ERCON ENGUT INSTRUMENTSI ( Oleh : Sumarna, Lab-Elins Jurdik Fisika FMI UNY ) E-mail : sumarna@uny.ac.id TUJUN 1. Mempelajari cara kerja rangkaian penguat instrumentasi, 2. Menentukan CMRR suatu penguat instrumentasi, 3. Menentukan penguatan suatu penguat instrumentasi. LT DN HN 1. Osiloskop (CRO), 2. Multimeter, 3. Generator sinyal, 4. Catu daya, 5. Rangkaian penguat instrumentasi. KJIN TEORI (SINGKT) enguat instrumentasi sering digunakan sebagai penguat tegangan yang langsung berasal dari sensor atau transduser. enguat instrumentasi merupakan penguat lingkar tertutup dengan masukan diferensial, rasio penolakan modus bersama (CMRR) tinggi yakni lebih dari 100 d, dan penguatannya dapat diatur dengan potensiometer (resistor variabel) tanpa mempengaruhi harga CMRR. enguat instrumentasi yang bermutu tinggi sudah dibuat dalam bentuk IC yang dalam penggunaannya tidak perlu dipasang rangkaian umpan balik seperti Op-mp. enguat instrumentasi dapat disusun dengan menggunakan Op-mp. Mutu penguatannya bergantung pada mutu Op-mp yang digunakan. arameter Op-mp yang mempengaruhi mutu penguatan meliputi Offset masukan, Impedansi masukan, drift tegangan keluaran, CMRR, SRR (power supply rejection 1
ratio), dan sebagainya. CMRR dan ketepatan penguat instrumentasi juga bergantung pada kepresisian dari komponen pasif yang digunakan. Rangkaian penguat instrumentasi yang lazim digunakan adalah sebagai berikut : e a R 1 R 4 e b Q Gambar 1 Untuk menganalisis rangkaian penguat instrumentasi tersebut, maka rangkaian dibagi menjadi dua bagian seperti berikut : Q Gambar 2 2
Jika pada rangkaian tersebut dipasang = dan =, maka dapat diperoleh penguatan diferensial sebesar : v,dif = Vo ea eb = - R6 R2 Dengan menggunakan e a = e b dapat diperoleh penguatan modus bersama v,cm dan dapat mengetahui komponen mana saja yang berpengaruh pada CMRR. e i,cm = Q Gambar 3 Dalam kenyataannya tidak dapat membuat dua resistor yang tepat sama. Resistor terbaik yang dapat diperoleh mempunyai toleransi terkecil 1%. erdasarkan hal tersebut maka dapat diperoleh : v,cm = V e o i, CM = (1 R2 ) Maka dapat diperoleh harga CMRR sebagai berikut : CMRR = v, dif v, CM = ( R6 R6 R2 ) 1 3
Rangkaian bagian lain adalah sebagai berikut : e a R 1 R 4 e b Q Gambar 4 enguatan rangkaian tersebut adalah : V Q = v,dif = ( ea eb ) (R 1 R 4 ) VQ R = 1 R4 ( ea eb) = 1 R1 R4 khirnya diperoleh penguatan secara keseluruhan sebagai berikut : v.dif (total) = R R (1 1 R 6 R2 4 ). LNGKH ERCON 1. Susunlah rangkaian seperti Gambar 2! 2. erilah tegangan masukan dan kemudian ukurlah tegangan e, e Q dan! 3. Susunlah rangkaian seperti Gambar 3! 4. erilah tegangan masukan, ukurlah tegangan e i,cm dan kemudian tentukan v,cm! 4
5. Susunlah rangkaian seperti Gambar 5! 6. erilah tegangan masukan dan kemudian ukurlah tegangan e a, e b dan! e a R 1 R 4 e b Q 5 k R 1 = R 4 = Gambar 5 7. Seperti keadaan langkah 5 dan 6, tetapi sekarang putarlah potensiometer. Kemudian amatilah untuk beberapa harga! 8. Seperti keadaan langkah 5 dan 6, tetapi sekarang kenakan tegangan e a = e b. Kemudian amatilah! TUGS 1. Tentukan besar penguatan rangkaian! 2. agaimanakah pengaruh keluaran bila divariasi? 3. andingkan pengaruh tegangan untuk e a = e b dan e a >< e b! 4. Tentukan CMRR dari percobaan dan bandingkan hasilnya dengan referensi (untuk IC O-27, LF-356, LM-741 atau C-3140)! 5
Vcc masukan 741 R 1 R 4 Vcc masukan 741 2k2 741 150 k R 1 = = Gambar 6 9. Realisasikan rangkaian seperti Gambar 6. Op-mp belum dikenai daya DC. Hubungkan masukan pembagi tegangan ke Vcc dan aturlah agar keluaran pembagi tersebut tepat 5,000 volt. 10. Kenakan daya (±Vcc) ke Op-mp. Hubungkan pembagi tegangan ke kedua masukan dan masukan. Gunakan voltmeter untuk mengukur dan atur sedemikian hingga minimum (jika mungkin nol). Hubungkan pembagi ke masukan dan pembagi ke masukan. 11. Ukur tegangan masukan dan aturlah masukan sebesar 5,002 volt dengan masukan pada 5,000 volt (beda antara masukan dan sebesar 2 mv). Ukur dan catat dan polaritasnya. =.. 12. Kembalikan masukan ke 5,000 volt dan atur masukan hingga sebesar 5,002 volt. Ukur dan catat dan polaritasnya. =.. 6
13. Dengan masukan deferensial 2 mv, hitunglah gain penguat untuk langkah 11 dan 12. Reratakan nilai-nilai gain tersebut untuk mendapatkan gain rerata penguat. V =... Walaupun demonstrasi ini tidak tepat benar, perlu diingat bahwa penguat instrumentasi menguatkan sinyal diferensial 2 mv dengan masukan mode bersama 5 volt. 14. utuskan kedua masukan pembagi tegangan. Hubungkan generator fungsi untuk mencatu ke kedua masukan. tur generator fungsi untuk mengeluarkan gelombang sinus 50 Hz pada 250 mv p-p. Gunakan CRO untuk mengukur kedua sinyal masukan bersama dan tegangan keluaran p-p penguat. V i =... =... Hitunglah gain mode bersama tersebut. CM =.. 15. Hitunglah CMMR penguat dalam d dari gain rerata penguat dan gain mode bersama. CMMR = 20 log V CM CMMR =... d. Selalu ada cara untuk menyempurnakan. Singkaplah! 7