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
-
Vin = 0,15 Vpp
Vout = Volt / div x cm
Vout = 0,5/div x 1,4 cm
Vout = 0,7 V
Penguatan
-
Vin = 0,1 Vpp
Ain = Vo/Vi
Ain = 0,7 / 0,1
Ain = 7 X
-
Vin = 0,15 Vpp
Ain = Vo/Vi
Ain = 0,7 / 0,15
Ain = 4,67 X
-
-
Lampiran Foto
