Laporan Praktikum

Elektronika Fisika Dasar II

PENGUAT UMPAN BALIK

DISUSUN OLEH :

NAMA : ARINI QURRATA A’YUN

NIM : H21114307

KELOMPOK : TIGA (III)

TANGGAL PRAKTIKUM : 10 MARET 2016

ASISTEN : MUHAMMAD FAUZI M

LABORATORIUM ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS HASANUDDIN

2016

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar belakang

Penguat atau amplifier biasanya dikategorikan menjadi empat golongan

besar, yaitu sebagai penguat tegangan, penguat arus, transresistans dan

trankonduktans. Pengelompokan ini berdasarkan pada besarnya impedansi

masukkan dan impedansi keluaran dari suatu penguat relatif berturut turut

terhadap impedansi sumber dan beban [1].

Penguat tegangan sendiri dapat diartikan sebagai penguat yang

memberikan tegangan keluaran yang berbanding lurus dengan tegangan masukan

dimana faktor pembandingnya tidak bergantung pada besarnya tahanan sumber

dan beban pada penguat ini menunjukkan rangkaian ekuivalen Thevenin dari

jaringan dua terminal yang dapat menggambarkan suatu penguat. Penguat arus

adalah penguat yang dapat menghasilkan arus keluaran yang berbanding lurus

dengan arus sinyal dimana faktor pembandingnya bergantung pada besarnya

tahanan sumber dan tahanan beban, dimana suatu penguat arus ideal harus

memiliki tahanan masukan sama dengan nol dan tahanan keluaran sama dengan

tak berhingga. Penguat transkonduktans (alih konduktans) yaitu suatu penguat

ideal yang menghasilkan arus keluaran yang berbanding lurus dengan tegangan

sinyal, dan tidak bergantung pad besarnya tahanan sumber dan tahanan beban.

Dan yang terakhir yaitu penguat transresistans yaitu penguatan yang secara ideal

memberikan tegangan keluaran dan berbanding lurus dengan arus sinyal,

dimana tidak pula bergantung pada tahaann beban dan tahanan sumber [1].

Selanjutnya pada kesempatan kali ini akan diperkenalkan penguat umpan

balik, berupa penguat umpan balik negatif (degeneratif) yaitu balikan yang

dipasang untuk memperlemah isyarat masukan. Jenis penguat ini sedikit berbeda

dari penguat yang lain. Penguat ini selanjutnya dapat memperbaiki/

menyempurnakan jenis penguat lainnya. Dimana pembahasannya akan meliputi

pengertian umumnya karakteristik karakteristik suatu penguatan dengan

menggabungkan sebagian dari keluaran dengan sinyal yang dari luar, keuntungan

keuntungan yang akan diperoleh dengan penggunaan penguat umpan balik dan

contoh penggunaannya dalam perangkat elektronika.

I.2 Ruang Lingkup

Pada praktikum kali ini dibahas mengenai rangkaian penguat umpan balik

terkhusus untuk rangkaian umpan balik negatif. Dengan mengamati besar

keluaran tegangan dengan dan tanpa rangkian umpan balik, dalam frekuensi yang

berbeda-beda. Serta, mengukur besar penguatan tegangan yang dihasilkan

rangkaian umpan balik.

I.3 Tujuan Percobaan

Setelah melakaukan praktikum ini diharapkan praktikan mampu :

1. Membuat suatu rangkaian balikan dan mengujinya yaitu mengamati bentuk

isyarat keluaran.

2. Menunjukkan pengaruh balikan pada rangkaian.

3. Mengukur tanggapan amplitudo penguat.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Konsep Umpan Balik

Pada rangkaian umpan balik sinyal masukan digabungkan menjadi satu

dengan sinyal luar (sumber) melalui suatu rangkaian pencampur (mixer) dan

diumpankan masuk ke dalam penguat [2].

Gambar II.1 Penggambaran hubungan tingkat tingkat umpan balik yang

dihubungkan disekitar penguat dasar

Dalam gambar sinyal tegangan dipasang seri terhadap tahanan

(berupa rangkaan Thevenin) atau sinyal aus dipasang paralel dengan tahanan

(rangkaian Norton). Untuk jaringan umpan balik biasanya rangkaian pasif dua

kutub yang dapat terdiri dari tahanan, kapasitor dan induktor. Sering hanya

menggunakan suatu konfigurasi resistif yang sederhana. Sedangkan untuk dua bok

pencuplikan yang ditunjukkan pada gambar, tegangan keluaran dicuplik dengan

menghubungkan rangkaian umpan balik secara paralel dengan keluarannya. Jenis

hubungan ini dinamakan pencuplik simpul atau pemcuplik tegangan. Hubungan

umpan balik lainnya yang mencuplik arus keluaran ditunjukkan pada gambar II.2,

dimana rangkaian umpan balik dihubungkan secara seri dengan keluarannya. Jenis

hubungan seperti ini menunjukkan pencuplikan arus atau pencuplikan lingkar [2].

(a) (b)

Gambar II.2 Hubungan umpan balik pada masukan dan penguat dasar (a)

perbandingan seri (b) pencampuran simpul

II.2 Pengaruh Balikan Terhadap Tanggapan Frekuensi

Misalkan tanggapan amplitudo suatu penguat dengan lingkar terbuka

(tanpa balikan) seperti pada gamabar II.3 [3].

Gambar II.3 Tanggapan amplitudo suatu penguat

Fungsi alih kompleks penguat pada daerah frekuensi rendah dapat

dituliskan [3] :

( )

( )

Fungsi alih yang dinyatakan pada persamaan (2.1) tak lain adalah fungsi

alih untuk tapis lolos tinggi. Pada daerah tinggi fungsi alih kompleks penguat

adalah [3]:

( ) ( )

( ) ( )

( ) adalah fungsi alih kompleks penguat dengan lingkaran tertutup. Diamana

dianggap merupakan bilangan nyata yaitu balikan negatif [3].

Maka akan didapatkan pengaruh balikan terhadap frekuensi potong atas

[3] :

( )

( )

( )

( ) ( )

adalah frekuensi potong atas penguat denga lingkar tertutup, yaitu terjadi

apabila dipasang balikan. Dengan dipasangnya baliakn negatif, penguatan pada

daerah frekuensi tengah turun dan frekuensi potong atas naik [3].

Dengan cara ini pula dapat ditunjukkan bahwa fungsi alih kompleks pada

daerah frekuensi rendah adalah [3] :

( )

( )

( )

( )

Persamaan (2.8) menunjukkan bahwa dengan dipasangnya balikan frekuensi

potong bawah turun. Sehingga dapat ditarik kesimpulan bahwa dengan

dipasangnya balikan lebar pita penguat menjadi lebih besar, tetapi penguat

teganagan pada frekuensi tengah berkurang [3].

II.3 Asal Ungkapan Penguatan Umpan Balik

Gambar II.4 Rangkaian dasar umpan balik

Pada gambar diatas menunjukkan diagram blok umum untuk penguat

umpan balik. Pada penguat loop terbuka ditunjukkan oleh . Penguat ini memilki

penguatan dimana [4] :

( )

Dan daerah kerja rangkaian umpan balik memiliki nilai pecahan Pada

tegangan keluaran, untuk itu [4] :

( )

Jika dimisalkan daerah kerja umpan balik hanya berupa resistif. Sehingga

memiliki sudut [4].

Pada tegangan masukan penguat adalah merukan jumlah keseluruhan

dari dua tegangan yang diaplikasikan pada beberapa hubungan [4] :

( )

Tetapi

dan jadi

(

) ( )

Jika kedua sisi memilki banyak ungkapan oleh karena nilai kemudian

(

)

( )

( )

Tetapi memiliki pengutan dengan umpan balik

sehingga

( )

Catatan untuk ungkapan selalu berhubungan dengan’kembali pada

perbedaan’ dan mendekati seluruh ungkapan pada penguatan dan impedansi

masukan serta keluaran pada penguat dengan umpan balik negatif yang

diaplikasikan [4].

II.4 Rangkaian Umpan Balik

Gambar II.5 Rangkaian umpan balik

Pada gamabar diatas dapat diperhatikan beberapa hal sebagai berikut [5] :

1. merupakan tempat kabel atau jumper yang dapat dipasang atau

dilepaskan. Bila dipasang dititik a maka balikan tidak terpasang ( dan

), sedangkan apabila dipasang dititik b maka balikan diterapkan

pada rangkaian.

2. Balikan terjadi pada dan . Pada rangkaian ini kedua resistor

membentuk pembagi tegangan sehingga sebagian tegangan keluaran yaitu

dikembalikan pada emitor transistor

II.5 Aplikasi Rangkaian Umpan Balik

Kegunaan dari umpan balik negatif terletak dalam kenyataan bahwa

sebenarnya dalam penguat manapun baik berupa penguat arus, tegangan

kondiktans, dan penguat transresistans dapat ditingkatkan dengan memanfaatkan

rangkaian umpan balik negatif dengan tepat. Misalnya tahanan masukan dengan

bias tinggi dalam penguat tegangan dapat dipertinggi lagi dan tahanan keluaran

yang biasanya rendah bisa dibuat lebih kecil lagi. Selain itu penguat umpan balik

negatif juga dapat memberi perbaikan yang sangat berarti dalam tanggapan

frekuensi dan dalam linearitas operasi dari penguat umpan balik dibandingkan

dengan penguat tanpa umpan balik [1].

Dalam praktiknya rangkaian umpan balik banyak digunakan dalam

beberapa perangkat elektronik, seperti pntuk rangkaian umpan balik negatif yang

terdiri dari sebuah fotoresistor, lampu pijar, Thyristor dan resistor linear akan

digunakan untuk sebuah sensor cahaya dimana sensor ini akan diaktifkan oleh

rangkaian umpan balik negatif. Pada gambar II.6 dapat dilihat rangkaian untuk

sensor ini [6].

Gambar II.6 Rangkaian sensor cahaya, sistem ini terhubung dengan

tegangan sinusoidal dengan tegangan masukan , amplitudo dan

frekuensi

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

III.1 Waktu dan Tempat Percobaan

Praktikum Penguat Umpan balik ini dilakukan pada hari kamis, 10 maret

2016, tepatnya pukul 08.00 WITA- 10.30 WITA di Laboratorium Elektronika dan

Instrumentasi, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Universitas Hasanuddin, Makassar.

III.2 Alat dan Bahan

III.2.1 Alat beserta Fungsinya

Berikut merupakan beberapa alat yang digunakan pada praktikum penguat

umpan balik beserta fungsinya :

1. Osiloskop

Gambar III.1 Osiloskop

Osiloskop digunakan untuk menampilkan bentuk gelombang masukan dan

keluaran yang dihasikan oleh rangkaian penguat dengan atau tanpa umpan balik.

2. Pembangkit Sinyal

Gambar III.2 Pembangkit sinyal

Pembangkit sinyal digunakan sebagai sumber frekuensi/sinyal yang

dimasukkan pada rangkaian denga atu tanpa umpan balik.

3. Catu Daya

Gambar III.3 Catu Daya

Catu daya digunakan sebagai sumber tegangan rangkaian.

4. Kabel Jumper

Gambar III.4 Kabel Jumper

Kabel ini digunakan sebagai penghubung antar komponen yang tersusun

pada papan rangkaian.

5. Papan Rangkaian

Gambar III.5 Papan Rangkaian

Papan ini digunakan sebagai tempat merangkai komponen rangkaian

umpan balik.

III.2.2 Bahan Besrta Fungsinya

Berikut beberapa bahan yang digunakan pada praktikum penguat umpan

balik beserta fungsinya :

1. Resistor

Gambar III.6 Resistor

Resistor ini digunakan sebagai sebagai salahsatu komponen penyusun

rangkaian penguat umpan balik, dimana dalam hal ini berfungsi menghambat

arus pada rangkaian.

2. Transistor NPN 108

Gambar III.7 Transistor NPN 108

Berfungsi untuk membentuk rangkaian penguat umpan balik dengan

mengalirkan arus negatif dengan arus positif sebagai biasnya.

3. Kapasitor

Gambar III.8 Kapasitor

Kapasitor digunakan sebagai komponen untuk meningkatkan impedansi

pada rangkaian umpan balik.

III.3 Prosedur Percobaan Penguat Umpan Balik

III.3.1 Rangkaian Penguat tanpa Balikan

1. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan dan merangkain

komponen pada papan rangkaian seperti pada gambar III.9.

(a) (b)

Gambar III.9 (a) Sketsa rangkaian umpan balik (b) Rangkaian umpan balik

2. Menyambungkan rangkaian yang telah jadi pada osiloskop, sinyal

generator dan catu daya.

3. Menghubungkan jumper pada di titik a, kemudian mengamati sinyal

input dan outputnya. Pada kondsi ini rangkaian yag terbentuk adalah

rangkaian tanpa balikan.

4. Mengukur penguatan yang terjadi pada rangkaian dan menuliskannya pada

tabel data.

5. Melakukan hal yang sama dengan mengganti besar resistansi rangkaian

dimana sebelumnya 120 ohm menjadi 270 ohm dan kemudian 1 K ohm.

III.3.2 Rangkaian Penguat dengan Balikan

1. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan dan merangkain

komponen pada papan rangkaian seperti pada gambar III.9.

2. Menyambungkan rangkaian yang telah jadi pada osiloskop, sinyal

generator dan catu daya.

3. Menghubungkan jumper pada di titik b, kemudian mengamati sinyal

input dan outputnya. Pada kondsi ini rangkaian yag terbentuk adalah

rangkaian dengan balikan.

4. Mengukur penguatan yang terjadi pada rangkaian dan menuliskannya pada

tabel data.

5. Melakukan hal yang sama dengan mengganti besar resistansi rangkaian

dimana sebelumnya 120 ohm menjadi 270 ohm dan kemudian 1 K ohm.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

IV.1 Hasil

IV.1.1 Tabel Data

Tabel IV.1 Hasil Pengukuran dengan Hambatan Divariasikan

No.

( )

Tanpa Umpan balik Dengan Umpan Balik

(Volt)

(Volt)

Penguatan

(Kali)

(Volt)

(Volt)

Penguatan

(Kali)

1 120 1,4 3 2,14 1,4 2,9 2,07

2 270 1,4 3 2,14 1,4 2,8 2,00

3 1K 1,4 3 2,14 1,4 2,4 1,71

IV.1.2 Pengolahan data

IV.2.1 Menghitung Penguatan Tegangan

1. Tanpa Rangkaian Umpan Balik

( )

( )

( )

2. Dengan Rangkaian Umpan Balik

( )

( )

( )

IV.3 Gambar

1. Rangkaian Tanpa Umpan Balik

(a) (b)

Gambar IV.1 (a) Isyarat masukan tanpa umpan balik (b) Isyarat keluaran tanpa

umpan balik ketika

2. Rangkaian dengan Umpan Balik

(a) (b)

Gambar IV.4 (a) Isyarat masukan dengan umpan balik (b) Isyarat keluaran dengan

umpan balik ketika

(a) (b)

Gambar IV.5 (a) Isyarat masukan dengan umpan balik (b) Isyarat keluaran dengan

umpan balik ketika

(a) (b)

Gambar IV.6 (a) Isyarat masukan dengan umpan balik (b) Isyarat keluaran dengan

umpan balik ketika

IV.4 Pembahasan

Berdasarkan praktikum di atas dapat dilihat bahwa hasil pengukuran dari

rangkaian penguat tanpa umpan balik tidak menunjukkan adanya perubahan besar

tegangan keluaran ( ( ) ( ) ( )) walaupun besarnya hambatan

divariasikan. Hal ini menunjukkan bahwa pada rangkaian tersebut tidak terdapat

hubungan antara besarnya hambatan dengan penguatan yang terjadi.

Dilihat pula pada rangkaian penguat dengan umpan balik besarnya

hambatan yang diberikan akan mempengaruhi penguatan tegangan. Dimana untuk

sebesar 120 ohm menghasilkan besar penguatan 2,07 kali, untuk sebesar

270 ohm menghasilkan penguatan sebesar 2,00 kali dan sebesar 1K ohm

menghasilkan penguatan yang lebih kecil yaitu sebesar 1,71 kali. Dari data ini

dapat dilihat bahwa pada rangkaian umpan balik besar penguatan bergantung

dengan besar hambatan yang diberikan pada rangkaian. Dimana semakin besar

hambatan yang diberikan maka penguatan yang terjadi semakin kecil.

Dalam praktiknya seperti yang telah dibahas pada bab II, rangkaian umpan

balik ini tidaklah bekerja sendiri. Artinya, rangkaian umpan balik ini selanjutnya

akan digunakan dalam berbagai rangkaian penguat lainnya. Dimana, dalam

praktikum kali ini digunakan dalam rangkaian penguat tegangan. Dalam

rangkaian ini dapat memperbesar atau memperkecil nilai hambatan yang

mempengaruhi besar kecilnya penguatan tegangan yang akan terbentuk serta

terjadi perbaikan yang cukup berarti dalam tanggapan frekuensi dari rangkaian

penguat tegangan.

BAB V

PENUTUP

V.1 Kesimpulan

Berdasarkan praktikum diatas dapat disimpulkan bahwa :

1. Setelah rangkaian penguat diberikan balikan maka keluaran pada

rangkaian tersebut mengalami penurunan tegangan, dan berbanding lurus

dengan pertambahan hambatan pada rangkaian balikan.

2. Pada rangkaian penguat pengaruh balikan cukup signifikan pada

penguatan tegangannya.

3. Tanggapan amplitudo menurun seiring dengan penambahan nilai

hambatan pada rangkaian balikan.

V.2 Saran

V.2.1 Saran untuk Laboratorium

Saran untuk laboratorium untuk melengkapi alatnya.

V.2.2 Saran untuk Asisten

Saran untuk asisten, agar tetap menjadi yang terbaik.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Millman, Halkias, M. Barmawi, M.O. Tjia 1986, Elektronika Terpadu

Rangkaian dan Sistem Analog dan Digital, Erlangga, Jakarta.

[2] Millman, jacob, Sutrisno 1992,Microelektronika Sistem Digital dan

Rangkaian Analog,Erlangga, Jakarta.

[3] Sutrisno 1987, Elektronika Teori dan Penerapannya, Penerbit ITB, Bandung.

[4] Allen, B.W 1995, Analogue Electronics for Higher Studies,Macmillan Press

LTD, London.

[5] Abdullah, Bualkar, Arifin, Bidayatul Armynah, Penuntun Praktikum

Elektronika Dasar II, UNHAS, Makassar.

[6] Joiner, K.L. , F. Palmero, R. Carretero-Gonzalez, ‘Optoelectronic Chaos in a

Simple Light Activated Feedback Circuit’, International Journal of

Bifurcation and Chaos World Scientific Publishing Company, hh 1-10,