Laporan 6 - Galih Rahadian A [PDF]

Citation preview

LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DASAR II PENGUAT NON-INVERTING DAN OSILATOR



Nama



: Galih Rahadian Anandya



NIM



: 205090707111007



Kelompok



: C-7



Tgl. Praktikum



: 26 November 2021



Nama Asisten



: Dewi Ayu Safitri



LABORATORIUM INSTRUMENTASI DAN PENGUKURAN JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG



LEMBAR PENILAIAN PRAKTIKUM LAPORAN ELEKTRONIKA DASAR II PENGUAT NON-INVERTING DAN OSILATOR Tanggal Masuk Laporan : _____________________________________________________ Pukul



: _____________________________________________________ Korektor



Asisten



Dewi Ayu Safitri



Dewi Ayu Safitri



......



CO Asisten



Allysa Zahra Ramadhina ......



Catatan:



___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________



Tanggal Masuk Revisi : ______________________________________________________ Pukul



: ______________________________________________________



Nilai Sementara



Nilai Akhir



BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 TUJUAN Tujuan diilakukannya praktikum ini adalah agar dapat diukur, diamati dan dipelajari karakteristik OP-AMP sebagai penguat non-inverting dan karakteristik osilator Jembatan Wien yang dibangun dengan penguat non-inverting dan umpan balik positif berisi tahanan dan kapasitor. 1.2 DASAR TEORI Penguat operasional dapat diartikan juga sebagai analog sirkuit integral dirancang untuk amplifikasi linear yang menawarkan karakteristik hampir ideal (hampir tak terbatas tegangan gain dan daya tahan ditambah dengan resistensi keluaran rendah dan lebar bandwidth). Alat ini dapat dianggap sebagai 'blok keuntungan' universal yang ditambahkan komponen eksternal untuk menentukan fungsinya dalam suatu wilayah. Dengan menambahkan dua perlawanan, kita dapat memproduksi sebuah amplifier yang memiliki keuntungan yang ditentukan dengan tepat. Alternatif, dengan dua resistor dan dua kapasitor kita dapat memproduksi filter band-pass sederhana (Tooley, 2006). Adapun kegunaan dari penguat operasional atau OP-AMP salah satunya adalah sebagai penguat non inverting. Penguat yang keluarannya tidak berlawanan fasa dengan masukannya yang berarti sefasa. Masukan penguat diberikan diberikan kepada terminal v+ (terminal masukan non-inverting). Dengan memperhatikan karakteristik Op-Amp ideal, maka: pada titik v- berlaku hukum Kirchoff pertama, dimana arus uang masuk jumlahnya harus sama dengan arus yang keluar sehingga jika keduanya dijumlahkan akan bernilai nol (Surjono, 2009). Penguat non inverting merupakan sebuah rangkaian penguat operasional dasar yang menggunakan umpan negatif mundur. Penguat ini digunakan untuk menstabilkan tegangan secara keseluruhan. Dengan menggunkan penguat jenis ini, umpan balik negatif juga dapat meningkatkan induksi dan mengurangi output dari sebuah impedansi. Pada rangkaian penguat ini, tegangan input digunakan sebagai masukan pada penguat non inverting. Hal ini digunakan agar dapat menghasilkan teganan output yang sefase. Lalu, tegangan output tersebut diumpankan kembali ke input melalui tegangan pembagi. Akan tetapi, gain tegangan loop terbuka yang tinggi menyebabkan tegangan umpan balik berlawanan dengan tegangan masukan memiliki umpan balik negative (Malvino & Bates, 2016).



Gambar 1.1 Penguat Non-Inverting (Surjono, 2009). Operasi yang terjadi pada penguat non inverting ialah sinyal input akan diterapkan pada terminal masukan positif. Lalu, pada penguat ini nilai arus sangat kecil sehingga efek dari pengaruh arus tersebut umumnya diabaikan. Lalu, bagian output yang muncul pada bagian resistor akan memberikan sinyal input ke terminal masukan negative sehingga sinyal input akan menyuplai tegangan ke terminal masukan positif sehingga sinyal output akan berada dalam rentang linear dan nilainya akan mendekati 0 Volt. Maka dari itu, dapat disimpulkan tegangan input negative ialah sinyal output dari penguat operasional (Terrel, 1996).



BAB II METODOLOGI 2.1 PERALATAN PERCOBAAN Pada praktikum ini, digunakan beberapa alat diantaranya voltmeter DC sebanyak 1 buah, variable power supply, polaritas ganda sebanyak 1 buah, signal generator sebanyak 1 buah, oscilloscope sebanyak 1 buah dan rangkaian uji penguat non-inverting dan osilator. Pada rangkaian uji, terdapat komponen-komponen penyusunnya, diantaranya adalah IC op-amp LM741, tahanan R1 10 kΩ 2 Watt, tahanan R2 20 kΩ (10 kΩ + 10 kΩ) 2 Watt, tahanan R1s 1 kΩ, tahanan R2s 130 kΩ, tahanan Ra 10 kΩ, tahanan Rb 1 kΩ, kapasitor Ca 100 nF, kapasitor Cb 100 nF, kapasitor C1 10 nF, kapasitor C2 10 nF.



2.2 TATA LAKSANA PERCOBAAN 2.2.1 Rangkaian Penguat Non-Inverting



2.2.1.1 Persiapan Rangkaian uji, voltmeter, variable power supply dan oscilloscope dihidupkan. Pada voltmeter dipilih mode DC. Terminal voltmeter dihubungkan ke titik A-E (Terminal positif ke titik A, terminal negatif ke titik E). Tegangan VAE atau tegangan keluaran variabel power supply (+VCC) akan ditunjukkan pada voltmeter. Variable power supply diatur agar didapat tegangan keluaran 12 V. Langkah ini dimaksudkan untuk membuat +VCC = 12 V dan -Vcc = -12 V. Tegangan VAE dicatat, selanjutnya ukur dan catat tegangan VBE dengan dindahkannya terminal positif voltmeter ke titik B. Ke-tidak-akuratan pada power supply polaritas ganda bisa saja terjadi sehingga dihasilkan keluaran positif dan negatif yang tidak benar-benar simetri. Putus/matikan saklar SX (ditandai dengan LED SX yang off) dan saklar S2 agar didapat konfigurasi penguat non-inverting. Saat ini, masukan rangkaian filter mendapatkan tegangan dari signal generator. Saklar S1 dihubungkan/dihidupkan. Coupling DC dipilih pada channel 1 (CH1) dan channel 2 (CH2) oscilloscope. CH1 dan CH2 oscilloscope dihubungkan secara berturut-turut ke titik X dan titik F. Pastikan offset DC = 0 V dimiliki keluaran signal generator, dengan dilihatnya melalui tampilan sinyal pada CH1 oscilloscope. Bila tidak, atur signal generator agar dikeluarkannya offset DC 0 V. Keluaran signal generator diatur agar dihasilkan tegangan 1 V(peak) atau 2 V(peak-topeak).



2.2.1.2 Pengukuran untuk Mengetahui Penguatan Saklar S4 sampai S5 diatur untuk didapatkan variasi penguatan pada rangkaian penguat non-inverting. Catat dan simpan bentuk sinyal tegangan masukan VX, VD dan keluaran VF untuk masing-masing variasi penguatan tersebut. Jangan matikan alat-alat, karena praktek selanjutnya (rangkaian osilator) merupakan kelanjutan dari langkah ini.



2.2.2 Rangkaian Osilator Jembatan Wien 2.2.2.1 Persiapan Saklar SX di-On-kan (ditandai dengan LED SX yang on) dan saklar S2 agar didapat konfigurasi osilator Jembatan Wien. Rangkaian osilator ini sekarang terputus dari signal generator. Signal generator selanjutnya bisa dimatikan. Saklar S1 sekarang tidak digunakan dan bisa di-off-kan. Titik X sekarang juga tidak digunakan. CH1 oscilloscope dihubungkan ke titik F yang merupakan keluaran osilator. 2.2.2.2 Pengukuran Keluaran Osilator Jembatan Wien Saklar S4 sampai S5 diatur untuk didapatkan variasi penguatan pada rangkaian penguat non-inverting. Variasi dilakukan seperti pada langkah 12 dan 13. Catat dan simpan bentuk sinyal tegangan keluaran osilator (VF) termasuk frekuensinya untuk masing-masing variasi tersebut. Semua alat dimatikan.



2.3 GAMBAR ALAT DAN RANGKAIAN PERCOBAAN



Gambar 2.1 Rangkaian Uji



Gambar 2.2 Ilustrasi Rangkaian



BAB III HASIL DAN PEMBAHASAN



3.1 Data Hasil Percobaan 3.1.1 Rangkaian Penguat Non-Inverting 𝑉𝐴𝐸 = 12 𝑉𝐵𝐸 = −10,91 No 1 2 3 4



S4 off on off on



S5 off off on on



VX (Vpp) 2 2,1 2,1 2,1



VD (Vpp) 2 2,1 2,1 2,1



VF (Vpp) 8 8 8,1 8



Penguatan VF/VX 4 3,80952381 3,857142857 3,810



3.1.2 Rangkaian Osilator Jembatan Wien No 1 2 3 4



S4 off on off on



S5 off off on on



VF (Vpp) 10 5 10 10



Frekuensi (Hz) 1540 1686 1580 1550



3.1.3 Grafik Pengukuran Untuk Mengetahui Penguatan No S4 S5



1



off off



2



on off



3



off on



Vx



Vd



Vf



4



on



on



3.1.4 Grafik Osilator Jembatan Wien NO



S4



S5



Vf



Frekuensi (Hz)



1



off



off



1540



2



on



off



1686



3



off



on



1580



4



on



on



1550



3.2 Pembahasan 3.2.1 Analisa Prosedur 3.2.1.1 Fungsi Alat Dalam percobaan ini digunakan alat yang sesuai dengan standar nasional dan kondisi alat tersebut masih layak pakai. Alat yang digunakan adalah voltmeter DC sebanyak 1 buah, variable power supply, polaritas ganda sebanyak 1 buah, signal generator sebanyak 1 buah, oscilloscope sebanyak 1 buah dan rangkaian uji penguat non-inverting dan osilator. Pada rangkaian uji, terdapat komponen-komponen penyusunnya, diantaranya adalah IC op-amp LM741, tahanan R1 10 kΩ 2 Watt, tahanan R2 20 kΩ (10 kΩ + 10 kΩ) 2 Watt, tahanan R1s 1 kΩ, tahanan R2s 130 kΩ, tahanan Ra 10 kΩ, tahanan Rb 1 kΩ, kapasitor Ca 100 nF, kapasitor Cb 100 nF, kapasitor C1 10 nF, kapasitor C2 10 nF. Digunakan Voltmeter DC sebagai pengukur besarnya tegangan listrik di rangkaian tertutup. Sedangkan, beberapa tahanan digunakan sebagai beban pada rangkaian. Lalu, signal generator yang digunakan sebagai alat pengukur agar bentuk dari gelombang listrik dapat ditampilkan. Lalu, op-Amp digunakan agar terdapat penguatan pembalik pada rangkaian. Lalu, osiloskop digunakan sebagai alat ukur agar sinyal listrik dapat diproyeksikan. Lalu, kapasitor digunakan untuk perata arus pada rectifier dan juga sebagai filter di dalam Rangkaian Power Supply (Catu Daya).Terakhir, rangkaian uji digunakan sebagai wadah atau media yang nantinya akan diuji serta dianalisis selama percobaan. 3.2.1.2 Fungsi Perlakuan Salah satu hal yang dilakukan dalam percobaan ini adalah dilakukan login pada Remlab agar software tersebut terhubung dengan laboratorium di



Universitas Brawijaya. Selanjutnya, mode video stream diaktifkan agar dapat terlihat rangkaian serta intrumen yang digunakan dalam percobaan ini. Setelah itu, dilakukan komponen elektronika disambungkan agar proses pengukuran dapat dilakukan. Setelah itu, rangkaian disambungkan dengan sumber tegangan agar rangkaian mendapatkan energy dan pengukuran dapat dilakukan. Lalu, dihubungkan terminal voltmeter ke titik A-E dengan terminal positif ke titik A, sedangkan terminal negatif ke titik E agar nilai tegangan VAE dapat diketahui. Lalu, dihubungkan terminal voltmeter ke titik A-E dengan terminal positif ke titik B, sedangkan terminal negatif ke titik E agar nilai tegangan VBE dapat diketahui. Lalu, variable power supply diatur dengan tegangan keluaran 12 V, hal ini dilakukan agar didapatkan nilai batas rangkaian atau umumnya disebut VCC .Lalu, dilakukan pengukuran antara nilai tegangan dan penguatan pada penguat non-inverting dengan saklar S4 sampai S5 dengan kondisi kedua saklar tersebut berbeda-beda. Hal ini dilakukan agar dapat diketahui hubungan dari hambatan dengan hasil dari penguatan yang terjadi.. Kemudian, signal generator serta osiloskop diatur dengan tegangan keluaran serta frekuensi yang berbeda-beda dan dilakukan pengukuran, hal ini dilakukan agar bentuk sinyal serta nilai tegangan keluaran dapat diketahui. Lalu, saklar SX dan saklar S2 dinyalakan agar didapat konfigurasi osilator Jembatan Wien. Lalu, dilakukan pengukuran antara nilai tegangan dan penguatan pada osilator jembatan wien dengan saklar S4 sampai S5 dengan kondisi kedua saklar tersebut berbeda-beda. Hal ini dilakukan agar dapat diketahui hubungan dari hambatan dengan hasil dari penguatan yang terjadi.. Kemudian, signal generator serta osiloskop diatur dengan tegangan keluaran serta frekuensi yang berbeda-beda dan dilakukan pengukuran. 3.2.2 Analisa Hasil Dalam percobaan pratikum ini dilakukan pengukuran nilai tegangan yang telah dipengaruhi oleh perlakuan berbeda dari saklar dengan voltmeter didapatkan nilainilai yang nantinya dapat digunakan pada perhitungan. Lalu, dilakukan pengukuran sinyal dengan osiloskop sehingga dapat diketahui nilai dari tegangan peak to peak yang melalui rangkaian penguat non-inverting dan osilator jembatan wien. Pada percobaan dengan penguat non-inverting dilakukan perlakuan yang berbeda dengan menyalakan atau mematikan saklar 4 dan saklar 5. Perlakuan yang berbeda tersebut mengakibatkan nilai tegangan peak to peak pada beberapa titik



bervariasi. Jika saklar 4 dihubungkan atau dinyalakan maka nilai dari hambatan R2S akan bernilai nol sehingga hambatan yang berlaku hanya nilai R2. Sedangkan, Jika saklar 5 dihubungkan atau dinyalakan maka nilai dari hambatan R1S akan bernilai nol sehingga hambatan yang berlaku hanya nilai R1. Maka dari itu, dapat disimpulkan bahwa nilai dari tegangan peak to peak pada titik X, F, ataupun D nilainya secara umum bertambah sering bertambahnya nilai hambatan yang diberlakukan pada rangkaian, yaitu dengan semakin banyaknya saklar yang menyala. Namun, pada saat kedua saklar dinyalakan, nilai tegangan peak to peak pada 3 titik tersebut menurun sehingga hal tersebut sesuai dengan hukum ohm yang mengatakan bahwa jika nilai hambatan semakin besar maka nilai dari tegangan yang dihasilkan akan semakin kecil. Berdasarkan hasil praktikum, didapatkan hasil beda fase antara sinyal masukan dan sinyal keluaran pada osiloskop. Hal tersebut berlaku pada perlakuan pertama dengan kedua saklar dimatikan diperoleh beda fase diantara kedua sinyal tersebut adalah nol derajat atau sefase. Begitu juga dengan perlakuan keempat dimana kedua saklar dinyalakan diperoleh juga beda fase bernilai nol derajat atau sefase. Sedangkan pada perlakuan kedua dan ketiga dimana salah satu saklar dimatikan akan diperoleh beda fase sebesar 90 derajat sehingga dapat dikatakan tidak sefase. Hal tersebut disebabkan oleh adanya distorsi yang diakibatkan oleh adanya kapasitor yang akan menahan sebagian sinyal pada rangkaian sehingga sinyal tidak dapat kembali ke titik awal. Pada praktikum kali ini, terdapat suatu rumus yang dapat digunakan untuk membandingkan hasil percobaan dengan teori yang digunakan. Adapun rumus dari perhitungan tersebut adalah sebagai berikut :



Berdasarkan hasil pengukuran diperoleh perbedaan hasil dengan perhitungan teoritis. Salah satu contoh adalah pada perlakuan pertama dimana kedua saklar dimatikan diperoleh hasil praktikum sebesar 4 volt, sedangkan secara teoritis didapatkan nilai sebesar 2,83. Hal tersebut dikarenakan ketidaktelitian dari pengukur karena pengukuran diambil ketika kondisi sinyal tidak stabil sehingga yang dicatat belum merupakan nilai yang sebenarnya. Hal itu disebabkan arus yang digunakan pada rangkaian penguat berupa sinyal AC atau bolak-balik sehingga hasilnya akan selalu tidak stabil.



Pada osilator Jembatan Wien, hubungan variasi tahanan dan tegangan keluaran untuk variasinya tidak berbeda jauh hanya berbeda pada perlakuan kedua dimana nilai dari tegangan keluaran bernilai 5 volt sedangkan pada perlakuan yang lain bernilai sebesar 10 volt. Hal tersebut tidak bisa ditarik kesimpulan bagaimana hubungan dari antara variasi tahanan dan tegangan keluaran karena tidak berbentuk pola antar perlakuan. Hal ini juga diperkuat dengan hubungan antara tahanan dan tegangan yang tidak sesuai dengan Hukum Ohm, dimana seharusnya ketika kedua saklar dinyalakan yang menyebabkan nilai tahanan tertinggi akan menghasilkan nilai tegangan yang lebih tinggi dibandingkan perlakuan lainnya. Kemudian pada perlakuan ketiga, diperoleh distorsi yang dapat dilihat dari sinyal pada osiloskop dimana sinyal tersebut terpotong. Hal tersebut diakibatkan oleh adanya kapasitor yang akan menahan sebagian sinyal pada rangkaian. Selain itu, pada pengukuran didapatkan nilai frekuensi yang dilihat dari osiloskop. Dari hasil pengukuran, dapat dikatakan nilai yang didapatkan cukup bervariasi dan tidak terlihat mengalami peningkatan ataupun penurunan, tetapi nilai frekuensi tersebut nilainya berkisar 1,520 – 1,560 saja, tidak lebih dari itu. Akan tetapi, hasil dari frekuensi osilasi ersebut dapat juga dihitung dengan menggunakan rumus, sebagai berikut :



Dengan, nilai dari R ialah RA /RB yang bernilai 10 k Ω dan nilai dari C ialah 100 nF atau 0,0000001 F. Dari perhitungan tersebut, didapatkan frekuensi bernilai 159,23 Hz, sedangkan pada pengukuran didapatkan penguatan berkisar 1,540 – 1,686 Hz. Dapat dikatakan, hasil dari pengukuran dan perhitungan memiliki perbedaan yang sangat jauh. Hal ini mungkin disebabkan adanya beberapa sinyal yang tertahan akibat secara tidak sengaja terbelakukan Low Pass Filter pada rangkaian.



BAB IV PENUTUP



4.1 Kesimpulan Setelah melakukan percobaan penguat non-inverting dan osilator didapatkan bahwa pengukuran, pengamatan, belajar karakteristik dari Op-amp yang digunakan sebagai penguat non-inverting dan osilator Jembatan Wien yang dibangun menggunakan penguat non-inverting dan umpan balik positif berisi tahanan dan kapasitor dapat dilakukan. Penguat non-inverting sendiri diartikan sebuah penguat dengan sinyal keluaran yang tidak berlawanan fase dengan sinyal masukannya atau dapat dibilang sefase. Sedangkan, isolator ialah rangkaian yang menghasilkan keluaran periodik tanpa sinyal masukan. 4.2 Saran Penggunaan software dalam pratikum terkadang tidak efektif dan sulit dimengerti sehingga untuk penggunaan software tersebut dapat diperbaiki kembali.



DAFTAR PUSTAKA Bates, D. and Malvino, A. 2016. Electronic Principles 8th Ed. New York: McGraw-Hill nnnnnEducation. Surjono, H.D. 2007. Elektronika Teori dan Penerapan. Jember: Cerdas Ulet Kreatif. Tooley, M. 2006. Electronic Circuits Fundamental and Applications Third Edition. Oxford: Elsevier Inc Terrel, L. D. 1996. Op-Amps: Design, Application, and Troubleshooting Second Edition. Toronto: Butterworh-Heinemann Inc



LAMPIRAN



(Tooley, 2006).



(Terrel, 1996).



(Surjono, 2009).



(Malvino and Bates, 2016).



POSTTEST