PERCOBAAN
PENGUAT INSTRUMENTASI
( Oleh : Sumarna, Lab-Elins Jurdik Fisika FMIPA UNY )
E-mail : [email protected]
TUJUAN
1. Mempelajari cara kerja rangkaian penguat instrumentasi,
2. Menentukan CMRR suatu penguat instrumentasi,
3. Menentukan penguatan suatu penguat instrumentasi.
ALAT DAN BAHAN
1. Osiloskop (CRO),
2. Multimeter,
3. Generator sinyal,
4. Catu daya,
5. Rangkaian penguat instrumentasi.
KAJIAN TEORI (SINGKAT)
Penguat instrumentasi sering digunakan sebagai penguat tegangan
yang langsung berasal dari sensor atau transduser. Penguat instrumentasi
merupakan penguat lingkar tertutup dengan masukan diferensial, rasio
penolakan modus bersama (CMRR) tinggi yakni lebih dari 100 dB, dan
penguatannya dapat diatur dengan potensiometer (resistor variabel) tanpa
mempengaruhi harga CMRR. Penguat instrumentasi yang bermutu tinggi
sudah dibuat dalam bentuk IC yang dalam penggunaannya tidak perlu
dipasang rangkaian umpan balik seperti Op-Amp. Penguat instrumentasi
dapat disusun dengan menggunakan Op-Amp. Mutu penguatannya
bergantung pada mutu Op-Amp yang digunakan. Parameter Op-Amp yang
mempengaruhi mutu penguatan meliputi Offset masukan, Impedansi
ratio), dan sebagainya. CMRR dan ketepatan penguat instrumentasi juga
bergantung pada kepresisian dari komponen pasif yang digunakan.
Rangkaian penguat instrumentasi yang lazim digunakan adalah
sebagai berikut :
Untuk menganalisis rangkaian penguat instrumentasi tersebut, maka
rangkaian dibagi menjadi dua bagian seperti berikut : R6
+ _
+ _
B
Q P
A R1
R2
R3
R4
R5
ea
eb
+ _
R7
Vo
Gambar 1
100 k R6
R2
R5
+ _
R7
Vo
100 k 5k1
5k1
P
Q
Jika pada rangkaian tersebut dipasang R5 = R2 dan R6 = R7, maka dapat
diperoleh penguatan diferensial sebesar :
Av,dif =
berpengaruh pada CMRR.
Dalam kenyataannya tidak dapat membuat dua resistor yang tepat
sama. Resistor terbaik yang dapat diperoleh mempunyai toleransi terkecil
1%. Berdasarkan hal tersebut maka dapat diperoleh :
Av,CM =
Maka dapat diperoleh harga CMRR sebagai berikut :
Rangkaian bagian lain adalah sebagai berikut :
Penguatan rangkaian tersebut adalah :
VPQ =
Akhirnya diperoleh penguatan secara keseluruhan sebagai berikut :
Av.dif (total) =
LANGKAH PERCOBAAN
1. Susunlah rangkaian seperti Gambar 2 !
2. Berilah tegangan masukan dan kemudian ukurlah tegangan eP, eQ
dan Vo !
3. Susunlah rangkaian seperti Gambar 3 !
5. Susunlah rangkaian seperti Gambar 5 !
6. Berilah tegangan masukan dan kemudian ukurlah tegangan ea, eb
dan Vo !
7. Seperti keadaan langkah 5 dan 6, tetapi sekarang putarlah
potensiometer R3. Kemudian amatilah Vo untuk beberapa harga R3 !
8. Seperti keadaan langkah 5 dan 6, tetapi sekarang kenakan tegangan
ea = eb . Kemudian amatilah Vo !
TUGAS
1. Tentukan besar penguatan rangkaian !
2. Bagaimanakah pengaruh keluaran Vo bila R3 divariasi ?
3. Bandingkan pengaruh tegangan Vo untuk ea = eb dan ea >< eb !
4. Tentukan CMRR dari percobaan dan bandingkan hasilnya dengan
referensi (untuk IC OP-27, LF-356, LM-741 atau CA-3140) ! R6
+ _
+ _
B
Q P
A R1
R2
R3
R4
R5
ea
eb
+ _
R7
Vo
5k1
100 k
100 k
5k1
5 k 100 k
9. Realisasikan rangkaian seperti Gambar 6. Op-Amp belum dikenai
daya DC. Hubungkan masukan pembagi tegangan ke +Vcc dan
aturlah agar keluaran pembagi tersebut tepat 5,000 volt.
10. Kenakan daya (±Vcc) ke Op-Amp. Hubungkan pembagi tegangan A
ke kedua masukan A dan masukan B. Gunakan voltmeter untuk
mengukur Vo dan atur R7 sedemikian hingga Vo minimum (jika
mungkin nol). Hubungkan pembagi A ke masukan A dan pembagi B
ke masukan B.
11. Ukur tegangan masukan dan aturlah masukan B sebesar 5,002 volt
dengan masukan A pada 5,000 volt (beda antara masukan A dan B
sebesar 2 mV). Ukur dan catat Vo dan polaritasnya. Vo= …..
12. Kembalikan masukan B ke 5,000 volt dan atur masukan A hingga
sebesar 5,002 volt. Ukur dan catat Vo dan polaritasnya. Vo= …..
R6
+ _
+ _ masukan A
R1 R4
R2
R3
R5
+ _
Vo
100 k
2k2
100 k
741
150 k
R1 = R3 = 100 k
Gambar 6 100 k
masukan B
741 741
+Vcc 10 k
10 k
+Vcc 10 k
10 k
B A
13. Dengan masukan deferensial 2 mV, hitunglah gain penguat untuk
langkah 11 dan 12. Reratakan nilai-nilai gain tersebut untuk
mendapatkan gain rerata penguat. AAV = ... Walaupun demonstrasi
ini tidak tepat benar, perlu diingat bahwa penguat instrumentasi
menguatkan sinyal diferensial 2 mV dengan masukan mode bersama
5 volt.
14. Putuskan kedua masukan pembagi tegangan. Hubungkan generator
fungsi untuk mencatu ke kedua masukan. Atur generator fungsi untuk
mengeluarkan gelombang sinus 50 Hz pada 250 mVp-p. Gunakan
CRO untuk mengukur kedua sinyal masukan bersama dan tegangan
keluaran p-p penguat. Vi = ... Vo = ... Hitunglah gain
mode bersama tersebut. ACM= …..
15. Hitunglah CMMR penguat dalam dB dari gain rerata penguat dan gain
mode bersama.
CMMR = 20 log
CM AV
A A
CMMR = ... dB.
