Tujuan Mempelajari penggunaan penguat operasional (OPAMP) Mempelajari rangkaian dasar dengan OPAMP

(1)

Percobaan 3

Rangkaian OPAMP

EL2193

Praktikum Rangkaian Elektrik

(2)

Tujuan

•• Mempelajari penggunaan penguat

Mempelajari penggunaan penguat

operasional (OPAMP)

•• Mempelajari rangkaian dasar dengan

Mempelajari rangkaian dasar dengan

•• Mempelajari rangkaian dasar dengan

Mempelajari rangkaian dasar dengan

OPAMP

(3)

Review OPAMP

(4)

Apakah OPAMP itu?

•• Penguat

Penguat diferensial

diferensial multi

multi guna

guna

input

-

output

•• Sifat

Sifat ideal

ideal

P

t

P

t

T

A

pu

ou pu

+

–– Penguatan

Penguatan Tegangan

Tegangan, A

, A

_vv

=

∞

–– Resistansi

Resistansi Input,

Input, R

R

_in

=

∞

)

Resistansi

Resistansi Output R

Output R =0

=0

–– Resistansi

Resistansi Output, R

Output, R

_out

=0

–– Tegangan

Tegangan output

output Maksimum

Maksimum, , V

V

_out

max=

∞

(5)

Apakah OPAMP itu?

•• Lord Kelvin

Lord Kelvin

Konsep rangkaian penguat diferensial mekanik dengan

penguatan tinggi tetapi tidak presisi, digunakan dengan

feedback menghasilkan penguatan presisi

•• Vanenar Bush

Vanenar Bush

Konsep matematis penguat diferensial dengan feedback

menghasilkan kontrol presisi

•• HS Black, HW Bode, dan DB Parkinson

HS Black, HW Bode, dan DB Parkinson

Menggunakan konsep rangkaian dengan OPAMP

tabung elektronika untuk kontrol posisi laras meriam

(6)

OpAmp Riil

•• Penguatan

Penguatan Tegangan

Tegangan (DC)

(DC)

m m

m m 70

70 90 dB

90 dB

•• Ketidakidealan lainnya

Ketidakidealan lainnya

GBW

–– umum

umum 70

70--90 dB

90 dB

–– spesial

spesial hingga

hingga 140 dB

140 dB

•• Resistansi

Resistansi Input

Input

–– GBW

GBW

–– Slew rate

Slew rate

–– Offset tegangan dan arus

Offset tegangan dan arus

pp

–– bipolar

bipolar ratusan

ratusan kk

Ω

––M

M

Ω

–– FET

FET puluhan

puluhan M

M

Ω

--G

G

Ω

•• Resistansi

Resistansi Output

Output

–– Penguatan Common Mode

Penguatan Common Mode

(metrik CMRR)

–– Pengaruh ripple catu daya

Pengaruh ripple catu daya

•• Resistansi

Resistansi Output

Output

–– Hingga

Hingga puluhan

puluhan

Ω

•• Tegangan

Tegangan output

output

(metrik PSRR)

g g

pp

maksimum

•• 0.2

0.2--1V

1V di

di atas

atas/

/ dibawah

dibawah catu

catu

daya

(7)

OpAmp Riil

•• Gain Bandwidth Product (GBW)

Gain Bandwidth Product (GBW)

(

)

–– Frekuensi kerja OpAmp terbatas

Frekuensi kerja OpAmp terbatas

•• Pole pada frekuensi rendah, penguatan flat hanya hingga beberapa

Pole pada frekuensi rendah, penguatan flat hanya hingga beberapa

puluh atau ratusan Hertz

pp

•• Di atas frekuensi pole penguatan turun 20dB/dekade

Di atas frekuensi pole penguatan turun 20dB/dekade

•• Pada frekuensi GBW gain 1 atau 0 dB

Pada frekuensi GBW gain 1 atau 0 dB

–– OpAmp digunakan dalam rangkaian dengan feedback dengan

OpAmp digunakan dalam rangkaian dengan feedback dengan

frekuensi jauh dibawah GBW

•• Offset tegangan dan arus

Offset tegangan dan arus

P

t dif

i l

h

li ih t

i

t

l

t t

l

P

t dif

i l

h

li ih t

i

t

l

t t

l

–– Penguat diferensial seharusnya selisih tegangan input nol, output nol

Penguat diferensial seharusnya selisih tegangan input nol, output nol

ternyata tidak

–– Idem untuk arus pada bipolar

Idem untuk arus pada bipolar

Gunakan rangkaian kompensasi

–– Gunakan rangkaian kompensasi

Gunakan rangkaian kompensasi

(8)

Aplikasi

•• Blok pembangun berbagai fungsi rangkaian

Blok pembangun berbagai fungsi rangkaian

untuk akuisisi dan pengolahan sinyal analog

–– rangkaian linier

rangkaian linier

–– rangkaian nonlinier

rangkaian nonlinier

•• Catatan:

Catatan:

–– Pada percobaan hanya dilakukan untuk rangkaian

Pada percobaan hanya dilakukan untuk rangkaian

linier saja

(9)

Analisis

Analisis Fungsi

Fungsi Rangkaian

Rangkaian Linier

Linier

d

dengan

engan OPAMP

OPAMP

•• Resistansi input tak hingga sehingga arus

Resistansi input tak hingga sehingga arus

masuk OPAMP nol

•• Feedback stabil bila tegangan diferensial input

Feedback stabil bila tegangan diferensial input

g g

p

nol

•• Dengan input diferensial nol dan penguatan tak

Dengan input diferensial nol dan penguatan tak

g

p

p g

hingga tegangan output bebas ( 0 x

∞

)

(10)

Rangkaian Linier

•• Penguat

Penguat

Inverting

(digunakan dalam percobaan)

R

I

R

B

I =0

R

_A

V

I

_in

I

_in

I

_inn

=0

v

_inp

-v

_inn

=0

V

_in

V

_out

+

-I

_inn

=0

v

inn

=0

I

_in

= v

_in

/R

_A

v

_out

= 0 –I

_in

R

_B

= –v

_in

R

_B

/R

_A

(11)

Rangkaian Linier

•• Penguat Noninverting (digunakan dalam

Penguat Noninverting (digunakan dalam

percobaan)

V

_R

V

_in

V

_out

+

-

inp B A A o inn

v

R

v

=

+

=

R

_B

_A B in o

R

v

+

=

1 R

_A

(12)

Rangkaian Linier

•• Penguat

Penguat

Penjumlah

Inverting

((digunakan

digunakan dalam

dalam

percobaan

percobaan))

percobaan

percobaan))

R

_A1

V

_in1

B o A in A in A in

R

v

R

v

R

v

R

v

−

=

−

+

−

+

−

0

3 3 2 2 1 1

R

_B

R

_A2

V

_in2

B A A A1 2 3

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

+

=

in1 in2 in3 B o

R

v

R

v

R

v

R

v

R

_A3

V

_out

V

_in3

-⎟

⎠

⎜

⎝

R

A1

R

A2

R

A3

+

0 =

=

_inp inn

v

(13)

Rangkaian Linier

•• Penguat

Penguat Selisih

Selisih ((digunakan

digunakan dalam

dalam percobaan

percobaan))

R

_B

R

_A

B out in A in inn

R

v

R

v

−

=

−

₋ ₋

V

_inn

V

_out

R

_A

V

_inp

₊

-R

R

⎛

⎞

R

_B

inp B in

v

R

v

+

=

+ out in A B inn A B

_v

R

v

R

−

=

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

+

−

1

₋ B A

R

+

inn A B inp A B out

v

R

v

R

v

=

−

− +

=

in in

v

(14)

Rangkaian Linier

•• Integrator (digunakan dalam percobaan)

Integrator (digunakan dalam percobaan)

C

v

_in₋

=

v

_in₊

=

0 -R

V

_in

V

∫

+

=

₋ t C in out

i

dt

C

v

1 +

V

_out

C

∫

0

∫

t

v

−

v

1

t

1 ∫

∫

=

+

=

− in in in out

v

dt

RC

dt

R

v

C

v

0 0

1

0

(15)

Rangkaian Linier

•• Diferensiator

Diferensiator

–– jarang

jarang digunakan

digunakan untuk

untuk pengolahan

pengolahan sinyal

sinyal karena

karena

sensitif

sensitif terhadap

terhadap derau

derau

C

R

₋

=

₊

=

0

in in

v

i

V

_in

V

_out

+

-

v

_out

=

v

_in₋

+

iR

(

)

dt

dv

RC

dt

v

d

RC

v

_out

=

_in₋

+

in

−

in−

=

in

(16)

Rangkaian Linier

•• Rangkaian konversi Arus ke Tegangan

Rangkaian konversi Arus ke Tegangan

R

I

_in

-0

=

₊ − in in

v

V

_out

+

_v

_iR

in out

=

−

+

in out

Ri

v

=

(17)

Rangkaian Linier

•• Rangkaian konversi Teganganke Arus Beban

Rangkaian konversi Teganganke Arus Beban

Floating

V

_in

+

v

_in₋

=

v

_in₊

Iout

-A out in

i

R

v

₊

=

in out

R

v

i

=

R

_A

A

R

(18)

Rangkaian Linier

•• Rangkaian konversi Tegangan ke Arus

Rangkaian konversi Tegangan ke Arus

α

R

_A

R

V

_in

+

-

α

R

B

R

_A

Iout

R

_B

Iout

(19)

Rangkaian Linier

•• Rangkaian Penyangga (

Rangkaian Penyangga (

Buffer)

V

_in

V

_out

+

(20)

-Rangkaian Linier

Rangkaian Linier

•• Rangkaian Jembatan

Rangkaian Jembatan

R

_X

V

_out

R

_A

+

-+

V

_Ref

R

_S

R

_A

-R

_B

(21)

Rangkaian Linier

•• Rangkaian Penguat Instrumentasi

Rangkaian Penguat Instrumentasi

V

_inn

-R

+

R

D

R

_C

R

_B

R

_A

V

_out

R

_C

+

-R

_B

R

_D

+

-V

_inp

(22)

Rangkaian Linier

•• Integrator Miller

Integrator Miller

•• Filter All

Filter All--Pass Orde 1

Pass Orde 1

dll

•• dll.

dll.

(23)

Rangkaian Nonlinier

•• Penyearah Presisi (inverting)

Penyearah Presisi (inverting)

R

D

R

V

_in

D

V

_out

+

-R

D

(24)

Rangkaian Nonlinier

•• Detektor Puncak

Detektor Puncak

R

D

R

+

_D

V

_in

-V

_out

+

-C

_S

(25)

Rangkaian Nonlinier

•• Komparator inverting dengan histeresis

Komparator inverting dengan histeresis

V

_in

V

_out

+

-R

_B

R

_A

(26)

Rangkaian Nonliner

•• Penguat Noniverting dengan histeresis

Penguat Noniverting dengan histeresis

•• Rangkaian Clipper

Rangkaian Clipper

dll

•• dll.

dll.

(27)

Isu Desain

•• Harus ada alur DC ke input (+) dan (

Harus ada alur DC ke input (+) dan (--))

Harus ada alur DC ke input (+) dan (

Harus ada alur DC ke input (+) dan ( ))

C

DC?

C

R

-R

+

-+

(28)

Isu Desain

•• Penguat inverting OPAMP BJT

Penguat inverting OPAMP BJT

Penguat inverting OPAMP BJT R

R

_A

< R

R

_in

, bila

arus bias bermasalah gunakan resitansi pada

input lainnya

R

_B

R

_A

V

_in

V

_out

+

-R

_A

(29)

Isu Desain

•• Penguat Noninverting

Penguat Noninverting

–– Gain 1

Gain 1 –– 100

100 –– R

R

_B

2k

2k –– 100k

100k

Ω

•• Penguat Inverting

Penguat Inverting

–– Gain 0.1

Gain 0.1 –– 100

100 –– R

R

_B

<100k

Ω

•• Penjumlah dan penguat diferensial mengikuti

Penjumlah dan penguat diferensial mengikuti

pola di atas

(30)

Isu Desain

•• Integrator

Integrator

V

_C

–– C polypropilene

C polypropilene

atau polystyrene

C

1.5M

Ω

untuk menekan

kebocoran,

variasi

C

1M

Ω

temperatur, dan

histeresis

U t k

k i

U t k

k i

-R

V

–– Untuk rangkaian

Untuk rangkaian

pengosongan

kapasitor

+

V

_out

(31)

Osilator dengan Integrator

•• Persamaan differensial

Persamaan differensial

)

(

2 2

t

y

A

dt

y

d

−

=

memberikan solusi sinyal sinusoidal dengan A fungsi

frekuensi

( )

t

_{( )}

d

ω

i

sin

₂ 2

Umpan balik negatif dua buah integrator akan

( )

_{( )}

t

dt

t

d

ω

_ω

sin

₂ 2

=

−

Umpan balik negatif dua buah integrator akan

memberikan solusi sinyal sinusoid

(32)

Osilator dengan Integrator

)

(

t

y

dt

dy

C

R

₂ ₂

−

2 2 2 2 1 1

dt

y

d

C

R

C

R

∫

−

t

v

_in

dt

C

R

1 ∫

−

t

v

_in

dt

C

R

1 dt

dt

∫

C

R

₁ ₁ ₀

R

₂

C

₂

∫

₀

)

(

t

y

R

_B

−

Integrator 1

Integrator 2

in A B

_v

R

−

R

_A

Penguat Inverting

)

(

)

(

1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1

y

t

R

C

R

C

R

dt

y

d

t

y

R

dt

y

d

C

R

C

R

=

−

B

→

=

−

B

Penguat Inverting

(33)

Osilator dengan Integrator

C2

C1

R1

+

-R2

V

_out

V

_S

+

-R1

V

_S

R

_B

R

_A

+

-A B

R

C

R

C

R

t

y

dt

y

d

₂ ₂ ₁ ₁ ₂ ₂ 2 2

)

(

→

=

−

=

ω

(34)

Percobaan

(35)

Percobaan

•• Mengamati

Mengamati rangkaian

Mengamati

Mengamati rangkaian

rangkaian dasar dengan opamp

dasar dengan opamp

–– Penguat

Penguat inverting

inverting

–– Penguat

Penguat noninverting

gg

noninverting

gg

–– Penjumlah

Penjumlah

–– Integrator

Integrator

•• Menyusun

Menyusun rangkaian

rangkaian dengan

dengan fungsi

fungsi tertentu

tertentu

–– vv

_out

= k

₁₁

vv

_in1

+ k

₂₂

∫∫

vv

_in2

dt

•• Mengamati contoh rangkaian aplikasi opamp

Mengamati contoh rangkaian aplikasi opamp

–– Osilator dari persamaan diferensial orde 2

Osilator dari persamaan diferensial orde 2

(36)

Percobaan

•• Mengamati Penguat Inverting

Mengamati Penguat Inverting

R

_B

R

_A

V

_in

V

_out

+

(37)

-Percobaan

Percobaan

•• Mengamati Penguat Non

Mengamati Penguat Non--nverting

Mengamati Penguat Non

Mengamati Penguat Non nverting

nverting

V

_in

V

out

+

-R

_B

R

_A

(38)

Percobaan

•• Mengamati Rangkaian Penjumlah

Mengamati Rangkaian Penjumlah

R

_B

R

_A

R

_A

V

_out

-V

_out

+

(39)

Percobaan

•• Mengamati Rangkaian Integrator

Mengamati Rangkaian Integrator

C

-R

V

+

V

_out

V

_S

(40)

Percobaan

•• Merancang fungsi matematis

Merancang fungsi matematis

vv

_out

= k

₁₁

vv

_in1

+ k

₂₂

∫∫

vv

_in2

dt

––

memanfatkan rangkaian penguat, penjumlah dan

integrator berbasis opamp.

––

Konstanta pada fungsi ditentukan menurut kelompok

masing

(41)

Percobaan

•• Mengamati rangkaian differensial orde 2, frekuensi

Mengamati rangkaian differensial orde 2, frekuensi

g

,

terhadap nilai resistansi dan kapasitansi

C2

C1

+

-R2

V

_out

V

+

-R1

V

_S

R

_B

R

_A

A B

R

C

R

C

R

₁ ₁ ₂ ₂ 2

₌

ω

A

+

(42)

-SELAMAT MELAKUKAN

SELAMAT MELAKUKAN

PERCOBAAN