SISTEM-SISTEM PENGUAT OPERASIONAL

Transkripsi

1 ELEKTONIKA ANALOG Pertemuan 3 SISTEM-SISTEM PENGUAT OPEASIONAL Penggunaan Penguat Operainal Daar Pengubah tanda atau pembalik Penguat p-amp utk rangkaian inverting daar yg menggambarkan umpan-balik tegangan hunt Jika Z Z maka A vf -, dan tanda dari inyal maukan telah diubah hg rangkaian di ata bertindak bg pembalik fae. Pengubah kala Jika Z /Z k (yaitu kntanta riil) maka A vf k, dan inyal mauk telah dikalikan dgn kala atau faktr k. Penggeer fae Jika Z Z namun berbeda udutnya, maka penguat perainal menggeer fae tegangan atau inyal mauk dan mempertahankan amplitudenya. Penguat Penjumlah dan pembalik Gambar berikut dpt digunakan utk memperleh keluaran yg mrpk kmbinai linier dari ejumlah inyal maukan dengan perubahan tanda pada keluaran.

2 Penguat pembalik perainal bg penambah atau penjumlah Dari rangkaian diperleh: n n i... Dan n n i... Jika n maka )... ( n Penguat Penjumlah dan bukan-pembalik Gambar berikut dpt digunakan utk memperleh keluaran yg mrpk kmbinai linier dari ejumlah inyal maukan dengan tanpa perubahan tanda pada keluaran. Dengan tegangan pd terminal nninverting diperleh dgn cara uperpii. )... ( n n

3 Penguat bukan pembalik bg penambah atau penjumlah Pengubah tegangan ke aru (penguat tranknduki) Utk mengubah inyal tegangan mjd aru yg ebanding (mialnya utk megatur kil defleki dlm tabung televii) dpt digunakan rangkaian pengubah tegangan ke aru atau penguat tranknduki. Jika beban tdk dibumikan dan diganti beban Z L maka rangkaian pd gambar (a) berikut ini mrpk uatu pengubah tegangan ke aru yang baik. Pengubah tegangan ke aru (a) beban mengambang (b) beban Z L di-grund 3

4 Utk maukan tunggal (t), maka aru dalam Z L adl: i L ( t) Jika beban dibumikan, maka gambar (b) dapat digunakan. Jika 3 / / maka: i L ( t) Pengubah aru ke tegangan (penguat tranreitani) angkaian berikut digunakan bg pengubah aru mjd tegangan. Aru dlm 0 dan i mengalir melalui reitani umpan balik hg tegangan keluaran i. Dapat ditambahkan kapaitr C cr paralel thdp utk menurunkan derau pd frekueni tinggi dan kemungkinan ilai. Pengubah aru ke tegangan Pengikut tegangan aru earah (DC) angkaian berikut mendekati pengikut tegangan ideal. Tegangan keluaran akan ama dgn atau atau dgn kata lain keluaran mengikuti maukan. Suatu pengikut tegangan S 4

5 Penguat Diferenial (Penguat Intrumentai) Penguat diferenial ering digunakan utk menguatkan maukan tranduer. Gambar berikut memperlihatkan rangkaian penguat diferenial dgn atu p-amp. Penguat diferenial menggunakan atu p-amp Dengan cara uperpii maka diperleh: / Jika / 3 / 4 maka ) ( Jika diinginkan perlehan diferenial dan CM yg lebih tinggi maka dpt digunakan rangkaian berikut. Dalam hal ini keluaran diperleh: ) ( 5

6 Pengua diferenial yang telah diperbaiki Penguat diferenial ering digunakan utk memperkuat keluaran ebuah jembatan pengindera, pt diperlihatkan pd gambar berikut. Penguat jembatan diferenial Dalam keadaan nrmal, ke empat kaki jembatan mpy yg ama. Namun jika alah atu cabang mpy reitani yg berubah mjd Δ karena uhu atau parameter fiika lainnya, maka tujuan pengukuran adl utk mendapatkan perubahan fraki δ dari harga reitani dari kaki yang aktif, atau δ Δ/. Ad δ 4 δ / Utk perubahan yg kecil (δ << ) maka peramaan di ata mjd: 6

7 Ad δ 4 Penguat Gandeng AC Gambar berikut memperlihatkan rangkaian penguat AC yg ederhana. (a) Penguat umpan-balik digandeng AC (b) angkaian pengganti jika A Tegangan keluaran diperleh dari rangkaian gantinya bb: Dan A v f I / C / C Frekueni 3 db rendah ditentukan leh: f L πc Perlehan dengan umpan-baliknya adl: A v f Filter Aktif Suatu filter-lewat-bawah dpt didekati dgn: Av ( ) A v P ( ) n 7

8 Dengan A v adl perlehan pita tengah dan P n () adl plinmial dlm peubah kmplek dgn nilai-nilai nl di bidang ebelah kiri umbu imanjiner. Gambar berikut memperlihatkan tanggapan frekueni utk filter ideal. Karakteritik filter ideal (a) LPF (b) HPF (c) BPF Filter Butterwrth Mialkan plinmial P n () yg digunakan adl plinmial Butterwrth B n () dimana bearnya B n (ω) diberikan leh: B n ( ) ω ω n Tanggapan filter-lewat-bawah Butterwrth utk berbagai nilai n diperlihatkan pd gambar berikut. Terlihat bahwa emakin bear nilai n maka tanggapan filter emakin mendekati tanggapan filter-lewat-bawah ideal. 8

9 Tanggapan frekueni filter lewat-bawah Butterwrth Jika frekueni dinrmaliai dgn memialkan ω rad/detik maka tabel berikut memberikan plinmial Butterwrth utk n dari hingga 8. Maka mialkan utk n maka fungi pindah filter Butterwrth mjd: ) / ( ) / ( ) ( v v A A ω ω 9

10 Dengan ω πf yg mrpk titik frekueni 3 db tinggi. Sedangkan utk rde pertama (n ) maka fungi pindah filter Butterwrth mjd: Av ( ) A / ω v angkaian pd gambar berikut mrpk filter-lewat-bawah Butterwrth rde dua menggunakan kmpnen aktif berupa penguat perainal. (a) LPF rde kedua (b) LPF rde pertama Perlehan pita-tengahnya adl: A v i Dan A ( ) v A v ( C) (3 A v )( C) Jika fungi pindah filter Butterwrth utk n dinyatakan bg: Av ( ) A ( / ω ) v Maka diperleh: ω C k( / ω ) k 3 atau A v 3 k A v 0

11 Bearan ω diebut dgn frekueni cut-ff. Cnth ancanglah ebuah filter-lewat-bawah Butterwrth rde empat (n 4) dengan frekueni cut-ff khz. Penyeleaian Utk membuat filter-lewat-bawah Butterwrth rde empat, dpt di-kakade-kan dua filter-lewat-bawah Butterwrth rde dua (eperti gambar di ata) hg akan diperleh rangkaian pt pd gambar berikut. Filter lewat-bawah Butterwrth rde ke-empat dengan f khz Dari tabel plinmial Butterwrth diperleh: k 0,765 k,848 Maka: A v A v 3 k 3 0,765,35 A v A v 3 k 3,848,5 Dari peramaan: A v Maka jika dipilih ebarang 0 kω, dgn dmk

12 0,35 0,35 kω Dgn cara yg ama, jika dipilih ebarang 0 kω, dgn dmk 0,5 0,5 kω Utk mendapatkan frekueni cut-ff khz, digunakan peramaan ω C Dapat dipilih nilai kapaitr ebarang, mialnya dipilih kapaitr C 0, μf. Maka akan dpt ditentukan bearnya yg dibutuhkan: ω C f πc 000 π 0, 0,6 kω 6 Filter-lewat-ata rde dua dpt diperleh dari prttipe filter-lewat-bawah dgn tranfrmai: ω lewat bawah ω lewat ata Dengan menukarkan letak dan C pd rangkaian filter-lewat-bawah di ata maka dpt diperleh rangkaian filter-lewat-ata rde. Filter-lewat-pita (bandpa) dpt diperleh dgn kakade filter-lewat-bawah (dgn frekueni cut-ff f H ) dan filter-lewat-ata (dgn frekueni cut-ff f L ), aalkan f H < f L.

13 Filter-pita-tlak (band-reject) mpy tanggapan ideal pt diperlihatkan pd gambar berikut. Tanggapan filter-pita-tlak (band-reject) ideal Filter-pita-tlak (band-reject) dpt diperleh dgn menghubung paralel filter-lewatbawah (dgn frekueni cut-ff f H ) dan filter-lewat-ata (dgn frekueni cut-ff f L ), aalkan f H < f L. Perhatikan gambar berikut. Kmbinai paralel filter lewat-bawah dan lewat-ata menghailkan filter pita-tlak Pengubah Digital ke Analg (D/A Cnverter atau DAC) Keluaran dari N bit DAC diberikan leh peramaan berikut: 3

14 ( a N N a N a N N a 4 N a... N 3 a... N a a a ) Dengan adl faktr perbandingan yg ditentukan leh parameter item dan kefiien a n mewakili andi biner dimana a n atau 0 jika bit-ke-n atau 0. Bit dgn bbt N- diebut Mt Significant Bit (MSB) dan terkait dgn a N-. Bit dgn bbt 0 diebut Leat Significant Bit (LSB) dan terkait dgn a 0. Mialkan andi terdiri ata 5 bit (N 5), maka peramaan di ata mjd: (6a 4 8a 3 4a a a 0 ) Utk penyederhanaan, mialkan hg: 6a 4 8a 3 4a a a 0 Maka jika a 0 dan a yg lain ama dgn nl, diperleh. Jika a dan a yg lain ama dgn nl, diperleh. Jika a 0 a dan a yg lain ama dgn nl, diperleh 3. Dmk eterunya. Gambar berikut memperlihatkan ebuah DAC. N a N DAC dengan tahanan berbbt biner 4

15 Ktak S 0, S, S,..., S N- adl penyambung elektrnik terkendali digital. Jika muncul pd bari MSB maka penyambung S N- terabung ke tahanan pd tegangan acuan. Jika MSB 0 maka penyambung terhubung ke bumi. Jika MSB dan bit yg lain emuanya nl maka aru yg melalui tahanan adl: I / Dan keluarannya mjd: / Jika LSB 0 dan bit yg lain emuanya nl maka aru yg melalui tahanan N- 4 6 adl: I / 6 Dan keluarannya mjd: / 6 Jika kelima bit ama dengan maka keluaran mjd: (6 8 4 ) Terlihat bahwa keluaran tegangan analg ebanding dengan maukan digital. angkaian berikut memperlihatkan alah atu penyambung elektrnik terkendali digital yg dpt digunakan. Dua maukan gerbang Q dan Q beraal dari MOSFET S- Flip-Flp utk diubah ke ebuah bilangan analg. Bit akan membuat Q dan Q 0 dan berarti tranitr Q hidup hg menghubungkan reitr ke tegangan acuan (pd rangkaian DAC); dlm hal ini tranitr Q mati.. Bit 0 akan membuat Q 0 dan Q dan berarti tranitr Q hidup hg menghubungkan reitr ke grund; dlm hal ini tranitr Q mati. 5

16 Penyambung (aklar) terkendali digital Pengubah Analg ke Digital (A/D Cnverter atau ADC) Salah atu rangkaian ADC diperlihatkan pd gambar berikut. ADC kmparatr-paralel-3-bit 6

17 Tegangan analg a diberikan cr erentak pd ederetan kmparatr ambang yg bereliih ama (tegangan acuan /8, /8, dt). Tabel kebenaran rangkaiannya bb. Maukan Keluaran W 7 W 6 W 5 W 4 W 3 W W Y Y Y Kmparatr dpt menggunakan AMD 686A Advanced Micr Device, enkder dapat menggunakan TI-47. 7