Modul Prak RE Bagian 2 - Laboratorium Elektronika UI

0
Page
Hal. 1
Modul VII – Operasional
Amplifier
1. Tujuan Praktikum
 Mempelajari kerja op-amp sebagai penguat
 Mempelajari kerja op-amp sebagai pembanding (komparator).
 Mempelajari integrasi dan diferensiasi bentuk gelombang sinusoidal dan
nonsinusoidal serta pengaruhnya terhadap amplitudo dan sudut fasanya
2. Poin-poin Dasar Teori
 Mengetahui karakteristik op-amp
 Mengetahui simbol dan rangkaian dalam op-amp
 Mengetahui apa itu tegangan offset dalam op-amp
 Mengetahui jenis-jenis rangkaian op-amp
 Mengetahui istilah unity gain untuk rangkaian inverting dan non-inverting
 Mengetahui cara kerja rangkaian komparator
 Mengetahui cara kerja rangkaian penguat
 Mengetahui istilah unity gain untuk rangkaian diferensiator dan integrator
 Mengetahui cara kerja rangkaian diferensiator dan integrator
3. Dasar Teori
Operational Amplifier atau op-amp adalah sebuah devais penguat teganan
yang umumnya digunakan dengan komponen eksternal seperti resistor atau
kapasitor pada terminal input dan outputnya. Dengan mengkombinasikan
penggunaan resistor, kapasitor, atau keduanya, op-amp dapat melakukan berbagai
fungsi atau operasi[1]. Op-amp umumnya terintegrasi dalam suatu Integrated
Circuit (IC), beberapa contoh IC op-amp adalah LM741, LM311, dan beberapa
variasi dari keduanya bisa dari catu dayanya (single power supply atau dual power
Hal. 2
supply) atau dari banyaknya op-amp dalam satu IC (single, dual, atau quadruple).
Op-amp umumnya dianalisis sebagai op-amp ideal, hal ini memungkinkan
karena IC op-amp pada umumnya berfungsi layaknya op-amp ideal. Op-amp ideal
memiliki tiga terminal penting yaitu Inverting Input, umumnya diberi tanda minus
(-); Non-inverting Input, umumnya diberi tanda plus (+); dan Output. IC op-amp
sebenarnya juga memiliki dua terminal untuk power supply, Vcc+ dan Vcc- untuk
Dual Power Supply Op-Amp atau Vcc+ dan GND untuk Single Power Supply Op-Amp.
Gambar 1. Rangkaian ekuivalen op-amp
Berikut karakteristik op-amp ideal yang berguna dalam menganalisis
operasi kerja suatu op-amp[2]:
1. Gain tegangan tak berhingga.
2. Impedansi masukan tak berhingga.
3. Impedansi keluaran bernilai nol.
4. Bandwidth tak berhingga.
5. Tegangan offset sebesar nol.
Gambar 2. Rangkaian Dalam Op-amp IC 741
Hal. 3
Penggunaan op-amp paling umum adalah sebagai penguat. Ada dua jenis
penguat yang dapat dibuat dengan op-amp. Pertama, ada rangkaian penguat
pembalik (inverting amplifier), penguat ini selain menguatkan sinyal masukan
juga mengubah fasanya sebesar 180 derajat atau membalik fasanya. Kedua, ada
rangkaian penguat tidak membalik (non-inverting amplifier) yang menguatkan
sinyal masukan tanpa mengubah fasanya. Untuk menganalisis rangkaian tersebut
dapat digunakan hukum Kirchhoff untuk arus (KCL).
Gambar 3. Gambar rangkaian penguat inverting dan noninverting
Selain sebagai penguat tegangan, IC op-amp umumnya digunakan juga
sebagai komparator. Komparator dapat membandingkan masukan pada inverting
input dan noninverting input. Hal yang terjadi adalah selisih tegangan pada kedua
masukan dikuatkan sesuai dengan penguatan tegangan lup terbuka (open loop
gain). Umumnya penguatan tersebut lebih besar dari 100 sehingga yang terjadi
adalah tegangan output menjadi tersaturasi, hanya ada dua kemungkinan
keluaran yaitu tegangan positif mendekati Vcc positif dan tegangan negatif
mendekati Vcc negatif.
Gambar 4. Rangkaian Integrator Ideal dan Diferensiator Ideal
Hal. 4
Selain menggunakan resistor sebagai komponen eksternal dari sebuah
rangkaian op-amp, umumnya sebuah kapasitor juga dapat digunakan. Kapasitor
yang dapat melewatkan arus sesuai dengan perubahan tegangan terhadap waktu
(diferensiasi) dapat membuat rangkaian op-amp yang dikenal sebagai
diferensiator dan integrator. Rangkaian pada gambar di atas adalah rangkaian
Integrator dan Diferensiator. Rangkaian ini dapat melakukan operasi layaknya
integral atau differensial terhadap suatu gelombang masukan. Rangkaian ini
memiliki suatu frekuensi transisi dimana terjadi pemisahan frekuensi saat
gelombang diberi penguatan dan saat gelombang dilakukan integrasi/diferensiasi.
Diferensiator Ideal nyatanya tidak digunakan secara praktik karena rentannya
terhadap high frequency noise yang akan dikuatkan dengan sangat tinggi, karena
respons frekuensi dari rangkaian diferensiator ideal yang semakin diperkuat saat
frekuensi tinggi[3].
Gambar 5. Hasil Gelombang Terdiferensiasi dari Input Pulsa DC
Hal. 5
4. Praktikum
 Rangkaian Penguat Pembalik (Inverting Amplifier)
1. Buatlah rangkaian seperti gambar di atas! Gunakan resistansi R1 senilai 1K
dan resistansi R2 senilai 10K.
2. Buatlah gelombang dengan amplituda sebesar 10 mVpp pada Signal
Generator dengan frekuensi 100 Hz.
3. Perhatikan nilai tegangan output yang tertera pada osiloskop dan catat
nilainya.
4. Ulangi langkah kedua dan ketiga dengan resistansi R2 senilai 100K.








Hal. 6
 Rangkaian Penguat Tidak Membalik (Noninverting Amplifier)
1. Buatlah rangkaian seperti gambar di atas! Gunakan resistansi R1 senilai
1K dan resistansi R2 senilai 10K.
2. Buatlah gelombang dengan amplituda sebesar 10 mVpp pada Signal
Generator dengan frekuensi 100 Hz.
3. Perhatikan nilai tegangan output yang tertera pada osiloskop dan catat
nilainya.
4. Ulangi langkah kedua dan ketiga dengan resistansi R2 senilai 100K.

Hal. 7
 Rangkaian Pembanding (Comparator)
1. Buatlah rangkaian seperti gambar di atas!
2. Variasikan nilai Vin sebesar 1V, 2V, 3V, 4V, 5V, dan 6V.
3. Amati yang terjadi pada kedua LED



 Rangkaian Integrator
1. Buatlah rangkaian seperti gambar di atas! Gunakan R9 sebesar 1K dan
R10 sebesar 10K, C1 sebesar 10nF dan Power Supply sebesar +/-15V
Hal. 8
2. Aturlah generator sinyal agar mengeluarkan gelombang persegi
dengan V = 3 Vp-p dan frekuensi sebesar 10 Hz
3. Amati gelombang masukan dan keluarannya pada osiloskop
4. Ulangi langkah 2 dan 3 untuk frekuensi sebesar 14kHz
5. Ulangi langkah 2, 3, dan 4 untuk gelombang segitiga dan sinusoidal
6. Ubah resistansi R10 menjadi 22K, dan ulangi langkah 2, 3, 4, dan 5

 Rangkaian Diferensiator
1. Buatlah rangkaian seperti gambar di atas! Gunakan R11 sebesar 10K
dan R12 sebesar 100K, C1 sebesar 100nF dan Power Supply sebesar
+/-15V
2. Aturlah generator sinyal agar mengeluarkan gelombang persegi dengan
V = 3 Vp-p dan frekuensi sebesar 10 Hz
3. Amati gelombang masukan dan keluarannya pada osiloskop
4. Ulangi langkah 2 dan 3 untuk frekuensi sebesar 14kHz
5. Ulangi langkah 2, 3, dan 4 untuk gelombang segitiga dan sinusoidal
6. Ubah resistansi R11 menjadi 22K, dan ulangi langkah 2, 3, 4, dan 5

5. Daftar Pustaka
 www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_1.html
 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electronic/opampi.html#c2
 http://www.ee.nmt.edu/~rhb/spr05-ee212/lab/lab09.html
Hal. 9
Modul VIII – Filter Aktif
1. Tujuan Praktikum
 Praktikan dapat mengetahui fungsi dan kegunaan dari sebuah filter.
 Praktikan dapat mengetahui karakteristik sebuah filter.
 Praktikan dapat membuat suatu filter aktif dengan karakteristik yang
diinginkan.
2. Poin-poin Dasar Teori
 Pengertian Dasar Filter elektronik
 Pengertian Filter Ideal
 Jenis Filter berdasarkan komponennya
 Jenis Filter berdasarkan frekuensi yang diloloskan
 Cara kerja filter secara umum
3. Dasar Teori
Filter aktif RC adalah rangkaian pemilah frekuensi yang komponen-komponen
pasifnya terdiri dari tahanan ( R ), kapasitor ( C ) dan Op Amp sebagai komponen
aktifnya. Tidak digunakannya induktansi merupakan suatu keuntungan terutama
dalam fabrikasi rangkaian terpadu. Ada empat jenis filter yang mempunyai tanggapan
frekuensi ideal seperti ditunjukkan pada gambar 1 dibawah ini:
Hal. 10
Respon frekuensi filter ideal tersebut ialah dari jenis:
A. Lewat bawah (Low Pass), keluaran filter (yang mungkin merupakan penguatan), yang
dinyatakan oleh H(j2f) muncul untuk frekuensi-frekuensi rendah, dalam gambar
ditunjukkan dari frekuensi nol sampai frekuensi batas atas fH.
B. Lewat pita (Band Pass), keluaran filter yang dinyatakan oleh H(j2f) muncul untuk
frekuensi-frekuensi antara frekuensi batas bawah f1 dan frekuensi batas atas f2.
C. Lewat atas (High Pass), keluaran filter yang dinyatakan oleh H(j2f) muncul untuk
frekuensi-frekuensi antara frekuensi batas bawah f1 dan frekuensi batas atas tak
terhingga.
D. Eliminasi pita / penolakan pita (Band Rejection), keluaran filter yang dinyatakan oleh
H(j2f) tidak muncul untuk frekuensi-frekuensi antara frekuensi batas bawah f1 dan
frekuensi batas atas f2.
Pada kenyataannya, tanggapan frekuensi sebuah filter tidak seideal seperti yang
ditunjukkan pada gambar 1. Tanggapan H(j2f) tidak tetap besarnya, bervariasi
antara harga maksimum H0 dan H1. Beda antara H0 dan H1 dinamakan kerutan
(ripple). Untuk lebih jelasnya pada gambar 2 akan terlihat karakteristik yang
Hal. 11
sesungguhnya dari suatu filter lewat bawah (Low Pass).
Jika melihat bentuk konfigurasi rangkaiannya, Filter aktif dapat dibedakan
menjadi :
1. Filter Butterworth, merupakan filter yang keluarannya dapat mengurangi atenuasi,
seiring dengan bertambahnya orde dari filter tersebut.
2. Filter Chebyshev, merupakan filter yang keluarannya dapat mengurangi ripple,
seiring dengan bertambahnya orde dari filter tersebut.
3. Filter Bassel, merupakan filter yang keluarannya dapat mengurangi perbedaan fasa,
seiring dengan bertambahnya orde dari filter tersebut.
4. Filter Sallen Key, merupakan filter aktif, yang digunakan untuk orde genap (n =
2,4,6,..) sehingga dapat langsung menghasilkan orde 2 (atau kelipatannya) dan dapat
menghemat pemakaian komponen lainnya.
Hal. 12
4. Langkah Percobaan
Low Pass Filter

Rangkaian Percobaan

Langkah Percobaan
Susun rangkaian seperti pada gambar.
Pasang function generator dengan mode gelombang sinusoidal pada kanal input
dan oscillator pada kanal output. Beri catu daya pada rangkaian, catat level tegangan
dan frekuensi yang tertera pada oscilloscope untuk masukan frekuensi yang berbeda.

Peralatan Percobaan
 Function generator
 Oscilloscope
 Protoboard dan kabel penghubung
 DC power supply
 Komponen:
Resistor: 220Ω/1W (2); 100Ω/2W (1); 100kΩ/0,5W (1)
Kapasitor: 0,1μF/400V (2)
Op Amp (1)
Hal. 13
High Pass Filter

Rangkaian Percobaan

Langkah Percobaan
Susun rangkaian seperti pada gambar.
Pasang function generator dengan mode gelombang sinusoidal pada kanal
input dan oscillator pada kanal output. Beri catu daya pada rangkaian, catat level
tegangan dan frekuensi yang tertera pada oscilloscope untuk masukan frekuensi
yang berbeda.

Peralatan Percobaan
 Function generator
 Oscilloscope
 Protoboard dan kabel penghubung
 DC power supply
 Komponen:
Resistor: 220Ω/1W (2); 2,2kΩ/2W (2); 100Ω/2W (1); 100kΩ/0,5W (1)
Kapasitor: 0,1μF/400V (4)
Op Amp (2)
Hal. 14
Band Reject Filter

Rangkaian Percobaan

Langkah Percobaan
Susun rangkaian High Pass dan Low Pass secara seri.
Pasang function generator dengan mode gelombang sinusoidal pada kanal
input dan oscillator pada kanal output. Beri catu daya pada rangkaian, catat level
tegangan dan frekuensi yang tertera pada oscilloscope untuk masukan frekuensi
yang berbeda.

Peralatan Percobaan
 Function generator
 Oscilloscope
 Protoboard dan kabel penghubung
 DC power supply
 Komponen:
Resistor: 220Ω/1W (2); 2,2kΩ/1W (2); 100Ω/2W (1); 100kΩ/0,5W (1)
Kapasitor: 0,1μF/400V (4)
Op Amp (2)
6. Daftar Pustaka
 Sutanto, Rangkaian Elektronika Analog dan Terpadu.
 Millman, Jacob & Arvin Grabel, Microelectronics.
 Millman, Jacob & Christos Halkias, Integrated Electronics.
Hal. 15
Modul IX – Aplikasi Rangkaian Elektronika
1. Tujuan Praktikum
 Mengetahui fungsi dan pengertian komponen diskrit pada rangkaian
elektronika
 Mengetahui intergrasi beberapa komponen sebagai fungsi tertentu
 Mampu merancangan sebuah sistem elektronika dengan software simulator
2. Dasar Teori
 Lampu Otomatis dengan LDR dan Relay
Salah satu aplikasi rangkaian elektronika yang dapat digunakan sehari-hari
adalah lampu otomatis. Penggunaan lampu otomatis ini dapat meringankan beban
manusia serta penghematan energi listrik. Lampu otomatis akan menyala pada saat
intensitas cahaya yang diterima sensor sangat rendah, dan berlalu sebaliknya. Sensor
cahaya yang digunakan pada rangkaian ini adalah LDR, yaitu resistor yang bersifat
variabel berdasarkan pada intersitas cahaya yang diterimanya. Saat LDR
berintensitas terang, resistansi akan mengalami penurunan sampai mendekati nol,
dan berlaku sebaliknya. Pada Op-Amp digunakan sebagai komponen komparator
yang membandingkan antara tegangan pada inverting dengan tegangan pada noninverting. Sinyal keluaran pada Op-Amp akan menjadi trigger pada BJT untuk
mengontrol lilitan medan magnet pada relay sehingga lampu dapat menyala ataupun
mati.
 Driver Motor dengan Optocoupler
Driver motor merupakan rangkaian elektronika yang menghubungkan
mikrokontroler dengan motor yang berfungsi untuk mengontrol arah dan kecepatan
motor berdasarkan sinyal PWM dan GPIO dari mikrokontroler. Komponen utama
dari driver motor adalah 4 buah MOSFET sebagai full bridge dengan 2 buah bertipe
N-channel dan 2 buah bertipe P-channel. Selain itu rangkaian driver motor perlu
ditambah sistem proteksi yang menjaga mikrokontroler dari gangguan. Salah satunya
adalah dengan mengisolasi antara mikrokontroler denngan motor dengan
Hal. 16
memanfaatkan sifat optik dari LED pada optocoupler. Penguatan sinyal pada
optocoupler bersifat inverting dimana input berketerbalikan terhadap output.
Sehingga perlu berhati-hati saat mikrokontroler dalam kondisi idle.
 Timer dengan IC555
IC555 merupakan komponen integrated circuit yang banyak digunakan untuk
menghasilkan pulsa digital sebagai timer dengan frekuensi tertentu. IC 555 terdiri atas
3 bagian penting yaitu:
1. Komparator
2. Resistor Voltage Divider
3. Flip-Flop
Pada implementasinya IC555 dapat digunakan pada 3 mode yaitu :
1. Astable
2. Monostable
3. Bistable
Salah aplikasi yang banyak digunakan IC555 adalah penghasil pulse width
modulation (PWM) dengan pengaturan nilai duty cycle berdasarkan pada nilai
kapasitansi dan resistasi
Hal. 17
3. Langkah Percobaan
Lampu Otomatis
Dengan
R1 = 10k
Rpot
= 100k
R2 = 10k
Op Amp = CA3148
R3 = 10K
BJT
VCC = 15V
Beban = Lampu AC 220V
LDR
Relay = OJ-SH-105HM
= BC548
Dicuplik dan di-edit dari:
1.
www.electronicshub.org/automatic-street-lamp-controller-circuit-using-relayand-ldr/ , diakses pada tanggal 15/03/16 pukul 22:34.
Hal. 18
Penggerak Motor
Komponen
R = 10K, 22K, 47K, 330
Q1 Q2 = IRF9530
Q3 Q4 Q5= IRF530
OPTO = 4N25
Dicuplik dan di-edit dari:
1. Skematik KRPAI Beroda Tim Robotika UI oleh M. Aldo Setiawan S.Si
2. www.bristolwatch.com/ele/h_bridge.htm
Diakses pada tanggal 16/03/16 pukul 12.30
Hal. 19
IC 555 Pengendali Motor Stepper
Komponen
R = 1k, 330Ohm
IC = NE555, 4017
Rpot = 1k
C = 100uF
BJT = BC547
Stepper Unipolar
Dicuplik dan di-edit dari:
1. Engineersgarage.com/tutorials/555-timer-ic-introduction-basics-working-differentoperating-modes
Hal. 20
Modul X – Proyek Akhir
Tahapan:
1. Pembagian Kelompok dan Mentor (1 April 2016)
2. Proposal (Deadline 17 April 2016). Dikirim ke email
[email protected], dengan format
Kelompok00_NamaMentor_Judul.pdf
3. Feedback (18-21 April 2016)
4. Simulasi Software (Proteus) (25 – 29 April 2016). Sebelum simulasi,
komunikasikan terlebih dahulu dengan mentor terkait kapan waktunya.
5. Simulasi Hardware (Breadboard) => optional (25 – 29 April 2016)
6. PCB (Solder dan/ Etching) => Etching dapat nilai lebih tinggi (30 April –
10 Mei 2016).
E-Lab UI bekerja sama dengan Exercise dalam
mengadakan training etching.
7. Persentasi (9-11 Mei 2016). Buat Power Point berdasarkan Proposal dan
ditambahkan kekurangan dan kelebihan alat.
8. Pameran (20 Mei 2016)*
Isi Proposal:
1. Cover
2. Latar Belakang
3. Tujuan Alat
4. Skematik
5. Daftar Komponen
6. Cara Kerja
7. Pembagian Tugas
Hal. 21
SOP Terkait Proyek Akhir:
 Judul proyek tidak boleh sama
 Tujuan alat bebas, yang penting aplikatif.
 Alat terdiri dari minimal 3 modul Praktikum RE kecuali Dioda. Dioda
hanya diterima apabila menerapkan FWRC, Clipper dan Clamper.
 Jika ingin melakukan simulasi atau merangkai di dalam lab, juga harus
menghubungi mentor terkait. TIDAK BOLEH MASUK LAB TANPA
IZIN ASLAB!!!
 Setiap akan memakai alat lab, diwajibkan menghubungi mentor terkait
terlebih dahulu dan mengisi form pemakaian alat.
Hal. 22