Usulan SkripsiNama:ReinhardNIM:612009002Judul: Modul Praktikum Current Feedback Operational Amplifier Jenis:Kerja LaboratoriumBobot:6 SKSKonsentrasi:instrumentasiUsulan Pembimbing:1. Ir. F. Dalu Setiaji, M.T2. Deddy Susilo, M.Eng

1. TujuanMembuat suatu modul pembelajaran tentang cara kerja Current feedback Operational Amplifier dengan membuat pengaplikasian current feedback operational amplifier dalam beberapa jenis rangkaian.

2. Latar Belakang MasalahDalam keseharian kegiatan belajar mengajar pada konsentrasi instrumentasi di Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer, Universitas Kristen Satya Wacana, penggunaan komponen Operational Amplifier (Op-Amp) sebagai komponen utama dalam praktikum sangat sering dijumpai. Praktikan mempelajari kegunaan, aplikasi maupun karakteristik dari komponen op-amp itu sendiri. Pada setiap kegiatan praktikum yang menggunakan komponen op-amp, praktikan menggunakan op-amp dengan umpan balik tegangan atau dikenal dengan Voltage feedback amplifier, selain itu pembahasan tentang penguat op-amp di kuliah juga hanya membahas op-amp voltage feedback. Padahal ada jenis lain dari op-amp voltage feedback ini yaitu op-amp current feedback, meskipun memiliki bentuk fisik yang sama namun cara kerja dari op-amp current feedback ini cukup jauh berbeda, persamaan-persamaan yang berlaku pada op-amp ini pun cukup jauh berbedaMeskipun penggunaan op-amp current feedback dianggap lebih rumit dibanding dengan op-amp voltage feedback namun op-amp current feedback ini memiliki beberapa kelebihan seperti memiliki nilai GBP yang lebih besar (Gain Bandwidth product), memiliki nilai slew rate yang lebih cepat dibanding dengan op-amp voltage feedback. [1]Melalui topik ini diharapkan mahasiswa dapat mempelajari cara kerja dari op-amp current feedback, aplikasi op-amp current feedback pada sebuah rangkaian penguat misalnya penguat pembalik , penguat non pembalik , rangkaian komparator dan lain-lain selain itu mahasiswa juga dapat mempelajari karakteristik dari op-amp current feedback ini.

3. Kaitan dengan Mata Kuliah Elektronika dasar Praktikum 1 Praktikum 2 Untai Mikroelektronika 1 Untai Mikroelektronika 2

4. Dasar Teori1) Operational Amplifier Current FeedbackOp-amp current feedback memiliki bentuk fisik maupun simbol yang sama seperti op-amp voltage feedback yang biasa digunakan, op-amp ini tetap memilik 2 inputan yaitu intput inverting dan non-inverting serta memiliki 1 buat output. Namun cara kerja dari op-amp current feedback (CFA) ini jauh berbeda dari op-amp voltage feedback (VFA).Secara garis besar cara kerja dari CFA adalah dengan memanfaatkan arus yang mengalir pada kedua inputan sedangkan VFA memanfaatkan perbedaan tegangan pada kedua inputan [1] sehingga sangat jauh berbeda cara kerjanya.Berikut adalah simbol atau model dari CFA (Op-amp current feedback) yang dapat menjelaskan secara garis besar dari cara kerja CFA

Gambar 1. Model CFA [2]Cara kerja dari op-amp current feedback ditunjukan oleh gambar 1. Dimana input non-inverting dari CFA terhubung pada input sebuah buffer, sehingga memiliki impedansi yang sangat tinggi yang hampir sama dengan transistor bipolar pada input non-inverting VFA.[2]Input inverting terhubung pada output buffer, sehingga impedansi pada input inverting sama dengan impedansi pada output buffer, dimana nilainya sangat rendah. Zb berpengaruh pada impedansi inputan pada buffer output, dan biasanya bernilai kurang dari 50. Nilai bati buffer input, Gb hampir mendekati 1, dan cukup kecil untuk diabaikan dalam perhitungan.[2]Buffer output menghasilkan impedansi output yang rendah untuk penguat, dan nilai bati output ini juga hampir mendekati 1 sehingga dapat diabaikan dalam peritungan maupun analisa. Impedansi output dari buffer output dapat diabaikan dalam melakukan perhitungan. Parameter ini mungkin mempengaruhi performa rangkaian saat menggerakan impedansi yang sangat rendah atau beban kapasitif. Sedangkan impedansi pada kaki output buffer input tidak dapat diabaikan karena akan mempengaruhi stabilitas pada frekuensi tinggi.[2]Sumber arus dikontrol oleh Z yakni transimpedansi, transimpedansi pada CFA memiliki kesamaan fungsi sebagai bati pada VFA, dimana transimpedansi menjadi parameter yang berpengaruh pada performa CFA. Biasanya nilai transimpedansi sangat tinggi berkisar pada jangka M.[2]

2) Karakteristik operasional amplifierKarakteristik Op-amp merupakan nilai nilai yang menjelaskan kinerja dari tersebut adapun nilai nilai itu diantaranya adalah sebagai berikut:

a. Penguatan tegangan open loopPenguatan tegangan open loop adalah penguatan dari Op-Amp ketika tidak terdapat feedback pada Op-Amp tersebut. Jika pada VFA ditentukan dengan perhitungan sebagai berikut

Berbeda dengan CFA, karena pada op-amp ini memanfaatkan arus yang mengalir pada kedua inputan sehingga didapatkan persamaan penguatan open-loop sebagai berikut Dimana I adalah arus yang mengalir diantara kedua input dan Z adalah nilai transimpedansi pada op-ampb. Hambatan masukan Hambatan masukan pada VFA idealnya adalah bernilai tak terhingga namun berbeda dengan CFA, karena pada CFA ini tidak menggunakan penguat differensial pada masukannya melainkan menggunakan buffer yang inputnya tersambung pada input non-inverting sehingga nilai hambatan masukan pada kaki non-inverting nilainya cukup besar sedangkan pada kaki inverting nilai hambatan dalamnya kecilc. BandwidthLebar pita (bandwidth) dari Op-amp adalah lebar frekuensi tertentu dimana tegangan keluaran tidak jatuh lebih dari 0,707 dari harga tegangan maksimum pada saat amplitudo tegangan masukan konstan. Secara ideal, Op-amp memiliki lebar pita yang tak terhingga. Tetapi dalam penerapannya, hal ini jauh dari kenyataan.Dengan mengetahui nilai bandwidth maka dapat diketahui pula nilai GBP (Gain Bandwidth Product) yaitu nilai perkalian antara nilai penguatan dengan frekuensi ketika tegangan keluarannya 0,707 kali dari tegangan keluaran maksimal [3].Op-amp current feedback dicancang agar dapat bekerja pada frekuensi yang lebih tinggi dibanding dengan VFA sehingga memiliki nilai bandwidth yang lebih besar, ini merupakan salah satu keunggulan dari CFA. [1]d. Slew rateAdalah laju perubahan tegangan keluaran terhadap waktu baik saat pulsa naik maupun turun (saat terjadi perubahan input). Secara ideal nilai slew rate yang baik pada sebuah Op-amp adalah tak hingga, artinya ketika terjadi perubahan tegangan input, tegangan outputnya langsung berubah sesuai dengan nilai penguatan tanpa dalam waktu 0 detik. Namun tidak pada kenyataannya [3].Nilai slew rate pada CFA umumnya lebih baik daripada VFA dimana tegangan output yang dihasilkan lebih cepat berubah sesuai dengan nilai penguatan.

5. Gambaran SistemPada topik tugas akir ini akan dilakukan penelitian terhadap aplikasi-aplikasi op-amp current feedback dalam sebuah rangkaian, misalnya penguat inverting, penguat non-inverting dan lain-lain, mencari karakterisitik dri op-amp current feedback yang digunakan selain itu akan menjelaskan teori-teori matematis yang berlaku pada setiap aplikasi op-amp current feedback.1) Mencari Persamaan Stabilitas pada CFADengan mendapatkan persamaan stabilitas kita dapat mengetahui nilai transimpedansi (Z) yang bekerja pada sebuah op-amp current feedback, pencarian persamaan ini adalah dengan membuat rangkaian penguat op-amp dengan feedback negatif kemudian pada poin X di putus dan beri tegangan VTI sehingga output CFA menjadi VTO, seperti pada gambar dibawah ini

Gambar 2. Mencari stabilitas [2]Setelah rangkaian dipisah pada tanda X maka rangkaian CFA diatas akan ekuivalen dengan rangkaian pada gambar 3.

Gambar3. Ekuivalen rangkaian pada gambar 2 [2]Dimana ZB adalah hambatan pada kaki output buffer inputan. Dan di dapatkan persamaan persamaan sebagai berikut:VTO = I1Z (1.1)VTI = I2(ZF + ZG||ZB)(1.2)I2(ZG||ZB) = I1ZB(1.3)

Jika persamaan (1.2) dan (1.3) digabungkan makan akan diperoleh penururunan rumus sebagai berikut:VTI = I1 (ZF + ZG||ZB) = = = = === (1.4),Sehingga didapat Jika dilihat dari persamaan akir yang didapat kita dapat menemukan nilai dari transimpedansi melalui percobaan ini karena diketahui nilai VTI, VTO, dan ZF serta nilai ZB yang mendekati nol, sehingga pada perhitungan dapat diabaikan. Dengan mengetahui nilai transimpedansi, kira dapat memperkirakan nilai Zf yang akan digunakan dalam sebuah aplikasi op-amp current feedback karena penggunaan ZF yang tidak sesuai dapat mempengaruhi stabilitas keluaran dari op-amp ini. 2) Penguat tak membalik (non-inverting amplifier) Untuk rangkaian penguat tak membalik atau penguat non inverting betuk rangkaiannya sama seperti penguat non-inverting pada umumnya dimana pada rangkaian ini terdapat feedback negatif dan input tegangan diberikan pada kaki non-inverting op-amp current feedback, namun persamaan yang berlaku berbeda dengan op-amp voltage feedback. Rangkaiannya dan penurunan rumusnya adalah sebagai berikut.

Gambar 4. Penguat non-inverting dengan CFA [2]Persamaan-persamaan yang berlaku pada rangkaian diatas adalah sebagai berikut : (2.1) (2.2) (2.3)Ketiga persamaan digabungkan untuk mencari nilai sehingga penurunan rumusnya adalah:

Karena nilai impedansi output pada buffer input () mendekati nol maka rumus diatas dapat disederhanakan lagi menjadi Karena nilai transimpedansi yang sangat beser (Z) maka pada perhitungan dapat dihilangkan sehingga rumus akhirnya adalah Jika dilihat dari rumus akirnya sama dengan penguat non-inverting dengan menggunakan VCA namun pada penggunaan CFA ini perlu diperhatikan nilai dari karena jika nilainya cukup besar menyamai nilai transimpedansi maka dapat mempengaruhi nilai penguatan.[2]3) Penguat membalik (inverting amplifier)Rangkaian penguat membalik pada op-amp current feedback juga sama seperti membuat penguat membalik deng op-amp voltage feedback, hanya saja persamaan yang berlaku pada penguat membalik menggunakan CFA ini yang berbeda. Berikut rangkaian serta penurunan rumusnya:

Gambar 5. Penguat inverting dengan menggunakan CFA[2]Persamaan yang berlaku pada rangkaian diatas adalah sebagai berikut:(3-1) (3-2) (3-3)ketiga persamaan diatas digabungkan untuk mencari sehingga didapatkan penurunan rumus sebagai berikut

Karena nilai mendekati nol maka persamaan diatas dapat di sederhanakan menjadi: Karena nilai transimpedansi Z yang sangat besar sehingga dapat diabaikan dan persamaannya menjadi [2]Penggunaan nilai pada current feedback op-amp perlu diperhatikan nilainya karna dapat berpengaruh pada nilai penguatannya, hal ini disebabkan oleh adanya transimpedansi pada current feedback op-amp

6. SpesifikasiSpesifikasi yang akan dipenuhi pada tugas akhir ini adalah sebagai berikut:1. Merealisasikan topik-topik praktikum di bawah ini dan menyusun langkah-langkah pengukurannya.Topik I: Pengukuran Karakteristik Op-amp CFATopik II: Karakteristik Rangkaian Dasar Op-amp CFA (penguat membalik, penguat tak membalik, penguat penjumlah)Topik III: Pembatasan Lebar Pita Pada Penguat Berbasis CFATopik IV: Integrator Berbasis Op-amp CFATopik V: Stabilitas dan Kompensasi pada Penguat berbasis Op-amp CFATopik VI: Penguat Selisih dan Penguat Instrumentasi berbasis CFATopik VII:Tapis-Tapis Aktif Berbasis Op-amp CFATopik VIII: Penguat Photocurrent berbasis op-amp CFA2. Melakukan analisis teoritis untuk setiap topik praktikum yang dibuat, untuk memprediksi hasil praktikum yang diharapkan.3. Melakukan pengukuran parameter-parameter untuk setiap topik praktikum yang dibuat.4. Melakukan analisis jika terjadi ketidaksesuaian antara prediksi teoritis dan hasil pengukuran yang didapat.5. Membuat pedoman praktikum (untuk acuan bagi asisten) untuk masing-masing topik dengan format:a. Tujuanb. Dasar Teoric. Langkah-langkah praktikumd. Hasil pengukuran e. Analisis hasil praktikumf. Kesimpulang. Daftar Pustaka

7. GambaranTugas1) TahapanPelaksanaana. Mempelajari teori tentang Current Feedback Opampb. Merealisasikan, mengukur Modul I yaitu Pengukuran Karakteristik Op-amp CFAc. Merealisasikan, mengukur Modul II Karakteristik Rangkaian Dasar Op-amp CFA (penguat membalik, penguat tak membalik, penguat penjumlah)d. Merealisasikan, mengukur Modul III yaitu Pembatasan Lebar Pita Pada Penguat Berbasis CFAe. Merealisasikan, mengukur Modul IV yaitu Integrator Berbasis Op-amp CFAf. Merealisasikan, mengukur Modul V yaitu Stabilitas dan Kompensasi pada Penguat berbasis Op-amp CFAg. Merealisasikan, mengukur Modul VI yaitu Penguat Selisih dan Penguat Instrumentasi berbasis CFAh. Merealisasikan, mengukur Modul VII yaitu Tapis-Tapis Aktif Berbasis Op-amp CFAi. Merealisasikan, mengukur Modul VIII yaitu Penguat Photocurrent berbasis op-amp CFAj. Melakukan penulisan skripsi yang berupa penyusunan pedoman praktikum (untuk acuan bagi asisten) untuk masing-masing modul dengan format:a. Tujuanb. Dasar Teoric. Langkah-langkah praktikumd. Hasil pengukuran e. Analisis hasil praktikumf. Kesimpulang. Daftar Pustaka

2) WaktuPelaksanaanTugasBulan ke

123456789

A*

B**

C**

D**

E**

F**

G**

H**

I**

J*********

Tabel 1. Kegiatan dan waktu pelaksanaan penelitian8. UsulanPembimbingSkripsi ini akan dibimbing oleh:1) Ir.F.Dalu Setiaji, M.T selaku pembimbing I2) Deddy Susilo, M.Eng selaku pembimbing II9. Daftar Pustaka Sementara [1] Tuite, Don, WHATS THE DIFFERENT BETWEEN VOLTAGE-FEEDBACK AND CURRENT FEEDBACK OP-AMP? electronic design [online], http://electronicdesign.com/analog/what-s-difference-between-voltage-feedback-and-current-feedback-op-amps, diakses pada tanggal 20 Mei 2014[2] Mancini, ron, Current feedback Op-amp Analysis , Texas Instrument, USA,2008[3] K.Roberge, James, Operational Amplifier : Theory and Practice, New York,2013.

10. LembarPengesahanUsulan Skripsi ini telah disetujui oleh pembimbing dan penguji.Mengetahui,

Pembimbing IPembimbing II

F. Dalu Setiaji, M.T Deddy Susilo, M.Eng

Penguji I Penguji II Penguji III

Lukas B.S, M.Sc Daniel Santoso, M.S Gunawan D, M.Sc.Eng

13