analog 2 umpan balik

7/21/2019 analog 2 Umpan Balik

http://slidepdf.com/reader/full/analog-2-umpan-balik 1/20

X(s) Y(s)G(s)

(s)

H(s)

Penguat dengan Umpan Balik

1. Tujuana. Mengamati dan mengenali prinsip umpan balik pada rangkaian

b. Mengamati, mengukur, dan menganalisa efek umpan balik padafrekuensi pole rangkaian orde satu lter frekuensi rendah dan lter

frekuensi tinggic. Mengamati dan menganalisa efek umpan balik pada rangkaian dengan

distorsi saturasid. Mengamati dan mengenali cara memberikan umpan balik pada penguat

satu transistore. Mengamati, mengukur, dan menganalisa efek umpan balik pada

karakteristik penguat: resistansi input, resistansi output, dan penguatan

2. Pengetahuan Pendukung dan Bacaan Lanjut

Sistem dengan Umpan Balik

istem dengan loop terbuka sangat rentan terhadap gangguan dari luar.

!erapa pun besarn"a ketelitian sistem tersebut akan menghasilkan

keluaran "ang buruk saat gangguan misaln"a derau masuk pada sistem,

misaln"a bercampur dengan input. #ntuk memperoleh sistem "ang lebih

baik digunakan umpan balik. $ada seperti ini output dikembalikan ke input

untuk melihat perbedaan ouput dengan ru%ukan "ang diharapkan. istem

dengan umpan balik ini tampak pada Gambar & berikut.

Gambar 1 Diagram Blok Umum Sistem dengan Umpan Balik

$ada grak tersebut G(s) adalah fungsi transfer ma%u dari sistem, H(s)

fungsi transfer umpan balik, X(s) sin"al input ru%ukan untuk sistem, Y(s)

sin"al keluaran "ang diperoleh, dan ε(s) perbedaan sin"al keluaran dengan

ru%ukan atau galat (error). ecara keseluruhan sistem dengan umpan balik

tersebut akan memberikan fungsi transfer G f (s) seperti pada persamaan

berikut:

&



Gf ( s) ≡Y (s ) X (s )

= G (s )

1+G (s ) H ( s) Persamaan 1

#ntuk sistem seperti dia atas, baik G(s) maupun H(s) dapat merupakan

fungsi "ang kompleks atau %uga fungsi sederhana. istem dengan fungsi

kompleks men%adi bagian dari studi bidang kendali.

'alam bidang elektronika sistem dengan umpan balik ban"ak digunakan

dalam penguat dan lter. istem seperti ini menggunakan fungsi G(s) dan

H(s) "ang cenderung lebih sederhana.

espons Umum Penguat dengan Umpan Balik

#ntuk penguat dengan umpan balik, G(s) merupakan fungsi penguatan .

ungsi transfer umpan balikn"a H(s) merupakan fungsi skalar β. in"al

"ang diperkuat dalam elektronika dapat berupa tegangan atau arus.*epresentasi sin"al tersebut dapat din"atakan dengan *angkaian +heenin

atau -orton. #ntuk penguat dengan umpan balik maka ada empat

kemungkinan %enis penguat, "aitu: penguat tegangan, penguat arus,

penguat transkonduktasi, dan penguat transresistansi. +abel &

menun%ukkan efek umpan balik pada penguatan resistansi input dan output

seluruh kongurasi tersebut.

Tabel 1 !"ek Umpan Balik pada Penguatan dan resistansi input dan

output

eries hunt

Av

' = A v 0

RiA

RiA+ Roβ

GoA

Giβ+GoA

$enguat +egangan

/



s

*s

*if

*of i

f i*0o

1



eries2eries $enguat +ranskonduktasi

3



s

*s *i

*o*0

*i

*o

f

i i4

4io

io

s

*si

*if if i

io

*of *0

5



is*s*if

*of *0

if ii io

ii

hunt2eries

A i

' =¿ A i0

GiA

G iA+Goβ

RoA

R iβ+ RoA

$enguat rus

A if = A iv

'

(1+ β A i

' )

Rif = RiA ∥ Roβ

(1+ β A i

' )

Rof = ( RoA+ Riβ ) (1+ β A i

' )

hunt2hunt $enguat +ransresistansi

6



ii

7



#ntuk dapat menggunakan persamaan di atas rangkaian perlu terlebih

dahulu dikenali kongurasin"a. Hubungan series menambah atau tegangan

pada input dan mencuplik arus pada output. Hubungan shunt menambah

atau mengurangi arus pada input dan mencuplik tegangan pada output.

espons #rekuensi Penguat dengan Umpan Balik

ecara alamiah setiap penguat mempun"ai penguatan dengan pada

frekuensi terbatas. $erilaku ini seringkali dimodelkan dengan orde satu,

misaln"a untuk respons lter frekuensi rendah (0$) satu pole maka fungsi

transfer penguat dapat ditulis seperti pada persaan berikut

A (s)≡vo

v i

= Am

ω p

s+ω p Persamaan 2

'alam kasus seperti ini persamaan fungsi transfer untuk penguat dengan

umpan balik skalar β akan memberikan penguatan keseluruhan f (s) seperti

pada persamaan berikut.

A f ( s) ≡

vo

vi

=

Am

ω p

s+ω p

1

+ β Am

ω p

s+ω p

=

Am

1+ Am β ω p(1+ β Am)

s+ω p(1+ βAm)

A f ( s ) ¿ A mf

ω pf

s+ω pf , Amf =

Am

1+ βAm dan ω pf =ω p(1+ β Am) Persamaan $

'ari persamaan di atas dapat dilihat bah8a pada penguat 0$ orde satu

dengan umpan balik, penguatan akan terskala turun sebesar (&9mβ) dan

sebalikn"a frekuensi pole atau frekuensi sudut (corner frequency ) akan

terskala naik sebesar (&9mβ). rekuensi pole men%auh menu%u tak hingga

dengan peningkatan penguatan loop terbuka. $erkalian penguatan

keseluruhan dan frekuensi pole akan tetap. !esaran terakhir ini disebut

Gain !and8idth $roduct (G! $roduct) sebuah amplier. !esaran ini

merupakan gure of merit dari sebuah penguat.

#ntuk penguat dengan kopling kapasitif, penguat %uga mempun"ai respons

H$ pada frekuensi rendahn"a. ungsi transfer penguat dapat ditulis sperti

pada persamaan berikut:

;



A (s)≡vo

v i

= Am

s

s+ω p Persamaan %

A f ( s)=

Am

s

s+ω p

1+ Am

s

s+ω p

β= Am s

s+ω p+ βAm s=

Am

(1

+ β Am)

s

s+ ω p

(1+ β A m)

A f ( s) ¿ Amf

s

s+ω pf , A mf =

A m

1+ βAm dan ω pf =

ω p

(1+ β A m) Persamaan &

'alam kasus H$ orde & ini, penguatan akan terskala turun sebesar

(&9mβ) dan frekuensi pole %uga akan terskala turun sebesar (&9mβ).

rekuensi pole mendekati nol (letak <ero) dengan peningkatan penguatan

loop terbuka.

Umpan Balik untuk Linierisasi

#mpan balik dapat digunakan untuk menekan nonlinieritas penguat. alah

satu contoh umpan balik untuk menekan cross over distortion "ang muncul

pada penguat push-pull kelas ! seperti "ang dilalukan pada percobaan

penguat da"a. #mpan balik %uga dapat digunakan untuk menekan

nonlinieritas saturasi pada penguat.

Umpan Balik pada Penguat Transistor

$enguat transistor dapat diberikan umpan balik untuk memperoleh

keuntungan perilaku rangkaian dengan umpan balik, seperti pada

band8idth dan resistansi input dan output. $engambilan sampel dari output

dapat dilakukan dengan menggunakan resistor, baik secara seri untuk

memberikan umpan balik tegangan, maupun dengan paralel untuk

memberikan umpan balik arus. $enggunaan resistor ini diharapkan tidak

mengubah titik ker%a rangkaian. #ntuk analisan"a, rangkaian penguat dan

rangkaian umpan balik dimodelkan dahulu sebagai %aringan / port.

elan%utn"a besaran "ang men"atakan perilaku rangkaian dapat diprediksi

sesuai +abel & di atas.

Bacaan Lanjut

edra, dan mith, =. Microelectronic Circuits, International 6th Edition,

>?ford #niersit" $ress, /4&& !ab &/ *angkaian $embangkit in"al dan

$embentuk Gelombang.

@



$. Persiapan&. #ntuk rangkaian opamp pada Gambar / dan Gambar 1,

a. hitunglah besar penguatan loop terbuka () dari input ke output dan

hitung %uga penguatan rangkaian umpan balikn"a (β) melalui masing2

masing resistor "ang tersedia * &&4kΩ, *! //4kΩ, dan *A 334kΩ.

b. Hitung resistansi input dan frekuensi sudutn"a untuk keadaan loop

terbuka dan loop tertutup di atas.

/. #ntuk rangkaian penguat satu transistor pada Gambar 5 2 Gambar 7

a. Hitunglah penguatan rangkaian dan resistansi input untuk rangkaian

tanpa umpan balik.

b. mati skema rangkaian pada %enis kongurasi apakah rangkaian

umpan balik & (Gambar 6) dan umpan balik / (Gambar 7) tersebut.

c. Aarilah nilai umpan balik untuk rangkaian umpan balik & dan umpan

balik /.

%. 'omponen dan Peralatana =it $raktikum #mpan !alik

f. Generator in"alg. >siloskoph. Multimeteri. Aatu 'a"a +er2regulasi (/ bh)

%. =abel dan asesori pengukuran

&. Percobaan

espons Umum angkaian (pamp dengan Umpan Balik

&. usunlah rangkaian pada pada kit untuk memperoleh rangkaian 0$

orde & seperti tampak pada Gambar /. Hubungkan generator sin"al

sinusoidal untuk memberikan input pada rangkaian dan osiloskop untuk

mengamati sin"al input dan outputn"a.

/. 'engan memanfaatkan selektor & untuk memilih *, *!, atau *A guna

menentukan nilai skala umpan balik output ke inputn"a,

a. mati perilaku rangkaian untuk penguatan pada frekuensi passband

(rendah, sekitar &kH< atau kurang). $ilih amplituda output sekitar

b. -aikkan frekuensi sehingga mencapaicapai frekuensi sudut (cut2oB

1d!)

c. 0akukan untuk rangkaian loop terbuka dan loop tertutup. Aatat nilai2

nilai tersebut.

1. 'engan menggunakan resistor tambahan pada input rangkaian, amati

dan ukurlah resistansi input rangkaian untuk rangkaian loop terbuka dan

&4



rangkaian upan balik untuk semua nilai skala umpan balik "ang tersedia.

Aatat nilai2nilai tersebut dalam tabel "ang sama dengan data

sebelumn"a.

&&



*&

*/

&/



*6

*5Gambar 2 angkaian LP# orde 1 dengan opamp

&. usunlah rangkaian pada pada kit untuk memperoleh rangkaian H$

orde & seperti tampak pada Gambar 1. Hubungkan generator sin"al



/. 0akukan pengamatan perilaku rangkaian untuk penguatan pada

frekuensi passband (tinggi, sekitar &/2&5 kH<) dan turunkan frekuensi

sehingga mencapai frekuensi sudut (cut2oB 1d!) untuk rangkaian loop

terbuka dan loop tertutup dan rangkaian dengan umpan balik. Aatat

nilai2nilai tersebut. !andingkan hasiln"a denganhasil pada langkah no. /

di atas.

&1



*6

*5

&3



Gambar $ angkaian )P# orde 1 dengan opamp

Linierisasi angkaian (pamp dengan Umpan Balik

1. usunlah rangkaian pada pada kit untuk memperoleh rangkaian

nonlinier seperti tampak pada Gambar 3. Hubungkan generator sin"al



&5



*6

*5

&6



A!

&

9@C 9@C

*&

@&k

*/

&;k

*D

5,&

*A

6;4AA&

&

AA/

& o

i

Gambar % angkaian Penguat LP# (rde 1 *onlinier

3. Gunakan soiloskop dalam mode dual trace. 'alam keadaan loop terbuka,

berikan amplituda sin"al input "ang cukup besar sehingga pada sin"al

output tampak saturasi pada puncak dan lembah sin"aln"a. mati %uga

kura alih tegangan (C+A) dalam ?". Aatat kedua hasiln"a.

5. 'engan memanfaatkan selektor & untuk memilih * &5kΩ, *! //kΩ,

atau *A &&4kΩ guna menentukan nilai skala umpan balik output ke

inputn"a, dalam mode ?" amati C+A untuk rangkaian dengan umpan

balik. mati %uga sin"al keluarann"a dalam mode dual trace. Aatat hasil

keduan"a.

Penguat Transistor dengan Umpan Balik

6. Gunakan rangkaian pada kit praktikum untuk men"usun rangkaian

seperti tampak pada Gambar 5. !erikan sin"al input sinusoidal dari

generator sin"al dan amati sin"al input dan output dengan osiloskop.

Gambar & Penguat Satu Transistor Tanpa Umpan Balik

7. 0akukan pengamatan dan pengukuran untuk penguatan, frekuensi cut-

o , dan resistansi input rangkaian tersebut (catatan: *angkaian ini

mempun"ai umpan balik pada arus bias atau 'A namun untuk sin"al ac

penguat tidak mempun"ai umpan balik karena adan"a kapasitor bypass

A! paralel ke resistor emitor *D ).

;. $utuskan hubungan kapasitor b"pass A! dari resistor emitor *D sehingga

diperoleh rangkaian seperti pada Gambar 6.

@. 0akukan ulang pengamatan dan pengukuran untuk penguatan, frekuensi

cut-o , dan resistansi input rangkaian tersebut.

&7



9@C 9@C

*&

@&k

*/

&;k

*D

5,&

*A

6;4AA&

&

AA/

& o

i

Gambar + Penguat Satu Transistor dengan Umpan Balik 1

&4.Hubungkan kembali kapasitor b"pass A! dari resistor emitor *D danhubungkan %uga resistor * dan kapasitor A sehingga diperoleh

rangkaian seperti pada Gambar 7.

&&.0akukan ulang pengamatan dan pengukuran untuk penguatan, frekuensi

cut-o , dan resistansi input rangkaian tersebut.

&;



*

&,5k

A &

A!

&

9@C 9@C

*&

@&k

*/

&;k

*D

5,&

*A

6;4AA&

&

AA/

& o

i

&@



Gambar , Penguat Satu Transistor dengan Umpan Balik 2

+. -nalisis dan Diskusi'engan menggunakan hasil pengamatan dan pengukuran lakukanlah

analisis dan diskusikan hal2hal berikut:

& *esistansi input, output dan penguatan pada rangkaian dengan umpan

balik.

/ rekuensi pole pada 0$ dan H$ orde & dengan adan"a umpan balik.

1 $engaruh umpan balik pada perbaikan linieritas dan harga "ang harus

diba"ar.

3 #mpan balik pada penguat satu transistor dan pengaruhn"a pada

karakteristik rangkaian.

/4

analog 2 umpan balik

Documents