Praktikum 3. Komparator Tegangan Menggunakan Op-amp

Nama: klas_Prak3_(nama, nama, nama, nama)(lanjutan ke: …)

1. Tujuan

1. Mahasiswa memahami prinsip kerja komparator tegangan menggunakan op-amp.
2. Mahasiswa dapat merancang, merakit, dan menguji rangkaian komparator tegangan menggunakan op-amp.
3. Mengetahui fungsi dan penerapan dari masing-masing rangkaian komparator tegangan menggunakan op-amp

2. Dasar Teori

Rangkaian komparator tegangan adalah rangkaian yang bekerja sebagai pembanding masukan tegangan antara tegangan-input-positif (V⁺) dengan tegangan-input-negatif (V^–). Saat V⁺>V^–, tegangan-output akan jenuh senilai tegangan-sumber-positif Op-Amp, sebaliknya, jika  V+<V–, tegangan-output akan jenuh negatif mendekati tegangan-sumber-negatif Op-Amp, dan tegangan-output Op-Amp akan nol saat V+=V–.

Salah satu karakteristik ideal op-amp adalah bahwa op-amp memiliki penguatan lop terbuka A_v = ∞, sehingga perbedaan sedikit saja pada masukan antara  V+ dengan V– dapat memberikan keluaran jenuh positif atau jenuh negatif (V_out = +∞ atau Vout = -∞). Tegangan keluaran ini dibatasi oleh tegangan subernya sehingga mempunyai nilai keluaran mendekati tegangan catu (V_cc) dari Op-Amp.

saat V⁺>V^–, maka V_out = +V_cc

saat V⁺<V^–, maka V_out = -V_cc

saat V⁺=V^–, maka V_out = 0

Gambar 1. Konfigurasi Terminal Op-Amp

Jika pada komparator open loop tegangan keluaran selalu +V_sat atau -V_sat , maka pada komparator lup tertutup keluarannya dapat diatur dengan cara mengubah resistansi R₁ dan R_f.

2.1 Detektor Tegangan Lup Terbuka

Prinsi kerjanya adalah membandingkan tegangan antara masukan V⁺ dan V^-, dengan perbedaan yang sangat kecil pada penguat operasional tanpa umpan balik eksternal dapat memberikan keluaran yang cukup besar, sampai mencapai nilai kejenuhannya. Jenuh positif atau negatif sangat tergantung pada silisih kedua masukan tersebut. Misalkan pin V⁺ dianggap sebagai referensi, maka jika tegangan V^- lebih positif dari V⁺, keluarannya menjadi jenuh positih, atau sebaliknya jika tegangan V^- lebih negatif dari V⁺, maka keluarannya akan menjadi jenuh negatif. Rangkaian dan bentuk gelombang tegangan dan masukannya ditunjukkan pada gambar 2.

Gambar 2. Implementasi Op-Amp sebagai Detektor Tegangan.

(Sumber: https://depokinstruments.com/2016/02/18/op-amp-voltage-comparator/)

2.1 Detektor Tegangan Lup Tertutup

Jika pada komparator open loop tegangan keluaran selalu +V_sat atau -V_sat , maka pada komparator lup tertutup keluarannya dapat diatur dengan cara mengubah resistansi R₁ dan R_f.

Gambar 3. Rangkaian Komparator Dengan Umpan Balik

Jika V₂=V₁ ,maka V_o=0

Jika V₂<V₁ ,maka V_o<0

Jika V₂>V₁ ,maka V_o>0

Komparator lup tertutup dapat memberika penguatan jika perbandingan R₁ dan R_f sama dengan perbandingan R₂ dan R₃ sehingga tegangan keluarannya adalah:

3. Alat dan Bahan

1)      Catu daya DC + 12 volt   : 1 buah

2)      Function generator           : 1 buah

3)      Resistor (R₁) 3,3  kΩ       : 2 buah

4)      Resistor (R_F) 1,2  kΩ      : 2 buah

5)      Potensiometer 5 k            : 1 buah

6)      Dioda zener     3 volt       : 1 buah

7)      IC LM 741                       : 1 buah

8)      Projectboard                    : 1 buah

9)      Kabel penghubung dan probe : secukupnya

4. Langkah Percobaan

4.1 Rangkaian Komparator Lup Terbuka.

1. Rakit rangkaian seperti gambar 2. Catu daya + 12 volt, R₁ = 3k3, R₂= 1k2, dan R_pull-up = 10k.

2. Beri input dari function generator, atur function generator pada posisi gelombang gigi gergaji dengan  V_peak = 5 volt dan frekuensi 1 kHz. 

3. Ambil gambar tampilan pada oscilloscope menggunakan kamera.

4. Ulangi langkan 2 dan 3 tapi terlebih dahulu mengubah masukan dari function generator pada posisi frekuensi 2 kHz.

6. Analisis masing-masing kejadian data dari semua kejadian dan tunjukkan bahwa terjadi hubungan komparatif antara input dan output.

4.2 Rangkaian Komparator Lup Tertutup

1. Rakit rangkaian seperti gambar 3. Catu daya + 12 volt, R₁ = R₂ = 1k2, R_f = R₃ = 1k2.

2. Beri input V2 tegangan dc sebesar 8 volt.

3. Beri input V₁ dari function generator, atur function generator pada posisi gelombang gigi gergaji dengan  Vpeak = 1 volt, 2 volt, dan 3 volt masing dengan frekuensi 1 kHz. 

4. Ambil gambar tampilan pada oscilloscope menggunakan kamera untuk setiap kejadian.

5. Ulangi percobaan pada poin 1, 2, 3 dan 4, tapi untuk tegangan input V2 sebesar 6 volt.

6. Analisis masing-masing kejadian data dari semua kejadian dan tunjukkan bahwa terjadi hubungan komparatif dengan penguatan tertentu antara input dan output.

4.3 Rangkaian Komparator Lup Tertutup Dengan Referensi Menggunakan Dioda Zener

Gambar 4. Komparator Menggunakan Zener Sebagai Tegangan Referensi

1.  Rakit rangkaian seperti gambar 4. Besaran masukan dan nilai komponen seperti pada gambar 4.

2.   Atur potensiometer agar tegangan keluarannya V_o = 10 volt.

3.   Lakukan pengukuran mengikuti nilai-nilai seperti pada tabel 1.

4. Analisis masing-masing kejadian data dari semua kejadian dan tunjukkan bahwa terjadi hubungan komparatif dengan penguatan tertentu antara input dan output.

5.   Beri komentar tentang nilai tegangan keluarannya dilengkapi dengan alasan yang bersesuaian

 5. Pertanyaan Pengembangan

    Beri contoh implementasi rangkaian komparator, dan jelaskan prinsip kerjanya

6. Daftar Pustaka

    Silakan isi daftar pustaka yang telah digunakan

Praktikum 2. Penguat Integrator dan Differensiator

Nama: klas_Prak2_(nama, nama, nama, nama)

1. Tujuan

           1) Mahasiswa memahami prinsip kerja penguat integrator dan diferensiator.
     2) Mahasiswa dapat merancang, merakit, dan menguji rangkaian penguat inverting dan non
               inverting menggunakan op-amp.
           3) Mengetahui fungsi dan penerapan dari masing-masing penguat

2. Dasar Teori

2.1 Penguat Ingtegrator

Prinsip dasar sebuah rangkaian integrator menyerupai rangkaian penguat inverting hanya saja komponen umpanbaliknya menggunakan kapasitor (atau kapasitor diparalel dengan resistor). Rangkaian input R=1 kΩ digunakan untuk membentuk rangkaian menyerupak sumber arus. Arus yang melalui resistor tersebut tidak terpengaruh oleh beban atau komponen lain, yaitu: I = v_in/R. Arus ini diinjeksikan ke dalam kapasitor sehingga tegangan pada kapasitor yang neelainya sama dengan output rangkaian adalah integral dari tegangan atau arus masukan. Rangkaian integrator banyak digunakan untuk membentuk gelombang gigi gergaji, atau juga sering digunakan pada komputer analog dalam sebagai alat untuk menyelesaikan persamaan integral. Pada gambar 1 ditunjukkan prinsip dasar rangkaian integrator.

Gambar 1. Rangkaian Dasar Penguat Integrator

2.2  Penguat Differensiator

Rangkaian diferensiator dapat dibuat menyerupai rangkaian dasar inverting dengan menggantikan resistor input dengan sebuah kapasitor. Rangkaian ini digunakan untuk membentuk operasi matematik diferensiasi, yaitu bentuk gelombang output merupakan derivative dari bentuk gelombang input. Pada gambar 2, ditunjukkan  rangkaian dasar penguat differensiator. Tegangan keluarannya dapat dinyatakan sebagai berikut:

Gambar 2. Rangkaian Dasar Penguat Differensiator

3. Alat dan Bahan

1. Catu daya DC ± 12 volt   : 1 buah
2. Resistor (R₁) 10  kΩ        : 1 buah
3. Resistor (R_F) 22  kΩ        : 1 buah
4. Resistor (R₂),(R_s) 6,8 kΩ : 1 buah
5. Kapasitor C  22 nF           : 1 buah
6. IC LM 741                        : 1 buah
7. Function generator           : 1 buah
8. Projectboard                     : 1 buah
9. Kabel penghubung dan probe : secukupnya

4. Langkah Percobaan

4.1 Rangkaian Penguat Integrator.

1. Rakit rangkaian seperti gambar 3. Catu daya 12 volt, Input dari function geenerator dan output diamati menggunakan oscilloscope pada skala yang baik.

2. Atur function generator pada posisi gelombang kotak dengan puncak 1 volt dan frekuensi 1 kHz, amati keluarannya pada oscilloscope.

3. Ambil gambar tampilan pada oscilloscope menggunakan kamera.

4. Ulangi langkan 2 dan 3 tapi terlebih dahulu mengubah masukan dari function generator pada psosisi gelombang gigi gergaji.

5. Ulangi langkan 2 dan 3 tapi terlebih dahulu mengubah masukan dari function generator pada psosisi gelombang sinusoida.

6. Analisis masing-masing kejadian data dari semua kejadian dan tunjukkan bahwa terjadi hubungan integrasi antara input dan output.

Gambar 3.  Rangkaian Percobaan Penguat Integrator

4.2 Rangkaian Penguat Differensiator 

Gambar 4.  Rangkaian Percobaan Penguat Differensiator

1. Rakit rangkaian seperti gambar 4. Catu daya 12 volt, Input dari function geenerator dan output diamati menggunakan oscilloscope pada skala yang baik.

2. Atur function generator pada posisi gelombang kotak dengan puncak 1 volt dan frekuensi 1 kHz, amati keluarannya pada oscilloscope.

3. Ambil gambar tampilan pada oscilloscope menggunakan kamera.

4. Ulangi langkan 2 dan 3 tapi terlebih dahulu mengubah masukan dari function generator pada psosisi gelombang gigi gergaji.

5. Ulangi langkan 2 dan 3 tapi terlebih dahulu mengubah masukan dari function generator pada psosisi gelombang sinusoida.

6. Analisis masing-masing kejadian data dari semua kejadian dan tunjukkan bahwa terjadi hubungan integrasi antara input dan output.

5. Pertanyaan Pengembangan

    Beri contoh implementasi rangkaian penguat integrator dan differensiator pada suatu sistem

6. Daftar Pustaka

    Silakan isi daftar pustaka yang telah digunakan

Praktikum 1 Rangkaian Penguat Inverting dan Non Inverting

Nama: klas_Prak1_PRLA(nama, nama, nama, nama)

1. Tujuan 

1. Mahasiswa prinsip kerja op-amp sebagai penguat inverting dan non inverting.
2. Mengamati fungsi dari masing-masing penguat
3. Mahasiswa dapat merancang, merakit, dan menguji rangkaian penguat inverting dan non inverting menggunakan op-amp.

2. Dasar Teori

Operasional Amplifier (Op-amp) merupakan koponen yang pada awalnya dirancang untuk operasi matematis (ping-lan-poro-sudo) yang dapat beroperasi seperti halnya kalkulator scientific. Saat ini aplikasi op-amp telah berkembang pesat dan tetap dapat bertahan di dalam persaingannya dengan dunia digital. Op-amp dapat juga dapat digunakan sebagai komponen utama pada rangkaian filter, osilator, pengkondisi sinyal, penguat instrumentasi, dan lain-lain. Aplikasi sederhana rangkaian populer yang paling sering dibuat antara lain adalah rangkaian inverter, non-inverter, integrator dan differensiator. Pada dasarnya penguat ini terdiri dari penguat differensial dengan nilai penguatan yang sangat tinggi serta impedansi masukan yang juga tinggi, penguat penyangga (buffer) dan pada bagian keluaran terdiri dari driver (pengendali) dengan nilai resistansi keluaran yang sangat rendah. Op-Amp memiliki dua jalur masukan, yaitu masukan membalik (inverting) dan masukan tidak membalik (non-inverting). Parameter penguat operasi pada umumnya adalah :

• Penguat tegangan terbuka sangat besar, yaitu sekitar 100.000 kali. - Impedansi masukan yang cukup tinggi dengan nilai tipikal 1 MΩ.
• Impedansi keluaran sangat rendah, dengan nilai tipikal pada rentang puluhan ratusan Ohm.
• Perbandingan penolakan terhadap sinyal mode bersama (CMRR) lebih dari 90 dB. 

Karena penguat loop terbuka dan impedansi masukannya yang sangat besar, maka op-amp  sangat mudah untuk dirancang agar berfungsi sebagai konfigurasi penguat dengan cara menambah beberapa tahanan eksternal. Beberapa pemakaian Op-Amp yang umum antara lain sebagai penguat inverting, penguat non-inverting, penguat penjumlahan dan penguat pengurang. Penguat inverting, disusun dari Op-Amp dengan tegangan masukannya diberikan pada terminal inverting rangkaian penguat ini ditunjukan pada gambar dibawah.

Penguat non-inverting merupakan suatu penguat Op-Amp dengan sinyal masukan pada terminal non-inverting. Rangkaian penguat ini ditunjukan pada gambar dibawah, dengan penguatan tegangan : AV = Vout / Vin = 1 + (RF / Rin).

3. Alat dan Bahan 

1. Catu daya DC ± 15 volt : 1 buah
2. Resistor 330 KΩ : 2 buah
3. Resistor 100 KΩ : 2 buah
4. Resistor 47 KΩ : 2 buah
5. Resistor 1 kΩ : 2 buah
6. Potensiometer 10 KΩ : 2 buah
7. IC LM 741 : 1 buah
8. Multimeter : 1 buah
9. Oscillator 2 kanal : 1 buah
10. Function generator : 1 buah
11. Projectboard : 1 buah
12. Kabel penghubung : secukupnya

4. Langkah Percobaan 

4.1 Penguat Inverting 1.

 1.Buat rangkaian seperti pada gambar 3, lanjutkan dengan mengukur tegangan keluaran ketika tegangan masukan diberikan sesuai tabel 1 dan 2. Lengkapi dengan gambar berupa foto untuk data tertentu yang dianggap perlu.

Tabel 1. Pengamatan DC (+) penguat inverting

Tabel 2. Pengamatan DC (˗) penguat inverting

Gambarlah grafik tegangan output terhadap tegangan input, lakukan analisis dan buatlah kesimpulan dari grafik tersebut

2. Amati bentuk gelombang tegangan masukan dan keluaran dengan menggunakan oscilloscope pada tegangan masukan 1Vpp pada frekuensi 100 Hz, dan ulangi untuk frekuensi 10 kHz (Ambil gambar praktikum menggunakan foto).

4.2 Penguat NonInverting

1. Buat rangkaian seperti gambar 5, kemudian ukur tegangan keluaran bila tegangan masukan diberikan sesuai tabel berikut.

Tabel 3 Pengamatan DC (+) penguat non inverting

Tabel 4 Pengamatan DC (˗) penguat non inverting

Gambarlah grafik tegangan output terhadap tegangan input, buatlah kesimpulan dari grafik tersebut

2. Amati bentuk gelombang tegangan masukan dan keluaran dengan menggunakan oscilloscope pada tegangan masukan 1Vpp pada frekuensi 100 Hz, 500 Hz dan 1 kHz (Ambil gambar praktikum dengan kamera)

5. Pertanyaan Pengembangan

1. Hitung faktor penguatan masing-masing penguat

2. Berikan penjelasan pengaruh polaritas terhadap sinyal yang dihasilkan

3. Hitung Impedansi masukan penguat inverting dan non inverting