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