Bab 4Elektronik Analog

Sitti Nurrahmi

12/340093/PPA/04045

4.1 Pendahuluan

Proses dari sistem kendali elektronik

menggunakan dua rangkaian yaitu rangkaian

analog dan rangkaian digital. Studi mengenai

rangkaian elektronika, dimana arus input dan

output dan amplitude tegangan terus bervariasi,

dikenal sebagai elektronik analog.

4.2 Rangkaian Analog

4.2.1 Perkenalan Penguat Operasional

4.2.2 Dasar Penguat Operasional

4.2.3 Karakteristik Penguat Operasional

4.2.1 Perkenalan Penguat Operasional

Op-amp, karena fleksibilitasnya dan mudah penggunaannya, banyak digunakan dalam industri aplikasi kontrol analog. Penggunaannya dapat dibagi ke dalam kategori berikut.

1. Penguat instrumentasi.

2. Pembanding.

3. Penguat jumlah.

4. Penguat Pengkondisian sinyal.

5. Penguat impedansi matching.

6. Pengintegral dan Pendiferensial.

4.2.2 Dasar Penguat Operasional

Rangkaian terpadu (IC) memungkinkan untuk menghubungkan

beberapa perangkat aktif pada satu chip untuk membuat sebuah

op-amp, seperti LM741/107. Rangkaian penguat ini dikemas

dalam plastik tunggal paket inline ganda ( DIP ) atau paket yang

serupa. IC op - amp adalah penguat yang memiliki gain tinggi dan

pergeseran dc rendah, sehingga dapat memperkuat dc maupun

sinyal frekuensi rendah ac.

4.2.3 Karakteristik Penguat Operasional

Spesifikasi umum dari op - amp adalah sebagai berikut :

– Gain tegangan, 200.000;

– Impedansi output, 75Ω;

– Input impedansi bipolar, 2 MQ ;

– Impedansi masukan MOS , 1012 Ω ;

– Input tegangan offset , 5 mV ;

– Masukan arus offset , 200 nA .

4.3 Jenis-Jenis Penguat

4.3.1 Penguat Tegangan4.3.2 Konverter4.3.3 Penguat Arus4.3.4 Penguat Integral dan Penguat Diferensial4.3.5 Penguat Nonlinier4.3.6 Penguat Instrumen4.3.7 Proteksi Input

4.3.1 Penguat Tegangan

4.3.2 Konverter

4.3.3 Penguat Arus

Perangkat yang memperkuat arus disebut sebagai penguat arus. Gambar 4.12 menunjukkan penguat arus dasar.

4.3.4 Penguat Integral dan Penguat Diferensial

Sebuah penguat integral ditunjukkan pada Gambar 4.13 (a). Dalam konfigurasi ini, resistor balikan diganti dengan kapasitor integral.

Sebuah rangkaian diferensial ditunjukkan pada Gambar 4.13 (b).

Dalam konfigurasi ini, resistor input digantikan dengan kapasitor.

4.3.5 Penguat Nonlinier

Banyak sensor memiliki karakteristik logaritmik atau karakteristik transfer nonlinier.

Perangkat tersebut memerlukan linearisasi sinyal. Hal ini dapat diimplementasikan

dengan menggunakan penguat dengan karakteristik nonlinier. Ini dicapai dengan

menggunakan elemen nonlinear, seperti dioda atau transistor dalam balikan loop [7].

Dua contoh penguat logaritmik ditunjukkan pada Gambar 4.14. Gambar 4.14 (a)

menunjukkan penguat logaritmik menggunakan dioda dalam balikan loop, dan Gambar

4.14 (b) menunjukkan penguat logaritmik menggunakan sambungan transistor bipolar

dalam balikan loop.

Penguat Antilogarithmic melakukan fungsi kebalikan dari penguat logaritmik. Dua versi

dari penguat antilogarithmic ditunjukkan pada Gambar 4.15. Persamaan rangkaian dapat

diperoleh dengan cara yang mirip dengan persamaan untuk penguat logaritmik.

4.3.6 Penguat Instrumen

Karena syarat akurasi yang sangat tinggi dalam instrumentasi, rangkaian op-amp tidak cocok untuk penguatan

sinyal instrument tingkat rendah, namun memerlukan impedansi yang bersesuaian. Op-amp dapat memiliki

impedansi input yang berbeda pada dua input. Impedansi input dapat secara relatif rendah, cenderung memuat

sensor output, dan dapat memiliki gain yang berbeda pada input membalik dan input tidak membalik. Nois modus

bersama dapat menjadi masalah. Penguat ini telah memiliki input yang seimbang dengan impedansi masukan yang

sangat tinggi, impedansi keluaran yang rendah, dan nois modus bersama berkurang.

4.3.7 Proteksi Input

Penguat, seperti IC, rentan terhadap kerusakan dari tegangan masukan yang berlebihan, seperti dari tegangan masukan yang lebihbesar dari tegangan suplai, electrostatic discharge (ESD), atau EMI pikap [9].

Masukan dari IC secara internal dilindungi. Namun, perlindungan dapat menimbulkan kebocoran arus, sehingga perlindungan tersebut dibatasi. Biasanya, perlindungan kelebihan tegangan terbatas pada ± 8V lebih besar dari tegangan suplai. Artinya, dengan ± 15V suplai, perlindungannya adalah ± 23V. Perlindungan dapat ditingkatkan dengan menggunakan resistor eksternal dan klem, jika hal tersebut praktis digunakan.

Electrostatic discharge adalah masalah terbesar, terutama untuk perangkat CMOS, karena impedansi masukannya yang tinggi.

EMI biasanya dapat dikurangi ke tingkat yang dapat diterima oleh penyaring kapasitif pada input ke IC.

4.4 Aplikasi Penguat

Dalam proses kendali, penguat digunakan pada banyak aplikasi selain penguat sinyal, penyaringan, dan linearisasi [10]. Beberapa aplikasi ini adalah sebagai berikut: • Kapasitansi Multiplier; • Girator; • Sine Wave Oscillator; • Power supply regulator; • Level Deteksi; • Sampel dan Tahanan; • Tegangan Referensi; • Cermin arus; • Konversi dari Tegangan ke Frekuensi; • Konversi dari Tegangan ke Digital; • Pulsa Amplitudo modulasi.

4.5 Ringkasan

Bab ini memperkenalkan dan membahas op-amp yang terintegrasi, dan bagaimana karakteristik drift rendah membuat blok bangunan yang cocok untuk kedua frekuensi rendah ac dan penguat sinyal kecil dc. Namun, op-amp bukan merupakan penguat yang ideal karena ketidakcocokan pada masukan, impedansi masukan, dan perbedaan gain pada input-input. Karakteristik gain loop terbuka yang tinggi membuatnya perlu menggunakan balikan untuk stabilisasi, dan penggunaan nol set diperlukan untuk menyesuaikan input yang tidak sesuai. Op-amp adalah perangkat yang sangat serbaguna, yang dapat digunakan dalam banyak konfigurasi untuk memperkuat tegangan tingkat rendah atau arus, penjumlahan tegangan, dan mengkonversi antara tegangan dan arus. Op-amp juga dapat digunakan sebagai penguat nonlinier, sebagai pembanding, dan untuk pembentuk gelombang. Penggunaan op-amp tidak terbatas pada penguatan sinyal dalam proses kendali, tetapi juga memiliki banyak aplikasi lainnya. Op-amp rentan terhadap tegangan suplai berlebihan dan ESD, sehingga perawatan dan perlindungan dibutuhkan dalam penanganan.

Referensi

[1] Mancini, R., Op-Amps for Everyone, 1st ed., Elsevier Publishing, 2003.

[2] Schuler, C. A., Electronics Principles and Applications, 5th ed., McGraw-Hill, 1999, pp. 221-238.

[3] Sutko, A., and J. D. Faulk, Industrial Instrumentation, 1st ed., Delmar Publishers, 1996, pp. 80-89.

[4] Wurcer, S. A., and L. W. Counts, “A Programmable Instrument Amplifier for 12 Bit Resolution Systems,” Proc. IEEE Journal of Solid State Circuits, Vol. SC17, No. 6, December 1982, pp. 1102-1111.

[5] Nash, E., “A Practical Review of Common Mode and Instrumentation Amplifiers,” Sensors Magazine, Vol. 15, No. 7, July 1998.

[6] Johnson, C. D., Process Control Instrumentation Technology, 7th ed., Prentice Hall, 2003, pp. 97-99.

[7] Humphries, J. T., and L. P. Sheets, Industrial Electronics, 4th ed., Delmar, 1993, pp. 5-8. [8] Harrold, S., “Designing Sensor Signal Conditioning with Programmable Analog ICs,” Sensors Magazine, Vol. 20, No. 4, April 2003.

[9] Bryant, J., et al., “Protecting Instrumentation Amplifiers,” Sensors Magazine, Vol. 17, No. 4, April 2000.

[10] Humphries, J. T., and L. P. Sheets, Industrial Electronics, 4th ed., Delmar, 1993, pp. 46-70.

Terima Kasih ^_^