Pengukuran Tegangan Pada Bebera Konfigurasi Penguat Dengan Menggunakan Operasional Amplifier [PDF]

Citation preview

0



LAPORAN PRAKTIKUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL BIOSISTEM Diajukan untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Instrumentasi dan Kontrol Biosistem Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Jember



Oleh: Nama NIM Kelas Acara



: Yunus Kindi Prakoso : 151710201081 : TEP A : Acara 3 (Pengukuran Tegangan Pada Bebera Konfigurasi Penguat Dengan Menggunakan Operasional Amplifier) Asisten : Ahmad Haris/161720101006



LABORATORIUM ENERGI, OTOMATISASI, dan INSTRUMENTASI PERTANIAN JURUSAN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS JEMBER 2017



1



BAB 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang 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 rangkaianumpan 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 yangberfungsi sebagai amplifier multiguna dalam bentuk IC. LM -741 adalah salah satu IC (Integrated Circuit) op-amp yang memiliki 8 pin IC opamp ini terdapat 2 jenis bentuk , yaitu tabung (Lingkaran) dan kotak (persegi), tetapi yang umum adalah yang berbentuk persegi. Op-amp banyak digunakan dalam sistem analog komputer, penguat video gambar, penguat audio, osilator, detektor, dan lainnya. LM-741 biasanya bekerja pada tegangan positif negatif 12 Volt, dibawah itu IC tidak akan bekerja. Setiap pin/kaki-kaki pada IC LM-741 mempunyai fungsi yang berbeda-beda (Rashid, 1998). Contoh penggunaan operasional penguat adalah untuk operasi matematika sederhana seperti penjumlahan dan pengurangan terhadap tegangan listrik sehingga dikembangkan kepada penggunaan aplikatif seperti komparator dan osilator, dan distorsi rendah serta pengembangan alat komunikasi. Selain itu, aplikasi pemakaian op-amp juga meliputi bidang elektronika audio, pengatur tegangan DC, tapis aktif, penyearah presisi pengubah analog ke digital presisi, kendali optik, komputer analog, elektronika nuklir (Sutrisno, 1986). Praktikum Pengukuran Tegangan Pada Beberapa Konfigurasi Penguat Dengan Menggunakan Operasional Amplifier dilakukan bertujuan agar praktikan mengetahui beberapa karakter penguat amplifier dan bagaimana cara merangkai beberapa penguat amplifier. 1.2 Tujuan Berdasarkan latar belakang diatas, maka tujuan yang ingin dicapai adalah sebagai berikut.



2



1. Untuk mengetahui beberapa karakter penguat operasi. 2. Untuk mengetahui cara merangkai beberapa penguat operasi. 1.3 Manfaat Adapun manfaat yang dapat diperoleh yaitu sebagai berikut. 1. Agar dapat mengetahui karakter beberapa penguat operasi 2. Agar dapat mengetahui bagaimanacara merangkai beberapa penguat operasi



3



BAB 2. METODOLOGI PRAKTIKUM 2.1 Waktu dan Tempat Praktikum Praktikum acara pengukuran tegangan pada beberapa konfigurasi penguat dengan menggunakan operasional amplifier dilakukan pada Hari Sabtu, 04 November 2017 pukul 12.00 WIB hingga selesai. Praktikum ini bertempat di Laboratorium Instrumentasi Gedung Workshop Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Jember. 2.2 Alat dan Komponen yang Digunakan Alat dan komponen yang digunakan dalam praktikum pengukuran tegangan pada beberapa konfigurasi penguat dengan menggunakan operasional amplifier adalah sebagai berikut. a. Power suplay DC b. AVO meter digital atau AVO meter analog c. Resistor fixed (10KΩ dan 100KΩ) d. Wise board atau kit percobaan e. Potensiometer f. IC 741 g. Jumper 2.3 Prosedur Kerja Mulai



Menyiapkan alat dan2komponen praktikum



Merangkai konfigurasi penguat operasional sesuai gambar



A



4



A



Mengukur dan mencatat tegangan input



Mengukur dan mencatat tegangan output



Mencatat hasil pengamatan pada tabel



Mengulangi prosedur pengukuran diatas untuk penguat operatif inverting, non-inverting, differensial, dan summing



Laporan



Selesai Gambar 2.1 Diagram Alir Pegukuran Tegangan Pada Beberapa Konfigurasi Penguat Ra=10K



Rd=500K



R2=100K



Ra=10K



+5V



Rd=500K



R4=200K



+5V



R1=100K 2 Vin



3



+12 _ + -12



+12



R1=100K



7 4 R3=20K



6



Vout



2



V1



3 V2



R2=100K



_ +



R3=200K



7



6



Vout



4 -12



R4=20K INVERTING AMPLIFIER DIFFERENTIAL AMPLIFIER



(a)



(b)



Gambar 2.2 (a) Rangkaian Inverting Amplifier; (b) Rangkaian Differensial Amplifier



5



BAB 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Hasil



dan



Pembahasan



Pengukuran



Tegangan



Pada



Beberapa



Konfigurasi Penguat Tabel 3.1 Data hasil pengukuran tegangan pada beberapa konfigurasi penguat No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20



Konfigurasi



Inverting



Non-Inverting



Differensial



Summing



Kondisi 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5



R1 (KΩ)



R2 R3 R4 Vs (KΩ) (KΩ) (KΩ) (Volt)



100



100



22



22



5



10



20



x



x



5



100



100



200



200



5



100



200



200



x



5



Vin (Volt) 1 2 0,32 x 1,98 x 2,40 x 3,26 x 4,05 x 0,62 x 0,86 x 1,48 x 1,94 x 2,99 x 4,98 5 4,90 5 4,91 5 4,92 5 4,93 5 0,45 5 0,96 5 1,10 5 1,37 5 1,72 5



Vout (Volt) Ukur Teori -0,56 -0,64 -4,14 -3,96 -5,08 -4,80 -6,70 -6,52 -8,48 -8,10 1,87 1,86 2,62 2,58 4,53 4,44 6,00 5,82 9,45 8,97 4,92 0,04 4,26 0,20 3,52 0,18 2,82 0,16 1,98 0,14 -5,83 -5,90 -6,88 -6,92 -7,17 -7,20 -7,74 -7,74 -8,46 -8,46



Berikut ini adalah persamaan Vout dari masing-masing konfigurasi Operational Amplifier: a. Inverting Amplififier Vout = [(R3 + R4) / R4] * [(R2 / R1) * Vin] b. Non-Inverting Amplifier Vout = [1 + (R2 / R1)] * Vin c. Differensial Amplifier Vout = [(R1 + R4) / (R2 + R3) * (R3 / R2) * Vin-2] – [(R4 / R1) * Vin-1] d. Summing Amplifier Vout = - (Rf / R1) * Vin-1 – (Rf / R2) * Vin-2 Berdasarkan hasil pengukuran dan perhitungan maka hasil dari masingmasing pengamatan penguat operasional disajikan dalam gambar di bawah ini.



6



Grafik Pengukuran Tegangan pada Inverting Amplifier



Output (Vout(V))



3.1.1



Hubungan Antara Vinput dengan VOutput pada Konfigurasi 0 Inverting Amplifier 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 -1 0 0.5 f(x) = − 2.11 2 x +x0+ 0.07 Ukur -2 R² = 1 -3 Linear -4 (Ukur) -5 Teori -6 Linear -7 (Teori) -8 -9



Input (Vin(V))



Gambar 3.1 Grafik pengukuran tegangan pada inverting amplifier



Berdasarkan grafik yang dihasilkan (Gambar 3.1) dengan menggunakan real value Vinput sebagai sumbu x terlihat bahwa kedua metode (pengukuran dan teori) menunjukkan hasil yang sedikit berbeda. Perbedaan tersebut berada pada penguatan ukur = -2,1093 kali, dan Penguatan teori = -2 kali; dan konstanta ukur = -0,0746, dan konstanta teori = 0. Perbedaan ini mungkin disebabkan karena pada waktu praktikum terjadi kesalahan pada saat pengukuran, kurangnya ketelitian praktikan saat membaca ataupun mengoprasikan multimeter digital, dapat juga adanya pengaruh ketelitian AVO meter atau kalibrasi dari alat tersebut. Persamaan yang dihasilkan dari grafik menunjukkan bahwa penguatan yang dipergunakan sebesar 2,1093 kali, dapat diterima secara teoritis. Karena berdasarkan persamaan Vout = - [(R3 + R4) / R4] * [(R2 / R1) * Vin] , diperoleh penguatan sebesar - [(R3 + R4) / R4] * (R2 / R1) , jika dimasukkan nilai tahanannya menjadi – [(22K+22K)/22K] * (100K/100K) = - 2. Nilai konstanta teori sebesar 0 berarti nilai penguatan tidak ada noise. Sedang pada hasil pengukuran nilai konstanta -0,0746 cukup kecil dan bisa diabaikan.



7



3.1.2



Grafik Pengukuran Tegangan pada Non Inverting Amplifier



Output (Vout(V))



Hubungan Antara Vinput dengan VOutput pada 10 Konfigurasi Non Inverting Amplifier 8 6 4 2 0 0.5



Ukur



f(x) f(x) = = 3.2 3 x x− − 0 0.15 R² = 1 R² = 1



Linear (Ukur) Teori



1



1.5 2 2.5 Input (Vin (V))



3



3.5



Linear (Teori)



Gambar 3.2 Grafik pengukuran tegangan pada non inverting amplifier



Berdasarkan grafik yang dihasilkan (Gambar 3.2) dengan menggunakan real value Vinput sebagai sumbu x terlihat bahwa kedua metode (pengukuran dan teori) menunjukkan hasil yang sedikit berbeda. Perbedaan tersebut berada pada penguatan ukur = 3,195 kali, dan Penguatan teori = 3 kali; dan konstanta ukur = 0,1478 dan konstanta teori = 0. Perbedaan ini mungkin disebabkan karena pada waktu praktikum terjadi kesalahan pada saat pengukuran, kurangnya ketelitian praktikan saat membaca ataupun mengoprasikan multimeter digital, dapat juga adanya pengaruh ketelitian AVO meter atau kalibrasi dari alat tersebut. Persamaan yang dihasilkan dari grafik menunjukkan bahwa penguatan yang dipergunakan sebesar 3,195 kali, dapat diterima secara teoritis. Karena berdasarkan persamaan Vout = [1+(R2 / R1)]* Vin, diperoleh penguatan sebesar [1+(R2 / R1)], jika dimasukkan nilai tahanannya menjadi [1+(20/10)] = 3. Nilai konstanta teori sebesar 0 kemungkinan disebabkan karena nilai pembulatan pada saat perhitungan.



8



3.1.3



Grafik Pengukuran Tegangan pada Differensial Amplifier



Output (Vout(V))



Hubungan Antara Vinput dengan VOutput pada 6 Konfigurasi Differensial Amplifier 5 4 f(x) = 14.07 x − 65.85 3 R² = 0.14 2 1 0 f(x) = − 2 x + 10 89 4.9 R² 91 92 9 3 9 4 9 5 96 97 9 8 9 9 4. 4. =41. 4. 4. 4. 4. 4. 4. 4. Input (Vin(V))



Ukur Linear (Ukur) Teori Linear (Teori) Linear (Teori)



Gambar 3.3 Grafik pengukuran tegangan pada differensial amplifier



Berdasarkan grafik yang dihasilkan (Gambar 3.3) dengan menggunakan real value Vinput sebagai sumbu x terlihat bahwa kedua metode (pengukuran dan teori) menunjukkan hasil yang sangat berbeda. Perbedaan tersebut berada pada penguatan ukur = 14,072 kali; dan Penguatan teori = -2 kali; dan konstanta ukur = 65,846 dan konstanta teori = 10. Perbedaan ini disebabkan oleh dua kemungkinan, yang pertama adalah karena kesalahan peletakan AVO meter pada saat pengukuran V in-1, pada saat praktikum diduga kuat peletakan probe AVO meter yaitu pada rangkaian V in-2. Seharusya, peletakan probe AVO meter diletakkan di rangkaian Vin-1 yaitu diantara Ra dan R1. Kemungkinan yang kedua adalah kesalahan pembacaan V out AVO meter. Jika nilai Vin-1 benar seperti yang ada pada Tabel 3.1, maka hasil V out yang benar yaitu sesuai dengan pengukuran teori. Nilai Vout teori yang dihasilkan ratarata mendekati nol. Hal ini dikarenakan selisih nilai V in-1 dan Vin-2 mendekati nol atau hampir sama.



9



3.1.4



Grafik Pengukuran Tegangan pada Summing Amplifier



Output (Vout(V))



Hubungan Antara Vinput dengan VOutput pada 0Konfigurasi summing Amplifier Ukur



-10.2 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9



0.4



0.6



0.8



1



1.2



1.4



f(x) = − 2.07 2.01 x − 4.89 4.99 R² = 1 Input (Vin (V))



1.6



1.8



Linear (Ukur) Teori Linear (Teori) Linear (Teori) Linear (Teori)



Gambar 3.4 Grafik pengukuran tegangan pada summing amplifier



Berdasarkan grafik yang dihasilkan (dengan menggunakan real value Vinput sebagai sumbu x) terlihat bahwa kedua metode (pengukuran dan teori) menunjukkan hasil yang sedikit berbeda. Perbedaan tersebut berada pada penguatan ukur = -2,0734 kali, dan Penguatan teori = -2,0134 kali; dan konstanta ukur = -4,8938, dan konstanta teori = -4,989 Perbedaan ini mungkin disebabkan karena beberapa faktor yang mempengaruhi hasil pengukuran, misalnya saja kurang telitinya praktikan ketika melihat nilai yang tertera pada display AVO meter. Persamaan yang dihasilkan dari grafik menunjukkan bahwa penguatan yang dipergunakan sebesar 4 kali, dapat diterima secara teoritis. Karena berdasarkan persamaan Vout = - (R3 / R1) Vin-1 * (R3 / R2) * Vin-2 , diperoleh penguatan sebesar (R3 / R1)-(R3 / R2)*Vin-2, jika dimasukkan nilai tahanannya menjadi - (200 / 100)(200/200) * 5 = -15 .Karena summing amplifier memberikan nilai penjumlahan tegangan dengan penguatan terbalik maka semakin besar nilai x (V input), nilai Vout akan semakin kecil. 3.2 Jenis-Jenis Operational Amplifier Jenis-jenis operational amplifier sebagai berikut : a. Inverting Amplifier



10



Rangkaian dasar penguat inverting adalah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.5, dimana sinyal masukannya dibuat melalui input inverting. Fase keluaran dari penguat inverting ini akan selalu berbalikan dengan inputnya. Pada rangkaian ini, umpan balik negatif di bangun melalui resistor R2. Ra=10K



Rd=500K



R2=100K



+5V R1=100K Vin



2



+12 _



3



+ -12



7



6



Vout



4 R3=20K



R4=20K INVERTING AMPLIFIER



Gambar 3.5 Rangkaian inverting amplifier



b. Non Inverting Amplifier Prinsip utama rangkaian penguat non-inverting adalah seperti yang diperlihatkan pada Gambar 3.6. Seperti namanya, penguat ini memiliki masukan yang dibuat melalui input non-inverting. Dengan demikian tegangan keluaran rangkaian ini akan satu fasa dengan tegangan inputnya. Ra=10K



Rd=500K



R2=20K



+5V +12



R1=10K 2 Vin



3



_



7



+



6



Vout



4 -12



NON INVERTING AMPLIFIER



Gambar 3.6 Rangkaian non inverting amplifier



c. Integrator Opamp bisa juga digunakan untuk membuat rangkaian-rangkaian dengan respons frekuensi, misalnya rangkaian penapis (filter). Salah satu contohnya



11



adalah rangkaian integrator seperti yang ditunjukkan pada gambar 3. Rangkaian dasar sebuah integrator adalah rangkaian op-amp inverting, hanya saja rangkaian umpan baliknya (feedback) bukan resistor melainkan menggunakan capasitor C. Secara matematis tegangan keluaran rangkaian ini merupakan fungsi integral dari tegangan input. Sesuai dengan nama penemunya, rangkaian yang demikian dinamakan juga rangkaian “Miller Integral”. Aplikasi yang paling populer menggunakan rangkaian integrator adalah rangkaian pembangkit sinyal segitiga dari inputnya yang berupa sinyal kotak.



Gambar 3.7 Rangkaian integrator



d. Differensial Amplifier Kalau komponen C pada rangkaian penguat inverting di tempatkan di depan, maka akan diperoleh rangkaian differensiator seperti pada Gambar 3.8 dengan analisa yang sama seperti rangkaian integrator, differensial amplifier akan menguatkan perbedaan antara dua input yang diaplikasikan pada terminal inverting dan non inverting dengan persamaan: Vo = (R2/R1) (V2 – V1). Ra=10K



Rd=500K



R4=200K



+5V +12



R1=100K 2



V1



3 V2



R2=100K



_ +



R3=200K



DIFFERENTIAL AMPLIFIER



7 4 -12



6



Vout



12



Gambar 3.8 Rangkaian differensial amplifier



e. Summing Amplifier Pada terminal non inverting ditanahkan dan diberikan tiga sinyal input dengan masing-masing dihubungkan dengan resistor (seperti pada penguat inverting), circuit akan membalik polaritas sinyal input sehingga pada output akan tercapai persamaan: Vo = -[(Rf/R1) V1 + (Rf/R2) V2 +(Rf/R3) V3] Ra=100K



Rd=500K



R3=200K



+5V +12



R1=100K 2



V1



3 V2



R2=200K



_ +



7



6



Vout



4 -12



SUMMING AMPLIFIER



Gambar 3.8 Rangkaian summing amplifier



3.3 Aplikasi Operational Amplifier Dalam Kehidupan Sehari-hari Operational amplifier digunakan pada berbagai aplikasi yang sering kita temui dalam kehidupan sehari-hari. Aplikasi tersebut yaitu : a. Amplifier pada rangkaian radio atau penguat suara b. Oscilator sebagai penguat gelombang c. Regulator, berguna untuk menstabilkan tegangan d. Penyearah tegangan sangat rendah e. Interface komputer untuk mengubah sinyal analog menjadi digital dan sebaliknya



13



BAB 4. PENUTUP



4.1 Kesimpulan Berdasarkan hasil pengamatan dapat disimpulkan sebagai berikut ini. 1.



Operasional amplifier adalah rangkaian terintegrasi (IC) yang berguna dalam teknik penguatan operasi pada elektronika



2.



IC 741 merupakan IC OpAmp



3.



Teknik untuk menguatkan tegangan pada OpAmp dapat dilakukan dengan berbagai konfigurasi yang masing-masing memiliki karakteristik tertentu



4.



Rangkaian penguat operatif antara lain penguatan pembalik, tak membalik, differensial, dan penjumlah.



4.2 Saran Diharapkan untuk praktikum Instrumentasi dan Kontrol Biosistem tahun depan, perlatan dan komponen praktikum yang digunakan diperbaiki sehingga tidak ada kesalahan atau ketidaksesuaian data dikarenakan alat yang sudah rusak atau belum terkalibrasi.



14



DAFTAR PUSTAKA Jumadi. 2010. Panduan Praktikum Lanjut (Penguat Operasi Atau Operational Amplifier). http://www.electroniclab.com/index.php/labanalog/penguatoperasi [12 November 2017].