Uploaded by User34785

Laporan 1 14S17023

advertisement
LAPORAN
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA 2 (14S3112)
PERCOBAAN 1 PENGUAT DIFERENSIAL
Mikhael Bani Ardhanajaya (14S17023) – S1 Teknik Elektro
Asisten Praktikum : Willy Simangunsong
Waktu Praktikum : 13.00 – 17.50 WIB/ 09 Oktober 2019
Laboratorium Dasar Teknik Elektro
Institut Teknologi Del
Abstrak
In this first experiment practitioner will conduct experiments on differential amplifiers. The purpose of this
experiment is to understand how to amplify weak (small) signals in the middle of interference with a
differential amplifier. The practitioner needs to observe the differential gain phase behavior with a bipolar
transistor with various configurations. In this experiment, what needs to be done is to observe, measure,
and analyze differential-mode and common-mode amplification at the differential amplifier stage with
various configurations. In addition, the practitioner needs to evaluate the role of each component / circuit
in the differential amplifier.
Keywords : differential amplifier, configuration, differential-mode, common-mode
I.
PENDAHULUAN
Pada praktikum ini, percobaan yang akan
dilakukan praktikan adalah tentang penguat
diferensial. Penting bagi praktikan untuk
memahami apa itu penguat diferensial untuk
mempermudah proses berjalannya praktikum.
Praktikan akan banyak melakukan pengamatan
dan perhitungan mengenai perilaku dan prinsip
penguat
diferensial.
Praktikan
akan
melakukannya dengan menyusun rangkaian pada
kit rangkaian yang diberikan beserta segala alat
dan bahan yang akan digunakan yang telah
disediakan menurut modul praktikum. Praktikan
akan memahami penguat diferensial yang
terdapat pada rangkaian yang disusun dengan
melakukan berbagai konfigurasi.
II.
LANDASAN TEORI
A. Prinsip Penguat Diferensial
Penguat diferensial adalah penguat yang
memiliki dua input dan memperkuat selisih
tegangan pada kedua input tersebut. Dalam
kondisi ideal, sinyal interferensi pada penguat
diferensial berupa common signal yang masuk
pada kedua input akan dihilangkan pada proses
penguatan karena hanya selisih tegangan yang
diperkuat. Tetapi implementasinya, penguat
diferensial memberikan output yang berasal dari
sinyal bersama tersebut. Hubungan input dan
ouput pada penguat diferensial tampak pada
Gambar 1 berikut.
dimana gm adalah trankondutansi transistor pada
arus bias yang diberikan.
Penguatan common modenya adalah:
π‘¨π’„π’Ž ≑ π‘£π‘œπ‘‘/π‘£π‘–π‘π‘š =
Gambar 1 Prinsip Penguatan Diferensial
Pada gambar di atas, yang diinginkan adalah
penguat dengan penguatan diferensial yang besar
dan penguat common mode yang sangat kecil
atau nol sehingga penguat dapat digunakan untuk
memperkuat sinyal kecil bersamaan dengan
sinyal
interferensi
yang
besar.
Besar
perbandingan antara penguatan diferensial dan
penguatan common mode disebut CMRR atau
Common Mode Rejection Ratio.
π‘ͺ𝑴𝑹𝑹 = 𝟐𝟎 π’π’π’ˆ|𝐴𝑑/π΄π‘π‘š|
B. Rangkaian Dasar Penguat Diferensial
Rangkaian dasar penguat diferensial terdiri dari
rangkaian pasangan transistor dengan emitor
bersama, bias arus, dan rangkaian beban seperti
tampak pada Gambar 2.
π›Όβˆ†π‘…πΆ
2𝑅𝐸𝐸+π‘Ÿπ‘’
Dimana REE adalah resistansi sumber arus bias
yang digunakan dan re adalah parameter
resistansi emitor transistor pada sinyal kecil.
Untuk rangkaian dengan bias sumber arus resistor
hal ini dapat dilakukan dengan memperbesar nilai
resistansi biasnya. Namun demikian untuk
menjaga penguatan diferensialnya maka perlu
digunakan juga tegangan bias yang lebih tinggi
agar arus biasnya tetap.
C. Penguat
Diferensial dengan
Resistor
Degenerasi pada Emitor
Penguat diferensial di atas mempunyai jangkauan
penguatan linier yang sangat kecil (jauh di bawah
VT) sehingga untuk memperoleh penguat
diferensal dengan jangkauan penguatan linier
yang lebih besar digunakan resistansi degenerasi
emitor Re. Pada rangkaian demikian diperoleh
penguatan diferensial:
𝑨𝒅 =2𝛼𝑅𝐢/2(π‘Ÿπ‘’+𝑅𝑒)
Dimana 𝛼 adalah penguatan arus emitor ke
kolektor. Pada penguat ini, penguatan
common modenya adalah:
π›Όβˆ†π‘…πΆ
π‘¨π’„π’Ž = 2REE+Re+re
Penambahan resistansi degerasi emitor juga akan
memperbaiki atau menekan penguatan common
mode.
Gambar 2 Prinsip Penguatan Diferensial
Penguat diferensial tersebut akan memberikan
penguatan diferensial :
𝑨𝒅 ≑ π‘£π‘œπ‘‘/π‘£π‘–π‘π‘š = π’ˆπ’Žπ‘Ήπ‘ͺ
D. Penguat Diferensial dengan Bias Cermin Arus
dan Beban Aktif
Peningkatan resistansi rangkaian sumber arus
bias dapat dilakukan dengan menggantikan
resistor dengan sebuah cermin arus. Dalam
keadaan demikian resistansi sumber arus adalah
resistansi output transistor cermin arus ybs.
Resistansi kolektor pada pasangan diferensial
dapat juga digantikan dengan beban aktif berupa
cermin arus. Untuk rangkaian ini, penguatan
diferensialnya adalah:
𝑨𝒅 = 1/2 π’ˆπ’Žπ’“π’
Dimana gm adalah transkonduktansi sinyal
kecil transistor pasangan diferensial dan ro
adalah resistansi output transisor beban aktif.
Penguatan common mode akan mendekati:
π‘¨π’„π’Ž =- π’“π’πŸ’/πœ·πŸ‘π‘Ήπ‘¬π‘¬
Dimana ro4 adalah resistansi output
transistor beban pada terminal output, Ξ²3
adalah penguatan arus transistor beban
pasangannya, dan REE resistansi output
sumber arus bias.
E. Nonidealitas pada Penguat Diferensial
Penguat diferensial yang ideal adalah bila
pasangan diferensial yang digunakan seluruh
paramter sepenuhnya sama. Ofset tegangan input
VOS penguat diferensial sebesar:
2. Untuk Differential Mode pemberian
tegangan input menggunakan hubungan
seperti pada Gambar 4. Amplituda
tegangan yang diberikan berada pada
kisaran mV. Rangkaian pada Gambar 4 (a)
memerlukan penguat operasional yang
mempunyai tegangan offset dan derau
rendah. Berikan amplituda yang cukup
besar untuk mengatasi derau namun tidak
terlalu besar untuk menghindari output
lebih banyak pada keadaan saturasi.
Amplituda yang digunakan dapat berada
antara 10-40mV.
βˆ†π‘…πΆ
𝑽𝑢𝑺 =𝑉𝑇 RC
Pada transistor yang digunakan bila arus
saturasinya tidak persis sama maka tegangan
ofsetnya adalah:
Gambar 3 Rangkaian Pemberi Tegangan
Input Common Mode
βˆ†πΌπ‘†
IS
𝑽𝑢𝑺 =𝑉𝑇
Lalu, perbedaan arus akan memberikan arus
offset sebesar:
𝑰𝑢𝑺 = 𝐼𝐡
βˆ†π›½
Ξ²
III. PROSEDUR PERCOBAAN
A. Pemberian dan Pengukuran Tegangan untuk
Pasangan Differensial
1. Untuk pemberian tegangan input Common
Mode pada pasangan diferensial pada
percobaan ini, gunakan hubungan seperti
pada Gambar 3. Besaran amplituda
tegangan yang diberikan dapat diberikan
hingga mendekati tegangan catu daya
VCC. Dalam percobaan ini digunakan
VCC 9V, maka amplituda tegangan
common mode dapat diberikan hingga
maksimum 9V.
Gambar 4 Rangkaian Pemberi Tegangan
Input Diferensial (a) ) -½vd dan +½vd
dan (b) 0 dan vd
B. Pasangan Diferensial dengan Bias Resistor
1. Susunlah rangkaian penguat dengan
pasangan diferensial seperti pada
Gambar 5. Nilai- nilai komponen dan
bersaran tegangan catu daya yang dipilih
adalah RC1 = RC2 = 10 kΩ, Rbias = 5
kΩ, Q1 = Q2 = 2N3904, dan VCC = 9 V.
Ukurlah arus bias yang mengalir pada
RC1, RC2, dan Rbias.
Gambar 5 Rangkaian Penguat Diferensial
dengan Bias Resistor 5 kΩ
2. Amati penguatan mode diferensial untuk
penguat tersebut dengan membaca
tegangan output single ended (hanya
pada salah satu vO+ atau vO- terhadap
ground), maupun diferensial (selisih vO+
dan vO-). Saat mengamati tegangan
diferensial, jangan hubungkan terminal
output dengan ground karena cara
tersebut akan mengubah rangkaian
percobaan. Catatlah hasil pengamatan
vO+, vO- dan vO+ - vO- tersebut.
3. Gunakan mode xy untuk melihat kurva
karakteristik transfer tegangan VTC
tegangan output vO (satu-satu secara
terpisah) terhadap input diferensial vid.
4. Lanjutkan pengamatan untuk penguatan
common mode pada output yang sama
vO+, vO- dan vO+ - vO-. Catat hasil
pengamatan tersebut.
5. Ulangi pengamatan arus DC, penguatan
mode diferensial, dan penguatan
common mode ini untuk rangkaian
dengan resistansi bias dan tegangan bias
negatif yang lebih tinggi seperti pada
Gambar 6 di bawah ini.
Gambar 6 Rangkaian Penguat
Diferensial dengan Bias Resistor 8,6 kΩ
6. Lakukan juga pengamatan yang sama
untuk rangkaian diferensial dengan bias
resistor dan dan degenerasi emitor.
Gambar 7 Rangkaian Penguat Diferensial
dengan Bias Resistor dan Emitor
Degeneratif
C. Pasangan Diferensial dengan Bias Cermin
Arus
1. Susunlah rangkaian seperti pada Gambar
1-9 di bawah ini. Gunakan transistor
2N3906 untuk Q5 dan Q6. Ukurlah arus
DC yang mengalir antara kolektor Q1 dan
Q5, antara kolektor Q2 dan Q6, dan arus
kolektor Q4.
IV. HASIL ANALISIS
Pada percobaan ini, praktikan akan memahami
tentang penguat diferensial. Untuk dapat
memahaminya, pertama-tama, praktikan akan
menyusun rangkaian lalu menganalisis penguat
diferensial pada rangkaian. Pertama, praktikan
menyusun rangkaian penguat diferensial dengan
bias resistor 5 kΩ seperti berikut.
Gambar 9 Rangkaian Penguat Diferensial
dengan Bias Cermin Arus dan Beban
Aktif
2. Lakukan pengamatan untuk penguatan
mode diferensial dan penguatan common
mode. Perhatikan bentuk output yang
diperoleh.
3. Ubahlah rangkaian dengan memberikan
beban pada output seperti pada Gambar
10 berikut ini. Amati penguatan
diferensial dan penguatan bersama pada
terminal output vo (pada beban RL).
Pada gambar rangkaian di atas, dapat kita lihat
input dari power supply pada rangkaian adalah
9V dimana diketahui RC1 dan RC2 adalah 10 kΩ,
lalu Rbias adalah 5 kΩ, Q1 = Q2 = 2N3904, Vcc
= 9 V. Setelah menyusun rangkaian seperti pada
gambar di atas, selanjutnya praktikan dapat
menganalisis
rangkaian
dan
melakukan
perhitungan seperti berikut.
9
IRC 1 = 200 x 2,5 mA = 0,09 mA.
8,5
IRC 2 = 200 x 2,5 mA = 0,085 mA.
Gambar 10 Rangkaian Penguat
Diferensial
Dari perhitungan di atas, dapat kita lihat bahwa
praktikan telah mendapatkan data bahwa arus
yang mengalir pada RC1 adalah 0,09 mA dan
arus yang mengalir pada RC2 adalah 0,085 mA.
Arus yang mengalir pada kedua resistor dengan
nilai yang sama tersebut memiliki nilai arus yang
tidak jauh berbeda. Setelah itu, praktikan
menghitung arus yang ada pada Rbias yang
nilainya 5 kΩ seperti berikut.
35
IRbias = 200 x 10 V = 0,35 mA.
Dari percobaan yang dilakukan ini, praktikan
mendapat data dengan menyusun rangkaian
dengan mode diferensial.
Selanjutnya, praktikan akan membaca tegangan
output single ended yaitu Vo+ atau Vo- dan
praktikan mencari nilai dari tegangan output
tersebut seperti berikut.
120
x 10 V
200
105
x 10 V =
200
Vo+ =
= 48 V.
Vo =
4,2 V.
Tegangan yang didapatkan :
Voutput = (4,8 – 4,2) V
= 0,6 V.
Dari atas kita telah menghitung tegangan output
dari rangkaian dengan mode diferensial sehingga
tegangan mengalami perbesaran sebesar 0,6 V.
pada RC1 adalah 0,9 mA dan arus pada RC2
adalah 0,15 mA.
V.
KESIMPULAN
Dari percobaan yang telah dilakukan, dapat
disimpulkan:
ο‚· Untuk rangkaian yang menggunakan
Differential Mode, tegangan output yang
dihasilkan akan lebih terarah dan lebih baik
karena noise yang dihasilkan sangat sedikit
atau dikurangi yang dilakukan oleh op-amp
ο‚· Rangkaian yang menggunakan common
mode, memiliki tegangan output yang kurang
baik karena noise yang dihasilkan pada
tegangan output tidak dikurangi sehingga
sangat mengganggu hasil dari tegangan output
tersebut.
ο‚· Sinyal lemah dapat diperkuat oleh penguat
diferensial.
ο‚· Untuk diferensial mode, semakin besar
hambatan pada rangkaian, maka semakin
besar nilai penguatan pada tegangan yang
dihasilkan.
ο‚· Untuk common mode, semakin besar
hambatan pada rangkaian, maka semakin
kecil nilai penguatan yang dihasilkan pada
tegangan.
REFERENSI
Kemudian, praktikan melanjutkan pengamatan
pada rangkaian dengan menyusun rangkaian
untuk penguatan common mode. Dari rangkaian
ini, didapat:
45
IRC1 = 200 x 2,5 mA = 0,9 mA.
15
IRC2 = 200 x 2,5 mA = 0,15 mA.
Pada rangkaian sebelumnya dengan mode
common mode telah didapat arus yang mengalir
[1] Modul 1 praktikum elektronika 2 penguat
diferensial.
[2] A.S, Sedra et.al.,Microelectronic Circuit 5th Ed,
Hal. 377-458, Oxford University Press, New
York, 2004.
Download
Random flashcards
Rekening Agen Resmi De Nature Indonesia

9 Cards denaturerumahsehat

Rekening Agen Resmi De Nature Indonesia

9 Cards denaturerumahsehat

sport and healty

2 Cards Nova Aulia Rahman

Secuplik Kuliner Sepanjang Danau Babakan

2 Cards oauth2_google_2e219703-8a29-4353-9cf2-b8dae956302e

Create flashcards