PENGUAT OPERASIONAL AMPLIFIER (OP-AMP) Laporan Praktikum ditujukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Elektronika Dasar yang diampu oleh Drs. Agus Danawan, M.Si Disusun oleh Anisa Fitri Mandagi (1300199) Dhea Intan Patya (1301982) LABORATORIUM ELEKTRONIKA DEPARTEMEN PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA 2014
A. Judul Penguat Operasional Amplifier (Op-Amp). B. Tujuan 1. Menentukan nilai dan secara sembarang. 2. Menentukan besar faktor penguatan tegangan dan membandingkan hasilnya dengan hasil perhitungan. C. DasarTeori Operasional amplifier (Op-Amp) adalah suatu penguat berpenguatan tinggi yang terintegrasi dalam sebuah chip IC yang memiliki dua input inverting dan non-inverting dengan sebuah terminal output, dimana rangkaian umpan balik dapat ditambahkan untuk mengendalikan karakteristik tanggapan keseluruhan pada operasional amplifier (Op-Amp). Pada dasarnya operasional amplifier (Op-Amp) merupakan suatu penguat diferensial yang memiliki 2 input dan 1 output. Op-amp ini digunakan untuk membentuk fungsi-fungsi linier yang bermacam-mcam atau dapat juga digunakan untuk operasi-operasi tak linier, dan seringkali disebut sebagai rangkaian terpadu linier dasar. Penguat operasional (Op-Amp) merupakan komponen elektronika analog yang berfungsi sebagai amplifier multiguna dalam bentuk IC dan memiliki simbol sebagai berikut : Simbol Operasional Amplifier (Op-Amp)
Prinsip kerja sebuah operasional Amplifier (Op-Amp) adalah membandingkan nilai kedua input (input inverting dan input non-inverting), apabila kedua input bernilai sama maka output Op-amp tidak ada (nol) dan apabila terdapat perbedaan nilai input keduanya maka output Op-amp akan memberikan tegangan output. Operasional amplifier (Op-Amp) dibuat dari penguat diferensial dengan 2 input. Sebagai penguat operasional ideal, operasional amplifier (Op-Amp) memiliki karakteristik sebagai berikut: - Impedansi Input (Zi) besar = - Impedansi Output (Z0) kecil= 0 - Penguatan Tegangan (Av) tinggi = - Band Width respon frekuensi lebar = - V0 = 0 apabila V1 = V2 dan tidak tergantung pada besarnya V1. - Karakteristik operasional amplifier (Op-Amp) tidak tergantung temperatur / suhu. Rangkaian dasar operasional amplifier (Op-Amp) dibuat dari bipolar transistor (BJT) seperti terlihat pada gambar berikut. Rangkaian Dasar Operasional Amplifier (Op-Amp) Penguat Diferensial Pada penguat diferensial diatas terdapat dua sinyal masukan (input) yaitu V1 dan V2. Dalam kondisi ideal, apabila kedua masukan identik (Vid = 0),
maka keluaran Vod = 0. Hal ini disebabkan karena IB1 = IB2 sehingga IC1 = IC2 dan IE1 = IE2. Karena itu tegangan keluaran (VC1 dan VC2) harganya sama sehingga Vod = 0. Apabila terdapat perbedaan antara sinyal V1 dan V2, maka Vid = V1 V2. Hal ini akan menyebabkan terjadinya perbedaan antara IB1 dan IB2. Dengan begitu harga IC1 berbeda dengan IC2, sehingga harga Vod meningkat sesuai sesuai dengan besar penguatan Transistor. Untuk memperbesar penguatan dapat digunakan dua tingkat penguat diferensial (cascade). Keluaran penguat diferensial dihubungkan dengan masukan penguat diferensial tingkatan berikutnya. Dengan begitu besar penguatan total (Ad) adalah hasil kali antara penguatan penguat diferensial pertama (Vd1) dan penguatan penguat diferensial kedua (Vd2). Mode operasi dari sebuah operasional amplifier (Op-Amp) dapat diset dalam beberapa mode penguatan sebagai berikut. Mode Loop Terbuka. Pada mode loop terbuka besarnya penguatan tegangan adalah tak berhingga ( ), sehingga besarnya tegangan output hampir dan bisa dikatakan mendekati Vcc. Expresi matematika pada penuat operasional mode loop terbuka adalah. Sehingga tegangan output Vcc.
Mode Loop Tertutup. Pada mode loop tertutup besarnya penguatan tegangan (Av) adalah besar tetapi tidak mecapai nilai maksimalnya dan dapat dituliskan sebagai berikut: Mode Penguatan Terkendali. Pada mode operasi penguatan terkendali besarnya penguatan dari operasional amplifier (Op-Amp) dapat ditentukan dari nilai resistansi feedback dan input. Sehingga nilai penguatan tegangan (Av) pada mode operasi ini dapat dituliskan sebgai berikut: Sehingga besarnya tegangan output adalah : Mode Penguatan 1 Mode operasi penguatan 1 pada operasional amplifier (Op-Amp) sering disebut dengan istilah buffer (penyangga). Hal ini karena pada mode ini tidak terjadi penguatan tegangan (Av) bernilai 1. Konfigurasi
ini berfungsi untuk memperkuat arus sinyal sehingga tidak drop pada saat diberikan beban terhadap sinyal input. Besarnya tegangan output (Vout) sama dengan tegangan input (Vin) karena penguatan tegangan (Av) operasional amplifier (Op-Amp) bernilai 1. D. Alat dan Bahan No Nama Alat Jumlah 1 Audio generator 1 buah 2 Osiloskop 1 buah 3 Kabel Penghubung Secukupnya 4 Transistor 1 buah 5 Resistor 1 buah 6 Operasional Amplifier Eksperiment 1 Buah E. Prosedur 1. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan 2. Membuat rangkaian seperti gambar 1 dan gambar 2 berikut: Gambar1
Gambar 2 3. Menentukan nilai dan secara sembarang pada resistor yang digunakan dengan faktor penguatan tegangan tidak lebih dari 10 kali. 4. Menghubungkan Vcc LM 324 dengan sumber dc 0 dan 12 volt. 5. Memberikan sumber masukan isyarat Vi dari audio generator berupa gelombang sinus dan gelombang persegi. 6. Mengukur tegangan input maksimum yang menghasilkan tegangan output pada gelombang di osiloskop saat gelombang belum cacat. 7. Menentukan besar factor penguatan tegangan tersebut dan bandingkan hasilnya dengan hasil perhitungan. F. Data Gambar 1 Gambar 2
= 5,1 kω Keterangan: hijau, coklat, merah, emas. = 10 kω Keterangan: coklat, hitam, orange, emas. G. Pengolahan Data Gambar 1 - Tegangan output yang diukur dengan gelombang pada osiloskop: Skala gelombang yang diukur pada osiloskop saat sebelum gelombang patah: = 1,6 x 5 V = 8 volt = 4,8 x 5V = 16 volt Skala gelombang yang diukur pada osiloskop saat gelombang patah: = 2,4 x 5 V = 12 volt
= 4,8 x 5V = 24 volt - Tegangan keluaran dengan perhitungan manual: = - ( f = - ( ) 8 = - 15,67 volt i) - Besar nilai Acl (penguat loop tertutup): Acl = f = = 1,96 i Gambar 2 Skala gelombang yang diukur pada osiloskop saat sebelum gelombang patah: = 1,6 x 5 V = 8 volt = 4,8 x 5V = 16 volt - Tegangan keluaran dengan perhitungan manual: = - ( f ) = - ( ) 9,3 = - 27,53 volt. i Besar niali Acl: Acl = f i = = 2,96
H. Analisis Data Dari hasil pengolahan data di atas dapat dilihat bahwa penguatan yang dihasilkan mendakati 2 atau tegangan output dua kali lebih besar dari pada tegangan input dan tidak ada pengubahan polaritas atau tanda negatif atau positif. Perbedaan V in dan V out yang jauh pada hasil perhitungan dan pengukuran Op-Amp menunjukkan adanya kebenaran pada teori yang telah diungkapkan pada studi pustaka tentang Op-Amp ideal dan Op-Amp tidak ideal. Nilai aktual dari resistor juga mempengaruhi hasil pengukuran rangkaian. Hasil inverting ini juga dapat dilihat dari pengukuran rangkaian dengan sumber berasal dari generator sinyal yang memperlihatkan bahwa tegangan outputnya akan dua kali lipat tegangan input dan terjadi perubahan polaritas tegangan. Dari hasil diatas dapat dikatakan bahwa integarsi dari rangkaian integrator memang terjadi. Hal ini dapat dilihat dari perubahan sinyal kotak pada input menjadi sinyal segitiga seperti gambar diatas. Pada gambar diatas sebenarnya terbentuk sinyal segitiga, tetapi karena slope tegangan mencapai batas tegangan maksimum dan minimum Op-Amp sehingga sinyal yang terbentuk tidak terbentuk sinyal segitiga yang sempurna.
I. Kesimpulan Penguatan Op-Amp pada rangkaian untuk rangkaian non-inverting, inverting, dan summer atau penjumlah adalah 2. Akan tetapi terdapat perbedaan tegangan input dan output yang dihasilkan dari pengukuran (Op- Amp tidak ideal) dan perhitungan (Op Amp ideal). Rangkaian integrator juga terbukti benar dan melakukan kerja sesuai fungsinya. Frekuensi yang terbentuk pada rangkaian oscillator tidak terlalu berbeda jauh saat diubah-ubah komponennya, hal ini menunjukkan tidak terbentuk perbedaan frekuensi walaupun komponen-komponen diubah. Pada percobaan ini telah diperoleh nilai: = 5,1 kω = 10 kω Tegangan keluaran: - Mode Loop Tertutup: Osiloskop = 16 volt Manual = 15,67 volt - Mode Penguatan Terkendali: Osiloskop = 17 volt Manual = 27,53 volt Nilai penguatan (Acl): - Mode Loop Tertutup: 1,96 - Mode Penguatan Terkendali: 2,96
J. Daftar Pustaka Eletronika. 2012, Operasional Amplifier (Op-Amp) [online]. Tersedia: http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/operasional-amplifier-opamp/. [21 Mei 2015]. K. Lampiran