EL2101_03_13212096

(1)

MODUL 3 RANGKAIAN PENGUAT OPERASIONAL Ahmad Nurcholis Majid (13212096)

Asisten: Adhitya Reza Tanggal Percobaan: 20/09/2013 EL2101-Praktikum Rangkaian Elektrik

Laboratorium Dasar Teknik Elektro - Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB

Abstrak

Op-Amp adalah salah satu komponen yang digunakan untuk menguatkan tegangan input dan Op-Amp yang sering digunakan adalah IC Op-Amp 741. Pada praktikum ini dilakukan pengecekan fungsi Op-Amp 741 dalam rangkaian inverting, non-inverting, penjumlah, dan integrator dan disimpulkan bahwa Op-Amp 741 memang dapat melakukan fungsi-fungsi tersebut. Lalu dilakukan juga pengececekan lagi dengan mendesain rangkaian sendiri dengan fungsi-fungsi Op Amp yang ada. Setelah itu dilakukan juga pengukuran frekuensidari rangkaian oscilator dan dilakukan pembandingan jika komponen dalam rangkaian diubah. Akan tetapi tidak terlihat perbedaan yang signifikan dari hasil percobaan atau dengan kata lain pengubahan komponen tidak mempengaruhi frekuensi rangkaian osxilator.

Kata kunci: Op-Amp, Inverting, Non-Inverting, Summer, Integrator, Oscillator

1. PENDAHULUAN

Pada praktikum ini, dilakukan enam percobaan. Percobaan-percobaan itu adalah percobaan rangkaian penguat non-inverting, percobaan penguat inverting, percobaan rangkaian summer (penjumlah), percobaan rangkaian integrator, percobaan desain penguat yang dibuat sendiri, dan percobaan aplikasi persamaan differensial dengan rangkaian Op-Amp untuk oscillator. Tujuan dari praktikum ini adalah:

 Membandingkan tegangan output dan input dari rangkaian penguat non-inverting, non-inverting, penjumlah, dan integrator pada Amp ideal dan Op-Amp sebenarnya.

 Membandingkan frekuensi yang dihasilkan rangkaian oscillator dengan mengubah komponen-komponen dalam rangkaian.

2. STUDI PUSTAKA

Op Amp adalah penguat tegangan rangkaian listrik DC dengan terdapat perbedaan tegangan pada input-inputnya dan satu output [1]. Op-Amp yang sering digunakan adalah IC 741. IC ini dapat digunakan sebagai Op-Amp inverting, non-inverting, penjumlah, integrator, penguat selisih, dan dapat diaplikasikan dalam oscillator.

Gambar 2-1 Konfigurasi pin IC 741

Untuk mempermuadah analisis rangkaian, semua Op-Amp dianggap ideal. Pada Op-Amp Ideal, penambahan tegangan open-loop tak terhingga, resistansi input mendekati tak berhingga, dan resistansi output adalah 0. Hal tersebut menyebabkan dua kondisi yaitu tidak adanya arus pada input Op-Amp dan tegangan pada kedua input adalah 0 atau tegangan input 1 sama dengan tegangan input 2 [2]. Terdapat emapat macam rangkaian yang dirangkai pada praktikum ini [3], yaitu:

a) Rangkaian penguat non-inverting yaitu rangkaian yang tegangan outputnya sama dengan arah tegangan inputnya.

V

_out

=

−

R

f

R

¿

.V

¿

Gambar 2-2 Rangkaian Inverting

b) Rangkaian penguat inverting adalah rangkaian yang tegangan outputnya berlawanan dengan arah tegangan inputnya. Tidak Terhubung Offset null ₁ ₈ Output V + V - Non-inverting Input Inverting Input Offset null 5 3 6 7 4 2

(2)

S

u s u n

r a n g k a i a

n s e p e r t i

G

a m

b a r

3 - 1

U

k u r d a n

c a t a t n i l a i

a k t u a l

r e s i s t o r 1 k

S

a m

b u n g

V

p k e

t i t i k A

,

c a t a t n i l a i

V

S

a m

b u n g

V

p k e

t i t i k B

,

c a t a t n i l a i

V

S

a m

b u n g

V

p k e

t i t i k C

,

c a t a t n i l a i

V

S

a m

b u n g

V

p k e

t i t i k D

,

c a t a t n i l a i

V

C

a t a t d a n

l a k u k a n

a n a l i s i s

p a d a

l a p o r a n

S u s u n

r a n g k a i a n

s e p e r t i

G a m b a r 3

-2

U k u r d a n c a t a t n i l a i

a k t u a l r e s i s t o r y a n g

d i g u n a k a n

S a m b u n g

V p k e t i t i k

A , c a t a t

n i l a i V

S a m b u n g

V p k e t i t i k

B , c a t a t n i l a i

V

C a t a t

d a n

l a k u k

a n

a n a l i s

a

d

e

n

g

a

n

V

p

d e n g a n f r e k u e n s i 5 0 0 H z , a t u r k e l u a r a n g e n e r a t o r

s i n y a l a g a r V o = 4 V p p

C a t a t t e g a n g a n V i n p e a k - t o - p e a k .

P a s t i k a n o s i l o s k o p d a l a m D C

c o u p l i n g

m o d i d f i k a s i

r a n g k a i a n 3 - 2

m e n j a d i r a n g k a i a n 3

-3

U k u r d a n c a t a t n i l a i

a k t u a l r e s i s t o r y a n g

d i g u n a k a n

p a s a n g g e n e r a t o r s i n y a l

s e b a g a i V i n f r e k u e n s i 5 0 0

h z

A t u r k e l u a r a n s i n y a l

s e h i n g g a V o o p a m p

= 4 V p p

S a m b u n g V p k e t i t i k A , a m a t i d e n g a n o s i l o s k o p

d a n c a t a t n i l a i V i n d a n V o

P a s t i k a n

o s i l o s k o p

m e n g g u n a k a n

D C c o u p l i n g

S a m b u n g V p k e

t i t i k B , c a t a t n i l a i

V i n d a n V o

L

a k

u k

a n

a l i

s i

s

S u s u n

r a n g k a i a n

s e p e r t i

G a m b a r 3 - 4

R a n g k a i V s d e n g a n s i n y a l

k o t a k f r e k u e n s i 1 k H z 0 . 5

V p p

A m a t i g e l o m b a n g o u t p u t d e n g a n o s i l o s k o p , p l o t k e d u a g e l o m b a n g

i n p u t d a n o u t p u t

L a k u k a n k e m b a l i p e r c o b a a n d e n g a n

a m p l i t u d o m e n j a d i 0 . 1 V p p

B a

n d i

n g k

a n

h a s

i l n

y a

G u n a k a n r a n g k a i a n y a n g

s u d a h d i p e r s i a p k a n d i

r u m a h

T u n j u k k a n b a h w a

h u b u n g a n a n t a r a V o d a n

V i n b e n a r

V

_out

=

(

1+

R

f

R

¿

)

. V

¿

Gambar 2-3 Rangkaian Non-Inverting

c) Rangkaian penguat penjumlah adalah rangkaian yang menjumlahkan semua tegangan inputnya.

V

_out

=−

R

_f

.

(

V

1

R

₁

+

V

₂

R

₂

+

…+

V

_n

R

_n

)

Gambar 2-4 Rangkaian Summer

d) Rangkaian penguat integrator adalah rangkaian yang mengintegrasikan sinyal inputnya terhadap waktu.

V

_out

=−

∫

0

t

V

¿

R . C

dt+V

inisial

Gambar 2-5 Rangkaian Integrator

3. METODOLOGI

Alat yang digunakan dalam praktikum adalah generator sinyal, osiloskop, multimeter, breadboard, power supply, kabel-kabel penghubung. Komponen yang digunakan adalah kabel-kabel penghubung, breadboard, IC Op Amp 741, resistor, dan kapasitor.

Percobaan Rangkaian Penguat Non-Inverting

Percobaan Rangkaian Penguat Inverting

Percobaan Rangkaian Penguat Summer

Percobaan Rangkaian Penguat Integrator

(3)

S u s u n

r a n g k a ia n

s e p e r ti

G a m b a r 3 - 5

C a ta t f r e k u a n s i d i

titik C , c a ta t d i

B C L

U b a h n ila i R 1 & R 2 ja d i 6 .8 k Ω , a m a ti s in y a l d a n

c a ta t f r e k u e n s i d i C

K e m b a lik a n R 1 d a n R 2 k e n ila i

a w a l, u b a h C 1 ja d i 4 7 0 p F

A m a ti s in y a l d a n

c a ta t f r e k u e n s i

d i B C L

K e m b a lik a n n ila i C 1 d a n u b a h R 4 ja d i 1 2

k Ω , a m a ti s in y a l d i C

A m a ti s in y a l

d a n c a ta t

f re k u e n s i d i C

Percobaan Contoh Aplikasi persamaan differensial dengan rangkaian Op-Amp untuk Osillator

Gambar 3-1 Rangkaian Non-Inverting

Gambar 3-2 Rangkaian Inverting

Gambar 3-3 Rangkaian Summer

Gambar 3-4 Rangkaian Integrator

Gambar 3-5 Rangkaian Percobaan Oscillator

4. HASIL DAN ANALISIS

Percobaan Rangkaian Penguat Non-Inverting N

o

nod

e Vin (V) Vout (V) Vout/Vin

1 A 18 36 2

2 B 14 28 2

3 C 10 20 2

4 D 6 12 2

Tabel 4-1 Hasil Perhitungan Rangkaian Penguat Non-Inverting

N

o node Vin (V) Vout (V) Vout/Vin

1 A 6,08 11,1 1.82

2 B 2,08 4,17 2,004

3 C -1,917 -3,82 1,99

4 D -5,93 -9,71 1,63

Tabel 4-2 Hasil Pengukuran Rangkaian Penguat Non-Inverting

R1(1 kΩ) = 986 Ω

R2(1 kΩ) = 980 Ω

Dari tabel 4-2 dapat dilihat bahwa penguatan yang dihasilkan mendakati 2 atau tegangan output dua kali lebih besar daripada tegangan input dan tidak ada pengubahan polaritas atau tanda negatif atau positif. Pada node C dan D terbentuk tegangan input negatif karena tegangan acuan yang dipakai adalah 12 v dan -12 v, Hal ini juga terjadi karena perbandingan resistor yang kecil dibandingkan dengan perbandingan resistor

(4)

di node A dan B. Perbedaan Vin dan Vout yang jauh pada hasil perhitungan dan pengukuran Op-Amp menunjukkan adanya kebenaran pada teori yang telah diungkapkan pada studi pustaka tentang Op-Amp ideal dan Op-Op-Amp tidak ideal. Nilai aktual dari resistor juga mempengaruhi hasil pengukuran rangkaian.

Percobaan Rangkaian Penguat Inverting N

o

nod

1 A 8 -17,6 -2,2

2 B 12 -26,4 -2,2

Tabel 4-3 Hasil Perhitungan Rangkaian Penguat Inverting

N o

nod

1 A -1,628 3,529 -2,16

2 B 7,4 m -20,4m -2,75

Tabel 4-4 Hasil Pengukuran Rangkaian Penguat Inverting R1(1kΩ) = 977 Ω R2(2,2kΩ) = 2,107 kΩ R3(3,3 kΩ) = 3,1 kΩ R4(2,2 kΩ) = 2,083 kΩ R5(1,1 kΩ) = 1,059 kΩ Vin = -2,00 V saat Vout = 4 Vpp

Pada data tabel di atas dapat dikatakan bahwa tegangan yang keluar dari Op-Amp akan mendapat penguatan mendekati -2 seperti pada hasil perhitungan dan perubahan polaritas atau tanda tegangan disebabkan fungsi dari Op-Amp itu sendiri sebagai inverter atau pembalik. Ketidaksamaan data hasil perhitungan dan data hasil pengukuran diakibatkan oleh keadaan Op-Amp yang tidak ideal sehingga tidak memenuhi perhitungan Op-Amp yang ideal dan nilai aktual resistor yang digunakan tidak tepat seperti yang digunakan pada perhitungan. Hasil inverting ini juga dapat dilihat dari pengukuran rangkaian dengan sumber berasal dari generator sinyal yang memperlihatkan bahwa tegangan outputnya akan dua kali lipat tegangan input dan terjadi perubahan polaritas tegangan.

Percobaan Rangkaian Penjumlah

N o

nod

1 A 10 -22 -2,2

2 B 14 -30,8 -2,2

Tabel 4-5 Hasil Perhitungan Rangkaian Penguat Penjumlah N o node 1(V)Vin Vin 2 (V) Vout(V) 1 A -1,628 4 -4,8 2 B 7,4 m 4 -4

Tabel 4-6 Hasil Pengukuran Rangkaian Penguat Penjumlah R1(1kΩ) = 977 Ω R2(2,2kΩ) = 2,107 kΩ R3(3,3 kΩ) = 3,1 kΩ R4(2,2 kΩ) = 2,083 kΩ R5(1,1 kΩ) = 1,059 kΩ

Pada tabel 4-6 node A didapat tegangan output -4,8 yang merupakan penjumlahan dari penguatan dua tegangan yaitu -1,628 v dan 4 v, dan masing-masing dikuatkan sebesar 2. Hal ini membuktikan benarnya teori pada bab studi pustaka diatas dimana terjadi penguatan di setiap input dan terjadi penjumlahan semua input. Nilai aktual resistor dan tidak idealnya Op-Amp juga memperngaruhi hasil yang didapatkan.

Percobaan Rangkaian Integrator

Gambar 4-1 Integrator input 0.5 Vpp*

* = data berasal dari simulasi di multisim Time/div =1 ms/div

Voltage/div A (input)= 500 mV/div Voltage/div B(output)= 10 V/div

(5)

Gambar 4-2 Integrator 0.1 Vpp*

* = data berasal dari simulasi di multisims Time/div =1 ms/div

Voltage/div A (input)= 200 mV/div Voltage/div B(output)= 10 V/div

Dari kedua hasil diatas dapat dikatakan bahwa integarsi dari rangkaian integrator memeang terjadi. Hal ini dapat dilihat dari perubahan sinyal kotak pada input menjadi sinyal segitiga seperti Gambar 4-2. Pada gambar 4-1 sebenarnya terbentuk sinya; segitiga, tetapi karena slope tegangan mencapai batas tegangan maksimum dan minimum Op-Amp sehingga sinyal yang terbentuk tidak terbentu sinyal segitiga yang sempurna.

Percobaan Desain Op-Amp

Gambar 4-3 Desain Kombinasi 1

Percobaan Op-Amp untuk Oscillator

No Keadaan Frekuensi_{di C (Hz)}

1 tidak ada yang diubah 6,5 k 2 R1=R2=6,8 kΩ 7,4 k

3 R1 & R2 ke nilai awal,

C1=470 pF 7,2 k

4 C1 ke nilai awal, R4=12

kΩ 6,4 k

Tabel 4-4 Rangkaian Op-Amp untuk Oscillator*

* = data berasal dari simulasi di multisim Frekuensi pada hasil pengamatan berubah-ubah sesuai dengan komponen yang digunakan. Akan tetapi perbedaaan frekuensi yang didapat dari pengubahan komponen tidak terlihat signifikan. Dapat disimpulkan pengubahan komponen tidak terlalu mengubah frekuensi output.

5. KESIMPULAN

Penguatan Op-Amp pada rangkaian untuk rangkaian non-inverting, inverting, dan summer atau penjumlah adalah 2. Akan tetapi terdapat perbedaan tegangan input dan output yang dihasilkan dari pengukuran (Op-Amp tidak ideal) dan perhitungan (Op Amp ideal). Rangkaian integrator juga terbukti benar dan melakukan kerja sesuai fungsinya.

Frekuensi yang terbentuk pada rangkaian oscillator tidak terlalu berbeda jauh saat diubah-ubah komponennya, hal ini menunjukkan tidak terbentuk perbedaan frekuensi walaupun komponen-komponen diubah.

DAFTAR PUSTAKA

[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Operati onal_amplifier, 19 September 2013, 7.30 PM.

[2] Charles K. Alexander dan Matthew N. O. Sadiku, Fundamentals of

Electric Circuit Fourth Edition,

McGrawHill, Singapura, 2009. [3] http://en.wikipedia.org/wiki/Operati onal_amplifier_applications, 19 September 2013, 7.30 PM.