PERCOBAAN 3 RANGKAIAN OP AMP TUJUAN Mempelajari penggunaan operational amplifier Mempelajari rangkaian rangkaian standar operational amplifier PERSIAPAN Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul op amp ini. Tugas pendahuluan pada modul ini adalah menyusun lima buah rangkaian menggunakan IC op amp 741 pada breadboard. Untuk mendukung pengerjaan tugas pendahuluan ini, siswa diharapkan telah membaca Petunjuk Umum Penggunaan BreadBoard dan Appendix berjudul Rating Komponen. Peralatan dan perlengkapan yang akan digunakan, seperti breadboard, IC, dan kabel penghubung, akan disediakan dari lab dan dapat diambil di Laboratorium Dasar sehari sebelum praktikum dimulai. Buat rangkaian di rumah dan bawa rangkaian ini pada saat praktikum sebagai tugas pendahuluan sekaligus bahan praktikum. PENGENALAN OP AMP Operational Amplifier, sering disingkat dengan sebutan Op Amp, merupakan komponen yang penting dan banyak digunakan dalam rangkaian elektronik berdaya rendah (low power). Istilah operational merujuk pada kegunaan op amp pada rangkaian elektronik yang memberikan operasi aritmetik pada tegangan input (atau arus input) yang diberikan pada rangkaian. Op amp digambarkan secara skematik seperti pada gambar di bawah ini.
Gambar di atas menunjukkan dua input, output, dan koneksi catu daya pada op amp. Simbol menunjukkan inverting input dan + menunjukkan non inverting input. Koneksi ke catu daya pada op amp tidak selalu digambarkan dalam diagram, namun harus dimasukkan pada rangkaian yang sebenarnya. IC OP AMP 741 Gambar 1 Konfigurasi pin IC Op amp 741 IC op amp yang digunakan pada percobaan ini ditunjukkan pada Gambar 1. Rangkaian op amp ini dikemas dalam bentuk dual in line package (DIP). DIP memiliki tanda bulatan atau strip pada salah satu ujungnya untuk menandai arah yang benar dari rangkaian. Pada bagian atas DIP biasanya tercetak nomor standar IC. Perhatikan bahwa penomoran pin dilakukan berlawanan arah jarum jam, dimulai dari bagian yang dekat dengan tanda bulatan/strip. Pada IC ini terdapat dua pin input, dua pin power supply, satu pin output, satu pin NC (no connection), dan dua pin offset null. Pin offset null memungkinkan kita untuk melakukan sedikit pengaturan terhadap arus internal di dalam IC untuk memaksa tegangan output menjadi nol ketika kedua input bernilai nol. Pada percobaan kali ini kita tidak akan menggunakan fitur offset null. Perhatikan bahwa tidak terdapat pin ground pada op amp ini, amp menerima referensi ground dari rangkaian dan komponen eksternal. Meskipun pada IC yang digunakan pada eksperimen ini hanya berisi satu buah op amp, terdapat banyak tipe IC lain yang memiliki dua atau lebih op amp dalam suatu kemasan DIP. IC op amp memiliki kelakukan yang sangat mirip dengan konsep op amp ideal pada analisis rangkaian. Bagaimanapun, terdapat batasan batasan penting yang perlu diperhatikan. Pertama, tegangan maksimum power supply tidak boleh melebihi rating maksimum, biasanya ±18V, karena akan merusak IC. Kedua, tegangan output dari IC op amp biasanya satu atau dua volt lebih kecil dari tegangan power supply. Sebagai contoh, tegangan swing output dari suatu op amp dengan tegangan supply 15 V adalah ±13V. Ketiga, arus output dari sebagian besar op amp memiliki batas pada 30mA, yang berarti bahwa resistansi beban
yang ditambahkan pada output op amp harus cukup besar sehingga pada tegangan output maksimum, arus output yang mengalir tidak melebihi batas arus maksimum. RANGKAIAN STANDAR OP AMP Berikut ini merupakan beberapa rangkaian standar op amp. Untuk penurunan persamaannya dapat merujuk ke buku teks kuliah. Jika ingin mendesain rangkaian sederhana, pilihlah resistor dalam range sekitar 1k Ohm sampai 200k Ohm. Vout = Vin Gambar 1 Rangkaian penyangga (voltage follower) Vout = (R2/R1)Vin Gambar 2 Inverting Amplifier Vout = (1+R2/R1)Vin Gambar 3 Noninverting Amplifier
Vout = (R2/R1)(Vin,2 Vin,1) Gambar 4 Difference Amplifier ALAT DAN KOMPONEN YANG DIGUNAKAN Power Supply DC (2 buah) Generator Sinyal (1 buah) Osiloskop (1 buah) Kabel BNC probe jepit (2 buah) Kabel BNC BNC (1 buah) Kabel 4mm 4mm (max. 5 buah) Kabel 4mm jepit buaya (max. 5 buah) Multimeter Digital (2 buah) Breadboard (1 buah) Kabel jumper (1 meter) IC Op Amp 741 (7 buah) Kapasitor 1 nf (1 buah) Resistor 1 k ohm (6 buah) Resistor 1,1 k ohm (2 buah) Resistor 2,2 k ohm (7 buah) Resistor 3,3 k ohm (4 buah) TUGAS PENDAHULUAN 1. Rangkai keempat rangkaian berikut di atas breadboard, bawa pada saat praktikum.
Gambar 6 Rangkaian penguat non inverting Gambar 7 Rangkaian penguat inverting
Gambar 8 Rangkaian summer Gambar 9 Rangkaian Integrator 2. Desain dan susunlah suatu rangkaian yang menghasilkan hubungan keluaran dan masukan sebagai berikut a. Kombinasi 1, b. Kombinasi 2, c. Kombinasi 3, d. Kombinasi 4, Dengan Va dan Vb adalah input tegangan, dan nilai kombinasi (x) memenuhi persamaan berikut. x = ((3 digit terakhir NIM salah satu anggota kelompok) mod 4) + 1 Misalkan untuk NIM 128, gunakan Kombinasi 1.
Petunjuk: Pastikan untuk menggunakan orde resistor yang tepat (k ohm) sesuai dengan rating daya pada resistor. Kelebihan daya pada resistor dapat menyebabkan resistor dan op amp mengalami kerusakan. Jika ini terjadi maka dapat menyebabkan pengurangan nilai. PERCOBAAN MEMULAI PERCOBAAN 1. Sebelum memulai percobaan, isi dan tanda tangani lembar penggunaan meja yang tertempel pada masing masing meja praktikum. 2. Pada percobaan ini akan digunakan tegangan catu + 12 V dan 12 V untuk rangkaian op amp. Pastikan tegangan catu OFF ketika menyusun rangkaian. Setelah rangkaian telah dicek (yakin bahwa tidak terdapat kesalahan perangkaian) baru berikan tegangan. Koneksi tegangan yang tidak tepat akan merusak IC dan pengurangan nilai. RANGKAIAN PENGUAT NON INVERTING 3. Perhatikan rangkaian berikut. 4. Ukur dan catat nilai aktual resistor 1k ohm. 5. Sambungkan V P ke titik A, catat nilai Vin dan Vo. 6. Sambungkan V P ke titik B, catat nilai Vin dan Vo.
7. Sambungkan V P ke titik C, catat nilai Vin dan Vo. 8. Sambungkan V P ke titik D, catat nilai Vin dan Vo. 9. Bagaimana hubungan antara Vout dengan Vin? Catat dan analisis pada laporan. RANGKAIAN PENGUAT INVERTING 10. Perhatikan rangkaian berikut. 11. Ukur dan catat nilai aktual resistor yang digunakan. 12. Sambungkan V P ke titik A, catat nilai Vin dan Vo. 13. Sambungkan V P ke titik B, catat nilai Vin dan Vo. 14. Bagaimana hubungan antara Vout dengan Vin? Catat dan analisis pada laporan. 15. Selanjutnya, pasang generator sinyal sebagai Vin dengan frekuensi 500 Hz. Atur keluaran generator sinyal sehingga menghasilkan output op amp sebesar 4 V peak to peak. 16. Catat besar tegangan Vin peak to peak. Pastikan setting osiloskop menggunakan DC coupling. Bagaimana hubungan antara Vout dengan Vin? Lakukan analisis pada laporan. RANGKAIAN SUMMER 17. Modifikasi rangkaian pada Gambar 2 dengan menambahkan input lain (Vin 2 )dari generator sinyal, seperti pada gambar berikut.
+ 12 V 3,3k ohm B 1,1k ohm A 1k ohm 1k ohm 2,2k ohm Vo 2,2k ohm Vin 2-12 V Vin 1 18. Ukur dan catat nilai aktual resistor yang digunakan. 19. Buka sambungan dari titik C ke rangkaian. Pasang generator sinyal sebagai Vin dengan frekuensi 500 Hz. Atur keluaran generator sinyal sehingga menghasilkan output op amp sebesar 4 V peak to peak. 20. Sambungkan V P ke titik A. Amati dengan menggunakan osiloskop dan catat nilai Vin serta Vo. Pastikan setting osiloskop menggunakan DC coupling. 21. Sambungkan V P ke titik B, catat nilai Vin dan Vo. 22. Bagaimana hubungan antara Vout dengan Vin? Catat dan analisis pada laporan. RANGKAIAN INTEGRATOR 23. Perhatikan rangkaian berikut. 24. Rangkai Vs dengan sinyal kotak menggunakan generator sinyal pada frekuensi 1kHz 0,5 Vpp.
DESAIN 25. Amati gelombang output dengan menggunakan osiloskop. Plot kedua gelombang input dan output. Apakah hubungan antara gelombang input dan output? Analisis pada laporan. 26. Gunakan rangkaian yang sudah Anda persiapkan dari rumah. 27. Tunjukkan pada asisten bahwa hubungan antara Vouput dengan Vinput pada rangkaian Anda adalah benar. (Petunjuk: Gunakan tegangan input Va sekitar 0,5 V dan tegangan Vb sekitar 0,1 Vpp.) MENGAKHIRI PERCOBAAN 28. Sebelum keluar dari ruang praktikum, rapikan meja praktikum. Bereskan kabel dan matikan osiloskop, generator sinyal, dan power supply DC. Pastikan juga multimeter analog dan multimeter digital ditinggalkan dalam keadaan mati (selector menunjuk ke pilihan off). 29. Periksa lagi lembar penggunaan meja. Praktikan yang tidak menandatangani lembar penggunaan meja atau membereskan meja ketika praktikum berakhir akan mendapatkan potongan nilai sebesar minimal 10. 30. Pastikan asisten telah menandatangani catatan percobaan kali ini pada Buku Catatan Laboratorium anda. Catatan percobaan yang tidak ditandatangani oleh asisten tidak akan dinilai.