Laporan Praktikum Penguat Operasional (OP-AMP)

Laporan Praktikum Penguat Operasional (OP-AMP)

PENGUAT OPERASIONAL (OP-AMP)

Muhammad Rizal Fahlepy*)
Laboratorium Elektronika dan Instrumentasi

LATAR BELAKANG

Setiap alat elektronika yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari mempunyai beragam banyaknya komponen elektronika baik yang aktif maupun yang tidak aktif. Semua hal tersebut sudah menjadi sebuah keharusan pada semua alat elektronika tersebut. Mulai dari komponen yang terkecil sampai yang besar mempunyai peranan penting dalam mengatur skema dan komposisi arus dan tegangan dalam sebuah rangkaian elektronika.

Salah satu komponen elektronika yang perlu untuk kita ketahui adalah IC (Integrator Circuit). IC merupakan salah satu komponen elektronika yang terdiri dari beribu komponen elektronika yang lainnya dengan kemasan yang lebih kecil. Komponen yang dimaksud adalah beragam resistor, kapasitor dan tentunya transistor. Dalam hal penggunaan dan pemanfaatannya, IC tidak jauh berbeda dengan transistor yakni sebagai penguat rangkaian.

Prinsip kerja sebuah operasional amplifier ( Op-Amp ) adalah membandingkan nilai kedua input (input inverting dan 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 dibuat dari penguat differensial dengan 2 input sebagai penguat operasinal ideal.

Dalam hal rangkaian, IC dapat dirangkai menjadi rangkaian inverter, non- inverter, buffer, adder (penjumlah), integrator dan differensiator. Namun pada percobaan kali ini, akan digunakan rangkaian inverting dan non inverting. Oleh karenanya, sangat diperlukan yang namanya percobaan untuk mengetahui grafik serta sifat dari kedua jenis rangkaian ini.

RUMUSAN MASALAH

  1. Bagaimana cara mengetahui fungsi setiap kaki dari sebuah IC Operasional Amplifier?
  2. Mengapa menggunakan Op- Amp sebagai penguat inverting dan penguat non inverting?
  3. Bagaimana cara menghitung besar penguatan berdasarkan percobaan?

TUJUAN

  1. Mengenal fungsi setiap kaki dari sebuah IC Operasional Amplifier.
  2. Menggunakan Op- Amp sebagai penguat inverting dan penguat non inverting.
  3. Menghitung besar penguatan berdasarkan percobaan.

TEORI SINGKAT

Operational Amplifier atau biasa disingkat Op – Amp, adalah sebuah penguat differensial dengan penguatan sangat tinggi dengan impedansi input yang tinggi dan dengan impedansi output yang rendah. Sebuah Op – Amp terdiri dari sejumlah tingkatan penguat differensial untuk mencapai penguatan tegangan yang tinggi. Jenis Op – Amp 741 sangat dikenal secara umum dalam penggunaan penguat, tapis aktif, aplikasi sensing dan lain sebagainya. Skema dasar dan wujud dari jenis penguat operasional (Operational Amplifier, Op – Amp) ini ditunjukkan pada gambar berikut:


Gambar (1. a) menunjukkan sebuah op – amp dasar dengan dua input dan satu output. Setiap masukan menghasilkan satu polaritas atau fase yang berlawanan dengan outputnya, bergantung pada sinyal input yang diterapkan apakah pada input positif (+) atau negatif (-). Umumnya Op – Amp memerlukan pencatuan daya ganda positf (+VCC) – ground – negatif(- VCC). Terdapat dua terminal pada bagian input, yaitu terminal input membalik (Inverting) dan terminal input tak membalik (Non – Inverting).

Sebuah Op – Amp ideal memiliki karakteristik berikut.
  1. Penguatan tegangan rangkaian terbuka Av,OL sangat tinggi dan idealnya tak berhingga.
  2. Resistansi intrinsik input ri, diukur antara terminal input inverting dan terminal input noninverting adalah tinggi dan idealnya tak berhingga.
  3. Resistansi intrinsik output ro, dengan melihat dari bagian terminal output, adalah sangat rendah dan idealnya mencapai nol.

Rangkaian Dasar Op – Amp : Penguat Membalik (Inverting Amplifier)

Rangkaian penguat membalik ditunjukkan pada Gambar 2 beserta dengan rangkaian setaranya.


Rangkaian penguat membalik pada Gambar 2(a), terminal input noninverting (+) dihubungkan dengan ground. Sebuah resistor R1 menghubungkan sinyal masukan dengan terminal input inverting. Sebuah resistor umpan balik (feedback) Rf dihubungkan dari terminal output ke terminal input inverting.

Jika diasumsikan Op – Amp adalah ideal, besar Vi adalah nol dan resistansi input intrinsik ri tak berhingga (rangkaian terbuka) sehingga arus input Ii juga nol seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.2(b). Titik penjumlahan, yaitu titik A, idealnya berada pada titik potensial gorund. Beda potensial pada (R1 + Rf) adalah (Vin + Vout) dan arus I mengalir dari terminal input ke terminal output dan masuk ke Op – Amp. dengan asusmsi di atas, diperoleh persamaan untuk penguatan penguat inverting sebagai berikut : 
Dengan memperhatikan lagi Gambar 4.2(a), dapat dikatakan bahwa Vin menghasilkan sebuah arus I dalam R1. Arus ini mengalir berlanjut melalui Rf dan menghasilkan beda potensial Vout yang sama dengan IRf . Jika logika ini dibalik, dapat dikatakan bahwa Vout menghasilkan sebuah arus I yang mengalir melalui Rf dan menghasilkan beda potensial pada R1 yang sama dengan Vin. Dengan demikian, tegangan output menghasilkan sebuah arus umpan balik (feedback).


Penguat Tak Membalik (Non – Inverting Amplifier)

Rangakaian pada Gambar 4.3a menunjukkan sebuah rangkaian Op – Amp yang bekerja sebagai penguat tak membalik (non – inverting amplifier) atau pelipat tegangan konstan.





Dengan melakukan penyelidikan pada rangkaian, terlihat bahwa polaritas Vout sama dengan polaritas Vin, dengan demikian Vout sefase dengan Vin. Untuk menentukan penguatan tegangan rangkaian, dapat digunakan rangkaian setara pada Gambar 5.3b. Perhatikan bahwa beda potensial pada ujung-ujung R1 adalah Vin selama Vi = 0, ini haruslah sama dengan tegangan output. Jika Vi adalah selisih antara dua tegangan input Vin dan IR1, diperoleh :
maka diperoleh penguatan tegangan yang dihasilkan oleh penguat non inverting :

METODE PERCOBAAN

Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang akan digunakan dalam percobaan ini adalah sebagai berikut :
  1. Osiloskop Sinar Katoda + Probe 1 set, berfungsi untuk menampilkan bentuk gelombang
  2. Audio Function Generator (AFG) 1 buah, berfungsi mengatur frekuansi yang masuk ke rangkaian penguat.
  3. Kit percobaan Op- Amp, 1 buah, berfungsi sebagai wadah komponen
  4. Kabel penghubung, berfungsi menghubungkan antara komponen satu dengan lainnya
  5. Op – Amp Power Supply Unit, 1 buah, berfungsi sebagai sumber tegangan.

Identifikasi Variabel

a. Variable manipulasi: frekuensi (Hz).
b. Variable respon: Vo(p-p) (volt), Penguat Vo/Vi (Volt).
c. Variablecontrol: Resistansi (Ω) dan tegangan input/Vi (Volt)

Definisi Operasional Variabel


a. Resistansi merupakan kemampuan resistor dalam menghambat arus yang masuk yang satuannya adalah ohm (Ω).

c. Tegangan sumber merupakan tegangan yang diberikan kepada rangkaian yang satuannya adalah volt (V).

d. Tegangan output merupakan tegangan keluaran yang terlihat dari pembacaan pada osiloskop dengan satuan volt (V).

e. Penguatan atau Vo/Vi merupakan besarnya penguatan pada keluaran dengan masukan Vi tertentu dari sebuah jenis rangkaian.

Prosedur Kerja

Penguat membalik (Inverting)
Menyusun rangkaian penguat inverting seperti gambar di bawah ini.
Kemudian mengukur amplitudo tegangan input pada frekuensi 50 Hz dengan CRO dan catat sebagai vi. Setelah itu, memindahkan probe CRO ke terminal keluaran penguat dan amati gelombang yang terbentuk pada layar CRO. Jika bentuk gelombang cacat seperti terpotong, turunkan level amplitudo AFG hingga terbentuk gelombang sinusoidal sempurna. Langkah selanjutnya yaitu mengukur dan catat besar amplitudo keluaran tersebut sebagai vo. Setelah itu, Naikkan frekuensi AFG secara logaritmik dan catat amplitudo keluaran penguat setiap perubahan frekuensi tersebut hingga vo sama dengan vi. Catat semua hasil pengamatan anda pada tabel pengamatan.

Penguat tak membalik (Non-Inverting)
Menyusun rangkaian penguat non inverting seperti pada gambar di bawah ini.


Langkah selanjutnya sama seperti pada penguat Inverting.

HASIL PENGAMATAN DAN ANALISIS DATA

Untuk hasil pengamatan dan analisis data dari laporan penyearah gelombang ini, dapat diperoleh pada link disini (PDF)

PEMBAHASAN

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 differensial 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.

Prinsip kerja sebuah operasional amplifier ( Op-Amp ) adalah membandingkan nilai kedua input (input inverting dan 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 dibuat dari penguat differensial dengan 2 input sebagai penguat operasinal ideal.

Pada percobaan yang dilakukan kali ini yaitu Penguatan Operasional (Op Amp) yang meliputi dua kegiatan yaitu penguat inverting dan penguata non inverting, dimana percobaan ini, dilakukan 2 kali pengambilan data dengan setiap percobaan menggunakan R1 = 1 KΩ, R2 = 10 KΩ. Perhitungan analisis data pada kegiatan 1 yaitu penguat membalik (inverting) diperoleh tegangan input V sebesar 0,24 V, kemudian frekuensi dinaikkan secara logaritmik hingga diperoleh Vo = Vi. Adapun hasil analisis yang diperoleh untuk penguatan inverting yaitu secara teori Av = (-10) = 20 dB sedangkan secara praktikum Av = (-9,58) = 19,62 dB. Dengan merata-ratakan nilai penguat secara teori dan praktikum maka diperoleh pemguatan inverting pada percobaan ini adalah Av = (-19,58) dengan nilai kesalahan %diff = 2,14%.

Pada percobaan 2 yaitu penguat tak membalik (non inverting). Adapun nilai tegangan input (Vi) yang digunakan sama dengan yang pertama yaitu 0,24 dan diperoleh besar Vo = Vi. Adapun hasil analisis yang diperoleh untuk penguatan non inverting yaitu secara teori Av = 11 = 20,83 dB sedangkan secara praktikum Av = 10,41 = 12,40 dB. Dengan merata-ratakan nilai penguat secara teori dan praktikum maka diperoleh pemguatan non inverting pada percobaan ini adalah Av = 10,705 dengan nilai kesalahan %diff = 5,51%. Berdasarkan hasil analisis dapat dikatakan bahwa nilai penguatan inverting lebih besar ketimbang penguatan inverting.

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil analisis yang telah diperoleh maka dapat ditarik kesimpulan:

1. Fungsi setiap kaki IC Op-Amp adalahsuatu penguat dengan penguatan tinggiyang terintegrasi dalam sebuah chip IC yang memiliki dua masukan dan satu keluaran. Dan pada penguat membalik (inverting)adalah penguat sinyal dimana sinyal outputnya berbeda fasa 180º dengansinyal inputnya, sedangkan penguat tak membalik (non inverting) adalah penguatsinyal dimana sinyal otuputnya sefasa dengan sinyal inputnya.

2. Dalam analisis penguatan IC dalam hal ini OP-AMP digunakan seperangkatan rangkaian penguat membalik (inverting) dan penguatan tak membalik tak membalik (non inverting). Hal ini dilakukan karena analisisnya lebih sederhana dari model penguatan lainnya.

3. Adapun cara menghiting penguatan inverting maupun non inverting masing dapat ditentukan berdasarkan persamaan, Av = -Rf / R1 dan Av = 1 + Rf / R1.

DAFTAR PUSTAKA

Boylestad, R., & Nashelsky, L. (1989). Electronic Devices and Circuit Theory, Fourth Edition. Delhi : Prentice Hall of India.

Malvino, A.P. (2003). Prinsip-Prinsip Elektronika, Buku 1, Jakarta : Salemba Teknika.

Bakrie, Haris, Abdul & Saleh, Muh.. 2015. Penuntun Praktikum Elektronika Dasar 2. Makassar Laboratorium Fisika FMIPA UNM.