Penguat Operasional [PDF]

Citation preview

PENGUAT OPERASIONAL



A. PENDAHULUAN 1. Latar Belakang Penguat Operasional atau Operational Amplifier (biasa dikenal dengan Op-Amp) merupakan sebuah komponen elektronika yang tersusun dari resistor, diode, dan transistor. Penyusunan dari Op-Amp tersebut disusun dalam sebuah rangkaian yang terintegrasi atau yang biasa dikenal dengan Integrated Circuit (IC). Op-Amp dalam aplikasinya biasa digunakan sebagai penguat terdapat dua buah input, yaitu input inverting dan non inverting. Pada Op-Amp terdapat dua sumber masukan sebagai sumber daya dari Op-Amp tersebut, yaitu tegangan positif (+Vcc) dan tegangan negatif (Nuryanto, 2017). Penerapan penguat operasional dalam kehidupan sehari-hari salah satu contohnya adalah sistem kontrol. Sistem kontrol telah memegang peranan sangat penting dalam perkembangan ilmu dan teknologi sebagai contoh, sistem control kebutuhan alat pengendali kecepatan motor listrik yang efektif dan efisien pada saat ini dan pada masa mendatang akan terus meningkat. Maka dari itu diperlukan sistem yang dapat dikendalikan melalui perangkat komputer, sehingga dapat dimonitoring secara real time dengan penampilan data yang lebih akurat dan presisi. Saat melakukan kendali kecepatan putar pasti akan mengalami masalah pada keluaran sinyal perintah keluaran. Kesalahan sinyal saat dalam pengendalian



kecepatan motor listrik biasanya dalam putaran yang melebihi atau kurang dari set poin yang diinginkan (Agung, 2015). Menurut Alfalah (2009) dalam jurnalnya yang berjudul “Alat Pencegah Kebakaran Berbasis Mikrokontroler At89s51 Pada Box Panel Kontrol Listrik” menyatakan bahwa permasalahan dari penelitian ini adalah



bagaimana



cara



membuat



alat



dengan



memanfaatkan



mikrokontroler AT89S51 dan peralatan elektronik lainnya yang dibutuhkan dan dapat diprogram sesuai keinginan. Elmunsyah (1994) pada skripsinya yang berjudul “Perancangan Penguat Kerja CMOS Untuk Beban Resistansi Rendah“ menyatakan bahwa dalam teknologi CMOS, perancang rangkaian mempunyai keluwesan yang lebih besar daripada teknologi bipolar untuk menyesuaikan sifat-sifat tiap devais terhadap peranannya pada suatu rangkaian. Berdasarkan uraian di atas kita belum mengetahui bagaimana susunan rangkaian penguat operasional pembalik dan tak membalik, penerapan perhitungan untuk menunjukan besarnya penguat tegangan dan penguat arus dengan memasang resistor yang dipilih, serta cara menerapkan perhitungan untuk menerapkan besarnya penguatan tegangan dengan menggunakan metode resistansi dan tegangan. Untuk mengetahui hal ini maka perlu dilakukan praktikum percobaan penguat operasional pembalik dan tak membalik untuk mengetahuinya lebih rinci lagi.



2. Tujuan Percobaan Tujuan percobaan penguat operasional adalah sebagai berikut. a. Untuk menyusun rangkaian Op-Amp pembalik dan tak pembalik sederhana untuk syarat AC dan DC memahami karakteristik pengoperasiannya. b. Untuk menerapkan perhitungan untuk menunjukkan besarnya penguatan tegangan dan penguat arus dengan memasang resistor yang dipilih. c. Untuk menyusun rangkaian Op-Amp pembalik dan tak pembalik untuk syarat AC pada software Electronic WorkBench (EWB).



B. KAJIAN TEORI Operasional amplifier atau disingkat Op-Amp merupakan suatu komponen analog yang populer digunakan dalamberbagai aplikasi rangkaian elektronika. Aplikasi op-amp yang paling sering disebut adalah rangkaian inverter non inverter, integrator dan differential. Op-Amp pada dasarnya adalah sebuah differential amplifier (penguat diferensial) yang memiliki dua masukan. Input (masukan) op-amp ideal memiliki open loop gain (penguap loop terbuka) tak terhingga besarnya misalnya Op-Amp LM741 yang sering digunakan oleh banyak praktisi elektroika, memiliki karakteristik tipikal open loop gain sebesar 104-105. Penguat sebesar ini membuat op-amp menjadi tidak stabil dan pengukurannya menjadi tidak terukur (invinite) (Anwari, 2017) Penggunaan penguat operasional berawal pada tahun 1940an ketika sirkuit elektronika dasar dibuat dengan menggunakan tabung vakum untuk melakukan operasi matematika seperti penjumlahan pengurangan, perkalian, integral dan komersial. Untuk pertama kalinya adalah k2-W yang diproduksi oleh pabrik researches, pada tahun 1970an (Imam, 2013). Rangkaian penguat interving adalah angkaian elektronika yang berfungsi untuk memperkuat dan membalik polentas sinyal masukan. Rangkaian penguat inverting akan menerima arus atau tegangan dari tranduser sangat kecil dan akanmembangkitkan arus atau tegangan dari tranduser yang lebih besar. Rangkaian dasar penguat inverting adalah



seperti yang ditunjukan pada Gambar 6.1 dimana sinyal masukan dihubungkan dengan 𝑅1 ke terminal pembalik dari Op-Amp dan terminal keluaran dihubungkan kembali dengan resistor. Umpan balik 𝑅2 ke terminal pembalik dari op-amp digroundkan.



Gambar 6.1 Rangkaian Penguat Inverting Rangkaian non inverting digunakan untuk memperkuat sinyal AC dan DC dengan keluaran yang tetap sefase dengan masukannya. Isyarat diletakkan



pada



terminal



masukan



non



inverting,



besarnya



penguatantegangan tergantung pada harga In F dan Fr yang dipasang. Terminal pembalik dihubungkan kekeluaran lewat 𝑅2 dan juga ke tanah 𝑅1 dapat dilihat pada Gambar 6.2 berikut.



Gambar 6.2 Rangkaian Penguat Non Inverting (Edminister, 2004).



Pada Inverting amplifier, input dengan outputnya berlawanan polaritas. Sehingga terdapat tanda minus pada rumus pengatnya. Penguat inverting ini biasanya lebih kecil dari nilai besaran dari I. untuk rumus tegangan keluaran yaitu 𝑅



Vout = - 𝑅𝑓 Vin …………………………………………. (6.1) 𝑠



Rangkaian non inverting ini hampir sama dengan rangkaian inverting hanya perbedaannya adalah terletak pada tegangan inputnya dari masukan non inverting. Hasil tegangan outputnya akan selalu positif. Untuk rumus tegangan keluaran sebagai berikut. 𝑉𝑜𝑢𝑡 = 1+ -



𝑅𝑓 𝑅𝑠



𝑉𝑖𝑛……………………… (6.2)



(Aditya, 2013) EWB ( Electronic WorkBench) merupakan salah satu software komputer elektronika yang dapat digunakan untuk melakukan simulasi terhadap cara kerja dari suatu rangkaian elektronika baik digital maupun analog. Dalam mempelajari rangkaian elektronika diperlukan, pemahaman yang baik terhadap komponen elektronika, teori rangkaian listrik dan kemampuan analisis. Untuk itu software ini sangat berguna bagi siapa saja yang ingin memperdalam pemahaman teori elektronika. Yang perlu difahami dalam melakukan simulasi dengan menggunakan software EWB adalah hasil simulasi bersifat ideal yang berarti keluara atau output dari rangkaian ini tidak terpengaruh oleh faktor-faktor ketidak idealan seperti hanya gangguan yang terjadi pada rangkaian listrik dan elektronika yang sebenarnya (nyata) (Ali, 2012).



C. METODE PRAKTIKUM 1. Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan pada Percobaan Penguat Operasional dapat dilihat pada Tabel 6.1 berikut. Tabel 6.1 Alat dan Bahan Percobaan Penguat Operasional No



Alat dan Bahan



1



Osiloskop



2



Papan rangkaian



3



Catu daya Resistor 200 dan 2k



4 5



Kabel penghubung



6



Function generator



7



Kabel probe



8 9



Ground Multimeter digital



10



Ic Op-Amp



Fungsi Untuk menampilkan gelombang masukan dan keluaran Sebagai tempat merangkai komponen elektronika Untuk mengatur tegangan Untuk menahan arus yang mengalir Untuk menguhubungkan komponen elektronika Untuk membangkitkan sinyal Untuk menghubungkan channel osiloskop dengan rangkaian Untuk mengurangi tegangan berlebih Untuk mengukur tegangan Sebagai komponen utama dalam penguat operasional



2. Prosedur Kerja Prosedur kerja yang dilakukan pada Percobaan Penguat Operasional adalah sebagai berikut. a. Rangkaian Inverting (pembalik) 1) Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan. 2) Menyusun rangkaian pembalik Op-Amp seperti pada Gambar 6.4 berikut.



Gambar 6.3 Rangkain Inverting Op-Amp 3) Menghubungkan IC pada catu daya dengan cara menghubungkan kutub positif catu daya pada kaki 7 serta menghubungkan kutub negatif catu daya pada kaki 4. 4) Menghubungkan function generator dan osiloskop pada rangkaian dengan menggunakan kabel probe. 5) mengaktifkan function generator, catu daya dan osiloskop. 6) Mengamati bentuk gelombang pada layar osiloskop dan mengukur tegangan menggunakan multimeter dengan sumber tegangan 3 V. 7) Mencatat hasil yang diperoleh pada tabel data pengamatan.



b. Rangkaian Non Inverting (tak pembalik) 1) Menyusun rangakaian non inverting Op-Amp seperti pada Gambar 6.5 berikut.



Gambar 6.4 Rangkain Non Inverting Op-Amp



2) Menghubungkan IC pada catu daya dengan cara menghubungkan kutub negatif pada catu daya dan kutub positifnya digroundkan. 3) Menghubungkan function generator dan osiloskop pada rangkaian dengan menggunakan kabel probe. 4) mengaktifkan function generator, catu daya dan osiloskop. 5) Mengamati bentuk gelombang pada layar osiloskop dan mengukur tegangan menggunakan multimeter dengan sumber tegangan 3 V. 6) Mencatat hasil yang diperoleh pada tabel data pengamatan.



A. HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Hasil a. Rangkaian inverting (pembalik) Data pengamatan pada Percobaan Penguat Operasional untuk rangkaian inverting dapat dilihat pada Gambar 6.5, Gambar 6.6 dan Tabel 6.2 berikut.



Gambar 6.5 Rangkaian Inverting Dengan Osiloskop



Gambar 6.6 Rangkaian Inverting Dengan EWB Tabel 6.2 Data Pengamatan Rangkaian Inverting No



Rangkaian



Rin (Ω)



Rf (Ω)



1.



Inverting



200



2000



Multimeter Vin (V) 0,3017



EWB Vin (V) 0,0265



b. Rangkaian non inverting Data pengamatan pada Percobaan Penguat Operasional rangkaian non inverting dapat dilihat pada Gambar 6.7, Gambar 6.8 dan Tabel 6.4 berikut.



Gambar 6.7 Rangkaian Non Inverting Dengan Osiloskop



Gambar 6.8 Rangkaian Non Inverting Dengan EWB Tabel 6.3 Data Pengamatan Rangkaian Tak Pembalik (Non Inverting) No



Rangkaian



Rin (Ω)



Rf (Ω)



1.



Inverting



200



2000



Multimeter Vin (V) 1,506



EWB Vin (V) 0,1728



2. Analisis Data Analisis data pada percobaan penguat operasional adalah sebagai berikut. 1. Menentukan besar penguat. a. Rangkaian Inverting



A



Rf Rin







2000 200



= -10 kali. b. Rangkaian Non Inverting



A







Rf 1 Rin 2000 1 200



=11 kali.



2. Menentukan Tegangan Keluaran osiloskop a. Inverting



Vout  



Rf  Vin Rin



 10  (0,3017)



= 3,017 V. b. Non Inverting



Vout 



Rf  Vin Rin



 11 (1,506)



= 16,566 V.



3. Menentukan Tegangan Keluar EWB a. Inverting



Vout  



Rf  Vin Rin



 10  (0,0265)



= -0,265 V. b. Non Inverting



Vout 



Rf  Vin Rin



 11 0,1728



= 1,9008 V.



3. Pembahasan . Percobaan penguat operasional diberlakukan dua rangkaian yakni rangkaian inverting dan non inverting. Pada rangkaian inverting dengan menggunakan dua resistor dimana resistor 200 Ω sebagai Rin dan 2000 Ω sebagai Rf. Pada data pengamatan diperoleh tegangan masukan sebesar 0,3017 V dengan tegangan sumber 3 V. Dari hasil pengamatan diperoleh bahwa bentuk gelombang pada osiloskop menunjukan gelombang masukan dan keluaran sefase. Rangkaian non inverting menggunakan dua resistor dimana resistor 200 Ω sebagai Rin dan 2000 Ω sebagai Rf. Pada data pengamatan, diperoleh tegangan masukan sebesar 1,506 V dengan tegangan sumber 3V. Dari hasil pengamatan diperoleh bahwa bentuk gelombang pada osiloskop menunjukan bentuk gelombang masukan dan sefase. Penguat operasional pada rangkaian inverting dan non inverting juga menggunakan EWB untuk melihat bentuk gelombang masukan dan keluaran. Pada rangkaian inverting bentuk gelombang masukan dan keluaran tidak sefase sedangkan bentuk gelombang keluaran dan massukan rangkaian non inverting sefase Data analisis diperoleh dengan tiga perlakuan, yang pertama yaitu penentuan besar penguatan pada rangkaian inverting dan non inverting yang diperoleh sebesar -10 kali dan 11 kali. Perlakuan yang ke dua penentuan tegangan keluar menggunakan multimeter pada rangkaian inverting dan non inverting diperoleh sebesar 3,017 V dan 16,566 V



perlakuan yang ke tiga yaitu menentukan tegangan keluar menggunakan EWB pada rangkaian inverting dan non inverting yang diperoleh nilai sebesar -0,265 V dan 1,9008 V. Hasil pengamatan yang telah dilakukan pada percobaan penguat operasional diperoleh bahwa pada rangkaian inverting pada saat menggunakan osiloskop bentuk gelombang keluaran dan masukan yang dihasilkan sefase sedangkan pada saat menggunakan EWB bentuk gelombang masukan dan keluaran yang dihasilkan tidak sefase. Sedangkan pada rangkaian non inverting menggunakan osiloskop dan EWB menunjukan hasil yang sama yaitu bentuk gelombang masukan dan keluaran yang dihasilkan sefase. Berdasarkan pengataman yang telah dilakukan diperoleh pada rangkaian inverting saat menggunakan osiloskop bentuk gelombang yang diperoleh adalah sefase. Hal ini tidak sesuai teori yang ada, dimana pada rangkaian inverting bentuk gelombang yang diperoleh seharusnya adalah sefase. Ha ini terjadi karena adanya kesalahan dalam menyusun rangkaian atau salah satu alat yang digunakan ada yang telah rusak. Sedangkan pada rangkaian non inverting bentuk gelombang yang diperoleh baik menggunakan osiloskop maupun EWB menunjukan hasil yang sama yaitu sefase, hal ini sudah sesuai dengan teori yang ada.



B. KESIMPULAN DAN SARAN 1. Kesimpulan Kesimpulan yang dapat diperoleh pada Percobaan Penguat Operasional adalah sebagai berikut. a. Rangkaian inverting memiliki masukan di kaki 2 serta mempunyai sifat keluaran dan masukan yang berbeda. Sedangkan pada rangkain non inverting memiliki masukan di kaki 3 serta mempunyai sifat keluaran dan masukan yang sama. b. Besarnya penguatan yang dihasilkan berbanding lurus dengan rasio antar Rf dan Rin semakin besar rasionya maka penguatan yang terjadi akan semakin besar. c. Penyusunan rangkaian Op-Amp pada software EWB dapat dilakukan dengan menstimulasikan komponen rangkain pada perangkat lunak dalam bentuk digital.



DAFTAR PUSTAKA



Aditya, emy dan Rachmadani Achaddiad. 2013. Analisa Sinyal Keluaran Operational Amplifier (LM741) pada Penguatan Inverting dan Non – Inverting. Jurnal fisika laboratorium instrumentas. Agung, fauzi sri, dan Hari putranto. 2015. Kendali Kecepatan Motor Dc Berbasis Labview Mengguanakan Metode Pid Logic. TEKNO. Volume 4. Ali, muhammad. 2012. Modul simulasi rangkaian elektronika analog dan digital dengan EWB. Yogyakarta : Universitas negeri Yogyakarta. Anwari, achmad, dkk. 2017. Perancangan dan Pembuatan Temperatur Transmitter Menggunakan Operasional Amplifier (Op-Amp) IC LM741. Jurnal trandtech. 2(3). Edministar, joseph H dan nahvi, mahmaad. 2004. Rangkaian Listrik Edisi Ke Empat. Jakarta: Erlangga. Muda, imam. 2013. Elektronika Dasar. Malang : Penerbit gunung samudera. Nuryanto, lilik eko. 2017. Penerapan Dari Op-Amp (Operational Amplifier). ORBITH . 13 (1).