LAPORAN ELDAS: SIMULASI RANGKAIAN PENJUMLAH DAN PENGURANG TEGANGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE EWB 5.12

SIMULASI RANGKAIAN PENJUMLAH DAN PENGURANG TEGANGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE EWB 5.12

A.  PENDAHULUAN

1.    Latar Belakang

Penguat operasional atau Op-Amp adalah rangkaian elektronik yang dirancang dan dikemas secara khusus sehingga dengan menambahkan komponen luar sedikit saja dapat dipakai untuk berbagal keperluan. Hingga kini, op-amp yang dibuat dan komponen-komponen diskrit dan dikemas dalam rangkaian tersebut masih dirasakan begitu mahal oleh para insinyur atau teknisi yang pernah menggunakannya. Namun, kini dengan teknologi rangkaian terpadu (IC) yang telah ditingkatkan, op-amp dalam bentuk kemasan IC menjadi jauh lebih murah dan amat luas pemakaiannya.

Dengan mengembangkan rangkaian Ripple Carry Adder yaitu dengan jalan menambahkan beberapa gerbang AND dan EX-OR didepannya sehingga memungkinkan rangkaian aturan-aturan penjumlaan biangan biner digunakan untuk operasi penjumlahan dan pengurangan, maka rangkaian tersebut disebut Rangkaian Penjumlah-Pengurang.

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. Rangkaian pengurang ini berasal dari rangkaian inverting dengan memanfaatkan masukan non-inverting, sehingga persamaannya menjadi sedikit ada perubahan. Untuk Operasi penjumlahan, masukan tak membalik dari op-amp dihubungkan dengan tanah sedangkan tegangan masukan yang akan dijumlah diumpankan pada masukan membalik. Pada operasi pengurangan atau penguat diferensial, dengan mengumpankan isyarat pada masukan tak-membalik akan didapat selisih keduanya (Robby, 2013).

Elektronic Workbench merupakan software komputer yang dibuat untuk memudahkan para desainer dalam merancang berbagai rangkaian elektronik. Software ini juga dapat digunakan untuk menguji kinerja berbagai rangkaian elektronik yang telah dimuat pada banyak pustaka. Apakah rangkaian tersebut sudah dapat dioperasikan atau masih perlu dimodifikasi. Dengan demikian penggunaan software EWB juga berguna dalam mengatasi  kegagalan-kegagalan dalam perancangan alat/rangkaian elektronik sebelum alat  tersebut dibuat secara permanen.rangkaian dapat dibuat pada layar editor dan dapat dioperasikan langsung. Kegagalan dalam perancangan dapat diatasi dengan mengubah nilai-nilai komponen sesuai dengan hasil yang diharapkan (Anonim, 2015).

Berdasarkan uraian di atas, untuk lebih mengetahui tentang rangkaian penjumlah dan pengurang tegangan maka kami melakukan percobaan ini yaitu menyusun rangkaian Op-Amp sebagai rangkaian penjumlah dan pengurang.

2.    Tujuan

Tujuan praktikum pada percobaan rangkaian penjumlah dan pengurang tegangan ini adalah sebagai berikut.

a.    Menyusun rangkaian op-amp sebagai rangkaian penjumlah menggunakan EWB.

b.    Menyusun rangkaian op-amp sebagai rangkaian pengurang.

B.  LANDASAN TEORI

Pengurang operasional penjumlah adalah menggabungkan dua sinyal analog atau lebih menjadi satu keluaran. Setiap masukan diperkuat dengan faktor keluarannya, dimana keluaran adalah jumlah masukan yang diperkuat. Jika semua perolehan skanal sama dengan satu, keluaran sama dengan jumlah masukan. Pada pencampuran, penguat penjumlah dapat memperkuat dan menggabungkan sinyal suara. Pengikut tegangan memiliki perolehan tegangan kalang tertutup. Sebesar satu dan bandwith sebesar funity. Rangkaian ini berguna untuk interfase antara sumber impedansi dan beban impedansi rendah (Malvino, 2004).

Op-amp sering digunakan sebagai penjumlah berbagai input sinyal. Berikut ini adalah gambar dari summing amplifier.

Gambar 7.1 Rangkaian Summing Amplifier

Rangkaian summing amplifier mempunyai penguatan tegangan sebanyak dua penguatan tegangan. Untuk penguatan tegangan 1 adalah sebagai berikut:

.................................................................................... (7.1)

Untuk penguatan tegangan 2 adalah sebagai berikut:

.................................................................................... (7.2)

Penguatan tegangan total dari summing amplifier adalah sebagai berikut:

................................................................ (7.3)

(Widodo, 2004).

Dalam gambar berikut resistor  diganti dengan kondensator.

Gambar 7.2 Rangakaian Deferensiator

Disini tetap terdapat umpan balik negatif melalui resistor , maka prinsip bumi semu tetap berlaku, hanya dalam rangkaian seri sekarang satu komponen adalah kondesator bukan resistor. Tetapi tidak ada arus yang masuk ke dalam op-amp, maka arus resistor  sama dengan arus dalam kondensator C. Karena prinsip bumi semu, maka voltase output sama dengan voltase pada resistor  dan voltase pada kondesator sama dengan nilai negatif dari voltase input 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, seperti :

Bila Rf = Ra = Rb = Rc, maka persamaan menjadi :

Vo = -(Va +Vb +Vc) .................................................................... (7.4)

Tahanan Rom gunanya adalah untuk meletak titik nol supaya tepat, terkadang tanpa Rom sudah cukup stabil. Maka rangkaian ada yang tanpa Rom juga baik hasilnya. Rangkaian penjumlah dengan menggunakan noninverting sangat suah dilakukan karena tegangan yang diparalel akan menjadi tegangan terkecil yang ada., sehingga susah terjadi proses penjumlahan (Blocher, 2005).

Penamaan penguat operasional memang cocok karena penguat ini dapat digunakan untuk operasi matematika. Pada eksperimen sebelumnya telah kita lihat bagaimana opamp berfungsi sebagai penguat atau secara matematika sebagai pengali. Pada bagian ini akan kita pelajari op-amp sebagai operasi matematika penjumlah dan pengurang. Untuk operasi penjumlah, masukan tak membalik dari op-amp dihubungkan dengan tanah sedangkan tegangan 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 (Anonim, 2014).

C.  METODE PRAKTIKUM

1.    Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan pada praktikum rangkaian penjumlah dan pengurang tegangan dapat dilihat pada Tabel 7.1 berikut:

Tabel 7.1 Alat dan Bahan Praktikum Rangkaian Penjumlah dan Pengurang Tegangan

No.	Alat dan Bahan	Fungsi
1.	Komputer	Untukmemfungsikan software EWB 5.12
2.	Software EWB 5.12	Untuk menguji rangkaian listrik

2.    Prosedur Kerja

Prosedur kerja yang dilakukan pada praktikum rangkaian penjumlah tegangan dan pengurang adalah sebagai berikut :

a.    Meng-on-kan komputer hingga editor windows tampak pada layar.

b.    Mengarahkan mouse pada software EWB 5.12, mengangtifkan dengan mengklik mouse 1 kali dan menekan “enter” pada keyboard.

c.    Menyusun rangkaian OP-Amp integrator seperti pada Gambar 7.3.

d.   Membuat rangkaian isyarat masukan sinusoida tegangan masukan (V_i1) dan tegangan keluaran (V_i2) dengan menggunakan  rangkaian pembagi tegangan dengan sumber isyarat AC dari function Generator (FG) pada frekuensi 1 KHz seperti pada gambar. Memeriksa osiloskop serta mengamati tegangan masukan (Ch.1) dan tegangan keluaran (Ch.2) berubah dengan adanya perubahan pada R_a dan R_b. Lalu mengatur amplitudo sumber (FG) dan R_a dan R_b agar dapat menghasilkan V_i1 = V_i2 = 40 mVpp. 

 

Gambar 7.3 Rangkaian Op-Amp Sebagai Penjumlah

                                   

Gambar 7.4 Rangkaian Sumber Isyarat Masukan

e.    Menghubungkan sumber x dan y pada gambar diatas  kesumber V_i1 dan V_i2 pada rangkaian di bawah.

f.     Menyusun rangkaian OP-Amp seperti pada gambar. Pencatu daya  µA741 dibuat dengan memasang sumber DC variabel.

 

Gambar 7.5 Rangkaian Op-Amp Sebagai Pengurang

Gambar 7.6 Rangkaian Sumber Isyarat Masukan untuk   Rangkaian Pengurang

g.    Membuat rangkaian isyarat masukan menggunakan rangkaian pembagi tegangan dengan sumber isyarat masukan mengguanakan rangkaian pembagi tegangan dengan sumber isyarat AC dari FG pada frekuensi 1 kHz.

h.    Membuat 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 potensiometer.

i.      Menghubungkan X dan y pada rangkaian gambar 3 ke sumber Vi+ vdan Vi

D.  HASIL DAN PEMBAHASAN

1.    Hasil  Pengamatan

a.    Bentuk Gelombang Rangkaian Penjumlah Tegangan

Vout = -736.0010 mV

Vin = 719.6451 mV

Gambar 7.7 Isyarat Masukan (Vin) dan Isyarat Keluaran (Vout) Rangkaian Penjumlah Tegangan

b.   Bentuk Gelombang Rangkaian Pengurang Tegangan

Vin = 524.2310 mV

Vout = -54.8498 mV

Gambar 7.8 Isyarat Masukan (Vin) dan Isyarat Keluaran (Vout) Rangkaian Pengurang Tegangan

c.    Analisis Data

1)   Rangkaian Penjumlah Tegangan

Av =

=

=   kali

2)   Rangkaian Pengurang Tegangan

Av =

=

=   kali

2.    Pembahasan

Pada percobaan ini kami menyusun rangkaian Op-Amp sebagai rangkaian penjumlah tegangan dan sebagai rangkaian pengurang tegangan dengan menggunakan aplikasi software EWB 5.12 di komputer. Pada rangkaian penjumlah tegangan fasa gelombang isyarat masukan yang terbentuk berupa gelombang sinusoidal dan fasa gelombang isyarat keluaran yang terbentuk berupa gelombang sinusoidal yang lebih lonjong. Pada rangkaian pengurang tegangan fasa gelombang isyarat masukan yang terbentuk berupa gelombang sinusoidal dan fasa gelombang isyarat keluaran yang terbentuk berupa gelombang sinusoidal yang lebih datar.

Pada rangkaian penjumlahan tegangan, untuk bentuk gelombang yang dihasilkan melalui tampilan pada layar editor adalah berupa gelombang sinusoidal dan gelombang masukan (Vin) sebesar 719,6451 mV dan gelombang keluaran (Vout) sebesar -736,0010. Menurut teori bahwa dalam rangkaian penjumlah tegangan, isyarat keluaran dan masukannya sefasa, dan dari hasil pengamatan yang diperoleh sesuai dengan teori, dimana gelombang masukan yang dihasilkan sefasa dengan gelombang keluarannya. Hal ini menunjukkan dalam percobaan ini telah berhasil membuktikan teori yang ada.

Untuk rangkaian pengurang tegangan, bentuk gelombang masukannya berbentuk sinusoidal dan gelombang keluarannya juga berbentuk sinusoidal. Besar tegangan yang dihasilkan melalui tampilan pada layar editor tampak yaitu gelombang masukan (Vin) sebesar  524,2310 mV sedangkan gelombang keluaran (Vout) sebesar -54.8498 mV. Hal ini sesuai dengan teori bahwa penguat operasional berfungsi untuk menguatkan tegangan.

E.  PENUTUP

1.    Kesimpulan

Kesimpulan pada praktikum rangkaian penjumlah tegangan dan pengurang adalah sebagai berikut:

a.    Op-Amp sebagai rangkaian penjumlah disusun dengan menggabungkan dua sinyal analog atau lebih menjadi satu keluaran. Dimana perolehan setiap masukan besarnya ditentukan oleh rasio resistansi umpan balik terhadap resistansi masukan yang sesuai.

b.    Op-Amp sebagai rangkaian pengurang disusun dengan mengurangi dua tegangan masukan untuk menghasilkan tegangan keluaran yang sama dengan perbedaaan anatara tegangan dan .

2.    Saran

Saran yang dapat kami sampaikan pada percobaan ini adalah sebagai berikut :

a.    Untuk pengelola laboratorium, agar mengganti alat-alat laboratorium yang sudah rusak.

b.    Untuk asisten, cara asisten dalam memberikan praktikan sudah bagus dalam membimbing jalannya praktikum.

c.    Untuk praktikan, agar lebih aktif dalam praktikum dan tetap menjaga kekompakan.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2014. Penuntun Praktikum Elektronika Dasar II. Universitas Halu Oleo. Kendari.

Blocher. 2004. Dasar Elektronika. PT. Andi. Yogyakarta.

Ikabuh. 2012. Tugas Osiloskop. http://ikabuh.files.wordpress.com/2012/02/tugas-osiloskop.pdf. Diakses 27 Mei 2014

Malvino. 2004. Prinsip-prinsip Elektronika. Salemba Teknika. Yogyakarta

Robby. 2013. Op-Amp. http://robby.c.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files /2013/2 Op-amp.pdf. Diakses 27 Mei 2014.

Ubaidillah. 2010. Penguat Operasional (OP-AMP). http://www.share- pdf.com/22e8d8dee06f455798fc9b2109e7ee6d/PENGUAT-OPRASIONAL-OP-AMP.pdf. Diakses 27 Mei 2014.

Widodo. 2004. Elektronika Digital dan Mikroprosesor. PT. Andi. Yogyakarta.