Modul VII Operasional Amplifier

Transkripsi

1 0 Page Hal. 1

2 Modul VII Operasional Amplifier 1. Tujuan Praktikum Mempelajari kerja op-amp sebagai penguat Mempelajari kerja op-amp sebagai pembanding (komparator). Mempelajari integrasi dan diferensiasi bentuk gelombang sinusoidal dan nonsinusoidal serta pengaruhnya terhadap amplitudo dan sudut fasanya 2. Poin-poin Dasar Teori Mengetahui karakteristik op-amp Mengetahui simbol dan rangkaian dalam op-amp Mengetahui apa itu tegangan offset dalam op-amp Mengetahui jenis-jenis rangkaian op-amp Mengetahui istilah unity gain untuk rangkaian inverting dan non-inverting Mengetahui cara kerja rangkaian komparator Mengetahui cara kerja rangkaian penguat Mengetahui istilah unity gain untuk rangkaian diferensiator dan integrator Mengetahui cara kerja rangkaian diferensiator dan integrator 3. Dasar Teori Operational Amplifier atau op-amp adalah sebuah devais penguat teganan yang umumnya digunakan dengan komponen eksternal seperti resistor atau kapasitor pada terminal input dan outputnya. Dengan mengkombinasikan penggunaan resistor, kapasitor, atau keduanya, op-amp dapat melakukan berbagai fungsi atau operasi [1]. Op-amp umumnya terintegrasi dalam suatu Integrated Circuit (IC), beberapa contoh IC op-amp adalah LM741, LM311, dan beberapa variasi dari keduanya bisa dari catu dayanya (single power supply atau dual power Hal. 2

3 supply) atau dari banyaknya op-amp dalam satu IC (single, dual, atau quadruple). Op-amp umumnya dianalisis sebagai op-amp ideal, hal ini memungkinkan karena IC op-amp pada umumnya berfungsi layaknya op-amp ideal. Op-amp ideal memiliki tiga terminal penting yaitu Inverting Input, umumnya diberi tanda minus (-); Non-inverting Input, umumnya diberi tanda plus (+); dan Output. IC op-amp sebenarnya juga memiliki dua terminal untuk power supply, Vcc+ dan Vcc- untuk Dual Power Supply Op-Amp atau Vcc+ dan GND untuk Single Power Supply Op-Amp. Gambar 1. Rangkaian ekuivalen op-amp Berikut karakteristik op-amp ideal yang berguna dalam menganalisis operasi kerja suatu op-amp [2] : 1. Gain tegangan tak berhingga. 2. Impedansi masukan tak berhingga. 3. Impedansi keluaran bernilai nol. 4. Bandwidth tak berhingga. 5. Tegangan offset sebesar nol. Gambar 2. Rangkaian Dalam Op-amp IC 741 Hal. 3

4 Penggunaan op-amp paling umum adalah sebagai penguat. Ada dua jenis penguat yang dapat dibuat dengan op-amp. Pertama, ada rangkaian penguat pembalik (inverting amplifier), penguat ini selain menguatkan sinyal masukan juga mengubah fasanya sebesar 180 derajat atau membalik fasanya. Kedua, ada rangkaian penguat tidak membalik (non-inverting amplifier) yang menguatkan sinyal masukan tanpa mengubah fasanya. Untuk menganalisis rangkaian tersebut dapat digunakan hukum Kirchhoff untuk arus (KCL). Gambar 3. Gambar rangkaian penguat inverting dan noninverting Selain sebagai penguat tegangan, IC op-amp umumnya digunakan juga sebagai komparator. Komparator dapat membandingkan masukan pada inverting input dan noninverting input. Hal yang terjadi adalah selisih tegangan pada kedua masukan dikuatkan sesuai dengan penguatan tegangan lup terbuka (open loop gain). Umumnya penguatan tersebut lebih besar dari 100 sehingga yang terjadi adalah tegangan output menjadi tersaturasi, hanya ada dua kemungkinan keluaran yaitu tegangan positif mendekati Vcc positif dan tegangan negatif mendekati Vcc negatif. Gambar 4. Rangkaian Integrator Ideal dan Diferensiator Ideal Hal. 4

5 Selain menggunakan resistor sebagai komponen eksternal dari sebuah rangkaian op-amp, umumnya sebuah kapasitor juga dapat digunakan. Kapasitor yang dapat melewatkan arus sesuai dengan perubahan tegangan terhadap waktu (diferensiasi) dapat membuat rangkaian op-amp yang dikenal sebagai diferensiator dan integrator. Rangkaian pada gambar di atas adalah rangkaian Integrator dan Diferensiator. Rangkaian ini dapat melakukan operasi layaknya integral atau differensial terhadap suatu gelombang masukan. Rangkaian ini memiliki suatu frekuensi transisi dimana terjadi pemisahan frekuensi saat gelombang diberi penguatan dan saat gelombang dilakukan integrasi/diferensiasi. Diferensiator Ideal nyatanya tidak digunakan secara praktik karena rentannya terhadap high frequency noise yang akan dikuatkan dengan sangat tinggi, karena respons frekuensi dari rangkaian diferensiator ideal yang semakin diperkuat saat frekuensi tinggi [3]. Gambar 5. Hasil Gelombang Terdiferensiasi dari Input Pulsa DC Hal. 5

6 4. Praktikum Rangkaian Penguat Pembalik (Inverting Amplifier) 1. Buatlah rangkaian seperti gambar di atas! Gunakan resistansi R1 senilai 1K dan resistansi R2 senilai 10K. 2. Buatlah gelombang dengan amplituda sebesar 10 mvpp pada Signal Generator dengan frekuensi 100 Hz. 3. Perhatikan nilai tegangan output yang tertera pada osiloskop dan catat nilainya. 4. Ulangi langkah kedua dan ketiga dengan resistansi R2 senilai 100K. Hal. 6

7 Rangkaian Penguat Tidak Membalik (Noninverting Amplifier) 1. Buatlah rangkaian seperti gambar di atas! Gunakan resistansi R1 senilai 1K dan resistansi R2 senilai 10K. 2. Buatlah gelombang dengan amplituda sebesar 10 mvpp pada Signal Generator dengan frekuensi 100 Hz. 3. Perhatikan nilai tegangan output yang tertera pada osiloskop dan catat nilainya. 4. Ulangi langkah kedua dan ketiga dengan resistansi R2 senilai 100K. Hal. 7

8 Rangkaian Pembanding (Comparator) 1. Buatlah rangkaian seperti gambar di atas! 2. Variasikan nilai Vin sebesar 1V, 2V, 3V, 4V, 5V, dan 6V. 3. Amati yang terjadi pada kedua LED Rangkaian Integrator 1. Buatlah rangkaian seperti gambar di atas! Gunakan R9 sebesar 1K dan R10 sebesar 10K, C1 sebesar 10nF dan Power Supply sebesar +/-15V Hal. 8

9 2. Aturlah generator sinyal agar mengeluarkan gelombang persegi dengan V = 3 Vp-p dan frekuensi sebesar 10 Hz 3. Amati gelombang masukan dan keluarannya pada osiloskop 4. Ulangi langkah 2 dan 3 untuk frekuensi sebesar 14kHz 5. Ulangi langkah 2, 3, dan 4 untuk gelombang segitiga dan sinusoidal 6. Ubah resistansi R10 menjadi 22K, dan ulangi langkah 2, 3, 4, dan 5 Rangkaian Diferensiator 5. Daftar Pustaka 1. Buatlah rangkaian seperti gambar di atas! Gunakan R11 sebesar 10K dan R12 sebesar 100K, C1 sebesar 100nF dan Power Supply sebesar +/-15V 2. Aturlah generator sinyal agar mengeluarkan gelombang persegi dengan V = 3 Vp-p dan frekuensi sebesar 10 Hz 3. Amati gelombang masukan dan keluarannya pada osiloskop 4. Ulangi langkah 2 dan 3 untuk frekuensi sebesar 14kHz 5. Ulangi langkah 2, 3, dan 4 untuk gelombang segitiga dan sinusoidal 6. Ubah resistansi R11 menjadi 22K, dan ulangi langkah 2, 3, 4, dan Hal. 9

10 Modul VIII Filter Aktif 1. Tujuan Praktikum Praktikan dapat mengetahui fungsi dan kegunaan dari sebuah filter. Praktikan dapat mengetahui karakteristik sebuah filter. Praktikan dapat membuat suatu filter aktif dengan karakteristik yang diinginkan. 2. Poin-poin Dasar Teori Pengertian Dasar Filter elektronik Pengertian Filter Ideal Jenis Filter berdasarkan komponennya Jenis Filter berdasarkan frekuensi yang diloloskan Cara kerja filter secara umum 3. Dasar Teori Filter aktif RC adalah rangkaian pemilah frekuensi yang komponen-komponen pasifnya terdiri dari tahanan ( R ), kapasitor ( C ) dan Op Amp sebagai komponen aktifnya. Tidak digunakannya induktansi merupakan suatu keuntungan terutama dalam fabrikasi rangkaian terpadu. Ada empat jenis filter yang mempunyai tanggapan frekuensi ideal seperti ditunjukkan pada gambar 1 dibawah ini: Hal. 10

11 Respon frekuensi filter ideal tersebut ialah dari jenis: A. Lewat bawah (Low Pass), keluaran filter (yang mungkin merupakan penguatan), yang dinyatakan oleh H(j2f) muncul untuk frekuensi-frekuensi rendah, dalam gambar ditunjukkan dari frekuensi nol sampai frekuensi batas atas fh. B. Lewat pita (Band Pass), keluaran filter yang dinyatakan oleh H(j2f) muncul untuk frekuensi-frekuensi antara frekuensi batas bawah f1 dan frekuensi batas atas f2. C. Lewat atas (High Pass), keluaran filter yang dinyatakan oleh H(j2f) muncul untuk frekuensi-frekuensi antara frekuensi batas bawah f1 dan frekuensi batas atas tak terhingga. D. Eliminasi pita / penolakan pita (Band Rejection), keluaran filter yang dinyatakan oleh H(j2f) tidak muncul untuk frekuensi-frekuensi antara frekuensi batas bawah f1 dan frekuensi batas atas f2. Pada kenyataannya, tanggapan frekuensi sebuah filter tidak seideal seperti yang ditunjukkan pada gambar 1. Tanggapan H(j2f) tidak tetap besarnya, bervariasi antara harga maksimum H0 dan H1. Beda antara H0 dan H1 dinamakan kerutan (ripple). Untuk lebih jelasnya pada gambar 2 akan terlihat karakteristik yang Hal. 11

12 sesungguhnya dari suatu filter lewat bawah (Low Pass). Jika melihat bentuk konfigurasi rangkaiannya, Filter aktif dapat dibedakan menjadi : 1. Filter Butterworth, merupakan filter yang keluarannya dapat mengurangi atenuasi, seiring dengan bertambahnya orde dari filter tersebut. 2. Filter Chebyshev, merupakan filter yang keluarannya dapat mengurangi ripple, seiring dengan bertambahnya orde dari filter tersebut. 3. Filter Bassel, merupakan filter yang keluarannya dapat mengurangi perbedaan fasa, seiring dengan bertambahnya orde dari filter tersebut. 4. Filter Sallen Key, merupakan filter aktif, yang digunakan untuk orde genap (n = 2,4,6,..) sehingga dapat langsung menghasilkan orde 2 (atau kelipatannya) dan dapat menghemat pemakaian komponen lainnya. Hal. 12

13 4. Langkah Percobaan Low Pass Filter Rangkaian Percobaan Langkah Percobaan Susun rangkaian seperti pada gambar. Pasang function generator dengan mode gelombang sinusoidal pada kanal input dan oscillator pada kanal output. Beri catu daya pada rangkaian, catat level tegangan dan frekuensi yang tertera pada oscilloscope untuk masukan frekuensi yang berbeda. Peralatan Percobaan Function generator Oscilloscope Protoboard dan kabel penghubung DC power supply Komponen: Resistor: 220Ω/1W (2); 100Ω/2W (1); 100kΩ/0,5W (1) Kapasitor: 0,1μF/400V (2) Op Amp (1) Hal. 13

14 High Pass Filter Rangkaian Percobaan Langkah Percobaan Susun rangkaian seperti pada gambar. Pasang function generator dengan mode gelombang sinusoidal pada kanal input dan oscillator pada kanal output. Beri catu daya pada rangkaian, catat level tegangan dan frekuensi yang tertera pada oscilloscope untuk masukan frekuensi yang berbeda. Peralatan Percobaan Function generator Oscilloscope Protoboard dan kabel penghubung DC power supply Komponen: Resistor: 220Ω/1W (2); 2,2kΩ/2W (2); 100Ω/2W (1); 100kΩ/0,5W (1) Kapasitor: 0,1μF/400V (4) Op Amp (2) Hal. 14

15 Band Reject Filter Rangkaian Percobaan Langkah Percobaan Susun rangkaian High Pass dan Low Pass secara seri. Pasang function generator dengan mode gelombang sinusoidal pada kanal input dan oscillator pada kanal output. Beri catu daya pada rangkaian, catat level tegangan dan frekuensi yang tertera pada oscilloscope untuk masukan frekuensi yang berbeda. Peralatan Percobaan Function generator Oscilloscope Protoboard dan kabel penghubung DC power supply Komponen: Resistor: 220Ω/1W (2); 2,2kΩ/1W (2); 100Ω/2W (1); 100kΩ/0,5W (1) Kapasitor: 0,1μF/400V (4) Op Amp (2) 6. Daftar Pustaka Sutanto, Rangkaian Elektronika Analog dan Terpadu. Millman, Jacob & Arvin Grabel, Microelectronics. Millman, Jacob & Christos Halkias, Integrated Electronics. Hal. 15

16 Modul IX Aplikasi Rangkaian Elektronika 1. Tujuan Praktikum Mengetahui fungsi dan pengertian komponen diskrit pada rangkaian elektronika Mengetahui intergrasi beberapa komponen sebagai fungsi tertentu Mampu merancangan sebuah sistem elektronika dengan software simulator 2. Dasar Teori Lampu Otomatis dengan LDR dan Relay Salah satu aplikasi rangkaian elektronika yang dapat digunakan sehari-hari adalah lampu otomatis. Penggunaan lampu otomatis ini dapat meringankan beban manusia serta penghematan energi listrik. Lampu otomatis akan menyala pada saat intensitas cahaya yang diterima sensor sangat rendah, dan berlalu sebaliknya. Sensor cahaya yang digunakan pada rangkaian ini adalah LDR, yaitu resistor yang bersifat variabel berdasarkan pada intersitas cahaya yang diterimanya. Saat LDR berintensitas terang, resistansi akan mengalami penurunan sampai mendekati nol, dan berlaku sebaliknya. Pada Op-Amp digunakan sebagai komponen komparator yang membandingkan antara tegangan pada inverting dengan tegangan pada noninverting. Sinyal keluaran pada Op-Amp akan menjadi trigger pada BJT untuk mengontrol lilitan medan magnet pada relay sehingga lampu dapat menyala ataupun mati. Driver Motor dengan Optocoupler Driver motor merupakan rangkaian elektronika yang menghubungkan mikrokontroler dengan motor yang berfungsi untuk mengontrol arah dan kecepatan motor berdasarkan sinyal PWM dan GPIO dari mikrokontroler. Komponen utama dari driver motor adalah 4 buah MOSFET sebagai full bridge dengan 2 buah bertipe N-channel dan 2 buah bertipe P-channel. Selain itu rangkaian driver motor perlu ditambah sistem proteksi yang menjaga mikrokontroler dari gangguan. Salah satunya adalah dengan mengisolasi antara mikrokontroler denngan motor dengan Hal. 16

17 memanfaatkan sifat optik dari LED pada optocoupler. Penguatan sinyal pada optocoupler bersifat inverting dimana input berketerbalikan terhadap output. Sehingga perlu berhati-hati saat mikrokontroler dalam kondisi idle. Timer dengan IC555 IC555 merupakan komponen integrated circuit yang banyak digunakan untuk menghasilkan pulsa digital sebagai timer dengan frekuensi tertentu. IC 555 terdiri atas 3 bagian penting yaitu: 1. Komparator 2. Resistor Voltage Divider 3. Flip-Flop Pada implementasinya IC555 dapat digunakan pada 3 mode yaitu : 1. Astable 2. Monostable 3. Bistable Salah aplikasi yang banyak digunakan IC555 adalah penghasil pulse width modulation (PWM) dengan pengaturan nilai duty cycle berdasarkan pada nilai kapasitansi dan resistasi Hal. 17

18 3. Langkah Percobaan Lampu Otomatis Dengan R1 = 10k Rpot = 100k R2 = 10k Op Amp = CA3148 R3 = 10K BJT = BC548 VCC = 15V Beban = Lampu AC 220V LDR Relay = OJ-SH-105HM Dicuplik dan di-edit dari: 1. diakses pada tanggal 15/03/16 pukul 22:34. Hal. 18

19 Penggerak Motor Komponen R = 10K, 22K, 47K, 330 Q1 Q2 = IRF9530 Q3 Q4 Q5= IRF530 OPTO = 4N25 Dicuplik dan di-edit dari: 1. Skematik KRPAI Beroda Tim Robotika UI oleh M. Aldo Setiawan S.Si 2. Diakses pada tanggal 16/03/16 pukul Hal. 19

20 IC 555 Pengendali Motor Stepper Komponen R = 1k, 330Ohm IC = NE555, 4017 Rpot = 1k C = 100uF BJT = BC547 Stepper Unipolar Dicuplik dan di-edit dari: 1. Engineersgarage.com/tutorials/555-timer-ic-introduction-basics-working-differentoperating-modes Hal. 20

21 Modul X Proyek Akhir Tahapan: 1. Pembagian Kelompok dan Mentor (1 April 2016) 2. Proposal (Deadline 17 April 2016). Dikirim ke laboratoriumelektronikaui@gmail.com, dengan format Kelompok00_NamaMentor_Judul.pdf 3. Feedback (18-21 April 2016) 4. Simulasi Software (Proteus) (25 29 April 2016). Sebelum simulasi, komunikasikan terlebih dahulu dengan mentor terkait kapan waktunya. 5. Simulasi Hardware (Breadboard) => optional (25 29 April 2016) 6. PCB (Solder dan/ Etching) => Etching dapat nilai lebih tinggi (30 April 10 Mei 2016). E-Lab UI bekerja sama dengan Exercise dalam mengadakan training etching. 7. Persentasi (9-11 Mei 2016). Buat Power Point berdasarkan Proposal dan ditambahkan kekurangan dan kelebihan alat. 8. Pameran (20 Mei 2016)* Isi Proposal: 1. Cover 2. Latar Belakang 3. Tujuan Alat 4. Skematik 5. Daftar Komponen 6. Cara Kerja 7. Pembagian Tugas Hal. 21

22 SOP Terkait Proyek Akhir: Judul proyek tidak boleh sama Tujuan alat bebas, yang penting aplikatif. Alat terdiri dari minimal 3 modul Praktikum RE kecuali Dioda. Dioda hanya diterima apabila menerapkan FWRC, Clipper dan Clamper. Jika ingin melakukan simulasi atau merangkai di dalam lab, juga harus menghubungi mentor terkait. TIDAK BOLEH MASUK LAB TANPA IZIN ASLAB!!! Setiap akan memakai alat lab, diwajibkan menghubungi mentor terkait terlebih dahulu dan mengisi form pemakaian alat. Hal. 22