Pengukuran Karakteristik Op-amp CFA€¦ · Karakteristik rangkaian dasar Op-amp CFA (penguat...

36

BAB IV

PENGUJIAN DAN ANALISIS

Pada bab IV ini Berisi hasil dan analisa masing-masing pengujian pedoman.

4.1. Pengukuran Karakteristik Op-amp CFA

pada topik ini dibagi menjadi 4 sub topik yaitu:

Pengukuran hambatan masukan kaki inverting dan non-inverting opamp (Rin)

pengukuran nilai transimpedansi

Pengukuran Tegangan Keluaran Maksimum (Vomax)

Pengukuran Slew rate op-amp Current feedback (SR)

4.1.1. Pengukuran Hambatan Masukan Kaki Inverting dan Non-inverting Opamp (Rin)

(a) (b)

Gambar 4.1. (a) untai untuk mencari hambatan masukan pada kaki non inverting

Gambar 4.1. (b) untai untuk mencari hambatan masukan pada kaki inverting

Pengukuran tegangan pada titik a pada gambar 4.1.a, dimana tegangan pada titik a

digunakan untuk mencari hambatan dalam pada kaki non-inverting adalah sebagai

berikut.

Tabel 4.1. Respon Frekuensi Rin pada kaki non inverting

Frek

(Hz)

100 500 1K 5K 10K 15K 20K 50K 100K

VA

(Vpp)

1,75 1,75 1,75 1,75 1,75 1,75 1,6 1,4 0,9

37

Dari tabel diatas diambil ketika outputnya 1,75Vpp untuk dicari nilai Rin-nya dengan

menggunakan persamaan berikut:

��||� ��

100�� + ��||� ��× 2 = 1,75 (4.1)

Sehingga diadapatkan ��||� �� = 700kΩ, kemudian dengan menggunakan

rumus parallel dan R osciloscope = 1MΩ

�� × 1��

�� + 1��= 700�Ω (4.2)

Didapatkan nilai Rin = 2,33MΩ. Nilai Rin pada datasheet disebutkan nilainya adalah

minimum 1,5MΩ dan typical 14MΩ. Sehingga dengan nilai hambatan masukan yang

diperoleh pada percobaan, dapat disimpulkan bahwa percobaan berhasil. Dari tabel juga

disimpulkan bahwa nilai Rin berpengaruh pada perubahan frekuensi masukan dimana

semakin besar frekuensi masukan nilai Rin akan menurun.

Selanjutnya dilakukan pengukuran pada titik b sesuai dengan gambar 4.1.b dan

didapatkan tegangan sebesar 1,5vpp, dengan nilai tegangan tersebut dan anggapan nilai

output buffer sama dengan input maka nilai Rin dapat di hitung dengan menggunakan

persamaan.

60�||1��

R�� + (60Ω||1MΩ)× 2 = 1,5 (4.3)

59,996

R�� + 59,996× 2 = 1,5 (4.4)

sehingga didapatkan nilai Rin sebesar 20Ω dimana nilai ini adalah nilai dari Zb

Dengan nilai Rin input inverting dan non inverting yang didapatkan dapat disimpulkan

bahwa hasilnya sesuai dengan teori dimana hambatan dalam kaki non inverting nilainya

38

sangat besar, hambatan dalam kaki non-inverting ini merupakan hambatan dalam dari

buffer pada op-amp current feedback, sehingga nilainya besar sedangkan hambatan

dalam kaki inverting nilainya kecil dimana nilai hambatan ini adalah nilai Zb dengan

asumsi tegangan keluaran buffer input op-amp current feedback sama persis dengan

nilai tegangan input. [4]

4.1.2. Pengukuran Nilai Transimpedansi

Gambar 4.2. Untai penguat tak membalik untuk mencari nilai transimpedansi

Berikut hasil praktikum yang diperoleh dengan mengubah2 nilai R1 dan R2, dengan

mengasumsikan nilai penguatan yang diinginkan sebesar 2 kali:

Tabel 4.2. tegangan keluaran berdasarkan perngubahan R1dan R2 dalam mencari nilai Transimpedansi

R1 dan R2 (Ω) 1k 10K 100K 200K

Vo (Vpp) 2 2 1,8 1,6

Dilihat dari tabel diatas, nilai transimpedansi akan berpengaruh ketika nilai R1

± 100kΩ, sehingga nilai penguatannya berkurang. Nilai transimpedansi ketika

R1,R2=100KΩ adalah sebagai berikut.

��

��=

�1 +�1�2�

1 +�1�

(4.5)

39

1,8 =�1 +

100��100��

�

1 +100��

�

Sehingga nilai Z didapatkan sebesar 900KΩ, dengan cara yang sama dicari nilai

transimpedansi pada saat R1,R2= 200KΩ dan didapatkan nilai Z sebesar 800KΩ

sehingga disimpulkan pada input frekuensi yang sama nilai transimpedansinya sama,

ada perbedaan pada percobaan dikarenakan kekurang telitian pada saat pembacaan

oscilloscope, ketelitian pada pembacaan oscilloscope sangat penting karena sangat

berpengaruh pada perhitungan nilai transimpedansi.

Untuk membuktikan ketergantungan nilai transimpedansi terhadap perubahan

Frekuensi dilakukan percobaan menggunakan rangkaian penguat non-inverting dengan

mengubah-ubah nilai frekuensi masukan, dan hasil percobaannya adalah sebagai berikut:

Tabel 4.3. transimpedansi saat R1 dan R2 =1kΩ

Frek

(Hz)

1k 10k 100K 500k 1M 5M 10M 15M 20M 30M 40M

AV 2 2 2 2 2 2 2 2,4 2,7 3,5 4

Z(Ω) ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞

Frek

(Hz)

50M 60M 70M 80M

AV 3 2,5 1,5 0,8

Z(Ω) ∞ ∞ 3k 666,7

40


Frek

(Hz)

1k 10k 100K 500k 1M 5M 10M 15M 20M 30M 40M

AV 2 2 2 2 2 2 2,3 2 2 1,6 1,4

Z(Ω) ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 40k 23,3k

Frek (Hz) 50M 60M

AV 1 0,8

Z(Ω) 10k 6,7k


Frek

(Hz)

1k 10k 100K 500k 1M 5M 10M 15M 20M 30M 40M

AV 1,76 1,76 1,76 1,8 1,8 1,6 1,5 1,4 1,4 1,2 1

Z(Ω) 733,3k 733,3k 733,3k 900k 900k 400k 300k 233,3k 233,3k 150k 100k

Frek

(Hz)

50M 60M

AV 0,7 0,5

Z(Ω) 56k 33,3k


Frek

(Hz)

1k 10k 100K 500k 1M 5M 10M 15M 20M 30M 40M

AV 1,6 1,6 1,6 1,72 1,8 1,36 1,25 1,3 1,3 1 0,8

Z(Ω) 800k 800k 800k 1,23M 1,8M 425K 333,3k 300k 300k 200k 133,3k

Frek

(Hz)

50M 60M

AV 0,6 0,3

Z(Ω) 85,7k 35,3k

41

Berikut grafik Transimpedansi (Z) terhadap perubahan Frekuensi

Gambar 4.3. Grafik frekuensi terhadap transimpedansi

Dilihat dari grafik dan tabel hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa nilai

transimpedansi akan semakin kecil jika frekuensi masukan diperbesar. Nilai

transimpedansi yang semakin kecil menyebabkan nilai penguatan akan menurun dari

nilai penguatan yang di harapkan, karena nilai transimpedansi yang semakin mendekati

nilai hambatan umpan balik.

Hal ini sesuai dengan teori dimana transimpedansi dari CFA merupakan komponen

kapasitor dan resistor yang diparallelkan dengan persamaan sebagai berikut:

|�| =1

��1��

�

+ (2��)�

(4.6)

dimana dari persamaan diatas dapat disimpulkan bahwa semakin besar nilai frekuensi

masukan nilai transimpedansi (Z) semakin kecil.

Adanya peningkatan nilai penguatan pada beberapa nilai frekuensi masukan

disebabkan karena ketidakseimbangan op-amp.

-500000

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

0.1 1 10 100 1000 10000 100000

Tran

sim

pe

dan

si (

oh

m)

frekuensi (KHz)

transimpedansi Vs frekuensi

R1,R2=1k

R1,R2=10k

R1,R2=100k

R1,R2=200k

42

4.1.3. Pengukuran tegangan keluaran maksimum

Gambar 4.4. Untai penguat membalik untuk mencari Vomax

Pada gambar 4.4 merupakan penguat membalik dengan persamaan penguatan sesuai

dengan persamaan 2.15.

Dimana nilai Z adalah nilai transimpedansi dan dapat diabaikan karena nilainya

terlalu besar, nilai ini akan berpengaruh jika nilai R1 yang digunakan juga besar

nilainya. Sehingga pada rangkaian gambar 2 nilai penguatannya adalah -10 kali. Vo akan

terjadi clipping ketika nilainya lebih besar dari 24 vpp karena nilai Vcc-nya 12 Volt dan

nilai Veenya -12volt.

Hal ini sesuai dengan hasil praktikum yaitu ketika diberi inputan 2,8Vpp output

seharusnya bernilai -28Vpp namun terpotong pada -24vpp. Berikut gambar sinyal

keluaran.

Gambar 4.5. Sinyal Vomax pada penguat inverting (volt/div=5volt)

43

Gambar 4.6. Untai penguat non-inverting untuk mencari Vomax

Sedangkan pada gambar 4.6. Merupakan penguat non inverting dengan persamaan

penguatan, dengan nilai penguatan sesuai dengan persamaan 2.9.

Selama nilai R1 tidak terlalu besar maka nilai penguatannya sama dengan voltage

feedback op-amp. Yaitu sebesar 11 kali, namun jika tegangan output lebih besar dari

24Vpp maka akan terpotong pada +12 dan -12 sehingga ketika diberi inputan 2,4Vpp

seharusnya keluarannya sebesar 26,4vpp, namun terpotong di 24Vpp berikut gambar

sinyal keluarannya.

Gambar 4.7. Sinyal Vo max pada penguat non- inverting (volt/div=5volt)

44

4.1.4. Pengukuran slew rate

Gambar 4.8. untai untuk mencari nilai slew rate

Pada percobaan mengenai nilai slew rate op-amp dibutuhkan function generator yang

mampu membuat signal kotak sempurna, pada percobaan ini function generator yang

digunakan kurang baik dimana output function generator itu sendiri memiliki nilai slew

rate sebesar 160V/us, sehingga nilai slew rate op-amp tidak dapat diamati, karena op-

amp masih mampu mengikuti. Jika pada datasheet disebutkan nilai slew rate sebesar

1100V/us, maka dibutuhkan function generator dengan slew rate ±2000V/us. Berikut

hasil percobaan.

Gambar 4.9. Slew rate CFA Gambar 4.10. Slew rate dalam 1 sumbu

45

4.2. Karakteristik rangkaian dasar Op-amp CFA (penguat membalik, penguat tak

membalik dan penguat penjumlah)

4.2.1. Penguat tak membalik (non-inverting amplifier)

Gambar 4.11. rangkaian penguat non-inverting

Dengan menggunakan R2=2KΩ dan R1=1KΩ didapatkan Vo=3Vpp, berikut gambar

sinyal Vo dan Vin dalam 1 sumbu

Gambar 4.12 Output non inverting ketika R2=2kΩ, R1=1kΩ (volt/div=0,5volt)

Tabel 4.7. Respon frekuensi penguat non-inverting saat R2=2kΩ, R1=1kΩ

Frek

(Hz)

1k 10k 100k 500k 1M 5M 10M 20M 30M 40M 50M 60M

Av 3 3 3 3 3 3,1 3,3 3,3 3,2 3 2,9 2,5

Av(dB) 9.54 9.54 9.54 9.54 9.54 9.82 10.37 10.37 10.1 9.54 9.24 7.95

46

Dengan menggunakan R2=20KΩ dan R1=10KΩ didapatkan Vo=3Vpp, berikut gambar

sinyal Vo dan Vin dalam 1 sumbu

Gambar 4.13. Output non-inverting ketika R2=20KΩ , R1=10kΩ (volt/div=0,5volt)


Frek (Hz) 1k 10k 100k 500k 1M 5M 10M 20M 30M

Av 3 3 3 3 3 3,3 2 1,6 1,4

Av(dB) 9.54 9.54 9.54 9.54 9.54 10.37 6.02 4.08 2,92

Dengan menggunakan R2=200KΩ dan R1=100KΩ didapatkan Vo=2,5Vpp, berikut

gambar sinyal Vo dan Vin dalam 1 sumbu

Gambar 4.14. Output non inverting ketika R2=200kΩ ,R1=100kΩ (volt/div=0,5volt)

47


Dengan menggunakan R2=1MΩ dan R1=500KΩ didapatkan Vo=1,5Vpp, berikut

gambar sinyal Vo dan Vin dalam 1 sumbu.

Gambar 4.15. Output non inverting ketika R2=1MΩ , R1=500kΩ (volt/div=0,5volt)

Tabel 4.10. Respon frekuensi penguat non-inverting saat R2=1MΩ, R1=500kΩ

Frek (Hz) 1k 10k 100k 500k 1M 5M 10M 20M

Av 1,5 1,5 1,5 1,6 1,4 1,1 0,8 0,3

Av(dB) 3.52 3.52 3.52 4.08 2.92 0.83 -1,93 -10,45

dilihat dari hasil praktikum dimana nilai resistansi dibuat agar op-amp memiliki

penguatan sebesar 3 kali namun nilai penguatannya akan turun jika nilai hambatan pada

feedback negatif diperbesar, terbukti ketika nilai R2=200kΩ dan R1=100KΩ Vo menjadi

2,5Vpp. Hal ini terjadi karena adanya transimpedansi (Z) sehingga penggunaan nilai R2

harus diperhatikan. Sesuai dengan penurunan rumus dibawah ini.

Dengan menggabungan persaman (2.5), (2.6), (2.7) untuk mencari nilai ��

��

sehingga penurunan rumusnya adalah:

� = ��

�� − �

�� − ��

��

Frek (Hz) 1k 10k 100k 500k 1M 5M 10M 20M 30M

Av 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2 1,8 1 0,5

Av(dB) 7.95 7.95 7.95 7.95 7.95 6.02 5.1 0 -6.02

48

��

�= �

�� − ��

�� − �

��

��− �

��

��−

��

��

��

�=

��

��−

��

��−

��

��+

��

��−

��

��

−��

��−

��

��= −

��

�−

��

��−

��

��−

��

��

− �� 1

��−

1

�� = − ��

��

��+

��

��+

1

�+

1

��

− �� 1

��||�� = − ��

��

��

1

��||�� +

1

�+

1

��

− �� 1

��||�� = − ��

1

��

��

��||��+ 1� +

1

��

��

��=

1

1� �

��

��||��+ 1� +

1��

×1

��||��

��

��=

1

��||��

� ��

��||��+ 1� +

��||��

��

��

��=

�

��||��

��||��+ 1�

+��

��||��

��

��=

1

��||��

�

��

��||��+ 1

+ ��

��

��=

1

��||��

⎝

⎜⎛ �

��

��||��+ 1

�1 +��

��

��||��+ 1�

��

⎠

⎟⎞

49

��

��=

1

��||��

⎝

⎜⎜⎛

��

��||��+ 1

1 +�

��

��||��+ 1�

⎠

⎟⎟⎞

��

��=

�

��

��||��+ 1�

+�

��

��||��+ 1�

1 +�

��

��||��+ 1�

��

��=

�

��

��||��+ 1�

�1 +�

��

��||��+ 1�

×��

��

��||��+ 1�

��

1 +�

��

��||��+ 1�

��

��=

� �1 +��

�

��

��||��+ 1�

1 +�

��

��||��+ 1�

(2.8)

Karena nilai impedansi output pada buffer input (��) mendekati nol maka rumus

diatas dapat disederhanakan lagi menjadi.

��

��=

� �1 +��

��

��

1 +��

=�1 +

��

��

1 +��

�

(2.9)

Karena nilai transimpedansi yang sangat besar (Z) maka ��

� pada perhitungan dapat

dihilangkan sehingga rumus akhirnya adalah.

��

��= 1 +

��

�� (2.10)

50

- Perkiraan nilai transimpedansi

Ketika nilai R2 diperbesar menjadi 200kΩ, nilai penguatanya berkurang, dimana

hal in disebabkan oleh pengaruh transimpedansi Z, hal ini sesuai dengan persamaan

(2.9) Sehingga setelah diketahui nilai Vout , dapat dicari nilai transimpedansinya yaitu

sebagai berikut.

2,5��

1��=

�1 +200��100��

�

1 +200��

�

(4.7)

2,5 =3

1 +200��

�

2,5 +500��

�= 3

Sehingga,

� = 1�Ω

Sedangkan ketika nilai R2= 1MΩ dan R1= 500kΩ

1,5��

1��=

�1 +1��

500�Ω�

1 +1�Ω

�

(4.8)

1,5 =3

1 +1�Ω

�

1,5 +500�Ω

�= 3

Sehingga,

� = 1,5�Ω

51

Dilihat dari kedua perhitungan diatas dapat disimpulkan bahwa nilai

transimpedansi yang berpengaruh pada current feedback op-amp ini adalah sebesar

±1MΩ.

- Respon frekuensi penguat non inverting

Dari hasil percobaan diatas dibuat grafik perubahan nilai penguatan sebagai

berikut:

Gambar 4.16. Tanggapan frekuensi penguat non-inverting berbasis CFA

Dari grafik diatas dapat disimpulkan bahwa semakin besar nilai hambatan umpan

balik maka nilai penguatan akan semakin rentan pada perubahan Frekuensi masukan,

pada penggunaan R1 2kΩ nilai penguatan sesuai dengan yang diharapkan dan mampu

bertahan terhadap perubahan frekuensi masukan.

-15

-10

-5

0

5

10

15

1 10 100 1000 10000 100000AV

(db

)

frekuensi (KHz)

Tanggapan frekuensi penguat non-inverting

R2=2k dan R1=1k

R2=20k dan R1=10K

R2=200k dan R1=100k

R2=1M dan R1=500K

52

4.2.2. Penguat inverting

Gambar 4.17. rangkaian penguat membalik

Dengan menggunakan R2=2KΩ dan R1=1KΩ didapatkan Vo=-2Vpp, berikut gambar sinyal

Vo dan Vin dalam 1 sumbu

Gambar 4.18. Output inverting ketika R2=2k dan R1=1k (volt/div=0,5volt)

Tabel 4.11. Respon frekuensi penguat inverting saat R2=2kΩ, R1=1kΩ

Frek (Hz)

1k 10k 100k 500k 1M 5M 10M 20M 30M 40M 50M 60M

Av -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2,3 -2,8 -3,2 -2,9 -1,1 -0,5 Av(dB) 6.02 6.02 6.02 6.02 6.02 6.02 7.23 8.9 10.1 9.24 0.8 -6.02

53

Dengan menggunakan R2=20KΩ dan R1=10KΩ didapatkan Vo=-2Vpp, berikut gambar sinyal

Vo dan Vin dalam 1 sumbu.

Gambar 4.19. Output inverting ketika R2=20k, R1=10k (volt/div=0,5volt)


Frek (Hz)

1k 10k 100k 500k 1M 5M 10M 20M 30M

Av -2 -2 -2 -2 -2 -0,9 -0,8 -0,6 -0,3

Av(dB) 6.02 6.02 6.02 6.02 6.02 -0.91 -1.9 -4.43 -10.45

Dengan menggunakan R2=200KΩ dan R1=100KΩ didapatkan Vo=-1,5Vpp, berikut gambar

sinyal Vo dan Vin dalam 1 sumbu.

Gambar 4.20. Output inverting ketika R2=200k, R1=100k (volt/div = 0,5)


Frek (Hz)

1k 10k 100k 500k 1M 5M 10M 20M 30M

Av -1,5 -1,5 -1,5 -0,9 -0,5 0,2 -0,1 - - AV(db) 3.5 3.5 3.5 -0.91 -6.02 -13.97 -20

54

Dengan menggunakan R2=1MΩ dan R1=500KΩ didapatkan Vo=-0,75Vpp, berikut gambar

sinyal Vo dan Vin dalam 1 sumbu.

Gambar 4.21. Output inverting ketika R2=1M, R1=500k (volt/div = 0,5)

Tabel 4.14. Respon frekuensi penguat inverting saat R2=1MΩ, R1=500kΩ

Frek (Hz) 1k 10k 100k 500k 1M 5M 10M 20M 30M Av -0,75 -0,75 -0,75 -0,5 -0,4 0,25 -0,1 - - Av(db) -2.5 -2.5 -2.5 -6.02 -7.95 -12.04 -20

Pada percobaan penguat membalik juga dipilih nilai resistor penyusunnya agar op-

amp memilik penguatan sebesar -2kali, nilai penguatannya juga akan turun ketika nilai

R2 diperbesar, hal ini disebabkan adanya transimpedansi pada current feedback opamp,

berikut penurunan rumus yang berlaku pada penguat membalik dengan current feedback

op-amp.

Dengan menggabungkan persamaan (2.11), (2.12), (2.13) untuk mencari ��

�� sehingga

didapatkan penurunan rumus sebagai berikut

� +�� − ��

��=

�� − ��

��

��

�+

�� + ��

��=

− �� − ��

��

��

�+

��

��+

��

��= −

��

��−

��

��

55

��

��= −

��

�−

��

��−

��

��−

��

��

��

��= − ��

1

�+

1

�� −

��

��

1

��||��

��

��= − ��

��

�(��||��)+

1

�+

1

��

��

��= − ��

1

��

��

��||��+ 1� +

1

��

−��

��=

1

��×

1

1� �

��

��||��+ 1� +

1��

−��

��=

1

��

� ��

��||��+ 1� +

��

��

−��

��=

�

��

��||��+ 1�

+��

��

−��

��=

�

��

��||��+ 1�

⎝

⎜⎛

1 +��

��

��

��||��+ 1�

��

⎠

⎟⎞

−��

��=

�

��

��||��+ 1�

⎝

⎜⎛

1 + ��

��

��||��+ 1�

��

⎠

⎟⎞

56

��

��= −

⎝

⎜⎜⎛

�

��

��||��+ 1�

1 +�

��

��||��+ 1�

⎠

⎟⎟⎞

(2.14)

Karena nilai �� mendekati nol maka persamaan diatas dapat di sederhanakan

menjadi:

��

��= −

1��

1� +

1��

(2.15)

Karena nilai transimpedansi Z yang sangat besar sehingga dapat diabaikan dan

persamaannya menjadi

��

��= −

��

�� (2.16)

- Perkiraan nilai transimpedansi

pada percobaan penguat membalik, ketika nilai R2 diperbesar menjadi 200KΩ juga

mengalami penurunan nilai penguatan, penguatan yang seharusnya bernilai -2kali

turun menjadi -1,5kali. Hal ini disebabkan adanya pengaruh nilai transimpedansi yang

dicari dengan menggunakan persamaan (2.15) sebagai berikut

− 1,5��

1��= −

1100��

1� +

1200��

1,5

�+

1,5

200��=

1

100��

1,5

�=

0,5

200��

Sehingga,

� = 600��

Pada saat nilai R2 diubah menjadi 1MΩ penguatannya turun menjadi 0,75 kali dan

nilai transimpedansinya adalah sebagai berikut

57

− 0,75��

1��= −

1500��

1� +

11��

0,75

�+

0,75

1��=

1

500��

0,75

�=

1,25

1��

Sehingga,

� = 600��

Perbedaan nilai Z antara percobaan penguat non-inverting dengan penguat

inverting mungkin dikarenakan kesalahan pembacaan osciloscope, karena pada

penguat inverting jika nilai Transimpedansi dianggap 1MΩ nilai Vo pada saat R2-nya

200kΩ(R1=100KΩ) adalah sebesar 1,6667Vpp dan 1Vpp pada saat R2-nya 1MΩ

(R1=500KΩ) hanya berbeda sedikit dengan hasil praktikumnya. Jadi dapat

disimpulkan bahwa nilai transimpedansi yang berpengaruh pada praktikum ini ±1MΩ.

- Respon frekuensi penguat inverting

Gambar 4.22. Tanggapan frekuensi Penguat Inverting

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

0.1 1 10 100 1000 10000 100000

AV

(dB

)

frekuensi (KHz)

Tanggapan frekuensi penguat inverting

R2=2k dan R1=1k

R2=20k dan R1=10k

R=200k dan R=100k

R2=1M dan R1=500k

58

Sama seperti penguat non-inverting, semakin besar nilai hambatan umpan balik

(R2) nilai penguatannya semakin rentan terhadap perubahan frekuensi masukan,

sehingga pemilihan nilai hambatan umpan balik pada penggunaan op-amp current

feedback sangat perlu diperhatikan.

4.2.3. Penguat Penjumlah (summing amplifier)

Pada subtopik ini akan dibuat sebuah penguat penjumlah yang rangkaiannya sesuai

dengan gambar 4.23.

Gambar 4.23 rangakaian penguat penjumlah

Dengan menggunakan R1=1k, R2=1k,R3=1k, maka Vo yang didapatkan sebesar 4Vpp.

Gambar 4.24. Output summing R1=1k, R2=1k,R3=1k (volt/div = 1volt)

Tabel 4.15. respon frekuensi penguat penjumlah R1=1k, R2=1k,R3=1k

Frekuensi(Hz) 1k 1M 10M Vo(Vpp) 4 4 4

59

Dengan menggunakan R1=1k, R2=1k,R3=2k, maka Vo yang didapatkan sebesar 8Vpp



Frekuensi(Hz) 1k 1M 10M Vo(Vpp) 8 8 7,8

Dengan menggunakan R1=100k, R2=100k,R3=100k, maka Vo yang didapatkan sebesar 3,8Vpp



Frekuensi(Hz) 1k 1M 10M Vo(Vpp) 3,8 3,8 2

60

Dengan menggunakan R1=100k, R2=100k,R3=200k, maka Vo yang didapatkan sebesar 6,4Vpp



Frekuensi(Hz) 1k 1M 10M Vo(Vpp) 6,4 3,8 2

Dengan menggunakan R1=R2=R3=1kΩ diinginkan inputan sebesar 2Vpp

ditambahkan dengan 2vpp dengan penguatan -1kali sehingga hasil yang didapat menurut

persamaan �� = − (�� + ��)��

�� adalah 4Vpp hal ini sesuai dengan hasil praktikum,

ketika R3 diubah menjadi 2kΩ diharapkan nilai Vo dikuatkan 2kali sehingga Vo=8Vpp.

Ketika R1,R2,R3 diubah menjadi 100kΩ nilai Vo mulai mengalami penurunan

menjadi 3,8Vpp hal ini disebabkan adanya pengaruh transimpedansi pada Current

feedback op-amp sesuai dengan penjabaran persamaan dibawah.

� +�� − ��

��+

�� − ��

��=

�� − ��

�� (4.9)

�� = − �� (4.10)

�� = �� (4.11)

Dengan memanfaatkan 3 persamaan diatas maka dapat dilakukan perhitungan

sebagai berikut (ZG1=ZG2)

61

� +�� − ��

��+

�� + ��

��=

�� − ��

��

��

�+

�� + ��

��+

�� + ��

��=

− �� − ��

��

��

�+

��

��+

��

��+

��

��+

��

��= −

��

��−

��

��

��

��+

��

��= −

��

�−

��

��−

��

��−

��

��−

��

��

��

��+

��

��= − ��

1

�+

1

�� −

��

��

1

��||(�� ||�� )�

��

��+

��

��= − ��

��

��||(�� ||�� )+

1

�+

1

��

��

��+

��

��= − ��

1

��

��

��||(�� ||�� )+ 1� +

1

��

�� = − (�� + ��)1

��×

1

1� �

��

��||(�� ||�� )+ 1� +

1��

�� = − (�� + ��)1

��

� ��

��||(�� ||�� )+ 1� +

��

��

�� = − (�� + ��)�

��

��||(�� ||�� )+ 1�

+��

��

�� = − (�� + ��)�

��

��||(�� ||�� )+ 1�

⎝

⎜⎛

1 +��

��

��

��||(�� ||�� )+ 1�

��

⎠

⎟⎞

62

�� = − (�� + ��)

⎝

⎜⎜⎛

�

��

��||(�� ||�� )+ 1�

1 +�

��

��||(�� ||�� )+ 1�

⎠

⎟⎟⎞

(4.12)

Karena nilai �� sangat kecil maka persamaan diatas dapat di sederhanakan

menjadi persamaan (3.1), sedangan karena nilai transimpedansi Z yang sangat besar

sehingga nilainya dapat diabaikan dan persamaannya menjadi persamaan (3.2).

- perkiraan nilai transimpedansi

Pada saat nilai R3=200KΩ dan R1,R2=100KΩ nilai penguatannya menurun cukup

drastis dimana Vo menjadi 6,4Vpp, nilai transimpedansinya adalah sebagai berikut.

6,4 = − (2�� + 2��)

1100��

1� +

1200��

6,4��

�+

6,4��

200��=

4

100��

6,4��

�=

1,6��

200�

Sehingga,

� = 800��

4.3. Pembatasan lebar pita pada Op-amp CFA

Pada topik praktikum yang ke-3 ini akan dicari nilai bandwidth/ lebar pita dari current

feedback op-amp dengan menyusun sebuah untai penguat tak membalik seperti pada gambar

4.28.

Gambar 4.28. Penguat tak membalik untuk mencari bandwidth

63

- Ketika Rf=1kΩ, Rg= 100Ω, Vcc/Vee=+15/-15

Gambar 4.29. Bandwidth ketika Rf=1kΩ, Rg= 100Ω, Vcc/Vee=+15/-15

Pada percobaan ini didapatkan nilai bandwidth sebesar 28MHz nilai input yang pada

awalnya diatur sebesar 1Vpp turun menjadi 96mVpp dan outputnya 660mVpp hal ini

dikarenakan function generator yang digunakan dapat menghasilnya sinyal hingga

Frekuensi 150MHz namun amplitudo-nya turun pada frekuensi tinggi.

Nilai GBP-nya

�� = �� × ��

�� = 10 × 28� ≈ 280�

64



Pada percobaan kedua dengan input 98mvpp didapat output sebesar 660mVpp pada

frekuensi 27,52MHz sehingga dapat disimpulkan bahwa nilai BW-nya menurun ketika

vcc/vee diturunkan.

Nilai Gbp-nya

�� = �� × ��

�� = 10 × 27,52� ≈ 275,2�



65

Pada percobaan ketiga didapat nilai bandwidth sebesar 21,35MHz dengan input 96mvPP

didapatkan output sebesar 720mVpp.

Nilai Gbp-nya

�� = �� × ��

�� = 10 × 21,35� ≈ 213,5�



Dengan input 114mVpp didapatkan output sebesar 720mVpp pada frekuensi 19,8MHz

Nilai Gbp-nya.

�� = �� × ��

�� = 10 × 19,8� ≈ 198�

66

- Ketika Rf=10kΩ, Rg= 1kΩ, Vcc/Vee=+15/-15

Gambar 4.33. Bandwidth ketika Rf=10kΩ, Rg= 1kΩ, Vcc/Vee=+15/-15

Pada percobaan ini nilai bandwidth yang didapat adalah 7MHz, dengan input 1,08Vpp

dan output 7,2Vpp.

Nilai Gbp-nya

�� = �� × ��

�� = 10 × 7,2� ≈ 70�

Dari percobaan topik ke-3 ini dapat diambil kesimpulan bahwa semakin besar nilai Rf

maka nilai bandwidth semakin kecil, sehingga dapat disimpulkan agar op-amp dapat

bekerja pada frekuensi yang tinggi harus diperhatikan penggunaan nilai resistor umpan

balik yang kecil, pada op-amp ini yaitu 1KΩ, selain itu nilai vcc dan vee juga

berpengaruh terhadap nilai bandwidth, semakin kecil nilai Vcc dan Vee bandwidthnya

juga semakin kecil.

67

4.4. Integrator berbasis CFA

4.4.1. Integrator berbasis CFA

Gambar 4.34. Rangkaian integrator berbasis CFA

- Ketika R1=10kΩ dan C1=10nF dengan nilai masukan sinus 1kHz 1Vpp, outputnya

berupa sinyal cosinus dengan amplitude 1,36Vpp sesuai dengan gambar dibawah:

Gambar 4.35. sinyal Vo dan Vi integrator dengan R1=10kΩ dan C1=10nF

dengan nilai masukan sinus 1kHz 1Vpp, berarti nilai Vin adalah 0,5 sin 2000πt,

sehingga dengan menggunakan persamaan (3.3) analisa matematisnya adalah sbb:

�� = −1

10000 × 10 × 10�� 0,5 sin 2000πt

�

�

�� = 0,796 cos2000��

68

Dilihat dari hasil praktikum yang didapat yaitu didapatkan sinyal keluaran cosinus

dengan amplitude 1,36Vpp/2 yaitu 0,7Volt. Sehingga dapat disimpulkan percobaan

berhasil.

- Ketika R1=1kΩ dan C1=100pF dengan nilai masukan sinus 1MHz 1Vpp, outputnya


Gambar 4.36. Sinyal Vo dan Vi integrator dengan R1=1kΩ dan C1=100pF

Dengan nilai masukan sinus 1MHz 1Vpp, berarti nilai Vin adalah 0,5 sin 2000000πt,

sehingga dengan menggunakan persamaan (3.3) integrator analisa matematisnya

adalah sebagai berikut.

�� = −1

1000 × 100 × 10�� 0,5 sin 2000000πt

�

�

�� = 0,7961 cos2000000��

Dari hasil praktikum didapatkan sinyal keluaran cosinus dengan amplitude 1,54Vpp/2

yaitu 0,77volt. Sehingga dapat disimpulkan percobaan sesuai dengan analisa

matematisnya.

69

- Ketika R1=100Ω dan C1=100pF dengan nilai masukan sinus 5MHz 1Vpp, outputnya


Gambar 4.37. sinyal Vo dan Vi integrator dengan R1=100Ω dan C1=100pF

Ketika R1=100Ω dan C1=100pF dengan nilai masukan sinus 5MHz 1Vpp, berarti

nilai Vin-nya adalah 0,5 sin 10000000πt, sehingga dengan menggunakan persamaan

(4.28) analisa matematisnya adalah sebagai berikut.

�� = −1

100 × 100 × 10�� 0,5 sin 10000000πt

�

�

�� = 1,5923 cos10000000��

Sedangkan pada percobaan didapatkan Vout berupa sinyal kosinus dengan amplitudo

2,86Vpp/2 yaitu 1,43volt. Sehingga antara percobaan dan praktikum dapat dikatakan

mendekati.

70

4.4.2. Differensiator berbasis CFA

Gambar 4.38. Rangkaian diferensiator berbasis CFA

- Ketika R1=1kΩ dan C1=100nF, dengan masukan sinyal sinus 1kHz 1Vpp didapatkan

output sinyal –cosinus dengan amplitude 0,74Vpp sesuai dengan gambar dibawah:


dengan masukan sinyal sinus 1kHz 1Vpp berarti nilai Vin adalah 0,5 sin 2000πt,

sehingga dengan menggunakan persamaan diferensiator (3.4) analisa

matematisnya adalah sbb:

�� = − 1000 × 100 × 10��(0,5 sin 2000πt)

��

�� = − 0,314 cos2000��

71

Sedangkan pada hasil praktikum didapatkan sinyal cosinus dengan amplitude sebesar

-0,74Vpp/2 yaitu 0,37volt sehingga antara percobaan dan analisa matematis dapat

dikatakan sesuai.

- Ketika R1=1kΩ dan C1=1nF, dengan masukan sinyal sinus 1MHz 1Vpp didapatkan

output sinyal -cosinus dengan amplitude 7,2Vpp sesuai dengan gambar dibawah:


dengan masukan sinyal sinus 1MHz 1Vpp berarti nilai Vin adalah 0,5 sin 2000000πt,

sehingga dengan menggunakan persamaan (3.9) analisa matematisnya adalah sbb:

�� = − 1000 × 1 × 10��(0,5 sin 2000000πt)

��

�� = − 3,14 cos2000000��


-7,2Vpp/2 yaitu 3,6volt sehingga antara percobaan dan analisa matematis dapat

dikatakan sesuai.

72

- Ketika R1=1kΩ dan C1=100pF, dengan masukan sinyal sinus 5MHz 1Vpp

didapatkan output sinyal -cosinus dengan amplitude 5,36Vpp sesuai dengan gambar

dibawah:

Gambar 4.41. sinyal Vo dan Vi integrator dengan R1=1kΩ dan C1=100pF

Ketika R1=1kΩ dan C1=100pF, dengan masukan sinyal sinus 5MHz 1Vpp berarti

nilai Vin adalah 0,5 sin 10000000πt, sehingga dengan menggunakan persamaan

(4.29) analisa matematisnya adalah sbb:

�� = − 1000 × 100 × 10��(0,5 sin 10000000πt)

��

�� = − 1,57 cos10000000��


-5,36Vpp/2 yaitu 2,68volt. Adanya perbedaan nilai amplitudo ini dimungkinkan

karena ketidakstabilan op-amp.

Pemasangan resistor R2 pada rangkaian integrator dan diferensiator adalah untuk

mencegah kapasitor melakukan pengosongan secara langsung. Karena jika tidak diberi

resistor R2 kapasitor terhubung langsung dengan output buffer input non- inverting yang

bernilai ground, karena kaki non inverting terhubung pada ground. hal ini sesuai dengan

gambar internal CFA.

73

4.5. Respon Transien pada Op-amp CFA

Gambar 4.42. Untai penguat tak membalik untuk mencari stabilitas CFA

- Dengan input kotak 15Vpp , R1dan R2=1kΩ

Didapatkan nilai �� =�

��× 100% = 46,6667% ,tp=20ns ,Td=50ns.

Dengan gambar grafik sebagai berikut:

Gambar 4.43. stabilitas saat R1dan R2=1kΩ

- Dengan input kotak 15Vpp, R1dan R2=10kΩ

Hasilnya menyerupai kondisi rangkaian RLC overdamped sehingga dapat dikatakan

lebih stabil. Berikut gambar sinyalnya:


74

- Dengan input kotak 15Vpp , R1dan R2=5kΩ


��× 100% = 13.3333% ,tp=10ns ,Td=60ns.



- Dengan input kotak 15Vpp , R1dan R2=500Ω


��× 100% = 53.3333% ,tp=20ns ,Td=50ns.


Gambar 4.46. stabilitas saat R1dan R2=500Ω

75

- Dari percobaan pertama dicari persamaan orde dua yang berlaku pada op-amp current

feedback sebagai berikut:

�� = �

��

�� (3.5)

46,6666 = �

��

��

��46,666 =− ��

�1 − ��

14,76 =��

1 − ��

Sehingga didapatkan:

�� = 0,59

Kemudian dengan menggunakan persamaan waktu puncak:

�� =�

⍵��1 − �� (3.6)

20 × 10�� =3.14

⍵��1 − 0,59

20 × 10�� =3.14

⍵� × 0,63

Sehingga didapatkan:

⍵� = 247,15 × 10�

76

Kemudian dengan menggunakan persamaan frekuensi alamiah teredam:

2�

��= �⍵�

� − �� (3.8)

2�

50 × 10��= �(247,15 × 10�)� − ��

Sehingga didapatkan :

� = 214,5 × 10�

Dari hasil yang didapatkan, bisa dilihat bahwa nilai α<⍵o sehingga system dalam

kondisi underdamped, dari nilai α dan⍵o dicari nilai R L C-nya dengan menggunakan

persamaan damping factor dan frekuensi alamiah teredam serta memisalkan nilai

L=1µH, berikut perhitungannya:

� =�

� (3.9)

214,5 × 10� =�

1µH

Sehingga didapat R=214,5Ω

⍵� =1

√�� (3.10)

247,15 × 10� =1

�1µH × �

Sehingga didapatkan C=16,371pF

77

Dengan nilai R,Ldan C yang diperoleh sehingga dapat dicari persamaan orde dua-nya

sebagai berikut:

��

��=

1

��(1µH × 16,371pF) + �1µH × 214,5Ω + 1 (4.13)

��

��=

1

��(16,371 × 10��) + �(214,5 × 10�� + 1) (4.14)

Dengan nilai R L dan C yang didapat, kemudian dilakukan percobaan pada circuit

maker sebagai berikut

Gambar 4.47. Rangkaian RLC seri ada circuit maker

Gambar 4.48. hasil simulasi rangkaian RLC pada circuit maker

Dari percobaan pada circuit maker juga diperoleh nilai �� =�

��× 100% =

46,6667% ,tp=20ns ,Td=50ns. Sehingga dapat dikatakan sesuai antara teori dengan

praktikum.

78

Dari hasil praktikum ketika nilai resistor diubah2 dapat diambil kesimpulan

semakin besar nilai Resistor umpan balik maka performa current feedback op-amp

semakin stabil. Namun harus diingat bahwa penggunaan nilai resistor umpan balik

yang besar akan memperkecil nilai bandwidth. [4]

4.6. Penguat selisih dan penguat instrumentasi berbasis op-amp CFA

4.6.1. Penguat selisih (differential amplifier)

Rangkaian penguat selisih (differential amplifier) yang disusun pada percobaan ini

dapat dilihat pada gambar 4.49.

Gambar 4.49. rangkaian penguat selisih (differential amp)

Pada percobaan pertama ini di susun sebuah rangkaian penguat selisih dengan

tegangan input V1 berupa sinyal sinus 1Vpp 1KHz kemudian dilakukan pembagi

tegangan oleh R5 dan R6 untuk mendapatkan nilai sebesar 0,5Vpp sebagai Vi2.

Dengan menggunakan prinsip superposisi persamaan yang berlaku pada rangkaian

diatas adalah sebagai berikut:

Diasumsikan V2=0 maka rangkaian berlaku sebagai penguat inverting

79

��(1) = −

1�1

1�

+1

�2

× ��1 (4.15)

Diasumsikan V1=0 maka rangkaian berlaku sebagai penguat non-inverting

��(2) = ��2 ��4

�3 + �4� �

1 +�2�1

1 +�2�

� (4.16)

Sehingga

�� = ��(1) + ��(2) (4.17)

�� = �−

1�1

1� +

1�2

× ��1� + ��2 ��4

�3 + �4� �

1 +�2�1

1 +�2�

�� (4.18)

Karena nilai transimpedansi (Z) yang besar maka

�� = − ��1 ��2

�1� + ��2 �

�4

�3 + �4� �

�1 + �2

�1� (4.19)

Karena nilai R1=R3 dan R2=R4 maka

�� = ��2 − ��1 ��2

�1� (4.20)

Berikut hasil percobaan ketika R1,R3= 1kΩ dan R2,R4 = 1KΩ

dengan input Vi1= 1Vpp dan Vi2=0,5Vpp Vo = -540Vpp, hal ini ditunjukan oleh

gambar dibawah

Gambar 4.50 Vi1 dan Vo diff amp saat R1,R3= 1kΩ dan R2,R4 = 1KΩ

80

Gambar 4.51 Vi2 dan Vo diff amp saat R1,R3= 1kΩ dan R2,R4 = 1KΩ

Secara perhitungan nilai vo seharusnya adalah sebagai berikut:

�� = 0,5�� − 1�� 1��

1�� ≈ − 0,5��

Jika dibandingkan antara perhitungan dengan hasil praktikum cukup mendekati

sehingga dapat dianggap bahwa op-amp current feedback dapat bekerja dengan

baik sebagai penguat selisih.

81

Berikut hasil praktikum Ketika R1,R3=100 dan R2,R4=1K

Dari percobaan kedua ini dengan Vi1=1,16Vpp dan Vi2=0,54Vpp diperoleh Vo =

-6,08Vpp, hal ini sesuai dengan gambar dibawah ini:

Gambar 4.52 Vi1 dan Vo diff amp saat R1,R3= 100Ω dan R2,R4 = 1KΩ


Secara matematis nilai Vo seharusnya adalah sebagai berikut:

�� = 0,54�� − 1,16�� 1��

100�� ≈ − 6,2��

Jika dibandingkan antara hasil percobaan dengan perhitungan matematis hasilnya

mendekati sehingga dianggap percobaan berhasil.

82

Ketika R1,R3=10K dan R2,R4=100K

Dari percobaan ketiga dengan Vi1 1Vpp dan Vi2=0,5Vpp didapatkan Vo= 4,16

Vpp sesuai dengan gambar dibawah ini



Secara matematis nilai Vo seharusnya adalah sebagai berikut:

�� = 0,5�� − 1�� 100��

10�� ≈ − 5��

Pada percobaan kali ini ada perbedaan yang cukup jauh antara peritungan dengan

hasil percobaan hal ini disebabkan nilai R1 yang cukup besar sehingga

transimpdansi berpengaruh pada hasil keluaran.

83

4.6.2. Penguat instrumentasi berbasis CFA

Rangkaian penguat instrumentasi yang dilakukan pada percobaan ini dapat dilihat pada

gambar 4.56

Gambar 4.56. Rangkaian Penguat Instrumentasi

Untuk penguat instrumentasi persamaan yang berlaku pada rangkaian tersebut adalah

sebagai berikut:

Untuk mencari Vo1 dengan prinsip superposisi didapatkan persamaan:

��1 = �1 +

�7�8

1 +�7�

× ��1� − �

1�8

1� +

1�7

× ��2� (4.21)

Karena nilai Z yang sangat besar , persamaan menjadi

��1 = ��1 +�7

�8� × ��1� − ��

�7

�8� × ��2� (4.22)

Untuk mencari Vo2 dengan prinsip superposisi didapatkan persamaan

84

��2 = �1 +

�7�8

1 +�7�

× ��2� − �

1�8

1� +

1�7

× ��1� (4.23)

Karena nilai Z yang sangat besar, persamaan menjadi

��2 = ��1 +�7

�8� × ��2� − ��

�7

�8� × ��1� (4.24)

Untuk nilai Vo menggunakan persamaan penguat selisih dengan Vo1 dan Vo2

sebagai tegangan inputnya

�� = ��2 − ��1 ��2

�1� (4.25)

Jadi rangkaian diatas jika diberi nilai Vi1=1Vpp dan Vi2=0,5Vpp maka nilai Vo1 Vo2

dan Vo-nya secara matematis adalah sebagai berikut:

��1 = ��1 +1��

1�� × 1�� − ��

1��

1�� × 0,5� = 1,5��

��2 = ��1 +1��

1�� × 0,5� − ��

1��

1�� × 1� = 0��

�� = 0�� − 1,5�� 1��

1�� = − 1,5��

Sedangkan pada percobaan Vo1=1 ,5Vpp ; Vo2=0,1vpp ;Vo=1,5Vpp ditunjukan pada

gambar dibawah ini.

85

Gambar 4.57. Vo1 penguat instrumentasi (volt/div=0,5v)

Gambar 4.58. Vo2 penguat instrumentasi (volt/div=0,1) Gambar 4.59. Vo akir penguat instrumentasi (volt/div=0,5)

86

4.7. Tapis-Tapis Aktif Berbasis Op-amp CFA

4.7.1. Low Pass Filter orde 1

Dalam melakukan percobaan mengenai LPF orde 1 disusun rangkaian seperti pada

gambar 4.60

Gambar 4.60. Rangkaian low pass filter orde 1

Dengan Ra dan Rb= 1kΩ, R1=1kΩ, C1=100pF

Tabel 4.19 respon frekuensi Low Pass Filter orde 1 Dengan Ra dan Rb= 1kΩ, R1=1kΩ, C1=100pF

Frek (Hz) 1k 10k 50k 100k 500k 600k 800K 1M 1,5M 2M 3M 4M 5M

Av 2 2 2 2 1,92 1,86 1,8 1,68 1,46 1,26 0,9 0,8 0,6

Av(dB) 6.02 6.02 6.02 6.02 5.6 5.3 5.14 4.5 3.28 2 -0.91 -1.93 -4.43

Fc/frekuensi penggal pada percobaan ini adalah 1,6MHz dengan Vout 1,4Vpp

Dengan Ra dan Rb= 100kΩ, R1=1kΩ, C1=100pF

Tabel 4.20. respon frekuensi Low Pass Filter orde 1 Dengan Ra dan Rb= 100kΩ, R1=1kΩ, C1=100pF

Frek (Hz) 1k 10k 50k 100k 500k 600k 800K 1M 1,5M 2M 3M 4M 5M

Av 1.76 1.76 1.76 1.76 1.74 1.72 1.64 1.56 1.3 1.08 0.7 0.5 0.3

Av(dB) 4.91 4.91 4.91 4.91 4.81 4.71 4.29 3.86 2.27 0.66 -3.1 -6.02 -10.45

Fc/frekuensi penggal pada percobaan ini adalah 1,6MHz dengan Vout 1,24Vpp

Analisa matematis

Pada percobaan lowpass filter orde satu ini digunakan R1=1kΩ dan C1=100pF

sehingga nilai frekuensi penggal (Fc) secara matematisnya adalah sbb:

87

⍵� = 2�� =1

�1�1 (4.26)

�� =1

2��1�1 (4.27)

�� =1

2�1000 × 100 × 10��

�� = 1,5923�� (4.28)

Sedangkan pada percobaan nilai frekuensi penggal yang didapatkan baik pada

penggunaan Ra,Rb=1kΩ maupun Ra,Rb=100kΩ adalah 1,6MHz sehingga percobaan

dikatakan sesuai dengan analisis matematis. Ketika penggunaan Ra,Rb=100kΩ terjadi

penurunan nilai penguatan disebabkan oleh pengaruh transimpedansi (Z). berikut

grafik lowpass filter orde 1.

gambar 4.61. Tanggapan Frekuensi Lpf orde 1 Berbasis CFA

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

1 10 100 1000 10000

Av(

db

)

frekuensi (Khz)

Lpf orde 1

Ra dan Rb =1k

Ra dan Rb= 100K

88

4.7.2. High Pass Filter orde 1

Dalam melakukan percobaan mengenai HPF orde 1 disusun rangkaian seperti pada

gambar 4.62

Gambar 4.62. Rangkaian low pass filter orde 1

Dengan Ra dan Rb= 1kΩ, R1=1kΩ, C1=10nF

Tabel 4.21. respon frekuensi High Pass Filter orde 1 Dengan Ra dan Rb= 1kΩ, R1=1kΩ, C1=10nF

Frek (Hz)

1k 10k 50k 100k 500k 600k 800K 1M 1,5M 2M 3M 4M 5M

Av 0.2 1.2 2 2 2 2 2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 Av(dB) -13.97 1.58 6.02 6.02 6.02 6.02 6.02 6.84 6.84 6.84 6.84 6.84 6.84

Fc/ frekuensi penggal didapatkan pada frekuensi 16KHz dengan Vout 1,6Vpp

Dengan Ra dan Rb= 100kΩ, R1=1kΩ, C1=10nF

Tabel 4.22. respon frekuensi High Pass Filter orde 1 Dengan Ra dan Rb= 100kΩ, R1=1kΩ, C1=10nF

Frek (Hz)

1k 10k 50k 100k 500k 600k 800K 1M 1,5M 2M 3M 4M 5M

Av 0.2 1.1 1.84 1.84 1.84 1.84 1.8 1.68 1.68 1.6 1.5 1.4 1.3 Av(dB) -13.97 0.83 5.29 5.29 5.29 5.29 5.1 4.5 4.5 4.08 3.52 2.92 2.27

Fc/ frekuensi penggal didapatkan pada frekuensi 16KHz dengan Vout 1,6Vpp

Analisa matematis

Pada percobaan highpass filter orde 1 ini digunakan nilai R1=1kΩ dan nilai C1=10nF,

sehingga nilai frekuensi penggal (Fc) secara matematis adalah sebagai berikut:

⍵� = 2�� =1

�1�1 (4.29)

89

�� =1

2��1�1 (4.30)

�� =1

2�1000 × 10 × 10��

�� = 15,923�� (4.31)

Sedangkan pada percobaan nilai frekuensi penggal yang didapatkan baik pada penggunaan

Ra,Rb=1kΩ maupun Ra,Rb=100kΩ adalah 16KHz sehingga percobaan dikatakan sesuai

dengan analisis matematis. Ketika penggunaan Ra,Rb=100kΩ terjadi penurunan nilai

penguatan disebabkan oleh pengaruh transimpedansi (Z). berikut grafik highpass filter

orde 1.

Gambar 4.63. Tanggapan frekuensi Hpf orde 1 berbasis CFA

-20

-15

-10

-5

0

5

10

1 10 100 1000 10000

Av(

dB

)

frekuensi (kHz)

Hpf orde 1

Ra dan Rb 1k

Ra dan Rb 100k

90

4.7.3. Low pass filter orde 2

Dalam melakukan percobaan mengenai LPF orde 2 disusun rangkaian seperti pada

gambar 4.64

Gambar 4.64. rangkaian low pass filter orde 2

Dengan Ra,Rb=1kΩ; R1,R2=1kΩ dan C1,C2=100pF

Tabel 4.23. respon frekuensi low Pass Filter orde 2 Dengan Ra,Rb=1kΩ; R1,R2=1kΩ dan C1,C2=100pF

Frek (Hz) 1k 10k 50k 100k 500k 600k 800K 1M 1,5M 2M 3M 4M 5M Av 2 2 2 2 2.2 2.28 2.3 2.4 2 1.4 0.72 0.5 0.4 Av(dB) 6.02 6.02 6.02 6.02 6.84 7.1 7.23 7.6 6.02 2.92 -2.85 -6.02 -7.95

Nilai Vomaks=2.4Vpp

Fc/frekuensi penggal= 1,7MHz dengan Vout 1.7Vpp


Tabel 4.24. respon frekuensi low Pass Filter orde 2 Dengan Ra,Rb=100kΩ; R1,R2=1kΩ dan C1,C2=100pF

Frek (Hz) 1k 10k 50k 100k 500k 600k 800K 1M 1,5M 2M 3M 4M 5M Av 1.8 1.8 1.9 1.9 2 2 2.2 2.2 1.72 1 0.4 0.2 0.1 Av(dB) 5.1 5.1 5.6 5.6 6.02 6.02 6.84 6.84 4.71 0 -7.95 -13.9 -20

Nilai Vomaks= 2.2Vpp

Fc/frekuensi penggal= 1,65MHz dengan Vout 1.5Vpp

Analisis matematis

Pada lowpass filter orde 2 persamaan yang berlaku adalah sebagai berikut:

91

�(�) =�

1 + ��(�� + ��) + ��(1 − �) + ��=

�′

�� +⍵�

�� + ⍵�

� (4.32)

Dari persamaan diatas, frekuensi penggalnya adalah sebagai berikut:

⍵�� =

1

�� (4.33)

⍵� = �1

�� (4.34)

karena R1=R2 dan C3=C4 maka persamaannya menjadi:

2�� =1

�� (4.35)

Sehingga pada percobaan dengan nilai R1=1kΩ dan C1=100pF, frekuensi

penggalnya:

��

1

2� × 1000 × 100 × 10��≈ 1,5923��

Dari hasil percobaaan didapatkan nilai frekuensi penggal pada 1,7MHz dan 1,65MHz

sehingga hasilnya mendekati hasil perhitungan dan dapat dikatakan sesuai.

Sedangkan untuk mencari factor kualitas (Qp) persamaannya adalah sebagai berikut:

⍵�

�� =

��(�� + ��) + ��(1 − �)

�� (4.36)

⍵�

��=

��(�� + ��)

��+

��(1 − �)

��

1

��= �

��(�� + ��)

��× �� + �

��(1 − �)

��× ��

�1

�� = ��

��1� + ��

�� + �

��

��

(1 − �)�

92

1

��= �

��1

��+ �

��

��+ �

��

��

(1 − �)

�� =1

��1��

+ ��

��+ �

��

��(1 − �)

(4.37)

Karena R1=R2 dan C3=C4, maka

�� =1

√1 + √1 + √1(1 − �)≈

1

3 − � (4.38)

Sedangkan K=1 +��

�� , jadi:

�� =1

3 −��

��

≈1

√2 �� ℎ �� (4.39)

Pada praktikum nilai Ra=Rb yaitu 1k sehingga faktor kualtasnya adalah 0,5 dimana

nilai ini kurang dari 0,707 sehingga grafik respon frekuensi yang diperoleh sebagai

berikut:

Gambar 4.65. tanggapan frekuensi Lpf orde 2 berbasis CFA

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

1 10 100 1000 10000

Av(

dB

)

frek (kHz)

Lpf orde 2

Ra dan Rb 1k

Ra dan Rb 100k

93

Dilihat dari grafiknya, karena nilai faktor kualitas kurang dari 0,707 terjadi

peningkatan nilai penguatan sebelum akirnya nilai penguatan turun drastis, peristiwa

ini disebut dengan underdamped . hal ini sesuai dengan teori low pass filter orde 2

yang ditunjukan pada grafik dibawah [9]:

Gambar 4.66. factor kualitas Lpf orde 2

Pada penggunaan R1dan R2= 100K nilai penguatannya turun dari dua kali hal ini

dikarenakan adanya pengaruh transimpedansi (Z).

4.7.4. High pass filter orde 2

Dalam melakukan percobaan mengenai HPF orde 2 disusun rangkaian seperti pada

gambar 4.67

Gambar 4.67. rangkaian high pass filter orde 2


94

Tabel 4.25. respon frekuensi high Pass Filter orde 2 Dengan Ra,Rb=1kΩ; R1,R2=1kΩ dan C1,C2=100pF

Frek (Hz) 100k 500k 1M 1.5M 2M 3M 4M 6M 7M 8M 9M 10M Av 0.05 0.2 1 1.54 2.2 2.2 2.3 2.4 2 2 2 2 Av(dB) -26 -13.9 0 3.75 6.84 6.84 7.23 7.6 6.02 6.02 6.02 6.02

Vout maskimum adalah 2.4Vpp

Fc/ frekuensi penggal adalah 1.6MHz dengan output 1.7Vpp


Tabel 4.26. respon frekuensi high Pass Filter orde 2 Dengan Ra,Rb=100kΩ; R1,R2=1kΩ dan

C1,C2=100pF

Frek (Hz) 100k 500k 1M 1.5M 2M 3M 4M 6M 7M 8M 9M 10M Av 0.05 0.2 1 1.1 1.6 2 1.6 1.4 1.2 1.1 1.1 1.1 Av(dB) -26 -13.9 0 0.82 4.08 6.02 4.08 2.9 1.58 0.82 0.82 0.82

Vout maksimum adalah 1,6Vpp

Fc/Frekuensi penggalnya adalah 1.6MHz dengan output 1,12Vpp

Analisis matematis

Pada Highpass filter orde 2 persamaan yang berlaku adalah sebagai berikut:

�(�) =��

�� + � �1

��+

1��

+1

��(1 − �)� +

1��

=�′

�� +⍵�

�� + ⍵�

� (4.40)

Dari persamaan (4.40) diatas, frekuensi penggalnya adalah sebagai berikut:

⍵�� =

1

�� (4.41)

⍵� = �1

�� (4.42)

karena R1=R2 dan C1=C2 maka persamaannya menjadi:

2�� =1

�� (4.43)

95

Sehingga pada percobaan dengan nilai R1=1kΩ dan C1=100pF, frekuensi

penggalnya:

��

1

2� × 1000 × 100 × 10��≈ 1,5923��

Dari hasil percobaaan didapatkan nilai frekuensi penggal pada 1,6MHz sehingga

hasilnya mendekati hasil perhitungan dan dapat dikatakan sesuai.

Sedangkan untuk mencari factor kualitas (Qp) persamaannya adalah sebagai berikut:

⍵�

��= �

1

��+

1

��+

1

��

(1 − �)� (4.44)

1

��= �

1

��+

1

��+

1

��

(1 − �)� ��

�1

�� = �

��

(��)�+ �

��

(��)�+ �

��

(��)�(1 − �)

1

��= �

��

��+ �

��

��+ �

��

��

(1 − �)

�� =1

��

��+ �

��

��+ �

��

��(1 − �)

(4.45)

Karena R1=R2 dan C1=C2, maka

�� =1

√1 + √1 + √1(1 − �)≈

1

3 − � (4.46)

Sedangkan K=1 +��

�� , jadi:

�� =1

3 −��

��

≈1

√2 �� ℎ �� (4.47)

96

Pada praktikum nilai Ra=Rb yaitu 1k sehingga factor kualtasnya adalah 0,5 dimana

nilai ini kurang dari 0,707 sehingga grafik respon frekuensi yang diperoleh sebagai

berikut:

Gambar 4.68. respon frekuensi Hpf orde 2

Sama seperti percobaan low pass filter orde 2, percobaan high pass filter ini

mengalami underdamped, pada penggunaan Ra dan Rb 100K nilai penguatan kembali

turun pada Frekuensi 1,6MHz disebabkan karena respon frekuensi dari op-amp

current feedback, dimana semakin besar nilai hambatan umpan balik, op-amp CFA

semakin rentan pada perubahan Frekuensi masukan.

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

1 10 100

Av

(db

)

frek (x100KHz)

Hpf orde 2

Ra dan Rb 1k

Ra dan Rb 100k

97

4.8. Penguat Photocurrent berbasis op-amp CFA

Untai penguat Photocurrent yang dilakukan pada percobaan ini dapat dilihat pada gambar

4.69

Gambar 4.69. rangkaian penguat photocurrent

- Pada saat nilai Cf= 100pF

Input = 1Vpp, dioffset sebesar 2,3V

Output teroffset 6,3V

Tabel 4.27. respon frekuensi penguat photocurrent dengan cf=100pF

Freq(Hz) 1k 5k 10k 20k 30k 40k 50k 100k 200k 500k 1M 2M Vout (Vpp)

10,2 10,2 10,2 10,2 10 10 10 9 6,48 3 1,48 0,8

- Pada saat nilai Cf=50pF

Input=1Vpp,dioffset sebesar 2,6

Output teroffset 6,4V

Tabel 4.28. respon frekuensi penguat photocurrent dengan cf=50pF

Freq(Hz) 1k 5k 10k 20k 30k 40k 50k 100k 200k 500k 1M 2M Vout (Vpp)

10,2 10,2 10,2 10,2 10 10 10 9 6,48 3 1,48 0,8

98

Persamaan yang berlaku pada penggunaan CFA sebagai penguat Photocurrent

atau penguat transimpedansi adalah sebagai berikut

Gambar 4.70. untai internal penguat photocurrent

Ip adalah arus yang dihasilkan oleh photodiode, sehingga persamaan yang berlaku

pada persamaan diatas adalah sebagai berikut:

� + �� =�� − ��

�� (4.48)

�� = − �� (4.49)

�� = �� (4.50)

Jika ketiga persamaan diatas digabungkan untuk mencari nilai Vout maka

penurunan rumusnya adalah sebagai berikut:

� − �� =�� − ��

��

��

�− �� =

�� − ��

��

��

�− �� =

��

��−

��

��

�� = −��

�−

��

��+

��

�� (4.51)

Karena nilai ZB yang sangat kecil sehingga bias dianggap 0

99

− �� = − �� 1

�+

1

�� + 0 (4.52)

Karena nilai Z yang terlalu besar maka nilai 1/Z dapat dianggap 0 sehingga,

�� = �� × �� (4.53)

Dimana, �� =��

��

sehingga:

�� = �� ×�1 + ��

�� (4.54)

Dipasangnya kapasitor Cf pada rangkaian membuat rangkaian menjadi sebuah

Low pass filter, hal ini untuk menjaga dari terjadinya noise pada tegangan keluaran,

sehingga nilai kapasitor Cf dipilih nilai yang kecil agar op-amp CFA dapat bekerja

pada frekuensi yang tinggi.

Jika cari nilai frekuensi penggalnya ketika menggunakan nilai Cf=100pf, dengan

rumus �� =�

�� didapatkan frekuensi penggal sebesar 3,2 MHz dan pada saat

menggunakan Cf= 50pF frekuensi penggalnya adalah 6,4MHz.

Namun pada percobaan nilai amplitude tegangan keluaran mulai turun ketika

frekuensi masukan sebesar 100KHz baik pada penggunaan 100pF maupun 50pF, hal

ini disebabkan oleh komponen penyusun dari photodiode tersebut, dimana terdapat

kapasitor yang tersusun dalam photodiode [11] sehingga membentuk sebuah low

pass filter dengan frekuensi penggal tertentu, berikut gambar komponen penyusun

dari diode.

100

Gambar 4.71 rangkaian penyusun photodioda

Sehingga penggantian nilai kapasitor Cf tidak begitu berpengaruh pada hasil

praktikum, kecuali kapasitor nilainya diperbesar lagi.

Pada rangkaian nilai Vbias diberi nilai Vee/-15Volt, karena jika diberi +15

keluaran menjadi DC 15 Volt, hal ini disebabkan oleh peletakan photodiode yang

terbalik, jika Vbias 15Volt nilai katoda lebih besar dari anoda, sehingga diode tidak

dapat menghantarkan arus

Nilai penguatan yang dihasilkan oleh rangkaian jika dibandingkan dengan V1

adalah sebesar 10 kali, sehingga dapat disimpulkan bahwa rangkaian bekerja dengan

baik

Pengukuran Karakteristik Op-amp CFA€¦ · Karakteristik rangkaian dasar Op-amp CFA (penguat...

Documents

Transcript of Pengukuran Karakteristik Op-amp CFA€¦ · Karakteristik rangkaian dasar Op-amp CFA (penguat...