KARYA TULIS ILMIAH MENGETAHUI DAN MENGANALISA KELUARAN PENGUAT INTEGRATOR (INTEGRATOR AMPLIFIER)

Transkripsi

1 KARYA TULIS ILMIAH MENGETAHUI DAN MENGANALISA KELUARAN PENGUAT INTEGRATOR (INTEGRATOR AMPLIFIER) Ir. Ida Bagus Sujana Manuaba, M.Sc Nyoman Wendri, S.Si., M.Si JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA 2015 i 1

2 HALAMAN PENGESAHAN KARYA TULIS ILMIAH ii

3 ABSTRAK Mempelajari dan Menganalisa Keluaran Penguat Integrator ( Integrator Amplifier) ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu : komponen-komponen elektronika yang dipergunakan dalam rangkaian sperti Resistor, IC OP-Amp, IC Op-Amp yang di gunakan adalah IC LM741. Sebelum melakukan pengambilan data maka IC Op-Amp harus dibuat keluarannya harus nol (0) sebelum diberikan input dengan cara mengeset opset nol dari I C Op-Amp. Setelah opset nol di dapat maka baru dilakukan pengambilan data. Hasil percobaan dan pengolahan data yang telah dilakukan maka didapatkan hasil Pada percobaan 1 dengan penguatan 3 kali, diberikan tegangan input sebesar 2.05 Volt, dengan persentase kebenaran praktikum mencapai 99,69%, Pada percobaan 2 dengan penguatan 2 kali, diberikan tegangan input sebesar 3 Volt, dengan persentase kebenaran praktikum mencapai 99,64%, Pada percobaan 3 dengan penguatan 15 kali, diberikan tegangan input sebesar 0.53 Volt, dengan persentase kebenaran praktikum mencapai 99,72 %, Pada percobaan 4 dengan penguatan 4 kali, diberikan tegangan input sebesar 0.62 Volt, dengan persentase kebenaran praktikum mencapai 99,43%, Pada percobaan 5 dengan penguatan 5 kali, diberikan tegangan input sebesar 0.88 Volt, dengan persentase kebenaran praktikum mencapai 99,63%. iii

4 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena berkat-nyalah penyusun makalah karya tulis dengan judul : Mempelajari dan Menganalisa Keluaran Penguat Integrator (Integrator Amplifier). Terwujudnya Karya tulis ini tidak dapat terlepas dari bantuan berbagai pihak, sehingga pada kesempatan yang baik ini dengan segala ketulusan hati penulis menghanturkan terima kasih sedalam-dalamnya kepada yang terhormat : Bapak Ir. S Poniman,M.Si selaku Ketua Jurusan Fisika pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana Bukit Jimbaran. Bapak Drs. Ida Baugus Made Suaskara, M.Si, selaku Dekan Fakultas MIPA Universitas Udayana Bapak-Bapak serta Ibu-Ibu dosen Jurusan Fisika di lingkungan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana yang telah memberikan bekal ilmu pengetahuan sehingga makalah ini dapat terselesaikan. Akhirnya mengingat keterbatasan pengetahuan yang dimiliki, maka penulis menyadari bahwa makalah ini belum sempurna. Oleh karenanya, pada kesempatan ini penulis juga senantiasa mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun yang dapat membawa kebaikan bagi semua pihak. Bukit Jimbaran, Desember 2015 Penulis iv

5 DAFTAR ISI LEMBAR JUDUL.. LEMBAR PENGESAHAN... ABSTRAK.. KATA PENGANTAR DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR.. DAFTAR TABEL.. BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan. BAB II TINJAUAN TEORI Penguat Operasional Penguat Integrator.... BAB III METODOLOGI 3.1. Alat dan Bahan Prosedure Percobaan BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Perhitungan Hasil Percobaan 4.3. Perhitungan Ralat Pembahasan Halaman i ii iii iv v vi vii BAB V KESIMPULAN.. 16 DAFTAR PUSTAKA v

6 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Simbol Penguat Operasional Pada Gambar Sirkuit Listrik... Gambar 2.2. Op-Amp dalam Bentuk IC Gambar 2.3. Rangkaian Op-Amp..... Gambar 2.4. Rangkaian Integrator... Halaman vi

7 DAFTAR TABEL Tabel 4.1. Tabel Percobaan 1 dan Percobaan 2.. Tabel 4.2. Tabel Percobaan 3 dan Percobaan 4... Tabel 4.3. Tabel Percobaan 5. Halaman vii

8 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Elektronika meupakan ilmu yang mempelajari dasar dasar fisika, peralatan dan pemakaian komponen-komponen yang berdasarkan sifat mengalirnya elektron didalamnya. Rangkaian elektronika adalah gabungan komponen-komponen listrik dan komponen elektronika yang membentuk rangkaian tertentu. Misalnya rangkaian diode dapat dipergunakan sebagai rangkaian penyearah, rangkaian transistor dapat dipergunakan sebagai rangkaian penguat arus, rangkaian penguat terpadu (rangkaian penguat operasional), Rangkaian Terpadu Penguat Operasional (Op-Amp) memberikan sifat-sifat penguatan yang ideal. Penggunaan dari rangkaian Op-Amp meliputi : penguat pembalim ( Invertin), penguat tak membali ( Non-Inverting), rangkaian integrator, rangkaian differensiator, rangkaian penjumlahan, rangkaian penguat instrumentasi. Penggunaan dari Op-Amp disesuaikan dengan kebutuhan keluaran yang dipelukan. Jika input sangat kecil (mikro volt) serta memerlukan keluaran yang besar, maka rangkaian yang diperlukan adalah rangkaian Op-Amp Intrumentasi. Rangkaian penguat instrumentasi menggunakan tiga Op-Amp. Buku-buku perkuliahan elektronika telah banyak memberikan teori tentang cara menghitung keluaran dari suatu Op-Amp, tapi tinjuannya adalah suatu Op-Amp yang sangat ideal, tetapi dalam prakteknya membuat sebuah rangkaian dibutuhkan ketelitian dan kecermatan dalam memilih komponen-kompone elektronikanya. Semakin banyak komponen elektronika yang dipergunakan maka diperlukan kecermatan dan ketelitian dalam pemilihan komponen-komponen elketronikanya. Melihat hal tersebut maka dalam makalah ini penulis mengangkat judul Mempelajari dan Menganalisa Keluaran Penguat Instrumentasi (Instrumentation Amplifier) 1.2. Tujuan 1. Mengetahui dan menganalisa fungsi komponen-komponen yang digunakan dalam penguat integrator (integrator amplifier). 2. Menganalisa tegangan keluaran dari rangkaian penguat integrator ( integrator amplifier). 1

9 BAB II TINJAUAN TEORI 2.1. Penguat Operasional Penguat operasional ( operational amplifier) atau yang biasa disebut op-amp merupakan suatu jenis penguat elektronika dengan sambatan (coupling) arus searah yang memiliki bati ( faktor penguatan atau gain) sangat besar dengan dua masukan dan satu keluaran. Simbol penguat operasional pada rangkaian seperti pada, (Gambar 2.1) di mana: Gambar 2.1 Simbol penguat operasional pada gambar sirkuit listrik. : masukan non-pembalik : masukan pembalik : keluaran : catu daya positif : catu daya negatif Op-amp biasanya dikemas di dalam suatu IC ( Integrated Circuit). Satu IC bisa berisi satu atau empat op-amp biasanya (Gambar 2.2). Gambar 2.2 Op-Amp dalam bentuk IC. 2

10 Penguat operasional adalah perangkat yang sangat efisien dan serba guna. Contoh penggunaan penguat operasional adalah untuk operasi matematika sederhana seperti penjumlahan dan pengurangan terhadap tegangan listrik hingga dikembangkan kepada penggunaan aplikatif seperti komparator dan osilator dengan distorsi rendah. Penguat operasional dalam bentuk rangkaian terpadu memiliki karakteristik yang mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat di dalamnya. Karakteristik penguat operasional ideal adalah (Gambar 2.3) : 1. Bati tegangan (gain) (dalam gambar ditunjukkan dengan a) tidak terbatas. 2. Impedansi masukan tidak terbatas. 3. Impedansi keluaran nol. 4. Lebar pita tidak terbatas. 5. Tegangan offset null (keluaran akan nol jika masukan nol). Gambar 2.3 Rangkaian op-amp. Karakteristik ini memudahkan perancangan misalnya kita dapat membuat penguat dengan gain open loop yang tinggi dan stabil antara 1 sampai 1000 atau lebih. Sedangkan keuntungan dari tahanan input yang sangat tinggi adalah Op-Amp menyita arus yang sangat kecil sehingga tidak membebani rangkaian yang dihubungkan ke input Op-Amp. Sedangkan tahanan output yang besar berarti Op-Amp dapat menggerakan beban tanpa terbebani. Tapi Op-amp adalah penguat sinyal bukan penguat daya sehingga tidak dapat langsung dihubungkan ke beban dengan arus yang besar seperti loudspeaker atau motor secara langsung. 3

11 2.2 Penguat Integrator (Integrator Amplifier) Sebuah integrator adalah rangkaian yang menyelenggarakan operasi integrasi secara matematik karena dapat menghasilkan tegangan keluaran yang sebanding dengan integral masukan. Pemakaian yang umum ialah mengguanakan tegangan masukan yang tetap untuk mengahasilkan tegangan keluaran berbentuk lereng (ramp). Sebuah lereng adalah tegangan yang mendaki atau menurun secara linier. Gambar 2.4 Rangkaian integrator. Penguat ini mengintegrasikan tegangan masukan terhadap waktu, dengan persamaan: (2.1) Dimana: waktu (detik) tegangan keluaran pada Sebuah integrator dapat juga dipandang sebagai tapis pelewat-tinggi dan dapat digunakan untuk rangkaian tapis aktif. 4

12 BAB III METODOLOGI 3.1. Alat dan Bahan Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah IC LM741, Resistor 1Kohm, Potensio 10 Kohm, Kapasitor F, F, 47 F, F, F, Project board, Kabel, Catu daya keluaran +15V,-15V,+5V,-5V, Multimeter, Stopwatch dan Jepit buaya 3.2. Prosedur Percobaan 1. Rangkaian offset null dirangkai dan dipastikan menghasilkan tegangan keluaran yang bernilai nol pada IC LM Rangkaian penguat integrator dirangkai seperti pada Gambar Rangkaian pembagi tegangan dirangkai untuk digunakan sebagai input rangakian penguat. 4. Kapasitor harus dipastikan pada keadaan kosong/tanpa muatan ketika digunakan. 5. Tegangan harus keluaran benilai nol ketika input belum dihubungkan. 6. Tegangan input yang akan dicatat terlebih dulu. 7. Input dihubungkan bersamaan pada rangkaian penguat dengan waktu dimulai/stopwatch dijalankan. 8. Pada saat waktu tertentu, tegangan keluaranyang ditunjukkan pada multimeter dicatat sebagai data pengamatan. 9. Percobaan dilakukan sebanyak 50 kali, dimana terdapat 5 nilai penguatan yang berbeda dan setiap penguatan memiliki 10 tegangan input yang bervariasi. 10. Variasi penguatan diperoleh dengan mengganti kapasitor. 5

13 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil Hasil pengamatan seperti terlihat pada Tabel 4.1, Tabel 4.2 dan Tabel 4.3. Tabel 4.1. Tabel percobaan 1 dan percobaan 2 Percobaan 1 Percobaan 2 Ri = Ri = C = F C = F Vin = 2.05 Volt Vin = 3.00 Volt No t (sekon) Vo Vo/Vi No t (sekon) Vo Vo/Vi Tabel 4.2. Tabel percobaan 3 dan percobaan 4 Percobaan 3 Percobaan 4 Ri = Ri = C = 47 F C = F Vin = 0.53 Volt Vin = 0.62 Volt No t (sekon) Vo Vo/Vi No t (sekon) Vo Vo/Vi

14 Tabel 4.3. Tabel percobaan 5 Percobaan 5 Ri = C = F Vin = 0.88 Volt No t (sekon) Vo Vo/Vi Perhitungan Hasil Percobaan Penentuan untuk data yang pertama pada percobaan 1: Diketahui: = , = F, = 2.05 Volt, = detik Penyelesaian: Dengan cara yang sama, maka diperoleh perbandingan antara hasil perhitungan dengan hasil pengamatan sebagai berikut: 7

15 Percobaan 1 Percobaan 2 No perhitungan pengamatan Selisih No perhitungan pengamatan Selisih Percobaan 1 Percobaan 2 No perhitungan pengamatan Selisih No perhitungan pengamatan Selisih Percobaan 5 No perhitungan pengamatan Selisih

16 4.3. Perhitungan Ralat 1. Ralat keraguan untuk penguatan pada percobaan I No Ralat nisbi = Ralat praktikum = 9

17 2. Ralat keraguan untuk penguatan pada percobaan II No Ralat nisbi = Ralat praktikum = 10

18 3. Ralat keraguan untuk penguatan pada percobaan III No Ralat nisbi = Ralat praktikum = 11

19 4. Ralat keraguan untuk penguatan pada percobaan IV No Ralat nisbi = Ralat praktikum = 12

20 5. Ralat keraguan untuk penguatan pada percobaan V No Ralat nisbi = Ralat praktikum = 4.4. Pembahasan Pada praktikum ini terdapat beberapa tujuan, yaitu untuk menghitung penguatan yang dihasilkan dari rangkaian penguat integrator dan menganalisa hasil penguatan tersebut. Rangkaian integrator merupakan rangkaian yang memiliki nilai output yang dihasilkan dari integrasi nilai input terhadap waktu. Rangkaian integrator sama dengan rangkaian penguat membalik ( inverting amplifier), tetapi hanya dengan menggantikan feedback resistor dengan sebuah kapasitor. 13

21 Pada percobaan ini, dilakukan pengambilan data sebanyak lima puluh kali, dengan lima penguatan yang berbeda-beda pada setiap sepuluh data. Dalam hal ini digunakan variasi pada kapasitor, dan resistor input. Cara kerja dari rangkaian integrator ini adalah sebagai berikut. Yang pertama, dipastikan kapasitor yang digunakan pada rangkaian tersebut tidak bermuatan atau kosong. Karena dalam hal ini diinginkan pengambilan data dimulai dari pada saat, maka agar mendapatkan hasik data yang terbaik. Kemudian input diberikan pada rangkaian, dan pada saat waktu tertentu, outputnya dicatat. Itulah merupakan hasil integrasi dari nilai input yang diberikan. Pada rangkaian integrator ini memerlukan input DC yang lebih stabil untuk dapat mengaplikasikannya. Tidak sama halnya dengan rangkaian penguatan lainnya, dimana perubahan sedikit pada masukan akan diperkuat oleh penguat lingkar terbuka. Pada pengoperasian secara normal, perku mereset rangkaian pengintegral secara regular pada suatu selang tertentu, misalnya dengan menghubungsingkatkan kapasitor, setelah itu dapat dilakukan lagi proses integrasi. Berikut adalah data yang diperoleh dari percobaan yang telah dilakukan: 1. Pada percobaan 1 dengan penguatan 3 kali, diberikan tegangan input sebesar 2.05 Volt, sehingga diperoleh nilai penguatan sebesar Dan dengan persentase kebenaran praktikum mencapai. 2. Pada percobaan 2 dengan penguatan 2 kali, diberikan tegangan input sebesar 3 Volt, sehingga diperoleh nilai penguatan sebesar Dan dengan persentase kebenaran praktikum mencapai. 3. Pada percobaan 3 dengan penguatan 15 kali, diberikan tegangan input sebesar 0.53 Volt,sehingga diperoleh nilai penguatan sebesar. Dan dengan persentase kebenaran praktikum mencapai. 4. Pada percobaan 4 dengan penguatan 4 kali, diberikan tegangan input sebesar 0.62 Volt, sehingga diperoleh nilai penguatan sebesar

22 . Dan dengan persentase kebenaran praktikum mencapai. 5. Pada percobaan 5 dengan penguatan 5 kali, diberikan tegangan input sebesar 0.88 Volt, sehingga diperoleh nilai penguatan sebesar. Dan dengan persentase kebenaran praktikum mencapai. Berdasarkan atas perhitungan, hasil yang diperoleh telah sesuai dengan teori penguat integrator. Tetapi hasilnya tidak sempurna. karena dalam hal ini, keluaran yang tidak sesuai dengan yang seharusnya terjadi karena ketidakakuratan dalam perangkaian komponen, dan pengambilan data. 15

23 BAB V KESIMPULAN Dari hasil percobaan dan pengolahan data yang telah dilakukan maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Tegangan output bernilai negatif karena rangkaian ini termasuk ke dalam rangkaian membalik ( diberikan pada inverting input). 2. Output yang dihasilkan adalah integrasi dari nilai input terhadap waktu. 3. Sebuah integrator dapat juga dipandang sebagai tapis pelewat-tinggi dan dapat digunakan untuk rangkaian tapis aktif. 4. Pada pengambilan data pada, maka harus. 16

24 DAFTAR PUSTAKA Robert F. Coughlin, Fredick F. Driscoll, 1993, Operational Amplifiers & Linear Integrated Circuits, International Edition, Prentice-Hall International, Inc Sutanto, 1997, Rangkaian Elektronika Analog dan Terpadu, UI-Press Sutrisno, 1987, Elektronika Teori dan Penerapannya, Jilid 2, ITB Penguat Operasional. Wikipedia Penguat Operasional. Elektronika Dasar. Diakses pada tanggal diklat/teknik/elektronika/elektronika-dasar-ii-univ-negeri-jember/bab16- penguat-operasional.pdf. Diakses pada tanggal Rangkaian penguat. Diakses pada tanggal