PEMILIHAN OP-AMP PADA PERANCANGAN TAPIS LOLOS PITA ORDE-DUA DENGAN TOPOLOGI MFB (MULTIPLE FEEDBACK) F. Dalu Setiaji. Intisari

Transkripsi

1 PEMILIHN OP-MP PD PENCNGN TPIS LOLOS PIT ODE-DU DENGN TOPOLOGI MFB MULTIPLE FEEDBCK PEMILIHN OP-MP PD PENCNGN TPIS LOLOS PIT ODE-DU DENGN TOPOLOGI MFB MULTIPLE FEEDBCK Program Studi Teknik Elektro Fakulta Teknik Elektronika dan Komputer UKSW Intiari Tapi Lolo Pita BPF Band Pa Filter dengan topologi MFB Multiple Feedback mempunyai keunggulan, karena faktor kualita Q, bati pita lewat dan frekueni puat f, dapat diatur ecara independen. Pada makalah ini akan dijelakan mengenai pemilihan nilai parameter utama op-amp, yaitu Unity Gain Frequency f T, agar karakteritik BPF MFB orde-dua yang dirancang, khuunya f, mendekati nilai idealnya. Hail imulai dengan Circuit Maker menunjukkan bahwa nilai f T haru dipilih cukup bear, yaitu ekurang-kurangnya f T 5f Q agar ralat f di bawah %. Kata Kunci: BPF, MFB, Op-amp, Unity Gain Frequency, Circuit Maker. I. PENDHULUN BPF orde-dua merupakan blok pembangun daar bagi BPF orde lebih tinggi. Terdapat ejumlah topologi BPF, alah atu yang populer adalah topologi MFB Multiple Feedback eperti ditunjukkan pada Gambar. [] C i C o Gambar. BPF orde-dua, topologi MFB. 59

2 Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika ol. 9 No. Oktober Hal C C i C v v C C i 4 C 5 C C C i o v 6 ω ω ω ω B B Q Q W W i o v 7 nalii untai di ata, dengan mengaumikan op-amp ideal, khuunya memiliki bati internal, hambatan maukan i, ditunjukkan ebagai berikut ini. Karena hambatan maukan op-amp tak berhingga, maka tidak ada aru pada kaki maukan opamp, ehingga peramaan aru pada impul adalah: Sedangkan peramaan aru pada kaki v - adalah: Karena diaumikan op-amp ideal, maka dengan adanya umpan balik negatif: Dengan menubtituikan ke dan didapatkan: Subtitui peramaan 5 ke 4 akan menghailkan bati tegangan tapi: Peramaan 6 memenuhi bentuk umum peramaan BPF orde-dua ebagai berikut ini. [] Dimana: ω πf frekueni puat, bati pada frekueni puat, Q faktor kualita, B W ω /Q lebar pita. Dengan membandingkan 6 dengan 7 didapatkan parameter-parameter BPF MFB orde-dua ebagai berikut ini.

3 PEMILIHN OP-MP PD PENCNGN TPIS LOLOS PIT ODE-DU DENGN TOPOLOGI MFB MULTIPLE FEEDBCK f ω π πc Q πf C π C B W Q, 8kΩ πf C 5, 9kΩ 8 9 Peramaan 6 terebut banyak ditulikan dalam berbagai umber, namun hanya berlaku hanya bila op-amp ideal. [],[],[],[4] Dengan program Circuit Maker, karakteritik BPF MFB dengan op-amp ideal dapat diimulaikan. Mialnya jika diinginkan membuat BPF MFB dengan: f khz, Q, - db. Maka dengan memilih C nf, dan menggunakan peramaan 8 akan didapatkan nilai-nilai komponen yang lain, yaitu: 79, Ω Q Grafik tanggapan magnitude tapi terebut, berdaarkan hail imulai dengan Circuit Maker ditunjukkan pada Gambar. Terlihat bahwa emua parameter f, Q, yang diharapkan, cocok dengan hail imulai. 4 6

4 Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika ol. 9 No. Oktober Hal : vo. db -5. db -. db -5. db -. db -5. db -. db -5. db -4. db.khz.khz.khz Meaurement Curor vo X: 9.558k Y:-.44 vo X:.566k Y:-.577 Curor - Curor X:.8k Y:-4.84m Gambar. Grafik tanggapan magnitude BPF MFB menggunakan op-amp ideal, dengan parameter rancangan f khz, Q, db. Namun apabila pada aat imulai, digunakan op-amp tak ideal mialnya LM 74, yang memiliki f T ekitar,5 MHz, maka akan didapatkan hail berbeda, eperti ditunjukkan Gambar. 6

5 PEMILIHN OP-MP PD PENCNGN TPIS LOLOS PIT ODE-DU DENGN TOPOLOGI MFB MULTIPLE FEEDBCK : vo B: vo 5. db. db -5. db -. db LM74 opamp ideal -5. db -. db -5. db -. db -5. db -4. db -45. db.khz.khz.khz Meaurement Curor vo X: 8.89k Y:-.645 vo X: 9.5k Y:-.645 Curor - Curor X: Y: 6.65u Gambar. Perbandingan tanggapan magnitude BPF MFB menggunakan op-amp ideal dan op-amp LM74, dengan parameter rancangan f khz, Q, db. Dengan op-amp LM 74 ternyata didapatkan f 9,5 khz ralat 8,5%, Q ralat %, dan -,5,64 db ralat 5%. Berdaarkan hail imulai terebut, nampak bahwa rumu-rumu yang dihailkan dengan menganggap op-amp berifat ideal haru dipergunakan ecara berhati-hati. Lebih peifik lagi, perlu ditetapkan kriteria op-amp dalam hal ini f T -nya yang euai ehingga menghailkan karakteritik BPF MFB yang mendekati ideal. II. NLISIS UNTI BPF MFB DENGN OP-MP TK IDEL Ketidakidealan op-amp yang diaumikan di ini adalah dalam hal bati internalnya,, edangkan parameter-parameter lain dianggap ideal. Nilai angat berpengaruh terhadap bentuk tanggapan magnitude tapi, eperti yang akan ditunjukkan berikut ini. Bati internal ebuah op-amp bia didekati ebagai fungi pindah kutub tunggal ingle pole: [5] 6

6 Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika ol. 9 No. Oktober Hal f j f DC jf 5 b dimana : DC bati internal pada frekueni nol DC f b lebar pita op-amp impal terbuka Pada frekueni yang cukup tinggi f >> f b maka model op-amp kutub tunggal bia diederhanakan menjadi: fb ft jf DC jf 6 jf dimana : f T DC.f b unity gain frequency. Dengan mengaumikan bahwa berhingga maka pada Gambar, tegangan maukan membalik op-amp tidak lagi nol, melainkan: vo v Maka peramaan dan berubah menjadi peramaan 8 dan 9 berikut ini. i C C C Subtitui v dari 9 ke 8, dan pengaturan peramaan akan menghailkan: i C C C C Dari peramaan dapat diimpulkan bahwa karakteritik tapi akan mendekati ideal jika dipenuhi peramaan dan. >> >> C Untuk memenuhi kedua yarat terebut dipilih: >> ω C 64

7 PEMILIHN OP-MP PD PENCNGN TPIS LOLOS PIT ODE-DU DENGN TOPOLOGI MFB MULTIPLE FEEDBCK Dengan menubtituikan 6 ke didapatkan: f T >> f πfc tau: f >> f T f B W 4 5 Jika frekueni puat, f, menjadi parameter patokan, maka haru dipenuhi: f T >> f Q 6 Maka jika ingin membuat tapi BPF MFB dengan: f khz, Q, -, nilai f T op-amp haru memenuhi: f T >> khz 7 f T. G khz, di mana G >> 8 Untuk menguji nilai G yang memenuhi yarat 8, maka tapi terebut diimulaikan dengan tiga buah model op-amp, dengan f T maing-maing:, MHz G,,5 MHz G5, MHz G. Maing-maing op-amp terebut dimodelkan ebagai item dengan fungi alih kutub tunggal euai peramaan 5 dengan DC. 5. Hail imulai tanggapan magnitude tapi terebut ditunjukkan Gambar 4. : vo B: vo C: vo. db. db. db -. db -. db -. db -4. db -5. db -6. db -7. db -8. db 9.kHz.kHz Meaurement Curor vo X: 9.69k Y: -4.5m vo X: 9.95k Y: -7.8m Curor - Curor X: 5. Y: 5.68m Gambar 4. Perbandingan tanggapan magnitude BPF MFB, f khz, Q, db,dengan tiga model op-amp yang memiliki f T :, MHz,,5 MHz, dan MHz. 65

8 Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika ol. 9 No. Oktober Hal Perbedaan nilai f yang dihailkan untuk maing-maing op-amp dengan nilai f T atau faktor G yang berbeda-beda terebut ditunjukkan pada Tabel. Tabel. Hail imulai nilai f dengan tiga model op-amp dengan f T berbeda-beda. G f T MHz f khz ralat %, 9,6 4 5,5 9,95,5 Dari Tabel dapat diimpulkan bahwa nilai G 5 udah menghailkan ralat f yang kecil di bawah %. Pada kenyataannya pilihan nilai f T yang teredia di paaran adalah terbata. Oleh ebab itu untuk menguji keimpulan terebut, dipilih op-amp yang memiliki nilai f T yang teredia di library Circuit Maker dan yang paling mendekati nilai-nilai pada Tabel. Nilai f T ditentukan dengan mengkonfigurai op-amp ebagai untai buffer lalu menimulaikan dan mengukur lebar pitanya, yang ama nilainya dengan f T op-amp terebut. Selanjutnya ketiga op-amp terebut dikonfiguraikan dalam untai BPF MFB, dengan parameter rancangan f khz, Q, db. Grafik hail imulainya ditunjukkan pada Gambar 5 dan Tabel. 66

9 PEMILIHN OP-MP PD PENCNGN TPIS LOLOS PIT ODE-DU DENGN TOPOLOGI MFB MULTIPLE FEEDBCK : vo B: vo C: vo 5. db.5 db. db -.5 db -5. db f T, MHz MHz f T f T 4 MHz -7.5 db -. db -.5 db -5. db -7.5 db -. db 8.kHz 9.kHz.kHz Meaurement Curor vo X: 9.459k Y: 768.m vo X: 9.99k Y: m Curor - Curor X: Y: -8.76m Gambar 5. Perbandingan tanggapan magnitude BPF MFB, f khz, Q, db, dengan op-amp yang memiliki f T :, MHz, MHz, dan 4 MHz. Tabel. Hail imulai nilai f dengan tiga jeni op-amp dengan f T berbeda-beda. Tipe op-amp G f T MHz f khz ralat % TL, 9,46 5,4 H 5 54,7 9,9,9 LM Tabel dan menunjukkan bahwa pemilihan nilai G > 5 akan membuat ralat f yang dihailkan tapi di bawah %. Untuk menguji lebih lanjut keimpulan ini maka dipilih alah atu op-amp, yaitu TL untuk dijadikan BPF MFB dengan nilai Q dan tetap eperti di ata, namun f rancangan diubah, ehingga dengan f T, MHz yang dimiliki TL terebut didapatkan nilai G 5 dan. Nilai f yang dirancang untuk menguji nilai G terebut, dihitung mengubah peramaan 8 menjadi: f ft. Q. G khz G 9 ehingga akan didapatkan f khz G 5 dan f khz G. 67

10 Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika ol. 9 No. Oktober Hal Nilai-nilai komponen paif untai BPF MFB dengan f khz khz adalah ama dengan hail perhitungan pada peramaan 4 kecuali bahwa C diganti 5nF nf. Hail imulai kedua untai BPF MFB terebut dengan menggunakan op-amp TL ditunjukkan pada Gambar 6 dan Tabel. : vo B: vo. db 5. db. db -5. db -. db -5. db G G 5 -. db -5. db -. db -5. db -4. db -45. db -5. db. Hz.kHz.kHz Meaurement Curor vo X:.k Y: -.7m vo X:.9857k Y: 9.768m Curor - Curor X: Y: 95.6m Gambar 6. Perbandingan tanggapan magnitude BPF MFB, Q, db, dengan f khz G5 dan f khz G, dengan op-amp tipe TL. Tabel. Hail imulai nilai f dengan op-amp TL, f T, MHz G f khz f khz rancangan hail imulai ralat % 5,986, Gambar 6 dan Tabel menunjukkan adanya keeuaian yang baik antara nilai f hail perhitungan dengan hail imulai. III. KESIMPULN Op-amp dalam untai BPF MFB orde-dua haru dipilih yang memiliki nilai f T yang cukup, euai dengan nilai-nilai parameter tapi yang dirancang. Dari hail imulai dan 68

11 PEMILIHN OP-MP PD PENCNGN TPIS LOLOS PIT ODE-DU DENGN TOPOLOGI MFB MULTIPLE FEEDBCK analii didapatkan bahwa op-amp haru memiliki nilai f T 5.f Q agar ralat f yang dihailkan, kurang dari %. DFT PUSTK. Mancini, on, Op mp for Everyone,, Tea Intrument.. Gayakward,, Op-mp and Linear Integrated Circuit, 4 th edition,, Prentice Hall.. Millman, Jacob, Mikroelektronika terj., jilid II, 986, Penerbit Erlangga. 4. Carter, Bruce, LP Huelman, Handbook of Operational mplifier ctive C Network,, Tea Intrument. 5. Sedra, S, KC Smith, Microelectronic Circuit, 989, CBS College Publihing. 69