MODUL 1

OPERATIONAL AMPLIFIER

TUJUAN

Modul ini mempelajari tiga jenis penguat dasar menggunakan Op Amp, yaitu:

inverting, non inverting, dan differential amplifier.

ALAT DAN BAHAN

Osiloskop Op Amp 741

Function Generator Resistor

Power Supply Kabel

Project Board

DASAR TEORI

Inverting Amplifier

Rangkaian dasar sebuah inverting amplifier terlihat seperti gambar di bawah ini

Pada amplifier ini signal input dimasukkan pada kaki inverting (-) melalui sebuah

tahanan input Ri. Tegangan keluaran dibalik sehingga akan berbeda fasa sebesar 180

derajat terhadap input (masukan). Hal ini yang membuat penguat ini diberi nama

inverting amplifier.

Besarnya penguatan op amp ditentukan secara sederhana oleh perbandingan resistor-

resistor yang berada di luar op amp. Penguatan dari rangkaian (Av) adalah sebesar:

Tegangan output (V out) dari rangkaian adalah sebesar:

Non-Inverting Amplifier

Prinsip utama rangkaian penguat non-inverting adalah seperti yang diperlihatkan pada

gambar berikut ini

Seperti namanya, penguat ini memiliki masukan yang dibuat melalui input non-

inverting. Dengan demikian tegangan keluaran rangkaian ini akan satu fasa dengan

tegangan inputnya. Besarnya penguatan op amp ditentukan secara sederhana oleh

perbandingan resistor-resistor yang berada di luar op amp. Penguatan dari rangkaian

(Av) adalah sebesar:

Tegangan output (Vout) dari rangkaian adalah sebesar:

Tetapi Vout tidak lebih besar dari tegangan saturasi (Vsat).

PROSEDUR PRAKTIKUM

A. Inverting Amplifier

a. Realisasikan desain anda. Beri catu daya pada op amp yang sesuai. Dengan

memberi input sebesar 2V, 1kHz buktikan perhitungan anda dengan

pengukuran pada realisasi rangkaian bahwa:

- Gain penguat -20

- Frekuensi output 1kHz

b. Beri input 0,5 volt, 1kHz sinusoidal. Tampilkan Vin dan Vout bersamaan

dengan menggunakan osiloskop. Gambar keduanya, perlihatkan jika ada

pergeseran fasa, perubahan bentuk gelombang dan perubahan amplitude.

c. Tambah besar tegangan input secara bertahap, catat bentuk gelombang

keluaran sampai terjadi distorsi.

d. Kembalikan pada keadaan b kemudian tambah frekuensi gelombang, catat

jika ada perubahan signal keluaran, sampai dengan terjadi distorsi.

e. Berikan input 2V DC kemudian hubungkan Vin dengan CH1 dan Vout

dengan CH2 kemudian set pada X-Y mode (DC coupling). Perhatikan apa

yang terjadi. Gambar grafik yang terlihat.

B. Non-inverting Amplifier

a. Realisasikan desain anda. Beri catu daya pada op amp yang sesuai. Dengan

memberi input sebesar 2V, 1kHz buktikan perhitungan anda dengan

pengukuran pada realisasi rangkaian bahwa:

- Gain penguat -20

- Frekuensi output 1kHz

b. Beri input 0,5 volt, 1kHz sinusoidal. Tampilkan Vin dan Vout bersamaan

dengan menggunakan osiloskop. Gambar keduanya, perlihatkan jika ada

pergeseran fasa, perubahan bentuk gelombang dan perubahan amplitude.

c. Tambah besar tegangan input secara bertahap, catat bentuk gelombang

keluaran sampai terjadi distorsi.

d. Kembalikan pada keadaan b kemudian tambah frekuensi gelombang, catat

jika ada perubahan signal keluaran, sampai dengan terjadi distorsi.

e. Berikan input 4V DC kemudian hubungkan Vin dengan CH1 dan Vout

dengan CH2 kemudian set pada X-Y mode (DC coupling). Perhatikan apa

yang terjadi. Gambar grafik yang terlihat.

MODUL 2

FUNGSI

TUJUAN

a. Mahasiswa dapat memahami dan mengerti kerja integrator dan differensiator

yang disusun dengan Op Amp.

b. Mahasiswa mampu membedakan dan menyelesaikan fungsi dari masing-

masing rangkaian dengan memberi masukan berbagai jenis gelombang.

ALAT DAN BAHAN

Kapasitor Resistor

Op Amp 741 Function Generator

Osiloskop Project board

Power Supply Kabel penghubung

DASAR TEORI

Integrator

Rangkaian dasar sebuah integrator adalah rangkaian op amp inverting dengan

kapasitor sebagai komponen untuk feedback.

Dengan cara yang sama dengan analisa rangkaian inverting amplifier, penguat ini

dapat dijelaskan sebagai berikut:

Beda tegangan diantara kedua kaki input Op Amp sama dengan 0. Karena V+

dihubungkan dengan ground maka V- = ground = 0 V. Sehingga arus yang melewati

R dan C dapat ditulis sebagai berikut:

Tidak ada arus yang masuk maupun keluar dari kaki input maupun output Op Amp

sehingga:

Persamaan (1) dan (2) dengan mudah dapat disubstitusikan dan diintegralkan

sehingga didapat fungsi keluaran sebagai berikut:

Dengan persamaan tersebut maka bentuk input akan mengikuti integrasi fungsi input

dengan penguatan tergantung pada besarnya R dan C. Pada penguat ini tidak akan

terjadi pola eksponensial pada integrator ini.

Integrasi sebuah fungsi akan menghasilkan sebuah konstanta. Dalam integrator ini

kondisi awal menjadi konstanta integrasi.

Differensiator

Differensiator disusun dengan kapasitor terangkai pada jalur input inverting. Bentuk

ideal penguat ini sebagai berikut:

Dengan cara yang sama dengan integrator, penguat ini dapat dianalisa dan keluaran

akan berbentuk fungsi differensial sebagai berikut:

Dalam beberapa aplikasi dapat ditambahkan resistor yang dipasang seri dengan

kapasitor. Tambahan ini akan mengakibatkan terbatasnya penguatan pada frekuensi

tinggi. Walaupun demikian untuk frekuensi rendah penguatan tetap ditentukan

dengan R dan C. Kondisi ini yang membuat penguat ini memiliki cut off frekuensi

yang besarnya

PROSEDUR PRAKTIKUM

1. Realisasikan desain anda. Kemudian cobalah dengan variasi input. Jika anda

mengalami kesulitan memperbaiki rangkaian anda bisa dicoba alternative

rangkaian lainnya.

2. Tentukan frekuensi respon, amplitude respon, dan variasi fungsi input respon

untuk rangkaian anda.

MODUL 3

AKTIF FILTER

TUJUAN

Mahasiswa mampu mendesain dan menganalisa low pass dan high pass filter.

ALAT DAN BAHAN

Op Amp 741 Resistor

Kapasitor Function Generator

Osiliskop Project board

Power Supply Kabel penghubung

DASAR TEORI

Low Pass Filter

Pada dasarnya low pass filter merupakan realisasi dari rangkaian integrator. Kali ini

rangkaian integrator ditambah dengan sebuah resistor seperti ditunjukkan pada

gambar berikut:

Transfer function dari rangkaian tersebut akan berbentuk:

atau

Yang tidak lain merupakan bentuk dari first-order low pass filter. Pada frekuensi

tinggi ketika kapasitor akan berperilaku terhubung singkat sehingga gain

dari amplifier akan menjadi nol. Akan tetapi ketika frekuensi sangat kecil

kapasitor akan berperilaku sebagai sebuah switch terbuka sehingga gain dari

amplifier akan menjadi Ho.

Kapan frekuensi dikatakan tinggi?

Frekuensi dikatakan tinggi jika sebagian besar arus lewat melalui kapasitor. Hal ini

terjadi jika impedansi kapasitor lebih kecil daripada R1. Dengan kata lain frekuensi

tinggi terjadi jika atau . Sebaliknya frekuensi rendah ketika

rangkaian berfungsi sebagai integrator terjadi pada keadaan

High Pass Filter

High pass filter disusun dari rangkaian differensiator sebagai berikut:

Dengan cara yang sama dengan analisa differensiator maka didapat transfer function

filter ini berbentuk:

atau

Pada frekuensi tinggi maka kapasitor akan terhubung singkat sehingga

terbentuk inverting amplifier dengan gain –R1/R2. Pada frekuensi rendah

kapasitor akan terbuka sehingga gain akan menjadi Ho.

PROSEDUR PRAKTIKUM

Buktikan perkiraan anda dengan merealisasikan rangkaian anda. Gambarkan hasil

dalam grafik semi log. Gambarkan juga perubahan fase atau bentuk gelombang dari

rangkaian anda.

MODUL 4

PEMBANGKIT GELOMBANG (OSILATOR)

TUJUAN

a. Menyusun rangkaian op-amp sebagai osilator.

b. Mempelajari bentuk isyarat yang dihasilkan oleh osilator.

ALAT DAN BAHAN

Op Amp 741 Resistor

Kapasitor Project board

Kabel Penghubung Function Generator

Osiloskop Catu daya

DASAR TEORI

Banyak sistem elektronik menggunakan rangkaian yang mengubah energi DC

menjadi berbagai bentuk AC yang bermanfaat. Osilator, generator, lonceng

elektronika termasuk kelompok rangkaian ini. Pada penerima radio misalnya, isyarat

DC diubah menjadi isyarat AC frekuensi-tinggi.

Osilator dapat dikelompokkan berdasarkan metode pengoperasiannya menjadi

dua, yaitu osilator balikan dan osilator relaksasi. Masing-masing kelompok memiliki

keistimewaan tersendiri. Pada osilator balikan, sebagian daya keluaran dikembalikan

ke masukan yang miasalnya dengan menggunakan rangkaian LC. Osilator biasanya

dioperasikan pada frekuensi tertentu. Osilator gelombang sinus biasanya termasuk

kelompok osilator ini dengan frekuensi operasi dari beberapa Hz sampai jutaan Hz.

Osilator relaksasi merespon piranti elektronik dimana akan bekerja pada

selang waktu tertentu kemudian mati untuk periode waktu tertentu. Kondisi

pengoperasian ini berulang secara mandiri dan kontinu. Osilator ini biasanya

merespon proses pemuatan dan pengosongan jaringan RC atau RL. Osilator ini

biasanya membangkitkan isyarat gelombang kotak atau segitiga. Aplikasi osilator ini

diantaranya pada generator penyapu horizontal dan vertikal pada penerima TV.

Osilator relaksasi dapat merespon aplikasi frekuensi-rendah dengan sangat baik.

DESAIN RANGKAIAN

Square Wave Generator

Triangle Wave Generator

MODUL 5

RANGKAIAN PENJUMLAH DAN PENGURANG

TUJUAN

a. Menyusun rangkaian op amp sebagai rangkaian penjumlah

b. Menyusun rangkaian op amp sebagai rangkaian pengurang

ALAT DAN BAHAN

Op Amp 741 Resistor

Potensiometer Projectboard

Osiloskop Function Generator

Power Supply Kabel penghubung

DESAIN RANGKAIAN

Rangkaian op amp sebagai rangkaian penjumlah

Rangkaian op amp sebagai rangkaian pengurang

Rangkaian sumber isyarat masukan

PROSEDUR PRAKTIKUM

Rangkaian Penjumlah

1. Realisasikan rangkaian op amp sebagai rangkaian penjumlah. Pencatu daya

op amp 741 dibuat dengan memasang sumber DC variabel.

2. Buatlah rangkaian isyarat masukan sinusosida dan dengan

menggunakan rangkaian pembagi tegangan dengan sumber isyarat AC dari

function generator (FG) pada frekuensi 1 kHz seperti terlihat pada desain

rangkaian sumber isyarat masukan. Ra dan Rb diambil dari sebuah

potensiometer. Periksalah dengan osiloskop dan amati bagaimana (Ch.1)

dan (Ch.2) berubah dengan adanya perubahan pada Ra dan Rb. Atur

amplitudo sumber (FG) dan Ra dan Rb agar dapat menghasilkan = =

40 mVp-p.

3. Hubungkan sumber x dan y pada rangkaian penjumlah ke sumber dan

pada rangkaian sumber isyarat masukan. Buatlah sketsa bentuk gelombang

(Ch.1), (Ch.1) dan keluaran (Ch.2), masing-masing beri label yang

jelas.

4. Ulangi langkah 2 dan 3 untuk berbagai variasi dan dan lengkapi tabel

berikut (buat sebagian masukan < dan sebagain > ).

No Masukan vi1 (Vp-p) Masukan vi2 (Vp-p) Keluaran vo (Vp-p)

1

2

3

4

5

6

7

8

Rangkaian Pengurang

1. Realisasikan rangkaian op amp sebagai rangkaian pengurang. Pencatu daya

A741 dibuat dengan memasang sumber DC variabel.

2. Buatlah rangkaian isyarat masukan menggunakan rangkaian pembagi

tegangan dengan sumber isyarat AC dari function generator (FG) pada

frekuensi 1 kHz. Ra dan Rb diambil dari sebuah potensiometer. Periksalah

dengan osiloskop dan amati bagaimana (Ch.1) dan (Ch.2) berubah

dengan adanya perubahan pada Ra dan Rb. Atur amplitudo sumber (FG) dan

Ra dan Rb agar dapat menghasilkan > dan < .

3. Hubungkan x dan y pada rangkaian sumber isyarat masukan ke sumber

dan Buatlah sketsa bentuk gelombang (Ch.1), (Ch.1) dan keluaran

(Ch.2) untuk kasus > .

4. Ulangi langkah 3 untuk kasus < .

MODUL 6

LOGARITHMIC AMPLIFIER

TUJUAN

a. Mahasiswa dapat memahami dan mengerti kerja logarithmic amplifier yang

disusun dengan Op Amp.

b. Mahasiswa mampu menyelesaikan fungsi rangkaian logarithmic amplifier

dengan memberi masukan berbagai jenis gelombang.

ALAT DAN BAHAN

Transistor BC 107 Dioda 1N4002

Resistor Op Amp 741

Function Generator Kabel penghubung

Osiloskop Project board

Power Supply

DASAR TEORI

Dioda semikonduktor memiliki sifat arus yang melewatinya bertambah exponensial

dengan beda tegangan diantara kedua ujung diode. Sebaliknya dapat disusun

sedemikian rupa sehingga tegangan meningkat exponensial dengan perubahan linier

pada arus yang melewati. Perilaku ini yang digunakan untuk menyusun penguat

logarithmic. Diode terpasang pada jalur feedback sebagai berikut:

Dari gambar terlihat bahwa input tegangan harus positif, dan output tegangan

akan negative logarithmic. Hal ini disesuaikan dengan property matematika yang

menyebutkan tidak ada nilai logaritma dari bilangan negative. Akan tetapi terkadang

kita memerlukan respon untuk hal yang dianggap tidak mungkin. Untuk itu diode

dapat ditambah dengan memasang terbalik untuk merespon input negative.

Diode praktis digunakan untuk menyusun logarithmic amplifier. Akan tetapi, tahanan

dalam diode biasanya tergantung pada suhu, sehingga dapat mengganggu kinerja

penguatan jika digunakan dalam waktu yang lama. Untuk itu, transistor dapat

digunakan untuk menggantikan diode. Berikut skema logarithmic amplifier dengan

transistor:

PROSEDUR PRAKTIKUM

1. Realisasikan desain anda. Kemudian cobalah dengan variasi input. Jika anda

mengalami kesulitan memperbaiki rangkaian anda bisa dicoba alternative

rangkaian lainnya.

2. Tentukan frekuensi respon, amplitude respon, dan variasi fungsi input respon

untuk rangkaian anda.