laporan en02 - ilham
DESCRIPTION
ini laporan sayaTRANSCRIPT
LAPORAN PRAKTIKUM
ELEKTRONIKA NUKLIR SEMESTER GASAL, TAHUN AKADEMIK 2013/2014
PRAKTIKUM EN 02
Pre-Amplifier dan Op-Amplifier
ASISTEN PENGAMPU: RIZKI MARDIYAH
Tanggal Praktikum : 6 Desember 2013
Oleh : Ilham Dwi Arirohman NIM : 38067
Partner : Diah Retnosari NIM : 38091
Amelia Pratiwi NIM : 38101
LABORATORIUM SENSOR DAN TELEKONTROL
JURUSAN TEKNIK FISIKA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS GADJAH MADA
YOGYAKARTA
2013
EN-02
PRE-AMPLIFIER DAN OP-AMPLIFIER
A. TUJUAN PRAKTIKUM
1) Memahami fungsi pre-amplifier dan op-amplifier.
2) Menganalisa dan menyelesaikan masalah yang berhubungan dengan
rangkaian Pre-Amp dan Amplifier.
3) Memahami aplikasi rangkaian pre-amplifier dan op-amplifier dalam
kehidupan sehari-hari.
B. DASAR TEORI
Pre-Amplifier
Pre-Amplifier atau biasa disingkat pre-amp merupakan suatu rangkaian
elektronik yang berfungsi sebagai penguatan awal, seperti nama rangkaian
tersebut. Yang popular di Indonesia adalah pre-amp yang menggunakan
komponen utamanya berupa Transistor NPN.
Gambaran singkat mengenai transistor adalah sebagai berikut, Transistor
adalah komponen dasar untuk semua rangkaian elektronika modern. Bentuknya
sederhana tetapi merupakan komponen elektronika yang sangat penting.
Transistor dapat berfungsi sebagai penguat dan saklar elektronik (switch), bahkan
hampir seluruh bagaian dari proses Pentium tersusun dari transistor. Transistor
mempunyai tiga buah kaki yaitu collector, basis, dan emitter, seperti pada gambar
berikut ini :
Gambar 1. Kaki pada Transistor
Basis berfungsi sebagai switch on/off pada transistor jika transistor
berfungsi sebagai saklar elektronik. Jika arus melewati basis maka aruspun akan
mengalir dari Collector ke Emiter sehingga arus dapat mengalir (switch on). Jika
tidak ada arus yang melewati basis maka arus akan dapat mengalir dari Collector
ke Emitter (switch off).
Pada praktikum ini, pre-amplifier merupakan suatu rangkaian common-
collector amplifier atau emitter follower merupakan rangkaian amplifier dimana
collector pada AC ground. Sinyal masukan dihubungkan dengan basis dan sinyal
keluaran diambil dari emitter. Amplifier ini mempunyai gain tegangan yang stabil,
impedansi input tinggi dan input distorsi rendah. Collector-feedback bias
memiliki Q point yang stabil. Collector-feedback bias menggunakan negatif
feedback bias untuk mereduksi arus kolektor. Collector-feedback bias cukup
sensitive untuk mengubah penguatan arus. Memiliki impedansi input besar dan
impedansi output yang kecil.
OP-AMPlifier
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 rangkaian umpan 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 yang berfungsi sebagai
amplifier multiguna dalam bentuk IC dan memiliki simbol sebagai berikut :
Simbol Operasional Amplifier (Op-Amp)
Gambar 2. Simbol Op-Amp
Prinsip kerja sebuah operasional Amplifier (Op-Amp) adalah
membandingkan nilai kedua input (input inverting dan input non-inverting),
apabila kedua input bernilai sama maka output Op-amp tidak ada (nol) dan apabila
terdapat perbedaan nilai input keduanya maka output Op-amp akan memberikan
tegangan output. Operasional amplifier (Op-Amp) dibuat dari penguat diferensial
dengan 2 input. Sebagai penguat operasional ideal , operasional amplifier (Op-
Amp) memiliki karakteristik sebagai berikut :
Impedansi Input (Zi) besar = ∞
Impedansi Output (Z0) kecil= 0
Penguatan Tegangan (Av) tinggi = ∞
Band Width respon frekuensi lebar = ∞
V0 = 0 apabila V1 = V2 dan tidak tergantung pada besarnya V1.
Karakteristik operasional amplifier (Op-Amp) tidak tergantung
temperatur / suhu.
Rangkaian dasar operasional amplifier (Op-Amp) dibuat dari bipolar transistor
(BJT) seperti terlihat pada gambar berikut.
Rangkaian Dasar Operasional Amplifier (Op-Amp) Penguat Diferensial
Gambar 3. Rangkaian Op-Amp Penguat Diferensial
Pada penguat diferensial diatas terdapat dua sinyal masukan (input) yaitu V1
dan V2. Dalam kondisi ideal, apabila kedua masukan identik (Vid = 0), maka
keluaran Vod = 0. Hal ini disebabkan karena IB1 = IB2 sehingga IC1 = IC2 dan IE1
= IE2. Karena itu tegangan keluaran (VC1 dan VC2) harganya sama sehingga Vod
= 0.
Apabila terdapat perbedaan antara sinyal V1 dan V2, maka Vid = V1 – V2.
Hal ini akan menyebabkan terjadinya perbedaan antara IB1 dan IB2. Dengan
begitu harga IC1 berbeda dengan IC2, sehingga harga Vod meningkat sesuai sesuai
dengan besar penguatan Transistor.
Untuk memperbesar penguatan dapat digunakan dua tingkat penguat
diferensial (cascade). Keluaran penguat diferensial dihubungkan dengan masukan
penguat diferensial tingkatan berikutnya. Dengan begitu besar penguatan total (Ad)
adalah hasil kali antara penguatan penguat diferensial pertama (Vd1) dan
penguatan penguat diferensial kedua (Vd2).
Preamplifier (preamp) adalah rangkaian elektronika yang berfungsi sebagai
penguatan awal untuk proses amplifikasi yang lebih jauh. Preamplifier sering
diletakkan dekat dengan sensor untuk mengurangi efek dari noise serta gangguan
lainnya. Preamplifier digunakan untuk menguatkan sinyal dan meneruskannya ke
instrument utama tanpa menurunkan signal-to-noise ratio (SNR) secara
signifikan. Performa noise dari preamplifier adalah kritis, berdasarkan Friis's
formula, ketika pelipatan dari preamplifier tinggi, maka SNR dari sinyal akhir
ditentukan oleh SNR dari sinyal input dan jumlah noise dari preamplifier.
C. ALAT DAN BAHAN
No. KOMPONEN SPESIFIKASI JUMLAH
1. Transistor 2N 3904 1 buah
2. IC Op-Amp LM 741 C 1 buah
3. Resistor 1 kΩ
10 kΩ
47 kΩ
100 kΩ
2 buah
4 buah
1 buah
1 buah
4. Project Board 1 buah
5. Kabel Jamper Secukupnya
6. Function Generator 1 buah
7. Power Supply 1 buah
8. Oscilloscope 1 buah
9. Multimeter 1 buah
10. Kapasitor 100 nF 2 buah
D. LANGKAH PERCOBAAN
Pre-Amp
Gambar 4 Rangkaian Pre-Amp
Langkah-langkahnya :
a) Berdoalah sebelum memulai praktikum.
b) Siapkan alat dan bahan yang akan dipakai.
c) Rangkailah komponen tersebut pada project board sesuai dengan gambar di
atas.
d) Jika sudah benar, hubungkan Vcc dan Ground dengan catu daya.
e) Pasang oscilloscope channel 1 pada input dan channel 2 pada outputnya.
f) Set function generator agar menghasilkan sinyal sangat kecil.
g) Nyalakan power supply.
h) Set oscilloscope agar grafik sinyal terlihat dan bisa dibandingkan.
i) Bandingkan sinyal input dan outputnya pada oscilloscope.
j) Gambar sinyal tersebut.
Operational Amplifier
Op-Amp 1
Gambar 5. Rangkaian Buffer sebagai Pre-Amp
Langkah-langkahnya :
a) Berdoalah sebelum memulai praktikum.
b) Ambil dan persiapkan peralatan dan komponen yang digunakan untuk
praktikum.
c) Rangkailah komponen sesuai dengan gambar di atas pada Project Board.
Hubungkan +Vcc pada 12V dan –Vcc pada -12V yang ada pada catu daya DC.
d) Pasang probe oscilloscope channel 1 pada input dan channel 2 pada
outputnya.
e) Set function generator agar menghasilkan sinyal sangat kecil.
f) Nyalakan power supply.
g) Set oscilloscope agar grafik sinyal terlihat dan bisa dibandingkan.
h) Bandingkan sinyal input dan outputnya pada oscilloscope.
i) Gambar sinyal tersebut.
Op-Amp 2
Gambar 6. Rangkaian Inverting Op-Amp
a) Berdoalah sebelum memulai praktikum.
b) Ambil dan persiapkan peralatan dan komponen yang digunakan untuk
praktikum.
c) R1 = 2k ohm dan R2 = 10k ohm.
d) Rangkailah komponen sesuai dengan gambar di atas pada Project Board.
Hubungkan +Vcc pada 12V dan –Vcc pada -12V yang ada pada catu daya DC.
e) Pasang probe oscilloscope channel 1 pada input dan channel 2 pada
outputnya.
f) Set function generator agar menghasilkan sinyal sangat kecil.
g) Nyalakan power supply.
h) Set oscilloscope agar grafik sinyal terlihat dan bisa dibandingkan.
i) Bandingkan sinyal input dan outputnya pada oscilloscope.
j) Gambar sinyal tersebut.
Langkah selanjutnya :
a) Hubungkan output dari Op-Amp 1 dengan input Op-Amp 2.
b) Bandingkan sinyal input dan outputnya pada oscilloscope.
c) Gambar sinyal tersebut.
E. HASIL
E.1. Hasil Praktikum
Gambar 7. Hasil Praktikum untuk rangkain pre-amp
Gambar 7. Hasil Praktikum untuk rangkain Buffer Op-Amp
Gambar 8. Hasil Praktikum untuk rangkaian Op-Amp
inverting
E.2. Multisim
1. Pre-amp dengan menggunakan BJT
Gambar skema rangkain di Multisim
Gambar sinyal input (merah) dan output (biru) di osciloscope
R110kΩ
C1
100nF
R2
100kΩ
R310kΩ
C2
100nF
R410kΩ
Q1
2N3904
VCC
5V
XSC1
A B
Ext Trig+
+
_
_ + _
XFG1
2. Pre-amp dengan menggunakan emittor follower
Gambar skema rangkain pre-amp dengan menggunakan rangkaian
emitor follower
Gambar sinyal input (merah) dan output (biru) di osciloscope
Q1
2N3904
R14kΩ
VCC
15V
XFG1
XSC1
A B
Ext Trig+
+
_
_ + _
R234.5kΩ
R340.5Ω
C1
100µF
RL110kΩ
C3
100µF
3. Op-Amp 1
Gambar skema rangkain pre-amp sebagai rangkaian buffer
Gambar sinyal input (merah) dan output (biru) di osciloscope
U1
741
3
2
4
7
6
51
XFG1
VCC
12V
VEE
-12V
XSC1
A B
Ext Trig+
+
_
_ + _
4. Op-Amp 2
Gambar skema rangkain pre-amp sebagai rangkaian buffer
Gambar sinyal input (merah) dan output (biru) di osciloscope
U1
741
3
2
4
7
6
51
R1
10kΩ
R2
10kΩ
VCC
12V
VEE
-12V
XFG1XSC1
A B
Ext Trig+
+
_
_ + _
5. Op-Amp 1 dan Op-Amp 2
Gambar skema rangkain Op-Amp 1 dikopel dengan Op-Amp2
Gambar sinyal input (merah) dan output (biru) di osciloscope
U1
741
3
2
4
7
6
51
R1
10kΩ
R2
10kΩ
VCC
12V
VEE
-12V
XSC1
A B
Ext Trig+
+
_
_ + _
U2
741
3
2
4
7
6
51
XFG1
VCC
12V
VEE
-12V
F. Pembahasan
Pre-amp merupakan komponen elektronika yang mengolah sinyal yang
kecil agar bisa diolah untuk keperluan lebih lanjut. Pre Amp tidak membesarkan
amlitudo dari sinyal, tetapi hanya membesarkan arus listriknya. Pre Amp juga
berfungsi sebagai pembersih derau (noise) dari sinyal masukan. Rangkaian pre-
Amp bisa dibuat dengan menggunakan BJT emittor follower maupun dengan Op
Amp. Perbedaannya terletak batasan tiap rangkaian. Rangkaian pre Amp dengan
menggunkan rangkaian emittor follower tidak bisa menerima sinyal negatif
sehingga jika ada sinyal negatif yang masuk keluarannya akan nol sementara untuk
sinyal positif akan diteruskan (seperti pada gambar 9) namun besarnya menjadi
berkurang sekitar 0.6 Volt. Hal ini bisa dijelaskan karena ada tegangan drop di kaki
basis sebesar 0,6 Volt.
Gambar 9. Grafik input (merah) dan output (biru) Gambar 10. Grafik input (merah) dan output (biru)
untuk emittor follower untuk Pre Amp dengan pakai Op Amp
Rangkaian Pre Amp dengan menggunakan Op Amp secara ideal hampir
tidak mempunyai keterbatasan, satu – satunya yang menjadi kekurangannya
daripada BJT emittor follower mungkin hanya di masalah harga saja. Secara ideal
sinyal keluaran dari Op Amp yang difungsikan sebagai pre Amp akan tepat sama
dengan sinyal masukannya baik amplitudo dan frekuensinya (gambar 10).
Rangkaian pre amp dengan menggunakan BJT emittor follower dengan
cara perangkaian seperti pada modul jika dilakukan simulasi denga multisim
ternyata tidak memberikan hasil seperti halnya pada hasil praktikum,
kemungkinan terjadi kesalah pada waktu praktikum. Kemungkinan terbesarnya
adalah karena BJT yang digunakan mati sehingga rangkaian hanya akan menjadi
seperti rangkaian voltage divider saja, dan kebetulan rasio antara kedua resistor
pada praktikum sangat besar sehingga sinyal outputnya menjadi sama dengan
sinyal inputnya. Untuk praktikum op Amp inverting hasilnya menunjukkan seperti
keadaan idealnya. Sinyal keluarannya mempunyai fase yang berbeda sebesar 180°
dari sinyal inputnya dengan suatu perbesaran tertentu (yang tidak dicari pada
percobaan kali ini).
G. Kesimpulan
- Rangakain pre amp dengan menggunakan Op Amp dan BJT memberikan
gain ideal sebear 1, hanya saja karena BJT mempunyai tegangan drop pada
basis maka tegangan keluarannya aka berkurang sebesar 0.6 V sedangkan
pada Op Amp disebabkan karena ketidak idealan dari Op Amp nya
- Rangkaian inverting op-amp menghasilkan sinyal output yang berbeda
fase sebasar 180 ° dengan dengan sinyal input dengan menghasilkan
amplifikasi >1 yang tergantung dari besar 𝑅1dan 𝑅𝑓 nya.
H. Daftar Pustaka
Panduan praktikum Elektronika Nuklir 2013
http://elektronika-dasar.web.id/
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electronic/npncc.html#c1