PERCOBAAN PENGUAT OPERASIONAL

(OP-AMP. 2)

OP-AMP SEBAGAI RANGKAIAN INTEGRATOR & DIFERENSIATORI. TUJUAN PERCOBAANAdapun tujuan dari pelaksanann percobaan ini adalah

1 Mengamati tegangan input dan output dari rangkaian integrator dan defferensiator.2 Mengamati, mengukur, dan menentukan hubungan antara tegangan input dan output.3 Berlatih merancang dan memasang rangkaian integrator dan differensiatorII. LANDASAN TEORIPenguat operasional (oprasional-amplifier) yang selanjutnya disingkat dengan OP-Amp merupakan penguat DC berpenguatan sangat tinggi yang menggunakan rangkaian umpan balik luar untuk mengontol responnya. Op-Amp bukan merupakan alat tunggal, tetapi terdiri dari beberapa penguat yang dipasang berjajar (Sadia, 1992). Salah satu kegunaan Op-Amp yang akan dibahas dalam laporan ini adalah Op-Amp sebagai rangkaian integrator dan differensiator.2.1 Op-Amp Sebagai IntegratorRangkaian integrator adalah suatu rangkaian yang berfungsi mengintegrasikan persamaan sinyal input dan mengeluarkannya sebagai output dalam bentuk sinyal yang sudah terintegrasi. Rangkaian integrator dapat digambarkan sebagai berikut

Berdasarkan gambar diatas persamaan yang berlaku adalah sebagai berikut.

... (1)

.. (2)

Kita substitusikan persamaan (1) ke dalam persamaan (2) sehingga diperoleh

(3)

Dalam hal ini tegangan isyarat input merupakan fungsi dari waktu (t) yakni: VS = VS(t). jika tegangan input konstan, Vs = V, maka output Vo = -Vt/RC. Karena tegangan input Vs merupakan fungsi waktu, maka output rangkaiannya adalah.

.. (4)

Persamaan (3) dan (4) telah memberikan gambaran bahwa kalau input Vs diketahui maka output V0 dapat ditentukan dengan persamaan tersebut (sadia, 1992).2.2 Op-Amp sebagai Rangkaian DefferensiatorRangkaian diferensiator merupakan suatu rangkaian yang berfungsi mendiferensialkan persamaan sinyal input dan mengeluarkannya dalam bentuk sinyal output yang sudah terdiferensialkan. Rangkainnya dapat digambarkan sebagai berikut.

.

Rangkaian pada gambar 3 diatas memiliki rangkaian ekuivalen untuk memudahkan memahami persamaan yang digunakan. Rangkaian ekuivalennya seperti pada gambar 4 berikut.

Dari rangkaian ekuivalen seperti pada gambar 4 diatas, dapat diperoleh bahwa:

... (5)

dengan tegangan outputnya adalah

. (6)

Rangkaian pada gambar 3 jika digunakan menimbulkan permasalahan berupa reaktansi kapasitor berubah terbalik dengan frekuensi. Oleh karena tegangan output defferensiator bertambah besar sebanding dengan frekuensinya, maka rangkaian tersebut menjadi rawan terhadap berisik (noise) frekuensi tinggi (Sadia, 1992).III. ALAT DAN BAHANAdapun alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah sebagai berikut

Tabel 1. Alat dan bahan praktikum

No.NAMAJUMLAH

1Op-Amp [IC(ua 741)]1 buah

2Hambatan geser1 buah

3Hambatan: 200 , 210 Masing-masing 1 buah

4Kapasitor nonpolar (0,1 F)1 buah

5Adaptor 1 buah

6Audio Frequency Generator (AFG)1 buah

7Cathode Ray Oscilloscope (CRO)1 buah

8Gunting1 buah

9Multimeter1 buah

10Papan percobaan (bread board)1 buah

11KabelSecukupnya

IV. LANGKAH-LANGKAH PERCOBAANPercobaan ini dibedakan menjadi dua bagian dan setiap bagian memiliki langkah-langkah tersendiri.

4.1 Percobaan I (Integrator)1. Mempersipakan alat dan bahan yang diperlukan.

2. Mengecek kondisi alat dan bahan yang digunakan dengan multimeter.

3. Menyusun rangkaian integrator seperti gambar berikut ini.

4. Menggunakan harga R = 100 dan C = 10 F.5. Memasukkan tegangan kotak pada input Vs, dengan frekuensi sebesar 50 Hz. Mencatat besarnya tegangan input Vs dan tegangan output V0 dan memperhatikan bentuk gelombang outputnya6. Mengulangi langkah 5 dengan frekuensi gelombang kotak yang berbeda sebanyak 3 kali.7. Mengulangi langkah 5 dan 6 , tetapi dengan menggunakan gelombang segitiga.

8. Mengulangi langkah 5 dan 6 , tetapi dengan menggunakan gelombang sinus pada inputnya.

9. Mengulangi percobaan ini dengan berbagai harga R dan C.

10. Mencatat data yang diperoleh pada jurnal yang telah disiapkan.4.2 Percobaan II (Differensiator)1. Mempersipakan alat dan bahan yang diperlukan.

2. Mengecek kondisi alat dan bahan yang digunakan dengan menggunakan multimeter.

3. Menyusun rangkaian differensiator seperti gambar berikut ini

4. Menggunakan harga R = 210 dan C = 1000 F.

5. Memasukkan tegangan sinus pada input Vs sebesar 2 volt, dengan frekuensi sebesar 1 KHz. Mencatat besarnya output V0 dan memperhatikan bentuk gelombang outputnya

6. Mengulangi langkah 5 dengan frekuensi gelombang sinus yang berbeda sebanyak 2 kali7. Mengulangi langkah 5 dan 6 , tetapi dengan menggunakan gelombang segitiga.

8. Mengulangi langkah 5 dan 6 , tetapi dengan menggunakan gelombang kotak pada inputnya.

9. Mengulangi percobaan ini dengan berbagai harga R dan C.

10. Mencatat data yang diperoleh pada jurnal yang telah disiapkanV. TABEL HASIL PENGAMATAN

Adapun data yang diperoleh dari praktikum yang dilakukan adalah sebagai berikut.

5.1 Percobaan ITabel 2. Data Percobaan IGelombang InputGelombang OutputC

(F)R

()Fs

(Hz)F0(Hz)Vs

(volt)Vo

(volt)

SinusSinus1020050503.8014.0

70674.9012.0

90775.969.0

1101006.518.0

1301116.896.0

KotakSegitiga1020050405.1216.2

70506.8514.0

90677.7912.0

1101098.3710.0

1301118.589.0

SegitigaSinus1020050503.1414.0

70671.5010.0

90900.488.0

1101000.176.0

1301420.106.0

5.2 Percobaan II

Tabel 3. Data hasil percobaan IIGelombang InputGelombang OutputC

(F)R

()Fs

(Hz)F0(KHz)Vs

(volt)Vo

(volt)

SinusKotak10002103501/2.86.6312

3701/2.66.6312

3901/2.46.6412

4101/2.36.6412

4301/2.26.6412

KotakKotak10002103501/2.89.4712

3701/2.69.4712

3901/2.69.4812

4101/2.49.4812

4301/2.49.4812

SegitigaKotak10002103501/2.85.4412

3701/2.65.4412

3901/2.55.4512

4101/2.45.4512

4301/2.35.4512

VI. TEKNIK ANALISIS DATATeknik analisa data yang digunakan pada praktikum ini adalah dengan menggunakan analisis secara kualitatif. Analisa yang dilakukan hanya membandingkan bentuk gelombang input dan output.VII. ANALISIS DATA6.1 Percobaan I (Rangkaian Integrator)Dari data pada tabel 2 diatas dapat diketahui bahwa nilai V0 berbanding terbalik dengan frekuensi. Semakin besar frekuensi maka tegangan outputnya semakin kecil. Sehingga dapat diketahui bahwa percobaan ini sesuai dengan teori dimana hubungan antara tegangan input dan output adalah sebagai berikut

Tabel 4. Perbandingan Bentuk Gelombang Rangkaian IntegratorGelombang InputGelombang OutputValiditas

KotakSegitigaSesuai

SegitigaSinusSesuai

SinusSinusSesuai

Untuk lebih memperjelas data diatas penulis sajikan beberapa gambar bentuk gelombang input dan output. Input Kotak dan Output Segitiga

Input Segitiga dan Output Sinus

Input Sinus dan Output Cosinus

6.2 Percobaan II (Rangkaian Differensiator)Dari data pada tabel 2 diatas dapat diketahui bahwa nilai V0 rangkaian differensial berbanding lurus dengan hambatan. Semakin besar hambatan rangkaian yang dipasang maka tegangan outputnya semakin besar. Sehingga dapat diketahui bahwa percobaan ini sesuai dengan teori dimana hubungan antara tegangan input dan output adalah sebagai berikut

Tabel 5. Perbandingan Bentuk Gelombang Rangkaian DifferensiatorGelombang InputGelombang OutputValiditas

SinusKotakTidak Sesuai

SegitigaKotakSesuai

KotakKotakTidak Sesuai

VIII. PEMBAHASANBerdasarkan analisis data yang dilakukan dapat diketahui bahwa percobaan yang dilakukan sudah mendekati namun masih ada sedikit kekeliruan baik pada percobaan I maupun II. Pada langkah percobaan direncanakan untuk mempariasikan nilai kapasitor (C), hambatan (R), dan frekuensi (f) namun karena keterbatasan pada praktikan dan alat yang tersedia variasi tersebut tidak semuanya dapat dilakukan. Sehingga hanya diperoleh data seperti yang disajikan pada tabel 2 dan 3.Percobaan I (integrator) sudah baik, dimana gelombang input dan gelombang output yang dihasilkan sudah sesuai dengan teori namun pada percobaan ini belum dapat dianalisis pengaruh R dan C pada tegangan output

Percobaan II (differensiator) sudah baik, namun pada data yang pertama dan ketiga tidak sesuai. Pada data yang pertama dimana input yang berbentuk gelombang sinus menghasilkan ouput yang berbentuk gelombang kotak, seharusnya gelombang output yang dihasilkan adalah gelombang sinus. Pada data ketiga dimana input yang berbentuk kotak menghasilkan output gelombang berbentuk kotak, seharusnya gelombang yang dihasilkan berbentuk garis lurus. Hasil tersebut menunjukkan bahwa rangkaian differensiator pada input gelombang sinus dan kotak sudah tidak berfungsi. Penyimpanganpenyimpangan yang diperoleh pada percobaan disebabkan karena adanya kesalahan-kesalahan yang dilakukan dalam melakukan percobaan yaitu:

1. Kesalahan umum yaitu kesalahan yang terjadi karena kekeliruan manusia, misalnya kesalahan dalam pembacaan dan pemakaian instrumen. Kesalahan ini terjadi pada saat merangkai rangkaian, di mana karena kekurang terampilan praktikan dalam merangkai mengakibatkan efisiensi waktu praktikum kurang terjaga, serta kekurang akuratan peneliti membaca skala pada multimeter juga dapat mempengaruhi hasil praktikum..2. Kesalahan sistematis yaitu kesalahan yang disebabkan oleh alat ukur atau instrumen dan disebabkan oleh pengaruh lingkungan pada saat melakukan percobaan. Adapaun beberapa kesalahan tersebut antara lain: osiloscop yang digunakan rusak sehingga praktikan harus menggati osiloskop sampai dua kali3. Kesalahan-kesalahan acak yaitu kesalahan yang disebabkan oleh hal-hal lain yang tidak diketahui oleh praktikan namun berpengaruh terhadap hasil praktikum.Adapun kendala-kendala yang praktikan alami dalam melakukan percobaan diantaranya:

1. Kekurangnnya pengetahuan praktikan dalam melakukan percobaan yang juga menyebabkan lamanya percobaan yang dilakukan.2. Sulitnya mengatur osiloskup supaya mau menunjukkan nilai yang pas karena gelombang yang terbentuk hanya mau berhenti pada time/div tertentu saja.3. Sulitnya diperoleh tegangan offset sehingga untuk percobaan ini, praktikan tidak menentukan offset terlebih dahulu.4. Tidak semua kelompok mendapat osiloscop yang bagus sehingga kelompok harus digabung yang menyebabkan tidak semua anggota dapat mencoba melakukan pengambilan data.IX. SIMPULAN9.1 Tegangan input dan output dari rangkaian integrator dan differensiator adalah sebagai berikut Integrator

Gelombang InputGelombang Output

KotakSegitiga

SegitigaSinus

SinusSinus

Differensiator

Gelombang InputGelombang Output

SinusKotak

SegitigaKotak

KotakKotak

9.2 Hubungan antara tegangan input dan output adalah

Integrator

Differensiator

9.3 Rangkaian integrator dan differensiator yang dicoba adalah

Integrator

Differensiator

X. JAWABAN PERTANYAAN

1. Kesimpulan yang dapat ditarik dari kedua percobaan diatas adalah rangkaian yang dirancang dapat digunakan sebagai integrator dan differensiator2. Bentuk Gelombang Input dan Output percobaan dapat dibandingkan seperti tabel berikut: Integrator

Gelombang InputGelombang Output

KotakSegitiga

SegitigaParabola

SinusCosinus

Differensiator

Gelombang InputGelombang Output

SinusCosinus

SegitigaKotak

KotakKotak

3. Kelemahan dari rangkaian rangkaian integrator pada gambar (2) dan rangkaian differensiator pada gambar (3) diatas dan cara mengatasinya adalah sebagai berikut:

Kelemahan

a Gambar Rangkaian Integrator

Rangkaian integrator yang ditunjukkan seperti gambar diatas memiliki suatu kelemahan yakni tidak adanya pembatasan terhadap penguatan frekuensi rendah. Hal ini akanmengakibatkan ikut terintegrasinya offset DC selama periode pengintegrasian

b Gambar Rangkaian Differensiator

Rangkaian pada gambar 3 jika digunakan menimbulkan permasalahan berupa reaktansi kapasitor berubah terbalik dengan frekuensi. Oleh karena tegangan output defferensiator bertambah besar sebanding dengan frekuensinya, maka rangkaian tersebut menjadi rawan terhadap berisik (noise) frekuensi tinggi

Cara Mengatasi Kelemahan Diatas

a Rangkaian IntegratorUntuk mengatasi kendala diatas maka rangkaian tersebut perlu ditambahkan tahanan shunt, rangkainnya dapat dilihatkan seperti gambar dibawah ini,

b Rangkaian DifferensiatorUntuk mengurangi penguatan pada frekuensi tinggi maka dirancang penguatan yang lebih praktis seperti gambar dibawah ini

+

-

-Vcc

+Vcc

Input

Output

a

b

c

Gambar 2. Rangkaian Integrator

+

-

Input

Output

a

b

c

+Vcc

-Vcc

Gambar 3. Rangkaian Differensiator

i

R

C

i

Vs

-

+

V0

Gambar 4. Rangkaian Ekuivalen

Gambar 5. Rangkaian Integrator

Gambar 6. Rangkaian Diferensiator

Gambar 7

input

Output

Gambar 8

Output

input

Gambar 9

input

Output

+

-

-Vcc

+Vcc

Input

Output

a

b

c

Gambar 12

+

-

Input

Output

a

b

c

+Vcc

-Vcc

Gambar 13

+

-

-Vcc

+Vcc

Input

Output

a

b

c

+

-

Input

Output

a

b

c

+Vcc

-Vcc

C

RS

R1

V0

VS

A

C

R

Rs

V0

VS

_1431711717.unknown

_1431711719.unknown

_1431711721.unknown

_1431711723.unknown

_1431711724.unknown

_1431711722.unknown

_1431711720.unknown

_1431711718.unknown

_1431711715.unknown

_1431711716.unknown

_1431711714.unknown