Modul Eksp Elektronika Analog UGM

0

PETUNJUK EKSPERIMEN

ELEKTRONIKA ANALOGPROGRAM STUDI S1 ELINS

UNIT LAYANAN ELEKTRONIKA

JURUSAN ILMU KOMPUTER DAN ELEKTRONIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

1

DAFTAR ISI

1. Daftar isi..........................................................................................................................1

2. Osiloskop.........................................................................................................................2

3. Karakteristik Dioda.........................................................................................................20

4. Watak Common Emitter.................................................................................................31

5. Penguat Daya Dorong-Tarik Simetri Komplementer.....................................................43

6. Rangkaian Filter.............................................................................................................52

7. Negative Feedback Amplifier........................................................................................65

8. Operational Amplifier....................................................................................................73

9. Lampiran

a. Modul tambahan Dioda

b. Modul tambahan Negative Feedback Amplifier

c. Modul tambahan OP-AMP

d. Modul tambahan Push Pull Amplifier

e. Modul tambahan Common Emmiter Amplifier

f. Contoh Laporan Eksperimen Elektronika Analog

Catatan : Modul tambahan adalah modul yang dibuat dengan penyesuaian dengan tujuanmempermudah eksperimen (esensinya sama dengan modul sebelumnya). Modul lama tidakdihilangkan untuk mempertahankan asal aslinya.

Apabila ada bab yang sama dengan modul tambahan maka “dalam eksperimen, detail petunjukyang dipergunakan adalah yang tertulis dalam modul tambahan”.

2

OSILOSKOP

I. TUJUAN PERCOBAAN

Setelah menyelesaikan praktikum ini, diharapkan dapat

Menerangkan arti osiloskop

Mengenali tujuan dan fungsi setiap pengatur dalam osiloskop

Menggunaakan osiloskop

II. DASAR TEORI

Osiloskop (=osiloskop sinar katoda = Cathoda Ray Osciloscope = CRO) adalah alatpembuat gambar (plotter) X-Y yang sangat cepat yang memperagakan sebuah isyarat(signal = sinyal ) masukan terhadap waktu. Pena (stylus) plotter ini adalah sebuah bintikcahaya (di layar) bergerak melalui permukaan CRT (layar). Letak titik ditentukan olehdua tegangan :

Yang mengatur posisi mendatar titik, dan

Yang mengatur posisi vertical titik

Tegangan ketiga digunakan untuk mengatur intensitas titik.

Dalam pemakaian osiloskop yang biasa, osiloskop digunakan untukmenggambarkan tegangan sebagai fungsi waktu. Sumbu X atau masukan horizontaladalah tegangan tanjak (Ramp Voltage) linear yang dibangkitkan secara internal, ataubasis waktu (Time Base) yang secara periodic menggerakkan bintik cahaya dari kiri kekanan melalui permukaan layar.

Tegangan yang akan diperiksa dimasukkan ke sumbu Y atau masukan verticalmenggerakkan bintik ke atas dank e bawah sesuai dengan tegangan sesaat masukan.Disamping tegangan, osiloskop dapat menyajikan gambaran visual dari berbagaifenomena dinamik melalui pemakaian transduser yang mengubah arus, tekanan,regangan, suhu, percepatan, dan besaran fisis lainnya menjadi tegangan.

Osilosop digunakan untuk menyelidiki bentuk gelombang, peristiwa transient, danbesaran lain yang berubah terhadap waktu.

3

OPERASI DASAR OSILOSKOP

Subsistem utama dari sebuah osiloskop ditunjukkan pada diagram kotak yangdisederhanakan pada gambar 1, terdiri atas :

Tabung sinar katoda (Cathode Ray Tube = CRT)

Penguat vertical (vertical amplifier)

Saluran tunda (delay Line)

Generator basis waktu (Time base Generator)

Penguat horizontal (Horizontal Amplifier)

Rangkaian pemicu (Trigger Circuit)

Sumber daya (power supply, tegangan tinggi dan tegangan rendah)

Tabung sinar katoda merupakan jantung osiloskop, dimana rangkaian yang laindari CRO digunakan untuk mengoperasikan CRT. Pada dasarnya CRT menghasilkansuatu berkas electron yang dipusatkan secara tajam dan dipercepat ke suatu kecepatanyang sangat tinggi. Berkas yang dipusatkan secara dan dipercepat ini bergerak darisumbernya (Senapan Elektron = Electron Gun) ke depan CRT, dimana dia membenturbahan flourensensi yang melekat di permukaan CRT bagian dalam dengan energy yangcukup untuk membuat layer bercahaya dalam sebuah bintik kecil. Selagi merambat darisumbernya ke layer, berkas electron lewat dimana sepasang plat defleksi vertical dan

4

sepasang plat defleksi horizontal. Tegangan yang dimasukkan ke plat defleksi verticaldapat menggerakkan berkas electron pada bidang vertical sehingga bintik CRT bergerakke atas dank e bawah.

Tegangan dimasukkan ke plat defleksi horizontal dapat menggerakkan electron padaberkas horizontal sehingga bintik CRT ini bergerak ke kiri dan ke kanan.

Gerakan – gerakan ini saling tidak bergantung satu sama lain sehingga bintik CRT dapatditempatkan di setiap tempat pada layer dengan menghubungkan masukan teganganvertical dan horizontal yang sesuai secara bersamaan.

Bentuk gelombang isyarat yang akan diamati pada layar CRT dihubungkan ke penguatvertical. Penguat ini disetel melalui pelemahan masukan (input Attenuation) yang telahdikaliberasi yang biasanya diberi tanda Volt/Div. Keluaran dorong-tarik (Push-Pull) daripenguat dikembalikan ke plat deflesi vertical melalui saluran tunda dengan daya yangcukup untuk mengendalikan bintik CRT dalam arah vertical.

Generator basis waktu atau generator penyapu (Sweep Generator) membangkitkansebuah gelombang gigi gergaji yang digunakan sebagai tegangan defleksi horizontaldalam CRT. Bagian gelombang gigi gergaji yang menuju positif adalah linear, dan lajukenaikannya disetel oleh suatu alat control di panel yang diberi tanda TIME/DIV.tegangan gergaji ini dikembalikan ke penguat horizontal. Penguat ini berisi sebuahpembaik fasa (Phase Inverter) dan menghasilkan dua gelombang keluaran simultanyaitu gigi gergaji yang menuju positif (naik) dan gigi gergaji yang menuju negatif(turun). Gigi gergaji yang menuju positif dimasukkan ke plat defleksi horizontal CRTsebelah kanan dan gigi gergaji yang menuju negatif ke plat defleksi horizontal sebelahkiri. Tegangan-tegangan ini menyebabkan berkas electron menyapu sepanjang layerCRT dari kiri ke kanan dalam satuan waktu yang dikontrol oleh tombol TIME/DIV.

Pemasukan tegangan defleksi ke kedua plat secara bersamaan menyebabkan bintik CRTmeninggalakan berkas bayangan pada layar. Ini ditunjukkan pada gambar 2, dimanasebuah tegangan gigi gergaji dimasukkan ke plat horizontal dan isyarat gelombang sinuske plat vertical.

Karena tegangan penyapu horizontal bertambah secara linear terhadap waktu, bintikCRT bergerak sepanjang layar pada suatu kecepatan yang konstan dari kiri ke kanan.Pada akhir penyapuan, bila tegangan gigi gergaji secara tiba-tiba turun dari nilaimeksimumya ke nol, bintik CRT kembali dengan cepat ke posisi awalnya di bagian kirilayar dan tetap berada disana sampai penyapuan baru dimulai. Bila sebuah isyaratdimasukkan secara bersamaan dengan tegangan penyapuan horizontal ke plat defleksivertical, berkas electron akan dipengaruhi oleh dua gaya yaitu satu dalam bidanghorizontalmenggerakkan sepanjang layar pada suatu laju yang linear, dan satu dalambidang vertical yang menggerakkan bintik CRT ke atas dank e bawah sesuai dengan

5

besar dan polaritas isyarat masukan. Dengan demikian gerak resultan dari berkaselectron menghasilkan peragaan insyarat masukan vertical pada CRT sebagai fungsiwaktu.

Jika isyarat masukan mempunyai sifat yang berulang, peragaan CRT yang stabil dapatdipertahankan dengan cara memulai setiap penyapuan horizontal di titik yang samapada gelombang isyarat. Untuk mencapai ini, contoh gelombang masukan dikembalikanke rangkaian pemicu yang akan menghasilkan sebuah pulsa pemicu di suatu titik yangakan dipilih pada gelombang masukan. Pulsa masukan ini digunakan untukmenghidupkan generator basis waktu, yang pada gilirannya memulai penyapuan bintikCRT secara horizontal dari kiri ke kanan layar,

Sumber daya terdiri dari bagian tegangan tinggi untuk mengoperasikan CRT dantegangan renda untuk mencatu (mensupply) rangkaian elektronik osiloskop.

6

SISTEM DEFLEKSI VERTIKAL

Sistem defleksi vertikal harus memenuhi persyaratan prestasi yang cukup ketat yangdapat disimpulkan dengan menyatakan bahwa sistem tersebut secara meyakinkanmenghasilkan kembali bentuk gelombang masukan dalam batas lebar bidang(Bandwidth), kenaikan waktu (Rise Time) dan amplitudo yang telah ditetapkan. Dalambeberapa hal, sistem defleksi vertikal melengkapi beberapa modus operasi sepertikopling dc atau ac, operasi jejak banyak (Multiple Trace), modus peragaan banyak(Multiple Display Modes), kemampuan menerima masukan vertikal selisih dan lain-lain.

Sistem defleksi vertikal biasanya terdiri dari elemen – elemen yang ditunjukkan padadiagram kotak gambar 3., yaitu :

Jarum penduga CRO (Probe)

Pemilih masukan (Input Selector)

Penguat vertikal

SALURAN TUNDA (DELAY TIME)

Semua rangkaian dalam CRO : pelemah, penguat, pembentuk pulsa,generator/menyebabkan keterlambatan waktu tertentu dalam transmisi tegangan isyaratke plat-plat defleksi.

7

SISTEM DEFLEKSI HORISONTAL

CRO biasanya memperagakan bentuk gambar masukan vertikal sebagai fungsi waktu.Ini memerlukan teganagn defleksi horisontal guna menggerakkan atau menyapu bintikCRT sepanjang layar dari kiri ke kanan denga kecepatan konstan, dan kemudianmengembalikan bintik tersebut dengan cepat ke posisi semula di bagian kiri layar, siapuntuk penyapuan berikutnya. Tegangan penyapu atau basis waktu ini dihasilkan didalam sistem defleksi horisontal CRO oleh generator penyapu (Sweep Generator).

Tegangan penyapu yang ideal bertambah dengan kecepatan yang linear dari suatu nilaiminimal tertentu, dan kemudian turun dengan cepat ke level semula seperti ditunjukkandalam gelombang gigi gergaji pada gambar 4.

Bagian gigi gergaji yang naik secara linear disebut tegangan tanjak (Ramp Voltage).Selama selang waktu Ts, bila tegangan tanjak naik dari Vminimal ke Vmaksimal bintik CRTtersapu sepanjang layar dari kiri ke kanan. Dalam selang waktu kembali memulai jejakatau melenting (Flyback), Tr, tegangan penyapu turun dengan cepat ke nilaiminimalnya, dan bintik CRT kembali ke titik semula pada layar. Dalam hampir semuaCRO berkas elektron dilenyapkan selama selang waktu pembalikan ini, sehingga bintikCRT tidak bias menghasilkan bayangan pada layar.

Gambar 5, menunjukkan diagram kotak sebuah penguat horisontal yang uumnyadigunakan dalam CRO sederhana yang frekuensinya rendah. Penguat ini terdiri dari tigatingkatan : penguat masukan, penguat parafaa, dan tingkat keluaran dorong-tarik. Dalampemakaian yang lazim, penguat masukan menerima isyaratnya dari generator penyapu,

8

yang secara khas menghasilkan suatu masukan isyarat tanjak basis waktu sebesar 10Volt.

Bersama – sama dengann tegangan penyapu, tingkat masukan juga menerima suatutegangan pengimbang arus searah (DC Offset Voltage) yang memungkinkan pengaturanhorisontal bintik CRT pasa layar.

Keluaran satu jenis ini ke sebuah penguat parafasa berumpan balik negatif yangmeenghasilkan 2 isyarat keluaran setimbang guna menghidupkan tingkat akhir. Penguatkeluaran dorong-tarik menyesiakan 2 tegangan tanjak, yaitu tanjak yang menuju positifdan yang menuju negatif, diperkuat ke level yang diperlukan untuk dimasukkan secarasimultan ke kedua plat defleksi horisontal CRT.

Terdapat sejumlah pemakaian yang sangat bermanfaat jika CRO ditempatkan padamodus operasi X-Y sebagai pengganti modus X-t yang lazim. Dalam modus X-Yisyarat masukan vertikal dihubungkan ke CRO dengan ara yang biasa, tetapi basiswaktu horisontal diganti dengan sebuah sinyal luar yang dihubungkan ke penguathorisontal melalui sebuah penguat depan dan posisi EXT pada selektor penyapu. Jikaperagaan X-Y harus menyajikan hubungan tepat anatara isyarat horisontal dan isyaratvertikal, kedua sistem harus memiliki keterlambatan fasa, faktor defleksi dan pitapelewat (Band-Pass) yang sama.

Dalam CRO tipe laboratorium yang lebih maju tingkat masukan sering digabungkanke generator penyapu agar membentuk basis waktu kontak tusuk, dengan penguatparafasa dan penguat keluaran yang tetap berada di dalam kerangka utama CRO. Jarumpenduga (Probe) CRO melakukan fungsi penting yaitu menghubungkan rangkaian yangakan diselidiki ke terminal-terminal masukan CRO tanpa membebani jika tidakmengganggu susunan pengujian.

9

Kepala jarum penduga (Probe Head) berisi rangkaian pengindera isyarat. Rangkaianini bias pasif seperti halnya resistan 10 MOhm yang diparalel oleh sebuah kapasitor 7pF, atau bias aktif seperti halnya sebuah FET source follower beserta elemen-elemenyang sesuai. Sebuah kabel koaksial (jenis kabel tergantung pada jarum penduga)digunakan untuk menggandengkan kepala jarum penduga ke rangkaian penutup yangjuga bias aktif atau pasif. Rangkaian penutup ini dilengkapi CRO dengan impedansisumber yang dia perlukan dan menutup kabel koaksial pada impedansi karakteristiknya.

Probe yang paling terkenal untuk menggandengkan isyarat yang akan diselidiki keCRO adalah probe pasif (disebut demikian, karena tidak mengandung elemen-elemenaktif)

Salah satu probe tegangan pasif yang paling sering dipakai adalah probeterkompensasi 10X yang ditunjukkan pada gambar 7, dirancang untuk melengkapipelemahan isyarat 10X pada suatu jangkau frekuensi yang lebar. Pada gambar tersebutkepala probe berisi resistor pelemah R1 yang diparalel dengan kapasitor variabel kecilC1.

10

Sebuah kabel koaksial menghubungkan kepala probe ke CRO yang impedansimasukannya dinyatakan oleh Rin paralel Cin . untuk instrument laboratorium, pemakaianumum Rin = 1MOhm dan Cin = 20 pF, nilai yang pantas.

Sepanjang yang menyangkut tegangan dc, gabungan probe dan CRO merupakanrangkaian pembagi tegangan 10 banding 1 yang karakteristik dc-nya adalah :

Vout = Vin

Untuk nilai –nilai rangkaian yang diberikan pada gambar 7. Ini menghasilkan Vout =0.1 Vin yang sesungguhnya adalah pembagi tegangan 10 banding 1.

GAMBAR LISSAJOUS

Gambar-gambar lissajous dihasilkan bila gelombang-gelombang sinusdimasukkan secara bersamaan ke plat-plat defleksi horisontal dan vertikal CRO.Konstruksi sebuah gambar lissajous ditunjukkan secara grafik pada gambar 8.

Gelombang sinus ev menyatakan tegangan defleksi vertikal dan gelombang sinuseh adalah tegangan defleksi horisontal frekuensi isyarat vertikal 2 kali frekuensi isyarathorisontal, sehingga bintik CRT bergerak dua siklus lengkap dalam arah vertikaldibandingkan 1 siklus dalam arah horisontal. Gambar 8, menunukkan bahwa angka 1sampai 16 pada kedua gelombang menyatakan titik-titik yang berhubungan denganwaktu. Dengan menganggap bahwa bintik diawali dari pusat layar CRT (titik 0),perjalanan bintik dapat dilukiskan kembali menurut cara yang ditunjukkan dari gambaryang dihasilkan disebut gambar Lissajous.

11

Dua gelombang sinus dengan frekuensi yang sama menghasilkan gambarLissajous yang bisa berbentuk garis lurus, ellips, atau lingkaran, bergantung pada fasadan amplitudo kedua isyarat tersebut. Sebuah lingkaran hanya bisa terbentuk bilaamplitudo kedua isyarat sama. Jika mereka tidak sefasa, terbentuk sebuah ellips yangsumbu-sumbunya adalah bidang horisontal dan bidang vertikal. Tanpa memperhatikanamplitudo isyarat, hal yang menentukan jenis gambar yang terbentuk denganmemassukkan dua isyarat yang frekuensinya sama ke plat defleksi adalah beda fasaantara kedua isyarat tersebut. Gambar 9, merupakan hubungan fasa yang diperlukanuntuk masing-masing gambar yang dihasilkan.

13

PERHITUNGAN SUDUT FASA

Tanpa memperhatikan amplitudo relatif dari tegangan-tegangan yang dimasukkan, ellipsmemberikan cara yang sederhana untuk memperoleh beda fasa antara 2 isyarat dengan frekuensiyang sama. Cara ini ditunjukkan pada gambar 11.

15

III. ALAT DAN BAHAN

CRO AFG

Breadboard Resistor dengan beberapa variasi nilai

Kapasitor dengan beberapa nilai Kabel penghubung

IV. TATA LAKSANA PERCOBAAN

16

1. Menghidupkan CROa) Tekan tombol power, lampu “ON” nyalab) Aatur gelap terang dengan tombol “intensity”c) Atur fokus gambar dengan tombol “focus”d) Atur kedudukan gambar dengan tombol “horizontal position” dan “vertical

position”e) Volts/Div CH-1 dan CH-2 pada posisi 10 Voltf) Variabel Volt/Div pada harga kaliberasig) Switch AC-GND-DC dipasang pada kedudukan ACh) Polarity pada kedudukan NORMi) MODE pada CH-1j) TRIGGER pada NORMk) SLOPE pada kedudukan positifl) LEVEL pada autofixm) COUPLING pada ACn) SOURCE pada INT(X-Y)o) SWEEP MODE pada AUTOp) Time/Div pada 5 µs/divq) Variabel Time/Div pada harga kaliberasi

2. Mengukur tegangan Peak to Peaka) Sambungan input X (CH-1) CRO pada kutub-kutub trafob) Putar tombol Time/Div CH-1 pada kedudukan 0.2 Voltc) Atur kedudukan gambar agar mudah dibacad) Kedudukan tombol Time/Div pada 2 mse) Stabilkan gambar dengan memutar tombol variabel Time/Divf) Ukur tinggi antar puncak atas dan bawah gambar gelombang yang diperoleh dan

hitung Vpp

3. Mengukur frekuensia) Putar tombol Time/Div pada kedudukan 2 ms dan variabel time/div pada harga

kaliberasib) Atur kedudukan gelombang agar mudah dibacac) Ukur panjang gelombang (λ) untuk memperoleh periode (T)d) Hitung frekuensi getar gelombang tersebut

4. Melihat dua gelombang secara bersamaana) Sambungkan input Y (CH-2) pada kutub-kutub trafob) Kedudukan Volt/Div pada CH-1 dan CH-2 pada 0.5 Voltc) Kedudukan Time/Div pada 5 ms

17

d) Tombol trigger pada CH-1 (X-Y)e) Amati gelombang pada kedudukan MODE ALT, CH-1, CH-2, CHOP, dan ADD

5. Mempergunakan mode ALT dan CHOPa) Hidupkan frekuensi generator (AFG)b) Tombol “output ATT (dB)” pada kedudukan 0dBc) Tombol “Output Level” pada MAXd) Putar tombol “Frekuensidial” menunjukkan harga 20e) Tombol “frekuensi range” pada kedudukan 1Xf) Tombo “Waveform” pada kedudukan sinusoidag) CH-1 dan CH-2 disambungkan pada terminal output frekuensi generator (AFG).

Amati gambar pada layar CROh) Tombol Volt/Div CH-1 dan CH-2 pada kedudukan 1 Volti) Tombol Time/Div pada kedudukan 10 msj) TRIG pada CH-1k) Amati gelombang pada MODE ALT dan CHOPl) Tombol “frekuensi range” pada kedudukan 1000Xm) Tombol “frekuensidial” menunjukkan 70n) Tombol TimeDiv pada kedudukan 5 µseco) Amati gelombang pada mode ALT dan CHOP

6. Mengukur frekuensi PLN dengan cara Lissajousa) Tombol volt/div CH-1 pada kedudukan 0.2 Voltb) Tombol TRIG pada kedudukan CH-1 (X-Y)c) Hubungkan tegangan PLN pada input X (CH-1)d) Hidupkan AFGe) Pasang “output ATT”f) Tombol “output level pada maxg) Frekuensi pada kedudukan 20h) Tombol “frekuensi range” pada kedudukan 1Xi) Tombol “waveform” pada kedudukan sinusoidaj) Tombol volt/div CH-2 pada kedudukan 0.5 Voltk) Masukkan sinyal dari AFG ke CH-2l) Tombol time/div pada kedudukan EXT (X-Y)m) Tombol TRIG pada CH-1 (X-Y)n) Mode pada CH-2 (X-Y)o) Atur kedudukan gelombangp) Putar pengatur frekuensi pada 25 Hzq) Ulangi untuk frekuensi 30 Hz, 50 Hz, 100 Hz, 150 Hz, dan 200 Hz

18

7. Mengukur Rise TimePerhatikan gambar 13, batas frekuensi dimana rangkaian mulai menyaring sinyal (cutoff frekuensi) dapat diketahui dengan cara memasukkan gelombang kotak dari AFGdengan frekuensi 25 KHz pada rangkaian tersebut. Maka pada layar CRO akanterlihat gelombang gigi gergaji, seperti pada gambar 14.Tinggi gelombang 10% dan 90% diproyeksikan ke sumbu X sehingga didapatinterval Tr (rise time).

19

Langkah-langkahnya:a) “output ATT” dari AFG pada kedudukan 0 dBb) “output level” pada kedudukan MAXc) “waveform” pada (square wave)d) Frekuensi pada 20 KHze) Volt /Div CH-1 pada 0.1 voltf) Time/Div pada 10 µsg) MODE pada CH-1 dan COUPLING pada ACh) Amati gambarnya dan ukurlah Tr nya dan berapa frekuensi cutoffnya.

8. Mengukur beda fasaBuatlah rangkaian seperti pada gambar 15 di bawah ini

a) Masukkan titik A pada input X (CH-1) dengan volt/div pada 0.2 voltb) Masukkan titik B pada input Y (CH-2) dengan volt/div pada 0.2 voltc) Kedudukan tombol lain seperti pada percobaan Lissajous, TRIG pada CH-1 (CH-

1), MODE pada CH-2 (X-Y), time/div pada EXT (X-Y), dan COUPLING padaDC (X-Y)

d) Putar potensiometer sehingga R=0, R sembarang dan R pada posisi MAKSIMUMe) Hitunglah beda fasa yang diperoleh dari R sembarang

20

KARAKTERISTIK DIODA

I. TUJUAN PERCOBAAN1. Menyelidiki watak hubungan volt-ampere dari semikonduktor2. Menghitung tahanan maju (forward resistance) dan tahanan mundur (reverse

resistance)3. Menentukan tegangan ambang (cut-in = threshold), Vγ4. Mempelajari penggunaan ohm-meter, untuk pengujian suatu dioda semikonduktor5. Mempelajari watak hubungan volt-ampere dari dioda zenner, menyelidiki

tegangan dinamisnya, serta menetapkan tegangannya6. Mempelajari regulator tegangan dengan dioda zener7. Mempelajari output penyearah :

a. Setengah gelombang dan gelombang penuh tanpa fiter mengenai bentukgelombangnya, harga rata-rata DC, dan harga efektifnya

b. Dengan filter, mengenai tegangan DC tanpa beban, regulasi tegangan(turunnya tegangan jika dibebani), dan besarnya tegangan riak (ripple) untukberbagai harga beban

II. DASAR TEORIDioda adalah suatu komponen yang dapat melewatkan arus pada satu arah saja.

Piranti elektronis ini mempunyai 2 elektroda (ujung-ujung piranti elektronis yangbertugas dalam pengaturan arus listrik yang melewati piranti tersebut), yaitu anoda(A) dan katoda (K).

Dioda dikatakan bertegangan maju (forward biased) atau positif apabila tegangananodanya lebih tinggi dibandingkan dengan katoda-nya. Sebaliknya dikatakanbertegangan mundur (reverse biased) atau negatif apabila tegangan anodanya lebihrendah dibandingkan dengan tegangan katodanya.

Lambang umum dioda adalah :

21

Gambar 1 (a) watak dioda ideal(b) lambang dioda silicon(c) watak volt-ampere dioda silicon

Dioda merupakan komponen tak linear dan tak simetris untuk polaritastegangan/arus yang berlawanan.

Secara garis besar macam-macam dioda adalah sebagai berikut :

Dioda tabung elektron : tabung hampa dan tabung berisi gas Dioda semi konduktor : bahan germanium, silicon, dan galiumarsenid

Dioda logam semi penghantar : kuprox dan selenium

Sifat-sifat dioda ideal adalah : Bila forward biased, maka dioda tersebut akan mengalirkan arus dengan

sempurna tanpa tahanan, atau tahanan majunya = 0 (Rf = 0). Bila reverse biased, maka dioda tersebut akan menahan arus secara total, artinya

tidak ada arus yang melewatinya, jadi tahanan mundurnya = ∞ (Rf = ∞)

Tetapi bisa dikatakan dioda ideal itu tidak ada, karena dalam faktanya tidakditemukan sifat-sifat tersebut dalam eksperimen.

Dioda silicon adalah dioda semi penghantar yang bahannya silicon.Semipenghantar adalah bahan yang daya hantarnya berada diantara konduktor danisolator. Dioda silicon ini seperti dioda-dioda lainnya, yaitu tersusun dai semipenghantarP (arus yang mengalir di dalamnya adalah muatan positif yang diwujudkan oleh alirandari lubanghole) dan semipenghantar N (arus yang mengalir di dalamnya adalah muatannegatif yang diwujudkan oleh aliran dari elektron)Perbedaannya dengan dioda ideal adalah sebagai berikut :

Bila forward biased maka Rr = 0

Dioda sillicon arusnya mulai terasa ada tidak di dekat nol, tetapi kira-kira setelah0,6 volt, sedangkan dioda ideal, untuk tegangan positif yang mendekati nol, arusdioda ideal besar sekali

22

Tegangan maju dioda adalah tak ideal, midalnya dioda silicon, pada saat mulai terasaadanya arus disebut tegangan ambang (tegangan cut-in = tegangan threshold) = Vγ. Perludiketahui juga bahwa watak volt-ampere dioda silicon juga dipengaruhi oleh suhu. Secarateoritis, wataknya mengikuti persamaan :

I=Io(eV/η VT-1)

dengan :

I = arus dioda

Io = tetapan yang disebut arus jenuh

η = tetapan empiris, untuk silicon kira-kira = 2

VT = T/11.600 dimana T= suhu Kelvin

Dioda zener yang akan dibahas disini adalah dioda zener berbahan silicon.Bedanya dengan dioda silicon adalah pada keeadaan bertegangan mundur arusnya tidakterus-menerus mengecil, tetapi mulai suatu tegangan tertentu yang disebut tegangan zener(tegangan dadal=tegangan breakdown) arusnya mendadak menjadi besar, sampai batastertentu dioda zener ini dapat bertahan. Karena pada keadaan ini arusnya cepat bertambahsedangkan tegangnnya hampir-hampir tetap, maka tegangan zener ini dapat dipergunakansebagai tegangan referensi pada pengaturan tegangan (voltage regulator). Lambang diodazener adalah :

Karena tegangan zener ini untuk tegangan negatif atau reverse, maka dioda zenerdigunakan dalam keadaan terbalik atau reverse.

PENYEARAH FULL WAVE DAN HALF TANPA FILTER

Penyearah (rectifier) digunakan untuk mengubah tegangan bolak-balik menjaditegangan searah. Dioda dapat berfungsi sebagai penyearah karena dioda hanya dapatmengantar arus dalam satu arah saja yaitu dari anoda ke katoda.

23

Rangkaian penyearah setengah gelombang (half wave) diberikan pada gambar3(a). Tr adalah transfomator yang digunakan untuk menurunkan tegangan. Kehadirantransfomator di sini tidak merupakan suatu keharusan. Hambatan R diibaratkan sebagaisuatu alat yang ingin memanfaatkan tegangan searah yang dihasilkan oleh rangkaian ini.Saat tegangan bolak-balik positif, dioda akan dipanjar maju sebab A lebih positifdibandingkan dengan B. Saat itu arus akan mengalir dari titik A ke dioda, ke beban dankembali ke transfomator sehingga ujung-ujung beban akan terdapat tegangan yangmempunyai fase yang sama dengan tegangan masukan. Setengah periode berikutnya, Blebih positif dibandingkan dengan A sehingga dioda akan dipanjar mundur. Saat itu tidakada arus yang mengalir sehingga pada ujung-ujung beban tidak ada tegangan. Karenategangan masukan yang satu periode hanya diteruskan setengah periode, maka rangkaiantersebut dinamakan penyearah setengah gelombang.

Rangkaian penyearah gelombang penuh (full wave) diberikan pada gambar 3(b),dan 3(c). pada gambar 3(b) transfomator yang digunakan adalah transfomator denganoutput ganda (dengan Centre Tap) sehingga satu periode masukan diteruskan seluruhnya(baik pada setengah gelombang positif maupun setengah gelombang negatif). Sedangkanprinsip kerja dari rangkaian gambar 3(c) dapat diterangkan sebagai berikut. Pada titik Alebih positif dari titik B, ada dua dioda yang dipanjar naju yaitu D1 dan D4, sehinggahanya kedua dioda tersebut yang akan menghantarkan arus. Pada saat itu akan terdapattegangan pada beban dengan D lebih pisitif daripada C. pada saat B lebih positif dari Asetengah periode berikutnya ada dua dioda yang dipanjar maju yaitu D2 dan D3, sehinggahanya kedua dioda tersebut yang akan menghantarkan arus. Pada saat itu terdapattegangan pada beban dengan D lebih positif daripada C. Tegangan pada beban selalumenunjukkan D lebih positif daripada C, pada saat A lebih positif dari B maupun padasaat B lebih positif daipada A. Semua tegangan akan diteruskan dengan arah yang tidakbola-balik, karena itu penyearah ini desebut penyearah gelombang penuh.

24

Half Wave Full Wave

Harga rata-rata teganganoutput (VoDC) Π 2Π

Harga Efektif (Rms)

Tegangan output (VoRMS) 2 √2Kalau diodanya dianggap ideal, maka Vm = harga puncak tegangan input ( ) == √2

PENYEARAH DENGAN FILTER KAPASITOR

Berasarkan pengandaian bahwa diodanya ideal serta bentuk gelombang tegangan DCoutputnya segitiga, diperoleh rumus sebagai berikut :

Half Wave Full Wave

VoDC tanpa beban VDC = VM VDC = VM

VDC dengan arus beban IDC = − 2 = − 4VDC dengan beban R L

= 1 + 12 =Faktor riple untuk beban

sebesar RL= 12√3 = 14√3

Faktor riple untuk bebanIDC

= 12√3 = 14√3Rumus- rumus di atas adalah hasil penjabaran berdasarkan pengandaian atau

pendekatan yang disebutkan di atas. Pada percobaan ini Vm, VDC, diukur denganmultimeter dan dihitung dari hasil pengukuran VDC serta Vr adalah harga puncak kepuncak tegangan ripple dan dihitung dengan rumus sebagai berikut :

25

= /(2√3 ) = 2√3LED merupakan sebuah piranti elektronik yang berupa zat padat (solid state) yang

menghasilkan cahaya. Pada dasarmya cahaya yang dihasilkan LED berasal dari energiyang terpancar ketika rekombinasi atau penggabungan hole yang berada pada pita valensidengan elektron yang sebelumnya berasal dari pita konduksi. Dalam kondisi forwardbiased, elektron bebas dan hole menyatu dalam sebuah ikatan. Ketika elektron bebasmasuk ke dalam hole, maka elektron bebas akan memindahkan energi yang levelnyalebih tinggi ke level yang lebih rendah. Maka saat itulah elektron bebas akanmeradiasikan ke dalam bentuk energi panas dan cahaya. Beberapa kelebihan dari LEDadalah :

Tegangan yang rendah

Tahan lama (lebih dari 20 tahun) Beraksi dengan cepat dalam perubahan on-off switching (nanoseconds)

LED berbahan silicon, karena silicon berbentuk tidak transparan, maka tak satupuncahaya yang mengganggu lingkungan. LED akan bekerja pada tegangan 1,5 sampai 2,5volt dan arus 10 sampai 50 mA.

III. ALAT DAN BAHAN CRO Multimeter

Catu daya Trafo penurun

Dioda semikonduktor Dioda zener

Potensiometer Kapasitor Saklar

Kabel-kabel konektor

IV. TATA LAKSANA PERCOBAAN

Mengamati watak volt-ampere diode silicon1. Buatlah rangkaian seperti pada gambar 62. Untuk membatasi arusnya agar tidak terlalu besar, diode dihubungkan

dengan penyedia daya dengan perantara tahanan seperti terlihat padagambar 6V adalah multimeter dengan kepekaan 20KΩ/VoltM adalah multimeter yang digunakan untuk mengukur arus

26

3. Aturlah output dari penyedia daya sehingga VAK antar diode terukur 0,5volt. Ukurlah arus diode. Catatlah hasilnya pada tabel 11

4. Baliklah diode dalam rangkaian gambar 6 sehingga menjadi rangkaiangambar 7. Aturlah kembali penyedia daya (jika perlu) sehingga teganganVAK menjadi 1,5 volt. Ukurlah arus diode. Catatlah hasilnya pada tabel 11.

5. Gunakan hukum Ohm untuk menghitung tahanan diode (Rf dan Rr)6. Kembali gunakan rangkaian gambar 6. Aturlah tegangan output dari

penyedia daya sehingga VAK menjadi 0 volt. Ukurlah dan catatlah arusnyadalam tabel 1.2 (jika ada). Naikkan tegangan seperti dalam tabel 1.2.ukurlah arusnya dan catatlah dalam tabel 1.2. untuk masing-masingkondisi hitung dan catatlah Rf diode.

7. Baliklah diode sehingga menjadi rangkaian gambar 7. Ukurlah arusnyauntuk VAK seperti dinyatakan dalam tabel 1.3. ukurlah untuk masing-masing kondisi, hitung dan catatlah Rf diode.

8. Gambarlah grafik V-I untuk rangkaian gambar 6 dan gambar 7.

27

Mengamati watak volt-ampere diode zener1. Buatlah rangkaian seperti pada gambar 8 dan gambar 92. Dengan rangkaian gambar 8 isilah tabel 2.1 sedangkan gambar 9 untuk

tabel 2.23. I diperoleh dari hasil pengamatan sedangkan Rz dan Rf diperoleh dari hasil

perhitungan4. Gambarlah grafik V-I untuk rangkaian gambar 8 dan gambar 9

28

Mempelajari regulator tegangan dengan diode zener1. Buatlah rangkaian seperti pada gambar 102. Dengan rangkaian gambar 10 isilah tabel 3.1 dan tabel 3.23. Dari percobaan sebelumnya telah diketahui harga tegangan Zener, yaitu

tegangan VAK yang nilainya konstan untuk setiap perubahan harga VAB

4. Gunakan harga tegangan VAK tadi sebagai nilai VAB untuk tabel 3.1 dibawah

5. Ubah-ubahlah catu daya (pada rangkaian gambar 10) sehingga nilai VAB

berubah menjadi 1.01 x VAB, kemudian isilah tabel 3.1 sesuai dengan hasilpengamatan

6. Ubalah kembali catu daya sehingga nilai VAB berubah menjadi 0.99 x VAB

semula, kemudian isilah kolom-kolom dalam tabel 3.17. Carilah hubungan dari parameter-parameter pada tabel 3.1

29

Mempelajari output penyearah setengah gelombang dan gelombang penuhdengan dan tanpa filter1. Dengan rangkaian gambar 11 isilah data-data pada tabel 42. Hubungkan titik pengamatan pada rangkaian (on berarti kedua titik

dihubungkan, off berarti kedua titik tidak terhubung) sesuai dengan variasidata pada tabel 4

3. Amatilah bentuk rangkaian pada setiap variasi kedudukan titikpengamatan dan terangkan prinsip kerja pada setiap variasi tersebut sertafungsi masing-masing komponen pada rangkaian tersebut

4. Kemudian dengan RL yang diatur amatilah Vo dan I5. Untuk setiap langkah hitunglah riplenya6. Hitung regulasi tegangan

31

WATAK AMPLIFIER COMMON EMITER

Tujuan Percobaan

Menyelidiki watak amplifier transistor dalam rangkaian common emitter, yang meliputifrekuensi response, voltage gain, current gain, power gain, input impedance dan outputimpedance.

Dasar Teori

Amplifier transistor dalam konfigurasi common emitter ini sangat banyak kita jumpai, karenarangkaian ini memberikan voltage gain dan current gain yang cukup besar, jadi juga kitadapatkan power gain yang besar. Kita tinjau single stage amplifier secara umum. Dalam hal initransistor dinyatakan dengan black box dan digunakan hybrid parameter dalam tinjauan ini.

32

Tetapi := − = − = ℎ + ℎMaka :ℎ = ℎ = 0 .............................................................................................(3)

= (−ℎ ℎ + ℎ ℎ − )Sehingga Voltage gain

= = − ( // ).............................................................................................(4)

Untuk mengetahui hi, ditentukan IE terlebih dahulu karenaℎ = 1 + ℎ = (1 + ℎ ) ( ) ; = ( )Arus IE dapat dihitung dari keterangan bahwa tegagnan panjar transistor adalah= = = −6Diambil hf= β = 300 sehingga = = ≈ 1 dimana IC = α IE maka IC ≈ IE akibatnya= = = 2,14Sehingga dapat diketahui ℎ = (1 + 300) , ≈ 3,5 ΩJika diambil = 40 Ω

33

Berdasarkan perhitungan diatas dapat diketahui penguatan sebesar= ( // , ), ≈ 216dimana Δℎ = ℎ ℎℎ ℎdengan cara yang sama didapat

current gain = = = ..................................................................(5)

input impedance = = = .........................................................(6)

output impedance = = = .......................................................(7)

Voltage gain makin besar dengan makin besarnya RL. Sedangkan current gain sebaliknya, makinkecil dengan makin besarnya RL.

Power gain dari amplifier ini := == = ...................................................................................(8)

= ( )( ) ...................................................................................(9)

Kita akan mendapatkan Gp maksimum untuk= .................................................................................................(10)

Kita akan mendapatkan rangkaian common emitter amplifier

34

Kembali ke transistor disini dinyatakan dengan Black Box dengan parameter h’. kalau R1 kitaanggap bagian dari generator maka equivalen circuit kita menjadi :

35

Jika black box h’ dan RE kita masukkan ke dalam suatu black box, maka akan diperoleh suaturangkaian equivalen dasar. Akan berlaku rumus (1) sampai rumus (10), dimana parameter –parameter h dan h’ mempunyai hubungan sbb :

ℎ = ℎ′ .............................................................................(11)

ℎ = ...........................................................................................(12)

ℎ = ...........................................................................................(13)

ℎ = ................................................................................................(14)

Dimana h’ adalah [arameter yang mempunyai transistornya sendiri.

Kalau pada rangkaian emitter RE bukan suatu tahanan murni tetapi merupakan suatu impedasi ZE

maka berlaku juga untuk rumus (11) sampai dengan rumus (14) dengan RE diganti ZE.

Demikian pula untuk rumus (4) sampai dengan rumus (7)

Bila RL merupakan impedasi ZL, maka kita ganti RL dengan ZL.

Gambar diatas merupakan skema tegangan generator terbuka (tak ada load) dan Rg outputresistance dari generator Vin tegangan input transistor amplifier dan Vo tegangan outputnya.

Rangkaian diatas mempunyai equivalen denga rangkaian dibawah ini

36

Frequency response dari amplifier ini pada frekuensi rendah ditentukan oleh komponenrangkaian diluar transistor sedangkan pada frekuensi tinggi ditentukan oleh transistornya sendiri

Gain yang telah diperhitungkan adalah gain pada frekuensi tengah. Gain ini pada frekuensirendah mengalami pengurangan masing-masing pada :

= ( \\ \\ ) ................................................................................(15)

dimana RB//Rv//Rg= ( ) ..........................................................................................(16)

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

Sedangakan pada frekuensi tinggi penurunan gain disebabkan karena fungsi frekuensi α makinkecil dengan makin tingginya fekuensi.

Penurunan gain terjadi pada :

37

= .......................................................................................................(18)

Dimana ωα = 2πfα , fα = cut off frequency= ( // ) .............................................................................(19)

Dimana CC= CCE+Cstray

Cara kerja

1. Pengamatan frekuensi response

Hubungkan amplifier dengan oscilator pada input I, CRO pada output dan dengantegangan bias -12 V.

Ubahlah potensiometer R2 sehingga tegangan kolektor terhadap common ground -6 Volt. Ukurlah tegangan ini dengan voltmeter yang baik mutunya, kalau ada pakailah VTV atau

TVM. Pada percobaan ini Ro jangan dihubungkan dengan output terminal Aturlah oscilator sehingga memberikan frekuensi 1 KHz. Naikkan amplitudo oscilator sehingga output amplifier mulai distorsi.

Turunkan lagi amplitudo oscilator hingga kira-kira setengah harga yang diperoleh tadi.Selama pengamatan frekuensi response ini.

Mulailah pengamatan pada frekuensi response 100 Hz. Naikkan frekuensinya hingga 100kHz dan outputnya ;

a. Dalam interval 100Hz – 1KHz, tiap 100 Hz catatlah outputnya.b. Dalam interval 1 Hz – 10 KHz, tiap 1 KHz catat outputnya.c. Dalam interval 10 KHz – 100 KHz, tiap 10 KHz catatlah putputnya.

38

Hitung = Buatlah grafik A sebagai fungsi frekuensi Bandingkan harga Av pada frekuensi rendah yang diperoleh dengan harga Av secara

teoritis (rumus 4).

2. Pengukuran input impedance

Hubungkan oscilator dengan input H Pilih frekuensi osccilator 1KHz Naikkan amplitudo oscilator sehingga pada output mulai distorsi, kemudian

kembalikan pada harga setengahnya.

Ukur amplitudo signal VR1 dan VIN.

VR1= tegangan antar in II dan in IVIN = tegangan antara in I dengan commonMaka : = = =

3. Pengamatan output impedance

Kembalikan ocilator pada in1dan Vin pada percobaan penentuan frekuensiresponse; frekuensi = 1 KHz; catat outputnya.

Kemudian hubungan R6 dan ubah-ubah harga R6 sehingga pada output terbaca

amplitudo =

Ukur R6 ; maka Zo= R6

Tanyakan harga output impedance pada asisten

4. Pengukuran power gain =

39

Hitung harga power gain ini berdasarkan Av2

, Zo , ZIN yang diperoleh Bandingkan kembali dengan perhitungan secara teoritis

5. Pengamatan OverdrivingOverdriving merupakan suatu keadaan dimana rangkaian amplifier diatas tidak dapatberfungsi dengan baik karena frekuensi yang digunakan melewati batas kerja rangkaiantersebut.

Ubahlah R2 hingga tegangan kolektor -8 V Pilihlah frekuensi oscilator 2 KHz dan atur amplitudonya sehingga output hampir

distorsi Putar R2 ke kanan dan shet outputnya

Putar R2 ke kiri dan shet lagi outputnya Kembalikan pada keadaan semula. Pada kondisi ini naikkan input dan shet

outputnya

Pada frekuensi berapa rangkaian tersebut dapat bekerja?

Hasil Percobaan

Pengamatan Frekuensi Response

Harga pengamatan frekuensi response dengan amplitudo ½ dari harga awal = ....... div x ......Volt/div = ........ volt

40

Frekuensi (Hz) Ein (V) Eout (V) = Log Av

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

100000

41

Hasil pengukuran penguatan praktikum = = (…….)(…….) = ……….Hasil pengukuran secara teoritis = ( // , ), ≈ 216Pengukuran Impedance

V1=......... div x.......... Volt/div = ......... Volt

V1=......... div x.......... Volt/div = ......... Volt

VRI = V2 – V1 = ......... Volt - ............ Volt = ............ Volt

R1 = ......... x 10... Ω

Vin = Vcommon = ............ div x ......... Volt/div = ........... Volt

Sehingga := = = …..…..… . . = ……ΩSecara teori, input impedance =

( ) = …..(….. .… )….. ….. …… = …… ..Pengukuran Output Impedance

Veff = ........ div x ......... Volt/div = ......... Volt

Dengan menggunakan multimeter diperoleh R6 = ....... Ω

Secara teori, ouput impedance = // = 40 Ω // … . . = … . . ΩPengukuran Power Gain

ZIN = ........ Ω Av pada saat frekuensi ......... Hz = .........

Zo = ......... Ω maka = = (…… ) (…..)(…..) =. . …Perhitungan Power Gain secara teori digunakan Av, Zin , Zout dari hasil perhitungan secara teori

pula sehingga = = (…… ) (…..)(…..) =. . …

42

Pengamatan Overdriving

Keadaan setelah R2 diputar kekanan

................................................................................................................................................

Keadaan setelah R2 diputar kekiri

................................................................................................................................................

Keadaan setekah input dinaikkan pada keadaan semula

.................................................................................................................................................

Rangkaian tersebut dengan masukan -8 V dapat bekerja hingga frekuensi

................................................................................................................................................

Pertanyaan

Bagaiamanakah stabilitas amplifier ini? Hitung S1 dan Sv dan berikan komentar

Sebutkan apa saja yang mempengaruhi frekuensi response amplifier ini! Jelaskan bagaimanacara mempengaruhinya dan pengaruhnya terhadap rangkaian!

Pengukuran Zin & Zout pada percobaan ini apakah sesuai atau cocok dengan perhitungan secarateoritis? Berikan komentar.

Dapatkah Ai (current gain) dihitung dari percobaan-percobaan diatas?

Jika cut-off frequency dari suatu transistor belum setinggi yang diinginkan, bagaimanamemperbaikinya?

43

PENGUAT DAYA DORONG-TARIK SIMETRI KOMPLEMENTER

I. TUJUAN PERCOBAAN1. Mempelajari prinsip kerja penguat daya dorong-tarik simetri komplementer yang

menggunakan daya tunggal2. Mengukur prasikap (biasing) dan bentuk gelombang3. Mengukur impedansi masukan dan impedansi keluaran4. Mengukur penguat daya dan penguat guna5. Mengamati tanggap frekuensi6. Mengamati cacat penyeberangan

II. DASAR TEORIPenguat daya dapat dibagi menjadi empat kelas, yaitu :

1. Kelas A2. Kelas B3. Kelas AB4. Kelas C

Bentuk keluaran untuk masukan berbentuk sinus dapat dilihat pada gambar 1.

Dalam penguat daya biasanya digunakan dua atau lebih transistor yang disusunsebagai penguat dorong-tarik (push-pull) yang bekerja pada kelas B.

44

Penguat dorong-tarik yang bekerja pada kelas B, trasistornya medapat prasikaparah maju (forward biased) selama setengah gelombang input (positif atau negatif) danmendapat prasikap arah balik (reverse biased) selama setengah gelombang berikutnya.Dalam penguat daya dorong-tarik kelas B, penguat outputnya dapat melayani amplitudosinyal hampir dua kali dibandingkan dengan penguat daya kelas A.

Suatu tingkat akhir penguat daya dorong-tarik ditunjukkan dalam gambar 2. Q2

dan Q3 adalah transistor output yang disambungkan sebagai penguat emiter bersama dalamrangkaian seimbang. T2 adalah input trafo yang menggandengkan Q1 (yang disebut denganpenggerak) ke tingkat akhir (Q2 dan Q3). Basis Q2 dan Q3 disambungkan ke cabang lilitansekunder T2, dengan demikian basis-basis tersebut menerima dua sinyal yang samabesarnya tetapi fasenya berlawanan. Untuk input berbentuk sinus, basis Q2 adalah positifjika basis Q3 negatif. Jika Q2 berayun negatif, basis Q3 positif; hasilnya : jika arus mengalirpada kolektor Q2, maka tidak ada arus pada Q3 dan sebaliknya. Arus kolektor Q2 dan Q3

mengalir dalam arah yang berlawanan pada bagian primer transformator T3 (yangdinamakan output trafo). Q2 dan Q3 adalah dua transistor daya yang bekerja pada kelas B.Dengan resistor R5, R6 dan R7 maka ada arus panjar kolektor yang kecil mengalir dalam Q2

dan Q3 dan mencegah cacat penyeberangan.

Bentuk gelombang dalam gambar 3 menunjukkan cacat yang terjadi jika transistordorong-tarik mendapat prasikap nol dan tidak bekerja. Jika basis emiter transistor siliconmendapat prasikap nol maka tidak ada arus mengalir sampai sinyal input naik kira-kira 0,7volt, maka ada selang waktu (yaitu ketika sinyal dari 0 sampai 0,7) transistor belummenghantar. Jika transistor-transistor tingkat dorong-tarik mendapat prasikap cut-off,bentuk arusnya seperti ditunjukkan pada gambar 3.

45

Tidak adanya arus selama t1 dan t2 menyatakan saat ketika polaritas berubah, danhasilnya ada cacat disebut cacat penyeberangan. Penyeberangan dalam hal ini diartikansebagai perpindahan keadaan tidak menghantar ke menghantar atau sebaliknya. Untukmenghilangkan cacat penyeberangan, transistor-transistor dalam tingkat dorong-tarik tidakdiberikan prasikap kelas B, tetapi ada arus panjar yang kecil. Karena arus panjar makamasih diklasifikasikan dalam kelas B.

Emitter Q2 dan Q3 disambug langsung ke tanah. Kolektor-kolektornya disambungke +Vcc lewat gulungan primer T3. Adanya prasikap maju yang kecil pada Q2 dan Q3

mengakibatkan adanya arus yang sangat kecil meskipun tidak ada sinyal. Jika ada sinyal,Q2 dan Q3 menghantar bergantian selama setengah gelombang positif dan negatif.

Penguat daya tersebut dibebani dengan RL dan mengirimkan daya ke RL sebesar=Dimana V adalah harga efektif tegangan pada RL dan RL adalah tahanan pada

beban.Satuan untuk P adalah watt

V adalah voltR adalah ohm

Pada gambar 2 penguat daya dorong-tarik tersebut menggunakan trafo input dantrafo output. Trafo tersebut tidak diperlukan lagi dalam penguat daya dorong-tarik simetrikomplementer.

Penguat daya dorong-tarik simetri komplementer menggunakan dua transistoryang saling jodoh (matched pair), wataknya identik, satu transistor PNP dan lainnyatransistor NPN (lihat gambar 4).

46

Q2 adalah transistor NPN, Q3 adalah transistor PNP (merupakan pasangan yangsaling jodoh), masing-masing dihubungkan sebagai pengikut emiter (emitter follower)dengan emiter-emiternya digabung. Beban RL dalam untai emiter adalah milik bersamadari Q2 dan Q3. Kolektor Q2 disambung ke +Vcc (pencatu daya positif); kolektor Q3

menerima sinyal dari – Vcc (pencatu daya negatif). Basis-basis Q2 dan Q3 disatukan,menerima sinyal masukan dari untai penggerak.

Diandaikan prasikap Q2 dan Q3 menjadikan Q2 dan Q3 tersumbat (cut-off). Cut-offyaitu tidak adanya arus kolektor dikarenakan kedua sambungan pada transistor dibiaskanbalik. Sekarang diamati yang terjadi jika suatu gelombang sinus digunakan pada masukanpenguat ini. Selama setengah gelombang positif pertama basis Q2 positif relatif terhadapemiternya yang tersumbat. Selama setengah gelombang positif tersebut Q3 tetap tersumbat.Pada setengah gelombang (negatif) berikutnya, Q3 hidup dan Q2 tersumbat. Gambar 4b

47

menunjukkan arus di Q3 yang berlawanan arah dengan arus Q2. Hal ini terjadi karena Q2

adalah transistor NPN dan Q3 adalah transistor PNP. Panah dalam gambar 4a menunjukkanarah arus dalam untai dari luar Q2 Q3 dan RL.

Tegangan yang dibangkitkan pada RL adalah gelombang sinus sepertimasukannya. Karena Q2 dan Q3 komplemen dan untai simetris, susunan dalam gambar 4disebut simetri komplementer.

Penguat simetri komplementer memerlukan desain yang cermat untuk mencegahkerusakan transistor karena “thermal runaway”. Keadaan tak seimbang atau bocor akanmenyebabkan kegagalan. Pemantapan dengan dioda atau ntc (negative temperaturecoefficient) banyak digunakan sebagai kompensasi suhu, terutama dalam koling langsung(direct coupling) dari penggerak ke tingkat akhir.

Simetri komplementer dengan pencatu daya tunggal

Untai dalam gambar 4 menggunakan pencatu daya dua yang besarnya sama tetapipolaritasnya berlawanan dengan latar (ground) bersama.

Untai dalam gambar 5 menggunakan pencatu daya tunggal. Simetri untai dijamin oleh duapembagi tegangan R1 dan R2 pembagi yang diatas menyediakan prasikap yang cukup untukQ2 dan pembagi yang bawah menyediakan prasikap yang cukup untuk Q3 untukmemberikan pada masing-masing transistor arus panjar yang kecil untuk menghapus cacatpenyeberangan.

Panah pada gambar 5 menunjukkan lintasan arus panjar dalam untai luar Q2 dan Q3.Karena Q2 dan Q3 dianggap mempunyai watak identik, maka titik D mempunyai tegangansearah yang sama besarnya yaitu ½ Vcc.

48

VAD = VDG = ½ VCC

Titik C mempunyai tegangan searah yang besarnya ½ Vcc, dengan begitu VDC =0. Karenapembagi tegagnan R1 dan R2 maka titik B lebih positif dari C (dan dengan begitu juga lebihpositif dari D karena VD =1/2 Vcc); maka basis Q3 positif relatif terhadap D dan inimemberikan prasikap maju pada Q2 untuk membangkitkan arus panjar yang kecil padakolektor. Dengan cara yang sama, Q2 negatif terhadap D dan ini memberikan prasikapmaju pada Q3.

Perbandingan R1 dan R2 adalah kritis dalam penyetelan prasikap maju untuk arus panjaryang kecil dari Q2 dan Q3.

Sinyal masukan digandengakan oleh C ke basis Q2 dan Q3. Maka pada basis-basis Q2 danQ3 ada sinyal yang sama. Q3 mempunyai sikap arah maju dengan adanya tengahan positifsinyal, arus yang dihasilkan menimbulkan tengahan positif pada RL . Q3 mempunyai sikaparah maju dengan adanya tengahan negatif sinyal dan menghasilkan bagian negatif padaRLuntaian pada gambar 4.

Penguat daya dorong-tarik simetri komplemen dengan pencatu daya tunggal banyakdigunakan dalam tingkat akhir penguat audio dimana pengeras suara (loudspeaker)digunakan sebagai RL. Sebagai penggeraknya digunakan penggerak dengan penguat yangbekerja dalam kelas A.

III. ALAT DAN BAHAN1. Untaian penguat daya dorong-tarik2. Catu daya3. AFG4. Osiloskop5. Multimeter6. Kabel penghubung

IV. TATA LAKSANA PERCOBAAN1. Amati untaian yang disediakan, periksalah apakah sudah sesuai dengan petunjuk

praktikuk (sesuai dengan gambar 6), dengan parameter-parameter sebagai berikut:

Vcc = 12 volt

R1 = 1 Kohm R2 = 120 Kohm

R3 = 390 ohm R4-R7 = 470 ohm

49

R8-R9 = 10 ohm RL = 10 ohm

RV1 = 10 ohm C1 = 10 µF

C2-C3 = 100 µF T1-T2 = AC 127 T3 = AC 128

M = SP 10 D(pada range 500 mA)

2. Hidupkan pencatu daya (saklar S1 di-ON-kan)3. Ukur dan catatlah arus panjar

Pengukuran arus panjar ini dilakukan dengan menggunakan multimeter, spertiterlihat pada gambar 6

4. Ukur dan catatlah tegangan searah pada titik pengamatan 1 sd 10 (pengukuranmenggunakan CRO)

5. Pengukuran penguatan daya Pasang CRO [ada ujung RL dan AFG pada masukan Hidupkan CRO dan AFG Naikkan tegangan sinus AFG yang frekuensinya 1 KHz sehingga keluarannya

masih belum cacat (naikkan amplitudo osiloskop hingga output tepat akandistorsi)

Ukur dan gambarlah tegangan input (Vi) dan output (Vo) yang diperoleh Hitunglah penguatan daya (Power Gain) dengan rumus berikut :=Dimana, =Dan Av adalah penguatan tegangan

6. Ukur dan catatlah sinyal tegangan pada titik pengamatan 1 s/d 10 (dengan CROpada kedudukan AC)

7. Pengukuran input impedance dan output impedanceUntuk memperoleh input impedance, hubungkan CH-1 CRO diantara R1 dan RV1

dan CH-2 pada outputPilihlah frekuensi oscilator 1 KHzNaikkan amplitudo hingga pada output tepat mulai distorsi (Vo), kemudiankembalikan pada harga setengahnya dengan mengubah-ubah harga RV1, sehinggaharga pada output terbaca amplitudo = ½ VoUkur RVI dan catat hasilnya sebagai ZinKemudian ubah saklar S2 diubah sehingga terhubung dengan RV2, ubah-ubahharga RV2 sehingga pada output terbaca amplitudo = ½ Vo

50

Ukur RV2 dan catat hasilnya sebagai Zout(perlu diperhatikan bahwa saat pengukuran RV1 dan RV2 rangkaian tidakterhubung dengan catu daya)

8. Tunjukkan dan gambarlah cacat penyeberanganDerajat cacat penyeberangan dapat dihitung dengan rumus360°Dimana t : waktu pada saat tidak ada arus

T : waktu untuk menempuh satu panjang gelombang (tanpa adanya cacat)9. Amati tanggap frekuensi

F (Hz) Vi Vo Log f 20 log Av

20304050607080901002003004005006007008009001000200030004000500060007000800090001000020000

52

RANGAKAIAN FILTER

I. Maksud PercobaanMengenal dan mengamati watak dari beberapa rangkaian filter, termasuk rangkaianresonansi (resonant filter) dan filter jembatan (bridge filter)

II. Dasar TeoriRangkaian filter adalah rangkaian listrik yang pada umumnya berisi elemen aktif (L,C),yang didesain untuk meneruskan atau menahan sinyal pada daerah frekuensi tertentu.Atas dasar daerah frekuensinya, filter dibedakan atas :A. Low pass filter : meneruskan sinyal dengan frekuensi lebih rendah dari

frekuensi tertentu fH, sebaliknya menahan sinyal dengan frekuensi lebih tinggi darifH.

B. High pass filter : meneruskan sinyal dengan frekuensi lebih tinggi darifrekuensi fL, sebaliknya menahan sinyal dengan frekuensi lebih rendah dari fL.

C. Band pass filter : meneruskan sinyal dengan frekuensinya terletak diantaradua buah frekuensi tertentu, fL dn fH.

D. Band rejection filter :menahan sinyal yang frekuensinya terletak diantara duabuah frekuensi tertentu.

Secara ideal watak dari masing-masing filter tersebut diatas dilukiskan padagambar 1, dimana |Av| adalah hanya mutalk dari perbesaran sedang f adalah frekuensidari sinyal. Hanya saja kenyataannya bentuk penurunan atau kenaikan |Av| tidak setajampada gambar diatas melainkan akan berubah secara perlahan-lahan.

53

A. Low pass filterA.1 salah satu rangkaian low pass filter sederhana adalah RC low pass filter yangterlihat pada gambar 2.a

Gambar 2.a gambar 2.b

Jika pada rangkaian 2.1 diberikan input berbentuk sinus dengan frekuensi =maka hubungan output dan input adalah= 1/1/ +Atau = = .................................................................(1)

Adanya bilangan kompleks pada persamaan (1) meninjukkan bahwa ada beda faseantara input dengan output. Dari persamaan ini didapat :a) Harga mutlak dari perbesaran tegangan| ( )| = ( ) = ( ) ......................................(2)

b) Beda fase( ) = = ...........................................(3)

Pada pembahasan ini dimana rangkaian berfungsi sebagai filter. Pembicaraanditekankan pada ketergantungan |Av| sebagai fungsi frekuensi. Untuk rangkain 2.afungsi dituliskan pada persamaan (2)Dari persamaan ini dapat dimengerti bahwa |Av| makin kecil untuk frekuensi yangmakin besar, yang berarti rangkaian 2.a berfungsi sebagai filter. Hanya saja selamafrekuensi masih berhingga harga |Av| tidak pernah nol (0). Sehingga untukpraktisnya perlu didefinisikan suatu frekuensi batas (cut off frequency) fc. Sehinggauntuk frekuensi -2 dimana |Av(f)| <|Av(fc)| sinyal dianggap tidak diteruskan,sedangkan untuk frekuensi dimana |Av(f)| > |Av(fc)|, sinyal dianggap diteruskan.Secara umum definisi dari fc adalah frekuensi dimana daya serap oleh rangkaiansetengah dari harga maksimumnya. Dari definisi ini dapat dibuktikan bahwa untukf=fC, maka harga= | |√ = 7.07 | | ......................................................(4)

Dari persamaan (2) mudah dibuktikan untuk rangkaian 2.a harga dari frekuensi

batasnya adalah = ...............................................................(5)

54

Sehingga persamaan (2) dapat ditulis = ( / ) .....................(6)

Grafik dari |Av| sebagai fugsi f dari persamaan (6) terlihat pada gambar 3.a. gambarini disebut sebagai tanggap frekuensi (frequency response) dari rangkaian.

Untuk memudahkan cara penggambaran tanggap frekuensi rangkaian yang lebihkompleks, sebagai ordinatnya adalah harga perbesaran dalam satuan decibel sedangabsisnya adalah harga algoritma dari frekuensi, dimana Av dalam satuan decibel |Av|db= 20 log |Av|.

Dengan definisi ini persamaan (6) berubah menjadi |Av| db = 20 log 1+(f/fc)2 -1/2

atau |Av| db = -10 log 1+(f/fc)2 ............................................................(7)Dari persamaan (7) dapat dilihat bahwa :

Untuk harga ffc << 1 atau f << fc maka |Av| db ≈ 0yang berarti bahwa f << fc harga dari |Av| db mendekati atau asimptotisdengan garis |Av| db = 0.

Untuk harga ffc >> 1 atau f >> fc maka |Av| ≈ -20 log f/fc yang berarti harga|Av| db mendekati atau asimptots terhadap garis |Av| ≈ -20 log f/fc.Garis ini berupa suatu garis lurus yang mempunyai harga-harga |Av| = 0 dbuntuk f = fc, |Av| = -6 untuk f = 2fc, |Av| = -12 untuk f = 4 fc, dan seterusnyadapat dibuktikan bahwa |Av| turun sebesar 6 db setiap frekuensinya naik 2kali maka akan naik 1 oktaf lebih tinggi. Atau dengan kata lain garis inimempunyai kecuraman (slope) sebesar -6 db/oktaf. (garis (2) pada gambar3.b)

55

Untuk harga f=fc persamaan (7) mempunyai harga |Av| db = -10 log 2 = 3, iniadalah definisi dari frekuensi batas fc, yaiu frekuensi dimana harga |Av| turunsebesar 2 db dari harga maksimumnya.

A.2 Untuk mendapatkan filter dengan penurunan harga |Av| yang lebih tajam, dapatdikerjakan dengan memasang filter serupa secara bertingkat (Gambar 2.b). Dapatdibuktikan bahwa harga perbesaran tegangan dari gambar 2.b adalah= = ( ) ( ) .......................................(8)

Penyebutan dari persamaan (8) adalah fungsi kuadrat dalam ( ) ; dan oleh karena dapatdibuktikan bahwa akar-akar dari fungsi ini adalah nyata, maka persamaan (8) dapat

diubah menjadi : = ( ) ( )Meskipun f1 ≠ dan 2 ≠ tetapi dapat dibuktikan bahwa1 ∗ 2 =Sehingga harga mutlak persamaannya adalah :| | = ( / ) ∗ ( / ) ....................................................................(10)

Atau|Av| db = |Av1| db + |Av2| db ......................................................................(11)Dimana| 1| = ( / ) dan | 2| = ( / )Harga |Av1| db dan |Av2| db sebagai fungsi log f dapat diperoleh seperti pada gambar 3.b,sehingga |Av| db dari persamaan (11) dapat diperoleh dengan menjumlahkan harga dbdari |Av1|dan |Av2| (lihat gambar 4)

Hanya perlu ditekankan bahwa kalau f2 jauh lebih tinggi dari f1 (f2=3f1) maka bentukdari Av db kira-kira sama dengan Av1 db atau fc dimana Av db = -3 akan kira-kira sama

56

dengan f1. Sehingga untuk mendapatkan tanggap frekuensi yang lebih curam sebaiknyadipilih harga 12 dekat dengan harga f1. Secara analisis dapat dibuktikan bahwa= 1,1 +B. High pass filter

B.1 Rangkaian RC high pass filter sederhana terlihat pada gambar 5.a

Sesuai dengan pembicaraan sebelumnya, maka untuk gambar 5.a berlaku := = / / ....................................................................(12)

Sehingga| | = /( / ) ..............................................................................(13)

Dan|Av| db = |Av1| db + |Av2| dbDimana

|Av1| = f/fc dan | 2| = ( / )Harga |Av2|db dilukiskan pada gambar 6 sebagai garis titik-titik (1), sedangkan harga|Av1|db berupa garis lurus pada kecuraman +6 db/oktaf dan harga nol untuk f=fc(garis titik-titik (2))

Sehingga Av db akan asimptotis terhadap garis tebal (3) yang merupakan jumlah dari(1) dan (2).

57

B.2 analisa dari rangkaian 5b analog dengan analisa rangkaian 2b, dimana hargaperbesaran tegangannya adalah := ( )( ) ( ) .................................................(14)= ( ) ( ) ...........................................................................(15)

Karena dapat dibuktikan bahwa 1 ∗ 2 =Maka persamaan (15) dapat diubah menjadi := ( ) ( ) ............................................................................(16)

Masing-masing faktor dari persamaan (16) adalah serupa dengan persamaan (12)yang grafiknya terlukis pada gambar 6. Maka dengan cara yang sama, makapersamaan (16) dapat dilukiskan pada gambar 7, hanya saja perlu diingatkan bahwa :1 = dan 2 =

C. Band pass filterC.1 sebuah rangkaian band ass filter sederhana terlihat pada gambar 8.a dan gambar8.b . terlihat bahwa kedua rangkaian ini sebenarnya adalah sebuah low pass filteryang digandeng secara bertingkat dengan sebuah high pass filter.

Dapat dibuktikan bahwa untuk rangkaian 8.a berlaku :

58

= ( ) ( )Atau= ( ) ..................................................................(17)

Sedang untuk rangkaian 8.b berlaku := ( ) ( ) = . .....................(18)

Seperti pada cara sebelumnya dengan menggambar masing-masing harga db darisetiap faktor dalam pembilang dan penyebut dari persamaan (17) atau persamaan (18)dan kemudian menjumlahkannya, maka akan didapat gambar tanggap frekuensi darirangkaian 8.a dan 8.b. meskipun ada tiga kemungkinan dari harga fc1 (atau fc2)terhadap harga f1 dan f2, yaitu fc1 (atau fc2) > f1 > f2 atau fc1 < f1 < f2 atau f1 < fc1< f2, tetapi oleh karena dapat dibuktikan ketiga-tiganya membentuk sebuah band passfilter, maka pada gambar 9 hanya dilukiskan kemungkinan yang terakhir.

Lebar pita (bandwidth) dari band pass filter didefinisikan sebagai daerah frekuensibatas bawah (low cut off frequency) dan frekuensi batas atas (high cut off frequency)yaitu frekuensi-frekuensi dimana |Av| turun sebesar 3db dari harga maksimumnya.Pada band pass filter ini kalau f2 > f1 maka lebar pita B ≠ f1 – f1.

C.2 Adlah sukar untuk mendapatkan lebar pita yang sempit dengan rangkaian RCband filter (kecuali dengan filter aktif). Sehingga dengan filter pasif untukmendapatkan lebar pita yang sempit biasanya digunakan filter resonansi seri maupunparalel (gambar 10.a dan 10.b)

59

Mengingat bahwa pembahasan dari kedua rangkaian diatas sama, maka disini hanyaakan dibahas rangkaian resonansi dari seri gambar 10.a. Dapat dibuktikan untukrangkaian 10.a berlaku := ( ) .....................................................................................(19)| | = ( ) .............................................................................(20)

Dari persamaan (20) terlihat bahwa harga |Av| akan maksimum pada keadaanresonansi, yaitu kalau harga reaktansi induktif ( ) sama dengan reaktansi kapasitif

. Frekuensi yang bersangkutan dengan keadaan ini disebut frekuensi resonansi,

yaitu := √ atau = √ ....................................................................(21)

Untuk memudahkan perhitungan lebar pita dari filter resonansi, maka didefinisikanfaktor kualitas Q, dengan= = = .........................................................................(22)

Dengan definisi ini maka persamaan (20) berubah menjadi= ( ) ...............................................................................(23)

Atau= ( ) .................................................................................(24)

Dari persamaan (24) dapat dilihat bahwa harga |Av| akan turun sebesar 3db dari hargamaksimumnya kalau dipenuhi :− = 1 .......................................................................................(25)

III. Tata Laksana PercobaanA. Low pass filter

Buat rangkaian seperti pada gambar 2.a dan gambar 2.b Hubungkan output AFG pada input masing-masing rangkaian Hubungkan masing-masing input rangkaian pada Ch.1 CRO

60

Hubungkan masing-masing output rangkaian pada Ch.2 CRO Atur frekuensi AFG pada

Fekuensi 100 Hz – 1 KHz, tiap 200 Hz catat outputnyaFrekuensi 1 KHz – 10 KHz, tiap 2 KHz catat outputnyaFrekuensi 10 KHz – 100 KHz, tiap 20 KHz catat outputnya

Buat grafik |Av| vs f dan tentukan frekuensi-frekuensi batasnya Buat grafik 20 log |Av| vs log f beserta frekuensi-frekuensi batasnya

B. High pass filter Buat rangkaian seperti pada gambar 5.a dan gambar 5.b Hubungkan output AFG pada input masing-masing rangkaian Hubungkan masing-masing input rangkaian pada Ch.1 CRO

Hubungkan masing-masing output rangkaian pada Ch.2 CRO Atur frekuensi AFG pada

Fekuensi 1 KHz – 10 KHz, tiap 2 KHz catat outputnyaFrekuensi 10 KHz – 100 KHz, tiap 20 KHz catat outputnyaFrekuensi 100 KHz – 1 MHz, tiap 200 KHz catat outputnya

Buat grafik |Av| vs f dan tentukan frekuensi-frekuensi batasnya

Buat grafik 20 log |Av| vs log f beserta frekuensi-frekuensi batasnya

C. Band pass filterI. Band pass filter sederhana

Buat rangkaian seperti pada gambar 8.a dan gambar 8.b Hubungkan output AFG pada input masing-masing rangkaian

Hubungkan masing-masing input rangkaian pada Ch.1 CRO Hubungkan masing-masing output rangkaian pada Ch.2 CRO

Atur frekuensi AFG padaFekuensi 1 KHz – 10 KHz, tiap 2 KHz catat outputnyaFrekuensi 10 KHz – 100 KHz, tiap 20 KHz catat outputnyaFrekuensi 100 KHz – 1 MHz, tiap 200 KHz catat outputnya

Buat grafik |Av| vs f dan tentukan frekuensi-frekuensi batasnya Buat grafik 20 log|Av| vs log f beserta frekuensi-frekuensi batasnya

II. Filter resonansi Buat rangkaian seperti pada gambar 10.a dan gambar 10.b Hubungkan output AFG pada input masing-masing rangkaian

Hubungkan masing-masing input rangkaian pada Ch.1 CRO Hubungkan masing-masing output rangkaian pada Ch.2 CRO

Atur frekuensi AFG padaFekuensi 1 KHz – 10 KHz, tiap 2 KHz catat outputnya

61

Frekuensi 10 KHz – 100 KHz, tiap 20 KHz catat outputnyaFrekuensi 100 KHz – 1 MHz, tiap 200 KHz catat outputnya

Buat grafik |Av| vs f dan tentukan frekuensi-frekuensi batasnya

Buat grafik 20 log |Av| vs log f beserta frekuensi-frekuensi batasnya

III. Hasil percobaanA. Low pass filter

Frekuensi(Hz)

Rangkaian gambar 2.a Rangkaian gambar 2.b

Vin(volt)

Vout(volt)

|Av| 20 log |Av|Vin

(volt)Vout(volt)

|Av| 20 log |Av|

100

200

400

600

800

1000

2000

4000

6000

8000

10000

20000

40000

60000

80000

100000

Frekuensi batas (cut-off) nya = = (…… )(…… ) = .........Hz

62

B. High pass filter

Frekuensi(Hz)


Vin(volt)

Vout(volt)

|Av| 20 log |Av|Vin

(volt)Vout(volt)

|Av| 20 log |Av|

1000

2000

4000

6000

8000

10000

20000

40000

60000

80000

100000

200000

400000

600000

800000

1000000

C. Band pass filterI. Band pass filter sederhana

Frekuensi(Hz)


Vin(volt)

Vout(volt)

|Av| 20 log |Av|Vin

(volt)Vout(volt)

|Av| 20 log |Av|

1000

63

2000

4000

6000

8000

10000

20000

40000

60000

80000

100000

200000

400000

600000

800000

1000000

II. Filter resonansi

Frekuensi(Hz)


Vin(volt)

Vout(volt)

|Av| 20 log |Av|Vin

(volt)Vout(volt)

|Av| 20 log |Av|

1000

2000

4000

6000

8000

64

10000

20000

40000

60000

80000

100000

200000

400000

600000

800000

1000000

65

NEGATIVE FEEDBACK AMPLIFIER

1. Tujuan PercobaanMempelajari, mengamati, dan mengadakan pengukuran besaran-besaran :

Gain (penguatan tegangan) : Av Input Impedance : Ri Output Impedance : Ro

Bandwidth

Bentuk gelombang (derajat distorsi)

2. TeoriSuatu feedback amplifier dapat digambarkan seperti pada diagram :

Dengan:Xs = sinyal input (source)Xo = sinyal outputXf = sinyal feedbackXd = sinyal beda (diffenrent)β = faktor feedbackXo = Xd•Av (1)Xf = β • Xo (2)Jika Xd = Xs + Xf, maka dinamakan feedback positif, contohnya dapat dijumpai padaosilator. Sedangkan jika Xd = Xs – Xf, dinamakan feedback negatif, karena faktorfeedback Xf mengurangi sinyal Xs.Xd = Xs – Xf (3)Jika persamaan (1), (2), dan (3) digabung, maka akan diperoleh := = .Negative feedback dapat dikategorikan menjadi 4 macam :

1. Voltage series2. Current series3. Voltage shunt4. Current shunt

66

Pada praktikum kali ini kita akan memperdalam voltage series feedback.Dibandingkan dengan amplifier tanpa feedback, sifat-sifat dari voltage series feedback,antara lain adalah :

1. Menurunkan Gain atau Avf < Av2. Menaikkan input resistance atau Rif > Ri

3. Menurunkan output resistance atau Rof < Ro

4. Melebarkan bandwidth. Hal ini disebabkan bandwidth dengan feedback akanlebih besar dibandingkan dengan bandwidth tanpa feedback

5. Mengurangi distorsiKalau didefinisikan : D = 1 + β • Av, maka dapat dibuktikan bahwa :Rif = Ri • DRof = Ro / DAVf = Av / DPada gambar 3 := = =A. Perhitungan Teori Untuk Amplifier Tanpa Feedback :

Secara teori : = 1 ∙ 2 = −ℎ ∙ℎ + (1 + ℎ ) ∙ ∙ (−ℎ ∙ )ℎAnggap :Rs = 0 hfe = 50 hie = 1,1K hre = hoe = 0R’L1 = 10k//47k//33k//1,1k = 942kR’L2 = 4,7k//(4,7k+100Ω) = 2370ΩRe = R1//R2 = 0,1 // 4,7k = 98 ΩSehingga : = 50 ∙ 9421100 + (1 + 50) ∙ 50 ∙ 23701100 = 832,068Dan= 1 + ∙ = 1 + ∙ 832 = 18,4= ℎ + 1 + ℎ ∙ = 1100 + (1 + 50) ∙ 98 = 6090Ω= = 2,37 Ω

67

B. Perhitungan Teori Untuk Amplifier dengan FeedbackRof = Ro/D = 129,5 ΩRif = Ri•D = 112 kΩAvf = Av / D = 45,4Jadi secara teoritis dapat dibuktikan bahwa :Avf = Av / D atau Avf < AvRof = Ro /D atau Rof < RoRif = Ri • D atau Rif > Ri

68

3. Langkah Percobaan

69

A. Tanpa Feedback1. Mengukur Gain (Av)

a. Hubungkan Vcc dengan tegangan +12 V, dan ground (GND) dengan grounddari sumber tegangan.

b. Hubungkan input In pada output AFG. Ingat bahwa gelombang yangdikeluarkan oleh AFG adalah gelombang sinus dengan frekuensi sekitar 2KHzdan output level kira-kira 35 mV.

c. Hubungkan titik A dengan GND (sebenarnya R2 disambung ke GND lewat R1= 100 Ω, dan R1 pada titik B diparalel dengan R2 = 4,7 kΩ, tetapi karena R1<< R2 maka hal ini tidak perlu dilakukan, cukup titik A disambung ke GND.

d. Amati apakah switch pada output sudah off. Jika belum, harus di-off kanterlebih dahulu.

e. Vi dan Vo dapat diamati, keduanya sekaligus pada CRO. Amati apakah terjadidistorsi atau tidak. Jika tidak, ukurlah amplitudo Vi dan Vo

f. Hitung Av = Vo/Vi . harga Av yang diperoleh adalah Av tanpa feedback2. Mengukur Rin

a. Teruskan percobaan 1 tanpa mengubah apa-apab. Ukur tegangan Vs dan Vi

Maka = = ( ) = ∙ 68Harga Rin yang diperoleh adalah Rin tanpa feedback

3. Mengukur Rout

a. Teruskan percobaan 2 tanpa mengubah apa-apab. Ukur tegangan Voc. Sambungkan switch output sehingga dalam keadaan on. Putarlah Rout,

sehingga tegangan pada output = ½ Vo yang tadi.d. Lepas semua rangkaian dan ukur Rout dengan ohmmeter (switch harus di-off-

kan dulu sebelum mengukur Rout). Maka Rout dalam rangkaian amplifier tanpafeedback = R potensiometer tersebut.

4. Mengukur Distorsia. Sambungkan rangkaian tadi, sama seperti percobaan 1b. Putarlah tegangan output AFG sehingga diperoleh Vo yang terdistorsi

(gelombang sinus yang sudah terpotong bagian atas/bawahnya, seperti padagambar di bawah ini)

70

c. Ukurlah tegangan Vi tersebut. Maka Vi adalah tegangan input tanpa feedbackyang menyebabkan Vo terdistorsi.

5. Mengukur Bandwidtha. Kembalikan rangkaian pada percobaan 1b. Untuk mengetahui bandwidthnya, buatlah tanggap frekuensi dari amplifier

tanpa feedback ini dengan cara mengukur besaran-besaran pada tabel dibawah ini :

F Vi Vo Log f Log Av

10

50

100

500

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

100000

500000

1000000

71

Untuk membuat grafik seperti di bawah ini :

c. Hitung/ukur bandwidthnya. Harga yang diperoleh adalah bandwidth amplifiertanpa feedback

B. Dengan FeedbackUkurlah besaran-besaran Avf, Rif, Rof, distorsi, dan bandwidth seperti percobaan I, II,III, IV, dan V pada percobaan A. hanya saja sekarang titik A disambung dengan titikB dan perhatikan apakah :1. Avf < Av atau tepatnya Avf = Av / D2. Rif > Ri atau teapatnya Rif = Ri • D3. Rof > Ro atau tepatnya Rof = Ro /D4. Bandwidth dengan feedback > bandwidth tanpa feedback

Untuk mencari bandwidth rangkaian amplifier dengan feedback, lengkapilah tabeldi bawah ini !!

F Vi Vo Log f Log Av

10

50

100

500

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

72

8000

9000

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

100000

500000

1000000

Berdasarkan tabel di atas, buatlah grafik hubungan antara log Av dengan log f.5. Harga Vi pada percobaan IV akan berbeda untuk amplifier tanpa feedback dan

dengan feedback.

Hal ini menunjukkan bahwa harga Vi yang menyebabkan distorsi pada amplifiertanpa feedback akan menjadi tidak distorsi pada saat dengan feedback. Jadi amplifierdengan feedback dapat mengatasi masalah distorsi secara lebih baik dibandingkanamplifier tanpa feedback.

4. Tugas LaporanPada tugas laporan praktikum perlu dibahas secara teori harga-harga Av, Ri, Ro, danbandwidth baik untuk amplifier tanpa feedback maupun dengan feedback dapat dihitungsebelumnya.Tetapi apakah hasil pengukuran cocok dengan perkiraan teori tersebut ???Jika tidak, kemukakan hal-hal yang mungkin menyebabkan perbedaan antara harga teoridengan harga pengukuran tersebut.Dengan D = 1+β•Av dan Ri serta Ro hasil pengukuran pada percobaan A (tanpafeedback), apakah hasil pengukuran Avf, Rif, Rof pada percobaan B (dengan feedback)memang memenuhi Avf = Av /D, Rif =Ri•D, dan Rof = Ro / D ???

5. Referensi1) Integrated Electronics, Millman dan Halkias.2) Microelectronics, Digital and Analog Circuits and Systems, Jacob Millman.

73

OPERATIONAL AMPLIFIER

A. Dasar TeoriLambang Operational Amplifier

Vin 1 = V1 = input yang menyebabkan outputnya membalik (inverting input)Vin 2 = V2 = input yang non-invertingVout = Vo = outputSifat ideal Op.Amp :

1. Input impedance Zin = tak berhingga, ini berlaku untuk input V1 dan V22. Output impedance Zout = nol3. Penguatan tegangan (voltage gain) Av = tak berhingga4. Lebar pita (bandwidth) = tak berhingga5. Seimbang sempurna (perfect balance), artinya : jika V1 = V2 maka Vo = nol. Dengan

kata lain CMRR (Common Mode Reject Ratio) = tak berhingga.6. Karakteristik tidak berubah dengan suhu. Sifat OP.Amp yang ada contoh dari uA 741

yaitu :1. Zin = 2 Mega ohm2. Zout = 75 ohm3. Av = 200.0004. Lebar pita = 1 MHz5. CMRR = 10.000 lebih6. Karakteristik berubah dengan suhu

Khusus mengenai lebar pita : Op Amp dapat digunakan untuk tegangan searahkonstan, berarti frekuensi nol hertz.

Op.Amp buka amplifier yang tunggal tapi majemuk, ia terdiri atas beberapa amplifieryang dirangkai bertingkat. Bagian penting dari Op Amp ialah apa yang disebut penguatbeda atau Difference Amplifier.

74

Dalam prinsip Diff. Amp terdiri atas dua transistor Q1 dan Q2 yang sama (lihat gambar2) dengan Rc yang sama. Dua emiter dijadikan satu dan dilewatkan sumbu arus (surrentsource) ideal I, terus ke VEE.

Ini berarti arus yang dilakukan oleh sumber arus betul-betul konstan. Hal ini supayaselalu diingat dalam pembahasan Diff.Amp V1 dan V2 adalah tegangan pada base daridua transistor, dan inputnya nanti dimasukkan melalui dua base ini.

Vc1 dan Vc2 adalah tegangan pada dua kolektor. Outputnya nanti diambil dari sini.Tegangan-tegangan ini semua ini dihitung dari tanah (ground). Dalam analisa ini arusbase (IB) diabaikan, hingga IC = IE. ambillah keadaan dimana V1=V2, maka IC1 = IC2 = IE1

= IE2 = (1/2) I. karena sumber arusnya ideal, maka arusnya I selalu konstan. Kemudiandengan harga V2 dipertahankan tetap, harga V1 dinaikkan. Akibatnya arus melaui Q1naik, dan otomatis arus melalui Q2 turun (walaupun harga V2 dibuat tetap). Berarti jugaVC1 turun dan VC2 naik. Kejadian analog akan dijumpai, jika V1 dipertahankan dan V2diubah-ubah. Kita bisa mendefinisikan besaran yang sementara kita sebut g (dari gain):= ∆∆ ..............................................................................(1)

Ingat harga g ini negatif, seperti pada ampifier biasa. Dengan begitu dapat dimengerti

juga bahwa harga∆∆ akan positif. Selama harga I betul-betuk konstan, maka perubahan

arus dalam Q1 sama besarnya dan kebalikannya jika dibandingkan dengan perubahan arusQ2 . maka berlakulah persamaan := ∆∆ = ∆∆ = − ∆∆ = − ∆∆ ...................................(2)

Secara matematis dapat dikatakan bahwa VC1 fungsi dari V1 dan V2. Dan dapat dikenakanperderetan secara Taylor, dimana diambil suku-suku pertama yang linear saja.

75

∆ = ∆ = 0 ∆ = + ∆ = 0 ∆ ..........(3)∆ = ∆ − ∆∆ = (∆ − ∆ ) .........................................................(4)

Dari rumus (3) dan (4) tampak bahwa jika ΔV1 dan ΔV2 sama besarnya dan samatandanya, maka ΔVC1 dan ΔVC2. Maka ketika V1 dan V2 dalam keadaan sama, dikatakansommon signal. Bahwa dalam hal ini amplifier memberi ΔVC1 dan ΔVc2 nol, dikatakanbahwa amplifier membuang (reject) common mode signal-nya. Common mode signalnanti akan didefinisikan sebagai harga rata-rata dari ΔVC1 dan ΔVC2. Atau bisa dikatakancommon mode gain dari amplifier ini nol. Supaya notasi kita sama dengan notasi daribuku Millman-Halkias (referensi) maka g disebut Ad (indeks d berasal dari katadifference, beda).

ΔVC1 = V0 ; ΔV1 = V1 dan ΔV2 = V2, maka rumus (4) menjadi : V0 = Ad(V1 – V2)..........(5)

Yang tadi disebut common mode gain, kita namakan Ac, yang sementara ini harganya nol,tapi untuk Diff.Amp yang tidak ideal harganya tidal nol. Yang diperkuat dengan AC

adalah yang tadi disebut common mode signal dan didefinisikan sebagai VC dan besarnyasama dengan harga rata-rata dari V1 dan V2 hingga kita mendapat :

Difference mode signal : V0 = V1 – V2

Common mode signal : Vc = (1/2) (V1+V2) .......................................(6)

Kalau empat besaran di (5) dinyatakan secara grafik, maka diperoleh gambar 3.

Sekaligus dinyatakan bahwa := + (1/2)= − (1/2) ............................................................................(7)

76

Biasa dicocokkan antara rumus (6) dan (7) dengan gambar 3 maka rumus (5) yang ditulisuntuk Diff.Amp yang ideal ditulis kembali untuk keadaan tidak ideal.= + ............................................................................(8)

Dapat dijabarkan sensiri arti A1 dan A2

A1 = penguatan yang dilakukan terhadap input V1

A2 = penguatan yang dilakukan terhadap input V2

Kali ini Diff.Amp dipandang dari segi apa yang terjadi dengan input-input V1 dan V2

individual. Untuk Diff.Amp yang ideal, harga A1 dan A2 secara mutlak sama besarnyatapi berlawanan tanda. Karena input V1 menyebabkan output yang terbalik (ingat rumus(1) untuk g), maka harga A1 yang negatif dan A2 yang positif. Dengan mudah dapatdijabarkan bahwa :

(1/2) (A1 - A2) = Ad

A1 + A2 = Ac ...................................................................................(10)

Lagi tampak kalau Diff.Amp-nya ideal harga Ac nol dan berarti A1 = -A2. Dari rumus (6),(8), dan (9) dapat diambil kesimpulan bahwa makin kecil harga Ac, makin mendekatiideal-lah Diff.Amp.

Didefinisikan pengertian Common Mode Rejection Ratio, disingkat dengan

CMRR = ...................................................................................(11)

Dari rumus tampak makin kecil harga Ac makin besar harga CMRR. Untuk Ac nol,CMRR tak berhingga. Besar CMRR menyatakan mutu Diff.Amp membuang (reject)bagian penguatan yang berasal dari bagian yang sama dari V1 dan V2. Dari rumus (6) dan(8) dapat dilihat, bahwa untuk Diff.Amp yang ideal, outputnya akan sama saja, apakah V1

dan V2 3,1 volt dan 3,0 volt atau 0,7 volt dan 0,6 volt. Pada keadaan dua-duanya yangdiperkuat hanya selisihnya saja ialah 0,1 volt, apa yang disebut difference modesignalnya.tapi untuk Diff.Amp yang tidak ideal, maka Ac tidak nol, dua harga commonmode signalnya tidak sama pada dua contoh di atas. Akibatnya outputnya berlawanandalam dua contoh itu.

Output dari Diff.Amp diperkuat beberapa tingkat baik mengenai tegangannya maupundayanya (power), akhirnya diperoleh Op.Amp. sifat-sifat lain yang menunjukkanketerbatasan ialah antara lain:

Output Voltage Swing : diterjemahkan dengan output maksimum dari puncak ke puncak(peak to peak) tanpa distorsi. Siasanya output swing harganya sekitar 50 – 80 % dari

77

teganangan PSA (ingat PSA-nya plus dan minus terhadap tanah). Misalkan baterenya +6volt dan -6 volt, maka swing-nya tanpa distorsi kira-kira dari +4 volt ke -4 volt.

Input Common Mode Voltage Swing : tegangan maksimum yang dapat dimasukkan diinput Op.Amp tanpa merusakkannya atau mengakibatkan hal-hal abnormal. Biasanyategangan ini sampai sebesar tegangan PSA-nya, tapi juga hanya 50 – 30 nya dari besarPSA.

Input Offset Current : arus yang dimasukkan di input supaya outputnya nol volt. Dalamrealita orang harus memasukkan arus yang berbeda di dua input supaya outputnya nolvolt. Besar beda ini sekitar 10 – 60 nA.

Input Offset Voltage : ini analog dengan yang disebut di atas, ialah beda tegangan yangharus dipasang pada dua input supaya outputnya nol volt. Harganya sekitar 1 – 4 mV.

Masih ada sifat-sifat lain yang non-ideal dari Op.Amp ialah :

Input Offset Current (Voltage) DiffInput Diffenrential RangePower Supply Rejection RatioSlow Rate

Op.Amp dijual dalam bentuk Integrated Circuit, barangnya dari luar nampaknya sepertikotak kecil 6 x 12 mm, atau silinder, tak berbeda dengan transistor biasa. (lihat bukuspesifikasi).

Ada banyak tipe Op.Amp tetapi yang akan digunakan dalam praktikum adalah tipeuA741, yang dicetak dengan 8 pin (lihat gambar 4a dan b).

Keterangan gambar :

1. Offset nul 1 = N12. Inverting Input3. Non- Inverting Input

78

4. -Vcc, ke PSA yang negatif5. Offset nul 2 = N26. Output7. +Vcc, ke PSA yang positif8. NC = No Connection = kosong

Semua nomor cukup jelas artinya. Untuk offset nul (pin nomor 1 dan 5) lihat gambar 4b,tahanan potensio yang digunakan biasanya 10Kohm. Ingat, suatu bingkisan (package)Op.Amp tediri atas lapisan-lapisan yang halus dan peka, yang bisa rusak kalau kenategangan-teganngan yang tidak seimbang. Karena itu siapkanlah semua sambungan dulu,lalu baru hubungkanlah Op.Amp dengan PSA atau batere, yang plus dan yang minus.Sebaliknya kalau berhenti bekerja, tindakan pertama ialah memutuskan batere, yang plusdan minus.

Penggunaan Op.Amp dalam elektronika luas sekali, antara lain :

1. Op.Amp sebagai unsur rangkaian hitungan analog2. OP.Amp dalam osilator sinus3. Op.Amp dalam filter aktif4. Op.Amp dalam penggunaan non-linear

Dalam tiga butir pertama, Op.Amp digunakan dalam daerah linear dari karakteristiknya.Untuk menganalisa dan mengerti kerjanya Op.Amp maka digunakan dua dalil yangberdasarkan dua sifat dari Op.Amp ialah input impedansi sangat besar dan penguatantegangan sangat besar.

Dalil ini bunyinya :

1. Jika Op.Amp digunakan dalam daerahnya linear, maka dua ujung inputadalah pada potensial yang sama maka beda potensial ini akan diperkuatpuluhan ribu kali. Padahal realita menunjukkan, bahwa maksimum outputsekitar 12 – 15 volt. Dengan jalan pikiran ini dalil no.1 dibuktikan.

2. Tidak ada arus mengalir masuk dalam dua-duanya input. Ucapan inididasarkan pada kenyataan bahwa input impedansi besar sekali, praktistidak ada arus mengalir dalam input.

Rangkaian Op.Amp yang tersederhana ialah seperti terlihat di gambar 5. Input non-inverting ditanahkan. Vs adalah tegangan sinyal yang masuk di input inverting melalui Z.

79

Dari dalil yang pertama yang selanjutnya disebut dalil (1), diambil kesimpulan bahwainput inverting (di sini disebut input (1)) dan input non-inverting (input (2)). Karena input(2) ditanahkan, maka input (1) tingginya sama tanah, walaupun input (1) secara fisis tidakditanahkan. Titik (1) dalam hal ini disebut tanah semu (vitual ground).

Kemudian diterapkanlah dalil (2) yang bunyinya : tidak ada arus yang masuk di dua-duanya input. Dari dalil (2) diambil kesimpulan bahwa arus yang melalui Z juga harusmelalui Z’. dan jangan lupa, tadi dari dalil (1) sudah disimpulkan bahwa input(1)berkelakuan seperti tanah.

Jadi dapat ditulis 3 persamaan berikut :

Vs = Zi ; Vo = - Zi ; Vo/Vi = - Z’/Z ................(12)

Rumus (12) berlaku universal, bagaimana bentuknya impedansi Z dan Z’ besertamasukan Vs. Rangkaian gambar 5 dengan rumus (12) merupakan titik tolak daribermacam-macam penggunaan.

1. Zdan Z’ adalah tahanan murni, dan sama besarnya, Z = Z’ = R. rangkaian bekerjasebagai pengubah tanda (inverter, sign changer)

2. Z dan Z’ tahanan murni, harga berbeda R’/R = k. diperoleh pengubah skala ataupenggandaan, scale changer

3. Z’ = R’ sedangkan Z merupakan rangkaian paralel dari R1, R2, .... Rn. Diperolehpenjumlahan dari tegangan V1,V2,.... Vn.

4. Z = R dan Z’ = C jadilah suatu integrator. = −1/ ∫

5. Sebaliknya kalau Z = C dan Z’ = R, diperoleh suatu diffenrentiator= −

80

Rangkaian (4) dan (5) ini adalah inti dari electric analog computer, dimana rangkaian (1),(2), dan (3) juga ikut digunakan.

Operational Amplifier sebagai Penguat Inversi (Inverting Amplifier)

Persamaan yang berlaku adalah = −Konsekuensinya, penguatan tegangan bisa kurang dari 1, sama dengan 1 (unity), ataulebih dari 1.

Operational Amplifier sebagai Penguat Non-Inversi (Non-Inverting Amplifier)

Persamaan yang berlaku adalah = 1 +Sehingga persamaan yang menentukan penguatan tegangan atau voltage gain-nya adalah :

= = 1 + ′Berbeda dengan penguat inversi, pada penguat non-inversi penguatan tegangannya(voltage gain-nya) selalu lebih besar dari 1, lihat perbedaannya dengan persamaan.

Operational Amplifier sebagai Pengikut Tegangan (Voltage Follower)

Pengikut tegangan kadang disebut sebagai penyangga atau buffer dan memiliki fungsiyang sama seperti pengikut emitor (emither follower) atau pengikut katoda (cathodefollower), ciri-cirinya adalah :

1) Memiliki impedansi masukan yang sangat tinggi (lebih dari 100Kohm), dan2) Memiliki impedansi keluaran yang sangat rendah (kurang dari 75 ohm)

Jika dibandingkan dengan penguat non-inversi maka rangkaian pengikut tegangan adalahsama, dengan Z=∞ dan Z’=0, dengan demikian penguatan tegangan selalu =1. Sinyalkeluaran yang sama persis (identik) dengan sinyal masukan atau keluaran mengikutimasukan. Fungsi utama : sebagai penyangga atau mengisolasi beban (load/keluaran) darisumber (sourcemasukan)

Operational Amplifier sebagai Integrator dan Differentiator

Dengan mengubah resistor umpan balik dari rangkaian penguat inversi dengan sebuahkapasitor maka terbentuklah sebuah integrator Op.Amp. sinyal masukan diintegralkan.

Z = R dab Z’ = C jadilah suatu integrator= −1/ ∫

81

Sedang bila resistor masukan dari rangkaian penguat inversi diubah dengan kapasitormaka terbentuklah differentiator Op.Amp.

Sebaliknya kalau Z= C dan Z’ = R, diperoleh suatu differentiator.= −Operational Amplifier sebagai Filter Aktif

Unsur R,L,dan C dapat dirangkai menjadi filter. Filter adalah rangkaian yang meneruskanfrekuensi rendah saja, atau frekuensi tinggi saja, atau daerah frekuensi tertentu. Orangjuga bisa menyusun rangkaian yang bisa membuang daerah frekuensi. Dalam bahasaasing : low pass, high pass, band pass, dan rejection filter.

Karena unsur R, L dan C adalah pasif , maka filter-filter ini disebut filter pasif. Suatu lowpass fikter tentu saja tidak membuang frekuensi tinggi secara mutlak, mulai dari batasfrekuensi fH, tapi melemahkannya. Makin tinggi frekuensinya maka makin besarpelemahannya.

Op.Amp telah digunakan dalam rangkaian filter dan ini disebut filter aktif. Keunggulanfilter aktif terhadap yang positif, ialah bahwa ia melemahkan lebih sempurna. Untuk lowpass filter saja sudah ada macam-macam rangkaian active filter.

Yang tersederhana dirangkai berdasarkan gambar (5). Rumus (12) :

Z = R dan = 2// .............lihat gambar 6

= = = dimana didefinisikan =

82

Sehingga diperoleh Vo = - Z’/Z atau Vo/Vs =-Z’/Z= /fH adalah frekuensi dimana outputnya turun menjadi 0,707 nya dibandingkan denganketika frekuensi f << fH.

Gambar 7 menunjukkan suatu active high pass filter yang sederhana berdasarkan rumus(12).

Z’ = R ; Z = R1 + 1/(jωC1)

= − = − / = − /.....................................................(16)

=Frekuensi dimana outputnya turun menjadi 0,707 nya dibandingkan dengan ketikafrekuensi f > fL. Suatu band pass filter adalah gabungan dari dua filter tadi ow dan highpass. Suatu active filter dengan suatu Op.Amp tapi ada dua C dan dua R adalah antaralain ciptaan butterworth, gambar 8. Untuk menganalisanya, supaya diingat dua dali didepan. Di sini hanya terlibat tiga macam tegangan, dimana yang dua ialah Vi dan Vo.

83

Yang ketiga adalah tegangan dari input (1) yang sama dengan input(2), namakanlah ituVm (m dari kata ‘masuk’). Mengenai arusnya, supaya diingat bahwa tidak ada arus masukdi (1) dan (2). Ini berarti bahwa cabang di atas, arus yang melalui R1 juga melalui R’.tentang arus yang di cabang bawah daoat dikatakan bahwa arus yang melalui R kananjuga seluruhnya mengalir melalui C kanan. Potensial A sama dengan Vo, dan potensial Bsama dengan potensial (2) dan (1). Dengan ini Vo dapat dinyatakan dalam Vs dikalikansuatu perumusan yang mengandung R dan C.

Kemudian dibicarakan suatu rangkaian yang mungkin lebih baik sudah dilakukan taditepat setelah membahas gambar 5, beserta rumus (12), ialah rangkaian di gambar 9.Disini input yang non-inverting tidak ditanahkan seperti juga pada gambar 8.

Dua dalil tetap berlaku, walaupun tidak ada tanah semu (virtual ground). Berkat dalil (1),input (1) sama dengan input (2), berarti (1) sama dengan Vs.

Arus I yang melalui Z adalah (Vo – nol)/Z, jadi I=Vs/Z

Berdasarkan dalil (2), arus I ini juga mengalir melalui Z’, maka (Vo – Vs)/Z = I, berartiVo= + (Z+Z’) Vs / Z ............................................................................(17)

84

Sengaja ditulisdengan tanda (+) supaya ingat Vo dan Vs sama tandanya. Sebagai variasibutir (1) dan (2), penjabaran dari gambar 5 dan rumus (12), disini dapat ditulis sebagaiberikut :

1. Z = R ; Z’ = R’ ; dan (R+R’)/R ; disajikan begitu rupa hingga harganya satu, makadiperoleh Vo = +Vs. tampaknya antara Vo dan Vs tidak ada perbedaan, tapisebenarnya adaSumber Vs tidak mengeluarkan arus sedikitpun, hanya dibutuhkan tegangan saja. JadiVs boleh mempunyai output impedansi besar. Sedangkan Vo output sebagai emitterfollower yang sempurna. Rangkaian seperti gambar 9 akan dijumpai pada WienBridge Oscilator.

2. Kalau (R+R’)/R didesain hingga harganya k maka diperoleh Vo = k Vs.

Operational Amplifier sebagai Osilator

Inti dari osilator adalah bahwa sebagian dari input di-feedback-kan kepada inputsedemikian rupa sehingga ia membantu menguatkan input yang asli (seterusnya katafeedback disingkat dengan fb). Berarti sinyal output yang di-fb-kan cukup lemah, baikdalam besar maupun daya.

Ada macam-macam osilator getaran sinus, misalnya yang berdasarkan phase shift,resonansi, dan rangkaian jembatan. Yang disini diambil sebagai contoh adalah WienBridge Oscilator.

Sebelum Op.Amp popular, maka orang menggunakan amplifier biasa untuk osilator. Jadidisini OpmAmp berfungsi sebagai unsur yang menyempurnakan dan sekaligusmemudahkan dan menyederhanakan dalam pembuatan.

85

Pembaca supaya mengamati gambar 10 dengan seksama. Kalau antara Z1 dan Z2dilupakan maka R1 dan R2 merupakan rangkaian sambungan di gambar 9. R1 sesuaidengan Z’, dua-duanya terhubung pada output dan input yang inverting (1). R2 sesuaidengan Z, dua-duanya ditanahkan dan terhubung dengan input (1).

Pada permulaan pembicaraan osilator ada kata-kata seperti (a) output yang di-fb-kanmembantu input asli, (b) output harus sama fase dengan input asli. Hal ini menimbulkankesan bahwa osilator ada semacam “sumber input pembantu” yang membangkitkanosilator pertama. Tentu saja sumber ini tidak ada, cara melukiskan ini hanyamemudahkan pemikiran dan analisa matematik. Sebutlah sumber input pembantu ini Vs,dan sementara kawat output dipotong di P, lihat gambar 10. Vs ini harus sama denganVo.

Gambar 10 diubah cara melukiskan, menjadi gambar 11.

Dari gambar 11, tampak bahwa input(2) adalah yang non-inverting, berarti sefase denganVo. Tegangan yang dirasakan oleh input(2) ialah := ; = ...........................................................................(18)

Kalau V2 harus sefase dengan Vs maka bagian imajiner dari K harus nol.

Z1 = R1 + 1/jωC1 ; Z2 = R2/(1+jωC2R2)

Syarat untuk K ini dipenuhi kalau frekuensinya =Pada f0 tersebut Z1 = R(1 – j) ; ½ R(1 – j), berarti pada frekuensi tersebut Z1 = 2 Z2, danharga K adalah 1/3. Kalau Vo harus sama besar dengan V2, maka menurut gambar 12 dan

gambar 9 dan rumus (17), = ..........................................(19)

Dan Vs identik dengan Vo

Menurut (18) = = ......................................................(20)

86

Berarti harus sama dengan =1/k=3, pada frekuensi fo.

Secara teoritis, syarat ini baik dalam praktek penguatan pada (19) harus lebih besar

sedikit, jadi orang mendesain > 3, karena di dalam realita selalu ada tenaga yang

hilang dan K dalam (18) harganya kurang dari 1/3.

Kembali ke rangakaian 10 dan 11. Pertanyaan yang mungkin muncul adalah, mengapaorang bersusah-susah mengambil Z1 dan Z2 yang nantinya harus menghasilkan tegangansefase fo tersebut. Mengapa orang tidak mengambil R murni saja. Jawabnya, justru untukmenyeleksi satu frekuensi fo ini orang menggunakan Z1 dan Z2. Jangan lupa orang sedangmembuat osilator, ialah alat yang memberi getaran sinus dengan frekuensi yang dapatdiatur besarnya. Jadi bukan asal frekuensi, dan asal bergetar. Mungkin ada lagi yangmenanyakan, bagaimana tentang Vs yang sebenarnya tidak ada, lalu bagaimanamembangkitkan getaran yang pertama. Jawabnya mudah, walaupun orang tidakmemasang sumber Vs secara real, tetapi Vs selalu dalam bentuk derau (noise) dalamrangkain, yang mengandung banyak frekuensi. Dari banyak frekuensi ini hanya satufrekuensi saja yang dapat diperkuat berulang-ulang, ialah fo, disebabkan karena fase-nyainput dan output sama. Lagi mungkin timbul pertanyaan, mengapa amplitudo getarantidak terus-menerus menjadi besar dan akhirnya tak berhingga. Jawabnya, yangmembatasi ialah non-linearitas dari karakteristik Op.Amp untuk input yang besar.

Operational Amplifier sebagai Op.Amp. Schimtt Trigger

Input positif pada Op.Amp di-feedback-kan, kemudian tegangan positif dihubungkanpada input non-inverting pada Op.Amp tegangan positif ini disebut UTP (upper trippoint). Sepanjang tegangan input inverse lebih kecil dari UTP, maka tegangan outputakan positif. Bila kita naikkan tegangan input sedikit demi sedikit, maka kita akanmencapai point dimana tegangan output Op.Amp akan sedikit lebih positif dari UTP.Ketika itu terjadi maka tegangan output Op.Amp akan menurun menjadi negatif,kemudian pembagi tegangan output akan mengumpanbalikkan tegangan negatif tersebutke input non-inversi Op.Amp. Tegangan negatif ini disebut LTP (lower trip point).Tegangan output akan berada dalam keadaan negatif selama tegangan input lebihbesar/lebih positif dari LTP. Satu-satunya cara untuk mengubah output adalah denganmengurangi tegangan input sampai ebih negatif dari LTP.= =Dengan : +Vsat adalah nilai maximum tegangan output, dan –Vsat adalah nilai minimumtegangan output. Gambar rangkaiannya adalah :

87

B. Langkah PercobaanPerlu diingat bahwa Op.Amp terdiri atas lapisan-lapisan halus yang dapat rusak, kalauterkena tegangan yang tidak semestinya, maka perlu diambil beberapa langkah dasarsebagai berikut :a. Tegangan plus dan minus dipasang pada Op.Amp setelah semua sambungan beres.b. Memasang PSA plus dan minus harus bersamaan. Jangan membiarkan Op.Amp

terkena satu tegangan saja.c. Sebaliknya, ketika akan berhenti bekerja dengan Op.Amp, maka tindakan yang

pertama adalah memutuskan kedua tegangan PSA.

1. Memasang Tegangan OffsetInilah tindakan yang harus dilakukan sebelum bekerja dengan Op.Amp

a. Pasangkan komponen yang telah disediakan menjadi rangkaian seperti gambar diatas

b. Untuk Z = Z’, misalnya 10KΩ, tetapi dimungkinkan untuk tidak menggunakankomponen tersebut

c. Pasanglah voltmeter searah pada output, diambil jangkau ukur yang setidaknyasama dengan PSA.

d. Amati tegangan output, atur potensio sehingga voltmeter menunjuk angka nole. Ulangi dan amati dengan perubahan Z’ = 10Z, dan Z’ = 100Z

88

f. Amati voltmeter, bila tegangan output berubah maka atur kembali potensiosehingga voltmeter menunjukkan angka nol

g. Maka Op.Amp dalam keadaan siap pakai, jangan sentuh atau merubah potensio.Bila potensio berubah, maka penyetelan harus diulangi dari awal.

2. Analog Computing

I. Inverting

a. Pasangkan komponen yang telah disediakan menjadi rangkaian sepertigambar di atas

b. Variasikan :1. Z = Z’ = R2. Z = R

Z’=R’3. Z = R1/R2

Z’ = R1c. Amati perbandingan tegangan input dan outputnya pada CROd. Gambar bentuk tegangannya dan hitung penguatan tegangannya.

II. Non-inverting

89

a. Pasangkan komponen yang telah disediakan menjadi rangkaian sepertigambar di atasb. Variasikan :

1. Z = Z’ = R2. Z = R

Z’=R’3. Z = R1/R2

Z’ = R1c. Amati perbandingan tegangan input dan outputnya pada CROd. Gambar bentuk tegangannya dan hitung penguatan tegangannya.e. berikan analisa dan kesimpulan

III. Integrator

a. Pasangkan komponen yang telah disediakan menjadi rangkaian seperti gambar diatas.

b. Variasikan nilai R dan C.

90

c. Ingat bahwa R.C = perioda sinyal yang akan dipadukan (diintegrasikan) = 1/f. jadiAFG diset pada frekuensi f

d. Amati perbandingan tegangan input dan outputnya pada CROe. Amati perbedaan bentuk tegangan input dan outputnya.f. Gambar bentuk tegangannya dan hitung penguatan tegangannya.g. Berikan analisa dan kesimpulan tentang perbedaan bentuk tegangan input dan

outputnya

IV. Differentiator

a. Pasangkan komponen yang telah disediakan menjadi rangkaian seperti gambar diatas.

b. Variasikan nilai R dan C.c. Ingat bahwa R.C = 1/f, maka AFG diset pada frekuensi fd. Amati perbandingan tegangan input dan outputnya pada CROe. Amati perbedaan bentuk tegangan input dan outputnya.f. Gambar bentuk tegangannya dan hitung penguatan tegangannya.g. Berikan analisa dan kesimpulan tentang perbedaan bentuk tegangan input dan

outputnyah. Amati perbedaan integrator dan differentiator, berikan analisa dan kesimpulan

terhadap perbedaan tersebut.3. Voltage Follower

91


b. Amati perbandingan tegangan input dan outputnya pada CROc. Gambar bentuk tegangannya dan penguatan tegangan (bila ada)

4. Filter Aktif

92

a. Buatlah rangkaian seperti gambar di atasb. Buatlah Low Pass Filter dengan fH= 100 Hz, kemudian High Pass Filter dengan

fL – 10 Hz, dan Band Pass Filter dengan fL= 10 Hz dan fH=100 Hz (ingat bahwa= = )

c. Buatlah butterworth low pass filter dengan fH = 100 Hzd. Bandingkan kelakuan active filter yang sederhana tersebut dengan yang

butterworth. Berikan analisanya5. Oscilator


b. Buat osilator jembatan wien (seperti gambar di atas) dengan frekuensi 15 – 20KHz

c. Berikan variasi terhadap harga R

93

d. Berikan analisa bila (R1+R2)/R2 terlalu tinggi atau terlalu rendah dari 3 (sepertidalam dasar teori bahwa (R1+R2)/R2 harus lebih besar dari 3 (nilai k), karenadalam realita selalu ada tenaga yang hilang).

6. Schmitt Trigger


b. Variasikan harga R1 dan R2c. Amati perbandingan tegangan input dan outputnya pada CROd. Amati dan gambarkan bentuk gelombang input dan outputnya

C. Daftar Pustaka1. Integrated Electronics, Millman dan Halkias.2. Microelectronics, Digital and Analog Circuits and Systems, Jacob Millman3. Basic Electronics, A Text Lab Manual, Paul Z bar, Albert P Malvino, dan Michael A

Miller

UGM Yogyakarta 2013 didigitalkan oleh Tri Wahyu Supardi dan Tim

1

KARAKTERISTIK DIODA

Gambar 1.11. Percobaan cek dioda untuk menentukan kaki anoda dan katoda.a. Cek dioda silikon dengan menggunakan multimeter.b. Hubungkan kutub-kutub dioda dengan ujung multimeter.c. Amati jarum pada multimeter.d. Jarum pada multimeter akan bergerak jika penempatan ujung multimeter benar (lihatgambar 1.1).e. Jika langkah d sudah benar, maka kaki anoda adalah kutub yang dihubungkan denganujung positif dari multimeter. Kaki katoda adalah kutub yang dihubungkan denganujung negatif dari multimeter.f. Ulangi percobaan untuk dioda zener.

Gambar 2.1 Gambar 2.2Forward Silikon Reverse Silikon2. Percobaan sifat dioda silikon dalam menghantarkan arus.a. Aturlah output dari penyedia daya (power supply) sebesar 5 volt.b. Kalibrasi CRO.c. Buatlah rangkaian seperti gambar 2.1 (Tanyakan kepada asisten apakah rangkaiansudah benar atau belum. Jangan sambungkan ke power supply sebelum asistenmengecek).d. Atur potensiometer dengan nilai terrendah, nyalakan power supply, pasang mode DCdan GND pada channel 1 dan 2.

2

e. Atur kedudukan garis pada kedua channel tepat di tengah, lalu lepas tombol GND.f. Atur nilai Vab (CH 1) seperti pada tabel 2.1 dengan memutar potensiometer.g. Amati grafik pada CRO dan catat besar Vak (CH 2), isikan pada tabel 2.1.h. Ukurlah arus dioda dengan menggunakan multimeter yang tersedia.i. Hitung Rf dengan rumus.j. Ulangi percobaan f-i dengan membalik posisi dioda seperti gambar 2.2.k. Catat hasil pengamatan pada tabel 2.2.l. Gambar grafik I vs Vab dan Vak untuk kedua percobaan.

Tabel 2.1 Tabel 2.2

Gambar 3.1 Gambar 3.2Forward Zener Reverse Zener

ForwardVab (V) Vak (V) I (A) Rf (Ω)0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.02.03.04.05.0

ReverseVab (V) Vak (V) I (A) Rf (Ω)0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.02.03.04.05.0

3

3. Percobaan sifat dioda zener dalam menghantarkan arus.a. Buatlah rangkaian seperti gambar 3.1 (Tanyakan kepada asisten apakah rangkaiansudah benar atau belum. Jangan sambungkan ke power supply sebelum asistenmengecek).b. Atur nilai Vab (CH 1) seperti pada tabel 2.1 dengan memutar potensiometer.c. Amati grafik pada CRO dan catat besar Vak (CH 2), isikan pada tabel 2.1.d. Ukurlah arus dioda dengan menggunakan multimeter yang tersedia.e. Hitung Rf dengan rumus.f. Ulangi percobaan b-e dengan membalik posisi dioda seperti gambar 2.2.g. Catat hasil pengamatan pada tabel 2.2.h. Gambar grafik I vs Vab dan Vak untuk kedua percobaan.

Tabel 3.1

Tabel 3.2

ForwardVab (V) Vak (V) I (A) Rf (Ω)0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.02.03.04.05.0

ReverseVab (V) Vak (V) I (A) Rf (Ω)0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.21.52.02.53.03.54.04.55.0

4

Gambar 4.1 Gambar 4.2

Gambar 4.3 Gambar 4.44. Sumber tegangan dioda zener sebagai regulator.a. Rangkai alat seperti pada gambar 4.1.b. Atur tegangan di CH 2 sehingga terukur 2,7 V dengan memutar potensiometer.c. Hubungkan R beban (1K) pada titik output seperti pada gambar 4.3.d. Amati perubahan pada CH 2, catat besar tegangan.e. Rangkai alat seperti pada gambar 4.2.f. Atur potensiometer sehingga tegangan pada CH 1 maksimal (5 V).g. Amati dan catat tegangan output (CH 2).h. Hubungkan R beban (1KΩ) seperti pada gambar 4.4.i. Amati dan catat nilai Vo (CH 2).j. Bandingkan perubahan nilai V pada rangkaian 4.1 dan 4.3 dengan perubahan nilai Vpada rangkaian 4.2 dan 4.4.


5


Gambar 5.5 Gambar 5.65. Rangkaian catu daya.a. Penyearah setengah gelombang.1) Rangkai alat seperti pada gambar 5.1.2) Gambar gelombang pada CH 1 dan CH 2 yang tampak pada CRO.b. Penyearah gelombang penuh.1) Rangkai alat seperti pada gambar 5.2.2) Gambar gelombang pada CH 2 yang tampak pada CRO.c. Penyearah setengah gelombang dengan filter.1) Rangkai alat seperti pada gambar 5.3 (kutub kapasitor jangan sampai terbalik).2) Amati gambar gelombang pada CH 2. Bandingkan dengan percobaan 5.1.3) Pasang R beban (560 Ω) seperti pada gambar 5.4.4) Gambar gelombang yang terjadi pada CRO.5) Ulangi langkah a-d dengan kapasitor 1000µF.6) Amati tiap perubahan data dan bahas.d. Penyearah gelombang penuh dengan filter.1) Rangkai alat seperti pada gambar 5.5 (kutub kapasitor jangan sampai terbalik).2) Amati gambar gelombang pada CH 2. Bandingkan dengan percobaan 5.1.3) Pasang R beban (560 Ω) seperti pada gambar 5.6.4) Gambar gelombang yang terjadi pada CRO.5) Ulangi langkah a-d dengan kapasitor 1000µF.6) Amati tiap perubahan data dan bahas.

6

ALAT & BAHAN1. Dioda silikon2. Dioda zener 2,7V3. Resistor 100Ω, 1KΩ dan 560Ω4. Kapasitor 100µF dan 1000µF5. Potensiometer 1KΩ6. CRO7. Multimeter8. Catu Daya9. Trafo AC 200V10. Breadboard11. Kabel penghubung

1

NEGATIVE FEEDBACK AMPLIFIER

A. Tanpa Feedback1. Mengukur Gain (Av)a) Hubungkan Vcc dengan tegangan +12V.b) Hubungan input in pada output AFG gelombang yang dikeluarkan adalahgelombang sinusoidal frekuensi 2kHz.c) Hubungkan titik A dengan GND.d) Switch output pada keadaan off.e) Vi dan Vo diamati apakah terjadi distorsi atau tidak, jika terjadi distorsi turunkanamplitudo AFG hingga tidak terdistorsi.f) Catat Vi dan Vo dan hitung Av.2. Mengukur Rina) Teruskan percobaan satu.b) Pindah CH2 ke Vs.c) CH1 pada Vi.d) Ukur tegangan Vi dan Vs.e) Hitung Rin = * 68k3. Mengukur Routa) Kembalikan CH2 ke output rangkaian (Vout).b) Ukur tegangan Vo.c) Switch pada keadaan On, putar Rout hingga output = ½ Vo yang tadi.d) Rangkaian dilepas dan ukur Rout, Rout = R potensiometer tersebut.

2

4. Mengukur Distorsia) Sambung rangkaian seperti percobaan 1.b) Putar output AFG hingga diperoleh Vo terdistorsi.c) Ukur Vi (tegangan input tanpa feedback yang menyebabkan Vo terdistorsi).5. Mengukur Bandwidth Tanpa Feedbacka) Kembalikan rangkaian pada percobaan 1.b) Untuk mengetahui bandwidthnya buatlah variasi frekuensi dari amplifier tanpafeedback dan isi tabel dibawah:f Vi Vo log f log Av1050100500100020003000400050006000700080009000100002000030000400005000060000700008000090000B. Dengan Feedback1. Langkah percobaan 1-4 sama seperti pada tanpa feedback hanya saja titik Adisambungkan dengan titik B. Lalu hitung Av, Rin, Rout dan ukur distorsi.2. Mengukur bandwidth dengan feedback.a) Untuk mengetahui bandwidthnya buatlah variasi frekuensi dari amplifier tanpafeedback dan isi tabel dibawah:f Vi Vo log f log Av10

3

501005001000200030004000500060007000800090001000020000300004000050000600007000080000900001000005000001000000

1

OPERATIONAL AMPLIFIER*untuk PSU yang tidak memiliki virtual ground (GND)

1. Mengatur Tegangan Offseta) Skema Rangkaian

b) Tata Laksana1. Pastikan power supply dalam keadaan mati.2. Rangkai komponen sesuai dengan skema rangkaian di atas.3. Nyalakan power supply.4. Atur CH1 dan CH2 CRO pada DC lalu ground-kan CH1 dan CH2 dengan menekan tombolGND, kemudian atur CH1 dan CH2 agar terletak di tengah layar CRO (0 V).5. Lepas GND kemudian putar potensiometer sampai CH2 bernilai 0 Volt (terletak ditengah layar CRO).6. Op-amp dalam keadaan siap digunakan, dan jangan mengubah nilai potensiometerkarena bila diubah maka pengaturan tegangan offset harus dimulai dari awal.7. Matikan power supply.

2

2. Op-Amp sebagai Non-Inverting Amplifiera) Skema Rangkaian

sehingga menjadi

b) Tata Laksana1. Untuk nilai Z = Z’ = 1 kΩ.2. Pastikan power supply dalam keadaan mati.3. Pastikan rangkaian telah diubah menjadi rangkaian Op-amp sebagai Non-InvertingAmplifier.4. Nyalakan AFG dengan sinyal sinusoidal frekuensi 1 kHz dan amplitudo minimum ataujangan sampai terdistorsi.5. Nyalakan power supply dan amati perbandingan tegangan input dan outputnya padaCRO.6. Gambar bentuk gelombang input dan outputnya.

3

7. Variasikan amplitudo AFG dan masukkan data pada tabel. Untuk nilai Z = Z’ = 1 kΩVin Vout Av0,5 Volt1 Volt1,5 Volt2 Volt(atau sampai Vout belumterdistorsi) Untuk nilai Z = Z’ = 10 kΩ dan 15 kΩVin Vout Av0,2 Volt0,4 Volt0,6 Volt0,8 Volt(atau sampai Vout belumterdistorsi)Nilai Vin dan Vout saat Vout mulai terdistorsi:Vin : .......... VoltVout : ........ VoltBandingkan penguatan tegangan (Av) antara teori dan praktek:∶ = + ′

∶ =8. Matikan power supply.9. Ulangi lagi langkah 3 sampai 8 dengan mengganti nilai Z’ dengan 10 kΩ.10. Ulangi lagi langkah 3 sampai 8 dengan mengganti nilai Z’ dengan 15 kΩ.

3. Op-Amp sebagai Inverting Amplifiera) Skema Rangkaian

4

sehingga menjadi

b) Tata laksana1. Kembalikan nilai Z’ menjadi 1 kΩ.2. Pastikan power supply dalam keadaan mati.3. Pastikan rangkaian telah diubah menjadi rangkaian Op-amp sebagai InvertingAmplifier.4. Nyalakan AFG dengan sinyal sinusoidal frekuensi 1 kHz dan amplitudo minimum ataujangan sampai terdistorsi.5. Nyalakan power supply dan amati perbandingan tegangan input dan outputnya padaCRO.6. Gambar bentuk gelombang input dan outputnya.7. Variasikan amplitudo AFG dan masukkan data pada tabel. Untuk nilai Z = Z’ = 1 kΩVin Vout Av0,5 Volt1 Volt1,5 Volt2 Volt(atau sampai Vout belumterdistorsi) Untuk nilai Z = Z’ = 10 kΩ dan 15 kΩVin Vout Av0,2 Volt0,4 Volt0,6 Volt0,8 Volt(atau sampai Vout belumterdistorsi)Nilai Vin dan Vout saat Vout mulai terdistorsi:Vin : .......... VoltVout : ........ Volt

5

Bandingkan penguatan tegangan (Av) antara teori dan praktek:∶ = − ′

∶ = −8. Matikan power supply.9. Ulangi lagi langkah 3 sampai 8 dengan mengganti nilai Z’ dengan 10 kΩ.10. Ulangi lagi langkah 3 sampai 8 dengan mengganti nilai Z’ dengan 15 kΩ.4. Op-Amp sebagai Integratora) Skema rangkaian

sehingga menjadi

6

b) Tata laksana1. Untuk nilai R = 220 Ω dan C = 1 µF.2. Pastikan power supply dalam keadaan mati.3. Pastikan rangkaian telah diubah menjadi rangkaian Op-amp sebagai Integrator.4. Nyalakan AFG dengan sinyal sinusoidal frekuensi 1 kHz dan amplitudo minimum ataujangan sampai terdistorsi.5. Nyalakan power supply dan amati perbandingan tegangan input dan outputnya padaCRO.6. Gambar bentuk gelombang input dan outputnya serta catat TIME/DIV pada CRO.7. Variasikan amplitudo AFG dan masukkan data pada tabel.Vin Vout5 Volt(atau gambar Vin danVout terlihat bagus)Bandingkan tegangan keluaran (Vout) antara teori dengan praktek:∶ = −Praktek : lihat tabel.8. Matikan power supply.9. Ulangi lagi langkah 3 sampai 8 dengan mengubah output AFG (input CH1) menjadisinyal kotak.10. Ulangi lagi langkah 3 sampai 8 dengan mengubah output AFG (input CH1) menjadisinyal gergaji.11. Analisa perbedaan output Integrator saat diberi sinyal sinusoidal, kotak dan gergaji.

5. Op-Amp sebagai Diferensiatora) Skema rangkaian

sehingga menjadi

7

b) Tata laksana1. Untuk nilai R = 220 Ω dan C = 1 µF.2. Pastikan power supply dalam keadaan mati.3. Pastikan rangkaian telah diubah menjadi rangkaian Op-amp sebagai Diferensiator.4. Nyalakan AFG dengan sinyal sinusoidal frekuensi 1 kHz dan amplitudo minimum ataujangan sampai terdistorsi.5. Nyalakan power supply dan amati perbandingan tegangan input dan outputnya padaCRO.6. Gambar bentuk gelombang input dan outputnya serta catat TIME/DIV pada CRO.7. Variasikan amplitudo AFG dan masukkan data pada tabel.Vin Vout5 Volt(atau gambar Vin danVout terlihat bagus)Bandingkan tegangan keluaran (Vout) antara teori dengan praktek:∶ = −Praktek : lihat tabel.8. Matikan power supply.9. Ulangi lagi langkah 3 sampai 8 dengan mengubah output AFG (input CH1) menjadisinyal kotak.10. Ulangi lagi langkah 3 sampai 8 dengan mengubah output AFG (input CH1) menjadisinyal gergaji.11. Analisa perbedaan output Diferensiator saat diberi sinyal sinusoidal, kotak dan gergaji.

1

PENGUAT DAYA DORONG-TARIK SIMETRI KOMPLEMENTER

1. Alat dan Bahana. 1 unit push pull amplifierb. 1 unit power supplyc. 1 unit CROd. 1 unit AFGe. 1 buah multimeter digitalf. 2 buah multimeter analogg. Kabel penghubung secukupnya2. Tata LaksanaA. Persiapan Alat1) Kalibrasi CRO.2) Pasang kedua multimeter analog pada amperemeter dengan skala ukur maksimum0,25 A.3) Pasang multimeter digital pada output catu daya untuk mengukur tegangan kerja(Vcc) yang akan digunakan, dan setel pada 12 volt.4) Pasang catu daya (+12 volt) pada modul push pull.5) Pasang CRO pada modul push pull (CH1 dengan input Vin, CH2 dengan output pin 8).6) Pasang AFG (1KHz) pada input modul push pull.7) Lepas jumper pin.8) Pasang jumper amperemeter dengan kabel pengjhubung.9) Putar VR1 ke kanan maksimum dan VR2 ke kiri maksimum.10) Setel AFG pada -20dB, atur amplitudo hingga gelombang tepat akan distorsi.

2

B. Pengukuran Tegangan DC1) Lepaskan AFG dari modul PP (pengukuran tegangan DC).2) Atur posisi garis pada CRO tepat di tengah-tengah (0 volt).3) Ukur tegangan DC pada titik pengukuran pin 1-8 dengan menggunakan multimeteratau CRO.4) Catat nilai tegangan DC.C. Menghitung Arus Panjar1) Lepas jumper amperemeter.2) Ukur arus panjar dengan multimeter.3) Catat nilai arusnya.D. Mengukur Tegangan AC1) Pasang lagi AFG pada modul PP (pengukuran tegangan AC).2) Pasang lagi jumper amperemeter.3) Ukur tegangan AC pada titik pengukuran pin 1-8 dengan menggunakan multimeteratau CRO.4) Catat nilai tegangan AC.E. Menghitung Penguat Tegangan (Av)1) Pasang probe CRO pada posisi semula (CH1 dengan input Vin, CH2 dengan outputpin 8).2) Hitung penguat tegangan dengan rumus: Av = Vo/Vi.F. Menghitung Input Impedance (Zin)1) Lepas jumper pin S2.2) Atur amplitudo CRO hingga gelombang tepat akan distorsi, catat Vo awal.3) Ubah R in hingga Vo sekarang = ½ Vo awal, catat Vo sekarang.4) Lepas AFG.5) Lepas catu daya juga.6) Ukur nilai R in, catat nilai R in (Zin).G. Menghitung Output Impedance (Zout)1) Pasang AFG.2) Pasang catu daya.3) Lakukan lagi langkah F2 dan F3.

3

4) Pasang jumper pin 8.5) Ubah R out hingga Vo sekarang = ½ Vo sekarang, catat Vo sekarang.6) Lepas jumper pin 8.7) Ukur nilai R out. Catat nilainya (Zout).H. Menghitung Penguat Daya (Gp)Gp = Av · Zin/ZoutI. Menghitung Derajat Cacat Penyebrangan1) Lakukan lagi langkah G1-G42) Ubah nilai R out hingga terlihat ambang cacat3) Derajatnya dihitung: t/T · 360°J. Amati Tanggap Frekuensif (Hz) Vi Vo log f 20 log Av204060801002003004005006007008009001000200030004000500060007000800090001000020000

WATAK AMPLIFIER COMMON EMITTER

1. Pengamatan Frequency Responsea. Hubungkan rangkaian amplifier dengan power supply (-12V dan 0V), pada powersupply yang ada hanya +12V dan 0V maka : PS GND => -12V rangkaianPS +12V => GND rangkaianb. Ubah potensiometer R2 sehingga tegangan pada kolektor terhadap GND menjadi -6V.Dapat diukur pada titik VCO dan GND (dengan multimeter analog untuk mengukurtegangan negatif, yaitu kabel merah di GND rangkaian dan kabel hitam pada titik yangakan diukur).c. Hubungkan CH 1 CRO pada input 1 rangkaian dan CH 2 CRO pada output rangkaian.Ingat bahwa saklar pada tangkaian dalam posisi off/mati.d. Hubungkan output AFG pada input 1. AFG diatur pada frekuensi 1 kHz. Aturamplitudonya sampai dengan hampir terdistorsi (dilihat pada gelombang CRO). Catatpula nilai tegangan Vin dan Vout saat mengalami distorsi tersebut (overdrivingamplitudo input).e. Putar amplitudo sehingga gelombang menjadi setengahnya.f. Mulai pengamatan dari frekuensi 100 Hz dan catat outputnya pada tabel pengamatan.g. Catat pula nilai frekuensi, Vin dan Vout ketika variasi frekuensi gelombang pada CROmengalami distorsi (overdriving frekuensi).h. Hitung Av (penguatan tegangan) dari percobaan = =f (Hz) (V) (V) = log100200400600

8001000200040006000800010000200004000060000800001000002. Pengukuran Input Impedance

a. Hubungkan AFG dan CH 1 dengan input I, CH 2 pada input II.b. Atur frekuensi AFG pada 1 kHz, atur pula amplitudo CRO sehingga output mulaiterdistorsi, kembalikan pada harga setengahnya.c. Samakan harga volt/div pada CH 1 dan CH 2.d. Hitung input impedansinya:= −==

3. Pengukuran Output Impedancea. Hubungkan AFG dan CH 1 pada input I, output rangkaian pada CH 2.b. Atur frekuensi AFG pada 1 KHz, atur pula amplitudo CRO sehingga output mulaiterdistorsi lalu saklar dinyalakan atau dalam posisi on.c. Atur R6 dan ubah harganya sehingga outputnya terbaca amplitudonya menjadisetengah harga awalnya.d. Ukur nilai hambatan R6 dengan menggunakan multimeter, dalam keadaan saklaroff/mati.4. Pengukuran Power GainHitung power gain berdasarkan AV, Zin dan Zout yang diperoleh: = ·

LAPORAN EKSPERIMEN

“JUDUL”

S1 Elektronika dan Instrumentasi

MATA KULIAHMIE 2858 Eksp. Elektronika Analog, KELAS A

Pengampu : Tri Wahyu Supardi, S.Si

Asisten Pembimbing :

Nama Asisten

OLEH:

KELOMPOK : No KelompokNAMA dan NIM

JURUSAN ILMU KOMPUTER DAN ELEKTRONIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS GADJAH MADA

1

Nama NIM :Tanggal dan Pertemuan ke :

1. Judul Praktikum:

Cth : Regulator tegangan DC menggunakan LM7812

2. Tujuan Praktikum (Tuliskan sesuai sub eksperimen yang dilaksanakan)

Cth : a. mengamati hubungan tegangan masukan dan keluaran rangkaian regulator DC LM7812

b. mencari nilai arus maksimal rangkaian regulator DC LM7812

c. dsb

3. Dasar teori : (Dasar Teori Tuliskan dalil/rumus/hukum/prinsip/teori yang akan dieksperimenkansecara singkat dan jelas, dasar teori mendukung pencapaian tujuan)Cth : a. tegangan keluaran IC LM7812 = 12 V apabila tegangan masukannya sama atau lebih besardari 15 V

4. Garis besar tata laksana eksperimen: (tuliskan untuk satu tujuan satu tata laksana, dalam satukalimat)

a. Rangkaian diuji dengan memberi variasi tegangan masukan 0-20 V dengan step 1 Vkemudian diamati nilai tegangan keluarannya pada tiap step.

b. Rangkaian diuji dengan memberi tegangan masukan tetap 15 V, diberi variasi beban arusdengan beberapa nilai resistor sebagai beban, kemudian diukur tegangan masukan, arusdan tegangan keluarannya pada tiap nilai beban.

2

5. Alat dan kegunaannya dalam eksperimen ini (Tuliskan nama, merk dan seri sesuai alat yang andadapat)

Cth: 1. Multimeter Sanwa YX360TRF : untuk mengukur tegangan,

6. Bahan (Bahan : Tuliskan nama dan nilai/seri komponen yang anda dapat)Cth: Dioda IN4002 (Ket, Dioda : Nama komponen, IN4002 : Seri komponen)

3

7. Data eksperimen (Tabel dan Grafik, tiap sub eksperimen/tujuan = satu lembar, tuliskan judulsubnya, khusus halaman ini diperbanyak sesuai jumlah sub eksperimen yang dilaksanakan)

4

8. Analisa data dan pembahasan

9. Kesimpulan (Tuliskan sesuai tujuan, dari hasil analisis dan pembahasan yang didukung data)Cth : a. Pada eksperimen ini, dapat disimpulkan bahwa tegangan keluaran 7812 stabil pada nilai12 V ketika diberi tegangan masukan 16 - 20 V

b. Rangkaian regulator LM7812 dapat mengeluarkan tegangan keluaran yang stabil dengannilai 12 V dengan kemampuan arus sebesar 0.8 A

10. Saran (Berisi saran untuk praktikan, misal pengembangan yang dapat dilakukan praktikan)Cth : Rangkaian regulator tegangan DC menggunakan LM7812 dapat dikembangkan denganmenguatkan kemampuan arusnya apabila akan digunakan untuk mensupply arus > 1 A –

5

Petunjuk:1. Warna abu-abu adalah petunjuk dan saran pengisian, silahkan dihapus saat mencetak2. Warna merah adalah contoh, silahkan dihapus saat mencetak3. Warna hijau, diganti dengan data yang sesuai dengan individu dan eksperimen4. Cetak Halaman 1-4 tanpa mengubah spasi antar nomor5. Khusus halaman 3 dicetak diperbanyak sesuai sub eksperimen pada pertemuan tersebut6. Pengerjaan Pre Test Pada halaman 1

Modul Eksp Elektronika Analog UGM

Documents

Transcript of Modul Eksp Elektronika Analog UGM