OP-AMP
-
Upload
nova-priana -
Category
Documents
-
view
2.700 -
download
0
Transcript of OP-AMP
LABORATORIUMELEKTRONIKA
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS UDAYANA
LAPORAN PRAKTIKUM
DASAR ELEKTRONIKA
KELOMPOK 6 :
I Gede Nova Priana (0904405032)
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS UDAYANA2010
PERCOBAAN III
OP-AMP
3.1 Tujuan Percobaan
1. Dapat menyusun rangkaian-rangkaian amplifier dari op-amp
2. Dapat menyusun rangkaian-rangkaian filter dari op-amp
3.2 Tinjauan Pustaka
Penguat operasional atau yang biasa disebut op-amp merupakan suatu
jenis penguat elektronika dengan sambatan arus searah yang memiliki bati
(faktor penguatan )sangat besar dengan dua masukan dan satu keluaran.
Penguat operasional pada umumnya tersedia dalam bentuk sirkuit terpadu dan
yang paling banyak digunakan adalah seri 741.
Penguat operasional adalah perangkat yang sangat efisien dan serba
guna. Contoh penggunaan penguat operasional adalah untuk operasi
matematika sederhana seperti penjumlahan dan pengurangan terhadap
tegangan listrik hingga dikembangkan kepada penggunaan aplikatif seperti
komparator dan osilator dengan distorsi rendah.
Penguat operasional dalam bentuk rangkaian terpadu memiliki
karakteristik yang mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu
memperhatikan apa yang terdapat di dalamnya. Karakteristik penguat
operasional ideal adalah:
1. Bati tegangan tidak terbatas.
2. Impedansi masukan tidak terbatas.
3. Impedansi keluaran nol.
4. Lebar pita tidak terbatas.
5. Tegangan ofset nol (keluaran akan nol jika masukan nol)
Sejarah
Gambar K2-W, penguat operasional komersial pertama yang dibuat dari tabung
vakum.
Awal dari penggunaan penguat operasional adalah tahun 1940-an, ketika
sirkuit elektronika dasar dibuat dengan menggunakan tabung vakum untuk
melakukan operasi matematika seperti penjumlahan, pengurangan, perkalian,
pembagian, integral, dan turunan. Istilah penguat operasional itu sendiri baru
digunakan pertama kali oleh John Ragazzini dan kawan-kawan dalam sebuah
karya tulis yang dipublikasikan pada tahun 1947. Kutipan bersejarah dalam karya
tulis tersebut adalah:
"As an amplifier so connected can perform the mathematical operations of
arithmetic and calculus on the voltages applied to its inputs, it is hereafter
termed an operational amplifier." (Ragazzini, et.al, 1947) (dalam bahasa
Indonesia: "Oleh karena penguat dapat dihubungkan untuk melakukan
operasi matematika dan kalkulus terhadap tegangan yang dikenakan
terhadap masukannya, maka digunakan istilah penguat operasional.")
Penguat operasional yang tersedia secara komersial untuk pertama
kalinya adalah K2-W yang diproduksi oleh Philbrick Researches, Inc. dari Boston
antara tahun 1952 hingga awal 1970-an. Penguat operasional tersebut harus
dijalankan pada tegangan +/- 300 V dan memiliki berat 85 g dan berukuran 3,8
cm x 5,4 cm x 10,4 cm dan dijual seharga US$22.
Saat ini penguat operasional tersedia dalam bentuk sirkuit terpadu dan
tidak lagi menggunakan tabung vakum, melainkan menggunakan transistor.
Dalam suatu sirkuit terpadu penguat operasional umumnya terdapat lebih dari 25
transistor beserta resistor dan kapasitor yang diperlukan hanya dalam satu cip
silikon. Hasilnya, penguat operasional modern hanya membutuhkan tegangan
listrik +/- 18 V, bahkan beberapa jenis seperti LM324 dapat berjalan pada
tegangan hanya +/- 1,5 V. Penguat operasional KA741 dari Fairchild
Semiconductor yang banyak digunakan bahkan hanya berukuran 5,7 mm x 4,9
mm x 1,8 mm dan tersedia di pasaran dengan harga hanya Rp3.500 (US$0,37).
Bagian dalam penguat operasional seri 741 seperti dijelaskan di dalam teks.
Pada diagram skema di samping digambarkan susunan bagian dalam
sirkuit terintegrasi penguat operasional seri 741. Nomor-nomor yang terdapat di
dekat terminal pada gambar menunjukkan nomor kaki terminal pada sirkuit
terintegrasi 741 jenis 8-pin. Pin nomor 8 tidak terhubung dengan sirkuit.
Ada beberapa hal menarik tentang sirkuit internal 741. Yang pertama
adalah transistor masukan terhubung dengan konfigurasi pengikut emiter NPN
yang keluarannya terhubung secara langsung kepada sepasang transistor PNP
yang terkonfigurasi sebagai penguat basis bersama. Konfigurasi ini memisahkan
masukan dan mencegah sinyal umpan balik yang mungkin memiliki efek
berbahaya yang bergantung pada frekuensi.
Pasangan transistor pada bagian yang diwarnai dengan warna merah
pada diagram disebut cermin arus, di mana basis terhubung langsung dengan
kolektor pada salah satu transistor dari tiap pasangan dan kedua transistor saling
terhubung pada emiter. Penggunaan cermin arus pada sirkuit masukan, yaitu
pasangan transistor Q8 dan Q9 serta pasangan Q12 dan Q13, memungkinkan
masukan menerima ayunan tegangan ragam bersama tanpa melewati rentang
daerah aktif tiap transistor dalam sirkuit. Sedangkan cermin arus ketiga, yaitu
pasangan transistor Q10 dan Q11 membentuk cermin arus yang agak berbeda
dengan resistor bernilai 5 KΩ terhubung secara seri dengan emiter membatasi
arus kolektor menjadi hampir nol sehingga dapat menjadi hubungan impedansi
tinggi kepada catu daya negatif dan tidak membebani sirkuit masukan.
Keunikan lain dalam sirkuit internal ditunjukkan dengan warna hijau, di
mana kedua resistor bias transistor terhubung sedemikian hingga tidak terlihat
adanya sinyal masukan kepada basis transistor. Bila diasumsikan tidak ada arus
basis yang mengalir pada transistor, dan nilai VBE sebesar 0,625 Volt maka
menurut hukum Ohm akan diperlukan arus sebesar 0,625 V ÷ 7,5 KΩ = 0,0833
mA melalui resistor antara basis dan kolektor. Arus tersebut juga harus mengalir
melalui resistor antara basis dan emiter sehingga menimbulkan tegangan jepit
sebesar 0,0833 mA × 4,5 KΩ = 0,375 V sehingga menghasilkan total tegangan
jepit melalui dua resistor sebesar 0,625 V + 0,375 V = 1,0 V. Hal ini digunakan
untuk memberikan beda tegangan internal sebesar 1 Volt berapa pun tegangan
keluaran keseluruhan sirkuit.
Notasi Sirkuit
Simbol penguat operasional pada gambar sirkuit listrik.
Simbol penguat operasional pada rangkaian seperti pada gambar di samping, di
mana:
: masukan non-pembalik
: masukan pembalik
: keluaran
: catu daya positif
: catu daya negatif
Catu daya pada notasi penguat operasional seringkali tidak dicantumkan untuk
memudahkan penggambaran rangkaian.
Aplikasi sirkuit
Terdapat banyak sekali penggunaan dari penguat operasional dalam berbagai
jenis sirkuit listrik. Di bawah ini dipaparkan beberapa penggunaan umum dari
penguat operasional dalam contoh sirkuit:
Komparator (Pembanding)
Merupakan salah satu aplikasi yang memanfaatkan bati simpal terbuka
(bahasa Inggris: open-loop gain) penguat operasional yang sangat besar. Ada
jenis penguat operasional khusus yang memang difungsikan semata-mata untuk
penggunaan ini dan agak berbeda dari penguat operasional lainnya dan umum
disebut juga dengan komparator.
Komparator membandingkan dua tegangan listrik dan mengubah
keluarannya untuk menunjukkan tegangan mana yang lebih tinggi.
di mana Vs adalah tegangan catu daya dan penguat operasional beroperasi di
antara + Vs dan − Vs.)
Penguat pembalik
Sebuah penguat pembalik menggunakan umpan balik negatif untuk
membalik dan menguatkan sebuah tegangan. Resistor Rf melewatkan sebagian
sinyal keluaran kembali ke masukan. Karena keluaran taksefase sebesar 180°,
maka nilai keluaran tersebut secara efektif mengurangi besar masukan. Ini
mengurangi bati keseluruhan dari penguat dan disebut dengan umpan balik
negatif.
Dimana:
(karena adalah bumi maya
Sebuah resistor dengan nilai ,
ditempatkan di antara masukan non-pembalik dan bumi. Walaupun tidak
dibutuhkan, hal ini mengurangi galat karena arus bias masukan.
Bati dari penguat ditentukan dari rasio antara Rf dan Rin, yaitu:
Tanda negatif menunjukkan bahwa keluaran adalah pembalikan dari
masukan. Contohnya jika Rf adalah 10.000 Ω dan Rin adalah 1.000 Ω, maka nilai
bati adalah -10.000Ω / 1.000Ω, yaitu -10.
Penguat non-pembalik
Penguat non-pembalik.
Rumus penguatan penguat non-pembalik adalah sebagai berikut:
atau dengan kata lain:
Dengan demikian, penguat non-pembalik memiliki bati minimum bernilai
1. Karena tegangan sinyal masukan terhubung langsung dengan masukan pada
penguat operasional maka impedansi masukan bernilai .
Aplikasi sirkuit
Terdapat banyak sekali penggunaan dari penguat operasional dalam
berbagai jenis sirkuit listrik. Di bawah ini dipaparkan beberapa penggunaan
umum dari penguat operasional dalam contoh sirkuit:
Komparator
Rangkaian pembanding ini ada 3 macam yaitu :
a. Rangkaian pembanding 1 op-amp tanpa jendela input
b. Rangkaian pembanding 1 op-amp dengan jendela input
c. Rangkaian pembanding 2 op-amp dengan jendela input proses output luar
d. Rangkaian pembanding 2 op-amp dengan jendela input proses output dalam
Rangkaian pembanding dengan 1 op-amp tanpa jendela input, artinya
rangkaian komparator/pembanding yang langsung dibandingkan. Seperti pada
gambar berikut ini adalah komparator biasa dan hasilnya langsung dibandingkan
dengan referensinya. Rangkaian komparator dengan jendela input rangkaiannya
hampir sama dengan rangkaian noninverting hanya saja parameternya terbalik.
Merupakan salah satu aplikasi yang memanfaatkan bati simpal terbuka
penguat operasional yang sangat besar. Ada jenis penguat operasional khusus
yang memang difungsikan semata-mata untuk penggunaan ini dan agak berbeda
dari penguat operasional lainnya dan umum disebut juga dengan komparator.
Komparator membandingkan dua tegangan listrik dan mengubah
keluarannya untuk menunjukkan tegangan mana yang lebih tinggi.
di mana Vs adalah tegangan catu daya dan penguat operasional beroperasi di
antara + Vs dan − Vs.)
Penguat pembalik
Penguat pembalik.
Sebuah penguat pembalik menggunakan umpan balik negatif untuk
membalik dan menguatkan sebuah tegangan. Resistor Rf melewatkan sebagian
sinyal keluaran kembali ke masukan. Karena keluaran taksefase sebesar 180°,
maka nilai keluaran tersebut secara efektif mengurangi besar masukan. Ini
mengurangi bati keseluruhan dari penguat dan disebut dengan umpan balik
negatif.
Di mana:
(karena adalah bumi maya
Sebuah resistor dengan nilai ,
ditempatkan di antara masukan non-pembalik dan bumi. Walaupun tidak
dibutuhkan, hal ini mengurangi galat karena arus bias masukan.
Bati dari penguat ditentukan dari rasio antara Rf dan Rin, yaitu:
Tanda negatif menunjukkan bahwa keluaran adalah pembalikan dari
masukan. Contohnya jika Rf adalah 10.000 Ω dan Rin adalah 1.000 Ω, maka nilai
bati adalah -10.000Ω / 1.000Ω, yaitu -10.
Penguat non-pembalik
Penguat non-pembalik.
Rumus penguatan penguat non-pembalik adalah sebagai berikut:
atau dengan kata lain:
Dengan demikian, penguat non-pembalik memiliki bati minimum bernilai
1. Karena tegangan sinyal masukan terhubung langsung dengan masukan pada
penguat operasional maka impedansi masukan bernilai .
Penguat diferensial
Op-amp dinamakan juga dengan penguat diferensial (differential
amplifier). Sesuai dengan istilah ini, op-amp dalah komponen IC yang memiliki 2
input tegangan dan 1 output tegangan, dimana tegangan output-nya adalah
proporsional terhadap perbedaan tegangan antara kedua inputnya itu. Penguat
diferensial seperti yang ditunjukkan pada
gambar-1 merupakan rangkaian dasar dari sebuah op-amp.
gambar-1 : penguat diferensial
Pada rangkaian yang demikian, persamaan pada titik Vout adalah Vout =
A(v1-v2) dengan A adalah nilai penguatan dari penguat diferensial ini. Titik input
v1 dikatakan sebagai input non-iverting, sebab tegangan vout satu phase dengan
v1. Sedangkan sebaliknya titik v2 dikatakan input inverting sebab berlawanan
phasa dengan tengangan vout.
karakterisktik yang spesifik. Op-amp standard type 741 dalam kemasan
IC DIP 8 pin sudah dibuat sejak tahun 1960-an. Untuk tipe yang sama, tiap
pabrikan mengeluarkan seri IC dengan insial atau nama yang berbeda. Misalnya
dikenal MC1741 dari motorola.
LM741 buatan National Semiconductor, SN741 dari Texas Instrument dan
lain sebagainya. Tergantung dari teknologi pembuatan dan desain IC-nya,
karakteristik satu op-amp dapat berbeda dengan op-amp lain.
Penguat diferensial digunakan untuk mencari selisih dari dua tegangan
yang telah dikalikan dengan konstanta tertentu yang ditentukan oleh nilai
resistansi yaitu sebesar untuk dan . Penguat jenis ini berbeda
dengan diferensiator. Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut:
Sedangkan untuk R1 = R2 dan Rf = Rg maka bati diferensial adalah:
Penguat penjumlah
Rangkaian penjumlah atau rangkaian adder adalah rangkaian penjumlah
yang dasar rangkaiannya adalah rangkaian inverting amplifier dan hasil
outputnya adalah dikalikan dengan penguatan seperti pada rangkaian inverting.
Pada dasarnya nilai outputnya adalah jumlah dari penguatan masing masing dari
inverting, seperti :
Tahanan Rom gunanya adalah untuk meletak titik nol supaya tepat,
terkadang tanpa Rom sudah cukup stabil. Maka rangkaian ada yang tanpa Rom
juga baik hasilnya. Rangkaian penjumlah dengan menggunakan noninverting
sangat suah dilakukan karena tegangan yang diparalel akan menjadi tegangan
terkecil yang ada., sehingga susah terjadi proses penjumlahan.
Gambar Rangkaian penjumlah dengan hasil negatif
Penguat penjumlah menjumlahkan beberapa tegangan masukan, dengan
persamaan sebagai berikut:
Saat , dan Rf saling bebas maka:
Saat , maka:
Keluaran adalah terbalik.
Impedansi masukan dari masukan ke-n adalah (di mana
adalah bumi maya)
Integrator
Opamp bisa juga digunakan untuk membuat rangkaian-rangkaian dengan
respons frekuensi, misalnya rangkaian penapis (filter). Salah satu contohnya
adalah rangkaian integrator seperti yang ditunjukkan pada gambar 3. Rangkaian
dasar sebuah integrator adalah rangkaian op-amp inverting, hanya saja
rangkaian umpanbaliknya (feedback) bukan resistor melainkan menggunakan
capasitor C.
gambar 3 : integrator
Mari kita coba menganalisa rangkaian ini. Prinsipnya sama dengan
menganalisa rangkaian op-amp inverting. Dengan menggunakan 2 aturan op-
amp (golden rule) maka pada titik inverting akan didapat hubungan matematis :
Iin = (vin – v-)/R = vin/R , dimana v- = 0 (aturan1)
Iout = -C d(vout – v-)/dt = -C dvout/dt; v- = 0
Iin = Iout ; (aturan 2)
Maka jika disubtisusi, akan diperoleh persamaan :
iin = iout = vin/R = -C dvout/dt, atau dengan kata lain
Dari sinilah nama rangkaian ini diambil, karena secara matematis
tegangan keluaran rangkaian ini merupakan fungsi integral dari tegangan input.
Sesuai dengan nama penemunya, rangkaian yang demikian dinamakan juga
rangkaian Miller Integral. Aplikasi yang paling populer menggunakan rangkaian
integrator adalah rangkaian pembangkit sinyal segitiga dari inputnya yang berupa
sinyal kotak.
Pada prakteknya, rangkaian feedback integrator mesti diparalel dengan
sebuah resistor dengan nilai misalnya 10 kali nilai R atau satu besaran tertentu
yang diinginkan. Ketika inputnya berupa sinyal dc (frekuensi = 0), kapasitor akan
berupa saklar terbuka. Jika tanpa resistor feedback seketika itu juga outputnya
akan saturasi sebab rangkaian umpanbalik op-amp menjadi open loop
(penguatan open loop opamp ideal tidak berhingga atau sangat besar). Nilai
resistor feedback sebesar 10R akan selalu menjamin output offset voltage (offset
tegangan keluaran) sebesar 10x sampai pada suatu frekuensi cutoff tertentu.
Penguat ini mengintegrasikan tegangan masukan terhadap waktu,
dengan persamaan:
di mana adalah waktu dan adalah tegangan keluaran pada .
Sebuah integrator dapat juga dipandang sebagai tapis pelewat-tinggi dan dapat
digunakan untuk rangkaian tapis aktif.
Diferensiator
Kalau komponen C pada rangkaian penguat inverting di tempatkan di
depan, maka akan diperoleh rangkaian differensiator seperti pada gambar 4.
Dengan analisa yang sama seperti rangkaian integrator, akan diperoleh
persamaan penguatannya :
Rumus ini secara matematis menunjukkan bahwa tegangan keluaran vout
pada rangkaian ini adalah differensiasi dari tegangan input vin. Contoh praktis
dari hubungan matematis ini adalah jika tegangan input berupa sinyal segitiga,
maka outputnya akan mengahasilkan sinyal kotak.
gambar 4 : differensiator
Bentuk rangkain differensiator adalah mirip dengan rangkaian inverting.
Sehingga jika berangkat dari rumus penguat inverting G = -R2/R1 dan pada
rangkaian differensiator diketahui :
Mendiferensiasikan sinyal hasil pembalikan terhadap waktu dengan
persamaan:
di mana dan adalah fungsi dari waktu.
Pada dasarnya diferensiator dapat juga dibangun dari integrator dengan
cara mengganti kapasitor dengan induktor, namun tidak dilakukan karena harga
induktor yang mahal dan bentuknya yang besar. Diferensiator dapat juga dilihat
sebagai tapis pelewat-rendah dan dapat digunakan sebagai tapis aktif.
Penguatan Open-loop
Op-amp idealnya memiliki penguatan open-loop (AOL) yang tak
terhingga. Namun pada prakteknya opamp semisal LM741 memiliki penguatan
yang terhingga kira-kira 100.000 kali. Sebenarnya dengan penguatan yang
sebesar ini, sistem penguatan opamp menjadi tidak stabil. Input diferensial yang
amat kecil saja sudah dapat membuat outputnya menjadi saturasi. Pada bab
berikutnya akan dibahas bagaimana umpan balik bisa membuat sistem
penguatan op-amp menjadi stabil.
Unity-gain frequency
Op-amp ideal mestinya bisa bekerja pada frekuensi berapa saja mulai dari sinyal
dc sampai frekuensi giga Herzt. Parameter unity-gain frequency menjadi penting
jika op-amp digunakan untuk aplikasi dengan frekuensi tertentu. Parameter AOL
biasanya adalah penguatan op-amp pada sinyal DC. Response penguatan op-
amp menurun seiring dengan menaiknya frekuenci sinyal input. Op-amp LM741
misalnya memiliki unity-gain frequency sebesar 1 MHz. Ini berarti penguatan op-
amp akan menjadi 1 kali pada frekuensi 1 MHz. Jika perlu merancang aplikasi
pada frekeunsi tinggi, maka pilihlah op-amp yang memiliki unity-gain frequency
lebih tinggi.
Slew rate
Di dalam op-amp kadang ditambahkan beberapa kapasitor untuk
kompensasi dan mereduksi noise. Namun kapasitor ini menimbulkan kerugian
yang menyebabkan response op-amp terhadap sinyal input menjadi lambat. Op-
amp ideal memiliki parameter slew-rate yang tak terhingga. Sehingga jika input
berupa sinyal kotak, maka outputnya juga kotak. Tetapi karena ketidak idealan
op-amp, maka sinyal output dapat berbentuk ekponensial. Sebagai contoh
praktis, op-amp LM741 memiliki slew-rate sebesar 0.5V/us. Ini berarti perubahan
output op-amp LM741 tidak bisa lebih cepat dari 0.5 volt dalam waktu 1 us.
Parameter CMRR
Ada satu parameter yang dinamakan CMRR (Commom Mode Rejection
Ratio). Parameter ini cukup penting untuk menunjukkan kinerja op-amp tersebut.
Op-amp dasarnya adalah penguat diferensial dan mestinya tegangan input yang
dikuatkan hanyalah selisih tegangan antara input v1 (non-inverting) dengan input
v2 (inverting). Karena ketidak-idealan op-amp, maka tegangan persamaan dari
kedua input ini ikut juga dikuatkan. Parameter CMRR diartikan sebagai
kemampuan op-amp untuk menekan penguatan tegangan ini (common mode)
sekecil-kecilnya. CMRR didefenisikan dengan rumus CMRR = ADM/ACM yang
dinyatakan dengan satuan dB. Contohnya op-amp dengan CMRR = 90 dB, ini
artinya penguatan ADM (differential mode) adalah kira-kira 30.000 kali
dibandingkan penguatan ACM (commom mode). Kalau CMRR-nya 30 dB, maka
artinya perbandingannya kira-kira hanya 30 kali. Kalau diaplikasikan secara real,
misalkan tegangan input v1 = 5.05 volt dan tegangan v2 = 5 volt, maka dalam hal
ini tegangan diferensialnya (differential mode) = 0.05 volt dan tegangan
persamaan-nya (common mode) adalah 5 volt. Pembaca dapat mengerti dengan
CMRR yang makin besar maka op-amp diharapkan akan dapat menekan
penguatan sinyal yang tidak diinginkan (common mode) sekecil-kecilnya. Jika
kedua pin input dihubung singkat dan diberi tegangan, maka output op-amp
mestinya nol. Dengan kata lain, op-amp dengan CMRR yang semakin besar
akan semakin baik.
LM714 termasuk jenis op-amp yang sering digunakan dan banyak
dijumpai dipasaran. Contoh lain misalnya TL072 dan keluarganya sering
digunakan untuk penguat audio. Tipe lain seperti LM139/239/339 adalah opamp
yang sering dipakai sebagai komparator. Di pasaran ada banyak tipe op-amp.
Cara yang paling baik pada saat mendesain aplikasi dengan op-amp adalah
dengan melihat dulu karakteristik opamp tersebut. Saat ini banyak op-amp yang
dilengkapi dengan kemampuan seperti current sensing, current limmiter,
rangkaian kompensasi temperatur dan lainnya. Ada juga op-amp untuk aplikasi
khusus seperti aplikasi frekuesi tinggi, open colector output, high power output
dan lain sebagainya. Data karakteristik op-amp yang lengkap, ya ada di
datasheet.
Analisa Rangkaian Op-Amp Popular
Operational Amplifier atau di singkat op-amp merupakan salah satu
komponen analog yang popular digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian
elektronika. Aplikasi op-amp popular yang paling sering dibuat antara lain adalah
rangkaian inverter, non-inverter, integrator dan differensiator. Pada pokok
bahasan kali ini akan dipaparkan beberapa aplikasi opamp yang paling dasar,
dimana rangkaian feedback (umpan balik) negatif memegang peranan penting.
Secara umum, umpanbalik positif akan menghasilkan osilasi sedangkan
umpan balik negatif menghasilkan penguatan yang dapat terukur.
Op-amp ideal
Op-amp pada dasarnya adalah sebuah differential amplifier (penguat
diferensial) yang memiliki dua masukan. Input (masukan) op-amp seperti yang
telah dimaklumi ada yang dinamakan input inverting dan non-inverting. Op-amp
ideal memiliki open loop gain (penguatan loop terbuka) yang tak terhingga
besarnya. Seperti misalnya op-amp LM741 yang sering digunakan oleh banyak
praktisi elektronika, memiliki karakteristik tipikal open loop gain sebesar 104 ~
105. Penguatan yang sebesar ini membuat opamp menjadi tidak stabil, dan
penguatannya menjadi tidak terukur (infinite). Disinilah peran rangkaian negative
feedback (umpanbalik negatif) diperlukan, sehingga op-amp dapat dirangkai
menjadi aplikasi dengan nilai penguatan yang terukur (finite). Impedasi input op-
amp ideal mestinya adalah tak terhingga, sehingga mestinya arus input pada tiap
masukannya adalah 0. Sebagai perbandingan praktis, op-amp LM741 memiliki
impedansi input Zin = 106 Ohm. Nilai impedansi ini masih relatif sangat besar
sehingga arus input op-amp LM741 mestinya sangat kecil.
Inverting amplifier
Rangkaian dasar penguat inverting adalah seperti yang ditunjukkan pada
gambar 1, dimana sinyal masukannya dibuat melalui input inverting. Seperti
tersirat pada namanya, pembaca tentu sudah menduga bahwa fase keluaran dari
penguat inverting ini akan selalu berbalikan dengan inputnya. Pada rangkaian ini,
umpanbalik negatif di bangun melalui resistor R2.
gambar 1 : penguat inverterInput non-inverting pada rangkaian ini dihubungkan ke ground, atau v+ =
0. Dengan mengingat dan menimbang aturan 1 (lihat aturan 1), maka akan
dipenuhi v- = v+ = 0. Karena nilainya = 0 namun tidak terhubung langsung ke
ground, input opamp v- pada rangkaian ini dinamakan virtual ground. Dengan
fakta ini, dapat dihitung tegangan jepit pada R1 adalah vin – v- = vin dan
tegangan jepit pada reistor R2 adalah vout – v- = vout. Kemudian dengan
menggunakan aturan 2, di ketahui bahwa :
iin + iout = i- = 0, karena menurut aturan 2, arus masukan op-amp adalah 0.
iin + iout = vin/R1 + vout/R2 = 0
Selanjutnya vout/R2 = - vin/R1 .... atau vout/vin = - R2/R1
Jika penguatan G didefenisikan sebagai perbandingan tegangan keluaran
terhadap tegangan masukan. Impedansi rangkaian inverting didefenisikan
sebagai impedansi input dari sinyal masukan terhadap ground. Karena input
inverting (-) pada rangkaian ini diketahui adalah 0 (virtual ground) maka
impendasi rangkaian ini tentu saja adalah Zin = R1.
Non-Inverting amplifier
Prinsip utama rangkaian penguat non-inverting adalah seperti yang
diperlihatkan pada gambar 2 berikut ini. Seperti namanya, penguat ini memiliki
masukan yang dibuat melalui input non-inverting. Dengan demikian tegangan
keluaran rangkaian ini akan satu fasa dengan tegangan inputnya. Untuk
menganalisa rangkaian penguat op-amp non inverting, caranya sama seperti
menganalisa rangkaian inverting.
gambar 2 : penguat non-inverter
Buffer
Rangkaian buffer adalah rangkaian yang inputnya sama dengan hasil
outputnya. Dalam hal ini seperti rangkaian common colektor yaitu berpenguatan
= 1.
Rangkaiannya seperti pada gambar berikut ini
Gambar Rangkaian Buffer
Nilai R yang terpasang gunanya untuk membatasi arus yang di keluarkan.
Besar nilainya tergantung dari indikasi dari komponennya, biasanya tidak
dipasang alias arus dimaksimalkan sesuai dengan kemampuan op-ampnya.
Subtractor/ Pengurang
Rangkaian pengurang ini berasal dari rangkaian inverting dengan
memanfaatkan masukan non-inverting, sehingga persamaannya menjadi sedikit
ada perubahan. Rangkaian ini bisa terdiri 2 macam yaitu :
a. Rangkaian dengan 1 op-amp
b. Rangkaian dengan 2 op-amp
c. Rangkaian dengan 3 op-amp
Rangkaian pengurang dengan 1 op-amp ini memanfaatkan kaki inverting
dan kaki oninverting. Supaya benar benar terjadi pengurangan maka nilai dibuat
seragam seperti gambar. Rumusnya adalah:
Gambar Rangkaian pengurang dengan 1 op-amp
3.3 Daftar Komponen dan Alat
1. IC op-amp
2. Resistor dan kapasitor
3. Potensiometer
4. Osiloskop
5. Multimeter
6. Disket / Flashdisk
7. Milimeterblock
8. Pulpen / pensil
9. Penggaris / mistar
3.4 Cara Kerja
1.4.1 Amplifier membalik
1. Buatlah rangkaian seperti gambar 3.11
2. Setting Rg=1K sehingga 1000 mark sesuai dengan 10V
Gambar 3.11 Rangkaian percobaan Inverting amplifier
3. Ukur tegangan dengan osiloskop/multimeter untuk posisi nol
4. Ukur tegangan output Uo sesuai dengan tegangan input Ui seperti pada
table 3.11
Tabel 3.1 Pengukuran tegangan input output(positif) untuk amplifier membalik
No Rf 100k 100k 100k 100k 100k 100k Setting
1 Vi 0,1 0,3 0,5 0,6 0,8 1 Volt
2 Vo volt
5. Sekarang hubungkan A1 dengan -15V dan ulangi langkah percobaan
sebelumnya dan catat hasilnya pada table 3.2.
Tabel 3.2 Pengukuran tegangan input output(negatif) untuk amplifier membalik
No Rf 100k 100k 100k 100k 100k 100k Setting
1 Vi 0,1 0,3 0,5 0,6 0,8 1 Volt
2 Vo volt
1.4.2 Amplifier tak membalik
1. Buatlah Rangkaian Seperti gambar 3.12
Gambar 3.12 Rangkaian percobaan NonInverting amplifier
2. Hubungkan Rg pada Vcc +15V dan setting Rg sehingga U1 berharga 10V
3. Naikkan teg input U1 dengan mengoperasikan Rt dan ukur Ua sebagai
fungsi Ui dan isikan hasil pengamatan pada table 3.12
Tabel 3.3 Pengukuran tegangan input output (positif )untuk amplifier tak membalik
No Rf 100k 100k 100k 100k 100k 100k Setting
1 Vi 0,1 0,3 0,5 0,6 0,8 1 Volt
2 Vo Volt
4. Hubungkan Rg pada Vcc -15V dan lakukan setting seperti sebelumnya
serta ulangi pengukuran sesuai dengan table 3.4
Tabel 3.4 Pengukuran tegangan input output (negatif )untuk amplifier tak membalik
No Rf 100k 100k 100k 100k 100k 100k Setting
1 Vi 0,1 0,3 0,5 0,6 0,8 1 Volt
2 Vo Volt
1.4.3 Pengikut tegangan (voltage follower)
1. Buatlah rangkaian seperti gambar 3.13
Gambar 3.13 Rangkaian percobaan untuk pengikut tegangan
2. Hubungkan Rg pada Vcc +15V dan setting Rg sehingga U1 berharga 10V
3. Naikkan teg input U1 dengan mengoperasikan Rt dan ukur Uo sebagai
fungsi Ui dan isikan hasil pengamatan pada table 3.5
Tabel 3.5 Pengukuran tegangan input output (positif )untuk pengikut tegangan
No Rf 100k 100k 100k 100k 100k 100k Setting
1 Vi 1 3 5 6 8 10 Volt
2 Vo Volt
4. Hubungkan Rg pada Vcc -15V dan lakukan setting seperti sebelumnya
serta ulangi pengukuran sesuai dengan table 3.6
Tabel 3.6 Pengukuran tegangan input output (negatif )untuk pengikut tegangan
No Rf 100k 100k 100k 100k 100k 100k Setiing
1 Vi 1 3 5 6 8 10 Volt
2 Vo Volt
1.4.4 Amplifier penjumlah
1. Buatlah rangkaian seperti gambar 3.14
Gambar 3.14 Rangkaian percobaan amplifier penjumlah
2. Hubungkan potensiometer 10 putaran ke +15V dan atur resistor variable
1K sehingga posisi 1000 berhubungan dengan 10V
3. Setting potensiometer 10 putaran ke nol. Ukur Uo
4. Input Ui’ dibiarkan open dan ukur Uo=f(Ui) dengan Ui=1V dan 2V
5. Hubungkan R3=10K ke ground dan ukur Uo=f(Ui) seperti langkah 4
6. Ganti R3 1K dengan 100 hubungkan ke ground da lakukan seperti
langkah 4
7. Set FG1 sehingga Ui=2V pada R1. Set juga FG2 sehingga Ui’=3V pada
R3. Ukur Uo=f(Ui + Ui’)
8. Set FG1 dan FG2 seperti pada langkah 7. tapi Fg2 dihubungkan ke -15V.
ukur Uo= f(Ui – Ui’)
1.4.5 Low pass filter
10 K
1. Buatlah rangkaian seperti gambar 3.15
Gambar 3.15 rangkaian percobaan LPF (LOW PASS FILTER)
2. Ukur Ua sebagai fungsi frekuensi f. set Ui pada 2 Vpp dan lakukan
pengukuran seperti table 3.7 catat hasil pengukuran pada table.
Table 3.7 Pengujian LPF dengan Frekuensi yang berbeda.
No F(Hertz) 20 200 1000 1500 2000 4000 20000
1 Ui (Vpp) 2 2 2 2 2 2 2
2 Uo (Vpp)
1.4.6 High pass filter
1. Buatlah rangkaian seperti gambar 3.16
Gambar 3.16 rangkaian percobaan HPF (HIGH PASS FILTER)
2. Ukur Ua sebagai fungsi frekuensi f. set Ui pada 2 Vpp dan lakukan
pengukuran seperti table 3.8 catat besarnya tegangan output Uo dari
HPF.
Table 3.8 Pengujian HPF dengan Frekuensi yang berbeda.
No F(Hertz) 20 200 1000 1500 2000 4000 20000
1 Ui (Vpp) 2 2 2 2 2 2 2
2 Uo (Vpp)
3.5 Lembar Kerja dan Data Hasil Percobaan
Tabel 3.9 Amplifier membalik dengan Vinput – output positif
No Rf 100k 100k 100k 100k 100k 100k Setting
1 Vi 0,1 0,3 0,5 0,6 0,8 1 Volt
2 Vo -1,07 -3,13 -5,16 -6,16 -8,12 -9,77 Volt
Tabel 3.10 Amplifier membalik dengan Vinput – output negatif
No Rf 100k 100k 100k 100k 100k 100k Setting
1 Vi 0,1 0,3 0,5 0,6 0,8 1 Volt
2 Vo 1,1 3,06 5,16 6,2 8,1 10,11 Volt
Tabel 3.11 Pengukuran tegangan input output (positif) untuk amplifier tak membalik
No Rf 100k 100k 100k 100k 100k 100k Setting
1 Vi 0,1 0,3 0,5 0,6 0,8 1 Volt
2 Vo -1,24 -3,47 -5,66 -6,71 -8,96 -11,13 Volt
Tabel 3. 12 Pengukuran tegangan input output (negatif) untuk amplifier tak membalik
No Rf 100k 100k 100k 100k 100k 100k Setting
1 Vi 0,1 0,3 0,5 0,6 0,8 1 Volt
2 Vo 1,18 3,45 5,63 6,76 8,98 9,81 Volt
Tabel 3.13 Pengukuran tegangan input output (positif) untuk pengikut tegangan
No Rf 100k 100k 100k 100k 100k 100k Setting
1 Vi 1 3 5 6 8 10 Volt
2 Vo -1 -3 -5 -6 -8 -10 Volt
Tabel 3.14 Pengukuran tegangan input output (negatif) untuk pengikut tegangan
No Rf 100k 100k 100k 100k 100k 100k Setting
1 Vi 1 3 5 6 8 10 Volt
2 Vo 1 3 5 6 8 9,75 Volt
Tabel 3.15 Amplifier Penjumlah
V1 V2 Vout
1 2 -3,03
3 4 -7,05
5 6 -9,73
7 7 -9,73
2 2 -4,04
Tabel 3.16 Pengujian LPF dengan Frekuensi yang berbeda
No F(Hertz) 20 200 1000 1500 4000 20000
1 Ui (Vpp) 2 2 2 2 2 2
2 Uo (Vpp) 864
mV
800
mV
500
mV
288
mV
21,6
mV
48 mV
Tabel 3.17 Pengujian HPF dengan Frekuensi yang berbeda
No F(Hertz) 20 200 1000 1500 4000 20000
1 Ui (Vpp) 2 2 2 2 2 2
2 Uo (Vpp) 1,44
V
1,48
V
1,52
V
1,52 V 1,52 V 1,54 V
3.6 Analisa Pembahasan Hasil Percobaan
3.6.1 Amplifier Membalik
Rangkaian penguatan konstan yang banyak digunakan adalah inverting
amplifier,
seperti gambar berikut :
Gambar 3.18 Amplifier Membalik
Output diperoleh dengan mengalikan input dengan suatu konstanta penguatan
yang nilainya ditentukan oleh resistor input R1 dan resistor umpan balik Rf.
Output ini terbalik (inverted) dari input (beda phase 180o).Sehingga secara teori
didapatkan rumus sebagai berikut :
Sehingga untuk percobaan yang pertama didapatkan
Vo = - ( 100K : 10K ) x 0,1 = -1
Untuk percobaan kedua didapatkan :
Vo = - ( 100K : 10K) x 0,3 = -3
Untuk percobaan ketiga didapatkan :
Vo = - (100K:10K) x 0,5 = -5
Dengan cara yang sama didapatkan data sebagai berikut :
Tabel 3.18
No Rf 100k 100k 100k 100k 100k 100k
1 Vi 0,1 0,3 0,5 0,6 0.8 1
2 Vo -1 -3 -5 -6 -8 -10
Untuk tegangan input yang membalik menggunakan rumus yang sama pula,
sehingga didapatkan table sebagai berikut :
Tabel 3.19
No Rf 100k 100k 100k 100k 100k 100k
1 Vi -0,1 -0.3 -0,5 -0,6 -0,8 -1
2 Vo 1 3 4 6 8 10
Persentase kesalahan dapat dicari berdasarkan rumus berikut :
% kesalahan relatif = x 100 %
Sehingga perbandingan antara hasil yang diperoleh dari perhitungan, hasil yang
diperoleh dari praktek dan persentase kesalahan dapat dilihat pada tabel berikut
ini :
Tabel 3.20
Input Output Persentase kesalahan (%)
Input
positif
Input
negatif
teori praktek Input (+)
output (-)
Input (-)
Output (+)Output
negatif
Output
positif
Output
negatif
Output
positif
0,1 -0,1 -1 1 1,1 -1,07 10 -207
0.3 -0.3 -3 3 3,06 -3,13 -202 -204
0.5 -0.5 -5 5 5,16 -5,16 -203 -203
0.6 -0.6 -6 6 6,2 -6,16 -203 -202
0.8 -0.8 -8 8 8,1 -8,12 -201 -201
1 -1 -10 10 10,11 -9,77 -201 -197
Dari table di atas dapat ditarik kesimpulan bahwa percobaan yang dilakukan
berhasil karena persentase kesalahan yang didapatakan tidak cukup besar.
Dari table di atas didapatkan grafik perbandingan antara V input positif dan V
input negative output positif baik secara teori maupun praktik
Gambar 3.19 Grafik perbandingan hasil antara V input positif dan V output
negative secara teori dan praktik
Gambar 3.20 Grafik perbandingan hasil antara V input negative dan V output
positif secara teori dan praktik
Gambar 3.21 Grafik perbandingan hasil antara V input negative dan V output
apabila berada pada saat saturasi
3.6.2 Amplifier tak membalik
Gambar 3.22
Hubungan antara tegangan input dan output adalah :
Sehingga untuk percobaan yang pertama didapatkan
Vo = (0,1 x (100 + 10)) : 10 = 1,1
Untuk percobaan kedua didapatkan :
Vo = (0.3 x (100 + 10)) : 10 = 3.3
Untuk percobaan ketiga didapatkan :
Vo = (0.5 x (100 + 10)) : 10 = 5.5
Dengan cara yang sama didapatkan data sebagai berikut :
Untuk pengukuran tegangan input output (positif) untuk amplifier tak membalik
Tabel 3.21
Vi 0,1 0.3 0.5 0.6 0.8 1
Vo 1,1 3.3 5.5 6.6 8.8 11
Untuk pengukuran tegangan input output (negatif) untuk amplifier tak membalik
Tabel 3.22
Vi -0,1 -0.3 -0.5 -0.6 -0.8 -1
Vo -1,1 -3.3 -5.5 -6.6 -8.8 -11
Persentase kesalahan dapat dicari berdasarkan rumus berikut :
% kesalahan relatif = x 100 %
Sehingga perbandingan antara hasil yang diperoleh dari perhitungan, hasil yang
diperoleh dari praktek dan persentase kesalahan dapat dilihat pada tabel berikut
ini :
Tabel 3.23
Input Output Persentase kesalahan
(%)
Input
positif
Input
negatif
teori Praktek Input (+)
output (+)
Input (-)
Output (-)Output
negatif
Output
positif
Output
negatif
Output
positif
0.1 -0.1 -1.1 1.1 1,18 -1,24 -207 -212
0.3 -0.3 -3.3 3.3 3,45 -3,47 -204 -205
0.5 -0.5 -5.5 5.5 5,63 -5,66 -202 -202
0.6 -0.6 -6.6 6.6 6,76 -6,71 -202 -201
0.8 -0.8 -8.8 8.8 8,98 -8,96 -202 -201
1 -1 -11 11 9,81 -11,13 -189 -201
Dari table di atas dapat ditarik kesimpulan bahwa percobaan amplifier tak
membalik yang dilakukan berhasil karena persentase kesalahan yang di
dapatkan tidak cukup besar.
Gambar 3.23 Grafik perbandingan antara V output dan V input (positif) dengan
hasil perhitungan dan dengan praktik
Gambar 3.24 Grafik perbandingan antara V output dan V input (negatif) dengan
hasil perhitungan dan dengan praktik
3.6.3 Pengikut Tegangan (voltage follower)
Pada dasarnya voltage follower menghasilkan gain = 1 tanpa pembalikan phase.
Sehingga didapatkan rumus bahwa :
Vo = V1
Ini berarti bahwa output mempunyai magnitud dan phase yang sama dengan
input.
Sehingga secara teori untuk input dan output positif didapatkan data sebagai
berikut :
Tabel 3.24
Vi 1 3 5 6 8 10
Vo -1 -3 -5 -6 -8 -10
Untuk input dan output negatif didapatkan data sebagai berikut :
Tabel 3.25
Vi 1 3 5 6 8 10
Vo 1 3 5 6 8 9,75
Persentase kesalahan dapat dicari berdasarkan rumus berikut :
% kesalahan relatif = x 100 %
Sehingga didapatkan data persentase kesalahan sebagai berikut :
Tabel 3.26
Input Output Persentase kesalahan
(%)
Input Positif
Input Negatif
Output
Positif
Output
Negatif
Input (+)
dan output
(+)
Input (-)
dan Output
(-)
1 1 -1 1 0 0
3 3 -3 3 0 0
5 5 -5 5 0 0
6 6 -6 6 0 0
8 8 -8 8 0 0
10 10 -10 -9.75 0 3.5
Karena hasil tegangan output yang dihasilkan secara teori sama dengan praktek
sehingga dapat disimpulkan bahwa persentase kesalahannya sebesar 0 % maka
percobaan ini berhasil.
Gambar 3.25 Grafik Voltage Follower dengan Input dan Output Positif
Gambar 3.26 Grafik Voltage Follower dengan Input dan Output Negatif
3.6.4 Amplifier Penjumlah
Gambar 3.27
Rangkaian menunjukkan penguatan dengan tiga input yang menghasilkan suatu
fungsi penjumlahan. Masing-masing input dikuatkan dengan suatu konstanta
penguatan sebelum dijumlahkan.
Tegangan output yang dihasilkan adalah :
Sehingga untuk percobaan pertama didapatkan :
Vo = (- (20 K : 10 K x 1 ) + (20 K : 10 K x 2 ) ) = -6
Untuk percobaan kedua didapatkan :
Vo = (- (20 K : 10 K x 3 ) + (20 K : 10 K x 4 ) ) = -14
Untuk percobaan ketiga didapatkan :
Vo = (- (20 K : 10 K x 5 ) + (20 K : 10 K x 6 ) ) = -22
Dengan cara yang sama didapatkan data sebagai berikut :
Tabel 3.27
Vi 1 3 5 7 2
V2 2 4 6 7 2
Vo -6 -14 -22 -28 -8
Persentase kesalahan dapat dicari berdasarkan rumus berikut :
% kesalahan relatif = x 100 %
Dengan rumus tersebut didapatkan data sebagai berikut :
Tabel 3.26
Teori Praktek Persentase kesalahan
(%)
-6 -3,03 -49.5
-14 -7,05 -49.6
-22 -9,73 -55.7
-28 -9,73 -65.2
-8 -4,04 -49.5
Dari data di atas dapat disimpulkan bahwa percobaan masih kurang berhasil
karena berdasarkan hasil perhiitungan persentase kesalahan didapatkan nilai
yang cukup besar. Nilai tersebut disebabkan beberapa factor misalnya kurang
telitinya praktikan atau kurang presisinya alat
Gambar 3.28 Grafik Amplifier Penjumlah
3.6.5 Low Pass Filter
Rumus yang digunakan dalam perhitungan low pass filter dan high pass filter
adalah :
F =
Sehingga berdasarkan rumus tersebut didapatkan data sebagai berikut :
F = 1 / ( 2 x 3.14 x 0,1 x 10 -7 x 104 ) = 15 .92 KHz
Karakteristik dari sinyal pada osiloskop dapat dilihat sebagai berikut :
Dimana f input = 2,000 Hz dan f output = 20,02
Dimana f input = 2000 Hz dan f output = 201,5
Dimana f input = 2000 KHz dan f output = 1005KHz
Dimana f input = 2000 KHz dan f output = 1503 KHz
Dimana f input = 2000 KHz dan f output = 3997 KHz
Dimana f input = 2000 KHz dan f output = 1503KHz
Persentase kesalahan dapat dicari berdasarkan rumus berikut :
% kesalahan relatif = x 100 %
Berdasarkan rumus tersebut maka didapatkan table sebagai berikut :
Tabel 3.27
F
Perhitungan
(KHz)
F input F Output Persentase
kesalahan
(%)
Perbandingan
F Output dengan
F Perhitungan
15 , 92 20 20,02 Hz Diatas 100% 1:1,04
15 , 92 2000 201,5 Hz Diatas 100% 1:12,6
15 , 92 1000 1005KHz Diatas 100 % 1:64,3
15 , 92 1500 1503 KHz Diatas 100 % 1:110,42
15 , 92 4000 3997 KHz Diatas 100 % 1:252,51
15 , 92 20000 1503 KHz Diatas 100 % 1:1,26
Dari data di atas dapat disimpulkan bahwa percobaan masih kurang berhasil
karena berdasarkan hasil perhiitungan persentase kesalahan didapatkan nilai
yang cukup besar. Nilai tersebut disebabkan beberapa factor misalnya kurang
telitinya praktikan atau kurang presisinya alat ukur ataupun keadaan praktikum
yang kurang kondusif
Gambar 3.29 Grafik hubungan antara f input dan f perhitungan dengan metode
Low Pass Filter
Gambar 3.20 Grafik hubungan antara f input dan f output dengan metode Low
Pass Filter
3.6.6 High Pass Filter
Sama halnya dengan Low Pass Filter maka rumus yang digunakan dalam
penghitungan untuk High Pass Filter adalah
F =
Sehingga berdasarkan rumus tersebut didapatkan data sebagai berikut :
F = 1 / ( 2 x 3.14 x 0,1 x 10 -7 x 104 ) = 15 .92 KHz
Karakteristik dari sinyal pada osiloskop dapat dilihat sebagai berikut :
Dimana f input = 20,40 KHz dan f output = 20,50 KHz
Dimana f input = 24,40 KHz dan f output = 124,8 KHz
Dimana f input = 864,0 KHz dan f output = 20,07 KHz
Dimana f input = 48,00 KHz dan f output = 429,5 KHz
Dimana f input = 878,0KHz dan f output = 201,5 KHz
Dimana f input = 520,0 KHz dan f output = 1,006KHz
Dimana f input = 276,0 Hz dan f output = 1,503 Hz
Dimana f input = 20.96 Hz dan f output = 20,98 H
Persentase kesalahan dapat dicari berdasarkan rumus berikut :
% kesalahan relatif = x 100 %
Berdasarkan rumus tersebut maka didapatkan table sebagai berikut :
Tabel 3.28
F
Perhitungan
F input F Output Persentase
kesalahan (%)
Perbandingan
F Output dengan F Input
15 , 92 20,4 20,50 KHz 20,99 1 : 1,049
15 , 92 24,4 124,8 KHz 99,60 1 : 1
15 , 92 864,0 20,07 KHz 99,54 1 : 1025
15 , 92 48,00 429,5 KHz 98,95 1 : 1172
15 , 92 878,0 201,5 Hz Diatas 100% 1 : 1005
15 , 92 520,0 1,006 Hz Diatas 100% 1 : 1,009
Dari data di atas dapat disimpulkan bahwa percobaan masih kurang berhasil
karena berdasarkan hasil perhiitungan persentase kesalahan didapatkan nilai
yang cukup besar. Nilai tersebut disebabkan beberapa factor misalnya kurang
telitinya praktikan atau kurang presisinya alat ataupun keadaan praktikum yang
kurang kondusif
Gambar 3.31 Grafik hubungan antara f input dan f perhitungan dengan metode
Low Pass Filter
Gambar 3.32 Grafik hubungan antara f input dan f output dengan metode Low
Pass Filter
3.7 Pertanyaan dan Tugas
1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan OP-AMP?
2. Sebutkan fungsi dan karakteristik dari sebuah OP-AMP!
3. Buatlah symbol skematis dari sebuah OP-AMP dan sebutkan masing –
masing bagiannya!
4. Jelaskan fungsi dari masing – masing kaki OP-AMP (pada OP – AMP
741)menurut datasheet yang anda peroleh!
5. Tentukan besarnya gain bagi amplifier membalik dan tak membalik!
6. Bagaimana prinsif kerja dari pengikut tegangan (voltage follower)!
7. Bagaimana sifat-sifat op-am ideal dan hubungannya dengan op-amp
nyata!
8. Bagaimana hubungan tegangan input dan output dari amplifier
penjumlah/adder!
9. Apa yang dimaksud dengan frekuensi cut-off atau putus dan berapa
besarnya gain pada kondisi ini?
10. Berapa frekuensi cut-off dari filter-filter pada percobaan yang anda
lakukan dan bandingkan hasil ini dengan perhitungan/teorinya!
Jawaban Pertanyaan
1. Penguat operasional (op-amp) adalah suatu blok penguat yang
mempunyai dua masukan dan satu keluaran. Op-amp biasa terdapat di
pasaran berupa rangkaian terpadu (integrated circuit-IC).
Gambar 3.33 Rangkaian dasar penguat operasional
Gambar 3.33 menunjukkan sebuah blok op-amp yang mempunyai
berbagai tipe
dalam bentuk IC. Seperti terlihat pada gambar 3.7.1, op-amp memiliki
masukan tak membalik v+ (non-inverting), masukan membalik v-
(inverting) dan keluaran vo. Jika isyarat masukan dihubungkan dengan
masukan membalik (v-), maka pada daerah frekuensi tengah isyarat
keluaran akan “berlawanan fase” (berlawanan tanda dengan isyarat
masukan). Sebaliknya jika isyarat masukan dihubungkan dengan
masukan tak membalik (v+), maka isyarat keluaran akan “sefase”.
Sebuah opamp biasanya memerlukan catu daya ± 15 V. Dalam
menggambarkan rangkaian hubungan catu daya ini biasanya dihilangkan.
2. Fungsi dari op-amp antara lain :
Karakteristik terpenting dari sebuah op-amp yang ideal adalah:
Penguatan loop terbuka amat tinggi
Impedansi masukan yang sangat tinggi sehingga arus masukan dapat
diabaikan
Impedansi keluaran sangat rendah sehingga keluaran penguat tidak
terpengaruh oleh pembeban.
3.
Gambar 3.34 simbol penguat operasional
Keterangan gambar :
1. Inverting Input
2. Non-Inverting Input
3. Output.
4. Fungsi dari masing-masing kaki Op-Amp pada Op-Amp 741 adalah :
1
2
3
Gambar Rangkaian penguat operasional 741
Pin 1(3) + Pin 5(9) untuk penyetelan 0 volt.
Pin 2 (4) untuk inverting input.
Pin 3 (5) untuk noninverting input.
Pin 4 (6) untuk ground atau tegangan negatif.
Pin 6 (10) terminal keluaran (output).
Pin 7 (11) untuk tegangan positif
5. a.Amplifier membalik :
Gambar 3.35 amplifier membalik
;
Sehingga :
b. Amplifier tak membalik :
Gambar 3.36 amplifier tak membalik
;
Sehingga :
6. Rangkaian buffer/voltage follower adalah
rangkaian yang inputnya sama dengan hasil outputnya. Dalam hal ini
seperti rangkaian common colektor yaitu berpenguatan = 1.
Rangkaiannya seperti pada gambar berikut ini
Gambar 1.7.6 Rangkaian Buffer/Voltage Follower
Nilai R yang terpasang berguna untuk membatasi arus yang di
keluarkan. Besar nilainya tergantung dari indikasi dari komponennya,
biasanya tidak dipasang karena arus dimaksimalkan sesuai dengan
kemampuan op-ampnya.
7. Sifat op-amp ideal dan hubungannya dengan op amp nyata adalah :
Sifat op-amp ideal yaitu :
a. Faktor penguat open loop gain tak terhingga
b. Bila inputnya sama dengan 0 maka outputnya juga 0
c. Impedansi input tak terhingga dan impedansi outputnya sangat
rendah (0).
d. Lebar bandwidth tidak terhingga artinya penguatan dari DC
sampai frekuensi tak terhingga tetap sama.
e. Rise time = 0
f. Tidak peka terhadap perubahan tegangan sumber atau perubahan
temperatur.
Hubungannya dengan kenyataan adalah :
Faktor penguatan open loop gain walaupun cukup besar tetapi
terbatas kira-kira 100.000 kali.
Bila harga pada inputnya nol, outputnya belum tentu tepat nol.
Impedansi inputnya cukup tinggi namun terbatas hanya beberapa
ratus kilo ohm (KΩ), sedangkan impedansi outputnya berkisar hanya
beberapa ratus sampai puluh ohm (Ω) saja.
Rise timenya tidak nol.
Kalau perubahan tegangan sumber atau temperatur cukup besar,
kerjanya akan terpengaruh.
8. Hubungan tegangan input dan output pada amplifier penjumlah adalah
Output akan menghasilkan penjumlahan dari beberapa input yang
dimasukkan. Dengan faktor penguat diperoleh dari perbandingan Rf
dengan masing-masing Rinput pada input. Output yang dihasilkan juga
akan berbalik phasa dengan input yang diberikan.
9. Yang dimaksud dengan frekuensi cut-off adalah dapat dilihat pada rumus
= cut-off frekuensi tinggi dari filter
3.8 Kesimpulan
1) Operational Amplifier (Op Amp) adalah penguat beda (differential
amplifier) dengan impedansi input tinggi dan output impedansi rendah.
2) Op amp banyak digunakan untuk pengubah tegangan (amplitudo dan
polaritas), osilator, filter dan rangkaian instrumentasi.
3) Dari percobaan yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan sebagai
berikut :
a) Amplifier Membalik termasuk percobaan yang berhasil karena
didapatkan persentase kesalahan yang relatif kecil
b) Amplifier tak membalik termasuk percobaan yang berhasil karena
didapatkan persentase kesalahan yang relatif kecil
c) Pengikut Tegangan atau Voltage Follower termasuk percobaan
yang berhasil karena didapatkan persentase kesalahan yang
relatif kecil
d) Amplifier Penjumlah termasuk percobaan yang kurang berhasil
karena didapatkan persentase kesalahan yang relatif besar
e) Low Pass Filter termasuk percobaan yang kurang berhasil karena
didapatkan persentase kesalahan yang relatif besar
f) High Pass Filter termasuk percobaan yang kurang berhasil karena
didapatkan persentase kesalahan yang relatif besar
4) Persentase kesalahan yang besar dapat disebabkan oleh beberapa faktor
misalnya ketelitian praktikan, kondisi alat ukur maupun alat percobaan
maupun kesalahan kesalahan paralax yang tidak disengaja
3.9 Daftar Referensi Buku
Malvino, A.P. 1987. Prinsip-Prinsip Elektronika. Erlangga: _ _ _.
Millmann, Jacob. 1986. Mikroelektronika, Sistem Digital dan
Rangkaian Analog. Erlangga:_ _ _.
http://www.geocities.com/rakapiran1/eldig.pdf
http://elka.brawijaya.ac.id/praktikum/de/de.php?page=5