KARYA TULIS ILMIAH
MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS KELUARAN PENGUAT INSTRUMENTASI (INSTRUMENTATION AMPLIFIER)
I Wayan Supardi, S.Si., M.Si Ir. Ida Bagus Sujana Manuaba, M.Sc
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA
ABSTRAK
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena berkat-Nyalah
penyusun makalah karya tulis dengan judul : Mempelajari dan Menganalisa Keluaran
Penguat Instrumentasi (Instrumentation Amplifier).
Terwujudnya Karya tulis ini tidak dapat terlepas dari bantuan berbagai pihak,
sehingga pada kesempatan yang baik ini dengan segala ketulusan hati penulis menghanturkan
terima kasih sedalam-dalamnya kepada yang terhormat :
• Bapak Ir. S Poniman,M.Si selaku Ketua Jurusan Fisika pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana Bukit Jimbaran.
• Bapak Drs. Ida Baugus Made Suaskara, M.Si, selaku Dekan Fakultas MIPA Universitas Udayana
• Bapak-Bapak serta Ibu-Ibu dosen Jurusan Fisika di lingkungan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana yang telah
memberikan bekal ilmu pengetahuan sehingga makalah ini dapat terselesaikan.
Akhirnya mengingat keterbatasan pengetahuan yang dimiliki, maka penulis
menyadari bahwa makalah ini belum sempurna. Oleh karenanya, pada kesempatan ini
penulis juga senantiasa mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun
yang dapat membawa kebaikan bagi semua pihak.
Bukit Jimbaran, Desember 2015
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR JUDUL………..
LEMBAR PENGESAHAN………...
ABSTRAK………..
KATA PENGANTAR………
DAFTAR ISI ………...
DAFTAR GAMBAR ………..
DAFTAR TABEL ………..
i ii iii iv v vi vii
BAB I PENDAHULUAN………..
1.1. Latar Belakang………...
1.2. Tujuan ……….
1 1 1
BAB II TINJAUAN TEORI………..
2.1. Penguat Operasional………..
2.2. Penguat Instrumentasi………...
2 2 3
BAB III METODOLOGI………
3.1. Alat dan Bahan………...
3.2. Prosedure Percobaan ………
5 5 5
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN……….
4.1. Hasil……….
4.2. Pembahasan………
6 6 10
BAB V KESIMPULAN ……….. 12
DAFTAR GAMBAR
Halaman Ganbar 2.1.Simbol Penguat Operasional Pada Gambar Sirkuit Listrik ………
Ganbar 2.2. Op-Amp dalamBentuk IC ………..
Ganbar 2.3.Rankaian Penguat Instrumentasi ……….
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 4.1. Tabel Percobaan 1 ………..
Tabel 4.2. Tabel Percobaan2 ………..
Tabel 4.3. Tabel Percobaan3 ……….
Tabel 4.4. Tabel Percobaan4 ……….
Tabel 4.5. Tabel Percobaan5 ……….
BAB I PENDAHULUAN
I. Latar Belakang
Elektronika meupakan ilmu yang mempelajari dasar dasar fisika, peralatan dan
pemakaian komponen-komponen yang berdasarkan sifat mengalirnya elektron didalamnya.
Rangkaian elektronika adalah gabungan komponen-komponen listrik dan komponen
elektronika yang membentuk rangkaian tertentu. Misalnya rangkaian diode dapat
dipergunakan sebagai rangkaian penyearah, rangkaian transistor dapat dipergunakan sebagai
rangkaian penguat arus, rangkaian penguat terpadu (rangkaian penguat operasional),
Rangkaian Terpadu Penguat Operasional (Op-Amp) memberikan sifat-sifat
penguatan yang ideal. Penggunaan dari rangkaian Op-Amp meliputi : penguat pembalim
(Invertin), penguat tak membali (Non-Inverting), rangkaian integrator, rangkaian
differensiator, rangkaian penjumlahan, rangkaian penguat instrumentasi.
Penggunaan dari Op-Amp disesuaikan dengan kebutuhan keluaran yang dipelukan.
Jika input sangat kecil (mikro volt) serta memerlukan keluaran yang besar, maka rangkaian
yang diperlukan adalah rangkaian Op-Amp Intrumentasi. Rangkaian penguat instrumentasi
menggunakan tiga Op-Amp.
Buku-buku perkuliahan elektronika telah banyak memberikan teori tentang cara
menghitung keluaran dari suatu Op-Amp, tapi tinjuannya adalah suatu Op-Amp yang sangat
ideal, tetapi dalam prakteknya membuat sebuah rangkaian dibutuhkan ketelitian dan
kecermatan dalam memilih komponen-kompone elektronikanya. Semakin banyak komponen
elektronika yang dipergunakan maka diperlukan kecermatan dan ketelitian dalam pemilihan
komponen-komponen elketronikanya. Melihat hal tersebut maka dalam makalah ini penulis
mengangkat judul “Mempelajari dan Menganalisa Keluaran Penguat Instrumentasi
(Instrumentation Amplifier)”
II. TUJUAN
1. Mengetahui dan menganalisa fungsi komponen-komponen yang digunakan dalam
penguat instrumentasi (instrumentation amplifier).
2. Menganalisa tegangan keluaran dari rangkaian penguat instrumentasi
BAB II TINJAUAN TEORI
2.1 Penguat Operasional
Penguat operasional (operational amplifier) atau Op-Amp adalah rangkaian
penguat elektronika dengan Coupling arus searah yang memiliki gain besar dengan dua
masukan dan satu keluaran.
Simbol Op-Amp pada rangkaian sepertiGambar 2.1.
Gambar 2.1. Simbol penguat operasional pada gambar sirkuit listrik.
: Masukan tidak membalik
: Masukan membalik
: Keluaran
: Sumber masukan positif
: Sumber masukan negatif
Op-amp biasanya dikemas di dalam suatu IC (Integrated Circuit). Satu IC bisa
berisi satu atau empat op-amp biasanya (Gambar 2.2).
Gambar 2.2 Op-Amp dalam bentuk IC.
amplifier), penguat integrator, Penguat differensiator, Penguat pembanding (comparator amplifier), Penguat instrumentasi.
2.2 Penguat Instrumentasi
Peenguat instrumentasi (instrumentational amplifier) salah satu aplikasi penguat
diferensial yang telah dilengkapi dengan buffer input, yang berfungsi menghilangkan
impedansi yang sesuai masukan dengandemikian membuat penguat sangat cocok untuk
digunakan dalam pengukuran dan alat uji. Karakteristik tambahan DC offset sangat
rendah, drift rendah, kebisingan rendah, penguatan terbuka sangat tinggi, mode rasio
penolakan sangat tinggi, dan impedansi masukan yang sangat tinggi. Op-Amp rangkaian
penguta instrumentasi seperti Gambar 2.3.
Gambar 2.3. Rangkaian penguat instrumentasi.
Meskipun penguat instrumentasi biasanya ditunjukkan secara skematik identik
dengan standar op-amp, amp instrumentasi elektronik hampir selalu internal terdiri
dari 3 op-amp. Ini diatur sedemikian rupa sehingga ada satu op-amp untuk buffer
setiap masukan (+, -), dan satu untuk menghasilkan output yang diinginkan dengan
impedansi yang memadai yang cocok untuk fungsi.
Nilai penguatan dari rangkaian tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut
(2.1)
Op-Amp instrumentasi yang pergunakan untuk penguat tegangan sinyal dari
rangkaian penguat depan karena penguat instrumentasi memiliki karakteristik yang
CMRR cukup tinggi. Skala Penguatan bisa diatur dengan hambatan geser (Rgain),
sehingga penguat ini untuk memperkuat tegangan rendah.
Rangkaian penyangga yang digunakan mempunyai impedansi input yang
besar serta merupakan penguat diferensial, agar memiliki impedansi input yang besar
maka digunakan penguat tidak membalik,. Membuat rangkaian yang bersifat
diferensial sehingga digunakan dua buah Op-Amp tidak membalik yang digabung
menjadi satu, seperti diperlihatkan pada Gambar 2.3 yang sebelah kiri.
Penggabungan rangkaian MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS
KELUARAN PENGUAT diferensial dasar dan rangkaian MEMPELAJARI DAN
MENGANALISIS KELUARAN PENGUAT penyangga akan diperoleh sebuah
MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS KELUARAN PENGUAT diferensial yang
mempunyai impedansi masukan yang sangat besar dan nilai MEMPELAJARI DAN
MENGANALISIS KELUARAN PENGUATannya dapat diubah dengan mudah tanpa
mempengaruhi fungsi menghilangkan sinyal mode common.
Impedansi masukan tinggi diperlukan untuk mengurangi pengaruh ketidak
sesuaian dalam rangkaian elektrode, karena hal ini akan dapat membuat ganguan
sinyal masuk ke MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS KELUARAN
PENGUAT dalam bentuk mode diferensial. Mengatasi hal ini maka di depan
MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS KELUARAN PENGUAT diferensial
dasar ditambahkan sebuah rangkaian MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS
BAB III METODOLOGI
3.1 Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang dipergunakan dalam penelitian ini yaitu : IC LM741, Resistor 1Kohm, Potensio 10 K , Resistor 31.7 K , Resistor 39.7 K , Resistor 46.4 K , Resistor 55
K , Resistor 150.9 K , Project board, Kabel penghubung , Catu daya keluaran
+15V,-15V,+5V,-5V , Multimeter , Jepit buaya
3.2 Prosedure Percobaan
Adapun procedure (langkah-langkah) percobaan sebagai berikut :
1. Rangkaian MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS KELUARAN PENGUAT
instrumentasi dirangkai seperti pada Gambar 2.3.
2. Semua rangkaian MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS KELUARAN
PENGUAT (rangkaian penyangga maupun rangkaian differensial) pada
MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS KELUARAN PENGUAT instrumentasi
ini harus memiliki rangkaian offset null masing-masing.
3. Setiap rangkaian offset null tersebut dipastikan menghasilkan tegangan keluaran yang
bernilai nol pada IC LM741.
4. Rangkaian pembagi tegangan dirangkai untuk digunakan sebagai input ( dan )
pada rangakian MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS KELUARAN PENGUAT
instrumentasi ini.
5. Pengamatan terhadap input dan output MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS
KELUARAN PENGUAT dilakukan dengan menggunakan multimeter.
6. Hasil yang diperoleh dicatat sebagai data pengamatan.
7. Percobaan dilakukan sebanyak 50 kali, dimana terdapat 5 nilai MEMPELAJARI
DAN MENGANALISIS KELUARAN PENGUATan yang berbeda dan setiap
MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS KELUARAN PENGUATan memiliki 10
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil
Hasil pengamatan seperti terlihat pada Tabel 4.1, Tabel 4.2, Tabel 4.3, Tabel 4.4 dan
Tabel 4.5.
= 31,7 K = 21,7 K = 21,7 K = 21,7 K = 21,7 K = 21,7 K = 21,7 K = 2,37 kali
Tabel 4.1. Tabel pengamatan Percobaan 1
No
1 0.60 0.11 -1.20 2.45 2 0.58 0.09 -1.18 2.41 3 0.55 0.10 -1.03 2.29 4 0.75 0.08 -1.55 2.31 5 0.47 0.18 -0.67 2.31 6 0.90 0.17 -1.71 2.34 7 0.64 0.11 -1.25 2.36 8 0.96 0.18 -1.83 2.35 9 0.65 0.14 -1.18 2.31 10 1.03 0.22 -1.94 2.40
= 39,7 K = 21,7 K = 21,7 K = 21,7 K = 21,7 K = 21,7 K = 21,7 K = 2,09 kali
Tabel 4.2. Tabel pengamatan Percobaan 2
No
= 46,4 K = 21,7 K = 21,7 K = 21,7 K = 21,7 K = 21,7 K = 21,7 K = 1,94 kali
Tabel 4.3. tabel pengamatan Percobaan 3
No
1 0.45 0.14 -0.60 1.94 2 0.72 0.12 -1.14 1.90 3 1.01 0.13 -1.69 1.92 4 0.80 0.17 -1.21 1.92 5 1.33 0.15 -2.26 1.92 6 1.20 0.18 -1.97 1.93 7 0.46 0.11 -0.68 1.94 8 0.74 0.17 -1.09 1.91 9 0.73 0.07 -1.27 1.92 10 0.66 0.06 -1.14 1.90
= 55,0 K = 217 K = 21,7 K = 21,7 K = 21,7 K = 21,7 K = 21,7 K = 1.79 kali
Tabel 4.4. tabel pengamatan Percobaan 4
No
= 150,9 K = 21,7 K = 21,7 K = 21,7 K = 21,7 K = 21,7 K = 21,7 K = 1,29 kali
Tabel 4.5. tabel pengamatan Percobaan 5
No
1 0.78 0.09 -0.87 1.26 2 0.74 0.11 -0.79 1.25 3 0.80 0.26 -0.68 1.26 4 0.50 0.24 -0.31 1.19 5 1.27 0.21 -1.35 1.27 6 0.55 0.20 -0.43 1.23 7 0.97 0.07 -1.15 1.28 8 1.14 0.11 -1.31 1.27 9 1.37 0.14 -1.58 1.28 10 1.20 0.04 -1.49 1.28
Perhitungan tegangan keluaran (Vo) dari hasil percobaan Tabel 4.1, Tabel 4.2, Tabel 4.3,
Tabel 4.4 dan Tabel 4.5 sebagai berikut :
Penentuan untuk data yang pertama pada percobaan 1:
Diketahui:
= 31,7 K = 21,7 K
= 21,7 K = 21,7 K
= 21,7 K = 21,7 K
= 21,7 K = 2,37 kali
Volt Volt
Penyelesaian:
Dengan syarat , , dan maka
Dengan cara yang sama, maka diperoleh perbandingan antara hasil perhitungan
dengan hasil pengamatan sebagai berikut:
Percobaan 1
No perhitungan pengamatan Selisih 1 -1.1609 -1.20 0.0391 2 -1.1609 -1.18 0.0191 3 -1.0661 -1.03 0.0361 4 -1.5873 -1.55 0.0373 5 -0.6870 -0.67 0.0170 6 -1.7294 -1.71 0.0194 7 -1.2556 -1.25 0.0056 8 -1.8479 -1.83 0.0179 9 -1.2082 -1.18 0.0282 10 -1.9190 -1.94 0.0210
Percobaan 2
No perhitungan pengamatan Selisih 1 -1.7792 -1.78 0.0008 2 -1.3187 -1.31 0.0087 3 -1.1513 -1.12 0.0313 4 -1.7164 -1.70 0.0164 5 -1.4862 -1.48 0.0062 6 -2.2607 -2.25 0.0107 7 -1.2559 -1.24 0.0159 8 -3.0979 -3.07 0.0279 9 -0.9629 -0.93 0.0329 10 -0.9001 -0.89 0.0101
Percobaan 3
No perhitungan pengamatan Selisih 1 -0.6000 -0.60 0.0000 2 -1.1612 -1.14 0.0212 3 -1.7031 -1.69 0.0131 4 -1.2193 -1.21 0.0093 5 -2.2837 -2.26 0.0237 6 -1.9741 -1.97 0.0041 7 -0.6774 -0.68 0.0026 8 -1.1031 -1.09 0.0131 9 -1.2773 -1.27 0.0073 10 -1.1612 -1.14 0.0212
Percobaan 4
No perhitungan pengamatan Selisih 1 -1.1092 -1.10 0.0092 2 -1.1092 -1.09 0.0192 3 -1.3239 -1.29 0.0339 4 -1.3597 -1.35 0.0097 5 -1.6817 -1.65 0.0317 6 -0.7514 -0.74 0.0114 7 -0.5188 -0.50 0.0188 8 -1.0019 -0.99 0.0119 9 -0.9482 -0.94 0.0082 10 -0.6083 -0.59 0.0183
Percobaan 5
No perhitungan pengamatan Selisih 1 -0.8884 -0.87 0.0184 2 -0.8112 -0.79 0.0212 3 -0.6953 -0.68 0.0153 4 -0.3348 -0.31 0.0248 5 -1.3649 -1.35 0.0149 6 -0.4507 -0.43 0.0207 7 -1.1588 -1.15 0.0088 8 -1.3262 -1.31 0.0162 9 -1.5838 -1.58 0.0038 10 -1.4936 -1.49 0.0036
4.2 Pembahasan
Pada praktikum ini terdapat beberapa tujuan, yaitu untuk memahami
MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS KELUARAN PENGUAT instrumentasi,
menghitung tegangan keluaran yang dihasilkannya dan menganalisa cara kerja dan
tegangan keluaran yang dihasilkan dari MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS
KELUARAN PENGUAT instrumentasi tersebut.
MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS KELUARAN PENGUAT Instrumentasi
adalah jenis MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS KELUARAN PENGUAT
differensial yang telah dilengkapi dengan buffer input, yang menghilangkan gangguan
impedansi input dengan demikian rangkaian MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS
KELUARAN PENGUAT instrumentasi sangat cocok untuk digunakan dalam pengukuran
danpembuatan alat ukur.
MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS KELUARAN PENGUAT instrumentasi
sangat cocok dipergunakan sebagai MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS KELUARAN
PENGUAT tegangan sinyal dari rangkaian MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS
KELUARAN PENGUAT depan karena MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS
KELUARAN PENGUAT instrumentasi memiliki karakteristik yang baik, karena mempunyai
impedansi masukan tinggi, mempunyai impedansi keluaran rendah, memiliki CMRR cukup
tinggi dan MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS KELUARAN PENGUATannya dapat
diatur dengan sebuah Potensio.
Pada rangkaian MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS KELUARAN PENGUAT
instrumenttasi terdiri atas beberapa komponen yaitu IC UA 741CN, 6 buah resistor 21,7 KΩ ,
dan lima buah variasi resistor yang berbeda-beda.
Dalam perhitungan untuk menentukan nilai tegangan keluarnya, terdapat syarat
bahwa , , dan , sehingga dapat digunakan
persamaan berikut untuk menentukannya.
Dalam percobaan ini diambil lima puluh data tegangan masukan ( dan ) dan
keluaran , dengan lima kali percobaan pada MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS
KELUARAN PENGUATan yang berbeda. Berikut adalah data yang diperoleh dari hasil
percobaan :
1. Pada percobaan 1 diperoleh nilai MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS
KELUARAN PENGUATan sebesar . Dan dengan
persentase kebenaran praktikum mencapai .
2. Pada percobaan 2 diperoleh nilai MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS
KELUARAN PENGUATan sebesar Dan dengan
persentase kebenaran praktikum mencapai .
3. Pada percobaan 3 diperoleh nilai penguatan sebesar
. Dan dengan persentase kebenaran praktikum
mencapai .
4. Pada percobaan 4 diperoleh nilai penguatan sebesar
. Dan dengan persentase kebenaran praktikum
5. Pada percobaan 5 diperoleh nilai penguatan sebesar .
Dan dengan persentase kebenaran praktikum mencapai .
Berdasarkan atas perhitungan, hasil yang diperoleh telah sesuai dengan teori penguatan instrumentasi. Tetapi hasilnya tidak sempurna. Karena dalam hal ini, tegangan keluaran yang tidak sesuai dengan yang seharusnya terjadi karena ketidakakuratan dalam perangkaian komponen, ataupun pada pengambilan data.
BAB V KESIMPULAN
Dari hasil percobaan dan pengolahan data yang telah dilakukan maka dapat
diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS KELUARAN PENGUAT
Instrumentasi (instrumentational amplifier) adalah jenis MEMPELAJARI DAN
MENGANALISIS KELUARAN PENGUAT diferensial yang telah dilengkapi
dengan buffer input, yang berfungsi menghilangkan gangguan impedansi input.
2. MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS KELUARAN PENGUATan ini
menguatkan perbandingan antara dua signal masukan.
3. MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS KELUARAN PENGUAT
instrumentasi memiliki karakteristik yang baik, yakni mempunyai impedansi
masukan tinggi, mempunyai impedansi keluaran rendah, memiliki CMRR cukup
tinggi dan MEMPELAJARI DAN MENGANALISIS KELUARAN
PENGUATannya dapat diatur.
4. Suatu penguatan harus menggunakan nilai resistansi yang sama, yaitu ,
DAFTAR PUSTAKA
Robert F. Coughlin, Fredick F. Driscoll, 1993, Operational Amplifiers & Linear Integrated Circuits, International Edition, Prentice-Hall International, Inc
Sutanto, 1997, Rangkaian Elektronika Analog dan Terpadu, UI-Press
Sutrisno, 1987, Elektronika Teori dan Penerapannya, Jilid 2, ITB
___________________________________. 2012. Penguat Operasional. Wikipedia. http://id.wikipedia.org/wiki/Penguat_operasional. Diakses pada tanggal 24-1-20123.
________. 2012. Penguat Biopotensial. Sensors, Instrumentation, & Electronics. http://instrumentasi.lecture.ub.ac.id/penguat-biopotensial/. Diakses pada tanggal 24-1-2013.
________. 2012. Karakteristik Penguat Membalik (Inverting Amplifier). Elektronika Dasar. http://elektronika-dasar.com/percobaan/penguat-tak-membalik-non-inverting-amplifier/. Diakses pada tanggal 3-11-2012.
________. 2012. Operational Amplifier. Elektronika II. http://blogs.phys.unpad.ac.id/abdurrochman/files/2011/02/Elektronika-II.pdf. Diakses pada tanggal 14-12-2012.
________. 2012. Rangkaian penguat Tak Membalik. www.elektroarea.blogspot.com.
