Laporan Elektronika Dasar 2 - Penguat Operasional

PENGUAT OPERASIONAL

A. TUJUAN

Untuk mendemonstrasikan bagaimana sebuah Op-Amp Inverting (membalik) digunakan sebagai penguat dalam suatu rangkaian DC dan AC sederhana

B. DASAR TEORI

Penguat Operasional atau Op-Amp adalah penguat diferensial dengan dua masukan dan satu keluaran yang mempunyai penguatan yang amat tinggi, yaitu dalam orde 10⁵.

Sifat-Sifat Ideal Op-Amp

Gambar 13.1 lambang Op-Amp

Tampak adanya dua masukan, yaitu masukan membalik (INV) dan masukan tak membalik (NON-INV). Masukan mebalik diberi tanda minus (-) dan masukan tak membalik diberi tanda positif (+). Jika isyarat masukan dihubungkan dengan masukan membalik maka daerah frekuansi tengah isyarat keluaran berlawana fasa atau berlawanan tanda dengan isyarat masukan.

Sebaliknya jika isyarat masukan dihubungkan dengan masukan tak membalik, maka isyarat keluaran akan sefasa atau

Pada umumnya op-amp menghasilkan tegangan keluaran yang sebanding dengan beda tegangan isyarat antara kedua masukannya. Op-amp semacam ini dikenal sebagai op-amp biasa ada pula op-amp yang menghasilkan tegangan isyarat keluaran sebanding dengan beda arus masukan. Op-amp semacam ii dikenal dengan sebutan op-amp biasa.

Gbr. Rangkaian Penguat Operasional Op-Amp

Disamping Op-Amp biasa ada pula op-amp yang menghasilkan tegangan isyarat keluaran sebanding dengan beda arus masukan. Op-amp semacam ini dikenal sebagai op-amp Norton. Satu contoh op-amp Norton adalah IC LM 3900 buatan national semiconductor. Satu macam lagi adalah op-amp yang menghasilkan arus keluaran yang sebanding dengan beda tegangan isyarat antara kedua masukannya. Op-amp semacam ini disebut penguat transkonduktansi operasional (Operational Transconductanse Amplifier – OTA). Satu contoh OTA adalah IC CA3080 buatan RCA.

Penguatan menggunakan op-amp

- Penguat membalik

Gambar 13.3 Penguat membalik

- Penguat tak membalik

Gambar 13.6 Penguat tak membalik

- Penguat jumlah

Gambar 13.9 Rangkaian penguat jumlah

(Sutrisno, 1987: 117-123)

Gregorian R dan Temes G (1986) pada bukunya yang berjudul “Analog MOS Integrated Circuits For Signal Processing” menyatakan bahwa penguat operasional ideal memiliki karakteristik sebagai penguatan tegangan diferensial tak berhingga, resistans masukan yang besar, resistans keluaran nol, tidak tergantung pada frekuensi (bandwidth tak berhingga), tidak terpengaruh oleh temperatur dan tidak memiliki distorsi atau derau.

Elmunsyah (1994) pada skripsinya yang berjudul “Perancangan Penguat Kerja CMOS Untuk Beban Resistansi Rendah“ menyatakan bahwa dalam teknologi CMOS, perancang rangkaian mempunyai keluwesan yang lebih besar daripada teknologi bipolar untuk menyesuaikan sifat-sifat tiap devais terhadap peranannya pada suatu rangkaian (Beauty, 2009: 17).

Penguat operasinal atau disebut dengan op-amp (operational amplifier) adalah suatu beda (penguat diferensial) yang mempunyai penguatan tegangan sangan tinggi dengan impedansi masukan tinggi dan imoedansi keluaran rendah. Op-amp merupakan rangakian terintegrasi yang dikemas dalam bentuk chip, sehingga sangat praktis penggunaanya. Penggunaan op-amp sangat luas termasuk diantaranya sebagai osilator, filter dan rangkaian instrumentasi.

- Penguat beda

Penguat beda atau differensial amplifier merupakan rangkaian yang banyak dipakai dalam rangkaian terintergrasi termasuk op-amp. Pada prinsipnya rangkaian penguat beda terdiri atas dua buah emitor yang dihubungkan jadi satu. Umumnya masukan penguat beda ada dua buah (berasal dari masing-masing transistor) dan keluarannya ada satu atau dua buah (berasal dari salah satu atau kedua transistor).

- Analisis DC

Analisis DC dilakukan pada satu sisi transistor , dengan asumsi bahwa kedua transisitir adalah identik. Rangkaian ekuivalen DC untuk satu sisi transistor adalah trelihat pada gambar.

Gambar 42. Rangkaian Ekivalen DC

- Analisis AC

Analisi AC dilakukan untuk menentukan faktor penguatan common-mode (AC). Untuk itu kedua masukan harus dibuat sama yakni V1=V2. Rangakian satu sisi transisitor untuk common-mode adalah pada gambar berikut:

Gambar 43. Rangkaian pada common mode

(Herman Dwi Surjono, 2011: 53-56)

First in operational (here atter op-amp) is a differential input, single ended, output amplifier, as shown symbolically in figure 1.1. this device is an amplifier intended for use with eksternal feedback element. Whwre these element determine the resultan function, or operation.

Figure 1-1. The ideal op-amp and its attributes

This give rise to the name, “operational amplifier” denoting an amplifier that, by viutue of different feedback kroups, can perform a variety of operation. At this point not that for concern with any virtual technologic to implement the amplifier. Attention is toused more on the behavioral natire of this building blook device (James Bryant, et all, 2004: 5)

C. ALAT DAN KOMPONEN

1. Power Supply

2. Voltmeter

3. Osiloskop

4. Signal generator

5. IC 741

6. Potensiometer

7. Bread board dan kael jumper

8. Resistor

9. Kapsitor

D. PROSEDUR KERJA

1. merangkai alat seperti pada gambar (gunakan baterai 1,5V sebagai sumber tegangan)

2. mengatur potensio sedemikian rupa, sehingga keluarannya merupakan masukan Vin=0,1 volt

3. mengatur keluaran Vout dan mencatatnya

4. mengulangi prosedur 1-3 dengan Vin 0,15 volt

5. merangkai alat seperti pada gambar

6. mengatur sumber tegnagan audio generator sehingga keluarannya o,1 Vpp dengan frekuensi 1 KHz. Keluaran audio generator tersebut merupakan masukan Vin dari rangkaian penguat AC (gunakan osiloskop untuk pengukuran).

E. LEMBAR DATA

1. Grafik Yang Dihasilkan

a) Rangkaian DC

Pada Percobaan ini praktikan gagal melakukan pengukuran terhadap Vout pada osiloskop.

b) Rangkaian AC

- Vin = 0,1 Vpp

- Vin = 0,15 Vpp

2. Data Hasil Tabel

a) Rangkaian (2a)

No	Vin	Vout
1	0,1 V	- (gagal)
2	0,15 V	- (gagal)

b) Rangkaian (2b)

No	Vin	Vout	Ain
1	0,1 Vpp	0,7 Vpp	7
2	0,15 Vpp	0,7 Vpp	4,67

F. PEMBAHASAN

Kita ketahui Op-amp merupakan suatu penguat gandengan langsung yang memperkuat sinyal arus searah (DC) atau tegangan yang berubah-rubah terhadap satuan waktu.

Isi dari sebuah OP-Amp terdiri dari puluhan transistor, resistor dan kapasitor yang dikemas dalam suatu rangkaian terpadu, sehingga Op-Amp dapat disebut juga rangkaian terpadu (IC= Integrated Circuit).

Lambang Op-Amp, yaitu:

Pada praktikum ini, kami menggunakan komponen utama yaitu IC741. IC741 ini memiliki 8 kaki, yaitu:

Pada praktikum ini dilakukan 2 percobaan untuk penguat operasional yaitu penguat operasional sinyal masukan DC dan penguat operasional sinyal masukan AC.

Untuk rangkaian yang kami gunakan, yaitu:

a. Rangkaian penguat operasional (DC)

b. Rangkaian penguat operasional (AC)

Dari gambar jelas bahwa tidak terlalu banyak perbedaan antara rangkaian DC dan rangkaian AC. Perbedaan yang mencolok yaitu pada rangkaian DC digunakan potensiometer 10 Kohm pada sinya masukan sedangkan rangkaian AC tidak menggunakan. Selain itu juga pada rangkaian AC digunakan 2 kapasitor yang diletakkan 1 pada daerah masukan dan satu lagi pada daerah keluaran, sedangkan pada rangkaian DC tidak ada kapasitor. Jadi jelas bahwa perbedaannya hanya terletak pada potensiometer dan kapasitor.

Pada tabel data percobaan yang praktikan berikan yaitu untuk rangkaian DC dinyatakan gagal, karena kami gagal dalam mengukur Vout yang dihasilkan dimana pada osiloskop tidak menghasilkan apa-apa. Pada percobaan tersebut kami telah merancang percobaan sesuai dengan rangkaian yang diberikan, yaitu dengan cara merangkai kaki-kaki IC 741 sesuai dengan gambar rangkaian DC, seperti menghubungkan kaki-2 ke sinyal masukan, kaki-3 ke ground dan lain sebagainya.

Praktikan sangat yakin bahwasannya rangkaian yang praktikan gunakan itu benar, hal itu terbukti dengan adanya Vin yang bisa praktikan hitung menggunakan voltmeter, dengan memutar-mutarkan potensiometer praktikan bisa mendapatkan Vin yang diinginkan seperti 0,1 V atau 0,2 V dan lain sebagainya. Untuk skala 0,15 V itu sulit digunakan karena skala pada voltmeter terbatas pada keteitian 0,1 V.

Dengan demikian praktikan berkesimpulan bahwasannya percobaan praktikan gagal itu dikarenakan banyak faktor dan yang paling praktikan curigai yaitu osiloskop yang praktikan gunakan dimana osiloskop tersebut tidak bisa membaca sinyal output yang praktikan inginkan.

Kemudian pada rangkaian AC didapatkan data Vout lebih besar daripada Vin yang digunakan, dengan demikian praktikan berkesimpulan bahwasannya percobaan tersebut berhasil dilaksanakan. Hanya saja praktikan kesulitan membaca Vout yang diberikan karena Vin yang diberikan perbedaannya sangat kecil yaitu hanya 0,05 Vpp. Untuk frekuensi yang digunakan yaitu 1000-1500 Hz sementara yang dihasilkan oleh osiloskop 1428,57 Hz. Itu didapatkan dari time/div yang diperoleh pada osiloskop yaitu sebesar 0,5 msekon / div. jika dihitung:

t = 0,5 ms/div x 1,4 cm = 0,7 ms

f = 1/t = 1/ 0,7 ms = 1428,57 Hz

Dengan demikian praktikan berkesimpulan percobaan ini sudah benar, diperkuat juga dengan penguatan yang dihasilkan yaitu 7 x dan 6,47 x. Hanya saja mustahil jika Vin berbeda menghasilkan Vout yang sama dengan rangkaian yang sama pula. Dari itu diharapkan ke depannya untuk lebih teliti lagi dalam melakukan praktikum.

G. KESIMPULAN

Penguat Op-Amp inverting (membalik) dapat digunakan sebagai penguat dalam suatu rangkaian DC maupun AC sederhana. Dimana nantinya akan dihasilkan Vout yang lebih besar dari pada Vin yang diberikan

H. DAFTAR PUSTAKA

Beauty, dkk. 2009. Jurnal EECC15 Vol III. No. 2. Perancangan rangkaian terpadu penguat Operasional untuk pengatur Nada. Malang: UB

Bryant, James, dkk. 2004. Op-Amp Application. Oxford: Elsevier

Surjono, HD. 2009. Elektronika Lanjut. Jember: Cerdas Ulet Kreatif

Sutrisno. 1987. Elektronik Terori dan Penerapannya. Bandung : ITB

LAMPIRAN

- Lampiran Hitung

Rangkaian AC

- Vin = 0,1 Vpp

Vout = Volt / div x cm

Vout = 0,5/div x 1,4 cm

Vout = 0,7 V