Laprak 4 Differentsiator Dhendy DM [PDF]

Citation preview

LAPORAN PRAKTIKUM 4 ELEKTRONIKA TERINTEGRASI RANGKAIAN DIFFERENSIATOR



Nama



: Dhendy Dafeta Mahardicha



NIM



20193010023



Kelas / Semester



:B/2



Dosen Pengampu



: Nur Hudha Wijaya S.T., M.Eng.



LABORATORIUM ELEKTRONIKA PROGRAM STUDI TEKNOLOGI ELEKTRO-MEDIS PROGRAM VOKASI UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA 2020



LAPORAN PRAKTIKUM 4 RANGKAIAN DIFFERENSIATOR A. TUJUAN PERCOBAAN



1. Mengetahui fungsi dari rangkaian Op-Amp sebagai Differensiator. 2. Merencanakan dan membandingkan kerja dari Op-Amp sebagai Differensiator B. Dasar Teori



1. Pengertian OP-AMP Differentsiator Dasar Op - amp Diferensiator adalah kebalikan dengan yang ada pada Integrator rangkaian penguat operasional yang kita lihat di tutorial sebelumnya . Di sini , posisi kapasitor dan resistor telah terbalik dan sekarang reaktansi , Xc terhubung ke terminal input dari penguat pembalik sementara resistor , Rƒ membentuk elemen umpan balik negatif di penguat operasional seperti biasa . Sirkuit ini melakukan operasi matematika Diferensiasi , yang itu "menghasilkan tegangan output yang berbanding lurus dengan tegangan input yang rate-of perubahan terhadap waktu". Dengan kata lain yang lebih cepat atau lebih besar perubahan sinyal tegangan input, semakin besar arus masukan , semakin besar akan perubahan tegangan output sebagai tanggapan , menjadi lebih dari spike dalam bentuk seperti dengan rangkaian integrator, kita memiliki sebuah resistor dan kapasitor membentuk Jaringan RC di seluruh penguat operasional dan reaktansi (Xc) dari kapasitor memainkan peran utama dalam kinerja Op-amp Diferensiator . 2. Dasar Desain Op-amp bisa juga digunakan untuk membuat rangkaian-rangkaian dengan respons frekuens,misalnya rangkaian penapis (filter). Salah satu contohnya adalah rangkaian Differentsiator seperti yang ditunjukkan pada gambar 1. Jika komponen C pada rangkaian penguat inverting di tempatkan di depan, maka akan diperoleh rangkaian differensiator seperti pada gambar 3. Dengan analisa, akan diperoleh persamaan penguatannya sebagai berikut :



Gambar.1 Rangkaian Differentsiator



Gambar.2 Rumus Tegangan Output



HALAMAN



2



1) Tegangan Output



2) Respon Frekuensi Rangkaian



Gambar.3 Rumus Respon Frekuensi Dimana, apabila :



 fin < fc, rangkaian bertindak sebagai differensiator  fin > fc, rangkaian mendekati inverting Amplifier dengan penguatan tegangan



Gambar.4 Rumus Penguatan Inverting 3. Bentuk gelombang Differensiator Op-amp Jika kita menerapkan sinyal yang terus berubah seperti sinyal tipe gelombang-persegi, segitiga atau gelombang-sinusoidal ke input rangkaian penguat differensiator, sinyal output yang dihasilkan akan diubah dan yang bentuk akhirnya tergantung pada konstanta waktu RC dari kombinasi Resistor/Kapasitor.



Gambar.5 Bentuk Gelombang Input dan Output Resistor tunggal dasar dan rangkaian differensiator op-amp kapasitor tunggal tidak banyak



tertutup keseluruhan pada frekuensi tinggi, resistor tambahan, rin ditambahkan ke input seperti yang ditunjukkan di bawah ini.



HALAMAN



yang disebutkan di atas, "ketidakstabilan" dan "kebisingan". Jadi untuk mengurangi gain loop



3



digunakan untuk mereformasi fungsi matematika diferensiasi karena dua kesalahan inheren



4. Konfigurasi IC OP-AMP LM741 Penguat operasional (Op-Amp) adalah suatu blok penguat yang mempunyai dua masukan dan satu keluaran. Penguat operasional (Op-Amp) dikemas dalam suatu rangkaian terpadu (integrated circuit-IC). Salah satu tipe operasional amplifier (Op-Amp) yang populer adalah LM741. IC LM741 merupakan operasional amplifier yang dikemas dalam bentuk dual in-line package (DIP). Kemasan IC jenis DIP memiliki tanda bulatan atau strip pada salah satu sudutnya untuk menandai arah pin atau kaki nomor 1 dari IC tersebut. Penomoran IC dalam kemasan DIP adalah berlawanan arah jarum jam dimulai dari pin yang terletak paling dekat dengan tanda bulat atau strip pada kemasan DIP tersebut. IC LM741 memiliki kemasan DIP 8 pin seperti terlihat pada gambar berikut.



Gambar.6 Konfigurasi IC OP-AMP LM741 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. IC LM741 berisi satu buah Op-Amp, terdapat banyak tipe IC lain yang memiliki dua atau lebih Op-Amp dalam suatu kemasan DIP. IC OpAmp memiliki karakteristik yang sangat mirip dengan konsep Op-Amp ideal pada analisis rangkaian. Pada kenyataannya IC Op-Amp terdapat batasan-batasan penting yang perlu diperhatikan.  Pertama, tegangan maksimum power supply tidak boleh melebihi rating maksimum, 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.



 Tegangan ofset masukan (input offset voltage) Vio menyatakan seberapa jauh v+ dan v terpisah untuk mendapatkan keluaran 0 volt.



HALAMAN



diantaranya adalah :



4



Pada sebuah peguat operasional (Op-Amp) dikenal beberapa istilah yang sering dijumpai,



 Arus offset masukan (input offset current) menyatakan kemungkinan seberapa berbeda kedua arus masukan. Arus panjar masukan (input bias current) memberi ukuran besarnya arus basis (masukan).  Harga CMRR menjamin bahwa output hanya tergantung pada (v+) – (v-), walaupun v+ dan v- masing-masing berharga cukup tinggi. Untuk menghindari keluaran yang berosilasi, maka frekuensi harus dibatasi, unity gain frequency memberi gambaran dari data tanggapan frekuensi. hal ini hanya berlaku untuk isyarat yang kecil saja karena untuk isyarat yang besar penguat mempunyai keterbatasan sehingga output maksimum hanya dihasilkan pada frekuensi yang relative rendah. C. Alat dan Bahan



1. PC/Laptop 2. Software Proteus Professional D. Langkah Percobaan



1. Buatlah skema di bawah ini pada software proteus :



Gambar.7 Rangkaian Differentsiator 2. Atur Osiloskop seperti berikut 1) CH1 : …V/Div 2) CH2 : …V/Div 3) Time Base: …mS/Div 4) DC Coupling



3. Rangkailah rangkaian seperti pada diagram skematik dan pasang catu daya. 4. Aturlah input gelombang segitiga pada 1Vpp dan frekuensi pada 500Hz. 5. Untuk sementara lepaskan probe Ch2 dan catatlah posisi dari garis lurus (0V). hubungkan kembali probe pada output rangkaian. Hitung tegangan puncak negatif dari gelombang kotak (hitung dari ground) catat hasilnya. Tegangan Puncak Negatif = ……. V



segitiga yang terdifferensial dari gelombang kotak diberikan sebagai :



HALAMAN



7. Untuk tegangan output negatif, persamaan tegangan output puncak ke puncak dari gelombang



5



6. Hitung periode waktu untuk gelombang kotak dimana tegangannya negatif (t1).



Gambar.8 Rumus Tegangan Output Bagaimana nilai yang ditentukan dalam langkah 4 dibandingkan nilai yang diperkirakan?



8. Ubah time base osiloscop menjadi 0,2ms/div dan Ch2 0,2V/div, aturlah frekuensi input pada 1Khz, ulangi langkah 4,5,6 bagaimana hasil percobaan ini dengan nilai yang telah dihitung.



9. Ubah time base ke 10ms/div dan Ch2 menjadi 2V/div. Atur frekuensi pada 30 Khz. Bagaimana bentuk sinyal outputnya. E. Hasil



1. Tabel Hasil Percoban Frekuensi



Respon



Tegangan



Tegangan



Perioda



Bentuk



Bentuk



Input (Fc)



Frekuensi (Fi)



Input



Output



(t1)



Gelombang



Gelombang



Input



Output



1.



500 Hz



1.540 Hz



1 Vp-p



-2 Vp-p



0,001 S



Segitiga



Kotak



2.



1.000 Hz



1.540 Hz



1 Vp-p



-4,1 Vp-p



5×10-4 S



Segitiga



Kotak



3.



30 KHz



1.540 Hz



1 Vp-p



8 Vp-p



_



Segitiga



Segitiga



2. Gambar Hasil dan Perhitungan



+12



17



U1 R1



3



C1



6 2



2200



+



LED-RED



FM



LM741



-



R2 22k ABC D



Gambar.9 Hasil Rangkaian Pada Proteus



6



AM



D1



330



-12 54



47nF



R3



HALAMAN



No



1) Percobaan 1 Frekuensi



Respon



Tegangan



Tegangan



Bentuk



Bentuk



Input (Fi)



Frekuensi (Fc)



Input



Output



Gelombang



Gelombang



Input



Output



Segitiga



Kotak



500 Hz



1.540 Hz



1 Vp-p



-2 Vp-p



Konfigurasi Osiloskop :



Konfigurasi AFG :



Ch1 : 1 Volt/Div



Frekuensi : 500 Hz



Ch2 : 1 Volt/Div



Level : 1 Vp-p



Time Base : 0,5 mS/Div



Input Sinyal : Segitiga



Perhitungan :



t1 =



1



= 0,002 t1 =



Vo =



−2.𝑅𝑓.𝐶.𝑉𝑖𝑛 𝑡1



Fc =



Vo =



−2.22000.(4,7×10−8).1 0,001



Fc =



500



0,002 2



t1 = 0,001



Vo = −2,068 𝑉𝑝 − 𝑝



1



2.𝜋.𝑅𝑠.𝐶 1



2×3,14×2200×(4,7×10−8)



Fc = 1540 𝐻𝑧



Vo Terukur = -2,0 Vp-p Vo Terhitung = -2,068 Vp-p



HALAMAN



7



Gambar.10 Gelombang Input dan Output Percobaan 1



2) Percobaan 2 Frekuensi



Respon



Input (Fc) Frekuensi (Fi) 1.000 Hz



1.540 Hz



Tegangan



Tegangan



Perioda



Bentuk



Bentuk



Input



Output



(t1)



Gelombang



Gelombang



Input



Output



Segitiga



Kotak



1 Vp-p



-4,1 Vp-p



-4



5×10 S



Konfigurasi Osiloskop :



Konfigurasi AFG :



Ch1 : 1 Volt/Div



Frekuensi : 1000 Hz



Ch2 : 0,2 Volt/Div



Level : 1 Vp-p



Time Base : 0,2 mS/Div



Input Sinyal : Segitiga



Perhitungan :



t1 =



1



1000



= 0,001 t1 =



Vo =



0,001 2



Vo = t1 = 5 × 10−4



−2.𝑅𝑓.𝐶.𝑉𝑖𝑛 𝑡1



Fc =



−2.22000.(4,7×10−8).1



Fc =



5×10



−4



Vo = −4,136 𝑉𝑝 − 𝑝



1



2.𝜋.𝑅𝑠.𝐶 1



2×3,14×2200×(4,7×10−8)



Fc = 1540 𝐻𝑧



Vo Terukur = -4,2 Vp-p Vo Terhitung = -4,136 Vp-p



HALAMAN



8



Gambar.11 Gelombang Output Percobaan 2



3) Percobaan 3 Frekuensi



Respon



Tegangan



Tegangan



Perioda



Bentuk



Bentuk



Input (Fc)



Frekuensi



Input



Output



(t1)



Gelombang



Gelombang



Input



Output



Segitiga



Segitiga



(Fi) 30 KHz



1.540 Hz



1 Vp-p



8 Vp-p



Konfigurasi Osiloskop :



Konfigurasi AFG :



Ch1 : 1 Volt/Div



Frekuensi : 30.000 Hz



Ch2 : 2 Volt/Div



Level : 1 Vp-p



Time Base : 10 uS/Div



Input Sinyal : Segitiga



_



Perhitungan :



Vo = − 𝑅𝑓 × 𝑉𝑖𝑛



Vo Terukur = 8 Vp-p



Vo = − 22000 × 1



Vo Terhitung = 10 Vp-p



𝑅𝑠



2200



Vo = −10 × 1 Vo = 10 Vp − p



HALAMAN



9



Gambar.12 Gelombang Input dan Output Percobaan 3



F. Analisis



Dari praktikum yang telah dilakukan dapat di analisis bahwa rangkaian Differentsiator bukan bertindak sebagai penguat seperti hal nya penguat inverting dan non-inverting. Rangkaian differentsiator di sini adalah penguat pembeda yang berfungsi sebagai rangkaian perespon frekuensi yang dapat difungsikan sebagai filter. Walaupun bukan sebagai rangkaian penguat seperti hal nya inverting dan non-inverting amplifier, rangkaian differentsiator memiliki bentuk yang sama dengan penguat inverting yang di mana kaki input nya adalah kaki nomor 2 (inverting input), jika pada rangkaian inverting kaki input memiliki resistor input maka pada rangkaian differentsiator memiliki kapasitor dan bukan resistor itulah yang membedakan antara rangkaian differentsiator dan inverting amplifier. Fungsi kapasitor didalam rangkaian differentsiator ini adalah sebagai filter tegangan tinggi/AC (High Pass Filter), yang dimana kapasitor hanya melewatkan sinyal tegangan tinggi/AC dan memfilter sinyal DC agar tidak dapat melewati rangkaian. Apabila inputan dari rangkaian adalah DC maka rangkaian tetap tidak akan bekerja sebagai differentsiator ataupun inverting amplifier karena rangkaian ini hanya melewatkan sinyal tegangan tinggi/AC dan bukan DC. Pada rangkaian differentsiator dengan frekuensi input sebesar 500 Hz gelombang input sangat jauh berbeda dengan gelombang output, yang dimana gelombang output berubah menjadi gelombang kotak. Hal ini di sebabkan oleh respon frekuensi pada rangkaian yang masih lebih tinggi di bandingkan frekuensi input. Oleh karena itu gelombang input segitiga dapat berubah menjadi gelombang kotak. Lalu pada rangkaian differentsiator yang sama dengan frekuensi input sebesar 1000 Hz dapat dianalisis perubahan gelombang output nya. Gelombang output pada percobaan ke 2 ini memiliki bentuk yang hampir runcing/segitiga yang sama seperti gelombang input nya namun juga masih memiliki bentuk kotak yang tidak sempurna. Hal ini di sebabkan oleh besar frekuensi input yang hampir mendekati respon frekuensi nya yaitu sebesar 1540 Hz. Apabila frekuensi input telah melebihi batas respon frekuensi maka bentuk gelombang output akan sama dengan gelombang input dan rangkaian pun tidak akan bekerja sebagai differentsiator, akan tetapi malah bekerja hampir sama dengan rangkaian inverting amplifier. Pada percobaan ke 3 dengan frekuensi sebesar 30 KHz dapat di analasis pada rangkaian yaitu rangkaian sudah tidak bekerja lagi sebagai differentsiator dan kerja rangkaian pun sudah mendekati inverting amplifier yang di mana output nya dikuatkan sebesar 10x namun penguatan yang terjadi hanya 8x. Input yang awal nya hanya sebesar 1 Vp-p menjadi 8 Vp-p. Selain itu juga gelombang output memiliki bentuk yang sama dengan gelombang input. Semua ini disebabkan oleh besar frekuensi input yang sebesar 30 KHz sudah lebih besar dari



menyebabkan gelombang output sama dengan gelombang input dan rangkaian pun berubah 80% seperti inverting amplifier.



HALAMAN



frekuensi input yang sudah melewati batas respon frekuensi yang dimana hal ini



10



respon frekuensi yang hanya 1540 Hz oleh sebab itu rangkaian sudah tidak dapat merespon



G. Kesimpulan



Dari serangkaian praktikum yang telah dilkukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Rangkaian Differentsiator hanya bekerja pada sinyal inputan tegangan tinggi/AC. 2. Apabila inputan rangkaian adalah sinya DC maka rangkaian tidak akan bekerja sebagai differentsiator maupun inverting amplifier. 3. Apabila Frekuensi input lebih besar dari Fc (respon frekuensi) maka gelombang output akan sama dengan gelombang input. 4. Apa bila Frekuensi input lebih kecil dari Fc (respon frekuensi) maka maka gelombang output akan berbeda dengan gelombang input. 5. Apa bila Frekuensi input lebih kecil dari Fc (respon frekuensi) maka rangkaian akan bertindak sebagai diferensiator (tidak ada penguatan tegangan input). 6. Apabila Frekuensi input lebih besar dari Fc (respon frekuensi) maka rangkaian akan bekerja seperti inverting amplifier (terjadi penguatan tegangan input). 7. Rangkaian differentsiator akan merubah bentuk gelombang input nya apabila frekuensi



HALAMAN



11



input tidak lebih besar dibandingkan dengan respon frekuensi nya.



Tugas-Tugas 1. Pada frekuensi berapakah rangkaian ini tidak bertindak sebagai differensiator (yaitu mendekati inverting amplifier)? 2. Bagaimana output rangkaian Differensiator apabila inputnya berupa gelombang sinus dan kotak? 3. Simulasikan pada software (Multisim/Proteus/yang lainnya) Jawab : 1. Rangkaian differentsiator akan bekerja mendekati inverting amplifier apabila frekuensi input pada rangkaian sudah melebihi batas respon frekuensi pada rangkaian. Untuk mencari nilai respon frekuensi dapat di gunakan rumus sebagai berikut :



1



Fc = 2. 𝜋. 𝑅𝑠. 𝐶 2. Apabila input berupa gelombang kotak maka gelombang output akan berbentuk lancip seperti pada gambar 13.



Gambar.13 Gelombang Input Kotak dan Output Lancip Apabila input berupa gelombang sinus maka gelombang output akan berbentuk kosinus seperti pada gambar 14.



HALAMAN



3. Praktikum ini 100% dilakukan dengan simulasi pada software Proteus Professional v8.9.



12



Gambar.13 Gelombang Input Sinus dan Output Kosinus