Modul Praktikum Current Feedback Operational Amplifier

Lampiran A
Praktikum Current Feedback OP-AMP
Percobaan I “Karakteristik Op-Amp CFA(Rin,Vomax. Slew rate)”
Waktu : 3 jam (praktikum dan pembuatan laporan)
dipersiapkan oleh: Reinhard
A. TUJUAN
Menganalisa dan mempelajari karakteristik dari op-amp current feedback meliputi
transimpedans (Z) hambatan masukan (Rin) untuk kaki inverting dan non-inverting,
nilai keluaran maksimum (Vomax), dan Slew rate (SR), sehingga dapat mengetahui
cara kerja dan kelebihan dari dari op-amp current feedback ini.
B. DASAR TEORI
Pada percobaan 1 ini akan dilakukan pengukuran terhadap karakteristik op-amp
diantaranya Rin, Vomax, dan Slew rate.
Untuk hambatan masukan akan terjadi perbedaan antara hambatan masukan pada
kaki inverting dan non-inverting. Pada kaki non-inverting nilai hambatan masukan
besar karena merupakan hambatan dari input buffer sedangkan pada kaki inverting
nilai hambatan dalamnya kecil dimana nilai hambatan dalam yang terukur adalah
nilai dari ZB.
Gambar 1. Untai internal CFA
Untuk Vomax nilainya akan tergantung pada nilai Vcc dan Vee jika nilai output
melebihi nilai dari Vcc dan Vee maka akan terjadi cliping. Hal ini hampir sama dengan
op-amp voltage feedback pada biasanya. Jika op-amp yang digunakan adalah op-amp
reel to reel maka Vomax-nya dapat persis mencapai tegangan catu.
Slew rate adalah laju perubahan tegangan keluaran terhadap waktu baik saat pulsa
naik maupun turun (saat terjadi perubahan input). Secara ideal nilai slew rate yang
baik pada sebuah Op-amp adalah tak ber-hingga, artinya ketika terjadi perubahan
tegangan input, tegangan outputnya langsung berubah sesuai dengan nilai penguatan
dalam waktu 0 detik, namun tidak pada kenyataannya. Nilai Slew rate pada op-amp
current feedback umumnya lebih baik dari op-amp voltage feedback.
104
transimpedansi pada CFA memiliki kesamaan fungsi sebagai bati pada VFA,
dimana transimpedansi menjadi parameter yang berpengaruh pada performa CFA.
Biasanya
nilai
transimpedansi
sangat
tinggi
berkisar
pada
jangka
M .
Transimpedansi berpengaruh pada penguatanyang dihasilkan oleh op-amp current
feedback, misalnya aplikasi op-amp current feedback sebagai penguat membalik dan
penguat tidak membalik yang ditunjukan pada persamaan dibawah ini:
1. Penguatan pada penguat non inverting
1+
1+
=
=
1+
1+
2. Penguatan pada penguat inverting
1
=−
1
+
1
Karena nilai transimpedansi berkisar pada M , nilai ini dapat diabaikan apabila
nilai ZF atau impedansi umpan balik nilainya jauh lebih kecil dari transimpedansi (Z).
C. LANGKAH PRAKTIKUM
1. Pengukuran Hambatan Masukan Kaki Inverting dan Non-inverting Opamp
(Rin)
Langkah percobaan :
a. Ukur amplitude tegangan kaki non-inverting ( V+ ) / pada titik A pada untai
gambar 1a dengan menggunakan osiloskop. Lakukan pada 10 frekuensi yang
berbeda.
b. Ukur amplitude tegangan kaki inverting ( V- ) / pada titik B pada untai gambar
1b dengan menggunakan osiloskop.
Laporan: - Berdasarkan nilai tegangan tersebut carilah Rin pada kaki-kaki
masukan opamp. Jelaskan.
105
2. Pengukuran Nilai Transimpedansi
Langkah percobaan:
a. Susun rangkaian seperti diatas, kemudian catat Vo
b. Ubah nilai R1 dan R2 menjadi 10k , 100k , 200k catat nilai Vo, jika terjadi
penurunan nilai penguatan dari 2kali, cari nilai transimpedansi.
c. ubah2 nilai Frekuensinya sebanyak 10 kali untuk setiap nilai R1 dan R2 yang
digunakan, kemudian perhitungkan nilai transimpedansi dari nilai tegangan
keluaran yang didapatkan dari percobaan
Laporan: hitung nilai transimpedansi pada percobaan diatas, apakah frekuensi
mempengaruhi nilai transimpedansi?
3. Pengukuran Tegangan Keluaran Maksimum (Vomax)
a. Dengan Vi = 1Vpp, 1kHz, ukur amplitude Vo dengan osiloskop.
b. Naikkan amplitude Vi sampai Vo mulai cacat (terjadi clipping), catat amplitude
Vi dan Vo tersebut sebagai Vimax dan Vomax.
c. Ulangi langkah a dan b, untuk untai penguat non-inverting di bawah ini.
106
Laporan: - Apakah Vimax dan Vomax nilainya sama untuk kedua untai tersebut ?
Jelaskan.
4. Pengukuran Slew rate op-amp Current feedback (SR)
Langkah percobaan :
a. Pasang Vi gelombang kotak 1 Vpp, 1KHz, lalu amati Vo dengan osciloscope,
catat slew rate (SR) opamp yaitu laju perubahan Vo (SR = ∆Vo/∆t) baik pada
saat pulsa naik maupun turun.
Laporan:
- Buat kesimpulan mengenai nilai slew rate opamp current feedback dan
bandingkan dengan datasheet.
Lampiran B
Praktikum Current Feedback OP-AMP
107
Percobaan II “Karakteristik rangkaian dasar Op-Amp CFA(penguat membalik,
penguat tak membalik, dan penguat penjumlah)”
Waktu : 3 jam (praktikum dan pembuatan laporan)
dipersiapkan oleh: Reinhard
A. TUJUAN
Mempelajari aplikasi op-amp current feedback sebagai rangkaian dasar penguat,
yaitu penguat membalik, penguat tak membalik dan penguat penjumlah
B. DASAR TEORI
Untuk rangkaian penguat tak membalik atau penguat non inverting betuk
rangkaiannya sama seperti penguat non-inverting pada umumnya dimana pada
rangkaian ini terdapat feedback negatif dan input tegangan diberikan pada kaki noninverting op-amp current feedback, namun persamaan yang berlaku berbeda dengan
op-amp voltage feedback. Dengan mengacu pada block diagram CFA pada gambar 1
Gambar 1. Untai internal Penguat non-inverting dengan CFA
Persamaan-persamaan yang berlaku pada rangkaian diatas adalah sebagai berikut :
=
=
=
Sehingga,
(1.1)
−
−
=
(1.2)
(1.3)
||
karena nilai ZB yang sangat kecil maka
||
persamaan tersebut dapat disederhanakan menjadi,
=
Karena nilai transimpedansi yang sangat beser (Z) maka
dapat dihilangkan sehingga rumus akhirnya adalah
108
=
pada perhitungan
=1+
Rangkaian penguat membalik pada op-amp current feedback juga sama seperti
membuat penguat membalik deng op-amp voltage feedback, hanya saja persamaan
yang berlaku pada penguat membalik menggunakan CFA ini yang berbeda.
Gambar 2. Untai internal Penguat membalik dengan CFA
Persamaan yang berlaku pada rangkaian diatas adalah sebagai berikut:
+
=
(2-1)
=−
(2-2)
=
Sehingga didapatkan,
(2-3)
||
=−
||
Karena nilai
sangat kecil maka persamaan diatas dapat di
sederhanakan menjadi:
1
=−
1
+
1
Karena nilai transimpedansi Z yang sangat besar sehingga dapat
diabaikan dan persamaannya menjadi
=−
Penggunaan nilai
[2]
pada current feedback op-amp perlu diperhatikan
nilainya karna dapat berpengaruh pada nilai penguatannya, hal ini disebabkan oleh
adanya transimpedansi pada current feedback op-amp
Untuk penguat penjumlah rangkaiannya pun sama seperti penguat
penjumlah dengan menggunakan voltage feedback op-amp, persamaan yang
berlaku pada penguat penjumlah dengan menggunakan current feedback op-amp
adalah sebagai berikut
109
Persamaan yang berlaku pada rangkaian diatas adalah sebagai berikut (dengan
asumsi 2 buat inputan):
+
+
=
(3-1)
=−
(3-2)
=
(3-3)
Karena nilai ZG1=ZG2 maka didapatkan nilai
= −(
+
⎛
)⎜
⎜
)
+1
1+
||
||(
⎝
Karena nilai
||
||(
)
+1
⎞
⎟
⎟
⎠
sangat kecil maka persamaan diatas dapat di
sederhanakan menjadi:
1
= −(
)
+
1
+
1
Karena nilai transimpedansi Z yang sangat besar sehingga dapat
diabaikan dan persamaannya menjadi
= −(
+
)
C. LANGKAH PRAKTIKUM
1. Penguat tidak membalik dengan CFA (non inverting)
110
A.
Pasang untai seperti pada gambar diatas, atur masukan 1(Vpp), 1KHz
B.
Gambar Vo dan Vin dalam satu sumbu waktu, ubah- ubah nilai
frekuensi masukan dan catat nilai penguatan tiap perubahan frekuensi
untuk melihat respon frekuensinya
C.
Ubah R1=10K ,R2=20K , gambar Vo dan Vi dalam satu sumbu
waktu, ubah- ubah nilai frekuensi masukan dan catat nilai penguatan
tiap perubahan frekuensi untuk melihat respon frekuensinya
D.
Ubah R1=100K ,R2=200K , gambar Vo dan Vi dalam satu sumbu
waktu, ubah- ubah nilai frekuensi masukan dan catat nilai penguatan
tiap perubahan frekuensi untuk melihat respon frekuensinya
E.
Ubah R1=500K ,R2=1M , gambar Vo dan Vi dalam satu sumbu
waktu, ubah- ubah nilai frekuensi masukan dan catat nilai penguatan
tiap perubahan frekuensi untuk melihat respon frekuensinya
Laporan:
-
turunkan rumus AV=VO/Vin pada untai penguat tak membalik diatas,
kemudian analisis hasil praktikum
-
apakah op-amp dapat berkerja dengan baik ketika nilai resistor
diperbesar? Jelaskan
-
perkirakan nilai Z (Transimpedansi)
-
buat kesimpulan mengenai respon frekuensi terhadap perubahan resistor
umpan balik dan grafikan hasil Praktikum pada kertas semi-log
2. Penguat membalik dengan CFA (inverting)
A.
Pasang untai seperti pada gambar diatas, atur masukan 1(Vpp), 1KHz
111
B.
Gambar Vo dan Vin dalam satu sumbu waktu, ubah- ubah nilai
frekuensi masukan dan catat nilai penguatan tiap perubahan frekuensi
untuk melihat respon frekuensinya
C.
Ubah R1=10K ,R2=20K , gambar Vo dan Vi dalam satu sumbu
waktu, ubah- ubah nilai frekuensi masukan dan catat nilai penguatan
tiap perubahan frekuensi untuk melihat respon frekuensinya
D.
Ubah R1=100K ,R2=200K , gambar Vo dan Vi dalam satu sumbu
waktu, ubah- ubah nilai frekuensi masukan dan catat nilai penguatan
tiap perubahan frekuensi untuk melihat respon frekuensinya
E.
Ubah R1=500K ,R2=1M , gambar Vo dan Vi dalam satu sumbu
waktu, ubah- ubah nilai frekuensi masukan dan catat nilai penguatan
tiap perubahan frekuensi untuk melihat respon frekuensinya
Laporan:
-
turunkan rumus AV=VO/Vin pada untai penguat membalik diatas,
kemudian analisis hasil praktikum
-
apakah op-amp dapat berkerja dengan baik ketika nilai resistor
diperbesar? Jelaskan
-
perkirakan nilai Z (Transimpedansi)
-
buat kesimpulan mengenai respon frekuensi terhadap perubahan resistor
umpan balik dan grafikan hasil Praktikum pada kertas semi-log
3. penguat penjumlah dengan CFA (summing op-amp)
A. pasang untai seperti diatas dengan masukan kotak 2Vpp 1KHz, kemudian
catat nilai Vo
B. ganti nilai R3 dengan 2k ,catat nilai Vo
C. ganti nilai R1,R2 dan R3 dengan 100K , catat nilai Vo
D. ganti nilai R1,R2 dengan 100k dan R3 dengan nilai 200K ,Catat nilai
Vo
Laporan:
-
apakah op-amp CFA dapat berkerja sebagai penguat penjumlah? Jelaskan
112
-
turunkan rumus AV=VO/Vin pada untai penguat membalik diatas,
kemudian analisis hasil praktikum
-
perkiraan nilai transimpedansi
Lampiran C
113
Praktikum Current Feedback OP-AMP
Percobaan III “Pembatasan Lebar Pita pada Op-amp CFA”
Waktu : 3 jam (praktikum dan pembuatan laporan)
dipersiapkan oleh: Reinhard
A. TUJUAN
Menganalisa kemampuan Current feedback op-amp dalam menghasilkan
lebarpita, terhadap perubahan hambatan umpan balik dan nilai Vcc/Vee.
B. DASAR TEORI
Lebar pita dari op-amp adalah nilai frekuensi tertentu dimana tegangan keluaran
tidak jatuh lebih dari 0,707 dari harga tegangan keluaran maksimum, pada saat
amplitudo tegangan masukan konstan. Dengan mengetahui nilai bandwidth dapat
pula dicari nilai GBP( Gain Bandwidth Product) yaitu nilai perkalian antara
penguatan op-amp dengan bandwidth. Op-amp current feedback ini memiliki nilai
bandwidth yang tinggi sehingga dapat bekerja pada frekuensi tinggi.
Meskipun op-amp current feedback dapat bekerja pada frekuensi yang tinggi nilai
bandwidth sangat tergantung pada penggunaan resistor umpan balik, sehingga
penentuan nilai resistor umpan balik ini perlu diperhatikan, Dimana semakin besar
nilai resistor umpan balik nilai bandwidth-nya semakin kecil. nilai Vcc dan Vee juga
berpengaruh pada nilai lebar pita , dimana semakin besar Vcc/Vee semakin besar
nilai bandwidth. Hal ini ditunjukan oleh beberapa grafik pada datasheet Lt1227
dibawah ini
Gambar 1. Grafik bandwidth Vs tegangan supply
Grafik diatas menunjukan hal hali yang berpengaruh pada nilai bandwidth pada
current feedback op-amp, terlihat bahwa semakin besar penggunaan Rf(resistor
umpan balik) nilai bandwidthnya semakin kecil.
C. Langkah praktikum
114
Langkah percobaan :
a. Ubah-ubah frekuensi dengan tetap mempertahankan Vi = 1 Vpp, catat nilai
BW yaitu nilai frekuensi saat Vo = 0,707 Vomax
b. Ubah nilai Vcc dan Vee menjadi 7V dan -7V, dengan nilai Rf dan Rg yang
sama catat nilai Bw
c. Ubah nilai Rf= 2K dan Rg= 200 , Vcc menjadi 15V dan vee menjadi -15V,
kemudian catat nilai Bw
d. Ubah nilai Rf= 2K
dan Rg= 200 , Vcc menjadi 7V dan vee menjadi -7V,
kemudian catat nilai Bw
e. Ubah nilai Rf= 10K dan Rg= 1K , Vcc menjadi 15V dan vee menjadi -15V,
kemudian catat nilai BW
laporan:
-
Hitung nilai GBP tiap percobaan
-
buat kesimpulan mengenai nilai bandwidth terhadap perubahan nilai Vcc dan
Vee serta perubahan nilai Rf dengan penguatan yang sama
Lampiran D
115
Praktikum Current Feedback OP-AMP
AMP
Percobaan 4 “Integrator dan Diferensiator Berbasis Op
Op-amp CFA”
Waktu : 3 jam (praktikum dan pembuatan laporan)
dipersiapkan oleh: Reinhard
A. TUJUAN
Mempelajari dan menganalisa cara kerja dari salah satu aplikasi op
op-amp current
rangkaian
feedback yaitu sebagai rangka
ian integrator dan diferensiator
B. DASAR TEORI
Sama seperti voltage feedback op
op-amp, current feedback op-amp
op
dapat bekerja
sebagai rangkaian integrator dan diferensiator. Dimana sesuai dengan nama
rangkaiannya rangkaian integrator bekerja dengan meng
meng-integr
integralkan sinyal masukan,
sedangkan rangkaian diferensiator bekerja dengan menurunkan (operasi diferensial)
sinyal masukan
Berikut rangkaian dasar dan persamaan yang berlaku pada rangkaian integrator
Persamaan yang berlaku pada rangkaian diatas adalah seba
sebagai berikut:
( )=
= − ( )×
=−
Sehingga,
=−
1
( )
Berikut rangkaian dan persamaan yang berlaku pada diferensiator
Persamaan yang berlaku pada rangkaian diatas adalah sebagai berikut:
116
( )=
=− ( )×
Sehingga,
=−
C. LANGKAH PRAKTIKUM
1. Integrator berbasis CFA
a. Susun rangkaian seperti diatas, kemudian gambarkan Vo dan VI dalam 1
sumbu
b. Ubah nilai R dan C menjadi 1k dan 100pF, frekuensi masukan menjadi
sinus 1MHz, gambarkan Vo dan Vi dalam 1sumbu.
c. Ubah nilai R dan C menjadi 100 dan 100pF, frekuensi masukan menjadi
sinus 5MHz, gambarkan Vo dan Vi dalam 1 sumbu.
2. Diferensiator berbasis CFA
a. Susun rangkaian seperti diatas, kemudian gambarkan Vo dan VI dalam 1
sumbu
b. Ubah nilai R dan C menjadi 1k dan 1nF, frekuensi masukan menjadi
sinus 1MHz, gambarkan Vo dan Vi dalam 1sumbu.
c. Ubah nilai R dan C menjadi 1k dan 100pF, frekuensi masukan menjadi
sinus 5MHz, gambarkan Vo dan Vi dalam 1sumbu.
Laporan:
117
-
Lakukan perhitungan secara matematis pada setiap percobaan kemudian
bandingkan dengan hasil praktikum
-
Analisa fungsi dari pemasangan R2.
Lampiran E
Praktikum Current Feedback OP-AMP
Percobaan V “Stabilitas dan kompensasi pada Op-amp CFA”
Waktu : 3 jam (praktikum dan pembuatan laporan)
dipersiapkan oleh: Reinhard
A. TUJUAN
Menganalisa dan mempelajari salah satu karakteristik dari op-amp CFA yaitu
kestabilan pada op-amp current feedback.
B. DASAR TEORI
118
Persamaan yang berlaku pada aplikasi current feedback op-amp sebagai penguat
membalik maupun tak membalik seperti yang dijelaskan pada topik kedua merupakan
sebuah persamaan orde satu, yang idealnya dapat menghasilkan suatu system yang
stabil.
Namun pada percobaan ternyata ditemukan ketidakstabilan nilai penguatan.
Ketika dilakukan sebuah percobaan penguat tak membalik dengan mengubah2
frekuensi masukan, pada frekuensi masukan yang tinggi nilai penguatan sempat
meningkat dari hasil yang diinginkan misalnya pada percobaan dibawah ini:
Frek
1k
10k
100k 500k 1M
5M
10M
20M
30M 40M 50M 60M
3
3
3
3,1
3,3
3,3
3,2
(Hz)
Av
Av(dB) 9.54 9.54 9.54
3
3
9.54
9.54 9.82 10.37 10.37 10.1
3
2,9
2,5
9.54
9.24
7.95
Dilihat dari tabel hasil praktikum nilai penguatan yang diperoleh sempat
meningkat sebelum akirnya turun karena respon frekuensi dari op-amp itu sendiri.
Peristiwa ketidakstabilan seperti ini hanya terdapat pada system orde 2, sehingga
untuk mencari persamaan system orde 2 yang berlaku pada op-amp current feedback
ini rangkaian penguat non-inverting diatas dianalogikan sebagai sebuah rangkaian R
L C yang di seri.
Berikut gambar rangkaian serta persamaan yang berlaku:
1
=
=
+
+1
1
)+
(
119
+1
Pada percobaan, rangkaian penguat non inverting diberi input sinyal kotak dan
diatur agar keluarannya menyerupai keluaran rangkaian RLC dalam kondisi
Underdamped, sehingga diperoleh nilai maximum overshoot (Mp), peak time (tp),
dan, TD, seperti contoh sinyal keluaran dibawah ini:
Dimana persamaan yang berlaku adalah sebagai berikut:
=
=
=
⍵ =
=
= maximum overshoot
= damping ratio
⍵ =
=
⍵
−
= damping factor
√
= frekuensi alamiah tak teredam
Dengan syarat kondisi underdamped nilai α < ⍵
C. LANGKAH PRAKTIKUM
1. Mencari kestabilan op-amp current feedback
120
⍵
=waktu puncak
=frekuensi alamiah teredam
a. Susun rangkaian seperti diatas dengan input kotak 15Vpp frekuensi 1kHz.
Atur tombol time/div , Volt/div, dan probe menjadi 10kali. Agar didapatkan
tampilan Vin dan Vout seperti pada gambar dibawah
b. Kemudian ukur nilai Mp (dalam %),TD dan tp seperti pada gambar dibawah
ini
c. Ubah nilai R1 dan R2 menjadi 10K , kemudian ulangin langkah a dan b
d. Ubah nilai R1 dan R2 menjadi 5K , kemudian ulangin langkah a dan b
e. Ubah nilai R1 dan R2 menjadi 500 , kemudian ulangin langkah a dan b
Laporan:
-
carilah persamaan orde 2 dari hasil yang didapat dari percobaan b
-
dengan hasil nilai R L C simulasikan pada circuit maker dan bandingkan
sinyal keluaran yang dihasilkan dengan hasil percobaan
-
apa pengaruh dari pergantian nilai resistor umpan balik
121
Lampiran F
Praktikum Current Feedback OP-AMP
Percobaan VI “Penguat selisih dan penguat instrumentasi berbasis op-amp CFA”
Waktu : 3 jam (praktikum dan pembuatan laporan)
dipersiapkan oleh: Reinhard
A. TUJUAN
Mempelajari penggunaan atau aplikasi op-amp current feedback sebagai penguat
selisih dan penguat instrumentasi
B. DASAR TEORI
Sama seperti pada op-amp voltage feedback, op-amp current feedback juga dapat
bekerja sebagai penguat selisih atau yang biasa dikenal dengan differential amplifier.
122
Prinsip kerja dari penguat selisih adalah memperkuat selisih tegangan antara input
pada kaki inverting dengan input pada kaki non-inverting
Rangkaiannya pun sama dengan penguat selisih pada umumnya yaitu sebagai
berikut
Gambar 1. Penguat selisih
Dengan menggunakan prinsip superposisi persamaan yang berlaku pada aplikasi
CFA sebagai penguat selisih adalah sebagai berikut:
-
Diasumsikan V2=0 maka rangkaian berlaku sebagai penguat inverting
(1) = −
-
= −
1
1
1
1
+ 2
× 1
4
3+ 4
2
1+ 1
2
1+
(1) +
× 1 +
2
(2)
4
3+ 4
2
1+ 1
2
1+
Karena nilai transimpedansi (Z) yang besar maka
=− 1
-
1
+ 2
Sehingga
=
-
1
Diasumsikan V1=0 maka rangkaian berlaku sebagai penguat non-inverting
(2) = 2
-
1
1
2
+ 2
1
4
3+ 4
Karena nilai R1=R3 dan R2=R4 maka
= 2− 1
C. LANGKAH PRAKTIKUM
1. Penguat Selisih
123
2
1
1+ 2
1
a. susun untai seperti pada gambar diatas, V1 berupa tegangan sinusoida 1Vpp,
1Khz. Atur potensio agar tegangan di vi2= 0,5vpp gambarkan vi1,vi2 dan vo
dalam satu sumbu. Berikan nilai-nilai penting misalnya amplitude pada
gambar tersebut
b. ubah R1 dan R3 menjadi 100 , kemudian gambarkan vi1,vi2 dan vo dalam 1
sumbu
c. ubah R1 dan R3 menjadi 10K
, R2 dan R4 menjadi 100K , kemudian
gambarkan vi1,vi2 dan vo dalam 1 sumbu
Laporan:
Turunkan rumus
=
/( 2 −
percobaan
2. Penguat Instrumentasi
124
1), bandingkan hasil perhitungan dengan
a. susun untai seperti pada gambar diatas, V1 berupa tegangan sinusoida 1Vpp,
1Khz. Atur potensio agar tegangan di vi2= 0,5vpp gambarkan vi1,vi2 dan vo
dalam satu sumbu. Berikan nilai-nilai penting misalnya amplitude pada
gambar tersebut
laporan:
Turunkan rumus
=
/( 2 −
1), bandingkan hasil perhitungan dengan
percobaan
Lampiran G
Praktikum Current Feedback OP-AMP
Percobaan VII “Tapis-Tapis Aktif Berbasis Op-amp CFA”
Waktu : 3 jam (praktikum dan pembuatan laporan)
dipersiapkan oleh: Reinhard
A. TUJUAN
Menganalisa dan mempelajari aplikasi current feedback op-amp sebagai suatu
rangkaian tapis aktif (active filter) diantaranya yaitu lowpass filter dan High pass
filter.
B. DASAR TEORI
Pada percobaan VII ini akan dipelajari beberapa jenis tapis aktif dengan
menggunakan current feedback op-amp, jenis tapis aktif tersebut diantaranya adalah
Lowpass filter dan highpass filter
125
Low pass fiter atau tapis lolos bawah adalah filter yang meloloskan frekuensi
masukan yang nilai frekuensinya lebih kecil dari frekuensi cut-off, jika frekuensi
masukannya lebih besar dari frekuensi cut-off maka amplitude sinyal akan mengecil,
idealnya pada hal ini sinyal masukan sama sekali tidak diloloskan. Berikut gambar
rangkaian dan respon frekuensi low pass filter
Gambar rangkaian diaatas merupakan rangkaian lowpass filter orde 1 dengan
persamaan sebagai berikut
=1+
2
(
1
×
1
1+
)
2
1+ 1
=
1+
2
1+ 1
=
1 + ⍵c
Dimana, ⍵c = 2πfc =
High pass filter atau tapis lolos atas adalah sebuah rangkaian tapis yang
meloloskan sinyal inputan yang frekuensinya lebih tinggi daripada frekuensi penggal,
dan akan melemahkan sinyal masukan yang frekuensinya lebih kecil dari frekuensi
penggal. Berikut gambar rangkaian high pass filter dan respon frekuensinya
126
Gambar rangkaian diatas merupakan rangkaian highpass filter orde 1 dengan
persamaan sebagai berikut
=1+
2
(
1
1
×
1+
1
)
2
1+ 1
=
1
1+
2
1+ 1
=
⍵c
1+
Dimana, ⍵c = 2πfc =
Semakin tinggi orde tapis yang digunakan, maka hasil filter yang didapatkan
semakin mendekati dengan sifat idealnya, artinya ketika frekuensi masukan sesuai
dengan frekuensi penggal (fc) amplitudo keluarannya nol. Hal ini berlaku juga untuk
highpass filter. Berikut contoh respon frekuensi tiap orde tapis pada low pass filter
dengan metode butterworth filter.
Untuk mencari transfer fungsi yang berlaku pada tapis orde dua, digunakan
metode voltage controlled voltage source (VCVS) atau metode sallen key sebagai
berikut:
127
Gambar diatas merupakan rangkaian tapis orde dua dimana nilai Z1 sampai Z4
bisa berupa resistor maupun kapasitor tergantung dari rangkaian yang ingin dibuat,
apakah berupa lowpass filter atau Highpass filter.
Dengan menggunakan hokum kirchoff didapatkan persamaan sebagai berikut
−
+
Karena,
=
−
+
1
−
+
−
1
=0
+
1
+
+
=0
,dimana K adalah nilai penguatan op-amp
op
maka
persamaan menjadi:
+
(
−
) 1
+
+
1
1
+
+
=0
1
=
−
1
=
−
+
+
(
(
) 1
+
1
) (
+
+
+
1
+
1
+
+
)
+
+1+
+
=
−
+
+1
=
(1 − ) +
+1+
1
(
+
)
Dengan memanfaatkan persamaan diatas maka transfer fungsi untuk lowpass filter
maupun highpass filter dapat ditemukan dengan mensubtitusi masing2 nilai dari Z1
sampai Z4 yaitu sebagai berikut:
Untuk Low Pass Filter
128
Dengan mensubtitusi Z1=R1, Z2=R2, Z3=1/sC3, dan Z4=1/sC4, maka transfer fungsi
untuk Lowpass Filter adalah
( )=
1+
(
+
)+
′
=
(1 − ) +
+
⍵
+⍵
Untuk Highpass filter
Dengan cara yang sama yaitu mengsubtitusi nilai Z1=1/sC1, Z2=1/sC2, Z3=R3, dan
Z4=R4 didapatkan H(s) sebagai berikut
( )=
+
1
+
1
+
1
(1 − ) +
C. Langkah Praktikum
1. Lowpass Filter orde 1
129
1
′
=
+
⍵
+⍵
Susun untai sepeti gambar diatas, pertahankan Vin tetap pada 1Vpp selama
I.
percobaan
II.
Ubah-ubah frekuensi sambil amati perubahan Vo pada osiloskop, Catat nilai
Vo pada sedikitnya 10 frekuensi yang berbeda sehingga menunjukan
karakteristik sebuah LPF. Tabelkan nilai-nilai Vout dan Frekuensi tersebut
III.
Catat juga nilai Frekuensi penggal dan nilai Vo maksimum
IV. Ubah nilai Ra dan Rb menjadi 100K , kemudian lakukan langkah II dan III
2. Highpass Filter orde 1
I.
Susun untai sepeti gambar diatas, pertahankan Vin tetap pada 1Vpp selama
percobaan
II.
Ubah-ubah frekuensi sambil amati perubahan Vo pada osiloskop, Catat nilai
Vo pada sedikitnya 10 frekuensi yang berbeda sehingga menunjukan
karakteristik sebuah HPF. Tabelkan nilai-nilai Vout dan Frekuensi tersebut
III.
Catat juga nilai Frekuensi penggal dan nilai Vo maksimum
IV. Ubah nilai Ra dan Rb menjadi 100K , kemudian lakukan langkah II dan III
3. Lowpass Filter orde 2
I.
Susun untai sepeti gambar diatas, pertahankan Vin tetap pada 1Vpp
selama percobaan
130
Ubah-ubah frekuensi sambil amati perubahan Vo pada osiloskop, Catat
II.
nilai Vo pada sedikitnya 10 frekuensi yang berbeda sehingga menunjukan
karakteristik sebuah LPF. Tabelkan nilai-nilai Vout dan Frekuensi tersebut
III.
Catat juga nilai Frekuensi penggal dan nilai Vo maksimum
IV. Ubah nilai Ra dan Rb menjadi 100K , kemudian lakukan langkah II dan
III
4. Highpass Filter orde 2
I.
Susun untai sepeti gambar diatas, pertahankan Vin tetap pada 1Vpp
selama percobaan
II.
Ubah-ubah frekuensi sambil amati perubahan Vo pada osiloskop, Catat
nilai Vo pada sedikitnya 10 frekuensi yang berbeda sehingga menunjukan
karakteristik sebuah HPF. Tabelkan nilai-nilai Vout dan Frekuensi tersebut
III.
Catat juga nilai Frekuensi penggal dan nilai Vo maksimum
IV. Ubah nilai Ra dan Rb menjadi 100K , kemudian lakukan langkah II dan
III
131
Lampiran H
Praktikum Current Feedback OP-AMP
Percobaan VII “Penguat Photocurrent berbasisi op-amp CFA”
Waktu : 3 jam (praktikum dan pembuatan laporan)
dipersiapkan oleh: Reinhard
A. TUJUAN
Mempelajari dan menganalisa cara kerja dari salah satu aplikasi op-amp Current
Feedback sebagai sebuah penguat photocurrent
B. DASAR TEORI
Penguat photocurrent yang dipelajari pada percobaan kali ini memanfaatkan
photodioda sebagai komponen utamanya, dimana photodiode merupakan salah satu
komponen yang peka terhadap cahaya, resistansi pada photodiode akan berubah-ubah
apabila intensitas cahaya yang diberikan pada photodiode berubah-ubah. Pada
keaadaan gelap atau tidak ada cahaya yang masuk ke photodiode nilai resistansinya
akan sangat besar sehingga tidak ada arus yang mengalir, sebaliknya semakin besar
132
cahaya yang jatuh pada photodiode nilai resistansinya semakin kecil dan arus yang
mengalir semakin besar. Berikut symbol photodiode:
Dengan memanfaatkan sifat dan carakerja dari photodiode tersebut dibuat sebuah
rangkaian penguat yang memanfaatkan arus keluaran dari photodiode untuk dikonversi
menjadi tegangan. Rangkaian ini dikenal dengan penguat photocurrent atau penguat
i. Berikut gambar rangkaiannya:
transimpedansi.
Rangkaian diatas memanfaatkan arus listrik yang dikeluarkan oleh photodiode
sebagai masukan (IP), untuk kemudian diubah menjadi tegangan. sehingga nilai
penguatan yang berlaku pada rangkaian diatas adalah
=
Sedangkan nilai Vout adalah
=(
=
||
1+
)×
×
,sehingga nilai A adalah
=
1+
Dipasangnya capasitor Cf pada rangkaian membuat rangkaian menjadi sebuah
Low pass filter, hal ini untuk menjaga dari terjadinya noise pada tegangan keluaran,
sehingga nilai capasitor Cf dipilih nilai yang kecil agar op-amp
amp CFA dapat bekerja
pada frekuensi yang tinggi.
C. Langkah Praktikum
133
1. Susun rangkaian seperti diatas, atur jarak antara led dengan photodiode agar
memiliki signal keluaran dengan bentuk sinus sempurna dan amplitude
terbesar, atur juga nilai offset dan amplitude tegangan masukan jika
diperlukan, catat dan gambarkan sinyal Vout
2. Jika sudah mendapatkan signal keluaran yang sempurna, ubah2 frekuensi
masukan sampai Vout mengalami penurunan amplitudo dan catat nilai Vout
3. Ganti nilai capasitor CF menjadi 50pF dan ulangi langkah 1 dan 2
Laporan:
-
Analisalah cara kerja dari rangkaian diatas
-
Apakah perubahan nilai Cf berpengaruh pada hasil percobaan? Jelaskan.
134