MODUL 09

PENGUAT OPERATIONAL

(OPERATIONAL AMPLIFIER)

PRAKTIKUM ELEKTRONIKA TA 2017/2018

LABORATORIUM ELEKTRONIKA & INSTRUMENTASI

PROGRAM STUDI FISIKA, INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

Riwayat Revisi Rev.

07-06-2017 0

03-08-2017 1

16-09-2017 2

1 TUJUAN

Memahami prinsip kerja Operational Amplifier

Memahami cara pengenolan offset pada IC-741

Memahami berbagai aplikasi Operational Amplifier

2 PERSIAPAN

Datasheet Operational Amplifier (Op-Amp) dengan tipe UA741CP dan LM358P

Rangkaian penguat inverting dan non-inverting menggunakan Op-Amp

Rangkaian integrator dan differensiator menggunakan Op-Amp

Rangkaian komparator menggunakan Op-Amp

3 PERALATAN PRAKTIKUM

Osiloskop 1 buah

Signal generator 1 buah

Catu daya analog 1 buah

Catu daya digital 1 buah

Multimeter 1 buah

Resistor Secukupnya

Kapasitor Secukupnya

Op-Amp UA741CP dan LM358P 1 buah

Kabel jumper Secukupnya

4 DASAR TEORI

Operational Amplifier (Op-Amp) adalah salah satu komponen elektronika yang terdiri dari

resistor, dioda, dan transistor yang membentuk sebuah IC (Integrated Circuit) linier. Prinsip kerja

dari Operational Amplifier adalah differential amplifier yang mana menguatkan beda tegangan di

antara dua kaki masukan. Operational Amplifier pada dasarnya digunakan sebagai penguat yang

menggunakan feedback eksternal seperti resistor dan kapasitor diantara kaki output dan input.

Komponen feedback ini menentukan fungsi dari penguatan dan dengan memvariasikan konfigurasi

resistor, kapasitor, atau keduanya pada komponen feedback akan menghasilkan penguatan yang

berbeda.

Gambar 1. Lambang Op-Amp pada rangkaian [1]

Rangkaian Op-Amp biasa dilambangkan seperti gambar di atas. Terminal yang terdapat

pada simbol Op-Amp antara lain

a. Input non-inverting

b. Input inverting

c. Sumber daya positif (+VCC)

d. Sumber daya negatif (-Vee)

e. Output

Agar dapat memahami prinsip kerja dari Op-Amp terlebih dahulu mengetahui beberapa

sifat Op-Amp ideal yaitu

1. Penguat lingkar terbuka (AVO) tak hingga.

2. Hambatan keluaran lingkar terbuka (Ro,ol) nol.

3. Hambatan masukan lingkar terbuka (Ri,ol) tak hingga

4. Lebar pita (bandwith) tak hingga.

5. Common Mode Rejetion Ratio (CMRR) tak hingga.

Pada praktikum ini menggunakan op-amp tipe 741 dan tipe 358. Di bawah ini merupakan

gambar kaki – kaki dari Op-amp tipe 741 pada umumnya

Gambar 2. Kaki-kaki Op-Amp LM-741[1]

Ada jenis rangkaian yang akan diuji coba menggunakan Op-Amp yaitu rangkaian penguat,

differensiator, integrator, dan komparator. Penjelasan rangkaian tersebut dapat dilihat pada bagian

berikut

1. Penguat inverting

Penguat ini menggunakan kaki inverting sebagai masukan dari rangkaian. Sifat keluaran dari

penguat ini yaitu berlawan fasa dengan masukan dan dikuatkan. Rangkaian dari penguat inverting

dapat dilihat pada gambar 3.

Persamaan penguatan dari rangkaian tersebut

yaitu

𝑉𝑜𝑢𝑡 = −𝑅𝑓

𝑅1𝑉𝑖𝑛 (1)

Gambar 3. Rangkaian penguat inverting

2. Penguat non-inverting

Penguat ini menggunakan kaki inverting sebagai masukan dari rangkaian. Sifat keluaran dari

penguat ini yaitu sama fasa dengan masukan dan dikuatkan. Rangkaian dari penguat inverting

dapat dilihat pada gambar 4.

Persamaan penguatan dari rangkaian tersebut

yaitu

𝑉𝑜𝑢𝑡 = (1 +𝑅𝑓

𝑅1) 𝑉𝑖𝑛 (2)

Gambar 4. Rangkaian penguat non-inverting

3. Integrator

Rangkaian integrator memiliki keluaran yang sama dengan keluaran rangkaian tapis lolos rendah.

Keluaran dari rangkaian ini merupakan integral dari masukan. Rangkaian integrator dapat dilihat

pada gambar 5.

Persamaan penguatan dari rangkaian tersebut

yaitu

𝑉𝑜𝑢𝑡 = −1

𝑅𝑖𝑛𝐶∫ 𝑉𝑖𝑛

𝑡

0 (3)

Gambar 5. Rangkaian integrator

4. Differensiator

Rangkaian differensiator memiliki keluaran yang sama dengan keluaran rangkaian tapis lolos

tinggi. Keluaran dari rangkaian ini merupakan differensial dari masukan. Rangkaian differensiator

dapat dilihat pada gambar 6.

Persamaan penguatan dari rangkaian tersebut

yaitu

𝑉𝑜𝑢𝑡 = −𝑅𝑓𝐶𝑑𝑉𝑖𝑛

𝑑𝑡 (4)

Gambar 6. Rangkaian differensiator

Rangkaian integrator dan differensiator dapat digunakan sebagai filter aktif. Pada rangkaian filter

dikenal istilah frekuensi potong yang dapat dihitung dengan persamaan

𝑓𝑐 =1

2𝜋𝑅𝐶 (5)

5. Komparator

Rangkaian komparator merupakan aplikasi Op-Amp yang mana rangkaian tersebut berada dalam

keadaan loop terbuka dan tidak linear. Keluaran dari rangkaian ini tidak berbanding lurus dengan

masukan. Keluaran berupa +VCC / -VCC atau High/Low.

Gambar 7. Rangkaian Komparator noninverting (gambar kiri) dan komparator inverting (gambar kiri)

5 TUGAS PENDAHULUAN

1. Jelaskan tentang “Golden Rule” pada Operational Amplifier! [5]

2. Gambarkan lambang Op-Amp pada rangkaian dan jelaskan fungsi dari kaki-kaki pada

lambang tersebut! [15]

3. Apakah yang dimaksud dengan Common Mode Rejection Ratio (CMRR) dan bagaimana

persamaannya? [20]

4. Apakah perbedaan dari Op-Amp tipe 741 dengan tipe 358? Gambarkan kaki-kaki LM358!

[20]

5. Apa sifat dari keluaran jika tegangan masukan diberikan di kaki inverting dan non-

inverting? Turunkan persamaan penguatan pada penguat inverting dan non-inverting! [20]

6. Buat simulasi di Proteus untuk rangkaian berikut :

a. Integrator [10]

b. Differensiator [10]

Sertakan gambar rangkaian pada simulasi dan sinyal input dan outputnya.

6 LANGKAH PERCOBAAN

a. Pengenolan Offset

Buat rangkaian inverting seperti pada gambar 3 dengan menggunakan op amp

UA741CP

Hubungkan terminal masukan dengan ground

Berikan catu daya pada +VCC dan –VEE, yaitu +12V dan -12V

Hubungkan terminal keluaran dengan multimeter

Catat tegangan keluaran pada terminal output

Hubungkan ujung kaki potensiometer 100 kΩ pada kaki 1 dan 5 serta kaki tengah

potensiometer ke -VEE.

Atur potensiometer sampai menghasilkan tegangan keluaran mendekati nol

Catat pada tegangan keluaran setelah pengaturan potensiometer.

b. Rangkaian penguat inverting

Gunakan rangkaian percobaan pengenolan offset

Tambahkan hambatan sesuai dengan keinginan kalian sehingga menghasilkan

penguatan antara 2 – 6 kali.

Hubungkan kaki masukan dan keluaran rangkaian pada osiloskop untuk melihat

sinyal masukan dan keluaran.

Beri tegangan masukan yang berupa sinusoidal melalui signal generator.

Ukur tegangan keluaran menggunakan multimeter.

Amati pula perbedaan tegangan masukan dan keluaran pada osiloskop.

Variasikan tegangan masukan Vpp = 0 sampai 5 Volt dengan rentang 0.5 Volt. Catat

data tegangan masukan dan keluar an. Ambil lima gambar osiloskop untuk

dilampirkan pada laporan

Plot tegangan keluaran terhadap tegangan masukan. Lakukan regresi linear untuk

mendapatkan besar penguatan.

c. Rangkaian penguat non-inverting

Rekayasakan sinyal masukan sehingga sinyal berada pada rentang positif (dengan

menggunakan rangkaian clamper).

Gambar 8. Rangkaian clamper yang digunakan

Buat rangkaian seperti pada gambar 4 dengan menggunakan LM358N dengan

sinyal input berasal dari keluaran rangkaian clamper.

Sumber daya masukan OP-Amp adalah +18V.

Tambahkan hambatan sesuai dengan keinginan kalian sehingga menghasilkan

penguatan antara 2 – 6 kali.

Hubungkan kaki masukan dan keluaran rangkaian pada osiloskop untuk melihat

sinyal masukan dan keluaran.

Ukur tegangan keluaran menggunakan multimeter.

Amati pula perbedaan tegangan masukan dan keluaran pada osiloskop.

Variasikan tegangan masukan Vpp = 0 sampai 3.5 Volt dengan rentang 0.25 Volt.

Catat data tegangan masukan dan keluaran. Ambil lima gambar osiloskop untuk

dilampirkan pada laporan.

Plot tegangan keluaran terhadap tegangan masukan. Lakukan regresi linear untuk

mendapatkan besar penguatan.

d. Rangkaian integrator

Buat rangkaian seperti pada gambar 5 dengan menggunakan UA741CP.

Sumber daya masukan pada +Vcc dan –Vee, yaitu +12V dan -12V.

Hubungkan kaki masukan dan keluaran rangkaian pada osiloskop untuk melihat

sinyal masukan dan keluaran.

Beri tegangan masukan yang berupa sinyal kotak melalui signal generator. (Vpp =

5 Volt)

Amati bentuk sinyal masukan dan keluaran pada osiloskop.

Variasikan frekuensi masukan di bawah, di atas, dan pada frekuensi potong melalui

signal generator.

Ambil gambar masukan dan keluaran pada osiloskop.

e. Rangkaian differensiator

Buat rangkaian seperti pada gambar 6 dengan menggunakan UA741CP.

Sumber daya masukan pada +Vcc dan –Vee, yaitu +12V dan -12V.

Hubungkan kaki masukan dan keluaran rangkaian pada osiloskop untuk melihat

sinyal masukan dan keluaran.

Beri tegangan masukan yang berupa sinyal kotak melalui signal generator. (Vpp =

5 Volt)

Amati bentuk sinyal masukan dan keluaran pada osiloskop.

Variasikan frekuensi masukan di bawah, di atas, dan pada frekuensi potong melalui

signal generator.

Ambil gambar masukan dan keluaran pada osiloskop.

f. Rangkaian komparator

Buat rangkaian seperti pada gambar 7 dengan menggunakan UA741CP.

Sumber daya masukan pada +Vcc dan –Vee, yaitu +5V dan -5V.

Berikan nilai tegangan referensi (Vref) sebesar 2.5V.

Berikan sinyal masukan dengan bentuk segitiga.dengan Vpp = 10 V.

Amati dan ambil gambar sinyal keluaran pada osiloskop.

7 TUGAS LAPORAN

1. Mengapa pengenolan offset diperlukan pada LM741?

2. Jelaskan bagaimana proses penguatan pada rangkaian inverting dan non-inverting

(dijelaskan dengan analisis aliran arus dan tegangan pada Op-Amp).

3. Bandingkan hasil pengamatan dengan hasil perhitungan! Analisis hasil sinyal keluaran

pada osiloskop pada penguat inverting dan non-inverting!

4. Apakah pengaruh sumber daya Op-Amp terhadap hasil penguatan inverting dan non-

inverting? (misal: sumber daya Op-Amp diberi sumber daya +5V dan -5V).

5. Analisis sinyal keluaran pada osiloskop beserta tegangan keluaran ketika frekuensi

masukan dibawah, diatas, dan pada frekuensi potong!

6. Jelaskan bagaimana prinsip kerja rangkaian komparator!

7. Analisis sinyal masukan dan keluaran pada rangkaian komparator pada percobaan!

8. Cak Andi memiliki sebuah perusahaan yang bergerak di bidang instrumentasi. Minggu ini

beliau mendapat sebuah proyek membuat sebuah alat untuk mendeteksi level sebuah tangki

tertutup. Sensor yang digunakan memiliki keluaran -10 Volt sampai 10 Volt. Cak Andi

meminta membuat keluaran sensor tersebut menjadi rentang 0 – 2.5 Volt. Dengan

menggunakan Proteus, desainlah rangkaian untuk mengubah sinyal keluaran sensor

menjadi seperti yang diiginkan Cak Andi. Berikan alasan kenapa Anda memilih rangkaian

tersebut (bisa dengan perhitungan matematis) dan tunjukkan tegangan masukan dan

keluaran dalam sebuah tabel (rentang 1 Volt). (Hint : gunakan rangkaian penguat

differensial. Dapat dilihat di web berikut : http://www.electronics-

tutorials.ws/opamp/opamp_5.html)

7 REFERENSI

[1] Floyd, Thomas & David M. Buchla. Fundamentals Of Analog Circuit. 2nd edition. Yuba

College: Ohio.

[2] Malvino, Albert.2007.Electronic Principles.McGrawHill:New York

[3] http://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_1.html

[4] http://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_6.html

[5] http://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_7.html

7 LOG AKTIVITAS

Nama :

NIM :

Shift :

Percobaan Pengenolan Offset

Data tegangan sebelum dan sesudah adjustment

Sebelum adjustment (V) Setelah adjustment (V)

Percobaan Penguat Inverting

Data tegangan masukan dan keluaran

No Tegangan input(Volt) Tegangan Output (Volt)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Gambar sinyal input dan output pada penguat inverting

Percobaan Penguat non-Inverting

Data tegangan masukan dan keluaran

No Tegangan input(Volt) Tegangan Output (Volt)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Gambar sinyal input dan output pada penguat non-inverting

Percobaan Integrator

Data tegangan input dan output pada frekuensi tertentu pada rangkaian integrator

Frekuensi potong = Hz

No Frekuensi input

(Hz)

Tegangan input

Vpp (Volt)

Tegangan output

Vpp (Volt) Gambar

1

2

3

Percobaan Differensiator

Data tegangan input dan output pada frekuensi tertentu pada rangkaian differensiator

Frekuensi potong = Hz

No Frekuensi input

(Hz)

Tegangan input

(Volt)

Tegangan output

(Volt) Gambar

1

2

3

Percobaan Komparator

Gambar sinyal input dan output pada

rangkaian komparator inverting

Gambar sinyal input dan output pada

rangkaian komparator non-inverting

12