Bab I Landasan Teori 1.1 Tujuan Percobaan
1. Mahasiswa mengetahui karakteristik rangkaian op-amp sebagai penguat inverting dan non inverting. 2. Mengamati fungsi kerja dari masing-masing penguat. 3. Mahasiswa dapat menghitung penguatan dari m asing-masing penguat. 1.2 Definisi Operational Amplifier
Penguat operasional atau sering disebut op-amp merupakan komponen elektronika yang berfungsi untuk memperkuat sinyal arus searah (DC) maupun arus bolak-balik (AC). Penguat operasional terdiri atas transistor, resistor dan kapasitor yang dirangkai dan dikemas dalam rangkaian terpadu (Intregated circuit). Gambar 1.1 menunjukkan simbol dari OP-AMP.
Gambar 1.1 Simbol OP-AMP Dalam penggunaannya op-amp dibagi menjadi dua jenis yaitu penguat linier dan penguat tidak linier. Penguat linier merupakan penguat yang tetap mempertahankan bentuk sinyal masukan, yang termasuk dalam penguat ini antara lain penguat non inverting, penguat inverting, penjumlah diferensial dan penguat instrumentasi. Sedangkan penguat tidak linier merupakan penguat yang bentuk sinyal keluarannya tidak sama dengan bentuk sinyal masukannya, diantaranya komparator, integrator, diferensiator, pengubah bentuk gelombang dan pembangkit gelombang. 1.3 Definisi Penguat Inverting
Penguat ini dinamakan penguat inverting karena masukan dari penguat tersebut adalah masukan inverting dari Op Amp. Penguat ini memiliki ciri khusus yaitu sinyal keluaran memiliki beda fasa sebesar 180o. Gambar 1.2 menunjukkan rangkaian dari penguat inverting. inverting.
Gambar 1.2 Rangkaian Penguat Inverting 1
Rumus untuk menentukan VOut dari penguat inverting adalah sebagai berikut : Untuk mendapatkan rumusan V Out rumus tersebut berasal dari rangkaian yang sederhana seperti diatas. Cari if dan ig, karena arus yang berasal dari VX = 0 ,maka ig dan if dapat dituliskan sebagai berikut:
if
Vx Vout
ig
Rf Vout
Rf
Vin Vx Rg
Vin Rg
if ig
Vout Vin Rf
Rg
Rg (Vout ) Vin Rf
Rf Vout Vin Rg Rf Vout Vin Rg Untuk pengutannya :
1.4 Definisi Penguat Non Inverting
Penguat ini dinamakan penguat non inverting karena masukan dari penguat tersebut adalah masukan non inverting dari Op Amp. Sinyal keluaran yang dihasilkan oleh penguat jenis ini sefasa dengan sinyal masukannya. Gambar 1.3 menunjukkan rangkaian dari penguat non inverting.
Gambar 1.3 Rangkaian Peguat Non Inverting Rumus untuk menentukan VOut dari penguat non inverting adalah sebagai berikut : 2
Untuk mendapatkan rumusan VOut rumus tersebut berasal dari rangkaian yang sederhana seperti diatas. Cari if dan ig, karena arus yang berasal dari Vx = Vin ,maka ig dan if dapat dituliskan sebagai berikut:
if
Vout Vin
ig
Vin 0
Rg
Rf
Vin
Rg
if ig
Vin Rg
Vout Vin Rf
Vin Rf Rg Vout Vin Vin.Rf Vout.Rg Vin.Rg Vout .Rg Vin.Rf Vin.Rg Vin.Rf Vin.Rg Vout Rg
Vout
Vin.Rf
Vout
Vin.Rf
Rg Rg
Vin.Rg Rg
Vin
Rf
1 Rg
Vout Vin Untuk pengutannya :
1.5 Langkah Praktikum
Alat Dan Bahan Praktikum 1. Catu daya DC ± 15 v
:
1 buah
2. Resistor 330 k ohm
:
2 buah
3. Resirtor 100 k ohm
:
2 buah
4. Resistor 47 k ohm
:
2 buah
5. Resistor 1 ohm
:
2 buah
6. Potensiometer 10 k ohm
:
2 buah
7. IC LM 741
:
1 buah 3
8. Multimeter
:
1 buah
9. Osiloskop
:
1 buah
10. Function generator
:
1 buah
11. Projectboard
:
1 buah
12. Kabel penghubung
:
secukupnya
Langkah Praktikum Penguat Inverting 1. Buat rangkaian seperti gambar yang telah ditentukan pada modul percobaan, yang pertama adalah rangkaian inverting dan yang ke dua adalah rangkaian non inverting 2. Pada rangkaian yang telah di buat yang pertama rangkaian inverting. Berikan tegangan pada IC pada kaki no 2, 3, 7, 4, Pada kaki IC no 2, 4 di beri tegangan negative dan pada kaki IC no 3, 7 di beri tegangan positif yang berasal dari power suplay 3. Kemudian hitung tegangan yang masuk pada rangkaian. Yang ke 2 hitung tegangan V D pada IC. Dan yang ke 3 adalah tegangan keluar. 4. Amati bentuk gelombang masukan dan pengeluaran menggunakan osiloskop dengan pada tegangan masukan 1 vpp pada frekuensi 100 hz. 500 hz dan 1 khz (Ambil gambar praktikum ). Langkah Praktikum Penguat Non Inverting 1. Siapkan peralatan dan bahan yang sudah di tentukan pada modul. 2. Rangkailah atau susun peralatan sesuai dengan gambar penguatan non-inverting 3. Pada kaki op-amp no 2 di beri sumber tegangan negatif dan pada kaki no 3 di beri sumber positif . Pada kaki no 7 dan no 4 juga d beri sumber tegangan positif dan negatif hal ini untuk sebagai sumber tegangan dari op-amp 4. Hitung jumlah Vin yg masuk pada pada rangkaian menggunakan multimeter. kemudian hitung juga VD yg berada pada kaki op-amp no 2 dan 3. Kemudian hitung VOut. 5. Amati bentuk gelombang masukan dan pengeluaran menggunakan osiloskop dengan pada tegangan masukan 1 vpp pada frekuensi 100 hz. 500 hz dan 1 khz (Ambil gambar praktikum ).
4
Bab II Analisa Data 2.1 Tabel Pengamatan DC Penguat Inverting
Masukan
Tegangan Keluaran (Volt)
Penguatan (Volt)
Vin (V)
Vd (mV)
Iin (mA)
Simulasi
Praktek
Teori
Simulasi
Praktek
Teori
1
-1,9
1,02
-2,038
-2
-2
-2,038
-2
-2
2
-1,9
2,092
-4,182
-4
-4
-2,091
-2
-2
3
-1,9
3,082
-6,163
-6
-6
-2,054
-2
-2
4
-1,9
4,045
-8,088
-8
-8
-2,022
-2
-2
5
-1,9
5
-10
-10
-10
-2
-2
-2
Tabel 1.1 Pengamatan DC (+) penguat inverting Masukan
Tegangan Keluaran (Volt)
Penguatan (Volt)
Vin (V)
Vd (mV)
Iin (mA)
Simulasi
Praktek
Teori
Simulasi
Praktek
Teori
-1
-1,9
-1,02
2.041
2
2
-2,041
-2
-2
-2
-1,9
-2,04
4.082
4
4
-2,041
-2
-2
-3
-1,9
-3,01
6.018
6
6
-2,06
-2
-2
-4
-1,9
-4,05
8.091
8
8
-2,022
-2
-2
-5
-1,9
-5,14
10.285
10
10
-2,057
-2
-2
Tabel 1.2 Pengamatan DC (-) penguat inverting Perhitungan Penguat Inverting (Teori)
Tegangan keluar DC (+)
Pada Vin = 1 V
Rf Vin Rg 2 Vout 1 1 Vout 2V
Rf Vin Rg 2 Vout 3 1 Vout 6V
Vout
Pada Vin = 2
Rf Vin Rg 2 Vout 2 1 Vout 4V Vout
Pada Vin = 3
Vout
Pada Vin 5
Rf Vin Rg 2 Vout 5 1 Vout 10V Vout
Pada Vin = 4
Rf Vin Rg 2 Vout 4 1 Vout 8V Vout
5
Tegangan keluar DC(-)
Pada Vin = -1
Rf Vin Rg 2 Vout 1 1 Vout 2V
Rf Vin Rg 2 Vout 3 1 Vout 6V
Vout
Pada Vin = -2
Rf Vin Rg 2 Vout 2 1 Vout 4V Vout
Pada Vin = -3
Vout
Pada Vin = -5
Rf Vin Rg 2 Vout 5 1 Vout 10V Vout
Pada Vin = -4
Rf Vin Rg 2 Vout 4 1 Vout 8V Vout
Untuk mencari penguatan :
DC(+) Av
Av Av
Vout
Av
Vin 2
DC(-)
Av
1 2
Vout
Vin 2
1
Av
2
Perhitungan penguatan diambil salah satu contoh karena dalam suatu IC penguatannya sama dan besarnya pengutanya tegangan (Av) tiap sinyal input mengikuti nilai perbandingan R f dan Rg. Pada tabel 1.1 dan 1.2 merupakan hasil perhitungan,pengukuran,dan simulasi. Dalam tabel tersebut terdapat perbedaan. Jika dibandingkan dalam pengukuran dengan perhitungan hampir optimal sudah dapat dikatakan valid. Walaupun hanya selisih 0,1 atau lebih,sehingga pada tabel tersebut dimungkinkan praktikum berhasil. Dalam perhitungan dapat dihasilkan data yang ringkas dan sesuai rumus,kemudian hasilnya dicocokan dengan simulasi dan hasilnya valid atau cocok. Dalam praktikum apabila ada selisih 0,1 dan selebihnya dan kurang dari 1 maka dianggap praktikum berhasil atau valid.
6
Grafik Vout terhadap Vin Hasil Praktek 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 -15-14-13-12-11-10-9-8-7-6 -5-4-3-2-1-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10
Gambar 1.4 Grafik tegangan input terhadap tegangan output secara praktek Penguat Inverting
Grafik Vout terhadap Vin Secara Teori 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 -1 -15-14-13-12-11-10-9-8-7-6 -5-4-3-2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10
Gambar 1.5 Grafik tegangan input terhadap tegangan output secar a teori Penguat Inverting Gambar 1.4 Menunjukkan grafik tegangan input terhadap tegangan output secara pengukuran atau praktek, dimana tegangan output akan dua kali dari tegangan input te tapi berbeda fasa 180o. Apabila tegangan input sebesar 1 volt, tegangan output akan menjadi dua kalinya yaitu 2 volt dan berbeda fasa 180o sehingga menjadi -2 volt. Ketika tegangan input negatif misalnya -1 volt, tegangan output akan menjadi dua kalinya yaitu -2 volt dan berbeda fasa 180 o sehingga menjadi 2 volt. Begitu pula untuk tegangan input yang lain seperti yang terlihat pada gambar 1.4. Gambar 1.5 Menunjukkan grafik tegangan input terhadap tegangan output secara perhitungan atau teori, sama halnya dengan pengukuran dimana tegangan output akan dua kali dari tegangan input tetapi berbeda fasa 180o. Apabila tegangan input sebesar 1 volt, tegangan output 7
akan menjadi dua kalinya yaitu 2 volt dan berbeda fasa 180 o sehingga menjadi -2 volt. Ketika tegangan input negatif misalnya -1 volt, tegangan output akan menjadi dua kalinya yaitu -2 volt dan berbeda fasa 180o sehingga menjadi 2 volt. Begitu pula untuk tegangan input yang lain seperti yang terlihat pada gambar 1.5. 2.2 Gelombang Tegangan Input dan Output Penguat Inverting 2.2.1 Gelombang VIn 1 Vpp frekuensi 100 Hz
Gambar 1.6 Gelombang tegangan Input 1 Vpp 100 Hz
Gambar 1.7 Gelombang tegangan output penguat inverting dengan Input 1 Vpp 100 Hz 8
Gambar 1.6 dan gambar 1.7 menunjukkan gelombang tegangan input 1 Vpp dengan frekuensi 100 Hz dan hasil tegangan outputnya. Dimana dengan tegangan input 1 Vpp, tegangan yang dikeluarkan sebesar 2Vpp dan berbeda fasa 180 o. 2.2.2 Gelombang VIn 1 Vpp frekuensi 500 Hz
Gambar 1.8 Gelombang tegangan Input 1 Vpp 50 0 Hz
Gambar 1.9 Gelombang tegangan output penguat inverting dengan Input 1 Vpp 500 Hz Gambar 1.8 dan gambar 1.9 menunjukkan gelombang tegangan input 1 Vpp dengan frekuensi 500 Hz dan hasil tegangan outputnya. Dimana dengan tegangan input 1 Vpp dengan 9
frekuensi 500 Hz, tegangan yang dikeluarkan sebesar 2Vpp dan berbeda fasa 180 o serta periode lebih sedikit dari pada dengan frekuensi 100Hz dengan tim/div yang sama. 2.2.3 Gelombang VIn 1 Vpp frekuensi 1 kHz
Gambar 1.10 Gelombang tegangan Input 1 Vpp 1 kHz
Gambar 1.11 Gelombang tegangan output penguat inverting dengan Input 1 Vpp 1 kHz Gambar 1.10 dan gambar 1.11 menunjukkan gelombang tegangan input 1 Vpp dengan frekuensi 1 kHz dan hasil tegangan outputnya. Dimana dengan tegangan input 1 Vpp dengan frekuensi 1 kHz, tegangan yang dikeluarkan sebesar 2Vpp dan berbeda fasa 180o serta periode 10
semakin lebih sedikit dari pada dengan frekuensi 100Hz dan 500 Hz dengan tim/div yang sama. Sehingga dengan semakin besarnya frekuensi menyebabkan tegangan yang dikeluarkan memiliki periode lebih sedikit. Disini tegangan input dan output tidak dijadikan satu karena terkendala jumlah probe osiloskop yang jumlahnya terbatas. 2.3 Tabel Pengamatan DC Penguat Non Inverting
Masukan
Tegangan Keluaran (Volt)
Penguatan (Volt)
Vin (V)
Vd (mV)
Iin (mA)
Simulasi
Praktek
Teori
Simulasi
Praktek
Teori
1
4,5
0.25
3,457
3,3
3
3,457
3,3
3
2
4,1
0.47
6,308
6,3
6
3,019
3,15
3
3
2,2
0.66
9,313
9,5
9
3,104
3,16
3
4
1,0
0.87
12,278
12
12
3,069
3
3
5
2,6
1.08
13,808
15
15
2,762
3
3
Tabel 1.3 Pengamatan DC (+) penguat non inverting Masukan Vin (V)
Vd (mV)
-1
3,7
-2
Tegangan Keluaran (Volt) Iin (mA)
Penguatan (Volt)
Simulasi
Praktek
Teori
Simulasi
Praktek
Teori
-0.23
-3,218
-3,1
-3
3,218
3,1
3
6,2
-0.43
-6,056
-6,3
-6
3,028
3,15
3
-3
0,9
-0.68
-9,568
-10,8
-9
3,187
3,6
3
-4
-1,9
-0.87
-12,272
-10,8
-12
3,068
2,7
3
-5
-3,1
-1.08
-13,808
-10,8
-15
2,762
2,16
3
Tabel 1.4 Pengamatan DC (-) penguat non inverting
Perhitungan Penguat Non Inverting (Teori)
Tegangan keluar DC (+)
Pada Vin =1
Rf 2 Rin 1Vin 1 11 3 1 3v
Pada Vin = 2V
Rf 2 Rin 1 Vin 1 1 2 3 2 6v
Pada Vin = 3V
Rf 2 Rin 1Vin 1 3 1 3 3 9v
Pada Vin =5V
Rf 2 Rin 1 Vin 1 1 5 35 15v
Pada Vin = 4V
Rf 2 Rin 1 Vin 1 1 4 3 4 12v
11
Tegangan keluar DC (-)
Pada Vin = -1V
Rf 2 1 Vin Rin 1 1 1 3 1 3v
Pada Vin = -2V
Rf 2 Rin 1 Vin 1 1 2 3 2 6v
Pada Vin = -3V
Rf 2 Vin 1 Rin 1 3 1 3 3 9v
Pada Vin =-5V
Rf 2 1 Vin Rin 1 1 5 3 5 15v
Pada Vin = -4V
Rf 2 Rin 1Vin 1 1 4 3 4 12v
Untuk mencari penguatan :
DC(+) Av
Av Av
Vout
Av
Vin 3
DC(-)
Av
1 3
Vout
Vin 3
1
Av
3
Perhitungan penguatan diambil salah satu contoh karena dalam suatu IC penguatannya sama dan besarnya pengutanya tegangan (Av) tiap sinyal input mengikuti nilai perbandingan R f dan Rg. Dalam data rangkaian non inverting pada tabel 1.3 dan 1.4 terdapat banyak perbedaan terutama dalam praktek. Hal ini dimungkinkan alat (op-amp, resistor, potensio, dan sebagainya) terdapat kesalahan atau error dalam bekerja, terutama dalam V in -5 V,-4 V, (pada semua aspek) dan 5 V (pada simulasi). Perbedaan keluaran lebih dari 1V tersebut tidak dapat di toleransi, sehingga kurang valid. Sehingga menyebaban penguatan juga akan berselisih, secara teori dikuatkan atau gain = 3v. Sedangkan pada simulasi dan praktek ter dapat perbedaan.
12
Grafik Vout terhadap Vin Praktek 15 13 11 9 7 5 3 1 -1 -15-14-13-12-11-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 -3 -5 -7 -9 -11 -13 -15
Gambar 1.12 Grafik tegangan input terhadap tegangan output secara praktek Penguat Non Inverting
Grafik Vout terhadap Vin Teori 15 13 11 9 7 5 3 1 -1 -15-14-13-12-11-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 -3 -5 -7 -9 -11 -13 -15
Gambar 1.13 Grafik tegangan input terhadap tegangan output secara teori Penguat Non Inverting Gambar 1.12 Menunjukkan grafik tegangan input terhadap tegangan output secara pengukuran atau praktek pada penguat non inverting, dimana tegangan output akan tiga kali dari tegangan input. Namun ada beberapa nilai yang kurang valid dengan teori karena kesalahan dalam praktikum misalnya disebabkan komponen berkurang tingkat kee fektifan nilainya. Gambar 1.13 Menunjukkan grafik tegangan input terhadap tegangan output secara perhitungan atau teori, dimana tegangan output akan tiga kali dar i tegangan input. Gambar 1.12 dan gambar 1.13 menunjukkan perbedaan hasil secara praktikum dan perhitungan secara teori. Ini dapat terjadi kare na hal – hal yang sudah dijelaskan diatas. 13
2.4 Gelombang Tegangan Input dan Output Penguat Non Inverting 2.4.1 Gelombang VIn 1 Vpp frekuensi 100 Hz 2.4.2 Gelombang VIn 1 Vpp frekuensi 500 Hz 2.4.3 Gelombang VIn 1 Vpp frekuensi 1 kHz
14
Bab III Kesimpulan 3.1 Kesimpulan
Dari hasil pembahasan dan percobaan yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan: 1. Rangkaian inverting akan menguatkan sinyal masukkan dan sinyal keluaran akan memiiki fasa yang berbeda 1800.
2. Rangkaian non inverting akan menguatkan sinyal masukkan dan sinyal masukkan yang fasanya sama.
3. Rangkaian inverting akan membalikan sebuah tegangan yang bermula positif menjadi negatif,sedangkan non inverting hanya menguatkan sinyal input pada rangkaian non inverting. 3.2 Saran
Saran yang dapat dilakukan dalam praktikum rangkaian inverting dan non inverting adalah sebagai berikut : 1. Perlu adanya pengecekan kembali alat sebelum melakukan suatu praktikum atau percobaan. 2. Sebelum melakukan praktikum haruslah terlebih dahulu tahu dasar teori tentang materi dan alat yang digunakan. 3. Harus mendengarakan perintah dari pembimbing atau dosen yang terkait. 4. Harus lebih hati-hati dan teliti dalam menyusun rangkaian,karena apabila tidak mengerti data sheet op-amp maka akan konsleting dan mengeluarkan asap op-amp tersebut
15