jauh dengan hasil pengukuran yakni 6.64 V.

Seharusnya nilai V Out akan bernilai lebih besar dibanding V In karena faktor penguat.

Dengan begitu nilai faktor penguatan yang didapat juga kecil yakni

AV= V OutV∈¿¿

AV=6.64V6.20V

AV=1,071

Sementara untuk hasil gambar gelombang antara V In dan V Out cukup identik.

2. Pengujian Penguat Membalik

Perhitungan V Out secara matematis dapat dilakukan dengan V In Maks hasil pengukuran =

640 mV Vpp, Rin = 10 KΩ dan Rf = 100 KΩ maka

V Out=−RfRin

V∈¿

V Out=−100K Ω10K Ω

640mV

Page 10: LAPORAN PRAKTIKUM

V Out=−(10 )640mV

V Out=−6.40V

Hasil perhitungan adalah -6.40 V hampir mendekati nilai hasil pengukuran yakni 6.00 V

(dengan tanda negatif). Dengan begitu nilai faktor penguatan yang didapat juga kecil yakni

AV= V OutV∈¿¿

AV= 6.00V640mV

AV=9,375

Sementara untuk hasil gambar gelombang antara V In dan V Out saling berkebalikan.

3. Pengujian Penguat Beda (Diferensial)

Perhitungan V Out secara matematis dapat dilakukan dengan V1 (hasil pengukuran) = 6.37 V

Vpp, V2 (hasil pengukuran) = 3.76 V Vpp, R1 = 10 KΩ, R2 = 10 KΩ, R3 = 10 KΩ, Rf =

100 KΩ, dan Rg = 10 KΩ maka

V Out=(Rf +R1 )Rg(Rg+R2 )R1

V 2− RfR1V 1

V Out=(100K Ω+10K Ω )10K Ω(10K Ω+10K Ω )10K Ω

3.76V−100K Ω10K Ω

6.37V

V Out=(( 112 )3.76V )−((10 ) 6.37V )

V Out=(20.68V )−(63.7V )

V Out=−43.02V

Jika dilihat hasil perhitungan secara metematis (-43.02 V) sangat berbeda jauh dengan hasil

pengukuran (1.46 V).

4. Pengujian Untai Integrator

Pada percobaan ini jika gelombang input berbentuk gelombang sinusoidal, keluarannya

berupa gelombang sinusoidal pula. Jika masukannya berupa gelombang kotak, keluarannya

berupa gelombang segitiga. Jika masukannya berupa gelombang segitiga, keluarannya berupa

gelombang sinusoidal yang bukit dan lembahnya berbentuk setengah lingkaran. Hasil

percobaan tiap gelombang dengan F = 1000 Hz sudah cukup mendekati dan nilai V Out yang

berbeda-beda.

Untuk beda fase hasil dengan Ym = 1 dan Yo = 1 maka

ϕ=sin−1 YoYm

ϕ=sin−1 11

ϕ=90 °

Page 11: LAPORAN PRAKTIKUM

Gambar yang terlihat hampir mendekati elips yang lurus sehingga terlihat terjadi perbedaan

fase sebesar 90º.

5. Pengujian Untai Diferensiator

Pada percobaan ini jika gelombang input berbentuk gelombang sinusoidal, keluarannya

berupa gelombang sinusoidal pula. Jika masukannya berupa gelombang kotak, keluarannya

berupa gelombang yang riaknya sangat tinggi dan singkat waktunya. Jika masukannya berupa

gelombang segitiga, keluarannya berupa gelombang kotak. Hasil percobaan tiap gelombang

dengan F = 1000 Hz sudah cukup mendekati dan nilai V Out yang berbeda-beda.

Untuk beda fase hasil dengan Ym = 1 dan Yo = 1 maka

ϕ=sin−1 YoYm

ϕ=sin−1 11

ϕ=90 °

Gambar yang terlihat hampir mendekati elips yang lurus sehingga terlihat terjadi perbedaan

fase sebesar 90º.

6. Pengujian Untai Penguat Penjumlah

Perhitungan V Out secara matematis dapat dilakukan dengan V1 (hasil pengukuran) = 10 V

Vpp, V2 (hasil pengukuran) = 10.2 V Vpp, Vn (hasil pengukuran) = 9.8 V Vpp, R1 = 10 KΩ

dan Rf = 100 KΩ maka

V Out=−RfRin

(V 1+V 2+Vn)

V Out=−100K Ω10K Ω

(10V +10.2V +9.8V )

V Out=−10 (30V )

V Out=−300V

V Out hasil perhitungan adalah -300 V sementara nilai hasil pengukuran yakni 2.08 V yang

sangat berbeda jauh.

Page 12: LAPORAN PRAKTIKUM

F. Kesimpulan

1. Operation-amplifier adalah suatu komponen aktif yang digunakan untuk memperkuat sinyal

suatu gelombang.

2. Karakteristik dasar suatu Operation-amplifier adalah sebgai berikut:

Resistans masukan tinggi

Resistans keluaran sangat kecil

Perolehan tegangan tak terhingga

Lebar bidang frekuensi sangat besar

Tegangan keluaran adalah nol jika masukan (+) dan (-) sama

Karakteristik OP-AMP tidak hanyut oleh perubahan suhu

3. Pada penguat non-inverting mempunyai gelombang output yang mengalami penguatan dan

fase gelombang output sama dengan fase gelombang input.

4. Penguat inverting mempunyai gelombang output yang mengalami penguatan dan fase

gelombang output berbeda 180° dengan fase gelombang input.

Page 13: LAPORAN PRAKTIKUM

G. Jawaban Pertanyaan

1. Sebutkan Op-Amp Ideal!

Tidak ada arus yang masuk/keluar dari masukannya. Hal ini dikarenakan impedans

masukan Z Input = (tak berhingga)

Impedans keluaran Z Output = 0 sehingga arus dapat masuk/keluar melalui keluarannya.

Penguat tegangan (A) sehingga dapat dirumuskan dengan persamaan: V Out = ( V In+ - V In− ) 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 V Out = 0 , yaitu jika V In+ = V In− Suatu Op-Amp memerlukan voltase supply supaya bisa bekerja. Biasanya diperlukan

supply positif (Vcc+) dan supply negative (Vee−).

Lebar bidang/ Bandwidth tak terhingga

2. Sebutkan beberapa IC Op-Amp yang ada di pasaran!

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

3. Rancang dan buatlah rangkaian elektronika yang menggunakan Op-Amp!

Rangkaian Penguat Penjumlah

Page 14: LAPORAN PRAKTIKUM