laporan praktikum eldas ii
DESCRIPTION
rangkaian penguan dan penguranganTRANSCRIPT
LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DASAR II
RANGKAIAN PENJUMLAH DAN PENGURANG
oleh:
1. Hendrik Surya Setiawan (130210102033)
2. Yeri Suhartin (130210102051)
3. Ervina Ria Agustin (130210102074)
PROGRAM STUDI PENDIDKAN FISIKA
JURUSAN PENDIDIKAN MIPA
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS JEMBER
2015
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Elektronika merupakan ilmu yang sangat penting bagi manusia sebab
menyangkut tentang kelistrikan yang menjadi salah satu energi terpenting dalam
kehidupan manusia. Sebagai bagian dari Fisika, pada elektronika juga tidak cukup
jika hanya dipelajari secara teori sehingga membutuhakan praktek/praktikum
untuk membantu kita dalam memahami dan mengaplikasikannya.
Komponen elektronika yang paling penting dalam setiap rangkaian
elektronika pada praktikum ini adalah sebuah penguat operasional. Penguat
operasional (operational amplifier) atau yang biasa disebut op-amp merupakan
suatu jenis penguat elektronika dengan hambatan (coupling) arus searah yang
memiliki faktor penguatan sangat besar dengan dua masukan dan satu keluaran.
Penguat operasional (op-amp) juga sering digunakan dalam operasi matematika
baik penjumlahan maupun pengurang.penguat operasional atau disingkat op-amp
adalah merupakan sutu penguat differensial berperolehan sangat tinggi yang
terterkopel dc langsung yang dilengkapi dengan umpan. Oleh karena itu, penguat
operasional lebih banyak digunakan dengan loop tertutup daripada dalam lingkar
terbuka (Chattopadhay, 1989:65).
Penguat operasional pada umumnya tersedia dalam bentuk sirkuit terpadu
dan yang paling banyak digunakan adalah rangkaian seri. Penguat operasional
dalam bentuk rangkaian terpadu memiliki karakteristik yang mendekati
karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang
terdapat di dalamnya. Op-Amp ini bisa digunakan untuk membuat rangkaian
elektronika analog apa saja. Untuk mempelajari op-amp harus memahami betul
dasar rangkaian elektronika yang lainnya, misalnya rangkaian penguat sinyal
kecil, rangkaian penguat sinyal besar dan lain-lainnya. Dapat dikatakan op-amp
adalah IC serba guna bisa dirangkai dengan banyak kebutuhan. . IC op-amp
adalah piranti solid-state yang mampu mengindera dan memperkuat sinyal, baik
sinyal DC maupun sinyal AC.
Penguat operasional adalah perangkat yang sangat efisien. Contoh
penggunaan penguat operasional adalah untuk operasi matematika sederhana
seperti penjumlahan dan pengurangan terhadap tegangan listrik hingga
dikembangkan kepada penggunaan aplikatif seperti komparator dan osilator
dengan distorsi rendah serta pengembangan alat komunikasi (Turner, 1995:119).
Fungsi dari op-amp adalah sebagai pengindra dan penguat sinyal masukan
baik DC maupun AC juga sebagai penguat diferensiasi impedansi masukan tinggi,
penguat keluaran impedansi rendah. Op-Amp banyak dimanfaatkan dalam
peralatan-peralatan elektronik sebagai penguat, sensor, mengeraskan suara, buffer
sinyal, menguatkan sinyal, mengitegrasikan sinyal. Selain itu digunakan pula
dalam pengaturan tegangan, filter aktif, intrumentasi, pengubah analog ke digital
dan sebaliknya (Pramudya, 2012:7).
Pemakaian Op-Amp amatlah luas meliputi bidang elektronika audio,
pengatur tegangan DC, tapis aktif, penyearah presisi, konverter analog ke digital
dan sebaliknya, pengintegral, penguat pengunci, kendali otomatik, komputer
analog, dan lain-lain (Sutrisno, 1987:117-118).
Selanjutnya, rangkaian penjumlah atau rangkaian adder adalah rangkaian
penjumlah yang dasar rangkaiannya adalah rangkaian inverting amplifier dan hasil
outputnya adalah dikalikan dengan penguatan seperti pada rangkaian inverting.
Pada dasarnya nilai outputnya adalah jumlah dari penguatan masing masing dari
inverting. Selain rangkaian penjumlah ada pula rangkaian pengurang atau disebut
penguat differensial. Penguat diferensial merupakan suatu penguat yang bekerja
dengan memperkuat sinyal yang merupakan selisih dari kedua masukannya.
Rangkaian pengurang ini berasal dari rangkaian inverting dengan memanfaatkan
masukan non-inverting, sehingga persamaannya menjadi sedikit ada perubahan.
Oleh karena itu, untuk lebih memahami penggunaan penguat operasional
dalam sebuah rangkaian maka pada praktikum kali ini, akan dilakukan salah satu
penggunaan op-amp yakni sebagai penjumlah tegangan (adder) dan pengurang
(penguat diferensiator).
1.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana cara menyusun rangkaian Op-Amp sebagai rangkaian
penjumlah?
2 Bagaimana cara menyusun rangkaian Op-Amp sebagai rangkaian
pengurang?
1.3 Tujuan
1. Menyusun rangkaian op-amp sebagai rangkaian penjumlah.
2. Menyusun rangkaian op-amp sebagai rangkaian pengurang.
BAB 2. METODELOGI PENELITIAN
2.1 Alat dan Bahan
Resisistor : 2.2kΩ, 22 kΩ, 20 kΩ
Potensiometer : 10kΩ
iC Op-amp : 741
Osiloskop
Multimeter
Pembangkit isyarat AC (Function generator FG )
Pencatu daya ±15 V DC
Aplikasi NI-Multism
2.2 Prosedur dan Pengamatan
1. Susun rangkaian op-amp integrator seperti terlihat pada gambar 4.1.
Pencatu daya 741 dibuat dengan memasang sumber DC variabel.
2. Buatlah rangkaian isyarat masukan sinusosida vi1 dan vi2 dengan
menggunakan rangkaian pembagi tegangan dengan sumber isyarat AC
dari function generator (FG) pada frekuensi 1 kHz seperti terlihat pada
gambar 4.2. Ra dan Rb diambil dari sebuah potensiometer. Periksalah
dengan osiloskop dan amati bagaimana vi1 (Ch.1) dan vi2 (Ch.2) berubah
dengan adanya perubahan pada Ra dan Rb. Atur amplitudo sumber (FG)
dan Ra dan Rb agar dapat menghasilkan vi1 = vi2= 40 mVp-p.
3. Hubungkan sumber x dan y pada rangkaian gambar 4.1 ke sumber vi1 dan vi2
pada rangkaian gambar 4.2. Buatlah sketsa bentuk gelombang vi1 (Ch.1), vi2
(Ch.1) dan keluaran vo (Ch.2), masing-masing beri label yang jelas.
4. Ulangi langkah 2 dan 3 untuk berbagai variasi vi1 dan vi 2 dan lengkapi tabel
berikut (buat sebagian masukan vi1 < vi 2 dan sebagain vi1 > vi 2 ).
Ch. 1 (isyarat masukan)
Time/div = …………….
Volt/div=………………
vi1= …………………….
Ch.1 (isyarat masukan)
Time/div= …………….
Volt/div= ……………..
vi2= ……………………
Ch.2 (isyarat keluaran)
Time/div= ………………………….. v0= .......................................
Volt/div= …………………………….
No. Masukan vi1 (mVp-p) Masukan vi2 (mVp-p) Keluaran vo (mVp-p)
1
2
3
4
5
6
7
8
5. Susun rangkaian op-amp pengurang seperti terlihat pada gambar 4.3. Pencatu
daya 741 dibuat dengan memasang sumber DC variabel.
6. Buatlah rangkaian isyarat masukan menggunakan rangkaian pembagi
tegangan dengan sumber isyarat AC dari function generator (FG) pada
frekuensi 1 kHz.
Seperti halnya pada langkah 2, Ra dan Rb diambil dari sebuah potensiometer.
Periksalah dengan osiloskop dan amati bagaimana vi (Ch.1) dan vi (Ch.2)
berubah dengan adanya perubahan pada Ra dan Rb. Atur amplitudo sumber
(FG) dan Ra dan Rb agar dapat menghasilkan vi > vi dan vi < vi .
7. Hubungkan x dan y pada rangkaian gambar 4.3 ke sumber vi dan vi seperti
pada rangkaian gambar 4.4. Buatlah sketsa bentuk gelombang vi (Ch.1), vi
(Ch.1) dan keluaran v (Ch.2) untuk kasus v i > v i .
8. Ulangi langkah 7 untuk kasus v i < v i .
Ch.2 (isyarat keluaran)
Time/div= ………………………….. v0= ............................
Volt/div= …………………………….
Ch. 1 (isyarat masukan)
Time/div = …………
Volt/div=…………..
v i = …………………
Ch.1 (isyarat masukan)
Time/div= …………….
Volt/div= ……………..
v i
Ch.2 (isyarat keluaran)
Time/div= ………………………….. v0= ............................
Volt/div= …………………………….
Ch. 1 (isyarat masukan)
Time/div = …………….
Volt/div=………………
v i = …………………….
Ch.1 (isyarat masukan)
Time/div= …………….
Volt/div= ……………..
v i = ……………………
BAB 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Rangkaian Penjumlah
Dengan frekuensi FG 1 kHz, amplitudo 988 mVp dan vi1 = vi2 = 40 mV. RA =
RB = 23%.
No. Masukan vi1 (mVp-p) Masukan vi2 (mVp-p) Keluaran vo (Vp-p)
1 35.409 40.72 1.224
2 32.253 41.212 1.226
3 29.02 41.716 1.228
4 25.707 42.232 1.23
5 40.72 35.409 1.224
6 41.212 32.253 1.226
7 41.716 29.02 1.228
8 42.232 25.707 1.23
Keterangan:
1. vi1 < vi2 , ditunjukan oleh nomor 1 sampai 4, dengan RB tetap yaitu sebesar
23% dan RA1= 20%, RA2 = 18%, RA3 = 16%, dan RA4 = 14%.
Ch. 1 (isyarat masukan)
Time/div = 500 µs/Div
Volt/div= 500mV/Div
vi1= 40.004 mV ≈ 40 mV
Ch.1 (isyarat masukan)
Time/div= 500 µs/Div
Volt/div= 500 mV/Div
vi2= 40.004 mV ≈ 40 mV
Ch.2 (isyarat keluaran)
Time/div= 1 ms/Div v0= 1.221 V
Volt/div= 1 V/Div
2. vi1 > vi2 , ditunjukan oleh nomor 5 sampai 8, dengan RA tetap yaitu sebesar
23% dan RB1= 20%, RB2 = 18%, RB3 = 16%, dan RB4 = 14%.
3.2 Rangkaian Pengurang
Dengan frekuensi FG sebesar 1 kHz dan amplitude 30 Vp.
vi+ > vi-
Keterangan : RA = 10% dan RB = 5%
vi+ < vi-
Ch. 1 (isyarat masukan)
Time/div = 500 µs/Div
Volt/div= 50 V/Div
v i = 54.324 µV
Ch.1 (isyarat masukan)
Time/div= 500 µs/Div
Volt/div= 20 V/Div
v i µV
Ch.2 (isyarat keluaran)
Time/div=500 µs/Div v0=2.746 mV
Volt/div= 5 mv/Div
Ch. 1 (isyarat masukan)
Time/div = 500 µs/Div
Volt/div= 50 V/Div
v i = 45.941 µV
Ch.1 (isyarat masukan)
Time/div= 500 µs/Div
Volt/div= 20 V/Div
v i µV
Keterangan : RA = 10% dan RB = 15%
3.2 Pembahasan
Pada praktikum kali ini kami melakukan 2 percobaan yaitu penguat op-
amp sebagai penjumlah tegangan (penguat adder) dan pengurang tegangan
(penguat differensial). Dimana rangkaian penjumlah adalah rangkaian yang dasar
rangkaiannya adalah rangkaian inverting amplifier dan hasil outputnya adalah
dikalikan dengan penguatan seperti pada rangkaian inverting. Pada dasarnya nilai
outputnya adalah jumlah dari penguatan masing-masing dari inverting. Untuk
operasi penjumlahan, masukan tak membalik dari op-amp dihubungkan dengan
tanah sedangkan masukan yang akan dijumlah diumpankan pada masukan
membalik. Pada operasi pengurangan atau penguat diferensial, dengan
mengumpankan isyarat pada masukan tak membalik dan membalik akan didapat
selisih keduanya. Dalam rangkaian ini penguatan tegangan ditentukan oleh
resistor (tahanan) pada masing-masing input dan tahanan umpan baliknya,
sedangkan rangkaian pengurang yang menggunakan op-amp pada dasarnya adalah
saling mengurangkan dari dua buah inputnya. Penguat diferensial biasanya
digunakan untuk mencari selisih dari dua tegangan yang telah dikalikan dengan
konstanta tertentu yang ditentukan oleh nilai resistansi, sedangkan rangkaian
penjumlah, menjumlahkan beberapa tegangan masukan.
Pada percobaan pertama yaitu tentang rangkaian penjumlah atau rangkaian
adder dimana yang pertama kami lakukan adalah membuat rangkaian isyarat
masukan sinusosida vi1 dan vi2 dengan menggunakan rangkaian pembagi tegangan
dengan sumber isyarat AC dari function generator (FG) pada frekuensi 1 kHz dan
mengatur amplitudo sumber (FG) agar Ra dan Rb dapat menghasilkan vi1 = vi2=
40 mVp-p. Setelah didapat vi1 = vi2= 40 mVp-p, kami menghubungkan sumber x
dan y ke sumber vi1 dan vi2 .
Ch.2 (isyarat keluaran)
Time/div=500 µs/Div v0=2.413 mV
Volt/div= 5 mv/Div
Dalam percobaan ini kami menggunakan osiloskop yang tersedia di dalam
aplikasi NI Multism agar dapat memudahkan kami untuk melihat nilai Vpp serta
bentuk sinyal gelombang vi1 , vi2 (isyarat masukan), dan vo (isyarat keluaran).
Sehingga dapat diperoleh pada rangkaian penjumlahan tegangan, untuk bentuk
gelombang yang dihasilkan melalui tampilan layar pada osiloskop tampak bahwa
gelombang keluaran vout (pada layar osiloskop menunjukan layar berwarna
merah) memiliki amplitudo yang besar sedangkan pada gelombang masukan vin
(pada layar osiloskop menunjukan layar berwarna biru (vi1) , dan merah (vi2) )
memiliki amplitudo yang kecil. Pada rangkaian ini resistor yang dihubungkan ke
tanah (diground-kan) tidak diperhitungkan atau diabaikan sehingga tidak
berpengaruh terhadap vout.
Pada percobaan yang kedua yaitu rangkaian pengurang atau penguat
diferensial. Sama seperti halnya rangkaian penjumlah, pada percobaan ini kami
membuat rangkaian isyarat masukan sinusosida vi1 dan vi2 dengan menggunakan
rangkaian pembagi tegangan dengan sumber isyarat AC dari function generator
(FG) pada frekuensi 1 kHz dan mengatur amplitudo sumber (FG) agar terdapat
perubahan Ra dan Rb yang diambil dari sebuah potensiometer. Setelah itu kami
memeriksa dan mengamati dengan osiloskop bagaimana nilai vi dan vi sehingga
perubahan Ra dan Rb dapat menghasilkan vi > vi dan vi < vi .
Setelah menghasilkan vi > vi dan vi < vi , kami menghubungkan x dan
y ke sumber vi dan vi sehingga kami memperoleh bentuk sinyal gelombang
dengan bantuan osiloskop yang terdapat dalam aplikasi NI Multism.
Seperti yang telah diketahui, pada rangkaian pengurang tegangan atau
penguat diferensial terdapat 2 kasus. Pada kasus pertama menggunakan Vi+ > Vi-
yaitu masing-masing sebesar 54.324 µV dan 27.156 µV serta menggunakan
timebase sebesar 500 µs/Div , maka bentuk gelombang yang dihasilkan melalui
tampilan layar pada osiloskop tampak bahwa gelombang keluaran vout (pada layar
osiloskop menunjukan layar berwarna merah) memiliki amplitudo yang kecil dan
nilai vout yang diperoleh sebesar 2.746 mV, sedangkan pada gelombang masukan
vin (pada layar osiloskop menunjukan layar berwarna merah (vi1) dan biru (vi2) )
memiliki amplitudo yang besar.
Pada kasus kedua menggunakan vi+ < vi- yaitu masing-masing sebesar
45.941 µV dan 68.893 µV serta menggunakan timebase sebesar 500 µs/Div, maka
bentuk gelombang yang dihasilkan melalui tampilan layar pada osiloskop tampak
bahwa gelombang keluaran vout (pada layar tampilan osiloskop menunjukan layar
berwarna merah) memiliki amplitudo yang kecil dan nilai vout yang diperoleh
sebesar 2.413 mV, sedangkan pada gelombang masukan vin (pada layar osiloskop
menunjukan layar berwarna merah (vi1) dan biru (vi2) ) memiliki amplitudo yang
besar. Keadaan ini secara teori merupakan ciri khas dari rangkaian pengurang
tegangan.
Penyusunan rangkaian penjumlah dan pengurang pada dasarnya tidak jauh
berbeda. Perbedaan kedua rangkaian tersebut terletak pada masukannya. Untuk
rangkaian penjumlah, masukannya dapat berupa masukan positif atau masukan
negatif saja. Sedangkan rangkaian pengurang, merupakan pemanfaatan masukan
negatif dan positif.
Soal Analisa
1. Pada rangkaian gambar 4.1 terdapat komponen-komponen berupa hambatan
(RF, R1, R2, Rg), IC op-amp, catu daya. Berdasarkan gambar tersebut dapat
diperoleh persamaan yang menggambarkan hubungan antara masukan dan
keluaran sebagai berikut:
NB: Rg diabaikan
vout = v in x ACL
= v in (−RF
R )= -RF ( v¿
R )= - RF ( v¿ 1
R1
+v¿2
R2)
2. Berdasarkan hasil perhitungan tidak terdapat kesesuaian antara besar keluaran
perhitungan dengan besar keluaran pengukuran. Namun, dari perhitungan dan
pengukuran sama-sama menunjukkan bahwa besar keluaran merupakan
penjumlahan dari masukan yang diberikan.
Contoh.
RF= 22 kΩ
vin1= vin2= 40.004 mV ≈ 40 mV
R1 = 2.2 kΩ
R2 = 22 kΩ
vout = - RF ( v¿ 1
R1
+v¿2
R2)
= - 22 ( 402.2
+ 4022 )
= - 22 (18.18 + 1.82)
= - 22 (19.38)
= - 426.36 mV
Dengan menggunakan osiloskop 4 channel dapat membuktikan bahwa pada
rangkaian penambahan, hasil keluaran merupakan hasil penjumlahan dari
masukan yang diberikan. Seperti gambar berikut:
Isyarat berwarna biru dan merah merupakan isyarat masukan, sedangkan
isyarat berwarna hijau merupakan isyarat keluaran. Dapat dilihat bahwa
amplitudo pada isyarat hijau lebih besar, yang membuktikan bahwa isyarat
tersebut merupakan hasil penjumlahan dari isyarat masukan yang di berikan.
Dan dari osiloskop tersebut dapat dilihat bahwa pada isyarat masukan dan
keluaran terdapat perbedaan fase sebesar 1800.
3. Pada rangkaian gambar 4.1 terdapat komponen-komponen berupa hambatan
(RF, R1, R2, Rg), IC op-amp, catu daya. Berdasarkan gambar tersebut dapat
diperoleh persamaan yang menggambarkan hubungan antara masukan dan
keluaran sebagai berikut:
vout = ( RF
R1
+1) vx + *ACL vy *ACL = inverting
= {( RF
R1
+R1
R1) Rg
R2+Rg } vx + (−RF
R1)vy
= {( RF+R1
R1) Rg
R2+Rg } vx - ( RF
R1
v y)= {(RF+R1 )Rg
(R2+Rg ) R1} vx – ( RF
R1
v y)= {(RF+R1 )RF
(R1+RF )R1} vx – ( RF
R1
v y) RF=Rg dan R1=R2
= {( RF+R1
R1)( RF
RF+R1)} vx – ( RF
R1
v y) =
RF
R1 vx –
RF
R1 v y
= RF
R1(vx−v y )
4. Dengan menggunakan perhitungan terjadi sedikit perbedaan asli besar
keluaran, namun baik dari perhitungan dan pengurungan sama sama
menunjukkan bahwa isyarat keluaran merupakan hasil pengurangan dari
masukan yang di berikan.
Contoh:
RF= 22 kΩ
R1= 2.2 kΩ
vx= 54.324 µV
vy= 27.156 µV
vout= RF
R1(vx−v y )
= 222.2
(54.324 - 27.156 )
= 10 (27.168)
= 271.68 µV
= 271.68 x 10-6 V
= 2.7168 x 10-1 mV
Dengan menggunakan osiloskop 4 channel dapat membuktikan bahwa pada
rangkaian pengurangan, hasil keluaran merupakan hasil selisih dari masukan
yang diberikan.
Gambar di atas menunjukkan isyarat berwarna biru dan merah merupakan
isyarat masukan, sedangkan isyarat berwarna hijau merupakan isyarat
keluaran. Dengan scale pada isyarat hijau sebesar 20 v/div dan scale pada
isyarat biru sebesar 20v/div dapat dilihat bahwa amplitudo pada isyarat hijau
lebih kecil, yang membuktikan bahwa isyarat tersebut merupakan hasil selisih
dari isyarat masukan yang di berikan. Dan dari osiloskop tersebut dapat
dilihat bahwa pada isyarat masukan dan keluaran terdapat perbedaan fase
sebesar 1800.
BAB 4. PENUTUP
4.1 Kesimpulan
Penguat diferensial biasanya digunakan untuk mencari selisih dari dua
tegangan yang telah dikalikan dengan konstanta tertentu yang ditentukan oleh
nilai resistansi, sedangkan rangkaian penjumlah, untuk menjumlahkan beberapa
tegangan masukan.
1. Penyusunan rangkaian op-amp sebagai rangkaian penjumlah dengan
menghubungkan masukan ke masukan negatif dan masukan positif di
groundkan atau sebaliknya.
2. Penyusunan rangkaian op-amp sebagai rangkaian pengurang dengan
mengumpankan (menghubungkan) isyarat pada masukan positif dan negatif
yang akan didapat selisih antara keduanya.
4.2 Saran
1. Diharapkan praktikan mempelajari terlebih dahulu aplikasi NI Multism agar
lebih efisien dalam mensimulasikan rangkaian.
2. Praktikan diharapkan lebih teliti dalam merangkai suatu rangkaian yang akan
disimulasikan.
Daftar Pustaka
Chattopadhay, D. 1989. Dasar Elektronika. Universitas Indonesia Press: Jakarta.
Pramudya. 2012. Op-Amp (Operasional Amplifier). http.//www.Op-Amp-
operasional- amplifier.pdf
Sutrisno. 1987. Elektronika Teori dan Penerapannya Jilid 2. ITB: Bandung.
Turner, R., dkk. 1995. Rangkaian Elektronika. Gramedia. Jakarta.
LAMPIRAN
Rangkaian Penjumlah
vi1 = vi2 = 40.004 mV ≈ 40 mV
Isyarat Masukan
Isyarat Keluaran
vi1 < vi2
1.
2.
3.
4.
vi1 > vi2
5.
6.
7.
8.
Rangkaian Pengurang
vi+ > vi-
Isyarat Masukan
Isyarat Keluaran
vi+ < vi-
Isyarat Masukan
Isyarat keluaran