Elektronika Dasar 2

183

Elektronika

Dasar 2

184 PENERAPAN OP-AMP

1. Pengantar

Pada modul 5 Anda telah belajar tentang dasar-dasar op-amp. Anda telah belajar menggunakan op-amp untuk memperkuat isyarat, menjumlahkan isyarat, melakukan integral dan diferensial, dan guna membandingkan isyarat dengan suatu tegangan dc. Anda juga telah belajar tentang tanggapan frekuensi penguat op-amp dan juga tentang hambatan masukan dan hambatan keluaran op-amp.

Pada modul ini akan dibahas beberapa penerapan op-amp, agar Anda mengetahui bagaimana op-amp digunakan untuk pengelolaan isyarat audio, pengaturan tegangan dan arus; dan penerapan op-amp sebagai penguat diferensial. Tiga buah contoh penerapan op-amp ini hanyalah beberapa dari sekian banyak penerapan op-amp. Dengan memahami tiga jenis penerapan op-amp ini diharapkan Anda dapat memahami penerapan-peneraoan yang lain. Selain itu hal-hal yang akan dibahas di sini akan bermanfaat untuk membina hasta karya elektronika.

Contoh penerapan pertama berhubungan dengan pra penguat kaset yang mengolah isyarat dari kepala kaset dan rangkaian kendali nada aktif, yang memperkuat bagian frekuensi rendah dan frekuensi tinggi pada musik agar dihasilkan bunyi musik yang tajam dan mantap.

Contoh penerapan kedua menyangkut penggunaan op-amp pada pengaturan tegangan dan arus yaitu upaya agar tegangan catu daya atau catu arus dipasang catu tegangan tetap diperlukan pada setiap peralatan pengguanaan dioda sebagai sensor suku, motor kaset, dan sebagainya.

Contoh penerapan ketiga tentang penguat diferensial yang dapat digunakan untuk mengolah isyarat mengambang yaitu dengan sumber yang kedua ujungnya terlepas dari tanah.

2. Tujuan Instruksional Umum

Setelah selesai melakukan seluruh kegiatan belajar pada modul ini Anda diharapkan telah memiliki kemampuan berikut:

a. Menggunakan pengetahuan tentang sifat-sifat dasar op-amp untuk membahas berbagai penerapan op-amp

b. Menjelaskan latar belakang berbagai penerapan op-amp

c. Melakukan berbagai penerapan op-amp untuk berbagai kegiatan hasta karya elektronika

185 3. Tujuan Instruksional Khusus

Secara lebih terperinci, setelah selesai melaksanakan kegiatan modul ini Anda diharapkan telah memiliki kemampuan-kemampuan berikut:

a. Menjelaskan kerja rekaman pada pita mengetik dan pengambilan informasi dari pita mengetik.

b. Menjelaskan kerja rangkaian pengelohan isyarat untuk merekam dan isyarat dari pita magnetic pada pra penguat kaset

c. Menjelaskan kerja rnagkaian pengolahan isyarat musik agar dihasilkan ciri tanggapan frekuensi tertentu.

d. Menjelaskan rangkaian pengatur arus tetap

e. Menjelaskan kerja dan penerapan rangakaian penguat diferensial menggunakan op-amp.

186 4. Kegiatan Belajar

4.1 Kegiatan Belajar 1

PENGELOLAAN ISYARAT AUDIO 4.1.1 Uraian dan Contoh

4.1.1.1 Pengantar

Pengelolaan isyarat kaset mencakup pra-penguatan utuk menghasilkan isyarat yang sesuai dengan sifat-sifat kepala kaset. Tanggapan frekuensi isyarat kaset mempunyai tegangan isyarat rendah pada frekuensi rendah dan tegangan isyarat yang besar pada daerah frekuensi tinggi.

Oleh sebab itu pra penguat kepala kaset harus mempunyai penguatan besar pada frekuensi rendah dan penguatan kecil pada frekuensi tinggi agar isyarat keluaran mempunyai tegangan isyarat yang sejauh mungkin tak banyak bergantung pada frekuensi.

Keluaran prapenguat kaset diolah lebih lanjut oleh pengatur nada (time control), agar diperoleh isyarat dengan bas yang kuat dan treble (suara tinggi) yang jernih dan tajam.

Pengatur nada yang dibahas di sini adalah jenis pengatur nada Baxandall aktif. Sebelum membahas pra penguat kepala kaset kita perlu memahami sedikit bagaimana suara atau musik disimpan dalam pita kaset.

4.1.1.2 Rekaman dan Reproduksi Suara dengan Pita Magnetik

Pada perekaman magnetic isyarat dari arus listrik menghasilkan fluks magnetic pada kepala kaset yang bekerja sebagai kepala perekam. Fluks magnetic ini tersimpan di dalam pita magnetic yang bergerak relatif kepala kaset (Gambar 1).

187 I (t) Kepala kaset Kepala kaset Kepala kaset Lapisan oksida besi v

{

(a) pita kaset rekaman

Fluks terekam

(a)

V(t)

(b)

Arus i(t) dihasilkan oleh bunyi yang akan direkam. Kepala kaset tak lain adalah suatu elektromagnet yang menghasilkan flugs magnet sesuai dengan arus isyarat yang masuk. Fluks isyarat ini disimpan di dalam bahan feromagnetik berupa lapisan oksida besi pada permukaan pita magnetik. Pada waktu kaset berganti menjadi pembangkitr tegangan imbas yang disebabkan oleh perubahan fluks magnetic karena fluks yang terekam dalam pita melewati kepala kaset. Tegangan imbas yang dihasilkan pada kepala kaset ini kemudian diperkuat untuk menghasilkan suara.

188

Kita lihat bahwa untuk frekuensi di bawah adalah linier terhadap frekuensi. Perhatikan bahwa sumber vertikal adalah dalam

dan sumbu mendatar menggunakan skala logaritmik.

Diatas frekuensi 3 KHz tanggapan frekuensi turun dengan amat tajam. Ini disebabkan oleh lebar celah kutub magnet yang membatasi jarak terkecil antara dua rekaman fluks berturutan.

Jadi oleh rekaman isyarat frekuensi rendah akan teredam. Makin tinggi frekuensi makin kurang redamannya, hungga satu nilai frekuensi tertentu. Pelemahan isyarat main dari kepala kaset pada frekuensi tinggi akan membatasi kemampuan kaset untuk menghasilkan frekuensi tinggi (trable) sehingga bunyi yang dihasilkan akan terdengar tumpul.

Untuk mengatasi masalah turunnya isyarat keluaran kepala kaset pada frekuensi tinggi, maka prapenguat perekam harulah memiliki tanggapan frekuensi datar hingga nilai frekuensi untuk mana isyarat kepala kaset turun tajam, dan selanjutnya penguat bertambah dengan frekuensi, seperti tampak pada grafik dengan garis putus-putus pada gambar 2.

Rangkaian untuk menghasilkan ekualisai ini adalah seperti pada gambar 3. dB 0 20 50 100 200 500 1 K 2K 5K 10K 20K 50K 100K f (log) V0/V1 30 20 10 Tanggapan frekwensi kepala kaset (tanpa

penyamaan) Tanggapan frekwensi kepala kaset (penyamaan rekaman) dengan penyamaan Gambar 2

189 Sumber isyarat 1,14 3,12 + -LM381 (7,8) 2,13 R4 22K +24 V (6) R6 150 C2 20mf R8 33 C5 0,27mf R5 1K2 R9 200K L1 C6 V0 Kepal kaset Isyarat bias

Gambar 3 Rangkaian prapenguat rekam

Rangkaian ini menggunakan op-amp LM 381, yaitu op-amp yang khusus dibuat untuk keperluan audio. Ic LM 381 berisi dua buah op-amp, sehingga dapat digunakan untuk membuat prapenguat kaset stereo. Nomor-nomor kaki dicantumkan pada gambar 2, untuk kedua buah op-amp di dalam IC. LM 381 dapat bekerja dengan satu tegangan unipolar (+ V dalam tanah).

Agar tegangan dc pada keluarga sama dengan setengah VCC perlu dipasang R4

dan R5. Kapasitor C2 mempunyai nilai cukup besar 20 untuk membuat agar

R6 bersama dengan R8, C5 dan R5 membentuk umpan balik reaktif sehingga

dihasilkan tanggapan frekuensi prapenguat rekam seperti yang diharabkan, yaitu seperti pada gambar 2.

Resistor R9 dipasang agar dilihat dari V0 penguat mempunyai hambatan

keluaran yang besar sehingga penguat akan berprilaku seperti suatu sumber arus. Indikator L1 dan kapasitor C6 yang merupakan rangkaian LC paralel akan

mempunyai impedensi maksimum pada frekuensi,

√ , yaitu frekuensi

isyarat bias.

Isyarat ini biasanya mempunyai frekuensi 100 KHz yang merupakan bantalan

isyarat audio, agar cacat isyarat yang terekam karena sifat magnetik teras magnet kepala rekam menjadi berkurang (Gambar 4).

190 Lengkung B(H) 0 H B Isyarat bias

Gambar.4 Penggunaan isyarat bias untuk mengatasi ketaklinearan lengkung B(H) pada teras kepala rekam.

Pada Gambar 4 besaran B adalah induksi magnet yang menyatakan banyaknya senko yang terekam dalam pita, dan H adalah intensitas magnetik, yang sebanding dengan arus rekam.

Pada reproduksi suara (play back) dalam rekaman yang ada dalam pita magnetik digunakan penguat dengan tanggapan frekuensi tertentu, yaitu yang menguatkan isyarat frekuensi, lebih besar daripada isyarat-isyarat frekuensi tinggi, (Lihat Gambar 5).

10 20 30 40 50 60 20 50 100 200 500 1k 2k 5k 10k 100k 0 Frekuwensi : Hz (Log)

Gambar 5. Tegangan penguat playback

Tampak bahwa untuk frekuensi di bawah 50 Hz isyarat diperkuat sebesar 60 dB = 1000 X dan untuk isyarat dengan frekuensi lebih 2 KHz penguat hanyalah 30 dB = 30X. Hal ini dibuat dengan mengimbangi keluran kepala kaset playback yang lemah pada frekuensi rendah dan kuat pada frekuensi

191

tinggi. Dengan demikian diharapkan keluran penguat playback akan memberikan keluaran yang sama kuat untuk isyarat dari kaset bagi seluruh daerah frekuensi audio.

Rangkaian penguat playback yang menghasilkan tanggapan frekuensi di atas adalah seperti pada Gambar 6.

0,1 mf (1,8) (2,7) + -LM381 24 V (3) R5 2,5K R6 12 Ω C2 220mf R4 47K C4 68n R7 1K2 V0 (4,5) 9 Kepala kaset

Gambar 6. Rangkaian prapenguat kaset untuk playback

Resistor R4 dan R5 adalah untuk panjar tegangan,agar tegangan dc pada

keluaran mempunyai nilai ½ VCC . Komponen-komponen R4, R6, R7 dan R6

membentuk rangkaian umpan balik negatif yang menghasilkan tanggapan frekuensi yang diinginkan.

Pada daerah frekuensi tinggi kapasitansi C4 mempunyai reaktansi kecil,

sehingga R4 menjadi paralel dengan R7. Oleh karena penguatan pada

frekuensi tinggi akan turun, sehingga suara kaset yang dihasilkan akan banyak mengandung suara bas.

4.1.1.3 Pengtur Nada

Prapenguat playback yang mengolah isyarat reproduksi suara dari pita kaset mempunyai tanggapan frekuensi yang datar. Apabila keluaran prapenguat ini langsung diperkuat oleh penguat daya suara yang dihasilkan akan terdengar datar pula. Pada umumnya orang lebih suka mendengar musik dengan nada bas kuat dan nada trebel (suara tinggi) kuat pula. Dengan demikian musik yang dihasilkan akan terdengar mantap dan tajam. Bentuk tanggapan frekuensi yang diinginkan adalah seperti pada Gambar 7.

192 0 10 8 6 4 2 1 F (log) Hz 100K 10K 1K 100 10 20 KHz Penguatan Bass dan Trebel maksimum Bass dan Trebel Sedang Gambar 7

Untuk memperoleh tanggapan frekuensi seperti di atas digunakan rangkaian kendali nada (tone-control). Suatu bentuk rangkaian kendali nada yang sering digunakan adalah rangkaian kendali nada Baxandall aktif dengan op-amp, seperti pada Gambar 8.

Vi C1 0,1 R1 100K R3 24K OA I C1 0,1 1 LM 349 C2 1mf 2 3 1 -+ R5 11K RV1 100K R4 -11K R6 3K9 C5 0,005 RV2 R7 3K9 R5 11K Bass a b c d Trebel OA 2 C7 0,1 -1M V0 111 LM 349 +1M C6 0,1 -+ 5 6 6 7 C5 0,05 C3 0,05

Gambar 8. Rangkaian kendali nada Baxandall aktif

Op-amp OA1 berfungsi sebagai penyangga oleh adanya hambatan keluaran yang amat kecil. Penguatan tahap ini adalah sama dengan:

Tahap OA2 adalah untuk pengendali nada, yaitu menguatkan daerah frekuensi rendah (bas) dan bagian frekuensi tinggi (trebel). Untuk bas maksimum maka kontak geser potensometer RV1 harus ada di titik a, dan

untuk trebel maksimum kontak geser Rv2 harus ada di titik c. Pada keadaan

193 Vi R3 10 K RV1 100K C4 (0,05) R4 10K V0 -+ OA 2 R7 3K9 RV2 500K R6 3K9 C5 0,005

Gambar 9. Rangkaian kendali nada baxandall untuk keadaan bas dan trebel maksimum

Untuk daerah frekuensi rendah reaktansi kapasitor C4 mempunyai nilai amat

besar sehingga dapat dianggap terbuka. Untuk daerah frekuensi ini reaktansi kapasitor C5 amatlah besar sehingga dapat dianggap terbuka, sehingga R6,

RV2 dan R7 tak membentuk umpan balik, sehingga tak berpengaruh pada

penguatan adalah kira-kira sama dengan:

Untuk daerah frekuensi tinggi reaktansi kapasitor C4 menjadi amat kecil

sehingga dapat dianggap terhubung singkat, sehingga RV1 tak lagi

berpengaruh terhadap penguatan. Sebaliknya pada daerah frekuensi tinggi reaktansi kapasitor C5 menjadi amat kecil, sehingga dapat dianggap

terhubung singkat pula. Oleh karena itu kini R6, RV2 dan R7 membentuk

umpan balik dan penguatan menjadi.

4.1.2 Latihan 1

1) Beri keterangan mengapa tegangan isyarat yang fihasilkan oleh isyarat rekam dengan frekuensi rendah lebih daripada isyarat dengan frekuensi tinggi.

2) Beri keterangan mengapa tanggapan frekuensi hasil rakaman turun dengan curam pada frekuensi di atas 15 KHz

194

3) Menggunakan sumbu tegak menyatakan penguatan dalam dB dan sumbu horisontal menyatakn frekuensi dengan skala logaritmik, lukiskan bentuk tanggapan frekuensi penguat playback dan beri keterangan

4) Pada rekaman magnetik orang menggunakan bias, apa maksutnya? 5) Perhatikan Gambar 3

a. Terangkan apa yang terjadi jika R8 diperbesar

b. Terangkan fungsi R9

c. Terangkan fungsi indikator L1 dan C6

6) Perhatikan gambar 6 a. Terangakan fungsi R5

b. Terangkan apa yang terjadi jika R7 diperbesar

7) Perhatikan gambar 8

a. Berapa hambatan masukkan seluruh rangkaian? b. Apa yang terjadi jika C5 diperbesar?

8) Perhatikan gambar 9

Perapa penguat oleh ranngkaian bas pada frekuensi tinggi?

Kunci jawaban latihan 1

1. Tegangan isyarat dari rangkaian sebanding dengan impedensi kumparan kepala kaset yaitu sebading dengan oleh sebab itu untuk frekuensi rendah diperoleh regangan isyarat yang rendah pulah.

2. Tanggapan frekuensi hasil rekaman turun dengan curam untuk isyarat dengan frekuensi diatas 15 KHz sebab kemampuan frekuensi tinggi dibatasi oleh jarak antara fluks dalam pita magnet tidak mungkin lebih kecil dari lebar magnet tidak mungkin lebih kecil dari lebar celah magnet pada kepala kaset

3.

0

F(log) Av

195

Isyarat frekuensi rendah harus diperkuat lebih banyak dari isyarat frekuensi tinggi sehubungan dengan tanggapan frekuensi dari kepala kaset play back yang lemah pada frekuensi rendah.

4. Isyarat bias digunakan untuk mengatasi sifat tak linier pada lengkung B-H kepala kaset agar tak terjadi cacat bentuk isyarat keluaran.

5. Pada gambar 3

a. Jika R8 diperbesar pada frekuensi tinggi saat C5 mempunyai

reaktansi kecil penguap berkurang sebab

10

b. R9 berfungsi untuk membuat prapenguat rakam berperilaku

sebagai sumber arus tetap

c. Fungsi inductor L1 dan C6 adalah untuk membuat agar isyarat bias

tak mempengaruhi kerja op-amp 6. Gambar 6

a. Adalah untuk memberi tagangan panjar pada op-amp agar tegangan dc keluaran sama dengan Vcc

b. Kalau R7 diperbesar maka isyarat frekuensi tinggi akan lebih besar

penguat nya sehingga bunyi yang dihasilkan akan banyak mengandung treble.

7. Gambar 8

a. Hambatan masukan rangkaian adalah Ri =R1 =100K karena

masukan tak membalik pada tanah virtual.

b. Kalau C5 diperbesar maka tanggapan frekuensi treble mulai bekerja

pada frekuensi ang terlalu rendah, maka akibatnya pengurangan penguat pada daerah frekuensi tengah terlalu banyak (lihat gambar). anggapan Anggapan bas 0 d Av

196

8. Lihat gambar 9 pada frekuensi tinggi C3 dan C4 terhubung singkat

maka RV1 terhubung singkat pula sehingga penguat oleh rangkaian

bas menjadi.

4.1.3 rangkuman

Pada kegitan belajar ini and telah belajar tenatang penerapan op-amp pada pengelahan isyarat kaset kaset audio. Pada dasarnya kita memerlukan panguat dengan tanggapan frekuensi terlalu, sesuai dengan tanggapan frekuensi sumber isyarat. Untuk mendapat memahami bentuk tanggapan frekuensi yang diperlukan.

Pada penguat rekam dan penguat main ada (play back) kita perlu memahami tanggapan frekuensi kepala kaset dan dasar kerja rekaman manegnetik. Karena batasan pada kecepatan gerak pita kaset dan batas celah elektromagnetik pada kepala kaset maka penguat rekam dan main ulang berbeda. Penguat perekam dibuat dengan tanggapan frekuensi yang memperlebar tanggapan frekuensi pita kaset oleh karana keterbatasan kecapatan gerak pita kaset dan lebar celah elektromagnetik.

Penguat main ulang dirancang untuk mengatasi tanggapan kepala kaset yang lemah pada frekuensi rendah oleh karena pada waktu merekam besar fluk yang direkam adalah sebanding dengan adalah frekuensi sudut isyarat dan L induksi lilitan kawat pada kepala kaset.

Tanggapan frekuensi yang sesuai dengan dihasilkan oleh umpan balik yang mengandung resistor (R) dan kapasitor ( c).

Pada kegiatan belajar ini kita juga telah membahas rangkaian rendah pada Baxandall aktif agar music yang dihasilkan dapat diatur kekuatan bas dan trembelnya sesuai dengan selera kita.

197 4.1.4 Tes Formatif

1) Prapenguat perekam mempunyai hambatan keluaran yang amat besar Sebab

Fluk magnetic yang tersimpan di dalam pita magnetic sebanding dengann arus pada kumparan kepala kaset.

2) Isyarat bias mempunyai sifat – sifat berikut a. Frkuensi ultrasonic

b. Digunakan untuk playback

c. Dimaksudkan untuk mengurangi cacat berbentuk isyarat d. Dimaksudkan untuk mengurangi bising

Untuk soal – soal no 3 s/d 5 digunakan gambar 12

C1 10n R1 _1M 74I +v -v R2 22 R3 ₁₅₀ R4 Gambar 12 3) hambatan masukan penguat adalah

a. 22kΩ b. 150KΩ c. 33KΩ d. 1MΩ

4) Pada frekuensi tinggi penguatan adalah: a. 113

198

c. 333 d. 1003

5) Pada frekuensi rendah penguatan adalah: a. 113

b. 148 c. 333 d. 667

Untuk soal –soal no 6 hinga no 9 gunakan gambar 13

330K R2 _a R1 680K C R6 330K R5 680K -+ OA1 C4 22Alf R9 10K R10 1K8 C8 C P3 500K a C5=56n P1=100K _R11 10K 10K 4,7n d R14 1K8 C10=100p -+ OA2

6) jika saklar S1 ada pada posisi B maka penguatan tahap O A1 adalah:

a. 1 kali b. 2 kali c. 3 kali d. 4 kali

7) Pada posisi C maka hambatan masukkan O A1 adalah

a. 110 K b. 220 K c. 330 K d. 680 K

8) Jika P1ada pada posisi b maka penguatan pada frekuensi renda adalah

a. 100 X b. 10 X c. 1 X

199

d. 0,1 X

9. Jika kontak pada P3 ada pada titik maka pada frekuensi tinggi

peguatan adalah a. 878

b. 500 c. 278 d. 139

4.1.5 umpan balik dan tindak lanjut

Cocokkanlah hasil jawaban anda dengan kunci jawaban Tes Formatif 1 yang ada di bagian belakang modul ini. Hitungkah jumlah jawaban Anda yang benar. Kemudian gunakan rumus dibawah ini untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi Kegiatan Belajar 1.

Rumus

Arti tingkat penguasaan yan anda capai:

90% - 100% = baik sekali 80% - 89% = baik

70% -79% =cukup 60% - 69%= kurang

Kalau anda mencapai tingkat penguasaan 80% keatas, anda dapat melanjutkan dengan kegiatan belajar 2. Bagus ! tetapi bila tingkat penguasaan anda masih dibawah 80%, anda harus mengulangi kegiatan belajar 1 terutama bagian yang belum anda kuasai.

200 4.2 Kegiatan Belajar 2

PENGUAT DIFERENSIAL DAN PENERAPANNYA 4.2.1 Uraian dan Contoh

4.2.1.1 Pengantar

Pada kegiatan belajar 1 kita telah membahas penerapan op-amp untuk mengolah isyarat audio. Pada dasarnya kita merancang agar penguat memiliki tanggapan frekuensi yang tepat sehingga diperoleh suara yang jernih dan mantap.

Pada kegiatan belajar ini kita akan membahas penggunakan op-amp untuk mengolah isyarat transduser, yaitu komponen yang mengubah besaran alam seperti suhu, tekanan dan dsb menjadi tegangan listrik. Isyarat yang dihasilkan transduser pada umumnya adalah dc dan mempunyai nilai amat kecil, yaitu pada orde 1 mV atau kurang. Selain itu isyarat transduser merupakan sumber tegangan mengambang, artinya kedua ujungnya berada pada tegangan diatas tanah.

Untuk mengolah isyarat transduser diperlukan suatu penguat yang mengolah tegangan dc, dan mempunyai dua masukan mengambang. Agar lebih jelas lihatlah gambar 1 + -A v V0 V0=Av Vab =Av(Va-Vb) Gambar 1

Penguat mengolah isyarat berapa tegangan dioda (dc) dengan kedua ujung deoda mengambang ( tak berada pada tegangan tanah ). Penguatan semacam ini disebut penguat selisih atau penguat diferensial. Pada kegiatan

201

belajar ini kita akan mempelajari rangkaian penguat difensial dan penerapannya untuk membuat thermometer elektronik dan milivoltmeter ac 15

4.2.1.2 Penguat diferensial

Penguat diferensial mempunyai dua masukan dan satu keluaran, seperti pada gambar 2.

Gambar 2 Penguat diferensial

Penguat diferensial dinyatakan sebagai AV,d yang memberi hubungan antara

tegangan isyarat keluaran dan selisih tegangan isyarat masukan, Δ Vi = Vi1 - Vi2, Yaitu

V0 = AV, d (Vi1 - Vi2)

Kalau VI 1 = Vi2 tentunya V0 = 0. Namun dalam kenyataan nya walauipun VI 1

= Vi2, V0 ≠ 0.

Isyarat yang terhubung pada kedua masukan disebut isyarat modus bersama dan tegangan isyara masukan dinyatakan sebagai Vi,CM, dengan CM

menyatakan common-mode(modus bersama).

Contoh isyarat modus bersama adalah isyarat dengung oleh radiasi tegangan PLN, isyarat gangguan dari radio CB, dan sebagai nya. Penguatan untuk modus bersama dinyatakan sebagai AV,CM, Yaitu

V0 = AV,CM V1,CM

AV,d

Vi 2

V 0 = Av,d(Vi 1-Vi 2) Vi 1

202

Secara ideal AV,CM harus lah sama dengan nol. Namun dalam kenyataan nya

AV,CM mempunyai jarak lebih kecil dari satu, jadi tak sama dengan nol.

Perbandingan antara penguatan diferensial dan penguatan modus bersama

yaitu Menyatakan kemampuan penolakan modus bersama.

Sehubungan dengan ini orang menggunakan tabel – nisbah penolakan modus bersama ( common-mode rejection ratio), yang didefinisikan sebagai

CMRR(Db) = 20 log

Sebagai contoh, nilai CMRR = 80 dB sudah termasuk bagus. Untuk nilai ini

CMRR = 80 Db = 20 log

Yang berarti : jadi misalkan

maka kita dapat membuat suatu penguat

diferensial dengan menggunakan op-amp seperti pada gambar 3. Tegangan masuk diferensial Vid= Vi1- Vi2

Jika R1=R3 dan R2= R4 maka didapat bahwa = - Hambatan masukan

diferensial adalah R1,d = 2R1

Gambar 3

Agar CMRR mempunyai nilai yang tinggi maka isyarat R1 = R3 dan R2 = R4

Harus benar-benar dipenuhi. Untuk itu perlu digunakan resitor-resistor,presisi, yaitu toleransi 1%. Rangkaian penguat diferensial diatas mempunyai penguatan yang tetap, sebab apabila kita ingin mengubah

R

1

R

2

Vi

1

Vi

2

R

3

R

4

V

0

Vi d

203

penguatan dengan merubah R1, maka R3 harus diubah juga, agar nisbah

penolakan modus bersama (CMRR) mempunyai nilai yang besar. Untyk mengatasi ini rangkaian pada gambar 3 ditambah satu tahap di bagian depannya seperti gambar 4.

Gambar 4 Rangkaian penguat instrumentasi

Penguatan diferensial selruh nya menjadi

Keuntungan menggunakan tahap A1 dan A2 adalah bahwa penguatan dapat

diubah melalui CMRR. Selaian itu hambatan masukan dapat dibuat amat tinggi dengan menggunakan op-amp dengan masukan JFET seperti misalnya LM 357 untuk A1 dan A2. Untuk rangkaian pada gambar 4 hambatan

masukan adalah:

R1,d = R6 + R7

Rangkaian penguat pada gambar 4 disebut rangkaian penguat instrumentasi yang sering memperkuat isyart transduser.

1M A1 A3 A2 R1 R2 R4=R2 V0 R6 Vi.d 1M R7

204 4.2.1.3 Termometer Elektronik

Rangkaian pada gambar 5 dapat digunakan untuk membuat termometer elektronik 6KB 3,5V 6KB R6 3 V+:15V 4 1 11 Q 6KB R8 R2 470 R10 1K8 _d A1 A2 A3 VCC:7,1V C 100K 1K-2K8 100K R12 P3 R13 R15 _R16 A4 R17 100K R14 100K R18 2K2 100K 100K R7 2 IN4148 (Gambar 6) A1, A2, A3, A4 : LM 324, Transistor Q = BC 109

Gambar 6 Rangkaian termometer elektronik

Op-amp A1, A2, A3, A4 seluruhnya ada di dalam satu IC LM 324 yang berisi

empat buah op-amp. Penguat A2, A3, dan A4 membentuk penguat

Instrumen dengan penguatan = yang mempunyai nilai 80

higga 200 kali.

Sebagai sensor suhu digunakan dioda D4 yaitu dioda isyarat biasa dari jenis

IN 4281. Untuk daerah suhu tertentu, yaitu dari 00_{C hingga sekitar 50}0_Cada

hubungan linier antara tegangan dioda dengan suhu, jika pada dioda dialiri arus tetap( lihat gambar 7)

205

Gambar 7 tegangan Dioda Berubah terhadap suhu

Agar lebih jelas, rangkaian transduser suhu dilukiskan lagi pada gambar 8.

Gambar 8

Tegangan pada titik a adalah Va = VCC = = 3,55 V

Vb = Va=3,55 V, akibatnya arus yang melalui R8 adalah: I0 = =

tidak sama 0,5 Ma

Karena masukan op-amp mempunyai hambatan amat besar, maka arus I. sebagian besar, maka arus I sebagian besar berasal dari arus kolektor, transistor q maka dioda akan dialiri arus tetap. Kembali ke gambar 6 maka tegangan masukan diferensial adalah:

V

1

V

2

V

3 T1 T2 T3 1D

V

D I0 = Arus tetap

R

6

6KB

R

7

V

CC

:7,1V

D

b

R

8

I

0

6KB

206

Vid =V0-Vd

Dengan VC = α VCC dan Vd = VCC – Vd.

Sehingga Vid = VC- Vd = α VCC – (VCC- Vd(T))

Vid=AVd (T) – (1- α) VCC

Dengan Vd(T) adalah tegangan dioda yang berubah dengan suhu. Dengan

mengubah α mengubah α melalui potensiometer P2 kita dapat membuat agar

V1d = 0 untuk suatu nilai suhu. Selanjutnya

V0 = -Av,d Vid

= - Av,d (VDG)-(1-α ) Vcc)

V0 = Av,d ((1- α) Vcc-VD((T))

Sebagai pendekatan dapatlah digunakan hubungan VD(T) tidak sam (A –BT)

Sehingga VO = AV,d ((1- α) Vcc+BT – A). Dengan memilih ( 1- α) Vcc = A maka

kita peroleh V0 yang dibanding lurus dengan.suhu.

4.2.1.4 Milivolter AC

Kebanyakan voltmeter ac bekerja untuk isyarat tegangan bolak balik yang besar, yaitu diatas 1 V.

C 1 R 1 a + V - V D 1 D 2 D 3 D 4 _{C R} 3 R 4 d R 4 = R 3 R 6 R 7 A 1 A 2 R 4 + V -V + V Q v 0 1 M A 1 = A 2 = LF 330

207

Selain itu voltmeter ac biasanya tak dapat digunakan untuk untuk mengukur tegangan isyarat ac untuk frekuensi diatas 1 KHz. Suatu multimeter ac yang dapat mengukur isyarat dari nilai sekitar mV hingga V amat berguna untuk menguji rangkaian penguat alat yang biasa digunakan untuk alat ini adalah osiloskop, namun osiloskop mahal hargannya. Selama isyarat kita berbentuk sinusoida, seperti yang biasa digunakan untuk menguji penguat, kita dapat menggunakan milivolter ac. Suatu milivolter ac harus mengandung suatu penyearah, untuk membuat tegangan bolak-balik menjadi tegangan searah. Seperti kita tahu dioda silikon memiliki tegangan potong sebesar 0,6V. dibawah nilai ini dioda mempunyai hambatan amat besar, sehingga kalau digunakan utuk menyearahkan tegangan bolak-balik kurang dari 0,5 V tegangan keluaran sama dengan nol. Untuk mengatasi ini digunakan op-amp. Salah satu bentuk rangkaian yang dapat digunakan adalah seperti pada gambar 9. Dengan memasang jembatan D1, D2,D3, dan D4 Di dalam lingkaran

umpan balik maka tegangan umpan balik yang kecil yaitu dibawah 1mV dapat dibuat nya searah

Karna tegangan teanagn titik a sama denga titik b, maka arus isyarat yang mlalui R1, dioda D1-D4 dan R2 ditentukan oleh R3. tegagan dc yang dihasilkan

pada resistor R2 diperkuat oleh penguat diferensial A2 kemudian diubah

menjadi arus yang diukur oleh miliam permeter M. untuk miliampermeter dengan kepekaan 100 Ma arus keluaran op-amp A2 Harus deperkuat dengan

transistor Q. perhatikan bahwa transistor q ada di dalam lingkaran umpan balik. Besar arus I yang melalui R2adalah sama dengan I=

Sehingga beda tegangan VCD = Vc-Vd = -1 R2 = - . V1

oleh penguat diferensial tegangan ini diperkuat lagi menjadi

208 4.22 Latihan 2

1) Suatu penguat diferensial mempunyai penguatan difernsial sebesar 100X dan CMRR = 80 Db. Aapabila isyarat masukan modus

bersama adalah 10V hitung keluaran untuk isyarat ini.

2) Pada Gambar 3, buktikan bahwa jika

R

₁



R

₃ dan

R

₁



R

₂ maka

penguatan diferensial sama dengan

1 2 ,

R

R

A

_vd





3) Pada Gambar 4 buktikan bahwa penguatan oleh tahap

A

₁ dan

A

₂

adalah 1 5 3

1

R

R

R

A

_v







4) Pada Gambar 6 a. Apa fungsi P2

b. Tentukan penguatan maksimum dan minimum oleh penguat diferensial

c. Ceritakan bagaimana dioda digunakan sebagai sensor suhu d. Tentukan arus yang melalui diode D

5) Gambar 9

a. Hambatan masukan penguat b. Mengapa

R

₆ dibuat variabel ?

c. Kalau diinginkan agar untuk isyarat 10 mVac dihasilkan arus tegangan

V

_cd



1

V

dengan

R

₂



1

k



tentukan nilai

R

8

Kunci Jawaban Latihan 2

1)

A

_v,d



110

X



20

log

100



40

dB

CM v d v

A

A

CMRR

, ,

log

20



CM v d v

A

A

CMRR



20

log

_,



20

log

_, Jadi :

209 CM v

A

dB

dB

40

20

log

_,

80





dB

dB

dB

dB

A

_v,CM

(

)





80



40





40

CM v CM v

A

A

_,



20

log

_, Akibatnya 2 ,

40

10









dB

A

_vCM Jika

V

_i,CM



10

V

maka

V

CM

V

0

,

1

V

100

10

, 0





2) 0 0 0 0 R1 a R4 I1 V0 + -b V1 V2 R1 I2 R4 ( )

210 3) 0 0 0 0 0 0 0 0 Vi1 Vi2 V 01 R3 R4 R5 V 02 + -+

Kedua masukan op-amp dalam

Keadaan terhubung singkat Sehingga :

( ) (

) ( )

4) a. Fungsi P2 adalah untuk membuat agar pada suatu nilai suhu

(misalya 00_{C) tegangan keluaran menjadi model.}

b. Arus yang melalui diode D adalah

c. Dioda dapat digunakan sebagai transduser suhu oleh karena pada tegangan maju, tegangan dioda berubah dengan waktu.

5) Gambar 9

a. Hambatan masukan penguat adalah R1 = R2

b. R6 dibuat variabel agar CMRR sebesar mungkin.

c. Arus



 

8 8 2

10

1

10

R

V

R

k

mV

IR

V

_cd







211

V

V

Agar



_cd



1

maka 8

10

1

R

V

V







10

8

R

4.2.3 Rangkuman

Pada kegiatan belajar ini anda telah belajar tentang penerapan opamp untuk mengolah isyarat diferensial, dan penerapannya pada rangkaian termometer elektronik dan milivoltmeter ac.

Hal yang harus diperhatikan sehubungan dengan penguat diferensial adalah yang disebut penolakan modus bersama. Isyarat semacam ini misalnya disebabkan oleh dengung PLN atau gangguan radio cb. Gangguan-gangguan ini amat besar artinya untuk isyarat-isyarat dari transduser suhu (termokopel), transduser biomedis, transduser getaran, dan sebagainya. Kita juga telah membahas rangkaian penguat instrumentasi yang menggunakan op-amp, yaitu penguat diferensial dengan penguatan yang dapat diubah tanpa mempengaruhi CMRR.

Kita terapkan pengertian-pengertian kita tentang penguat diferensial untuk membahas 2 alat penting, yaitu thermometer elektronik dan milivoltmeter ac. Termometer elektronik dapat digunakan untuk pengukuran dengan tegangan suhu yang cepat, dan dapat dikaitkan dengan pengukuran data oleh computer.

Milivoltmeter ac dapat dikembangkan sebagai alat uji ukur elektronik untuk menguji penguat atau isyarat-isyarat lain yang lemah.

Kedua alat ini hanyalah sekedar contoh penerapan op-amp yang dapat dimanfaatkan di sekolah-sekolah menegah.

212 4.2.4 Tes Formatif 2

Untuk soal-soal no.1 hingga no.8 gunakan gambar 12

0 0 0 0 0 0 0 0 -0 0 0 0 R2 IM8 R1 IM8 V1 0,2 v a R3 100 k + -1M R8 100 k R7 b R9 -+ A2 I D1 D2 D3 D4 R10 10 k c d R13 560 k R 12 560 k R14 560 k C 2 + -A4 -+ Polaritas A3 R11 R15 390k P3 250 k C1 330 n 330 n

1) Tegangan pada titik a adalah a. 0,2 V

b. 0,1 V c. 0,02 V d. 0,01 V e. 0,005 V

2) Tegangan pada titik b adalah a. 2,2 V

b. 2,0 V c. 0,22 V d. 0,20 V e. 0,022 V

3) Besar arus I adalah a. 2,2 mA

b. 2,0 mA c. 0,22 mA

213 d. 0,20 mA e. 0,022 mA 4) Besar adalah a. 2,2 V b. 2,0 V c. 0,22 V d. 0,20 V e. 0,022 V 5) Tegangan adalah a. 2,2 V b. 0,22 V c. 0,20 V d. 2,0 V e. 0,022 V

6) Potensio P3 digunakan untuk :

a. Memperbesar penolakan terhadap isyarat diferensial b. Memperbesar terhadap penolakan isyarat bersama c. Memperkecil penolakan terhadap isyarat diferensial d. Memperkecil penolakan terhadap isyarat modus bersama e. Untuk memberi panjar tegangan

7) Tegangan pada polaritas adalah a. 0 V

b. 2,2 V c. 6 V d. 6,6 V e. 12 V

8) Pengaruh kapasitor adalah a. Untuk menghindari osilasi

b. Memperlebar tegangan frekuensi c. Mempersempit tanggapan frekuensi d. Menghindarkan dengung

214 4.2.5 Umpan Balik dan Tindak Lanjut

Cocokkanlah hasil jawaban anda dengan Kunci Jawaban Tes Formatif 2 yang ada di bagian belakang modul ini. Hitunglah jumlah jawaban Anda yang benar. Kemudian gunakan rumus dibawah ini untuk mengetahui tingkat penguasaan Anda terhadap materi Kegiatan Belajar 2.

Rumus :

Tingkat penguasaan =

Arti tingkat penguasaan yang anda capai : 90 % - 100 % = baik sekali

80 % - 89 % = baik

70 % - 79 % = cukup

- 69% = kurang

Kalau Anda mencapai tingkat penguasaan 80 % ke atas, Anda dapat melanjutkan dengan kegiatan Belajar 3. Bagus ! Tetapi bila tingkat penguasaan anda masih dibawah 80 %, Anda harus mengulangi Kegiatan Belajar 2 terutama bagian yang belum Anda kuasai.

215 4.3 Kegiatan Belajar 3

PENERAPAN OP-AMP UNTUK PENGATURAN TERAPAN 4.3.1 Uraian dan Contoh

4.3.1.1 Pengantar

Pada modul 2 kita telah belajar tentang pengaturan tegangan dengan diode zener, dan pada modul 3 kita telah belajar tentang pengaturan tegangan menggunakan rangkaian pengikut emitor.

Pada tegangan bagian ini kita akan membahas penerapan op-amp untuk mengatur tegangan. Rangkaian ini memungkinkan kita membuat catu daya dengan pengaturan untuk tegangan keluaran yang dapat diubah (variabel). Dengan memahami cara kerja rangkaian kita mudah untuk memahami berbagai rangkaian pengatur tegangan yang ada di dalam literatur. Selain itu dengan memahami kerja op-amp kita akan dengan mudah memahami rangkaian pengatur tegangan yang menggunakan rangkaian diskrit (transistor).

Keuntungan lain adalah kita dapat mengubah suatu rangkaian untuk daerah tegangan yang lebih lebar dan kemampuan arus besar.

4.3.1.2 Pengatur Tegangan OP-AMP

Dua rangkaian dasar yang umum dipergunakan orang ialah pengatur tegangan pengikut tegangan dan pengatur tegangan lingkar tertutup (closed-loop). Kedua pengatur tegangan di atas tak lain adalah rangkaian penguat op-amp tak membalik yang menggunakan penyangga. Pengatur pengikut tegangan tak lain adalah suatu penyangga dengan penguatan tegangan sama dengan satu, dan pengatur lingkar tertutup tak lain adalah penguat tak membalik dengan penguatan tak sama dengan satu.

216 + V ref +Vcc +V R’v RV -V R1 I 0 V 0 R2 Q O A

Hubungan antara isyarat keluar dan isyarat masukan pada rangkaian di atas adalah seperti pada gb.2

Gambar 2

Tampak bahwa disekitar tegangan ambang Vb ada suatu jendela nilai

tegangan masukan sebarang (m V). ini berarti ada derau menumpang di atas tegangan Vi maka pada keluaran akan terjadi pula tegangan -Vcc yang dapat

mengganggu kerja rangkaian berikutnya.

Agar ini tak terjadi kita perlu membuat agar jendela di sekitar ambang mempunyai nilai besar dan dapat diatur. Untuk ini digunakan rangkaian di bawah.

+ V

CC

-V

CC

V

o

0

1 MV

217

Gambar 3

Gambar a gambar b

Dapat ditunjukkan bahwa nilai

| | | |

Dalam hal op-amp yang digunakan tegangan catu + Vcc dan –Vcc,

maka | | | | sehingga

nilai tegangan ambang adalah

4.3.1.3. Osilator picu Schmitt

Rangkaian picu Schmitt seperti di atas dapat digunakan untuk membuat osilator, yaitu rangkaian yang menghasilkan isyarat tegangan persegi. Rangkaian yang digunakan adalah seperti pada gambar 4.

Gambar 4.

-+

R

2

R

1

-V

CC

+ V

CC

V

i

_V

o -+

R

A

C

+ V

CC

-V

CC

R

2

R

1

Vo

218

Gambar a

Gambar c

Pada saat mulai diberikan daya kapasitor masih kosong, yaitu VB = + VCC.

kapasitor akan diisi muatan dengan tetapan waktu RC. Setelah tegangan pada kapasitor mencapai ambang atas, yaitu

, maka keluaran VO akan

segera menjadi -VCC. kapasitor akan membuang muatan keluaran dengan

tetapan waktu RC lagi. Ini berlaku selama | | masih segera setelah Vi

melampaui tegangan ambang VO akan berubah lagi menjadi +VCC, dan

seterusnya. Demikian dan seterusnya, sehingga terjadi isyarat keluaran berupa tegangan segitiga. Pada kapasitor akan terjadi isyarat-isyarat berupa segitiga. Frekuensi isyarat keluar adalah

4.3.1.3 contoh penerapan

Pernatikan rangkaian berikut

Gambar 5

-+

Vi

+12V

-12 V

R

2

10

R

R

1

2R

6V

Vo

219

a. Lukis histeresis yang terjadi pada hubungan antara VO dan Vi.

b. Andaikan ada isyarat masukan berbentuk sinisoida dengan amplitude 9 V. lukiskan bentuk isyarat keluarannya.

Penyelesaian

a. Bentuk histeresis antara VO dan Vi

Gambar 6 b. Gambar 7

Vo

+ V

CC

o

-V

CC

3V

5V

7V

Vi

5V

9V

7V

3V

0

V

t

Vo

+12V

-12V

0

t

220 Contoh 2

Perhatikan rangkaian berikut

Gambar 8

-+

5 v

a. Tentukan VO maks dan VO min.

b. Tentukan nilai Vi yang membuat VO = V maks.

c. Tentukan nilai Vi yang membuat VO = V min.

d. Lukis bentuk isyarat keluaran kalau ada isyarat periodok dengan amplitude lebih dari 5 V

Penyelesaian

a. VO maks = + 5 V

VO min = - 5 V

b. VO = VO maks =+ 5 V apabila Va > Vb atau Va > 0

Va > 0 apabila ( ) Atau VO maks

10 R

R

1

10 R

+ V

CC

Vi

Vi

+ V

CC

R

2

Vo

- V

CC

5R

R

3

10 R

R

1

10 R

Vi

221

Atau Vi > -

c. VO min =- 5 V apabila Va < Vb atau Va < 0

Dalam hal ini ( )

Atau ( ) Gambar 9 4.3.2 Latihan 3

Untuk soal-soal nomor 1 hinggan nomor 3 gunakan ganbar 10 Gambar 10 -+

Vs=Vsp.cos wt

Vi

+10V

-10V

R

2

=

1R

R

1

=1R

A

Vo

Vi

+5V

0

-5V

t

Vo

+5V

0

-5V

t

222

1. Rangkaian diatas adalah

a. Suatu penguat dengan penguatan 9 kali. b. Suatu penguat dengan penguatan 10 kali. c. Mempunyai isyarat keluaran berbentuk persegi. d. Mempunyai isyarat keluaran berbentuk segitiga. 2. Mempunyai dua ambang V1 dan V2

a. V1 = 0 dan V2= +9

b. V1 = -9 dan V2= +9

c. V1 = -1 dan V2= +1

d. V1 = 0 dan V2= +1

3. Kalau diinginkan agar terjadi histeresis seperti pada gambar 11, maka A harus dilepas dari tanah dan diberi tegangan sebesar…

Gambar 11

a. 10 V b. 9 V c. 6 V d. 5 V

4. Pada rangkaian berikut lebar histeresis dan tegangan ambang V a adalah Gambar 12

Vo

+10V

0

-10V

4,5V

2V

Vi

-+

Rs

Vs

Vi

+10

V

-10

V

Vo

+V

-V

0

Va

223

a. = 20 V V a= 0 V b. = 0 V V a= 0 V c. = 10 V V a= 10 V d. = 0 V V a= 10 V 5. Pada rangkaian berikut

Gambar 13

VO mempunyai bentuk dan nilai tegangan puncak ke puncak sebagai

berikut:

a. Sinusoida, Vpp= 24 V

b. Persegi, Vpp= 24 V

c. Sinusoida, Vpp= 16 V

d. persegi, Vpp= 16 V

Jelas bahwa op-amp OA, bekerja sebagai suatu penguat tak membalik dengan penguatan sama dengan satu. Transistor Q dipasang agar rangkaian mampu menyampaikan arus I0 yang besar.

Untuk rangkaian di atas, tegangan keluaran adalah

Suatu rangkaian nyata yang menggunakan prinsip di atas adalah seperti pada -+

Rs

Vs

Vs=Vp cos wt

12V

-12V

100R

20R

1R

2R

Vo

224 Vcc2 +18 Q1 : 2N3704 V0 :0-12V R3 1K2 741 + C1 10 F 15 V R2 10 K RV 12V R1 1K2 Rref - 9 V 3 2 7 4 6 + -Gambar 2

Perhatikan bahwa sebagai rangkaian acuan digunakan dioda zener. Pembagi tegangan R2 tak terbebani oleh op-amp sebab arus masukan op-amp amatlah

kecil. Kapasitor C1 digunakan untuk menghilangkan tegangan riak.

Perhatikan bahwa suatu tegangan op-amp adalah antara -9V dan +18V. Catu negatif diperlukan agar pada masukan OV transistor di dalam op-amp 741 dapat bekerja.

Bentuk pengatur tegangan yang kedua adlah sebagai penguat tak membalik dengan kekuatan tak sama dengan satu. Prinsip kerja rangkaian adalah seperti pada gambar

R1 R2 Vref +Vcc V0 -+ Gambar 3

225

Jelas bahwa tegangan keluaran ( )

Ini berarti bahwa V0 tak mungkin kurang dari Vref

Suatu contoh rangkaian praktis yang menggunakan prinsip di atas adalah pada gambar 4. R1 1K R2 10K R3 3K9 R4 2K7 R5 470 R9 R6 10K R7 470 R8 1K 2N3704 2N3055 +40-45 V V0=3-30V 0-1A 0.6 V Q2 Q3 Q1 Q2 3 2 4 7 -+ 2D2 6,8 V 2D1 33V Gambar 4

Pada rangkaian ini dioda zener ZD1 digunakan untuk memberi catupada

op-amp, sedang dioda zener ZD2 adalah untuk menghasilkan tegangan acuan

setelah diperkecil lagi oleh pembagi tegangan R3 dan R4.

Transistor Q3 digunakan sebagai pelindung terhadap transistor Q2. Jika aru

keluaran adalah I0 maka akan terbentuk beda tegangan sebesar I0R9 antara

basis dan emitor Q3. Jika I0R9 > 0,6 V maka transistor Q3 akan saturasi,

sehingga transistor Q1 tak dapat arus basis sehingga terputus. Akibatnya

tegangan keluaran akan turun oleh karena arus harus melalui transistor-transistor yang ada dalam keadaan terputus.

226 4.3.1.3 Pengatur Arus Tetap

Pada pemakaian tertentu kita memerlukan sumber arus tetap. Suatu contoh adalah pada rangkaian termometer elektronik yang telah kita bahas terdahulu.

Penggunaan lain adalah untuk mengukur hambatan untuk membangkitkan medan magnet, untuk membuat agar motor kaset atau motor yang lain berputar dengan kecepatan tetap. Secara prinsip kerja satu bentuk rangkaian sumber arus tetap adalah seperti pada gambar 5

Gambar 5

Karena kedua masukan op-amp terhubung singkat maya maka tegangan pada titik a adalah sama dengan tegangan masukan, yaitu :

= = Sehingga =

Rangkaian pada gambar 5 menyedot arus melalui beban. Rangkaian pada gambar 6 menghasilkan arus melalui hambatan beban.

227

Karena tegangan pada titik a adalah sama dengan maka arus = ₌

Rangkaian ini merupakan sumber arus tetap karena nilai arus tak bergantung pada hambatan beban ( ) yang di pasang

4.3.2 Latihan 3

1) pada gambar 2, tentukan arus yang mengalir pada dioda zener

2) pada gambar 2, jika pengusap RV tepat ada di tengah dan arus panjar masukan 741 adalah 1 MA, tentukan tegangan pada masukan op-amp dengan memperhatikan pembebanan oleh op-amp

3) pada gambar 2, jika arus keluaran adalah 100 mA berapa daya yang hilang pada transistor jika pengusap RV tepat di tengah?

4) pada gambar 4 apa yang harus di lakukan agar batas bawah tegangan keluaran menjadi 1,5V?

5) pada gambar 4, jika tepat ditengah dan = 0 , tentukan tegangan keluaran ?

6) pada gambar 5, andaikan = 100 Ω, dan = 5V, dan R1 = 10Ω, dan

Vcc = 60V.

Tentukan : a. Arus Ic

b. VCE

c. Daya disipasi pada transistor Q.

Kunci Jawaban Latihan 3

1) Arus yang mengalir pada dioda zener adalah =

2) Dengan mengusap RV ada di tengah-tengah, maka rangkaian dioda zener menjadi

228 Vcc=18V Vcc=18V Vref RV1 5K RV2 5K 1µA -+

(a)

R0 =RV1//RV2 =2,5 kΩ Vi 1µA 6V+ I

(b)

a. Rangkaian dioda Zener b. Rangkaian Thevelin

Vi = єTh – R0 I = 6 V – (2,5 x 103 Ω) (10-6A)

= 6 V – 2,5 x 10-3 _{= 5,9975 V}

3) jika arus keluaran adalah 100 mA berapa daya hilang pada transistor Q1

Dengan pengusap RV tepat di tengah maka No = 6 V0 = Ve

VCE = Vcc – VE = 6 V

Dengan arus keluaran Io = Ic = 100 mA

Maka daya disipasi adalah P = Io VCE = 0,6 watt

229

4) pada gambar 4 agar batas bawah tegangan keluaran menjadi 1,5 V maka masukkan op-amp juga harus 1,5 V.

Yaitu Andaikan R3 = 3 k9 maka R4 . VZD2 = (1,5) (R3 + R4) R4 x 6,8 = 1,5 R3 + 1,5 R4 R4 x 5,3 = 1,5 R3

Jadi agar batas bawah menjadi 1,5 V ganti R4 dengan nilai kira-kira 1,2K

5) pada gambar 4 jika R8 = 0Ω

Maka V0 = X 1 + Dengan R61=R62= R6=500Ω = ( ) =2,8 x ( 1+ ) = 2,8 x 1x = 5,32V 6) a. Arus I0 = = b. VCE = Vcc – I0.RL = 60V – (0,5A) (100Ω)=10V c. Daya disipasi pada transistor

Pdi5 = I0 . VCE

= (0,5) (10V) = 5W

4.3.3 Rangkuman

Pada kegiatan belajar ini anda telah belajar tentang penerapan op-amp untuk pengaturan tegangan dan pengaturan arus.

Pengaturan tegangan dengan op-amp ini tak lain adalah penguat tak membalik menggunakan penyangga dengan masukan tegangan dc acuan.penyangga di perlukan guna menompang arus dc keluaran yang besar. Pengatur tegangan pengikut tegangan tak lain adalah penguat tak membalik dengan penguatan satu. Ini tak lain adalah perkembangan dari pengatur tegangan pengikut emitor pada pengatur tegangan distrit (tanpa IC).

230

Pengatur tegangan yang di kenal sebagai pengatur lingkar tertutup (closed loop regulator) tak lain adalah penguat tak membalik dengan masukkan tetap (dc) dan penguatan variabel. Dengan cara ini anda akan mudah mempelajari kerja rangkaian pengatur tegangan mana saja.

Seringkali diperlukan sumber arus tetap, seperti pada elektromagnet, pada pengukuran hambatan, dan pada pengukuran suhu dengan dioda, untuk menyalakan LED dengan intensitas tetap di 6. Kita telah memahami bagaimana kita membuat sumber arus tetap dengan menggunakan op-amp. Prinsip dasar yang digunakan disini hanyalaj bahwa kedua masukan op-amp selalu ada dalam keadaan hubung tingkat maya.

231 4.3.4 Tes formatif 3

Unsur soal – soal no. 1 s/d no. 5 gunakan gambar 8

R1 R1 R2 10mA R3 R6 Q3 Q1 Q2 RL R5 R7 R4 Vo ZD 12y 20mA 10mA ZDz 4,8V 1K2 1K2 + -+ 470 0,3 10K 1k +30v IL

1) Nilai R1 sesudah ( nilai terdekat )

a. 250 Ω b. 560 Ω c. 750 Ω d. 820 Ω

2) Tegangan pada masukan tak membalik adalah : a. 4,8 V

b. 3,6 V c. 2,4 V d. 1,2 V

3) Tegangan keluaran V0 adalah :

a. 2,4 V b. 4,8 V

232

c. 2,4 V d. 26,4V

4) Jika arus keluar I1 = I A daya di sipasi Q :

a. 1,1 W b. 2,4 W c. 3,2 W d. 4,8 W

5) Arus maksimum untuk repulator diatas adalah : a. 0,3 A

b. 0,6 A c. 1 A d. 2 A

Untuk soal no 6 hingga no. 8 gunakan gambar 9.

R1 R2 RL Q R3 20k -+ +12v 10k 10Ω 50Ω a gambar 9

6) Tegangan pada emisator transistor Q adalah : a. 1 V

b. 2 V c. 3 V d. 4 V

233

7) Arus yang mengalir pada R1 adalah :

a. 40 mA b. 60mA c. 80mA d. 100mA

8) Daya di sipasi pada transistor Q adalah: a. 8 W

b. 10 W

c. 3,60 W d. 5,76 W

4.3.5 Umpan Balik dan Tindak Lanjut

Cocokanlah jawaban anda dengan kunci jawaban tes formatif 3 yang ada di bagian akhir modul ini, dan hitunglah jumlah jawaban anda yang benar. Kemudian gunakan rumus di bawah ini mengetahui tingkat penguasaan anda dalam kegiatan belajar 3.

Rumus :

Arti tingkat penguasaan yang anda capai

90% s/d 100% = baik sekali 80% s/d 89% = baik 70% s/d 79% = cukup

< 69% = kurang

Kalau anda mencapai tingkat penguasaan 80% ke atas anda dapatnmelanjutkan dengan kegiatan belajar selanjutnya. Tetapi kalau nilai anda dibawah 80% anda harus mengulangi kegiatan belajar 3.

234 5. Kunci Jawaban Tes Formatif

5.1 Kunci Jawaban Tes Formatif 1

1) a

Keterangan : Penguat dengan hambatan keluaran amat besar bersifat sebagai sumber arus tetap.

2) b

Keterangan : fbias 25 kHz digunakan untuk mengurangi cacat karena

lengkung B(H) pada bahan magnet pada pita tidak linier. 3) d

Rin→ = 1 MΩ

4) d

Pada frekuensi tinggi sekali C mempunyai reactansi amat kecil sehingga penyusutan adalah :

5) b

pada frekuensi rendah C terbuka ( tak dilengkapi arus isyarat ), maka penyusutan 6) a 7) d R1 = R1 = 600 K 8) d 9) c

235 Sehingga : – 4) Melalui ( ) ( ) y = x2_{– 2x}3 _{+ 6x – 2} 5) y = ex _{+ c melalui ( 0,4 ),} 4 = e0 _{+ c → c = 3} y = ex _{+ 3} 4.4.3 Rangkuman

Integrasi dengan mengubah variabel

∫ ( ) , jika diumpamakan x = ( ), maka ∫ ( ) ∫ ( ( )) ( )

Biasanya lebih mudah mengumpamakan t = ( )

4.4.4 Tes Formatif 4 1) ∫

a.

b. 2

c.

2

d.

2

e. Semua jawaban benar 3) d tegangan keluaran V0 ( ) ( ) 4) c VCE = 30 V – 26,8 V = 3,2 V IC = 1A

C

1

= 6

C

2

= -2

236 Pdiss = VCE IC = 3,2 W 5) d 6) d keterangan 7) c 8) d keterangan Pdiss = VCE IC VCE = VCC – I R2 - VE = 12 V – ( 80 mA ) (10) – 4V = 12 V – 0,8 V – 4 V = 7,2 V Pdiss= (7,2 V) (80 mA) = 5,76 w. 5. referensi

Dennis Bohn, Audio Handbook, National Semi Conductor Coorporation, 1980. __________, Elector : 301 Circuits

Sutrisno, Elektronika ; Dasar – Dasar dan Penerapanya , Penerbit ITB (akan terbit).