modul i - penguat lanjut rev 01 03 2012

PR RAKTI IKUM D3 M METRO OLOGI & IN NSTRU NTASI UMEN MI M 220 E 05 ELEKT NIKA INDUS TRON STRI MO ODUL I PE ENGUA LA AT ANJUT TKERJASAMA PENDIDIKAN ANTARA AS AN KEMENTERIAN PERDAGANGAN - REPUBLIK INDONESIA DAN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI - INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

PRAKTIKUM D3 METROLOGI & INSTRUMENTASI MI 2205 ELEKTRONIKA INDUSTRI

SEMESTER IV 2010/2011

MODUL I PENGUAT LANJUT

KERJASAMA PENDIDIKAN ANTARA AS AN KEMENTERIAN PERDAGANGAN - REPUBLIK INDONESIA DAN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI - INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

DAFTAR ISI

1. Tujuan Praktikum .................................................................................... 1 2. Dasar Teori .............................................................................................. 1 3. Referensi ................................................................................................. 5 4. Alat alat serta perlengkapan Praktikum ................................................ 5 5. Percobaan I.............................................................................................. 5 6. Percobaan II............................................................................................. 3 7. Percobaan III............................................................................................ 5 8. Datasheet ................................................................................................. 7

MODUL IV PENGUAT LANJUT1. Tujuan Praktikum a. Memahami karakteristik Op-Amp lebih lanjut yang mencakup Input offset voltage Input offset voltage current Offset voltage elimination b. Memahami penggunaan dasar Op-Amp yang mencakup rangkaian inverting dan rangkaian non-inverting. c. Memahami penggunaan Op-Amp lebih lanjut yang mencakup rangkaian inverting integrator dan rangkaian differensial. 2. Dasar Teori Operational Amplifier (Op-amp) merupakan rangkaian terpadu (IC = Intregrated Circuit) serbaguna yang umum dipakai pada dunia elektronika. Secara fisik, Op-amp terdiri dari atas beberapa transistor, resistor serta diode. Simbol serta model rangkaian dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 2.1. Skematik Op-Amp

Dapat dilihat bahwa, amplifier memanfaatkan perbedaan tegangan antara 2 input terinal sinyal, lau diperkuat sehingga menghasilkan factor gain (Aod).

Vout = Aod (V2 - V1 ) = Aod VdOp-amp dalam kondisi ideal akan memenuhi karakteristik sebagai berikut: a. Input resistance infinite b. Output resistance zero (null) c. Open loop voltage gain infinite d. Bandwidth infinite, Vo = 0 saat V2=V1[PRAKTIKUMMI2205ELEKTRONIKAINDUSTRI]|PENGUATLANJUT 1

Berikut ini merupakan tabel perbandingan antara karakteristik op-amp ideal dan op-amp tipe IC741.

Tabel 2.1. Tabel perbandingan antara op-amp ideal dan op-amp IC741

Keterangan: a. Input Offset Voltage (Vio) Saat perbedaan tegangan anatar 2 input sinyal adalah nol, secara ideal nilai outputnya juga nol. Namun, pada IC741 bernilai 2 mV saat Vd = 0. Hal tersebut dapat dikur melalui mencatu kedua input amplifer ke titik ground dan ukurlah Vout. Vout inilah yang disebut sebagai Input Offset Voltage (Vio). Tentu, nilai Input Offset Current (Iio) bias didapatkan jika dibagi dengan Gain Open-loop. b. Input Offset Current (Iio) Perbedaan antara intensitas arus yang tertarik ke input terminal positif dan negativf disebut Input Offset Current (Iio= IB+ - IB-). Jika nilai sangat voltage. c. Gain Bandwidth Selama berada lama bandwidth yang dimiliki, op-amp akan memebrikan nilai gain sesuai dengan frekuensi masukan yang diterima. d. Slew Rate Secara ideal, op-amp memiliki respon frekuensi yang tidak terbatas. Hal ini berarti bahwa seberapa pun input mengalami perubahan, nilai keluaran akan tetap terjaga. Namun, berbeda pada keadaan real, dimana terdapat hasil distorsi berupa slew atau pembelokan pada keluaran perubahan gelombang.[PRAKTIKUMMI2205ELEKTRONIKAINDUSTRI]|PENGUATLANJUT 2 Gambar 2.2. Gain vs Bandwidth

besar,

maka kesalahan

akan pada

sangat output

mempengaruhi

Berikut ini adalah pin diagram dari IC741.

Gambar 2.3. Pin diagram IC741

The 741 op-amp berupa sebuah paket chip dual 8 pin inline. Pin-out untuk chip ini dapat dilihat pada gambar di atas. Chip ini biasanya didukung dengan catu daya 15V pada pin 7 dan 4. Rangkaian Op-amp terdiri dari 2 kelas, yaitu sebagai berikut. a. Rangkaian Op-amp Linear Rangkaian Op-amp linear terbagi menjadi 2 subkelas yaitu rangkaian amplifier (inverting amplifier, summing amplifier, non-Inverting amplifier, diferensial amplifier dan instrumentation amplifier) dan rangkaian filter aktif (low pass filter, high pass filter, band pass filter dan band stop filter). b. Rangkaian Op-Amp Non-linear Rangkaian Op-amp linear tediri dari beberapa jenis rangkaian, yaitu seperti rangkaian komparator, rangkaian smith trigger dan rangkaian window komparator. Aplikasi om-amp lain a) Miller Integrator

Gambar 2.4. Miller Integrator

[PRAKTIKUMMI2205ELEKTRONIKAINDUSTRI]|PENGUATLANJUT 3

Hasil keluaran dapat dideskripsikan pada formula berikut ini.

Dapat dilihat bahwa output dari rangkaian ini sebanding dengan hasil integrasi sinyal input. Pada keadaan di lapangan, rangkain ini memerlukan resistor besar yang diparalel dengan kapasitor. Konfigurasi ini dikenal dengan istilah lossy integrator. Terdapat pula resistor shunt yang digunakan untuk mencegah kapasitor menyimpan muatan berlebih yang diakibatkan oleh offset current yang sangat kecil dan serta pengaruh dari tegangan pada input. Hal ini juga turut membatasi frekuensi minimum yang diperbolehkan pada input. Integrator ini snagat berguna untuk mengakumulasi sinyal sinyal input secara berulang. b) Differential Amplifier

Gambar 2.5. Differential Amplifier

Differential Amplifier dirancang untuk menguatkan perbedaan tegangan anatar 2 input terminal sinyal. Jika diberikan 4 rsistor yang memenuhi hubungan R2/R1 = R4/R3, maka gain dari penguat ini ialah sebagia berikut.

Karena penguat ini hanya menguatkan perbedaan tegangan antara 2 input terminal sinyal, tentu akan mereject sinyal common mode (sinyal dari 2 input secara bersamaan). Oleh karena itu, jika common noise muncul dari kedua input tersebut, makan akan segera dapat direjet atau dihilangkan. Untuk alasan ini, differential amplifier sangat berguna untuk mereject sinyal noise yang berasal dari luar. Biasanya, differential amplifier yang baik memiliki nilai CMRR yang besar, yaitu berkisar antara 80 100 dB. CMRR (Common Mode Rejection Ratio) : 20 log |Adiff/Acm|[PRAKTIKUMMI2205ELEKTRONIKAINDUSTRI]|PENGUATLANJUT 4

3. Referensi A.P. Malvino. Electronic Principles. 7th Edition. Singapore : McGraw-Hill. 2007 (Delmar) Modern Control Technology - Components & Systems (2nd Ed.) 4. Alat alat serta perlengkapan Praktikum a. Board ATK b. Catu Daya c. Generator Sinyal d. Multimeter e. Osiloskop f. IC 741 i. g. Potensiometer 5 k h. Resistor: 100 , 1 k, 2 k,39 k, 100 k, 220 k Kapasitor : 1 F

5. Percobaan I a. Input Offset Current Pastikan catu daya OFF ketika menyusun rangkaian. Setelah rangkaian dicek (tidak ada kesalahan rangkaian), catu daya dapat diaktifkan. Koneksi catu daya yang tidak tepat akan dapat merusak IC. Untuk itu, nilai praktikum dapat berkurang! Bangunlah rangkaian dibawah ini.

Gambar 5.1. Rangkaian untuk pengukuran Input offset current

Gambar 5.2. Detail implementasi rangkaian


Gunakan catu daya 15 V. Lalu, ukurlah tegangan yang pada resistor 220 k. Gunakan hokum law untuk mendapatkan nilai arus. Beri label IB+ untuk resistor yang terhubung pada input non-inverting dan IB+ untuk resistor yang terhubung dengan input inverting. Berapakah nilai input offset current dari data tersebut? Ulangi langkah di atas untuk nilai resistor yang berbeda. (Gunakan resistor 100 dan 100 k) Report your results.

b. Input dan Output Offset Voltage. Bangunlah rangkaian inverting dibawah ini dengan menggunakan catu daya (15V). Input di ground, lalu ukurlah output voltage. Inilah yang disebut output offset voltage.

Gambar 5.3. Rangkaian untuk pengukuran offset voltage

Carilah nilai input offset voltage dengan cara membagi nilai output offset voltage tersebut dengan nilai gain. Ganti resistor 100 k dengan resistor 220 k, resistor 1 k, lalu ulangi percobaan diatas. Ingat, kali ini terdepat nilai gain yang berbeda. Report your results. c. Output Offset Voltage Elimination Untuk mengeliminasi nilai offset voltage, hubungkan potensiometer 5 k pada pin 1 dan 5. Gunakan nilai nol resistansi potensiometer pada output op amp. This is how offset voltage is eliminated . Perhatikan gambar dibawah ini. Dapat diperkirakan, tidak akan diperoleh nilai nol secara mutlak pada output akibat sifat sensitivitas potensiometer. Jika setidaknya didapatkan nilai kisaran mV voltage pada output, sudah cukup.[PRAKTIKUMMI2205ELEKTRONIKAINDUSTRI]|PENGUATLANJUT 2

Gambar 5.4. Eliminasi Offset Voltage

Analisis Percobaan I pada Lab Report turut mencakup hal hal berikut. a) Tabulasi dengan baik semua data yang diukur selama percobaan berlangsung. Carilah data perbandingan pada datasheeta untuk op-amp 741. Hitung persentase perbedaan (error) antara data pengukuran dan nilai yang ditetapkan. b) Mengapa mengukur open loop gain pada amp op tidak bias dikatakan mudah? Explain in your own words. c) Jelaskan bagaimana menggunakan potensiometer sehingga membantu untuk me-null-kan offset voltage? d) Selama pengukuran offset current, digunakan variasi resistor dari 100, 100 k and 220 k. In which cases were the measurements most accurate? Explain why this is so. e) Selama pengukuran offset voltage, digunakan gain yang bervariasi. Apakah keakurasian pengukuran bertambah baik seiring dengan peningkatan gain? Apakah gain merupakan satu satunya kriteria atau apakah nilai absolute dari tiap tiap resistor juga termasuk kriteria dari keakurasian pengukuran? Jelaskan jawaban Anda. 6. Percobaan II a. Inverting Amplifier

Gambar 5.5. Schematic Rangkaian Op-Amp (Inverting)


Rancanglah rangkaian inverting di atas dengan R1 = 2 k dan R2 = 39 k. Berapakah nilai gain dari data tersebut secara matematis? Gunakan catu daya 15 V. serta tegangan 1Vpp pada frekuensi 1 kHz sinusoidal sebagai nilai masukan amplifier. Tingkatkan nilai input voltage hingga distorsi terjadi pada output. Setelah didapatkan data data terhadap nilai Vin dan Vout, berapakah nilai gain yang didapatkan? Apakah sama dengan hasil perhitungan? Capture (foto) bentuk gelombang nilai input dan output untuk disertakan dalam laporan. Ukurlah nilai input resistance pada amplifier. o Matikan catu daya, ukurlah resistansi di antara V+ dan V-, kemudian tabulasikan pada table 5.1. berikut ini.Catu daya OFF Input Resistance (k) Tabel 5.1. Tabel resistansi input I Catu Daya On Datasheet

o Catu Daya ON, ukurlah kembali resistansi di antara V+ dan V-, kemudian tabulasikan pada table 5.1. berikut ini. o Ukurlah nilai resistansi actual R1 dan R2. o Catu Daya ON, ukurlah tegangan drop yang melewati R1 dan R2, kemudian tabulasikan pada table 5.2. berikut ini.

Tabel 5.2. Tabel resistansi input II

o Dari table 5.2 dapat dihitung berapa nilai iN. o Ukurlah nilai V- dan input resistansi dari rangkaian inverting dapat dihitung melalui peritungan, R = V-/ iN.


b. Non-Inverting Summing Amplifier

Gambar 5.6. Schematic Rangkaian Op-Amp (Non-Inverting)

Ulangi percobaan, persis seperti pada rangkaian inverting. (kecuali untuk point terakhir, tidak perlu diulangi) c. Unity Gain Buffer

Gambar 5.7. Schematic Rangkaian Follower Buffer

Ulangi percobaan, persis seperti pada rangkaian inverting. (kecuali untuk point terakhir, tidak perlu diulangi) Analisis Percobaan II pada Lab Report turut mencakup hal hal berikut. a) Input resistansi pada rangkaian non-inverting and buffer amplifier adalah tak hingga atau infinity untuk op-amp ideal dan pada op-amp real sangat tinggi (lihat gambar b dan c). State why this is true? 7. Percobaan III a. Miller Integrator Buatlah rangkaian miller integrator. Gunakan R = 39 k, R1 = 2 k, C2 = 1 F serta gunakan catu daya +15V dan -15V. Gunakan dengan tegangan 1Vp-p sinusoidal dengan frekuensi 200 Hz sebagai sinyal masukan rangkaian penguat tersebut. Ukur serta capture input dan output signal. Pastikan pengukuran dilakukan secara simultan. Ulangi untuk sinyal masukan dengan frekuensi 1 kHz dan bentuk square.[PRAKTIKUMMI2205ELEKTRONIKAINDUSTRI]|PENGUATLANJUT 5

b. Differential Amplifier Buatlah rangkaian penguat berikut dengan R2 = R4 = 39 k dan R1 = R3 = 2 k. Lalu, gunakan catu daya +15V dan -15V. Gunakan tegangan 1Vp-p sinusoidal dengan frekuensi 200 Hz di antara 2 input. Ukurlah differential gain (Adiff) pada rangkaian tersebut.

Gambar 5.8. Schematic Rangkaian Differential Amplifier untuk mengukur Adiff

Gantilah sistem rangkaian penguat di atas dengan rangkaian penguat baru berikut. Aplikasikan common mode signal pada penguat (dapat dilakukan dengan mengkoneksikan generator sinyal secara simultan pada 2 titik input masukan op-amp). Ukurlah common mode gain (ACM) pada rangkaian penguat pengganti tersebut.

Gambar 5.9. Schematic Rangkaian Differential Amplifier untuk mengukur ACM

Dari 2 langkah di atas, tentukan nilai CMRR! Analisis Percobaan III pada Lab Report turut mencakup hal hal berikut. a) Tentukan CMRR. Bandingkan dengan nilai CMRR untuk IC741 yang terdapat pada datasheet.


8. Datasheet


modul i - penguat lanjut rev 01 03 2012

Documents