LAPORAN ELDAS: PENGUAT OPERASIONAL (PEMBALIK DAN TAK MEMBALIK)

PENGUAT OPERASIONAL (PEMBALIK DAN TAK MEMBALIK)

A.    Pendahuluan

1.      Latar Belakang

            Penguat operasional adalah penguat instan yang bisa langsung dipakai untuk banyak aplikasi penguat. Sebuah op amp biasanya berupa IC (Integrated Circuit). Pengemasan op-amp dam IC bermacam- macam ada yang berisi satu o amp dan ada yang dua op amp (4558, LF 356) dan lain sebagainya.  Penguat operasional tersusun atas beberapa rangkaian penguat yang tersusun atas transistor atau FET. Biasanya membuat rangkaian dari op amp lebih mudah dari pada membuat rangkaian dari transistor karena tidak memerlukan perhitungan titik  dan bias.

            Menurut pengguanaannya penguat operasional terdiri atas beberapa macam, yakni [enguat operasional pembalik dan penguat operasional tak membalik. Penguat operasional pembalik digunakan sebagai penguat sinyal  dimana sinyal inputnya berbalik fase dari sinyal input. Dan penguat tak membalik di gunakan sebagai penguat sinyal di mana sinyal out putnya  sefase dengan sinya input.

             Bagaimanakah susunan rangkaian penguat operasional pembalik dan tak membalik, bagaimana menerapkan perhitungan untuk menunjukan besarnya penguat tegangan dan penguat arus dengan memasang resistor yang dipilih, serta bagaimana pula cara menerapkan perhitungan untuk menerapkan besarnya penguatan tegangan dengan menggunakan metode resistansi dan tegangan. Untuk mengetahui hal ini maka dilakukanlah praktikum persobaan penguat operasional pembalik dan tak membalik untuk mengetahuiny lebih rincih lagi.

2.      Tujuan

Tujuan dilakukannya percobaan ini yaitu sebagai berikut:

a.       Menyusun rangkaian Op-Amp pembalik dan tak membalik sederhana untuk syarat AC dan DC memahami karakteristik pengoprasiannya.

b.      Menerapkan perhitungan untuk menunjukkan besarnya penguatan tegangan dan penguatan arus denagan memasang resistor yang dipilih.

c.       Menerapkan perhitungan untuk menunjukkan besarnya penguatan tegangan dengan menggunakan metode resistansi dan tegangan.

B.     Kajian Teori

Operasional amplifier merupakan bentuk rangkaian terpadu yang terdiri dari perpaduan komponen-komponen elektronika, seperti transistor, resistor dan kapasitor yang dibuat dalam bentuk chip IC ( Integrated Circuit). Op-Amp pada dasarnya merupakan sebuah blok komponen yang sederhana, yang mempunyai dua masukkan dan satu keluaran. Op-Amp juga merupakan sebuah penguat arus dengan gain (penguatan) tinggi, tetapi dengan menggunakan kopling kapasitif yang tepat, Op-Amp dapat diaplikasikan pada berbagai macam rangkaian penguat arus bolak balik. Op-Amp adalah piranti solid state yang mengindera dan memperkuat sinyal masukan baik DC maupun AC. Op-Amp mempunyai karakteristik ideal sebagai berikut, yaitu: lebar pita yang tak berhingga (Infinite Bandwith), impedansi masukkan yang tak berhingga (Infinite Input Impedance) sehingga arus masukkan dapat diabaikan, dan impedansi keluaran sama dengan nol (Zero Output Impedance) sehingga keluaran penguat tidak terpengaruh oleh pembebanan. Op-Amp didalamnya terdiri atas beberapa bagian, yaitu penguat diferensial, tahap penguatan (gain), rangkaian penguat (Level Shifter) dan penguat akhir yang biasanya dibuat dengan penguat push pull kelas B (Franco,2002).

Penguat non inverting ini hamper sama dengan rangkaian inverting hanya perbedaannya adalah terletak pada tegangan inputnya dari masukan non inverting. Penguat tak membalik (Non Inverting Amplifier) merupakan penguat sinyal dengan karakteristik dasar sinyal output yang dikuatkan memiliki fasa yang sama dengan sinyal input. Penguat tak membalik (Non Inverting Amplifier) dapat dibangun dengan menggunakan penguat operasional, karena penguat operasional memang didesain untuk penguat sinyal baik membalik ataupun tak membalik. Rangkaian penguat tak membalik ini dapat digunakan untuk memperkuat isyarat AC maupun DC dengan keluaran yang tetap sefase dengan sinyal inputnya. Impedansi masukan dari rangkaian penguat tak membalik (non inverting amplifier) berharga sangat tinggi dengan nilai impedansi sekitar 100 mega ohm (Robert, 1994).

Rangkaian penguat pembalik sinyal masukan di berikan mealui sebuah resistor masukan (Ri) yang di hubungkan secara seri terhadap masukan pembalik (inverting input) yang di simbolkan dengan (-), sinal penguat operasional pada rsngkaian penguat penguat pembalik (inverting amplifier) di umpan balikan melalui (Rf) pada masukan yang sam (Kurniawan, 2014).

C.    Metode Praktikum

1.      Alat Dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan pada percobaan ini dapat dilihat pada Tabel 6.1.  sebagai berikut:

            Tabel 6.1. Alat dan Bahan Percobaan Rangkaian Operasional

No	Alat dan Bahan	Kegunaan Alat dan Bahan
1	Resistor	Sebagai penghambat arus
2	Potensiometer	Sebagai pembagi tegangan
3	IC Op-Amp	Sebagai komponen utama dalam penguatan operasional
4	Pencatu Daya	Sebagai sumber tegangan listrik
5	Osiloskop	Untuk menampilkan gelombang keluaran
6	Multimeter	Untuk mengukur arus
7	Saklar	Sebagai penyambung dan pembungkus arus
8	Pembangkit isyarat AC	Untuk membangkitkan sumber tegangan

2.      Prosedur Kerja

a)      Pada Rangkaian Pembalik

Prosedur kerja pada rangkaian ini yaitu:

1)      Menyusun rangkaian pembali Op- amp DC   sepperti pada gambar 6.1. Dengan menggunakan sumber DC variabel sebagai catu daya untuk .

2)      Membuat rangkaian pembagi tegangan seperti terlihat pada gambar 6. 1.  Untuk mendapatkan V_IN variabel, yaitu dengan mengatur hambatan potensio R_B. Mengatur sumber DC masukan untuk menghasilkan syarat sebesar 0,1 V DC.

3)      Menghidupkan IC dengan menghubungkannya dengan catu daya.  Tegangan keluaran yang terukur (dengan multimeter) pada kaki – kaki R_L adalah   sebesar V.

4)      Bagaimana polaritas keluaran dibandingkan dengan isyarat masukan?

Gambar 6.1 Rangkaian Op-Amp DC

 

Gambar 6.2 Rangkaian sumber tegangan masukan V_IN

5)      Secara hati-hati naikkan tegangan masukan V_i ke harga 0,3 V; dan dengan menggunakan multitester ukur besarnya isyarat keluaran.  Isyarat yang terukur adalah sebesar             V DC.

6)      Besarnya penguatan DC Op–Amp dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan A_v = - R_F / R_in.  Tanda negatif menunjukkan Op-Amp sebagai fungsi inversi.

7)      Untuk isyarat masukkan sebesar 0,3 V, besarnya penguatan tegangan adalah:

8)      Membandingkan besarnya penguatan hasil pengukuran yang anda peroleh dari langkah 3 dan 5 dengan hasil perhitungan.  Berikan alasan jika terjadi perbedaan.    

9)      Mematikan/melepaskan pencatu daya yang terpasang dan lepaskan sumber isyarat DC yang terpasang. Menghubungkan kapasitor 4µF secara seri dengan R_in dan isyarat AC 400 Hz. Mengatur keluaran sumber AC tersebut pada harga yang terendah. Hubungkan osiloskop ke kaki-kaki R_L.

10)  Menyalakan pencatu daya dan sumber isyarat masukan.  Secara hati-hati atur besarnya isyarat masukkan sinusoida sampai mencapai harga maksimum dimana isyarat keluaran tidak mengalami kecacatan (distorsi). Besarnya tegangan puncak-kepuncak keluaran yang terbaca di osiloskop adalah
sebesar V_P-P.

11)  Besarnya tegangan masukan pada titik tes 1 (TP₁) adalah sebesaraV_P-P.Menghitung besarnya penguatan tegangan dari penguat dengan menggunakan rumus  A_v = R_F / R_IN. Penguatan  tegangan  yang  diperoleh  adalah sebesar A_v  =            

b)      Pada Rangkaian Tak Membalik

1)      Menyusun rangkaian tak-membalik op-am DC seperti yang terlihat pada gambar 6. 3  Pencatu daya  Op-Amp µA741 dibuat dengan memasang dua baterai atau sumber DC variabel.

2)      Mengatur sumber DC masukan (gambar 6.4) untuk menghasilkan isyarat sebesar 0,1 V DC dan menghubungkan ke titik A. Menghidupkan IC dengan menghubungkannya dengan catu daya.  Tegangan keluaran yang terukur pada kaki R_L adalah V₀ =   V DC.

3)      Dengan menggunakan rumus penguat tegangan, menghitung besar Av untuk rangkaian dengan menggunakan harga hasil pengukuran Av.

Gambar 6.3. Rangkaian DC Op-Amp tak-membalik

Gambar 6.4. Rangkaian Sumber tegangan masukan V_IN

4)      Dengan menggunakan rumusan A_V untuk resistansi, hitung besarnya penguatan rangkaian dengan harga R_in dan R_F seperti yang tercantum pada gambar 6.3. A_V = ............................................

5)      Jika terdapat perbedaan nilai penguatan tegangan hasil kedua perhitungan, hitung harga sebenarnya dari resistor R_in dan R_F.  Kemudian hitung lagi harga A_V dengan menggunakan nilai sebenarnya ini.

6)      Menghubungkan dua resistor 200 kW secara seri untuk mendapatkan resistor R_F=400 kW.  Ulangi langkah 2,3 dan 4 dengan menggunakan harga R_F yang baru ini. Hasil perhitungan adalah V_out =    V, A_V (menggunakan tegangan) =

7)      Menghubungkan dua resistor 200 kW secara paralel dan ulangi langkah 6 untuk V_in = 0,3 V. Hasil perhitungan adalah
V_out =    V, A_V (menggunakan tegangan) =    

8)      Mengubah penguat DC pada gambar 6.3. Menjadi penguat AC seperti terlihat pada gambar  6.5. Harga R_in dan R₁ harus dibuat sama.

9)      Menghidupkan generator isyarat AC, mengatur agar menghasilkan isyarat 0,1 Vp-p, 400 Hz.  Nyalakan catu daya IC.

Gambar 6.5. Rangkaian AC Op-Amp tak-membalik

10)   Dengan menggunakan osiloskop tampilkan isyarat masukan (Ch.1) dan isyarat keluaran pada kaki-kaki R_L (Ch.2).

Ch.1 (isyarat masukan) Time/Div  = .......................... Volt/Div   = .......................... Vp-p          = .......................... Ch.2 (isyarat keluaran) Time/Div  = .......................... Volt/Div   = .......................... Vp-p          = ..........................

11)  Dengan menggunakan rumus tegangan, maka kita dapat menghitung besarnya penguat tegangan.

12)  Dengan menggunakan rumus resistor, maka kita dapat menghitung besarnya penguatan tegangan. 

13)  Dengan menggunakan kedua Channel pada osiloskop, amati hubungan fase masukan dan keluaran. 

D.    Hasil dan Pembahasan

1.      Data Pengamatan

Data pengamatan yang di lakukan dapat di lihat pada Tabe 6.2. Berikut:

Tabel 6.2. Data Pengamatan Pembalik dan Tak Membalik

No	Vin (Volt)	Rin (K	Rf (	Vout		Vin
				Teori	Praktek	Teori	Praktek
1	3	100			-		-
2	6	200			-		-
3	9	300			-		-

2.      Analisis Data

1)      Tegangan Keluaran (Inverting Op-Amp)

a)      Secara Teori

Vout =

         =

         = - 60 Volt.

Dengan cara yang sama untuk data selanjutnya dapat dilihat pada Table 6.3. Berikut ini:

Tabel 6.3. Analisis Data Tegangan Keluaran Inverting Op- Amp.

No	Vin (Volt)	Rin ()	Rf ()	Vout (Volt)
1	3	100.000	200.000	- 60
2	6	200.000	300.000	- 90
3	9	300.000	400.000	- 120

2)  Penguat Tegangan (Inverting Op- Amp)

a)  Secara Teori

Av = -

Av =

      = - 20 Kali

Dengan cara yang sama untuk data selanjutnya dapat di lihat pada Tabel 6.4. Berikut.

Tabel 6.4. Analisis Data Penguat Teganan Inverting Op- Amp

No	Vin (Volt)	Rin ()	Rf ()	Av (Kali)
1	3	100.000	2.000.000	- 20
2	6	200.000	3.000.000	- 15
3	9	300.000	4.000.000	- 13,3

3)  Tegangan Keluaran (Non Inverting Op- Amp)

       a)  Secara Teori

Vout = ( . Vin

          = 63 Volt

Dengan cara yang sama untuk data selanjutya dapat dilihat pada Tabel 6.5. Berikut.

Tabel 6.5. Analisis Data Tegangan Keluaran Non- Inverting

No	Vin (Volt)	Rin ()	Rf ()	Vout (Volt)
1	3	100.000	2.000.000	63
2	6	200.000	3.000.000	96
3	9	300.000	4.000.000	129

4)  Penguat Tegangan (Non - Inverting Op- Amp)

     a)  Secara Teori

Av  =  + 1

Av  =

       = 21 Kali

      Dengan cara yang sama untuk data selanjutnya dapat dilihat pada

         Tabel 6.6. Berikut:

          Tabel 6.6. Analisis Data Penguat Tegangan Non- Inverting Op-Amp

No	Vin (Volt)	Rin ()	Rf ()	Av (Kali)
1	3	100.000	2.000.000	21
2	6	200.000	3.000.000	16
3	9	300.000	4.000.000	14,3

3.      Pembahasan

            Penguat inverting merupakan suatu penguat yang keluarannya selalu berlawanan fase dengan masukannya. Sebuah penguat pembalik menggunakan umpan balik negatif  untuk membalik dan menguatkan sebuah tegangan. Resistor Rt melewatkan sebagian sinyal keluaran kembalik ke masukan. Karena keluaran tidak sefase sebesar 180⁰, maka nilai keluaran tersebut secara efektif mengurangi besar masukan. Ini mengurangi bati keseluruhan  dari penguat dan di sebut umpan balik negatif. Masukan yang di balik menghasilkan keluaran  yang diperkuat namun berbeda fasenya yaitu masukan positif menghasilkan keluaran negatif yang diperkuat. Jika sebgian masukan ini kembali keujung masukan sebagai umpan balik negatif, penguatannya (lain) berkurang. Penguat tak membalik (Non-Inverting) merupakan suatu penguat dimana tegangan keuaran mempunyai polaritas yang sama dengan tegangan masukan, sehingga jika isyarat masukan di hubungkan dengan masukan tak membalik pada sinyal masukan di beri pemasukan tak membalik maka isyarat keluaran akan sefase. Rangkaian penguat tak membalik pada sinyal masukan di berikan masukan tak membalik kemudian keluarannya di berikan kembali dengan masukan pembalik melalui rangkaian umpan balik yang terbentuk dari resistor masukan dan resistor umpan balik tersebut membentuk sebuah rangkaia pembagi tegangan yang mengurangi tagangan keluaran dan menghubungkan tegangan keluaran yang telah berkurang tersebut pada masukan membalik.

            Pada praktikum elektronika dasar kali ini di lakukan percobaan penguat operasional (pembalik dan tak membalik), dimana pada praktikum ini di lakukan dengan tiga perlakuan, pertama menyusun rangkaian Op- Amp pembalik dan tak membalik sederhana untuk syarat DC dengan menggunakan sumber DC variabel sebagai catu daya  dan menunjukan besar penguat arus dengan memasang resistor dan menyusun penguat operasional sederhana dengan tingkat penguatan tertentu.

            Perlakuak ke dua yaitu menghitung besar penguat tegangan dengan menggunakan osiloskop. Pada rangkaian pembalik untuk tegangan masukan yang di gunakan yaitu sebesar 3 volt, 6 volt, dan 9 volt nilai dari percobaan yang di lakukan di peroleh nilai penguat tegangan berturut- turut sebesar -20 kali, - 15 kali, dan -13,3 kali. Pada pada percobaan rangkaian tak membalik yang di lakukan di peroleh penguat tegangan berturut- turut sebesar 21 kali, 16 kali, dan 14,3 kali penentuan tegangan keluaran dan penguat tegangan pada rangkaian ini di lakukan secara teori.

            Dari data yang ada menunjukn bahwa niai pada rangkaian pembalik tegangan masukan lebih besar di bandingkan dengan nilai pada tegangan keluaran, dimana nilai tegangan keluarannya bernilai minus. Hal ini menunjukan bahwa data yang di peroleh sesuai dengan teori, dimana secara teori menyatakan bahwa tegangan masuka lebih besar dari pada tegangan keluaran. Nampun pada percobaan rangkaian tak membali di peroleh nilai tegangan masukan yang lebih kecil di bandingkan dengan nilai pada tegangan keluarannya. Data ini menunjukan hasil yang di peroleh tidak sesuaian dengan teori. Ketidak sesuaian ini kemungkinana besar di sebabkan oleh kekurang telitian praktikan dalam mengukur atau alat yang di gunakan suda tidak berfungsi dengan baik.

E. KESIMPULAN DAN SARAN

1.  Kesimpulan

Berdasarkan praktikum yang kami lakukan dapat di tarik kesimpulan bahwa:

a.    Rangkaian pembalik sederhana untuk syarat DC dapat disusun dengan menghubungkan. sinyal masukan DC dengan kaki Vin Inverting Op-Amp. Rangkaian opersionl tak membalik dapat bekerja jika di pasang pada bagian negatif yang di tandai dengan masukan pada kaki posiatif.

b.    Besarnya penguat tegangan yang di peroleh pada percobaan ini secara teori yaitu semakin besar tegangan masuka maka semakin besar pula tegangan penguatnya.

c.    Pada rangkaian penguat operasional pembalik sederhana, besarnya penguat tergantung -20 kali pada besarnya resistro yang  digunakan yaitu resistor input (Rin) sebesar 100  dan resistor feadback (Rf) sebesar 2000 k. Pada rangkaian tak membalik dengan mengguanakan metode tegangan maka besarnya penguatan untuk untuk sumber tegangan 3 V, 6 V dan 9 V adalah sebesar 200 k

2.  Saran

                   Saran yang dapat kami sampaiakan pada percobaan ini, yaitu:

a.       Untuk Pengelola Laboratorium: Untuk penyediaan alat- alat laboratorim suda cukup memadai dan kami juga berharap agar ruang praktikum segera dipasangkan AC.

b.      Untuk Asisten: Kinerjanya sudah cukup baik semoga dapat di pertahankan dan di tingkatkan lagi.

c.       Untuk Praktikan: Diharapkan agar selalu menjaga kebersihan dan ketertiban dalam melakukan praktikum serta agar selalu berhati- hati dalam merangkai.

DAFTAR PUSTAKA

Franco, Sergio, 2002. Design with operasional amplifiers dan analog integrated circuit. McGraw.san fransisco.

Kurniawan, 2014. Rangkaian Inverting Op- Amp. http:// Penguat Op- Amp (inverting op-amp) dan (non- inverting)- Elektronika. Html. [Diakses tanggal 15 mei 2015 Pukul 09.00 WITA].

Robert F. 1994. Penguat operasional dan rangkaian terpadu linear. Erlangga. Jakarta.