Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

46
BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Diode merupakan alat yang hanya bisa mengalirkan arus DC dalam satu arah saja, sedangkan pada arah lain yang berlawanan ia tidak akan bisa untuk menghantarkan arus tersebut. Diode memiliki bentuk fisik yang kecil dan ia memiliki dua buah kutub (kaki) di masing-masing ujungnya seperti halnya tahanan (resistor). Dimana salah satu ujungnya adalah positif sedangkan ujung kaki yang lainnya adalah negatif. Kaki-kaki dari diode ini disebut dengan katode dan anode. Diode juga dapat digunakan untuk mengubah arus AC (arus bolak-balik) menjadi arus DC (arus searah) dan lain sebagainya tergantung dari jenis diodenya. Operasional amplifier atau op-amp ini merupakan salah satu komponen analog yang popular digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. Aplikasi op-amp popular yang paling sering dibuat antara lain adalah rangkaian inverter, non-inverter, integrator dan differensiator. Pada pokok bahasan kali ini akan dipaparkan beberapa aplikasi op-amp yang paling dasar, dimana rangkaian feedback (umpan balik) negatif memegang peranan penting. Secara umum, umpanbalik positif akan menghasilkan osilasi sedangkan umpanbalik negatif menghasilkan penguatan yang dapat terukur. 1 | Elektronika|Diode & Op-Amp

description

makalah rangkaian Diode & Op-Amp

Transcript of Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

Page 1: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

BAB IPENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Diode merupakan alat yang hanya bisa mengalirkan arus DC dalam satu arah saja,

sedangkan pada arah lain yang berlawanan ia tidak akan bisa untuk menghantarkan arus

tersebut. Diode memiliki bentuk fisik yang kecil dan ia memiliki dua buah kutub (kaki) di

masing-masing ujungnya seperti halnya tahanan (resistor). Dimana salah satu ujungnya

adalah positif sedangkan ujung kaki yang lainnya adalah negatif. Kaki-kaki dari diode ini

disebut dengan katode dan anode. Diode juga dapat digunakan untuk mengubah arus AC

(arus bolak-balik) menjadi arus DC (arus searah) dan lain sebagainya tergantung dari jenis

diodenya.

Operasional amplifier atau op-amp ini merupakan salah satu komponen analog yang popular digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. Aplikasi op-amp popular yang paling sering dibuat antara lain adalah rangkaian inverter, non-inverter, integrator dan differensiator. Pada pokok bahasan kali ini akan dipaparkan beberapa aplikasi op-amp yang paling dasar, dimana rangkaian feedback (umpan balik) negatif memegang peranan penting. Secara umum, umpanbalik positif akan menghasilkan osilasi sedangkan umpanbalik negatif menghasilkan penguatan yang dapat terukur.

1 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 2: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

BAB IIDIODE

II.1 Lambang dan Bentuk dari Komponen Diode

Di dalam suatu skema rangkaian, diode dilambangkan seperti pada gambar dibawah ini:

Gambar 1. Lambang dari Diode

Dari lambang ini sudah dapat dilihat bahwa arah dari arus mempengaruhi sifat dari diode.

Satu sisi dari diode disebut anode, dan yang lainnya disebut katode. Katode ada pada ujung

depan dari segitiga. Apabila anode dihubungkan ke kutub yang positif sedangkan anode

dihubungkan ke kutub yang negatif maka arus listrik akan mengalir dari anode menuju ke

katode. Namun apabila hubungan tersebut dibalikan maka tidak akan ada arus listrik yang

mengalir melalui diode. Jadi diode hanya dapat dialiri oleh arus listrik pada saat anode

memiliki potensial lebih tinggi dari pada katode. Komponen dari diode sering berbentuk

silinder kecil dan biasanya diberi lingkaran pada katode untuk menunjukan posisi dari garis

di dalam lambang diode tersebut.

II.2 Sifat dari Diode

Sebagai pendekatan pertama dapat dikatakan bahwa diode mengijinkan arus untuk dapat

mengalir ke satu arah saja. Ketika anode mendapatkan voltase yang lebih positif daripada

katode, maka arus bisa saja mengalir dengan bebas. Di dalam situasi seperti ini dapat

dikatakan dioda dibias maju. Kalau voltase dibalikan, berarti katode yang positif terhadap

anode, maka arus tidak akan dapat mengalir kecuali suatu arus yang sangat kecil. Dalam

2 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 3: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

situasi ini dikatakan diode dibias balik atau dibias mundur. Arus yang mengalir ketika

diode dibias balik disebut dengan arus balik atau arus bocor dari diode dan arus itu begitu

kecil sehingga di dalam kebanyakan rangkaian dapat diabaikan. Arus bisa mengalir kearah

segitiga dalam lambang skema rangkaian. Kalau voltase lebih kecil daripada batas-batas

tersebut maka sebenarnya terdapat pula arus namun jumlahnya sangat kecil. Hubungan antara

arus dan voltase bisa digambarkan seperti gambar dibawah ini

Gambar.2.Pendekatan untuk sifat dari suatu diode

Namun perlu diperhatikan bahwa sifat ini hanya merupakan suatu pendekatan, walaupun

pendekatan ini cukup baik untuk dipakai di dalam banyak situasi, yang berarti sifat dari

sebagian besar rangkaian dapat dimengerti oleh pendekatan ini. Kalau memakai pendekatan

ini, sifat dari diode dapat dimengerti juga dengan memakai satu rangkaian pengganti, yaitu

satu sakelar yang terbuka ketika diode dibias balik dan tertutup ketika diode dibias maju.

Untuk mendapatkan voltase yang dibutuhkan supaya arus dapat mengalir, maka sakelar tersebut dirangkai secara seri dengan satu sumber voltase sehingga terdapat rangkaian pengganti.

Jadi sifat dari diode berbeda jika arah voltase pada sambungannya berbeda. Sifat yang mengijinkan arus mengalir hanya ke satu arah saja dapat digunakan sebagai suatu pengubah arus bolak-balik menjadi arus searah. Salah satu contoh rangkaian sederhana yang menghasilkan sifat ini diperlihatkan pada gambar dibawah ini :

3 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 4: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

Gambar.4.Contoh Rangkaian Sederhana

Kalau sifat dari diode yang dibias terus maju diteliti lebih rinci dengan arus yang tidak terlalu besar, maka terdapat sifat yang hamper persis yang sesuai dengan rumus:

I = Ib (T).(exp -1) ) ( mVr V

Dimana:

Ib = Arus diode pada arah bias balik, berarti arus bocor

T = Suhu diode

Vt = Konstanta fisik : Vt = (pada suhu V e KT 40 1 0 ) 20 0C

M = Satu konstanta antara 1 dan 2

II.3 Jenis Dioda

1. DIODA PENYEARAH (RECTIFIER)Dioda penyearah adalah jenis dioda yang terbuat dari bahan Silikon yang berfungsi sebagai

penyearah tegangan / arus dari arus bolak-balik (ac) ke arus searah (dc) atau mengubah arus

ac menjadi dc. Secara umum dioda ini disimbolnya.

Kaki-kaki dioda yaitu kaki katoda ditandai dengan garis pada ujungnya

4 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 5: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

2. DIODA ZENER

Dioda Zener merupakan diode junction P dan N yang terbuat dari bahan dasar silikon. Dioda

ini dikenal juga sebagai Voltage Regulation Diode yang bekerja pada daerah reverse (kuadran

III). Potensial dioda zener berkisar mulai 2,4 sampai 200 volt dengan disipasi daya dari ¼

hingga 50 watt.

3. DIODA EMISI CAHAYA ( LIGHT EMITTING DIODE )

Dioda emisi cahaya atau dikenal dengan singkatan LED merupakan Solid State Lamp yang

merupakan piranti elektronik gabungan antara elektronik dengan optik, sehingga

dikategorikan pada keluarga “Optoelectronic”. Sedangkan elektroda-elektrodanya sama

seperti dioda lainnya, yaitu anoda (+) dan Katoda (-). Ada tiga kategori umum penggunaan

LED, yaitu :

- Sebagai lampu indikator,

- Untuk transmisi sinyal cahaya yang dimodulasikan dalam suatu jarak tertentu,

- Sebagai penggandeng rangkaian elektronik yang terisolir secara total.

Simbol, bangun fisiknya dan konstruksinya diperlihatkan pada gambar berikut.

Bahan dasar yang digunakan dalam pembuatan LED adalah bahan Galium Arsenida (GaAs) atau Galium Arsenida Phospida (GaAsP) atau juga Galium Phospida (GaP), bahan-bahan ini memancarkan cahaya dengan warna yang berbeda-beda. Bahan GaAs memancarkan cahaya inframerah, Bahan GaAsP memancarkan cahaya merah atau kuning, sedangkan bahan GaP memancarkan cahaya merah atau hijau.

5 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 6: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

Seperti halnya piranti elektronik lainnya , LED mempunyai nilai besaran terbatas dimana tegangan majunya dibedakan atas jenis warna

TABEL WARNA LED DAN TEGANGANNYA

Warna Tegangan Maju

Merah 1.8 volt

Orange 2.0 volt

Kuning 2.1 volt

Hijau 2.2 volt

Sedangkan besar arus maju suatu LED standard adalah sekitar 20 mA. Karena dapat mengeluarkan cahaya, maka pengujian LED ini mudah, cukup dengan menggabungkan dengan sumber tegangan dc kecil saja atau dengan ohmmeter dengan polaritas yang sesuai dengan elektrodanya.

4. DIODA CAHAYA ( PHOTO-DIODE)Secara umum dioda-cahaya ini mirip dengan PN-Junction, perbedaannya terletak pada

persambungan yang diberi celah agar cahaya dapat masuk padanya.

Dioda cahaya ini bekerja pada daerah reverse, jadi hanya arus bocor saja yang melewatinya.

Dalam keadaan gelap, arus yang mengalir sekitar 10 A untuk dioda cahaya dengan bahan

dasar germanium dan 1A untuk bahan silikon. Kuat cahaya dan temperature keliling dapat

menaikkan arus bocor tersebut karena dapat mengubah nilai resistansinya dimana semakin

kuat cahaya yang menyinari semakin kecil nilai resistansi dioda cahaya tersebut. Penggunaan

dioda cahaya diantaranya adalah sebagai sensor dalam pembacaan pita data berlubang (Punch

tape), dimana pita berlubang tersebut terletak diantara sumber cahaya dan dioda cahaya. Jika

setiap lubang pita itu melewati antara tadi, maka cahaya yang memasuki lubang tersebut akan

diterima oleh dioda cahaya dan diubah dalam bentuk signal listrik. Sedangkan penggunaan

lainnya adalah dalam alat pengukur kuat cahaya (Lux-Meter), dimana dalam keadaan gelap

resistansi dioda cahaya ini tinggi sedangkan jika disinari cahaya akan berubah rendah. Selain

itu banyak juga dioda cahaya ini digunakan sebagai sensor sistem pengaman (security) misal

dalam penggunaan alarm.

5. DIODA VARACTOR

6 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 7: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

Dioda Varactor disebut juga sebagai dioda kapasitas yang sifatnya mempunyai kapasitas

yang berubah-ubah jika diberikan tegangan. Dioda ini bekerja didaerah reverse mirip dioda

Zener. Bahan dasar pembuatan dioda varactor ini adalah silikon dimana dioda ini sifat

kapasitansinya tergantung pada tegangan yang diberikan padanya. Jika tegangan tegangannya

semakin naik, kapasitasnya akan turun. Dioda varikap banyak digunakan pada pesawat

penerima radio dan televisi di bagian pengaturan suara (Audio).

II. 4 Sifat Dioda menurut jenisnya

1. Germanium

Tahan terhadap tegangan tinggi ( Maximum 500V ) Tahan terhadap arus yang besar ( Maximum 10A ) Teganan hilang antara 0,2V - 0,4V Bentuk fisik kecil Digunakan untuk pesawat elektronik, dengan daya keluaran ( power output ) yang

besar.

7 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 8: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

2. Silicon

Tahan terhadap teganaan ( Maximum 30V ) Tahan terhadap arus yang ( Maximum 0,5A ) Teganan hilang ( IV) Bentuk fisik besar Bnyak digunakan pada penyearah arus di sepeda motor yang menerapkan sistem

pengapian dengan ACCU

3. Zener

dapat mencapai teganan max rata rata antara (0,7V - 11V ) hanya tahan terhadap arus yang kecil kecil antara ( 1mA- 50mA ) teganan hilang relatif tadak ada, oleh sebab itu dioda ini sangat baik untuk penstabil

tegangan / voltage regulator pada pesawat catudaya. bentuk fisik kecil digunakan pada pesawat catudaya sebagai stabilisator tegangan yang diberikan oleh

data teganagn dioda zener yang digunakan.

4. LED

8 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 9: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

bila diberikan teganan panjar maju, dioda akan menyala / bercahaya. hanya tahan terhadap teganan panjar maju setinggi (1,5V - 2V ) Tegangan hilang relatif tidak ada Hanya tahan terhadap arus yang kecil ( 5mA - 20mA )

II.5 Dioda Zener

Diode zener merupakan salah satu dari beberapa jenis diode khusus yang juga dapat untuk mengalirkan arus ke arah sebaliknya. Diode ini merupakan sambungan dari silicon yang sering digunakan sebagai pengatur ataupun penstabil dari tegangan. Meskipun arus dari AC yang dirubah ke dalam bentuk arus searah (DC) berubah-ubah, namun tidak akan berpengaruh pada diode zener ini.Bentuk dari diode zener biasanya sama dengan diode biasa, sedangkan lambang dan contoh dari diode zener dapat kita lihat pada gambar dibawah ini:

Gambar.5. Lambang Diode Zener

Gambar .6 Contoh Diode Zener

Sifat dari diode zener hampir sama dengan diode biasa, hanya saja diode zener dirancang untuk memiliki voltase break thought pada voltase tertentu. Berikut ini adalah beberapa sifat daripada diode zener diantaranya:

Tegangan maksimum yang bisa dicapai oleh diode zener kurang lebih sebesar 0,7 sampai dengan 12 Volt.

9 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 10: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

Hanya dapat tahan terhadap arus kecil saja (dengan batas maksimum antara 1 sampai dengan 50 miliampere).

Hampir tidak ada tegangan yang hilang jika melewati diode zener ini.

Memiliki bentuk fisik yang kecil.

Voltase break through pada diode zener biasanya disebut dengan Voltase Zener. Diode zener biasanya dipakai pada arah balik sehingga voltase pada diode ini konstan yaitu sebesar voltase zenernya. Diode zener juga memiliki beberapa keistimewaan diantaranya:

a. Tegangannya dapat ditentukan, misalnya sebesar 4V, 8V,atau 10V

b. Besar dari pada tegangannya tidak tergantung pada tegangan inputnya sendiri.

Diode zener juga memiliki beberapa fungsi diantaranya:

a. Stabilisator tegangan

b. Sebagai Clipper pada sirkit pulsa.

Berikut ini adalah contoh dari catu daya yang menggunakan regulator diode zener yang dapat kita lihat pada gambar dibawah ini:

Gambar .7 Catu Daya dengan Menggunakan Regulator Diode Zener

Bila tegangan yang melalui diode pada arah yang berlawanan yang melebihi tingkat tertentu, diode juga akan menjadi suatu penghantar. Tingkat tegangan ini dikenal sebagai tegangan zener, dan di dalam diode biasa nilainya biasanya sangat tinggi (100 V untuk tipe 1N4148 ) sehingga arus yang ditimbulkannya dapat saja merusak diode. Meskipun demikian, dapat dibuat diode dengan tegangan zener tertentu pada tingkat tegangan yang sangat rendah. Hasilnya adalah suatu diode yang nantinya dapat menjadi sumber tegangan yang sangat stabil, yang sering kita sebut dengan Diode Zener.

II.5.1 Resistansi Zener

Bila dioda zener sedang beroperasi di daerah dadal, kenaikan arus menghasilkan sedikit kenaikan tegangan. Ini berarti bahwa dioda zener mempunyai resistansi ac yang kecil.

10 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 11: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

Lembaran data menentukan resistansi zener ( sering disebut impedansi zener) pada arus pengujian IZT yang sama dengan yang digunakan untuk mengukur VZ. Resistansi zener pada arus pengujuian ini ditandai dengan RZT ( atau ZZT). Misalnya, lembaran data 1N3020 mencantumkan data-data sebagai berikut: VZT = 10 V, IZT = 25 mA, dan ZZT = 7 . Ini memberi informasi kepada kita bahwa dioda zener mempunyai tegangan 10 V dan resistansi zener 7 bila arus 25 mA.

II.5.2 Regulator Zener

Diode zener sering disebut juga voltage-regulator diode (dioda pengatur tegangan) karena mempertahankan tegangan output tetap konstan meskipun arus yang melaluinya berubah. Pada operasi normal, kita harus memberikan bias mundur (reverse bias) pada diode zener. Lebih lanjut untuk memperoleh operasi breakdown, tegangan Vs harus lebih besar daripada tegangan breakdown zener Vz Resistor se Rs selalu digunakan untuk membatasi arus zener agar lebih kecil daripada tingkatan arus maksimumnya. Jika tidak, diode zener terbakar.

Regulator (pengatur) tegangan dengan diode zener terlihat pada gambar berikut:

Gambar Pengatur Tegangan pada Diode Zener

Tegangan Vs adalah tegangan searah yang tak teratur yang dapat bersal dari penyearah gelombang penuh yang bertapis.Tegangan sumber Vs dan resistor R dipilih sedemikian sehingga diode bekerja didaerah dadal (break down) yaitu di Vz dan Iz.

Diode kemudian mengatur tegangan beban terhadap perubahan arus beban dan tegangan sumber. Di daerah dadal perubahan yang besar arus diode hanya mengakibatkan perubahan yang kecil pada tegangan diode zener. Pengaturan ini terjadi selama arus diode lebih besar daripada Izk.

Contoh:

Diode zener digunakan untuk mempertahankan tegangan 12V untuk arus diode berubah dari 5 hingga 20mA.

11 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 12: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

Tegangan sumber Vs = 18 volt

A) Hitunglah R yang memungkinkan penaturan tegangan pada arus beban I0 = 0 hingga I1 maksimum.Berapakah besar I1 maksimum?

B) Bila R bernilai seperti (a) dan I1 ditetapkan 10 mA,berpakah batas Vs boleh berubah tanpa kegagalan pengaturan tegangan?

Solusi

a) I , Iz = I-I1 RVz V

Bila RL berubah maka IL = juga berubah,tetapi I konstan.Sehingga dengan bertambah nya IL,Iz akan turun.Iz maksimum terjadi pada saat IL minimum (IL =0) RL Vz

Jadi R = = 300Ω 2012 18

Iz minimum = Izk = 20- 5 = 15 mA

b) Pada saat arus diode minimum,I = 5+ 10 =15mA

Vs =Vz + IR = 12+15x o,3 = 16,5volt

Pada saat arus dode maksimum, I = 20 +10 = 30 ma

Vs = 12+30x0,3 = 21volt

II.5.3 Diode Zener Ideal

Untuk perbaikkan dan perancangan mula, kita dapat menganggap daerah dadal sebagai garis yang vertikal. Artinya, tegangannya tetap meskipun arusnya berubah, yang artinya sama dengan mengabaikan resistansi zener. Ini berarti bahwa dioda zener yang sedang beroperasi di daerah dadal berlaku seperti sebuah batere. Artinya dalam suatu rangkaian, dalam bayangan dioda zener dapat diganti dengan sumber tegangan Vz, asalkan dioda zener sedang beroperasi di daerah dadal.

II.5.4 Regulator Zener dengan Beban

Diode zener ini beroperasi pada daerah breakdown dan menjaga agar tegangan beban tetap konstan. Meskipun sumber tegangan berubah atau resistansi beban berubah-ubah, namun tegangan akan selalu tetap dan sama dengan tegangan zener.

12 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 13: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

II.5.6 Operasi Breakdown

Bagaimana anda dapat mengatakan apakah diode zener dioperasikan pada diode zener atau tidak?. Tegangan Thevenin pada diode adalah sebagai berikut :

Ini merupakan tegangan yang ada ketika diode zener diputuskan dari rangkaian, dimana tegangan theveninnya haruslah lebih besar dari pada tegangan zener karena jika terjadi hal yang sebaliknya maka kondisi dari operasi breakdown tidak akan memenuhi ketentuan.

II.5.7 Arus Seri

Misalkan dioda zener sedang beroperasi di daerah dadal, kita teruskan sebagai berikut. Arus yang mengalir melalui tahanan seri diberikan oleh :

Ini adalah Hukum Ohm yang diterapkan pada tahanan pembatas arus.

II.5.8 Arus Beban

13 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 14: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

Karena resistansi zener biasanya hanya menimbulkan pengaruh yang sangat kecil, kita dapat mendekati tegangan beban dengan

(Lambang ≈= berarti “hampir sama daripada”). Ini memungkinkan kita untuk menggunakan hukum Ohm untuk menghitung arus beban :

II.5.9 Arus Zener

Karena rangkaian dua simpal maka arus seri terbelah pada persambungan dioda zener dan tahanan beban. Dari hukum Kirchhoff diperoleh :

IS = IZ + IL

Kita dapat mengatur kembali persamaan ini untuk mendapatkan hubungan arsu zener.

IZ = IS – IL

BAB III

14 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 15: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

OPERATION AMPLIFIER ( OP-AMP )

III.1 Definisi Op-Amp

Op-amp adalah suatu blok penguat yang mempunyai dua masukan dan satu keluaran. Op-amp biasa terdapat di pasaran berupa rangkaian terpadu (Integrated Circuit-IC). Penguat operasional tersusun dari beberapa rangakian penguat yang menggunakan transistor. Biasanya membuat perangkat dari op-amp lebih mudah dibandingkan membuat penguat dari transistor karena tidak memerlukan perhitungan titik kerja, bias, dll.

Op-amp merupakan perangkat yang sangat efisien dan serbaguna. Aplikasinya menjangkau industri elektronik yang luas yang memenuhi persyaratan untuk pengkondisian sinyal, fungsi transfer khusus, instrumentasi analog, perhitungan analog, dan sistem desain khusus. Aset dari analog yaitu simpel dan presisi merupakan ciri sirkuit dengan menggunakan op-amp. Selain itu aplikasi op-amp yang juga sering digunakan antara lain adalah rangkaian inverter, non-inverter, integrator dan differensiator. Saat ini, penggunaan umum penguat operasional telah diperluas untuk mencakup aplikasi seperti Amplifier DC, Amplifier AC, komparator, Driver Servo Valve, Driver Defleksi Yoke, Oscillators Distorsi rendah, AC ke DC Converter, multivibrators.

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, feedback positif akan menghasilkan osilasi sedangkan feedback negatif menghasilkan penguatan yang dapat terukur. Berikut adalah teknik feedback:

Teknik Feedback.

Ketepatan dan fleksibilitas dari amplifier operasional merupakan hasil langsung dari penggunaan feedback negatif. Secara umum, amplifier yang menggunakan umpan balik akan memiliki karakteristik operasi yang unggul pada pengorbanan keuntungan.

Gambar 1: Op-amp dengan menggunakan feedback.

Dengan umpan balik yang cukup, karakteristik amplifier loop tertutup menjadi sebuah fungsi dari elemen umpan balik. Dalam rangkaian umpan balik yang khas, gambar 1, elemen umpan balik adalah dua resistor. Ketepatan gain "loop tertutup” diatur oleh rasio dari dua resistor

15 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 16: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

R S

V S

V i

R i A V i

R o

V o

R L

SO URCE AMPLIF IER LO AD

+

_

+

_

INP

UT

PO

RT

OU

TP

UT

PO

RT

dan secara praktis independen terhadap amplifier "loop terbuka”. Dengan demikian, amplifikasi untuk hampir semua tingkat presisi dapat dicapai dengan mudah.

III.2 Rangkaian Op-Amp

Sebuah amplifier memiliki port input dan port output. Pada amplifier linier, sinyal output = A x sinyal input, dimana A adalah faktor amplifikasi atau gain. Berdasarkan sinyal input dan outputnya, ada empat tipe gain penguat, yaitu: gain tegangan (tegangan luar/ tegangan dalam), gain arus (arus luar/ arus dalam), transresistance (tegangan luar/ arus dalam), dan transconductance (arus luar/ tegangan dalam).

Model rangkaian sebuah amplifier ditunjukkan pada gambar 2. Port input berperan pasif, tidak menghasilkan tegangan sendiri, dan dimodelkan oleh element resistif Ri atau disebut juga resistansi input. Port output tegangannya bergantung pada sumber Avi secara seri dengan resistansi output Ro, dimana Vi adalah perbedaan potensial antara terminal port input. Gambar 2 menunjukkan rangkaian amplifier yang lengkap yaitu yang mengandung sumber tegangan input Vs yang dirangkai secara seri dengan sumber resistansi Rs dan sebuah beban resistansi output RL. Dari gambar 2, dapat dilihat bahwa kita memiliki tegangan-pembagi sirkuit di port input maupun port output dari amplifier. Hal ini mengharuskan kita untuk menghitung ulang nilai Vi dan Vo setiap kali sumber/ beban yang digunakan berbeda dengan menggunakan rumus berikut:

................................(1)

................................(2)

Gambar 2: Model rangkaian amplifier.

III.3 Diagram Op-Amp

16 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 17: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

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 3 (a) berikut menunjukkan diagram dari op-amp yang terdiri dari beberapa bagian tersebut.

Gambar 3 (a): Diagram blok operasional amplifier.

Gambar 3 (b): Diagram skematik simbol operasional amplifier.

Simbol op-amp adalah seperti pada gambar 3 (b) dengan 2 input, non-inverting (+) dan input inverting (-). Umumnya op-amp 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 3 (b) 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 AOL adalah nilai penguatan open loop dan nilai idealnya tak terhingga.

Karakteristik satu op-amp dapat berbeda dengan op-amp lain tergantung dari teknologi pembuatan dan desain IC-nya.

III.4 Fungsi Op-Amp

Pada mulanya op-amp digunakan untuk rangkaian perhitungan analog, rangkaian pengaturan instrumentasi. Fungsi utamanya adalah untuk melakukan operasi linier matematika (tegangan dan arus), integrasi dan penguatan. Namun kini op-amp dapat digunakan dimana saja, dalam

17 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 18: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

berbagai bidang: reproduksi suara, system komunikasi, sistem pengolahan digital, elektronik komersial dan aneka macam perangkat hobbyist.

Salah satu fungsi yang penting dari op-amp adalah hubungan polaritas antara input terhadap output. Tegasnya, jika input pada (-) lebih positif daripada input pada (+), maka output akan menjadi negatif. Sebaliknya, jika input pada (-) lebih negatif daripada input pada (+), maka output akan menjadi positif.

(a) (b)

Gambar 4: Hubungan antara input dan output.

III.4-1 Amplifier Operasional: 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).

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)

Inilah dua aturan penting op-amp ideal yang digunakan untuk menganalisa rangkaian op-amp.

Model amplifier standar ditunjukkan pada Gambar 5 dan pada Gambar 6 menunjukkan model amplifier ideal. Op-amp dikatan "differential-to-single-ended" amplifier, jika menguatkan

18 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 19: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

perbedaan tegangan Vp – Vn = Vi pada port input dan menghasilkan tegangan Vo di port output yang direferensikan ke node dasar dari sirkuit yang digunakan op-amp.

Gambar 5: Op-amp standar. Gambar 6: Op-amp ideal.

Model op-amp yang ideal berasal untuk menyederhanakan analisis rangkaian dan umumnya digunakan oleh para insinyur untuk perkiraan perhitungan orde pertama. Model yang ideal membuat tiga asumsi penyederhanaan:

Gain tak terhingga: A = ..........................(3)

Resistansi input tak terhingga: Ri = .........(4)

Resistansi output nol: Ro= 0 ........................(5)

Aplikasikasikan asumsi ini pada model op-amp standar dan hasilnya ada pada model op-amp ideal yang ditunjukkan gambar 6. Karena Ri = dan perbedaan tegangan Vp – Vn = Vi pada port input terbatas, maka nilai arus input adalah nol untuk op-amp ideal:

in = ip = 0 ................................(6)

Maka tidak ada efek pembebanan pada port input dari op-amp ideal:

...................................(7)

Selain itu, karena Ro = 0, maka tidak ada efek pembebanan pada port uotput dari op-amp ideal:

Vo = A Vi ................................(8)

Akhirnya, karena A = dan Vo harus terbatas, maka:

Vi = Vp – Vn = 0 atau Vp = Vn ....................(9)

III.5 Macam-Macam Op-Amp

19 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 20: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

Op-amp memiliki berbagai macam jenis dan tipenya berdasarkan rangkaiannya. Berikut ini akan dijelaskan beberapa tipe op-amp yang biasa digunakan:

1. Komparator (Rangkaian Pembanding).

Merupakan salah satu aplikasi yang memanfaatkan penguatan 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 umumnya disebut juga dengan komparator.

Komparator membandingkan dua tegangan listrik dan mengubah keluarannya untuk menunjukkan tegangan mana yang lebih tinggi:

Gambar 7: Komparator

di mana Vs adalah tegangan catu daya dan penguat operasional beroperasi di antara Vs+ dan Vs

−.)

2. Penguat Pembalik (Inverting Amplifier)

Rangkaian dasar penguat inverting adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar 8, dimana sinyal masukannya dibuat melalui input inverting. Seperti namanya, bahwa fase keluaran dari penguat pembalik ini akan selalu berbalikan dengan inputnya. Pada rangkaian ini, feedback negatif dibangun melalui resistor R2.

Gambar 8: Penguat pembalik

Gambar 8 menunjukkan dasar lain rangkaian op-amp yang berguna yaitu penguat pembalik. Hal ini mirip dengan rangkaian non-pembalik hanya saja jika pada penguat pembalik sinyal input diterapkan pada R1 sedangkan pada penguat non- pembalik diterapkan pada ground. Mari kita ambil hubungan antara tegangan input Vin dan tegangan output Vout. Pertama, karena

20 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 21: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

Vn = Vp dan Vp dihubungkan ke grond, Vn = 0. Karena arus yang mengalir ke input pembalik ideal op-amp adalah nol, arus yang mengalir melalui R1 harus sama besarnya dan berlawanan arah dengan arus yang mengalir melalui R2 (oleh Hukum Saat Kirchhoff):

..............(10)

Karena Vn = 0, maka:

.................(11)

Dan nilai gain:

............................ (12)

Gain dari penguat pembalik selalu negatif, tanda negatif ini menunjukkan bahwa keluaran adalah pembalikan dari masukan. Contohnya jika R2 adalah 10.000 Ω dan R1 adalah 1.000 Ω, maka nilai gain adalah -10.000Ω / 1.000Ω, yaitu -10.

Impedansi rangkaian pembalik didefenisikan sebagai impedansi input dari sinyal masukan terhadap ground. Karena input pembalik (-) pada rangkaian ini diketahui adalah 0 (virtual ground) maka impendasi rangkaian ini tentu saja adalah Zin = R1.

3. Penguat Non-Pembalik (Non-Inverting Amplifier)

Penguat non- pembalik amplifier merupakan kebalikan dari penguat pembalik, dimana input dimasukkan pada input non- pembalik sehingga polaritas output akan sama dengan polaritas input tapi memiliki penguatan yang tergantung dari besarnya Rfeedback dan Rinput.

Prinsip utama rangkaian penguat non-pembalik adalah seperti yang diperlihatkan pada gambar 9 berikut ini. Seperti namanya, penguat ini memiliki masukan yang dibuat melalui input non-inverting. Dengan demikian tegangan keluaran rangkaian ini akan satu fasa dengan tegangan inputnya. Untuk menganalisa rangkaian penguat op-amp non-inverting, caranya sama seperti menganalisa rangkaian inverting.

Gambar 9: Penguat non-pembalik

21 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 22: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

Gambar 9 menunjukkan rangkaian op-amp dasar, yaitu op-amp non-pembalik. Terminal input yang ditandai “+” (Vp) disebut input non- pembalik dan terminal input dengan tanda “-“ (Vn)disebut input pembalik.

Untuk mengetahui cara kerja penguat non-pembalik, kita perlu mengetahui hubungan antara tegangan input Vin dan tegangan output Vout. Perlu diingat bahwa untuk op-amp ideal, tidak ada efek pembebanan pada input, maka

Vp = Vi .................................(13)

Karena arus yang mengalir pada input pembalik untuk op-amp ideal adalah nol, arus yang mengalir melewati R1 sama dengan arus yang mengalir melewati R2 (sesuai Hukum Arus Kirchhoff yang menyatakan bahwa jumlah aljabar dari arus yang mengalir ke node adalah nol). Kita kemudian bisa mencari Vn:

...........(14)

Dari persamaan 9, kita dapat Vin = Vp = Vn, maka

...............(15)

Perhatikan bahwa gain (Vout / Vin) selalu lebih besar atau sama dengan satu. Karena tegangan sinyal masukan terhubung langsung dengan masukan pada penguat operasional maka

impedansi masukan bernilai . Dari datasheet, LM741 diketahui memiliki impedansi

input Zin = 108 to 1012 Ohm.

4. Penguat Differential

Gambar 10 menunjukkan rangkaian penguat diferensial. Sesuai namanya, konfigurasi op-amp ini dapat memperkuat perbedaan dari dua sinyal input. 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.

22 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 23: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

Gambar 10: Amplifier diferensial.

Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut:

........(16)

Sedangkan untuk R1 =R2 dan Rf = Rg maka gain diferensial adalah:

..............................(17)

Jika dua sinyal input sama, secara ideal output pasti nol. Untuk mengukur kualitas amplifier, istilah Common Mode Rejection Ratio (CMRR) didefinisikan. CMRR adalah rasio dari tegangan output yang sesuai dengan perbedaan dari dua sinyal masukan dengan tegangan keluaran sesuai dengan "bagian umum" dari dua sinyal. Op-amp yang bagus memiliki CMRR yang tinggi.

5. Penguat Penjumlah (Summing Amplifier)

Dalam beberapa aplikasi yang besar, input untuk penguat pembalik lebih dari satu tegangan. Bentuk sederhana dari input yang banyak ditunjukkan pada gambar 11.

Gambar 11: Penguat penjumlahan

Penguat penjumlah menjumlahkan beberapa tegangan masukan, dengan persamaan sebagai berikut:

.......(18)

Saat R1 = R2 =...= Rn , dan Rf saling bebas maka:

.....(19)

23 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 24: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

Saat R1 = R2 =...= Rn = Rf , maka:

....(20)

Perlu diperhatikan bahwa keluaran adalah terbalik dan impedansi masukan dari masukan ke-n adalah Zn = Rn (di mana V- adalah Virtual ground).

6. Penguat Integrator (Integrator Amplifier)

Op-amp bisa juga digunakan untuk membuat rangkaian-rangkaian dengan respons frekuensi, misalnya rangkaian penapis (filter). Salah satu contohnya adalah rangkaian integrator seperti yang ditunjukkan pada gambar 12. Rangkaian dasar sebuah integrator adalah rangkaian op-amp inverting, hanya saja rangkaian umpanbaliknya (feedback) bukan resistor melainkan menggunakan kapasitor C.

Dengan menambahkan kapasitor secara paralel dengan umpanbalik resistor R2 dalam penguat pembalik seperti yang ditunjukkan pada gambar 12, op-amp dapat digunakan untuk melakukan integrasi. Penguat ini mengintegrasikan tegangan masukan terhadap waktu, dengan persamaan:

................(21)

di mana t adalah waktu dan Vmula adalah tegangan keluaran pada t=0.

Dengan demikian, input gelombang persegi akan menyebabkan gelombang output segitiga. Namun, dalam rangkaian yang sebenarnya (R2 < ) ada beberapa kerusakan dalam keadaan sistem pada tingkat proporsional keadaan itu sendiri. Hal ini menyebabkan peluruhan eksponensial dengan waktu konstan = R2C.

Gambar 12: Penguat integrator.

Sebuah integrator dapat juga dipandang sebagai tapis pelewat-tinggi dan dapat digunakan untuk rangkaian tapis aktif.

7. Differentiator

24 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 25: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

Dengan menambahkan kapasitor secara seri dengan resistor input R1 dalam sebuah penguat pembalik, op-amp dapat digunakan untuk melakukan diferensiasi. Diferensiator ideal (R1 = 0) tidak memiliki memori dan melakukan perhitungan.

...........(22)

di mana Vin dan Vout adalah fungsi dari waktu.

Jadi masukan gelombang segitiga akan menyebabkan output gelombang persegi. Namun, sirkuit yang sebenarnya (R1 > 0) akan memiliki beberapa memori dari keadaan sistem (seperti kehilangan integrator) dengan peluruhan eksponensial dari waktu konstan = R1C.

Gambar 13: Penguat diferensiator.

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-rendah dan dapat digunakan sebagai tapis aktif.

III.6 Karakteristik Op-Amp

Penguat operasional modern adalah sebuah keadaan solid, memiliki gain tinggi, penguat tegangan DC. Rangkaian umpan balik praktis bekerja berdasarkan pada rangkaian yang diturunkan dalam bagian sebelumnya menggunakan model op-amp ideal. Mengganti yang sebenarnya, untuk penguat operasional yang ideal akan menghasilkan beberapa variasi yang dapat diprediksi dari operasi ideal yang sedikit diabaikan di banyak aplikasi.

Dalam kasus penguat operasional ideal, sirkuit operasi dipandang bergantung sepenuhnya pada umpan balik yang digunakan. Hal ini dimungkinkan untuk menggunakan loop amplifier nyata operasional terbuka, tetapi kontrol dan stabilitas masalah yang dihadapi karena gain loop terbuka tinggi (X100000 biasanya di DC). Random noise dari rangkaian input dan kebisingan yang dihasilkan dalam penguat operasional itu sendiri ditambah variasi karakteristik penguat akibat perubahan suhu atau penuaan komponen semua dikalikan dengan gain loop terbuka. Sedikit variasi dalam unit diproduksi menjadi nyata karena efek ini, maka spesifikasi loob terbuka kadang-kadang diberikan nilai konservatif "biasa".

25 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 26: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

Karena setiap rangkaian loop tertutup pada dasarnya adalah memiliki kasus yang khusus, perlu untuk memahami karakteristik baik loop terbuka dan loop tertutup sebelum memulai untuk mendesain sirkuit menggunakan penguat operasional. Setiap pernyataan yang harus dibuat tentang rangkaian penguat operasional harus memenuhi syarat oleh informasi "loop terbuka" atau "loop tertutup" dan karakter umpan balik harus ditentukan untuk informasi " loop tertutup ".

Adapun simbol op-amp:

Gambar 14: Simbol op-amp.

Untuk karakteristik ideal op-amp sendiri adalah:

Tabel 1: Karakteristik ideal op-amp.

Karakteristik Op-Amp TipikalGain yang tinggi 90 dB – 110

dBBandwidth yang lebar 4 MHzImpedansi input yang besar 2 – 10 M ohmImpedansi output yang kecil 20 – 100 ohmStabilKonsumsi daya yang rendahNoise yang rendah

Tetapi pada prakteknya , ada beberapa karakteristik op-amp antara lain:

1. Arus bias input (input bias current). Pada prakteknya akan ada aliran arus yang mengalir ke dalam kedua input op-amp. Arus ini adalah arus bias mundur transistor. Arus bias input didefinisikan sebagai:

.

2. Arus offset input (input offset current). Arus offset input merupakan perbedaan arus bias input dari kedua terminal input.

.

26 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 27: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

3. Tegangan offset input ( input offset voltage). Bila V1 dan V2 berada pada tegangan yang sama, tegangan output idealnya harus nol, karena V0 = Ad (V2 – V). Tetapi pada prakteknya akan ada tegangan pada output. Tegangan offset input didefinisikan sebagai perbedaan tegangan yang harus disupplaykan pada kedua terminal input agar tegangan output sama dengan nol.

4. Differensial voltage gain (Ad). Merupakan gain bila perbedaan sinyal tegangan input disupplaykan pada kedua terminal input.

5. Common mode voltage gain (Ac). Merupakan gain bila suatu sinyal input yang sama disupplaykan pada kedua termi nal input opamp.

6. Common mode rejection ratio (CMRR). Merupakan perbandingan antara Ad dan Ac dalam satuan dB. CMRR = Ad / Ac.

7. Supply voltage rejection ratio (SVRR). SVRR = Perubahan dalam tegangan suplai. Perubahan dalam tegangan offset input

8. Slew rate. Merupakan ukuran waktu yang dibutuhkan untuk mensaklarkan output dari minimum tegangan negatif ke maksimum tegangan positif. SR = ∆V / ∆T.

9. Full power bandwidth (f FPBW). f FPBW merupakan frekwensi terbesar dari tegangan sinus penuh yang dapat dioutputkan op-amp tanpa terjadinya efek slew rate. Jika output, V0 = Vom sin (2πft), maka gradienya:

.

Gradien akan maximum bila cos (2πft) = 1. Maka:

, dimana f adalah f FPBW.

Jadi SR = 2π f FPBW Vom . Dan f FPBW = SR / (2π Vom).

10. Respon frekuensi: Karakteristik umum respon frekuensi open loop gain dari op-amp adalah seperti berikut ( dalam skala logaritma):

27 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 28: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

Gambar 15: Respon frekuensi.

III. 7 Termokopel

Thermocouple adalah dua logam yang didekatkan yang apabila terpapar oleh kalor dengan suhu tertentu akan menghasilkan beda potensial. Termokopel Suhu didefinisikan sebagai jumlah dari energi panas dari sebuah objek atau sistem. Perubahan suhu dapat memberikan pengaruh yang cukup signifikan terhadap proses ataupun material pada tingkatan molekul (Wilson, 2005). Sensor suhu adalah device yang dapat melakukan deteksi pada perubahan suhu berdasarkan pada parameter-parameter fisik seperti hambatan, ataupun perubahan voltage (Wilson, 2005). Salah satu jenis sensor suhu yang banyak digunakan sebagai sensor suhu pada suhu tinggi adalah termokopel seperti pada Gambar dibawah ini:

Gambar 16: Termokopel (Wilson, 2005)

Termokopel merupakan jenis logam yang berbeda disatukan salah satu ujungnya dan ujung tersebut dipanaskan maka akan timbul beda potensial pada ujung-ujung yang lain, hal ini diakibatkan oleh kecepatan gerak elektron dari dua material yang berbeda daya hantar panas sehingga mengakibatkan beda potensial. Dalam perancangan serta penggolongan dari termokopel sendiri sudah diatur oleh Instrument Society of America (ISA).

Termokopel dibangun berdasarkan Asas Seeback dimana bila dua jenis logam yang berlainan disambungkan ini akan menjadi rangkaian tertutup sehingga perbedaan temperature pada sambungan akan menimbulkan beda potensial listrik pada kedua logam tersebut, selanjutnya akan dibaca oleh alat ukur temperatur (Fraden, 2003).

III. 7-1 Tipe-Tipe Termokopel

Tersedia beberapa jenis termokopel, tergantung aplikasi penggunaannya, yaitu :a. Tipe K (Chromel (Ni-Cr alloy) / Alumel (Ni-Al alloy))Termokopel untuk tujuan umum. Lebih murah. Tersedia untuk rentang suhu −200 °C hingga +1200 °C.

28 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 29: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

b. Tipe E (Chromel / Constantan (Cu-Ni alloy))Tipe E memiliki output yang besar (68 µV/°C) membuatnya cocok digunakan pada temperatur rendah, tipe E adalah tipe non- magnetik.

c. Tipe J (Iron / Constantan)Rentangnya terbatas (−40 hingga +750 °C) membuatnya kurang populer dibanding tipe K

d. Tipe J memiliki sensitivitas sekitar ~52 µV/°C

e. Tipe N (Nicrosil (Ni-Cr-Si alloy) / Nisil (Ni-Si alloy))Stabil dan tahanan yang tinggi terhadap oksidasi membuat tipe N cocok untuk pengukuran suhu yang tinggi tanpa platinum. Dapat mengukur suhu di atas 1200 °C. Sensitifitasnya sekitar 39 µV/°C pada 900°C, sedikit di bawah tipe K. Tipe N merupakan perbaikan tipe K.

f. Termokopel tipe B, R, dan S adalah termokopel logam mulia yang memiliki karakteristik yang hampir sama. Mereka adalah termokopel yang paling stabil, tetapi karena sensitifitasnya rendah (sekitar 10 µV/°C) mereka biasanya hanya digunakan untuk mengukur temperatur tinggi (>300 °C).

Type B (Platinum-Rhodium/Pt-Rh) dapat mengukur suhu di atas 1800 °C. Tipe B memberi output yang sama pada suhu 0°C hingga 42°C sehingga tidak dapat dipakai di bawah suhu 50°C.

Type R (Platinum /Platinum with 7% Rhodium) dapat mengukur suhu di atas 1600 °C. sensitivitas rendah (10 µV/°C) dan biaya tinggi membuat mereka tidak cocok dipakai untuk tujuan umum.

Type S (Platinum /Platinum with 10% Rhodium) dapat mengukur suhu di atas 1600 °C. sensitivitas rendah (10 µV/°C) dan biaya tinggi membuat mereka tidak cocok dipakai untuk tujuan umum. Karena stabilitasnya yang tinggi Tipe S digunakan untuk standar pengukuran titik leleh emas (1064.43 °C).

g. Type T (Copper/ Constantan)Cocok untuk pengukuran antara −200 hingga 350 °C. Konduktor positif terbuat dari tembaga, dan yang negatif terbuat dari konstantan. Sering dipakai sebagai alat pengukur alternatif sejak penelitian kawat tembaga. Type T memiliki sensitifitas ~43 µV/°C

III. 7-2 Rangkaian Pengkondisi Sinyal Termokopel

Untuk rangkaian pengkondisi sinyal termokopel sendiri adalah sebagai berikut:

29 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 30: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

Gambar 17: Rangkaian pengkondisi sinyal termokopel.

Rangkaian pengkondisi sinyal berfungsi untuk mengolah sinyal dari transduser termokopel berupa tegangan yang cukup kecil menjadi tegangan yang lebih besar, sehingga output dari rangkaian ini dapat dibaca oleh untai Analog Digital Converter (ADC). Rangkaian signal conditioning terbagi dalam 3 blok fungsi:

a. Low pass FilterTermokopel yang terlalu panjang bisa menangkap sinyal liar layaknya sebuah antena, karena output dari termokopel merupakan sinyal berfrekuensi rendah, perlu dipasang sebuah filter untuk menghilangkan sinyal frekuensi tinggi yang tidak lain adalah noise. R4, R5, C1, dan C2 adalah komponen penyusun low pass filter yang memiliki frekuensi cut off sekitar 3Hz. Diode zener D1 dan D3 digunakan untuk membatasi input yang masuk ke rangkaian. Resistor pull up 1MΩ berfungsi sebagai pengaman pada saat termokopel putus / tidak terhubung, karena saat termokopel tidak terhubung input rangkaian signal conditioning menjadi besar sehingga pemanas tidak akan menyala bila alat ini digunakan sebagai pengendali suhu.

b. Penguat tingkat IPenguat Tingkat I adalah rangkaian non- Inverting op-amp menggunakan IC OP 07. Kami memilih penguat jenis non- inverting dengan pertimbangan penguat non-inverting memiliki impedansi masukan yang sangat tinggi dan impedansi keluaran yang rendah, selain itu sinyal input dari termokopel sebanding dengan kenaikan suhu. Didalam rangkaian ini terdapat 2 buah potensiometer. R3 sebagai Zero adjustment, berfungsi untuk mengatur besar kecilnya tegangan offset keluaran. Tegangan offset adalah tegangan yang timbul pada keluaran saat nilai inputannya nol. Tegangan ini digunakan untuk menentukan suhu terendah yang bisa dibaca alat ukur ini. R10 sebagai Gain Adjustment, berfungsi untuk mengatur besar penguatan pada tingkat ini, dengan menganggap tegangan offset = 0V, besar penguatannya adalah seperti berikut:

penguatan saat potensiometer posisi minimal:

penguatan saat potensiometer posisi maksimal:

30 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 31: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

c. Penguat tingkat IIPenguat tingkat II juga menggunakan penguat non-inverting sama seperti menguat tingkat I. Op-amp yang digunakan adalah LF 353 Pada penguat ini nilai gain adalah tetap yaitu sebesar:

Selanjutnya bila rangkaian di analisis secara keseluruhan, rangkaian signal conditioning memiliki penguatan sebesar:

Penguatan saat potensiometer posisi minimal:

Penguatan saat potensiometer posisi maksimal:

Besarnya penguatan rangkaian signal conditioning adalah 210 – 279 kali. Sedangkan tegangan outputnya sebesar:

31 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p

Page 32: Makalah Diode & Op-Amp Suratmaja_12102023

BAB IVPENUTUP

IV.1 Kesimpulan

Diode merupakan alat yang hanya bisa mengalirkan arus DC dalam satu arah saja,

sedangkan pada arah lain yang berlawanan ia tidak akan bisa untuk menghantarkan arus

tersebut. Diode memiliki bentuk fisik yang kecil dan ia memiliki dua buah kutub (kaki) di

masing-masing ujungnya seperti halnya tahanan (resistor). Dimana salah satu ujungnya

adalah positif sedangkan ujung kaki yang lainnya adalah negatif. Kaki-kaki dari diode ini

disebut dengan katode dan anode. Diode juga dapat digunakan untuk mengubah arus AC

(arus bolak-balik) menjadi arus DC (arus searah) dan lain sebagainya tergantung dari jenis

diodenya. Diode memiliki bermacam-macam bentuk, ada yang silinder, bundar pipih,

berbentuk peluru dan lain sebagainya. Sifat dari diode di dalam suatu rangkaian ditentukan

oleh kedudukannya atau letak elektroda-elektrodanya. Ada berbagai jenis dioda yang dibuat

sesuai dengan fungsinya tanpa meninggalkan karakteristik serta spesifikasinya, seperti dioda

penyearah (rectifier), dioda Emisi Cahaya (LED), dioda Zenner, dioda photo (Photo-Dioda)

dan Dioda Varactor.

Operational Amplifier atau op-amp merupakan salah satu komponen analog yang popular digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. Aplikasi op-amp yang paling sering dibuat antara lain adalah rangkaian inverter, non-inverter, integrator dan differensiator.

Semua pembahasan diatas adalah rumusan untuk penguatan op-amp ideal. Pada prakteknya ada beberapa hal yang mesti diperhatikan dan ditambahkan pada rangkaian opamp. Antara lain, tegangan offset (offset voltage), arus bias (bias current), arus offset (offset current) dan lain sebagainya. Umumnya ketidak-idealan op-amp dan bagaimana cara mengatasinya diterangkan pada datasheet opamp dan hal ini spesifik untuk masing-masing pabrikan.Semua konfigurasi op-amp yang telah dibahas memiliki satu kesamaan, yaitu terdapat jalur dari output op-amp kembali ke input pembaliknya. Ketika output tidak “dibatasi” ke suplai tegangan, feedback negatif memastikan bahwa operasi op-amp terjadi pada daerah linier (sebagai lawan dari daerah saturasi, dimana tegangan output "dijenuhkan" di salah satu tegangan suplai). Amplifikasi, penjumlahan/ pengurangan, dan integrasi/ diferensiasi, semua adalah operasi linier. Sebagai catatan bahwa keduanya (sinyal AC dan offset DC) termasuk didalam operasi ini, kecuali kita menambahkan kapasitor secara seri dengan sinyal input (s) untuk memblokir komponen DC.

32 | E l e k t r o n i k a | D i o d e & O p - A m p