KARYA TULIS ILMIAH
MENGETAHUI DAN MENGANALISA KELUARAN PENGUAT INTEGRATOR (INTEGRATOR AMPLIFIER)
Ir. Ida Bagus Sujana Manuaba, M.Sc Nyoman Wendri, S.Si., M.Si
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 Integrator (Integrator 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 Integrator…. ………...
2 2 4
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. Perhitungan Hasil Percobaan……… 4.3. Perhitungan Ralat……….. 4.4. Pembahasan………
6 6 7 9 13
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1.Simbol Penguat Operasional Pada Gambar Sirkuit Listrik ……...
Gambar 2.2.Op-Amp dalam Bentuk IC ……… Gambar 2.3.Rangkaian Op-Amp ………... …. ………. Gambar 2.4.Rangkaian Integrator ………….. ……….
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 4.1.Tabel Percobaan 1 dan Percobaan 2 ………..
Tabel 4.2.Tabel Percobaan3 dan Percobaan 4 ………... Tabel 4.3.Tabel Percobaan5 ……….
BAB I PENDAHULUAN
1.1. 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)”
1.2. Tujuan
1. Mengetahui dan menganalisa fungsi komponen-komponen yang digunakan dalam penguat integrator (integrator amplifier).
BAB II TINJAUAN TEORI
2.1. Penguat Operasional
Penguat operasional (operational amplifier) atau yang biasa disebut op-amp merupakan suatu jenis penguat elektronika dengan sambatan (coupling) arus searah yang memiliki bati (faktor penguatan atau gain) sangat besar dengan dua masukan dan satu keluaran.
Simbol penguat operasional pada rangkaian seperti pada, (Gambar 2.1) di mana:
Gambar 2.1Simbol penguat operasional pada gambar sirkuit listrik.
• : masukan non-pembalik • : masukan pembalik • : keluaran
• : catu daya positif • : catu daya negatif
Op-amp biasanya dikemas di dalam suatu IC (Integrated Circuit). Satu IC bisa berisi satu atau empat op-amp biasanya (Gambar 2.2).
Penguat operasional adalah perangkat yang sangat efisien dan serba guna. Contoh penggunaan penguat operasional adalah untuk operasi matematika sederhana seperti penjumlahan dan pengurangan terhadap tegangan listrik hingga dikembangkan kepada penggunaan aplikatif seperti komparator dan osilator dengan distorsi rendah.
Penguat operasional dalam bentuk rangkaian terpadu memiliki karakteristik yang mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat di dalamnya. Karakteristik penguat operasional ideal adalah (Gambar 2.3) :
1. Bati tegangan (gain) (dalam gambar ditunjukkan dengan a) tidak terbatas. 2. Impedansi masukan tidak terbatas.
3. Impedansi keluaran nol.
4. Lebar pita tidak terbatas.
5. Teganganoffset null (keluaran akan nol jika masukan nol).
Gambar 2.3Rangkaian op-amp.
2.2 Penguat Integrator (Integrator Amplifier)
Sebuah integrator adalah rangkaian yang menyelenggarakan operasi integrasi secara matematik karena dapat menghasilkan tegangan keluaran yang sebanding dengan integral masukan. Pemakaian yang umum ialah mengguanakan tegangan masukan yang tetap untuk mengahasilkan tegangan keluaran berbentuk lereng (ramp). Sebuah lereng adalah tegangan yang mendaki atau menurun secara linier.
Gambar 2.4Rangkaian integrator.
Penguat ini mengintegrasikan tegangan masukan terhadap waktu, dengan persamaan:
(2.1)
Dimana: waktu (detik)
tegangan keluaran pada
BAB III METODOLOGI
3.1. Alat dan Bahan
Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah IC LM741, Resistor 1Kohm, Potensio 10 Kohm, Kapasitor 0.00001 F, 0.000033 F, 47 F, 0.0001 F, 0.00001 F, Project board, Kabel, Catu daya keluaran +15V,-15V,+5V,-5V , Multimeter,
Stopwatchdan Jepit buaya
3.2. Prosedur Percobaan
1. Rangkaianoffset null dirangkai dan dipastikan menghasilkan tegangan keluaran yang bernilai nol pada IC LM741.
2. Rangkaian penguat integrator dirangkai seperti padaGambar 2.4.
3. Rangkaian pembagi tegangan dirangkai untuk digunakan sebagai input rangakian penguat.
4. Kapasitor harus dipastikan pada keadaan kosong/tanpa muatan ketika digunakan. 5. Tegangan harus keluaran benilai nol ketika input belum dihubungkan.
6. Tegangan input yang akan dicatat terlebih dulu.
7. Input dihubungkan bersamaan pada rangkaian penguat dengan waktu dimulai/stopwatch dijalankan.
8. Pada saat waktu tertentu, tegangan keluaranyang ditunjukkan pada multimeter dicatat sebagai data pengamatan.
9. Percobaan dilakukan sebanyak 50 kali, dimana terdapat 5 nilai penguatan yang berbeda dan setiap penguatan memiliki 10 tegangan input yang bervariasi.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil
Hasil pengamatan seperti terlihat pada Tabel 4.1, Tabel 4.2 dan Tabel 4.3.
Tabel 4.1.Tabel percobaan 1 dan percobaan 2
Percobaan 1 Percobaan 2
Ri = 271000 Ri = 271000
C = 0.00001 F C = 0.000033 F
Vin = 2.05 Volt Vin = 3.00 Volt
No t (sekon) Vo Vo/Vi No t (sekon) Vo Vo/Vi
1 10.12 -7.64 -3.7268 1 15.55 -5.21 -1.7367
2 10.04 -7.59 -3.7024 2 15.21 -5.10 -1.7000
3 10.32 -7.79 -3.8000 3 15.16 -5.07 -1.6900
4 10.20 -7.73 -3.7707 4 15.25 -5.12 -1.7067
5 10.35 -7.81 -3.8098 5 15.32 -5.11 -1.7033
6 10.33 -7.77 -3.7902 6 15.14 -5.06 -1.6867
7 10.12 -7.61 -3.7122 7 15.02 -5.01 -1.6700
8 10.27 -7.76 -3.7854 8 15.05 -5.03 -1.6767
9 10.23 -7.71 -3.7610 9 15.42 -5.15 -1.7167
10 10.42 -7.84 -3.8244 10 15.13 -5.09 -1.6967
Tabel 4.2.Tabel percobaan 3 dan percobaan 4
Percobaan 3 Percobaan 4
Ri = 271000 Ri = 22000
C = 47 F C = 0.0001 F
Vin = 0.53 Volt Vin = 0.62 Volt
No t (sekon) Vo Vo/Vi No t (sekon) Vo Vo/Vi
1 20.02 -8.33 -15.7170 1 10.03 -2.86 -4.6129
2 20.21 -8.38 -15.8113 2 10.52 -2.96 -4.7742
3 20.36 -8.43 -15.9057 3 10.12 -2.84 -4.5806
4 20.41 -8.48 -16.0000 4 10.42 -2.94 -4.7419
5 20.53 -8.53 -16.0943 5 10.33 -2.89 -4.6613
6 20.42 -8.51 -16.0566 6 10.14 -2.85 -4.5968
7 20.14 -8.37 -15.7925 7 10.46 -2.94 -4.7419
8 20.20 -8.40 -15.8491 8 10.02 -2.84 -4.5806
Tabel 4.3.Tabel percobaan 5 Percobaan 5
Ri = 271000 C = 0.00001 F Vin = 0.88 Volt
No t (sekon) Vo Vo/Vi
1 15.02 -4.86 -5.5227
2 15.12 -4.92 -5.5909
3 15.00 -4.85 -5.5114
4 15.18 -4.92 -5.5909
5 15.29 -4.94 -5.6136
6 15.32 -4.97 -5.6477
7 15.42 -5.02 -5.7045
8 15.09 -4.89 -5.5568
9 15.49 -5.01 -5.6932
10 15.12 -4.90 -5.5682
4.2. Perhitungan Hasil Percobaan
Penentuan untuk data yang pertama pada percobaan 1:
Diketahui: = 271000 , = 0.00001 F, = 2.05 Volt, = 10.12 detik Penyelesaian:
Percobaan 1 Percobaan 2
Percobaan 1 Percobaan 2
Percobaan 5
No perhitungan pengamatan Selisih
1 -4.8773 -4.86 -0.0173
2 -4.9098 -4.92 0.0102
3 -4.8708 -4.85 -0.0208
4 -4.9293 -4.92 -0.0093
5 -4.9650 -4.94 -0.0250
6 -4.9748 -4.97 -0.0048
7 -5.0072 -5.02 0.0128
8 -4.9001 -4.89 -0.0101
9 -5.0300 -5.01 -0.0200
No perhitungan pengamatan Selisih
1 -7.6554 -7.64 -0.0154
2 -7.5948 -7.59 -0.0048
3 -7.8066 -7.79 -0.0166
4 -7.7159 -7.73 0.0141
5 -7.8293 -7.81 -0.0193
6 -7.8142 -7.77 -0.0442
7 -7.6554 -7.61 -0.0454
8 -7.7688 -7.76 -0.0088
9 -7.7386 -7.71 -0.0286
10 -7.8823 -7.84 -0.0423
No perhitungan pengamatan Selisih
1 -5.2164 -5.21 -0.0064
2 -5.1023 -5.10 -0.0023
3 -5.0855 -5.07 -0.0155
4 -5.1157 -5.12 0.0043
5 -5.1392 -5.11 -0.0292
6 -5.0788 -5.06 -0.0188
7 -5.0386 -5.01 -0.0286
8 -5.0486 -5.03 -0.0186
9 -5.1728 -5.15 -0.0228
10 -5.0755 -5.09 0.0145
No perhitungan pengamatan Selisih
1 -8.3305 -8.33 -0.0005
2 -8.4096 -8.38 -0.0296
3 -8.4720 -8.43 -0.0420
4 -8.4928 -8.48 -0.0128
5 -8.5427 -8.53 -0.0127
6 -8.4970 -8.51 0.0130
7 -8.3805 -8.37 -0.0105
8 -8.4054 -8.40 -0.0054
9 -8.3555 -8.35 -0.0055
10 -8.5344 -8.52 -0.0144
No perhitungan pengamatan Selisih
1 -2.8266 -2.86 0.0334
2 -2.9647 -2.96 -0.0047
3 -2.8520 -2.84 -0.0120
4 -2.9365 -2.94 0.0035
5 -2.9112 -2.89 -0.0212
6 -2.8576 -2.85 -0.0076
7 -2.9478 -2.94 -0.0078
8 -2.8238 -2.84 0.0162
9 -2.8323 -2.80 -0.0323
4.3. Perhitungan Ralat
1. Ralat keraguan untuk penguatan pada percobaan I
No.
1 -3.7268 0.0415 0.001722
2 -3.7024 0.0659 0.004343
3 -3.8000 -0.0317 0.001005
4 -3.7707 -0.0024 0.000006
5 -3.8098 -0.0415 0.001722
6 -3.7902 -0.0219 0.000480
7 -3.7122 0.0561 0.003147
8 -3.7854 -0.0171 0.000292
9 -3.7610 0.0073 0.000053
10 -3.8244 -0.0561 0.003147
-3.7683 0.012770
Ralat nisbi =
2. Ralat keraguan untuk penguatan pada percobaan II
No.
1 -1.7367 -0.0383 0.001467
2 -1.7000 -0.0016 0.000003
3 -1.6900 0.0084 0.000071
4 -1.7067 -0.0083 0.000069
5 -1.7033 -0.0049 0.000024
6 -1.6867 0.0117 0.000137
7 -1.6700 0.0284 0.000807
8 -1.6767 0.0217 0.000471
9 -1.7167 -0.0183 0.000335
10 -1.6967 0.0017 0.000003
-1.6984 0.003385
Ralat nisbi =
3. Ralat keraguan untuk penguatan pada percobaan III
No.
1 -15.7170 0.1887 0.035608
2 -15.8113 0.0944 0.008911
3 -15.9057 0.0000 0.000000
4 -16.0000 -0.0943 0.008892
5 -16.0943 -0.1886 0.035570
6 -16.0566 -0.1509 0.022771
7 -15.7925 0.1132 0.012814
8 -15.8491 0.0566 0.003204
9 -15.7547 0.1510 0.022801
10 -16.0755 -0.1698 0.028832
-15.9057 0.179403
Ralat nisbi =
4. Ralat keraguan untuk penguatan pada percobaan IV
No.
1 -4.6129 0.0323 0.001043
2 -4.7742 -0.1291 0.016667
3 -4.5806 0.0646 0.004173
4 -4.7419 -0.0968 0.009370
5 -4.6613 -0.0161 0.000259
6 -4.5968 0.0484 0.002343
7 -4.7419 -0.0968 0.009370
8 -4.5806 0.0646 0.004173
9 -4.5161 0.1291 0.016667
10 -4.6452 0.0000 0.000000
-4.6452 0.064065
Ralat nisbi =
5. Ralat keraguan untuk penguatan pada percobaan V
No.
1 -5.5227 0.0773 0.005975
2 -5.5909 0.0091 0.000083
3 -5.5114 0.0886 0.007850
4 -5.5909 0.0091 0.000083
5 -5.6136 -0.0136 0.000185
6 -5.6477 -0.0477 0.002275
7 -5.7045 -0.1045 0.010920
8 -5.5568 0.0432 0.001866
9 -5.6932 -0.0932 0.008686
10 -5.5682 0.0318 0.001011
-5.6000 0.038935
Ralat nisbi =
Ralat praktikum =
4.4. Pembahasan
Pada praktikum ini terdapat beberapa tujuan, yaitu untuk menghitung penguatan yang dihasilkan dari rangkaian penguat integrator dan menganalisa hasil penguatan tersebut.
Pada percobaan ini, dilakukan pengambilan data sebanyak lima puluh kali, dengan lima penguatan yang berbeda-beda pada setiap sepuluh data. Dalam hal ini digunakan variasi pada kapasitor , dan resistor input .
Cara kerja dari rangkaian integrator ini adalah sebagai berikut. Yang pertama, dipastikan kapasitor yang digunakan pada rangkaian tersebut tidak bermuatan atau kosong. Karena dalam hal ini diinginkan pengambilan data dimulai dari pada saat , maka agar mendapatkan hasik data yang terbaik. Kemudian input diberikan pada rangkaian, dan pada saat waktu tertentu, outputnya dicatat. Itulah merupakan hasil integrasi dari nilai input yang diberikan.
Pada rangkaian integrator ini memerlukan input DC yang lebih stabil untuk dapat mengaplikasikannya. Tidak sama halnya dengan rangkaian penguatan lainnya, dimana perubahan sedikit pada masukan akan diperkuat oleh penguat lingkar terbuka.
Pada pengoperasian secara normal, perku mereset rangkaian pengintegral secara regular pada suatu selang tertentu, misalnya dengan menghubungsingkatkan kapasitor, setelah itu dapat dilakukan lagi proses integrasi.
Berikut adalah data yang diperoleh dari percobaan yang telah dilakukan:
1. Pada percobaan 1 dengan penguatan 3 kali, diberikan tegangan input sebesar 2.05 Volt, sehingga diperoleh nilai penguatan sebesar Dan dengan persentase kebenaran
praktikum mencapai .
2. Pada percobaan 2 dengan penguatan 2 kali, diberikan tegangan input sebesar 3 Volt, sehingga diperoleh nilai penguatan sebesar Dan dengan persentase kebenaran praktikum mencapai .
. Dan dengan persentase kebenaran
praktikum mencapai .
5. Pada percobaan 5 dengan penguatan 5 kali, diberikan tegangan input sebesar 0.88 Volt, sehingga diperoleh nilai penguatan sebesar . Dan dengan persentase kebenaran praktikum mencapai .
BAB V KESIMPULAN
Dari hasil percobaan dan pengolahan data yang telah dilakukan maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Tegangan output bernilai negatif karena rangkaian ini termasuk ke dalam rangkaian membalik ( diberikan padainverting input).
2. Output yang dihasilkan adalah integrasi dari nilai input terhadap waktu.
3. Sebuah integrator dapat juga dipandang sebagai tapis pelewat-tinggi dan dapat digunakan untuk rangkaian tapis aktif.
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 3-11-2012.
___________________________________. 2012. Penguat Operasional. Elektronika
Dasar.
http://kambing.ui.ac.id/onnopurbo/orari- diklat/teknik/elektronika/elektronika-dasar-II-univ-negeri-jember/bab16-penguat-operasional.pdf. Diakses pada tanggal 14-12-2012.
