Laporan Praktikum Elektronika Dasar II

Rangkaian Penjumlah dan Pengurang

Oleh :

1. Fani Firmahandari (130210102059)

2. Nafida Nur Hasanah (130210102061)

3. Intan Nurjannah (130210102072)

Pendidikan Fisika

Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan

Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan

UNIVERSITAS JEMBER

2015

I. PENDAHULUAN

Penguat operasional (operational amplifier) atau yang biasa disebut op-amp

merupakan suatu jenis penguat elektronika dengan hambatan (coupling) arus searah yang

memiliki faktor penguatan sangat besar dengan dua masukan dan satu keluaran. Penguat

operasional pada umumnya tersedia dalam bentuk sirkuit terpadu dan yang paling banyak

digunakan adalah rangkaian seri. Penguat operasional dalam bentuk rangkaian terpadu

memiliki karakteristik yang mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu

memperhatikan apa yang terdapat di dalamnya. Op-Amp ini bisa digunakan untuk membuat

rangkaian elektronika analog apa saja. Untuk mempelajari Op-Amp harus memahami

betul dasar rangkaian elektronika yang lainnya, misalnya rangkaian penguat sinyal kecil,

rangkaian penguat sinyal besar dan lainnya.

Gambar simbol Penguat Operasional pada gambar sirkuit listrik

Penguat operasional (operational amplifier) mulai digunakan pada tahun 1940-an,

ketika sirkuit elektronika dasar dibuat dengan menggunakan tabung vakum untuk

melakukan operasi matematika seperti penjumlahan, pengurangan, perkalian,

pembagian, integral, dan turunan. Penguat operasional pada umumnya tersedia dalam

bentuk sirkuit terpadu dan yang paling banyak digunakan adalah seri 741. Ada

beberapa hal menarik tentang sirkuit internal 741, yaitu transistor masukan terhubung

dengan konfigurasi pengikut emiter NPN yang keluarannya terhubung secara langsung

kepada sepasang transistor PNP yang terkonfigurasi sebagai penguat basis bersama.

Konfigurasi ini memisahkan masukan dan mencegah sinyal umpan balik yang mungkin

memiliki efek berbahaya yang bergantung pada frekuensi (Daryanto, 2008:67).

Penguat operasional (operational amplifier) atau yang biasa disebut op-amp

merupakan suatu jenis penguat elektronika dengan hambatan (coupling) arus searah

yang memiliki faktor penguatan sangat besar dengan dua masukan dan satu keluaran.

Penguat operasional pada umumnya tersedia dalam bentuk sirkuit terpadu dan yang

paling banyak digunakan adalah rangkaian seri. Penguat operasional dalam bentuk

rangkaian terpadu memiliki karakteristik yang mendekati karakteristik penguat

operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat di dalamnya. Op-Amp

ini bisa digunakan untuk membuat rangkaian elektronika analog apa saja. Untuk

mempelajari Op-Amp harus memahami betul dasar rangkaian elektronika yang

lainnya, misalnya rangkaian penguat sinyal kecil, rangkaian penguat sinyal besar dan

lainnya.

Penguat operasional adalah penguat diferensial dengan dua masukan dan satu

keluaran, yang mempunyai penguatan tegangan yang amat tinggi yaitu dalam orde 105.

Pemakaian Op-Amp amatlah luas meliputi bidang elektronika audio, pengatur tegangan

DC, tapis aktif, penyearah presisi, konverter analog ke digital dan sebaliknya,

pengintegral, penguat pengunci, kendali otomatik, komputer analog, dll (Sutrisno,

1987:117-118).

Gambar simbol Penguat Operasional pada gambar sirkuit listrik

Penguat Membalik (inverting)

Penguat membalik adalah penggunanan op- amp sebagai penguat sinyal dimana

sinyal outputnya berbalik fasa 180 derajat dari sinyal input. Pada penguat ini dimana,

masukannya melalui input membalik pada penguat operasional, dan keluarannya

berlawanan fasa dengan masukan.

Op-Amp adalah suatu penguat dengan dua buah masukan dan satu keluaran.

Untuk mengendalikan penguatan yang tidak terlalu besar maka dipasanglah rangkaian

umpan balik (feedback) ke masukan membalik. Umpan balik ini mengembalikan

sebagian dari isyarat keluaran ke masukan sehingga memperlemah masukan. Umpan

balik semacam ini disebut umpan balik negatif. Jika umpan balik yang digunakan untuk

memperkuat masukan, disebut umpan balik positif. Dalam hal Op-Amp umpan balik

negatif dibuatlah rangkaian penguat membalik dan rangkaian penguat tak

membalik (Gunawan, 1996:14).

Pada saat sinyal input pada posisi negatif maka sinyal outputnya pada posisi

positif dan begitu sebaliknya jika sinyal inputnya berubah-ubah, kondisi inilah yang

disebut dengan penguatan inverting (membalik) (Widowati, 1979:67).

Gambar rangkaian inverting

Penguat tidak Membalik (Non Inverting)

Penguat non inverting ini hampir sama dengan rangkaian inverting hanya

perbedaannya adalah terletak pada tegangan inputnya dari masukan noninverting. Hasil

tegangan output noninverting lebih dari satu dan selalu positif. Penguat ini dimana,

masukannya melalui input tak membalik (non inverting) pada penguat operasional dan

keluarannya sefasa dengan masukan.

Kondisi ideal tersebut hanya merupakan kondisi teoritis tidak mungkun dapat

dicapai dalam kondisi praktis. Tetapi para pembuat Op Amp berusaha untuk membuat

Op Amp yang memiliki karakteristik mendekati kondisi-kondisi di atas. Karena itu

sebuah Op Amp yang baik harus memiliki karakteristik yang mendekati kondisi

ideal (Dwihono, 1996:105).

Penguat tak membalik (non inverting) adalah sebuah Op-Amp yang diterapkan

dalam modus penguat tak membalik atau non inverting, yaitu tegangan keluarannya, Vo

mempunyai polaritas yang sama seperti tegangan masukan. Dari cara penyusunannya

pun dapat dilihat bahwa sinyal masukan dihubungkan ke masukan non inverting,

sehingga sinyal keluaran mempunyai fase yang sama dengan sinyal masukan.

Rangkaian non inverting ini hampir sama dengan rangkaian inverting hanya

perbedaannya adalah terletak pada tegangan inputnya dari masukan non inverting

(Sutanto, 2006:16).

Gambar rangkaian penguat tak membalik

Penjumlah Tegangan dan Pengurang

Penguat operasional (operational amplifier) atau yang biasa disebut op-amp

merupakan suatu jenis penguat elektronika dengan hambatan (coupling) arus searah

yang memiliki bati (faktor penguatan) sangat besar dengan dua masukan dan satu

keluaran. Penguat diferensial merupakan suatu penguat yang bekerja dengan

memperkuat sinyal yang merupakan selisih dari kedua masukannya. Penguat

operasional pada umumnya tersedia dalam bentuk sirkuit terpadu dan yang paling

banyak digunakan adalah rangkaian seri. Penguat operasional dalam bentuk rangkaian

terpadu memiliki karakteristik yang mendekati karakteristik penguat operasional ideal

tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat di dalamnya. Penguat operasional adalah

perangkat yang sangat efisien dan serba guna.. Contoh penggunaan penguat operasional

adalah untuk operasi matematika sederhana seperti penjumlahan dan pengurangan

terhadap tegangan listrik hingga dikembangkan kepada penggunaan aplikatif

seperti komparator dan osilator dengan distorsi rendah serta pengembangan alat

komunikasi (Turner, 1995:119).

Penguat diferensial merupakan suatu penguat yang bekerja dengan memperkuat

sinyal yang merupakan selisih dari kedua masukannya. Penguat operasional

(operational amplifier) atau yang biasa disebut op-amp merupakan suatu jenis

penguat elektronika dengan hambatan (coupling) arus searah yang memiliki bati (faktor

penguatan) sangat besar dengan dua masukan dan satu keluaran atau keluaran tunggal

yang yang ditambah dua terminal untuk mensuplai daya. Penguat operasional (op-amp)

juga sering digunakan dalam operasi matematika baik penjumlahan maupun

pengurang.penguat operasional atau disingkat op-amp adalah merupakan sutu penguat

differensial berperolehan sangat tinggi yang terterkopel dc langsung yang dilengkapi

dengan umpan. Oleh karena itu, penguat operasional lebih banyak digunakan dengan

loop tertutup daripada dalam lingkar terbuka (Chattopadhay, 1989:65).

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.

Gambar rangkaian Adder/Penjumlah Non-Inverting

Selain rangkaian penjumlah ada pula rangkaian pengurang atau disebut

penguat differensial. Penguat diferensial merupakan suatu penguat yang bekerja dengan

memperkuat sinyal yang merupakan selisih dari kedua masukkannya. Rangkaian

pengurang ini berasal dari rangkaian inverting dengan memanfaatkan masukan non-

inverting, sehingga persamaannya menjadi sedikit ada perubahan.

Penguat diferensial digunakan untuk mencari selisih dari dua tegangan yang telah

dikalikan dengan konstanta tertentu yang ditentukan oleh nilai resistansi.

Gambar rangkaian penguat pengurangan

II. METODE

Alat dan bahan:

Resistor: 22 kΩ, 20 kΩ, 10 kΩ

Potensiometer: 10 kΩ atau 20 kΩ

IC Op-amp: µA741

Osiloskop

Multimeter

Pembangkit isyarat AC (Function Generator-FG)

Pencatu daya: ±15 V DC

Prosedur dan Pengamatan

1. Menyusun rangkaian op-amp integrator seperti terlihat pada gambar 4.1. Pencatu

daya µA741 dibuat dengan memasang sumber DC variabel.

2. Membuat rangkaian isyarat masukan sinusoida vi1 dan vi2 dengan menggunakan

rangkaian pembagi tegangan dengan sumber isyarat AC dari function generator

(FG) pada frekuensi 1 kHz seperti terlihat pada gambar 4.2. Ra dan Rb diambil dari

sebuah potensiometer. Periksalah dengan osiloskop dan amati bagaimana vi1 (Ch.

1) dan vi2 (Ch. 2) berubah dengan adanya perubahan pada Ra dan Rb. Atur

amplitudo sumber (FG) dan Ra dan Rb agar dapat menghasilkan vi1 = vi2 = 40

mVp-p.

Gambar 4.1 Rangkaian op-amp sebagai penjumlah

Gambar 4.2 Rangkaian sumber isyarat masukan

3. Menghubungkan sumber x dan y pada rangkaian gambar 4.1 ke sumber vi1 dan vi2

pada rangkaian gambar 4.2. Buatlah sketsa bentuk gelombang vi1 (Ch. 1), vi2 (Ch. 1)

dan keluaran v0 (Ch.2), masing-masing beri label yang jelas.

0

4. Mengulangi langkah 2 dan 3 untuk berbagai variasi vi1 = vi2 dan lengkapi tabel

berikut (buat sebagian masukan vi1 < vi2 dan sebagian vi1 > vi2).

No

.

Masukan vi1 (Vp-p) Masukan vi2 (Vp-p) Keluaran v0 (Vp-p)

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

5. Menyusun rangkaian op-amp pengurang seperti terlihat pada gambar 4.3. Pencatu

daya µA741 dibuat dengan memasang sumber DC variabel.

Ch.2 (isyarat keluaran)

Time/div = .................................... v0 = ....................................Vp-p

Volt/div = ......................................

Ch.1 (isyarat masukan)

Time/div = ...................

Volt/div = ....................

Vi1 = ......................... Vp-p

Ch.1 (isyarat masukan)

Time/div = ...................

Volt/div = ....................

Vi2 = ......................... Vp-p

Gambar 4.3 Rangkaian op-amp sebagai pengurang (penguat deferensiator)

Gambar 4.4 Rangkaian sumber isyarat masukan untuk rangkaian pengurang

6. Buatlah 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 sebuah potensiometer.

Periksalah dengan osiloskop dan amati bagaimana vi+ (Ch.1) dan vi- (Ch.2) berubah

dengan adanya perubahan pada Ra dan Rb. Atur amplitudo sumber (FG), Ra, dan

Rb agar dapat menghasilkan vi+ > vi- dan vi+ < vi-

7. Hubungkan x dan y pada rangkaian gambar 4.3 ke sumber vi+ dan vi- seperti pada

rangkaian gambar 4.4. Buatlah sketsa bentuk gelombang vi+ (Ch.1), vi- (Ch.1) dan

keluaran vo (Ch.2) untuk kasus vi+ > vi-.

0

Ch.1 (isyarat masukan)

Time/div = ...................

Volt/div = ....................

Vi1 = ......................... Vp-p

Ch.1 (isyarat masukan)

Time/div = ...................

Volt/div = ....................

Vi2 = ......................... Vp-p

8. Ulangi langkah 7 untuk kasus vi+ < vi-.

0

ANALISA

1. Dengan memperhatikan komponen yang terpasang pada rangkaian gambar 4.1.,

turunkan persamaan matematika yang menggambarkan hubungan antara masukan

dan keluaran.

2. Dengan memperhatikan hasil pada langkah 3 dan 4, verifikasi kebenaran hasil yang

anda peroleh tersebut dengan perhitungan teori. Apakah memang benar keluaran

merupakan jumlah dari masukan? Apakah ada beda fase antara isyarat masukan dan

keluaran?

3. Dengan memperhatikan komponen yang terpasang pada rangkaian gambar 4.3.,

turunkan persamaan matemaatika yang menggambarkan hubungan antara masukan

dan keluaran.

4. Dengan memperhatikan hasil pada langkah 7 dan 8, verifikasi kebenaran hasil yang

anda peroleh tersebut dengan perhitungan teori. Apakah memang benar keluaran

merupakan selisih dari masukan? Apakah ada beda fase antara isyarat masukan dan

keluaran? Jelaskan apa yang anda peroleh dan beri justifikasi kebenarannya!

Ch.2 (isyarat keluaran)

Time/div = .................................... v0 = ....................................Vp-p

Volt/div = ......................................

Ch.2 (isyarat keluaran)

Time/div = .................................... v0 = ....................................Vp-p

Volt/div = ......................................

Ch.1 (isyarat masukan)

Time/div = ...................

Volt/div = ....................

Vi1 = ......................... Vp-p

Ch.1 (isyarat masukan)

Time/div = ...................

Volt/div = ....................

Vi2 = ......................... Vp-p

III. PEMBAHASAN

IV. PENUTUP

Adapun kesimpulan yang dapat diperoleh dari hasil praktikum ialah:

1. Dengan menyusun rangkaian menggunakan Op-Amp µA741 8-pin kita dapat

memeriksa Op-Amp. Hal ini dibuktikan dengan adanya tampilan gelombang yang

berbentuk kotak yang menandakan bahwa Op-Amp dalam keadaan yang baik.

Penguat operasional atau Op-amp adalah suatu penguat diferensial dengan dua

masukan dan satu keluaran yang mempunyai penguat tegangan yang amat tinggi.

2. Op-amp dapat digunakan untuk melakukan penguatan terhadap tegangan dari suatu

input sinyal yang kecil sehingga didapat suatu sinyal keluaran yang besar.

3. Besarnya tegangan keluaran pada rangkaian Op-Amp sebagai rangkaian penjumlah

merupakan hasil penjumlahan dari beberapa tegangan inputnya. Dasar rangkaiannya

adalah rangkaian inverting amplifier dan hasil outputnya adalah dikalikan dengan

penguatan seperti pada rangkaian inverting.

4. Rangkaian pengurang yang menggunakan Op-Amp sebagai dasarnya adalah

mengurangkan dari dua buah inputnya. Hasil selisih keduanya merupakan besarnya

tegangan outputnya. Dasar rangkaian pengurang ini berasal dari rangkaian inverting

dengan memanfaatkan masukan non-inverting, sehingga persamaannya menjadi

sedikit ada perubahan.

DAFTAR PUSTAKA

Chattopadhay, D. 1989. Dasar Elektronika. Universitas Indonesia Press: Jakarta

Daryanto. 2008. Pengetahuan Teknik Elektronika Edisi Pertama. Penerbit Bumi Aksara.

Dwihono. 1996. Rangkaian Elektronika Analog. PT.Elax Media: Jakarta.

Gunawan, Hanafi. 1996. Primsip – prinsip Elektronika Edisi Kedua. Erlangga. Jakarta.

Sutanto. 2006. Rangkaian Elektronika. UI – Press: Jakarta.

Sutrisno. 1987. Elektronika Teori dan Penerapannya Jilid 2. ITB: Bandung.

Turner, R., dkk. 1995. Rangkaian Elektronika. Gramedia. Jakarta.

Widowati. 1979. Pesawat Elektronika 2. Departemen Pendidikan Dan Kebudayaan.