PERCOBAAN
PENGUAT LOGARITMIK DAN ANTI-LOGARITMIK
( Oleh : Sumarna, Lab-Elins Jurdik Fisika FMIPA UNY )
E-mail : [email protected]
DASAR TEORI
Penguat logaritmik biasa dijumpai pada sistem compandor yang berguna
untuk kompresi atau ekspansi amplitudo. Pada kompresi, sinyal lemah diperkuat lebih besar dari pada sinyal kuat. Sedangkan pada ekspansi, sinyal lemah diperkuat lebih kecil dari pada sinyal kuat. Pemakaian lain dijumpai pada pengali isyarat yang mengkombinasikannya dengan penguat anti-log.
Penguat logaritmik adalah suatu penguat di mana tegangan keluaran (Vout)
sebanding dengan logaritma tegangan masukan ( log Vin). Bentuk umum hubungan
antara tegangan keluaran dan tegangan masukan tersebut adalah
Vout = A log kVin
dengan A dan k adalah suatu konstanta.
Dasar penguat logaritmik adalah adanya hubungan antara arus dioda dengan tegangan dioda atau antara arus dan tegangan pada sambungan pn pada transistor bipolar. Oleh
karena transistor bipolar merupakan sambungan pn, maka arus emitor (Ie) pada
transistor bipolar terkait dengan tegangan emitor-basis (VBE) dalam bentuk :
Ie = Io eqVBE/kT.
Untuk hfe >>> 1, maka Ic ≈ Ie sehingga Ic = Io
kT qVBE
e / dengan Io merupakan arus
bocor balik (arus jenuh), q muatan elektron, k konstanta Boltzmann, dan T suhu
mutlak. Jika diambil log naturalnya (ln) diperoleh :
ln Ic = ln Io +
kT qVBE
sehingga hubungan antara VBE dan arus kolektor (Ic) dapat dinyatakan sebagai :
VBE =
q kT
ln
o c
I I
.
Berdasarka sifat Op-Amp bahwa hambatan masukan sangat tinggi dan kedua
terminal masukannya ada dalam tanah maya, maka arus balikan (IF) sama dengan arus
masukan (Iin),
IF = Iin = in in
R V
Sifat dasar rangkaian penguat logaritmik adalah arus balikan IF menjadi arus kolektor
Ic dalam transistor, sehingga :
Ic = IF = in in
R V
.
Sambungan emitor-basis terhubung langsung antara keluaran dan tanah, maka
tegangan keluaran penguat logaritmik (Vout) sama dengan tegangan emitor-basis
(VBE).
Vout = VBE
= q kT
ln
o c
I I
.
Jadi rangkaian dasar penguat logaritmik yang terdiri transistor bipolar dan Op-Amp mempunyai fungsi transfer :
Vout =
q kT
ln
o in
in
I R
V .
Tampak bahwa tegangan keluaran sebanding dengan log-normal tegangan masukan. Jika dinyatakan dalam bentuk logaritma biasa dengan bilangan dasar 10 menggunakan relasi :
log x = ln x log e maka :
Vout =
q kT
e I R
V
o in
in
log log
.
Lebih sederhana lagi dapat dinyatakan sebagai
Vout = b log Vin + C,
dengan b dan C merupakan konstanta.
Masalah utama pada penguat logaritmik adalah bahwa isyarat keluaran sangat bergantung pada suhu melalui faktor kT/q dan Io juga peka terhadap suhu. Cara
mengurangi faktor kT/q adalah dengan rangkaian berikut :
+ _ Rin
Vout
Vin
Q E
B Ic
IF
+ _ Rin
Vout
Vin
Q E
B Ic
R3(T)
R2
Dengan prinsip pembagi tegangan :
Termistor R3(T) berubah terhadap suhu secara linier akan mengurangi perubahan Vout
terhadap T melalui kT/q. Untuk mengatasi pengaruh Io terhadap suhu ditempuh
dengan rangkaian berikut :
= -
lain dapat dibuat konstan. Berikut adalah rangkaian baku penguat logaritmis
menggunakan transistor dengan loop balikan pada Op-Amp dalam konfigurasi
penguat membalik tanah maya. Resistor 1 kΩ dihubungkan seri dengan keluaran Op -Amp untuk membatasi arus pada sambungan emitor-basis transistor yang dapat ditarik dari keluaran tersebut pada level sinyal yang tinggi.
Penguat Anti-logaritmik (Antilog)
Penguat antilog adalah kebalikan dari penguat logaritmik di mana isyarat masukan bergantung pada logaritma isyarat keluarannya. Dengan prinsip pembagi tegangan :
Langkah Percobaan :
1. Buatlah rangkaian percobaan penguat logaritmik seperti gambar. Pastikan bahwa
setiap bagian (ada 2 bagian utama) telah bekerja dengan baik.
2. Selidiki dan buktikan karakteristik gain logaritmik untuk beberapa tegangan
masukan (sebatas kemampuan rangkaian).
3. Jelaskan bagaimana cara kerja rangkaian dan turunkan formulasi yang
menyatakan hubungan antara tegangan masukan dan keluaran.
4. Buatlah plot semilog untuk data yang telah diperoleh dan carilah nilai
eksperimental VBE untuk transistor yang telah digunakan.
5. Pada penguat logaritmik, kenakan pada masukannya tegangan sinusoid dan amati
tegangan keluarannya dengan memberikan R3(T) kompensasi panas yang
berbeda-beda (amati untuk 7 sampel).
6. Buatlah rangkaian percobaan penguat anti-logaritmik seperti gambar. Pastikan
bahwa setiap bagian (ada 2 bagian utama) telah bekerja dengan baik. +
_
Vin
BC-109
Gambar : Rangkaian percobaan penguat logaritmik Vout
300 pF
100 k +
_
Vref
termistor
15 k
R3(T)
LM-301
LM-308
2 k
100 k
100 k
100 k
47 pF
1N914 1N4001
+ _
100 k
BC-109
Vref Vout
300 pF
R3(T)
+ _
Gambar : Rangkaian percobaan penguat Anti-logarirmik
2 k
LM-301
Vin
100 k
LM-301
100 k
7. Selidiki dan buktikan karakteristik gain anti-logaritmik untuk beberapa tegangan masukan (sebatas kemampuan rangkaian).
8. Jelaskan bagaimana cara kerja rangkaian dan turunkan formulasi yang
menyatakan hubungan antara tegangan masukan dan keluaran.
9. Gabungkanlah kedua rangkaian di atas hingga membentuk rangkaian utuh seperti
gambar di bawah ini. Kemudian selidiki dan buktikan karakteristik gain rangkaian tersebut untuk beberapa tegangan masukan (sebatas kemampuan rangkaian).
10.Jelaskan bagaimana cara kerja rangkaian dan turunkan formulasi yang
menyatakan hubungan antara tegangan masukan dan keluaran. +
_ R3
Vin
Q3
Ic3
Log-1
Vref Vout
Q4
Ic4 R 4
Ic3
+ _
Antilog
R5
+ _ R1
V1
Q2
Ic2
Vo
Q1
Ic1
R2
+ _
V2
Log-3
Log-2
