percobaan 3 - labdasar teknik elektro stei itblabdasar.ee.itb.ac.id/lab/el2101 - rangkaian...

Percobaan 3Percobaan 3Rangkaian OPAMPRangkaian OPAMP

EL2193EL2193Praktikum Rangkaian ElektrikPraktikum Rangkaian ElektrikPraktikum Rangkaian ElektrikPraktikum Rangkaian Elektrik

Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan InformatikaLaboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika

© mth 2011

TujuanTujuanTujuanTujuan

•• Mempelajari penggunaan penguatMempelajari penggunaan penguatMempelajari penggunaan penguat Mempelajari penggunaan penguat operasional (OPAMP)operasional (OPAMP)

•• Mempelajari rangkaian dasar denganMempelajari rangkaian dasar dengan•• Mempelajari rangkaian dasar dengan Mempelajari rangkaian dasar dengan OPAMPOPAMP


© mth 2011

Review OPAMPReview OPAMPReview OPAMPReview OPAMP


© mth 2011

Apakah OPAMP itu?Apakah OPAMP itu?Apakah OPAMP itu?Apakah OPAMP itu?•• PenguatPenguat diferensialdiferensial multi multi gunaguna

input output-

•• SifatSifat idealidealP tP t TT AA

pu ou pu+

–– PenguatanPenguatan TeganganTegangan, A, Avv=∞=∞–– ResistansiResistansi Input, Input, RRinin=∞)=∞)

ResistansiResistansi Output ROutput R =0=0–– ResistansiResistansi Output, ROutput, Routout=0=0–– TeganganTegangan output output MaksimumMaksimum, , VVoutout max= ∞max= ∞–– Bandwidth, BW = ∞Bandwidth, BW = ∞


© mth 2011

,,

Apakah OPAMP itu?Apakah OPAMP itu?Apakah OPAMP itu?Apakah OPAMP itu?

•• Lord KelvinLord KelvinKonsep rangkaian penguat diferensial mekanik dengan Konsep rangkaian penguat diferensial mekanik dengan penguatan tinggi tetapi tidak presisi, digunakan dengan penguatan tinggi tetapi tidak presisi, digunakan dengan feedback menghasilkan penguatan presisifeedback menghasilkan penguatan presisifeedback menghasilkan penguatan presisifeedback menghasilkan penguatan presisi

•• Vanenar BushVanenar BushKonsep matematis penguat diferensial dengan feedback Konsep matematis penguat diferensial dengan feedback menghasilkan kontrol presisimenghasilkan kontrol presisi

•• HS Black, HW Bode, dan DB ParkinsonHS Black, HW Bode, dan DB ParkinsonMenggunakan konsep rangkaian dengan OPAMPMenggunakan konsep rangkaian dengan OPAMPMenggunakan konsep rangkaian dengan OPAMP Menggunakan konsep rangkaian dengan OPAMP tabung elektronika untuk kontrol posisi laras meriamtabung elektronika untuk kontrol posisi laras meriam


© mth 2011

OpAmp RiilOpAmp RiilOpAmp RiilOpAmp Riil•• PenguatanPenguatan TeganganTegangan (DC)(DC)

m mm m 7070 90 dB90 dB•• Ketidakidealan lainnyaKetidakidealan lainnya

GBWGBW–– umumumum 7070--90 dB90 dB–– spesialspesial hinggahingga 140 dB140 dB

•• ResistansiResistansi InputInput

–– GBWGBW–– Slew rateSlew rate–– Offset tegangan dan arusOffset tegangan dan aruspp

–– bipolar bipolar ratusanratusan kkΩΩ––MMΩΩ–– FET FET puluhanpuluhan MMΩΩ--GGΩΩ

•• ResistansiResistansi OutputOutput

–– Penguatan Common Mode Penguatan Common Mode (metrik CMRR)(metrik CMRR)

–– Pengaruh ripple catu daya Pengaruh ripple catu daya •• ResistansiResistansi OutputOutput–– HinggaHingga puluhanpuluhan ΩΩ

•• TeganganTegangan output output

(metrik PSRR)(metrik PSRR)

g gg g ppmaksimummaksimum•• 0.20.2--1V 1V didi atasatas/ / dibawahdibawah catucatu

dayadaya


© mth 2011

dayadaya

OpAmp RiilOpAmp RiilOpAmp RiilOpAmp Riil

•• Gain Bandwidth Product (GBW)Gain Bandwidth Product (GBW)( )( )–– Frekuensi kerja OpAmp terbatasFrekuensi kerja OpAmp terbatas

•• Pole pada frekuensi rendah, penguatan flat hanya hingga beberapa Pole pada frekuensi rendah, penguatan flat hanya hingga beberapa puluh atau ratusan Hertzpuluh atau ratusan Hertzpp

•• Di atas frekuensi pole penguatan turun 20dB/dekadeDi atas frekuensi pole penguatan turun 20dB/dekade•• Pada frekuensi GBW gain 1 atau 0 dBPada frekuensi GBW gain 1 atau 0 dB

–– OpAmp digunakan dalam rangkaian dengan feedback denganOpAmp digunakan dalam rangkaian dengan feedback denganOpAmp digunakan dalam rangkaian dengan feedback dengan OpAmp digunakan dalam rangkaian dengan feedback dengan frekuensi jauh dibawah GBWfrekuensi jauh dibawah GBW

•• Offset tegangan dan arusOffset tegangan dan arusP t dif i l h li ih t i t l t t lP t dif i l h li ih t i t l t t l–– Penguat diferensial seharusnya selisih tegangan input nol, output nol Penguat diferensial seharusnya selisih tegangan input nol, output nol ternyata tidakternyata tidak

–– Idem untuk arus pada bipolarIdem untuk arus pada bipolarGunakan rangkaian kompensasiGunakan rangkaian kompensasi


© mth 2011

–– Gunakan rangkaian kompensasiGunakan rangkaian kompensasi

AplikasiAplikasiAplikasiAplikasi

•• Blok pembangun berbagai fungsi rangkaianBlok pembangun berbagai fungsi rangkaianBlok pembangun berbagai fungsi rangkaian Blok pembangun berbagai fungsi rangkaian untuk akuisisi dan pengolahan sinyal analoguntuk akuisisi dan pengolahan sinyal analog–– rangkaian linierrangkaian linier–– rangkaian nonlinierrangkaian nonlinier

•• Catatan:Catatan:–– Pada percobaan hanya dilakukan untuk rangkaian Pada percobaan hanya dilakukan untuk rangkaian

linier sajalinier saja


© mth 2011

AnalisisAnalisis FungsiFungsi RangkaianRangkaian Linier Linier ddenganengan OPAMPOPAMP

•• Resistansi input tak hingga sehingga arusResistansi input tak hingga sehingga arusResistansi input tak hingga sehingga arus Resistansi input tak hingga sehingga arus masuk OPAMP nolmasuk OPAMP nol

•• Feedback stabil bila tegangan diferensial input Feedback stabil bila tegangan diferensial input g g pg g pnolnol

•• Dengan input diferensial nol dan penguatan tak Dengan input diferensial nol dan penguatan tak g p p gg p p ghingga tegangan output bebas ( 0 x ∞)hingga tegangan output bebas ( 0 x ∞)


© mth 2011

Rangkaian LinierRangkaian LinierRangkaian LinierRangkaian Linier

•• PenguatPenguat InvertingInverting (digunakan dalam percobaan)(digunakan dalam percobaan)Penguat Penguat InvertingInverting (digunakan dalam percobaan)(digunakan dalam percobaan)

RI I =0RB

RA

V

Iin

Iin

Iinn=0

vinp-vinn=0Vin

Vout+

-

Iinn=0vinn=0

Iin= vin/RAin in A

vout = 0 –Iin RB = –vin RB /RA


© mth 2011


•• Penguat Noninverting (digunakan dalamPenguat Noninverting (digunakan dalamPenguat Noninverting (digunakan dalam Penguat Noninverting (digunakan dalam percobaan)percobaan)

V RVinVout

+

- inpBA

Aoinn v

RRRvv =+

=

RB A

B

in

o

RR

vv

+=1

RA


© mth 2011

Rangkaian LinierRangkaian LinierRangkaian LinierRangkaian Linier•• PenguatPenguat PenjumlahPenjumlah InvertingInverting ((digunakandigunakan dalamdalam

percobaanpercobaan))percobaanpercobaan))RA1

Vin1 B

o

A

in

A

in

A

in

Rv

Rv

Rv

Rv −

=−

+−

+− 0000

3

3

2

2

1

1

RBRA2

Vin2

BAAA 321

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++= 321 ininin

Bo Rv

Rv

RvRv

RA3

Vout

Vin3-

⎟⎠

⎜⎝ 321 AAA RRR

+0== inpinn vv


© mth 2011

Rangkaian LinierRangkaian LinierRangkaian LinierRangkaian Linier•• PenguatPenguat SelisihSelisih ((digunakandigunakan dalamdalam percobaanpercobaan))

RB

RA B

outin

A

ininn

Rvv

Rvv −

=− −−

VinnVoutRAVinp +

-

RR ⎞⎛

RBinpB

in vRR

Rv+

=+

outinA

Binn

A

B vvRRv

RR

−=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+− −1

BA RR +

innA

Binp

A

Bout v

RRv

RRv −=

−+ = inin vv


© mth 2011


•• Integrator (digunakan dalam percobaan)Integrator (digunakan dalam percobaan)Integrator (digunakan dalam percobaan)Integrator (digunakan dalam percobaan)

C 0== +− inin vv

-

RVin

V∫+= −

t

Cinout dtiC

vv 1

+Vout

∫C 0

∫∫− tt vv 11

∫∫ =+= −in

ininout dtv

RCdt

Rvv

Cv

00

110


© mth 2011


•• DiferensiatorDiferensiatorDiferensiatorDiferensiator–– jarangjarang digunakandigunakan untukuntuk pengolahanpengolahan sinyalsinyal karenakarena

sensitifsensitif terhadapterhadap derauderau

C

R 0== +− inin vvi

VinVout

+

- iRvv inout += −

( )dt

dvRCdt

vvdRCvv ininininout =

−+= −

−


© mth 2011


•• Rangkaian konversi Arus ke TeganganRangkaian konversi Arus ke TeganganRangkaian konversi Arus ke TeganganRangkaian konversi Arus ke Tegangan

R

Iin -

0== +− inin vv

Vout+ iRvv inout += −

inout Riv =


© mth 2011


•• Rangkaian konversi Teganganke Arus BebanRangkaian konversi Teganganke Arus BebanRangkaian konversi Teganganke Arus Beban Rangkaian konversi Teganganke Arus Beban FloatingFloating

Vin

+

+− = inin vv

Iout-

Aoutin Riv =+

inout R

vi =

RAAR


© mth 2011


•• Rangkaian konversi Tegangan ke ArusRangkaian konversi Tegangan ke ArusRangkaian konversi Tegangan ke ArusRangkaian konversi Tegangan ke ArusαRA

R

Vin+

- αRB

RA

IoutRB

Iout


© mth 2011


•• Rangkaian Penyangga (Rangkaian Penyangga (Buffer)Buffer)Rangkaian Penyangga (Rangkaian Penyangga (Buffer)Buffer)

VinVout

+

-


© mth 2011


•• Rangkaian JembatanRangkaian JembatanRangkaian JembatanRangkaian Jembatan

RX

V

VoutRA

+

-

+VRef

RS RA

-

RB


© mth 2011


•• Rangkaian Penguat InstrumentasiRangkaian Penguat InstrumentasiRangkaian Penguat InstrumentasiRangkaian Penguat Instrumentasi

Vinn -

R

+ RD

RC

RBRA VoutRC +

-

RB

RD

+

-Vinp


© mth 2011


•• Integrator MillerIntegrator MillerIntegrator MillerIntegrator Miller•• Filter AllFilter All--Pass Orde 1Pass Orde 1

dlldll•• dll.dll.


© mth 2011

Rangkaian NonlinierRangkaian NonlinierRangkaian NonlinierRangkaian Nonlinier

•• Penyearah Presisi (inverting)Penyearah Presisi (inverting)Penyearah Presisi (inverting)Penyearah Presisi (inverting)

RD R

Vin

D

D

Vout+

-R

D


© mth 2011


•• Detektor PuncakDetektor PuncakDetektor PuncakDetektor Puncak

RD R+ D

Vin - Vout

+

-

C S


© mth 2011


•• Komparator inverting dengan histeresisKomparator inverting dengan histeresisKomparator inverting dengan histeresisKomparator inverting dengan histeresis

VVinVout

+

-

RB

RA


© mth 2011

Rangkaian NonlinerRangkaian NonlinerRangkaian NonlinerRangkaian Nonliner

•• Penguat Noniverting dengan histeresisPenguat Noniverting dengan histeresisPenguat Noniverting dengan histeresisPenguat Noniverting dengan histeresis•• Rangkaian ClipperRangkaian Clipper

dlldll•• dll.dll.


© mth 2011

Isu DesainIsu DesainIsu DesainIsu Desain

•• Harus ada alur DC ke input (+) dan (Harus ada alur DC ke input (+) dan (--))Harus ada alur DC ke input (+) dan (Harus ada alur DC ke input (+) dan ( ))

CC DC?

C

R-

R

+

-+


© mth 2011


•• Penguat inverting OPAMP BJTPenguat inverting OPAMP BJT RRAA < R< Rinin, bila, bilaPenguat inverting OPAMP BJT Penguat inverting OPAMP BJT RRAA R Rinin, bila , bila arus bias bermasalah gunakan resitansi pada arus bias bermasalah gunakan resitansi pada input lainnya input lainnya

RRB

RAVin

Vout+

-

RA


© mth 2011


•• Penguat NoninvertingPenguat NoninvertingPenguat NoninvertingPenguat Noninverting–– Gain 1 Gain 1 –– 100100–– RRBB 2k 2k –– 100k100kΩΩBB

•• Penguat InvertingPenguat Inverting–– Gain 0.1 Gain 0.1 –– 100100–– RRBB <100k<100kΩΩ

•• Penjumlah dan penguat diferensial mengikuti Penjumlah dan penguat diferensial mengikuti pola di ataspola di atas


© mth 2011


•• IntegratorIntegrator VCIntegratorIntegrator–– C polypropilene C polypropilene

atau polystyrene atau polystyrene

C

1.5MΩ

untuk menekan untuk menekan kebocoran, kebocoran, variasi variasi C

1MΩ

temperatur, dan temperatur, dan histeresishisteresisU t k k iU t k k i

-R

V–– Untuk rangkaian Untuk rangkaian pengosongan pengosongan kapasitor kapasitor

+Vout


© mth 2011perhitungkan Rperhitungkan Ronon

Osilator dengan IntegratorOsilator dengan IntegratorOsilator dengan IntegratorOsilator dengan Integrator

•• Persamaan differensialPersamaan differensial)(2

2

tyAdt

yd−=

memberikan solusi sinyal sinusoidal dengan A fungsi memberikan solusi sinyal sinusoidal dengan A fungsi frekuensifrekuensi

( ) ( )td ω isin 22

Umpan balik negatif dua buah integrator akanUmpan balik negatif dua buah integrator akan

( ) ( )tdt

td ωωω sinsin 22 −=

Umpan balik negatif dua buah integrator akan Umpan balik negatif dua buah integrator akan memberikan solusi sinyal sinusoidmemberikan solusi sinyal sinusoid


© mth 2011

Osilator dengan IntegratorOsilator dengan IntegratorOsilator dengan IntegratorOsilator dengan Integrator)(ty

dtdyCR 22−

2

2

2211 dtydCRCR

∫−t

indtvCR1

∫−t

indtvCR1

dtdt

∫CR 011∫CR 022

)(tyRRB−

Integrator 1 Integrator 2

inA

B vRR

−

RA

Penguat Inverting

)()( 22112

2

2

2

2211 tyR

RCRCRdt

ydtyRR

dtydCRCR

A

B

A

B −=→−=

Penguat Inverting


© mth 2011

AA

Osilator dengan IntegratorOsilator dengan IntegratorOsilator dengan IntegratorOsilator dengan IntegratorC2

C1

R1

+-

R2

VoutVS

+-

R1

VSRB

RA

+-

A

B

RRCRCRty

dtyd 2211222

2

)( =→−= ωω


© mth 2011


•• MengamatiMengamati rangkaianrangkaian dasar dengan opampdasar dengan opampMengamatiMengamati rangkaianrangkaian dasar dengan opampdasar dengan opamp–– PenguatPenguat invertinginverting–– PenguatPenguat noninvertingnoninvertinggg gg–– PenjumlahPenjumlah–– IntegratorIntegrator

•• MenyusunMenyusun rangkaianrangkaian dengandengan fungsifungsi tertentutertentu

–– vvoutout = k= k11 vvin1in1 + k+ k22 ∫∫ vvin2in2 dtdtoutout 11 in1in1 22 ∫∫ in2in2 dtdt

•• Mengamati contoh rangkaian aplikasi opampMengamati contoh rangkaian aplikasi opamp–– Osilator dari persamaan diferensial orde 2Osilator dari persamaan diferensial orde 2


© mth 2011

Osilator dari persamaan diferensial orde 2Osilator dari persamaan diferensial orde 2


•• Mengamati Penguat InvertingMengamati Penguat InvertingMengamati Penguat InvertingMengamati Penguat Inverting

RB

RAVin

Vout+

-


© mth 2011


•• Mengamati Penguat NonMengamati Penguat Non--nvertingnvertingMengamati Penguat NonMengamati Penguat Non nvertingnverting

VinVout

+

-

RBB

RA


© mth 2011


•• Mengamati Rangkaian PenjumlahMengamati Rangkaian PenjumlahMengamati Rangkaian PenjumlahMengamati Rangkaian Penjumlah

RBRA

RA

Vout-

Vout+


© mth 2011


•• Mengamati Rangkaian IntegratorMengamati Rangkaian IntegratorMengamati Rangkaian IntegratorMengamati Rangkaian IntegratorC

-

R

V+

Vout

VS


© mth 2011


•• Merancang fungsi matematisMerancang fungsi matematisMerancang fungsi matematis Merancang fungsi matematis vvoutout = k= k11 vvin1in1 + k+ k22 ∫∫ vvin2in2 dtdt

–– memanfatkan rangkaian penguat, penjumlah dan memanfatkan rangkaian penguat, penjumlah dan integrator berbasis opamp.integrator berbasis opamp.integrator berbasis opamp.integrator berbasis opamp.

–– Konstanta pada fungsi ditentukan menurut kelompok Konstanta pada fungsi ditentukan menurut kelompok masingmasing--masing (baca petunjuk praktikum)masing (baca petunjuk praktikum)


© mth 2011


•• Mengamati rangkaian differensial orde 2, frekuensi Mengamati rangkaian differensial orde 2, frekuensi g g ,g g ,terhadap nilai resistansi dan kapasitansiterhadap nilai resistansi dan kapasitansi

C2C1

+-

R2

VoutV

+-

R1

VSRB

RA A

B

RRCRCR 22112 =ω

A

+-


© mth 2011

percobaan 3 - labdasar teknik elektro stei itblabdasar.ee.itb.ac.id/lab/el2101 - rangkaian...

Documents