ANALISA SISTEM INSTRUMENTASI
APLIKASI OP-AMP
Sri Murti
#1, Prisma Megantoro*
2, Ahmad Khafid S
#3, Nur Fitri A*
4#Metrologi dan Instrumentasi, Gadjah Mada University, Sekip Blok K1-A, Yogyakarta 55281
1
[email protected],
2[email protected]
INDONESIA
*Metrologi and Instrumentasi Laboratorium 118,Sekolah Vokasi, Sekip Blok K1-A, Bulaksumur,
Yorgyakarta 55281 INDONESIA
ABSTRAK
Operasional amplifier (Op-Amp) adalah suatu penguat berpenguatan tinggi yang terintegrasi dalam sebuah chip IC yang memiliki dua input inverting dan non-inverting dengan sebuah terminal output, dimana rangkaian umpan balik dapat ditambahkan untuk mengendalikan karakteristik tanggapan keseluruhan pada operasional amplifier (Op-Amp). Pada dasarnya operasional amplifier (Op-Amp) merupakan suatu penguat diferensial yang memiliki 2 input dan 1 output.
Tujuan dari praktikum ini adalah dapat memahami prinsip kerja dari aplikasi OP-AMP, diantaraya adalah komparator dan penguat atau amplifier.
Kesimpulan dari praktikum ini adalah penguat operasional dapat berfiungsi sebagai penguat membalik (inverting) dan tidak membalik (non inverting) serta sebagai penguat diferensial.
Keywords— Op-Amp, Penguat (Non Inverting dan Summing)
A. PENDAHULAN
Penguat operasional (operational amplifier) atau yang biasa disebut op-amp merupakan suatu jenis penguat elektronika dengan hambatan (coupling) arus searah yang memiliki bati (faktor penguatan) sangat besar dengan dua masukan dan satu keluaran. Penguat diferensial merupakan suatu penguat yang bekerja dengan memperkuat sinyal yang merupakan selisih dari kedua masukannya. Penguat operasional pada umumnya tersedia dalam bentuk sirkuit terpadu dan yang paling banyak digunakan adalah rangkaian seri. Penguat operasional dalam bentuk rangkaian terpadu memiliki karakteristik yang
mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat didalamnya.
Penguat operasional adalah perangkat yang sangat efisien dan serba guna. Contoh penggunaan penguat operasional adalah untuk operasi
analog, pengolah isyarat seperti cuplik tahan, penguat pengunci, kendali otomatik, computer analog, elektronika nuklir, dan lain-lain.
B. Literatur
Pada praktikum penguat yang dilakukan oleh Mahasiswa Univeristas Hasanudin Makasar, operasional ini hal yang paling perlu dipahami adalah posisi kaki pada IC. Adapun komponen yang digunakan dalam praktikum ini adalah OP-AMP (LM 741),dan resistor. Rangkaian yang pertama kali dibuat adalah rangkaian penguat membalik dan penguat tak membalik, dengan menggunakan resistor dan . Adapun hasil yang diperoleh untuk penguat membalik adalah = 0,05 volt dan = 0,1 volt (= 2 kali) sedangkan hasil untuk penguat tak membalik, hasil yang diperoleh adalah = 1 volt dan = 1,5 volt (= 1,5 kali). Rangkaian yang selanjutnya dibuat adalah rangkaian integrator dan diferensiator (menggunakan resistor dan kapasitor ), dimana hasil yang diperoleh untuk rangkaian integrator adalah = 0,05 volt dan = 0,1 volt (= 2 kali) sedangkan hasil untuk rangkaian diferensiator, hasil yang diperoleh adalah = 1 volt dan = 1,5 volt (= 1,5 kali). Adanya hasil yang diperoleh seperti ini, menunjukkan bahwa teori yang menyebutkan output lebih besar dari input, terbukti.
C. DASAR TEORI
Operational amplifier merupakan rangkaian terpadu (Integreted Circuit) yang didisain sebagai penguat tegangan. Penguatan tegangan yang diaplikasikan dalam rangkaian tertutup dengan umpan balik memiliki penguatan yang ditentukan oleh nilai tahanan umpan balinya. Dengan demikian penguat tersebut sangat opersional sehingga dinamakan operational amplifier.
Operational amplifier terdiri dari tiga bagian utama yaitu
1. Penguat diferensial dengan dua buah input yaitu input inverting dan input non inverting.
2. Penguat tegangan dengan gain besar berfungsi untuk menguatkan tegangan sebesar mungkin
3. Penguat akhir yang berupa penguat arus yang memiliki impedansi rendah.
Dengan demikian cirri khas yang utama dari operational amplifier adalah memiliki impedansi input besar, penguatan tegangan besar dan inpedansi output sangan rendah.
Berdasarkan sifat op-amp tersebut bila IC LM 741 diberi catudaya + 15V, maka tegangan saturasi Vsat = +13V. Maka dapat dituliskan :
Dari gambar di atas bisa dilihat bahwa daerah < +64
μV adalah daerah linier, sedangkan daerah > +64 μV adalah daerah saturasi + Vsat.. Untuk Op-Amp ideal, Ed = 0V, Vo= +Vsat.
2. Aplikasi Op-Amp pada rangkaian non-linear open loop.
Sesuai dengan sifatnya yang operasional, maka begitu banyak implementasi / aplikasi Op-Amp
pada bidang elektronika sebagai system penguat linier (linear amplifier) maupun sebagai system control non linier (control analog). Sistem penguat linier (linear amplifier) memanfaatkan daerah linier, sedangkan control analog memanfaatkan daerah tegangan saturasi.
Non-Inverting Zero Crossing Detector
Non-Inverting zero crossing detector adalah salah satu aplikasi Op-Amp open loop. Maka pada sifat Op-Amp yang tidak ideal, seperti LM 741, output akan mencapai saturasi Vo = + Vsat bila input Vi > +64 μV.
Gambar 5.a adalah rangkaian non-inverting zero crossing detector. Sedangkan gambar 5.b adalah kurva input-output dari rangkaian non-inverting zero crossing detector. Gambar 5.c adalah bentuk gelombang input dan output rangkaian non-inverting zero crossing detector. Kondisi ideal, bila tegangan input Vi > 0 V, maka tegangan output Vo adalah saturasi positip + Vsat. Sebaliknya bila tegangan input Vi < 0V, maka tegangan output adalah saturasi negatip –Vsat,
Inverting zero crossing detector
Gambar 6.a adalah rangkaian inverting zero crossing detector. Sedangkan gambar 6.b adalah kurva input-output dari rangkaian non-inverting zero crossing detector. Gambar 6.c adalah bentuk gelombang input dan output rangkaian inverting zero crossing detector. Kondisi ideal, bila tegangan input Vi > 0 V, maka tegangan output Vo adalah saturasi negatip -Vsat. Sebaliknya bila tegangan input Vi < 0V, maka tegangan output adalah saturasi positip +Vsat,
Non-Inverting positive voltage level detector
Rangkaian Non-Inverting positive Voltage level detector pada input inverting dihubungkan dengan tegangan referensi Vref. Sedangkan input non-inverting dihubungkan dengan input sinyal.
Pada gambar 7.b dan gambar 7.c diperlihatkan bahwa tegangan output Vo akan mencapai saturasi negatip
bila input Vi < Vref. Sebaliknya tegangan output Vo akan mencapai saturasi positip bila input Vi > Vref.
Inverting positive voltage level detector
Rangkaian Inverting positive Voltage level detector pada input non-inverting dihubungkan dengan tegangan referensi Vref. Sedangkan input inverting dihubungkan dengan input sinyal.
Pada gambar 8.b dan gambar 8.c diperlihatkan bahwa tegangan output Vo akan mencapai saturasi negatip bila input Vi Vref. Sebaliknya tegangan output Vo akan mencapai saturasi positip bila input Vi < Vref
Non-Inverting negative voltage level detector
Pada gambar 9.b dan gambar 9.c diperlihatkan bahwa tegangan output Vo akan mencapai saturasi negatip bila input Vi < Vref. Sebaliknya tegangan output Vo akan mencapai saturasi positip bila input Vi > Vref.
Inverting negative voltage level detector
Rangkaian Inverting negative Voltage level detector pada input non-inverting dihubungkan dengan tegangan referensi Vref. Sedangkan input inverting dihubungkan dengan input sinyal.
Pada gambar 10.b dan gambar 10.c diperlihatkan bahwa tegangan output Vo akan mencapai saturasi negatip bila input Vi > Vref. Sebaliknya tegangan output Vo akan mencapai saturasi positip bila input Vi < Vref
Untuk pengambilan tegangan referensi bisa dilakukan langsung dengan menggunakan resistor sebagai pembagi tegangan seperti gambar 11.a dan 11.b.
Penjumlah / Summing
Rangkaian penjumlah atau rangkaian adder adalah rangkaian penjumlah yang dasar rangkaiannya adalah rangkaian inverting amplifier dan hasil outputnya adalah dikalikan dengan penguatan seperti pada rangkaian inverting. Pada dasarnya nilai outputnya adalah jumlah dari penguatan masing masing dari inverting, seperti : Bila Rf = Ra = Rb = Rc, maka persamaan menjadi :
Vo = -(Va +Vb +Vc)
Tahanan Rom gunanya adalah untuk meletak titik nol supaya tepat, terkadang tanpa Rom sudah cukup stabil. Maka rangkaian ada yang tanpa Rom juga baik hasilnya. Rangkaian penjumlah dengan menggunakan noninverting sangat suah dilakukan karena tegangan yang diparalel akan menjadi tegangan terkecil yang ada., sehingga susah terjadi proses penjumlahan.
Buffer
Rangkaian buffer adalah rangkaian yang inputnya sama dengan hasil outputnya. Dalam
Rangkaiannya seperti pada gambar berikut ini: Gambar 3. Rangkaian buffer Nilai R yang terpasang gunanya untuk membatasi arus yang di keluarkan. Besar nilainya tergantung dari indikasi dari komponennya, biasanya tidak dipasang alias arus dimaksimalkan sesuai dengan kemampuan op-ampnya.
The summing Amplifier
The summing Amplifier adalah sirkuit yang sangat fleksibel berdasarkan standar Pembalikan
Operasional Amplifier konfigurasi yang dapat digunakan untuk menggabungkan beberapa masukan . Kami melihat sebelumnya di pembalik penguat tutorial yang penguat pembalik memiliki tegangan input tunggal , ( Vin ) diterapkan pada terminal masukan pembalik . Jika kita menambah masukan resistor ke input , masing-masing sama nilainya dengan input resistor asli, Rin kita berakhir dengan yang lain rangkaian penguat operasional disebut Amplifier Menyimpulkan , " menjumlahkan inverter " atau bahkan " penambah tegangan " rangkaian seperti yang ditunjukkan di bawah ini .
D. LANGKAH KERJA
A. Langkah Kerja
Untuk melakukan percobaan pertama menyiapkan alat dan bahan yaitu :
1. LM741 2. Multimeter 3. Project Board 4. Resistor & Kapasitor 5. Catu Daya
6. Kabel jumper 7. Power Supply 8. Osiloskop
Kemudian merangkai sesuai dengan seperti gambar dibawah:
Gb.5. Skema rangkaian Penguat Pembalik Setelah melakukan Pengukuran meggunakan multimeter. Melanjutkan dengan merangkai sesuai dengan gambar dibawah :
Gb.5.Skema rangkaian Diferensiator
Kemudian setelah melakukan pengukuran memasukkan datanya pada tabel.
B. Hasil Percobaan
Pada Percobaan kali ini didapatkan nilai tegangan.
Mencari nilai dari VOut analitisnya menggunakan
rumus
� = ( + ��� ) � ��
� = ( + ) � 5
� = . � 5
Kemudian mencari nilai dari VOut analitisnya
menggunakan rumus :
� = � + �
� = 5 + ,5
� = ,5 �
Pada percobaan satu hasil dari VOut hasil eksperimen dan V Out dari perhitungan yang pertama tidak terlalu jauh perbedaannya hanya 0,785 V kemudian di percobaan ke dua Vout hasil eksperimen dan Vout perhitungan 0,41 V, hal ini mengindikasikan bahwa dalam proses praktikum alat dalam kondisi yang baik dan rangkaiaannya benar. Kemudian pada percobaan rangkaian yang kedua hasil dari eksperimen dan perhitungan sangatlah jauh, hal ini dikarenakan kesalahan pengukuran dan pemasangan dari resistor, kemudian juga kesalahan pada saat pemilihan catu daya 9 Volt yang dari alat bantu dan bukan dari Rangkaian Thavenin. Kemudian data pertama membuktikan bahwa tegangan dibalikkan atau dibuat menjadi negatif, yang merupakan fungsi dari Op-Amp Inverting.
Kendala pada praktikum kali ini adalah ketika proses pengukuran percobaan kedua praktikan menggunakan Resistor yang berbeda-beda, padahal seharusnya nilai dari R1 = R2, kemudian RG sama dengan RF. Kemudian kendala yang lain adalah kabel probe yang terbatas, selain itu waktu juga menjadi kendala ketika proses pengukuran.
E. KESIMPULAN DAN SARAN
Adapun kesimpulan yang dapat ditarik dari percobaan ini yaitu sebagai berikut:
1. Penguat operasional dapat berfiungsi sebagai penguat membalik (inverting) dan tidak membalik (non inverting) serta sebagai penguat diferensial 2. Penguat operasional atau Op-amp adalah suatu penguat diferensial dengan dua masukan dan satu
keluaran yang mempunyai penguat tegangan yang amat tinggi.
3. Kestabilan komponen dalam rangkaian sangat berpengaruh terhadap suatu hasil pengamatan. 4. Pada percobaan pertama Vout hasil pengukuran = 4,41 V, Vout hasil perhitungan = 5,185 V. Kemudian percobaan ke dua Vout hasil pengukuran = 7,93 V, Vout hasil perhitungan = 7,5 V.
SARAN :
1. Sebaiknya modul yang diberikan lebih lengkap agar praktikan tidak bingung dalam merangkai rangkaian , dan juga agar lebih memahami materi dalam praktikum.
2. Sebaiknya asisten praktikum atau asisten lab mengecek sebelum praktikum dimulai, apakah alat dan bahan yang digunakan masih bisa digunakan untuk praktikum atau tidak, supaya saat praktikum tidak terjadi kendala.
F. REFERENSI
Albert Paul Malvino. 2004. Prinsip-Prinsip Elektornika. Selemba Teknika: Jakarta
Anonim. http//www.geogle.com ( Diakses pada hari Jumat, 4 Maret 2016 pukul 15.47)
Mike Tooley.2002. Rangkaian Elektronik Prinsip dan Aplikasi. Erlangga Ciracas: Jakarta
