bab 3 omp- amp
Transcript of bab 3 omp- amp
-
8/18/2019 bab 3 omp- amp
1/21
PRAKTIKUM 2015/2016 LABORATORIUMMEKATRONIKA
MODUL 3
OPERATIONAL AMPLIFIER
3.1 TUJUAN
1. Mempelajari penggunaan operational amplifier
2. Memahami karakteristik dari operational amplifier
3. Memahami jenis-jenis operational amplifier
4. Menghitung basarnya penguatan (gain) pada Op-amp
3.2 TEORI DASAR
3.2.1 Pengertian Operational Amplifier
Operational amplifier sering disebut dengan sebutan Op amp merupakan
komponen yang penting dan banyak digunakan dalam rangkaian elektronik
berdaya rendah (lo! po!er). "e#ara umum fungsi operational amplifier adalah
untuk memperkuat sinyal listrik yang lemah. $esar penguatan disebut gain
(faktor penguat).
O%-&M% se#ara skematik dapat digambarkan sebagai berikut '
Gambar M3.3.2.1.1 "kematik &mplifier
Kelompok 9 1
-
8/18/2019 bab 3 omp- amp
2/21
PRAKTIKUM 2015/2016 LABORATORIUMMEKATRONIKA
ua input koneksi satu daya pada Op-&mp tidak selalu digambarkan dalamOp-&mp diagram namun harus diasukkan dalam rangkaian sebenarnya. $erikut
gambar *
Gambar M3.3.2.1.2 +M ,41
angkaian Op-&mp ini dikemas dalam bentuk dual in package ( %). %
memiliki tanda bulatan atau strip pada salah satu ujungnya untuk menandai arah
yang benar dari rangkaian. %ada begian atas % biasanya ter#etak nomor standar
*. %erhatikan baha!a penomoran pin dilakukan berla!anan arah jarum jam
dimulai dari bagian yang dekat dengan tanda bulatan strip.
%ada * ini terdapat dua pin input dua pin power supply satu pin output satu
pin /* ( no connection ) dan dua pin offset nul. %in offset nul memungkinkan kitauntuk melakukan sedikit pengaturan terhadap arus internal didalam * untuk
memaksa tegangan output menjadi nol ketika kedua input bernilai nol.
Kelompok 9 2
-
8/18/2019 bab 3 omp- amp
3/21
PRAKTIKUM 2015/2016 LABORATORIUMMEKATRONIKA
1. iagram O%-&M%
idalam diagram Op-&mp terdiri dari beberapa bagian yang pertama adalah
penguat diferensial lalu ada tahap penguatan ( Gain ) selanjutnya ada rangkaian
penggeser ( level shifer ) kemudian penguat akhir yang biasanya dibuaat dengan
penguat push pull kelas $. 0ambar berikut menunjukkan diagram dari Op-&mp
yang terdiri dari beberapa bagian tersebut '
in out
Gambar M3.3.2.1.3 iagram Op-&mp
"aat ini terdapat banyak tipe-tipe Op-&mp dengan karakteristik yang spesififik.
Op-&mp standard tipe ,41 dalam kemasan * % %in sudah dibuat sejak tahun
1 5-an untuk tipe yang sama. 6iap pabrikan mengeluarkan seri * dengan instalatau nama yang yang berbeda misalnya dikenal dengan M*1,41 dari motorolla
+M,41 buata n National semiconductor . 7arakteristik Op-&mp dapat berbeda
dengan Op-&mp lain tergantung pada teknologi pembuatan dan desain * nya.
2. 7arakteristik Op-&mp
a. %enguatan Open Loop
Op-&mp idealnya memiliki penguatan open loop ( &O+ ) yang tak
terhingga. /amun pada prakteknya Op-&mp misal +M,41 memiliki
penguatan yang terhingga kira-kia 155.555 kali. "ebenarnya dengan pengutan
yang sebesar ini system penguatan Op-&mp menjadi tidak stabil. nput
Kelompok 9 3
Pengu !
"#$e%en
Pengu !
' Gain (
Le)el
*+#)e%
Pengu !
k+#%
-
8/18/2019 bab 3 omp- amp
4/21
PRAKTIKUM 2015/2016 LABORATORIUMMEKATRONIKA
diferensial yang amat ke#il saja sudah dapat membuat outputnya menjadi
saturasi.
b. Unity Gain frequency
Op-&mp ideal mestinya bisa bekerja pada frekuensi berapa saja mulai
dari sinyal * sampai pada frekuensi giga hert8. %arameter unity gain
frequency menjadi penting jika Op-&mp digunakan untuk aplikasi dengan
frekuensi tertentu. %arameter & O+ biasanya adalah penguatan Op-&mp padasinyal * . esponse pada penguatan Op-&mp menurun seiring dengan
menaiknya frekuensi sinyal input. Op-&mp +M,41 misalnya memiliki unity
gain frekuensi sebesar 1 M98. :ika perlu meran#ang aplikasi pada frekuensi
tinggi maka pilihlan Op-&mp yang memiliki unity gain frekuensi lebih
tinggi.
c. Slew ate
alam Op-&mp kadang ditambahkan beberapa kapasitor untuk
mereduksi noise . /amun kapasitor ini menimbulkan kerugian yang
menyebabkan response Op-&mp terhadap sinyal input menjadi lambat. Op-
&mp ideal memiliki parameter slew rate yang tak terhingga sehingga jika
input berupa sinyal kotak maka outputnya juga kotak. 6etapi karena
ketidakidealan Op-&mp maka sinyal output dapat berbentuk eksponensial.
*ontohnya ' Op-&mp +M,41 memiliki slew rate sebesar 5 ;
-
8/18/2019 bab 3 omp- amp
5/21
PRAKTIKUM 2015/2016 LABORATORIUMMEKATRONIKA
7ebanyakan O%-&M% pada bagian inputnya menggunakan transistor
bipolar maka arus bias pada inputnya adalah ke#il. +e=el amplitudonya tidak lebih dari beberapa mikro&mpere.
e. Supply voltage range ( > s )
6egangan sumber untuk O%-&M% mempunyai range minimum dan
maksimum yaitu untuk O%-&M% yang banyak beredar dilapangan dipasaran
sekitar ? 3 sampai ? 1; .
f. nput oltage ange ( > i ma@ )
ange tegangan input maksimum sekitar 1 olt atau 2 olt atau lebih
diba!ah dari tegangan sumber >s.
g. Output oltge range ( > o ma@ )
6egangan output maksimum mempunyai range antara 1 olt atau 2
olt lebih diba!ahnya tegangna sumber ( supply voltage ) >s. diba!ahnya
diba!ahnya tegangna sumber ( supply voltage ) >s. 6egangan output ini
biasanya tergantung tegangan saturasi O%-&M%.
h. ifferensial input offset =oltage ( > io )
%ada kondisi ideal output akan sama dengan nol bila kedua terminal
inputnya digraund-kan. /amun pada kenyataannya semua piranti O%&M%
tidak ada yang sempurna dan biasanya terjadi ketidakseimbangan pada keduaterminal inputnya sekitar beberapa milli=olt. 6etapi jika input ini dibiarkan
untuk dikuatkan dengan O%-&M% dengan model closed loop maka tegangan
output bisa melebihi saturasinya. 7arena itu biasanya setiap O%-&M% pada
Kelompok 9 5
-
8/18/2019 bab 3 omp- amp
6/21
PRAKTIKUM 2015/2016 LABORATORIUMMEKATRONIKA
bagian luar dilengkapi dengan rangkaian offset tegangan nol ( "ero offset
voltage ).
i. #ommon mode re$ection ratio ( *M )
"e#ara ideal O%-&M% menghasilkan output yang proporsional
dengan terhadap beda kedua terminal input dan menghasilkan output sama
dengan nol jika sinyal kedua input simultan yang biasa disebut #ommon
mode . "e#ara praktik sinyal #ommon mode tidak diberikan pada inputnya dan
dikeluarkan pada outputnya. "inyal *M ( *ommon Mode eje#tion
atio ) selalu diekspresikan dengan rasio dari penguatan sinyal beda O%-&M%
dengan harga sebesar 5 d$.
j. %ransition frequency ( f6 )
"e#ara umum O%-&M% pada frekuensi rendah mempunyai penguatan
tegangan sekitar 155 d$. 7ebanyakan O%-&M% mempunyai frekuensi transisi
f6 setiap 1 M9A dan penguatan pada harga sebesar 5 d$.
3.2.2 Jenis !enis Am"#i$ier
a. !nverting &mplifier
angkaian dasar penguat inverting adalah seperti yang di tunjukkan
pada gambar berikut '
Gambar M3.3.2.2.1 angkaian n=erting &mplifier
Kelompok 9 6
-
8/18/2019 bab 3 omp- amp
7/21
PRAKTIKUM 2015/2016 LABORATORIUMMEKATRONIKA
"inyal masukannya dibuat melalui input in=erting seperti yang tersirat pada
namanya kita tentu telah menduga bah!a fase keluaran dari penguatinverting ini akan selalu berbalikan dengan inputnya. %ada rangkaian ini
umpan balik negati=e dibangun melalui resistor i.
nput non inverting pada rangkaian ini dihubungkan ke ground atau
B C 5. mpedansi rangkaian in=erting didefenisikan sebagai impedansi input
dari sinyal masukan terhadap ground 7arena input in=erting (-) pada
rangkaian ini diketahui adalah nol maka impedansi rangkaian ini tentu saja
adalah A in C i. $erikut rumus dari in=eting amplifier'
Vo=− Rf Ri
Vi
b. Non inverting &mplifier
%rinsip utama rangkaian penguat non inverting adalah seperti yang di
perlihatkan pada gaambar berikut '
Gambar M3.3.2.2.2 /on n=erting &mplifier
%enguat ini memiliki masukan yang dibuat melalui input non inverting .
engan demikian tegangaan keluaran rangkaian ini akan satu fasa dengan
tegangan inputnya. >ntuk menganalisa rangkaian penguat Op-&mp non
in=erting #aranya sama seperti menganalisa rangkaian inverting .
Kelompok 9 -
-
8/18/2019 bab 3 omp- amp
8/21
PRAKTIKUM 2015/2016 LABORATORIUMMEKATRONIKA
mpedansi untuk rangkaian Op-&mp non inverting adalah impedansi
dari input non in=erting Op-&mp tersebut. *ontohnya +M,41 diketahuimemiliki impedansi input A in C 15 to 15 12 Ohm.
$erikut rumus Non inverting &mplifier '
Vo= Rf + Ri
Ri Vi
c. Summing inverting (%enjumlah)
angkaian penjumlah atau rangkaian adder adalah rangkaian penjumlah yang dasar rangkaiannya adalah rangkaian in=erting amplifier dan
hasil outputnya adalah dikalikan dengan penguatan seperti pada rangkaian
in=erting. %ada dasarnya nilai outputnya adalah jumlah dari penguatan masing
masing dari in=erting seperti '
$ila f C a C b C # maka persamaan menjadi '
6ahanan om gunanya adalah untuk meletak titik nol supaya tepat
terkadang tanpa om sudah #ukup stabil. Maka rangkaian ada yang tanpa
om juga baik hasilnya. angkaian penjumlah dengan menggunakan
nonin=erting sangat suah dilakukan karena tegangan yang diparalel akan
menjadi tegangan terke#il yang ada. sehingga susah terjadi proses
penjumlahan.
Kelompok 9 .
-
8/18/2019 bab 3 omp- amp
9/21
PRAKTIKUM 2015/2016 LABORATORIUMMEKATRONIKA
Gambar M3.3.2.2.3 angkaian %enjumlahan dengan 9asil /egatif.
d. Substractor %engurang
angkaian pengurang ini berasal dari rangkaian in=erting dengan
memanfaatkan masukan non-in=erting sehingga persamaannya menjadi
sedikit ada perubahan. angkaian ini bisa terdiri 3 ma#am yaitu '
a. angkaian dengan 1 op-amp b. angkaian dengan 2 op-amp
#. angkaian dengan 3 op-amp
angkaian pengurang dengan 1 op-amp ini memanfaatkan kaki in=erting dan
kaki nonin=erting. "upaya benar benar terjadi pengurangan maka nilai dibuat
seragam seperti gambar. umusnya adalah'
Kelompok 9 9
-
8/18/2019 bab 3 omp- amp
10/21
PRAKTIKUM 2015/2016 LABORATORIUMMEKATRONIKA
Gambar M3.3.2.2.% angkaian %engurang dengan 1 Op-&mp.
angkaian pengurang dengan 2 op-amp tidak jauh berbeda dengan satuopamp yaitu salah satu input dikuatkan dulu kemudian dimasukkan ke
rangkaian pengurang seperti gambar diba!ah ini. %erhitungan rumus yang
terjadi pada titik 8 adalah '
$ila fC i maka persamaannyaakan menjadi '
Kelompok 9 10
-
8/18/2019 bab 3 omp- amp
11/21
PRAKTIKUM 2015/2016 LABORATORIUMMEKATRONIKA
Gambar M3.3.2.2.& angkaian %engurang dengan 2 Op-&mp
angkaian pengurang dengan 3 op-amp sangat lah beda dengan yang lainnya.
&da 3 ma#am proses yang terjadi disini seperti pada gambar diba!ah ini.
Gambar M3.3.2.2.' angkaian %engurang dengan 3 Op-&mp
e. 'ifferensiator
angkaian differensiator adalah rangkaian aplikasi dari rumusan
matematika yang dapat dimainkan (dipengaruhi) dari kerja kapasitor.
angkaian nya seperti pada gambar dengan rangkaian sederhana dari
differensiator. >ntuk mendapatkan rumus differensiator urutannya adalahsebagai bagai berikut ' i * C i$ B iD Edan selama nilai i $ C 5 maka i * C iD selisih
dari in=erting input dan nonin=erting input (=1 dan =2) adalah nol dan
penguatan tegangannya sangat besar maka didapat persamaan pengisian
kapasitor sebagai berikut '
Kelompok 9 11
-
8/18/2019 bab 3 omp- amp
12/21
PRAKTIKUM 2015/2016 LABORATORIUMMEKATRONIKA
Gambar 3.3.2.2.( angkaian iferensiator Op-&m
3.2.3 )eri*+t a,a#a- sa#a- sat+ /nt/- s/a# ,ari !enis0!enis O"0Am"
in
out
f i
Kelompok 9 12
-
8/18/2019 bab 3 omp- amp
13/21
PRAKTIKUM 2015/2016 LABORATORIUMMEKATRONIKA
engan gambar di atas rang#anglah sebuah non-in=erting amplifier jika
diketahui in C 1 2 m dan i C 35F. "umber tegangan ? 1; . 6entukanharga tegangan keluaran ( out) saat '
a. %enguatan gain (0) C 4 kali
b. esistor feedba#k ( f) C 125F
Maka untuk'
(a).Vout
Vin = 4 kali
dimana in C 1 2 m C 5.5512 out C in @ 4 kali
C 5 5512 @ 4 kali
C 5.554 kali
(b).Vout Vin
= ¿ 1 B
Rf Ri
out C (1 B Rf Ri ) in
C (1 B120
30 ) 5 5512
C (1 B 4) 5 5512
C 5 55
3.2.% /nt/- a"#i*asi /"erati/na# am"#i$ier ,a#am *e-i,+"an se-ari0-ari.
*ontoh aplikasi Op-&mp yang paling sering atau paling banyak digunakan dalam kehiupan sehari-hari adalah rangkaian in=erter non-in=erter
integrator dan differensiator. $erikut #ontoh lain aplikasi Op-&mp '1. /m"arat/r "emban,ing4
Kelompok 9 13
-
8/18/2019 bab 3 omp- amp
14/21
PRAKTIKUM 2015/2016 LABORATORIUMMEKATRONIKA
7omparator (pembanding) merupakan salah satu aplikasi yang
memanfaatkan bati simpal terbuka (bahasa nggris' open-loop gain ) penguatoperasional yang sangat besar. &da jenis penguat operasional khusus yang
memang difungsikan semata-mata untuk penggunaan ini dan agak berbeda
dari penguat operasional lainnya dan umum disebut juga dengan
*/m"arat/r (bahasa nggris' comparator ). 7omparator membandingkan
dua tegangan listrik dan mengubah keluarannya untuk menunjukkan
tegangan mana yang lebih tinggi.
2. Peng+at "emba#i*
"ebuah penguat pembalik menggunakan umpan balik negatif untuk
membalik dan menguatkan sebuah tegangan. esistor f mele!atkan
sebagian sinyal keluaran kembali ke masukan. 7arena keluaran taksefase
sebesar 1 5G maka nilai keluaran tersebut se#ara efektif mengurangi besar
masukan. ni mengurangi bati keseluruhan dari penguat dan disebut dengan
umpan balik negatif.
3. Peng+at n/n0"emba#i*
engan demikian penguat non-pembalik memiliki bati minimum
bernilai 1. 7arena tegangan sinyal masukan terhubung langsung dengan
masukan pada penguat operasional maka impedansi masukan bernilai.
%. Peng+at ,i$erensia#
%enguat diferensial digunakan untuk men#ari selisih dari dua tegangan
yang telah dikalikan dengan konstanta tertentu yang ditentukan oleh nilairesistansi yaitu sebesar 1
3.3 METODOLOGI
3.3.1 "kema &lat
Kelompok 9 1,
-
8/18/2019 bab 3 omp- amp
15/21
PRAKTIKUM 2015/2016 LABORATORIUMMEKATRONIKA
Gambar M3.3.3.1.1 "kema &lat
3.3.2 %er#obaaan !nverting &mplifier
1. $uat rangkaian seperti gambar 1.2. $erikan 1C15 m dengan frekuensi 155 98 f C 157 i C 157 3. +ihat o pada os#illos#ope #atat nilainya4. 9itung dan #atat besarmya penguatan ( out in);. >langi langkah 2 dan 3 dengan i C;7 i C 3 37 i C 2 ;7 i C 257
i C 357.
Gambar M3.3.3.2.1 angkaian %er#obaan !nverting &mplifier
Tabe# M3.3.2.1 %er#obaaan !nverting &mplifier
Kelompok 9 15
15
-
3
15
,
2
Rf F Rf Fi o 0ain
out in%hasaoutput nput
15.555
157 ;7
3 37 2 ;7 257 357
-
8/18/2019 bab 3 omp- amp
16/21
PRAKTIKUM 2015/2016 LABORATORIUMMEKATRONIKA
3.3.3 %er#obaan /on- !nverting &mplifier
1. $uat rangkaian seperti gambar 1.2. $erikan 1C15 m dengan frekuensi 155 98 f C 157 i C 157 3. +ihat o pada os#illos#ope #atat nilainya4. 9itung dan #atat besarmya penguatan ( out in);. >langi langkah 2 dan 3 dengan i C;7 i C 3 37 i C 2 ;7 i C
257 i C 357.
Gambar 3.3.3.3.1 angkain %er#obaan /on- !nverting &mplifier
Tabe# 3.3.2.2 %er#obaan /on- !nverting &mplifier
Kelompok 9 16
-26
3,
Rf
F
Rf Fi o 0ain
out in %hasaOutput nput
15.55
5
157 ;7
3 37 2 ;7 257 357
-
8/18/2019 bab 3 omp- amp
17/21
PRAKTIKUM 2015/2016 LABORATORIUMMEKATRONIKA
3.3.4 %er#obaan Summing amplifier
1. $uat rangkaian seperti gambar 1.2. $erikan 1C15 m dengan frekuensi 155 98 f C 157 1 C 2 C
3 C 157 3. +ihat o pada os#illos#ope #atat nilainya4. 9itung dan #atat besarmya penguatan ( out in);. >langi langkah 2 dan 3 dengan i C;7 i C 3 37 i C 2 ;7 i C
257 i C 357.
Gambar M3.3.3.%.1 angkaian %er#obaan Summing &mplifier
3.% PENGAMATAN DAN ANALISA
3.%.1 Pengamatan
a. n=erting &mplifier
ik ' in C 15 m C 5 51
f C 157
i C 2k i C 37 i C 47 i C ;7 i C 7
it ' out
Kelompok 9 1-
-
8/18/2019 bab 3 omp- amp
18/21
PRAKTIKUM 2015/2016 LABORATORIUMMEKATRONIKA
Vout Vin C
− Rf Ri
out C − ¿ Rf Ri in
C− 10 K
2 K @ 5 51
C¿
− ¿ ;) @ 5 51
C − ¿ 5 5;
Tabe# M3.%.1.2 9asil %ergitungan n=erting amplifier
b. /on-in=erting amplifier
b. n=erting amplifier
ik ' in C 15 m C 5 51
f C 157
i C 27 i C 37 i C 47 i C ;7 i C 7
it ' out
Kelompok 9 1.
Rf
F
Rf Fi o 0ain
out inOutput nput
157
27 - 5 5; 5 51 - ; 37 - 5 533 5 51 - 3 3
47 - 5 52; 5 51 - 2 ; ;7 - 5 52 5 51 - 2
7
- 5 5
1 ,
5 51 - 1 ,
-
8/18/2019 bab 3 omp- amp
19/21
PRAKTIKUM 2015/2016 LABORATORIUMMEKATRONIKA
Vout Vin C
1 + Rf Ri
out C1 + Rf
Ri @ in
51 +
10 K 2 K 6 5 51
5 @ 5 51
C 5 5
Tabe# M3.%.1.1 6abel 9asil %erhitungan /on-in=erting amplifier
3.%.2 Ana#isa%ada praktikum kali ini terdapat perbedaan antara in=erting amplifier dan
non-in=erting amplifier pada in=erting amplifier out dan gainnya bernilai
negatif sedangkan pada non-in=erting amplifier out dan gainnya bernilai positif.
9al ini terjadi karena pada pada inm=erting amplifier in nya masuk melalui
Kelompok 9 19
Rf F
Rf F
i o 0ain
out inOutput nput
157
27 5 5 5 51
37 5 543 5 51 4 3
47 5 53; 5 51 3 ;
;7 5 53 5 51 3
7 5 52 , 5 51 2 ,
-
8/18/2019 bab 3 omp- amp
20/21
PRAKTIKUM 2015/2016 LABORATORIUMMEKATRONIKA
kaki negatif sehingga out in bernilai negatif. "edangkan pada non- in=erting
amplifier in masuk melalui kaki positif sehingga out in bernilai positif .
Kelompok 9 20
-
8/18/2019 bab 3 omp- amp
21/21
PRAKTIKUM 2015/2016 LABORATORIUMMEKATRONIKA
3.& PENUTUP
3.;.1 7esimpulan
&dapun kesimpulan pada praktikum kali ini adalah sebagai berikut'
1. Op-&mp berguna sebagai penguat suatu tegangan.
2. Op-&mp banyak digunakan dalam elektronika yang berdaya rendah.
3. %ada Op-&mp ini kita dapat menghitung besar penguatan dari
tegangan.
4. Op-&mp terdiri dari beberapa jenis yang paling sering digunakan
a. n=erting amplifier b. /on-in=erting amplifier
#. "umming amplifier
3.;.2 "aran
&dapun saran yang harus diperhatikan oleh praktikan adalah sebagai
berikut'
1. %raktikan harus mematuhi peraturan yang ada pada labratorium
mekatonika dan otomasi produksi.
2. %raktikan harus memahami materi yang akan diujikan.
3. %raktikan harus bertanya pada asisten apabila ada yang kurang paham
tentanhg materi yang diujikan.
Kelompok 9 21