bab 3 omp- amp

8/18/2019 bab 3 omp- amp

1/21

PRAKTIKUM 2015/2016 LABORATORIUMMEKATRONIKA

MODUL 3

OPERATIONAL AMPLIFIER

3.1 TUJUAN

1. Mempelajari penggunaan operational amplifier

2. Memahami karakteristik dari operational amplifier

3. Memahami jenis-jenis operational amplifier

4. Menghitung basarnya penguatan (gain) pada Op-amp

3.2 TEORI DASAR

3.2.1 Pengertian Operational Amplifier

Operational amplifier sering disebut dengan sebutan Op amp merupakan

komponen yang penting dan banyak digunakan dalam rangkaian elektronik

berdaya rendah (lo! po!er). "e#ara umum fungsi operational amplifier adalah

untuk memperkuat sinyal listrik yang lemah. $esar penguatan disebut gain

(faktor penguat).

O%-&M% se#ara skematik dapat digambarkan sebagai berikut '

Gambar M3.3.2.1.1 "kematik &mplifier

Kelompok 9 1

8/18/2019 bab 3 omp- amp

2/21


ua input koneksi satu daya pada Op-&mp tidak selalu digambarkan dalamOp-&mp diagram namun harus diasukkan dalam rangkaian sebenarnya. $erikut

gambar *

Gambar M3.3.2.1.2 +M ,41

angkaian Op-&mp ini dikemas dalam bentuk dual in package ( %). %

memiliki tanda bulatan atau strip pada salah satu ujungnya untuk menandai arah

yang benar dari rangkaian. %ada begian atas % biasanya ter#etak nomor standar

*. %erhatikan baha!a penomoran pin dilakukan berla!anan arah jarum jam

dimulai dari bagian yang dekat dengan tanda bulatan strip.

%ada * ini terdapat dua pin input dua pin power supply satu pin output satu

pin /* ( no connection ) dan dua pin offset nul. %in offset nul memungkinkan kitauntuk melakukan sedikit pengaturan terhadap arus internal didalam * untuk

memaksa tegangan output menjadi nol ketika kedua input bernilai nol.

Kelompok 9 2

8/18/2019 bab 3 omp- amp

3/21


1. iagram O%-&M%

idalam diagram Op-&mp terdiri dari beberapa bagian yang pertama adalah

penguat diferensial lalu ada tahap penguatan ( Gain ) selanjutnya ada rangkaian

penggeser ( level shifer ) kemudian penguat akhir yang biasanya dibuaat dengan

penguat push pull kelas $. 0ambar berikut menunjukkan diagram dari Op-&mp

yang terdiri dari beberapa bagian tersebut '

in out

Gambar M3.3.2.1.3 iagram Op-&mp

"aat ini terdapat banyak tipe-tipe Op-&mp dengan karakteristik yang spesififik.

Op-&mp standard tipe ,41 dalam kemasan * % %in sudah dibuat sejak tahun

1 5-an untuk tipe yang sama. 6iap pabrikan mengeluarkan seri * dengan instalatau nama yang yang berbeda misalnya dikenal dengan M*1,41 dari motorolla

+M,41 buata n National semiconductor . 7arakteristik Op-&mp dapat berbeda

dengan Op-&mp lain tergantung pada teknologi pembuatan dan desain * nya.

2. 7arakteristik Op-&mp

a. %enguatan Open Loop

Op-&mp idealnya memiliki penguatan open loop ( &O+ ) yang tak

terhingga. /amun pada prakteknya Op-&mp misal +M,41 memiliki

penguatan yang terhingga kira-kia 155.555 kali. "ebenarnya dengan pengutan

yang sebesar ini system penguatan Op-&mp menjadi tidak stabil. nput

Kelompok 9 3

Pengu !

"#$e%en

Pengu !

' Gain (

Le)el

*+#)e%

Pengu !

k+#%

8/18/2019 bab 3 omp- amp

4/21


diferensial yang amat ke#il saja sudah dapat membuat outputnya menjadi

saturasi.

b. Unity Gain frequency

Op-&mp ideal mestinya bisa bekerja pada frekuensi berapa saja mulai

dari sinyal * sampai pada frekuensi giga hert8. %arameter unity gain

frequency menjadi penting jika Op-&mp digunakan untuk aplikasi dengan

frekuensi tertentu. %arameter & O+ biasanya adalah penguatan Op-&mp padasinyal * . esponse pada penguatan Op-&mp menurun seiring dengan

menaiknya frekuensi sinyal input. Op-&mp +M,41 misalnya memiliki unity

gain frekuensi sebesar 1 M98. :ika perlu meran#ang aplikasi pada frekuensi

tinggi maka pilihlan Op-&mp yang memiliki unity gain frekuensi lebih

tinggi.

c. Slew ate

alam Op-&mp kadang ditambahkan beberapa kapasitor untuk

mereduksi noise . /amun kapasitor ini menimbulkan kerugian yang

menyebabkan response Op-&mp terhadap sinyal input menjadi lambat. Op-

&mp ideal memiliki parameter slew rate yang tak terhingga sehingga jika

input berupa sinyal kotak maka outputnya juga kotak. 6etapi karena

ketidakidealan Op-&mp maka sinyal output dapat berbentuk eksponensial.

*ontohnya ' Op-&mp +M,41 memiliki slew rate sebesar 5 ;

8/18/2019 bab 3 omp- amp

5/21


7ebanyakan O%-&M% pada bagian inputnya menggunakan transistor

bipolar maka arus bias pada inputnya adalah ke#il. +e=el amplitudonya tidak lebih dari beberapa mikro&mpere.

e. Supply voltage range ( > s )

6egangan sumber untuk O%-&M% mempunyai range minimum dan

maksimum yaitu untuk O%-&M% yang banyak beredar dilapangan dipasaran

sekitar ? 3 sampai ? 1; .

f. nput oltage ange ( > i ma@ )

ange tegangan input maksimum sekitar 1 olt atau 2 olt atau lebih

diba!ah dari tegangan sumber >s.

g. Output oltge range ( > o ma@ )

6egangan output maksimum mempunyai range antara 1 olt atau 2

olt lebih diba!ahnya tegangna sumber ( supply voltage ) >s. diba!ahnya

diba!ahnya tegangna sumber ( supply voltage ) >s. 6egangan output ini

biasanya tergantung tegangan saturasi O%-&M%.

h. ifferensial input offset =oltage ( > io )

%ada kondisi ideal output akan sama dengan nol bila kedua terminal

inputnya digraund-kan. /amun pada kenyataannya semua piranti O%&M%

tidak ada yang sempurna dan biasanya terjadi ketidakseimbangan pada keduaterminal inputnya sekitar beberapa milli=olt. 6etapi jika input ini dibiarkan

untuk dikuatkan dengan O%-&M% dengan model closed loop maka tegangan

output bisa melebihi saturasinya. 7arena itu biasanya setiap O%-&M% pada

Kelompok 9 5

8/18/2019 bab 3 omp- amp

6/21


bagian luar dilengkapi dengan rangkaian offset tegangan nol ( "ero offset

voltage ).

i. #ommon mode re$ection ratio ( *M )

"e#ara ideal O%-&M% menghasilkan output yang proporsional

dengan terhadap beda kedua terminal input dan menghasilkan output sama

dengan nol jika sinyal kedua input simultan yang biasa disebut #ommon

mode . "e#ara praktik sinyal #ommon mode tidak diberikan pada inputnya dan

dikeluarkan pada outputnya. "inyal *M ( *ommon Mode eje#tion

atio ) selalu diekspresikan dengan rasio dari penguatan sinyal beda O%-&M%

dengan harga sebesar 5 d$.

j. %ransition frequency ( f6 )

"e#ara umum O%-&M% pada frekuensi rendah mempunyai penguatan

tegangan sekitar 155 d$. 7ebanyakan O%-&M% mempunyai frekuensi transisi

f6 setiap 1 M9A dan penguatan pada harga sebesar 5 d$.

3.2.2 Jenis !enis Am"#i$ier

a. !nverting &mplifier

angkaian dasar penguat inverting adalah seperti yang di tunjukkan

pada gambar berikut '

Gambar M3.3.2.2.1 angkaian n=erting &mplifier

Kelompok 9 6

8/18/2019 bab 3 omp- amp

7/21


"inyal masukannya dibuat melalui input in=erting seperti yang tersirat pada

namanya kita tentu telah menduga bah!a fase keluaran dari penguatinverting ini akan selalu berbalikan dengan inputnya. %ada rangkaian ini

umpan balik negati=e dibangun melalui resistor i.

nput non inverting pada rangkaian ini dihubungkan ke ground atau

B C 5. mpedansi rangkaian in=erting didefenisikan sebagai impedansi input

dari sinyal masukan terhadap ground 7arena input in=erting (-) pada

rangkaian ini diketahui adalah nol maka impedansi rangkaian ini tentu saja

adalah A in C i. $erikut rumus dari in=eting amplifier'

Vo=− Rf Ri

Vi

b. Non inverting &mplifier

%rinsip utama rangkaian penguat non inverting adalah seperti yang di

perlihatkan pada gaambar berikut '

Gambar M3.3.2.2.2 /on n=erting &mplifier

%enguat ini memiliki masukan yang dibuat melalui input non inverting .

engan demikian tegangaan keluaran rangkaian ini akan satu fasa dengan

tegangan inputnya. >ntuk menganalisa rangkaian penguat Op-&mp non

in=erting #aranya sama seperti menganalisa rangkaian inverting .

Kelompok 9 -

8/18/2019 bab 3 omp- amp

8/21


mpedansi untuk rangkaian Op-&mp non inverting adalah impedansi

dari input non in=erting Op-&mp tersebut. *ontohnya +M,41 diketahuimemiliki impedansi input A in C 15 to 15 12 Ohm.

$erikut rumus Non inverting &mplifier '

Vo= Rf + Ri

Ri Vi

c. Summing inverting (%enjumlah)

angkaian penjumlah atau rangkaian adder adalah rangkaian penjumlah yang dasar rangkaiannya adalah rangkaian in=erting amplifier dan

hasil outputnya adalah dikalikan dengan penguatan seperti pada rangkaian

in=erting. %ada dasarnya nilai outputnya adalah jumlah dari penguatan masing

masing dari in=erting seperti '

$ila f C a C b C # maka persamaan menjadi '

6ahanan om gunanya adalah untuk meletak titik nol supaya tepat

terkadang tanpa om sudah #ukup stabil. Maka rangkaian ada yang tanpa

om juga baik hasilnya. angkaian penjumlah dengan menggunakan

nonin=erting sangat suah dilakukan karena tegangan yang diparalel akan

menjadi tegangan terke#il yang ada. sehingga susah terjadi proses

penjumlahan.

Kelompok 9 .

8/18/2019 bab 3 omp- amp

9/21


Gambar M3.3.2.2.3 angkaian %enjumlahan dengan 9asil /egatif.

d. Substractor %engurang

angkaian pengurang ini berasal dari rangkaian in=erting dengan

memanfaatkan masukan non-in=erting sehingga persamaannya menjadi

sedikit ada perubahan. angkaian ini bisa terdiri 3 ma#am yaitu '

a. angkaian dengan 1 op-amp b. angkaian dengan 2 op-amp

#. angkaian dengan 3 op-amp

angkaian pengurang dengan 1 op-amp ini memanfaatkan kaki in=erting dan

kaki nonin=erting. "upaya benar benar terjadi pengurangan maka nilai dibuat

seragam seperti gambar. umusnya adalah'

Kelompok 9 9

8/18/2019 bab 3 omp- amp

10/21


Gambar M3.3.2.2.% angkaian %engurang dengan 1 Op-&mp.

angkaian pengurang dengan 2 op-amp tidak jauh berbeda dengan satuopamp yaitu salah satu input dikuatkan dulu kemudian dimasukkan ke

rangkaian pengurang seperti gambar diba!ah ini. %erhitungan rumus yang

terjadi pada titik 8 adalah '

$ila fC i maka persamaannyaakan menjadi '

Kelompok 9 10

8/18/2019 bab 3 omp- amp

11/21


Gambar M3.3.2.2.& angkaian %engurang dengan 2 Op-&mp

angkaian pengurang dengan 3 op-amp sangat lah beda dengan yang lainnya.

&da 3 ma#am proses yang terjadi disini seperti pada gambar diba!ah ini.

Gambar M3.3.2.2.' angkaian %engurang dengan 3 Op-&mp

e. 'ifferensiator

angkaian differensiator adalah rangkaian aplikasi dari rumusan

matematika yang dapat dimainkan (dipengaruhi) dari kerja kapasitor.

angkaian nya seperti pada gambar dengan rangkaian sederhana dari

differensiator. >ntuk mendapatkan rumus differensiator urutannya adalahsebagai bagai berikut ' i * C i$ B iD Edan selama nilai i $ C 5 maka i * C iD selisih

dari in=erting input dan nonin=erting input (=1 dan =2) adalah nol dan

penguatan tegangannya sangat besar maka didapat persamaan pengisian

kapasitor sebagai berikut '

Kelompok 9 11

8/18/2019 bab 3 omp- amp

12/21


Gambar 3.3.2.2.( angkaian iferensiator Op-&m

3.2.3 )eri*+t a,a#a- sa#a- sat+ /nt/- s/a# ,ari !enis0!enis O"0Am"

in

out

f i

Kelompok 9 12

8/18/2019 bab 3 omp- amp

13/21


engan gambar di atas rang#anglah sebuah non-in=erting amplifier jika

diketahui in C 1 2 m dan i C 35F. "umber tegangan ? 1; . 6entukanharga tegangan keluaran ( out) saat '

a. %enguatan gain (0) C 4 kali

b. esistor feedba#k ( f) C 125F

Maka untuk'

(a).Vout

Vin = 4 kali

dimana in C 1 2 m C 5.5512 out C in @ 4 kali

C 5 5512 @ 4 kali

C 5.554 kali

(b).Vout Vin

= ¿ 1 B

Rf Ri

out C (1 B Rf Ri ) in

C (1 B120

30 ) 5 5512

C (1 B 4) 5 5512

C 5 55

3.2.% /nt/- a"#i*asi /"erati/na# am"#i$ier ,a#am *e-i,+"an se-ari0-ari.

*ontoh aplikasi Op-&mp yang paling sering atau paling banyak digunakan dalam kehiupan sehari-hari adalah rangkaian in=erter non-in=erter

integrator dan differensiator. $erikut #ontoh lain aplikasi Op-&mp '1. /m"arat/r "emban,ing4

Kelompok 9 13

8/18/2019 bab 3 omp- amp

14/21


7omparator (pembanding) merupakan salah satu aplikasi yang

memanfaatkan bati simpal terbuka (bahasa nggris' open-loop gain ) penguatoperasional yang sangat besar. &da jenis penguat operasional khusus yang

memang difungsikan semata-mata untuk penggunaan ini dan agak berbeda

dari penguat operasional lainnya dan umum disebut juga dengan

*/m"arat/r (bahasa nggris' comparator ). 7omparator membandingkan

dua tegangan listrik dan mengubah keluarannya untuk menunjukkan

tegangan mana yang lebih tinggi.

2. Peng+at "emba#i*

"ebuah penguat pembalik menggunakan umpan balik negatif untuk

membalik dan menguatkan sebuah tegangan. esistor f mele!atkan

sebagian sinyal keluaran kembali ke masukan. 7arena keluaran taksefase

sebesar 1 5G maka nilai keluaran tersebut se#ara efektif mengurangi besar

masukan. ni mengurangi bati keseluruhan dari penguat dan disebut dengan

umpan balik negatif.

3. Peng+at n/n0"emba#i*

engan demikian penguat non-pembalik memiliki bati minimum

bernilai 1. 7arena tegangan sinyal masukan terhubung langsung dengan

masukan pada penguat operasional maka impedansi masukan bernilai.

%. Peng+at ,i$erensia#

%enguat diferensial digunakan untuk men#ari selisih dari dua tegangan

yang telah dikalikan dengan konstanta tertentu yang ditentukan oleh nilairesistansi yaitu sebesar 1

3.3 METODOLOGI

3.3.1 "kema &lat

Kelompok 9 1,

8/18/2019 bab 3 omp- amp

15/21


Gambar M3.3.3.1.1 "kema &lat

3.3.2 %er#obaaan !nverting &mplifier

1. $uat rangkaian seperti gambar 1.2. $erikan 1C15 m dengan frekuensi 155 98 f C 157 i C 157 3. +ihat o pada os#illos#ope #atat nilainya4. 9itung dan #atat besarmya penguatan ( out in);. >langi langkah 2 dan 3 dengan i C;7 i C 3 37 i C 2 ;7 i C 257

i C 357.

Gambar M3.3.3.2.1 angkaian %er#obaan !nverting &mplifier

Tabe# M3.3.2.1 %er#obaaan !nverting &mplifier

Kelompok 9 15

15

-

3

15

,

2

Rf F Rf Fi o 0ain

out in%hasaoutput nput

15.555

157 ;7

3 37 2 ;7 257 357

8/18/2019 bab 3 omp- amp

16/21


3.3.3 %er#obaan /on- !nverting &mplifier

1. $uat rangkaian seperti gambar 1.2. $erikan 1C15 m dengan frekuensi 155 98 f C 157 i C 157 3. +ihat o pada os#illos#ope #atat nilainya4. 9itung dan #atat besarmya penguatan ( out in);. >langi langkah 2 dan 3 dengan i C;7 i C 3 37 i C 2 ;7 i C

257 i C 357.

Gambar 3.3.3.3.1 angkain %er#obaan /on- !nverting &mplifier

Tabe# 3.3.2.2 %er#obaan /on- !nverting &mplifier

Kelompok 9 16

-26

3,

Rf

F

Rf Fi o 0ain

out in %hasaOutput nput

15.55

5

157 ;7

3 37 2 ;7 257 357

8/18/2019 bab 3 omp- amp

17/21


3.3.4 %er#obaan Summing amplifier

1. $uat rangkaian seperti gambar 1.2. $erikan 1C15 m dengan frekuensi 155 98 f C 157 1 C 2 C

3 C 157 3. +ihat o pada os#illos#ope #atat nilainya4. 9itung dan #atat besarmya penguatan ( out in);. >langi langkah 2 dan 3 dengan i C;7 i C 3 37 i C 2 ;7 i C

257 i C 357.

Gambar M3.3.3.%.1 angkaian %er#obaan Summing &mplifier

3.% PENGAMATAN DAN ANALISA

3.%.1 Pengamatan

a. n=erting &mplifier

ik ' in C 15 m C 5 51

f C 157

i C 2k i C 37 i C 47 i C ;7 i C 7

it ' out

Kelompok 9 1-

8/18/2019 bab 3 omp- amp

18/21


Vout Vin C

− Rf Ri

out C − ¿ Rf Ri in

C− 10 K

2 K @ 5 51

C¿

− ¿ ;) @ 5 51

C − ¿ 5 5;

Tabe# M3.%.1.2 9asil %ergitungan n=erting amplifier

b. /on-in=erting amplifier

b. n=erting amplifier

ik ' in C 15 m C 5 51

f C 157

i C 27 i C 37 i C 47 i C ;7 i C 7

it ' out

Kelompok 9 1.

Rf

F

Rf Fi o 0ain

out inOutput nput

157

27 - 5 5; 5 51 - ; 37 - 5 533 5 51 - 3 3

47 - 5 52; 5 51 - 2 ; ;7 - 5 52 5 51 - 2

7

- 5 5

1 ,

5 51 - 1 ,

8/18/2019 bab 3 omp- amp

19/21


Vout Vin C

1 + Rf Ri

out C1 + Rf

Ri @ in

51 +

10 K 2 K 6 5 51

5 @ 5 51

C 5 5

Tabe# M3.%.1.1 6abel 9asil %erhitungan /on-in=erting amplifier

3.%.2 Ana#isa%ada praktikum kali ini terdapat perbedaan antara in=erting amplifier dan

non-in=erting amplifier pada in=erting amplifier out dan gainnya bernilai

negatif sedangkan pada non-in=erting amplifier out dan gainnya bernilai positif.

9al ini terjadi karena pada pada inm=erting amplifier in nya masuk melalui

Kelompok 9 19

Rf F

Rf F

i o 0ain

out inOutput nput

157

27 5 5 5 51

37 5 543 5 51 4 3

47 5 53; 5 51 3 ;

;7 5 53 5 51 3

7 5 52 , 5 51 2 ,

8/18/2019 bab 3 omp- amp

20/21


kaki negatif sehingga out in bernilai negatif. "edangkan pada non- in=erting

amplifier in masuk melalui kaki positif sehingga out in bernilai positif .

Kelompok 9 20

8/18/2019 bab 3 omp- amp

21/21


3.& PENUTUP

3.;.1 7esimpulan

&dapun kesimpulan pada praktikum kali ini adalah sebagai berikut'

1. Op-&mp berguna sebagai penguat suatu tegangan.

2. Op-&mp banyak digunakan dalam elektronika yang berdaya rendah.

3. %ada Op-&mp ini kita dapat menghitung besar penguatan dari

tegangan.

4. Op-&mp terdiri dari beberapa jenis yang paling sering digunakan

a. n=erting amplifier b. /on-in=erting amplifier

#. "umming amplifier

3.;.2 "aran

&dapun saran yang harus diperhatikan oleh praktikan adalah sebagai

berikut'

1. %raktikan harus mematuhi peraturan yang ada pada labratorium

mekatonika dan otomasi produksi.

2. %raktikan harus memahami materi yang akan diujikan.

3. %raktikan harus bertanya pada asisten apabila ada yang kurang paham

tentanhg materi yang diujikan.

Kelompok 9 21

Documents

bab 3 omp- amp