Penguat Umpan Balik

Laporan Praktikum
Elektronika Fisika Dasar II
PENGUAT UMPAN BALIK
DISUSUN OLEH
:
NAMA
:
ARINI QURRATA A’YUN
NIM
:
H21114307
KELOMPOK
:
TIGA (III)
TANGGAL PRAKTIKUM :
10 MARET 2016
ASISTEN
MUHAMMAD FAUZI M
:
LABORATORIUM ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS HASANUDDIN
2016
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar belakang
Penguat atau amplifier biasanya dikategorikan menjadi empat golongan
besar, yaitu sebagai penguat tegangan, penguat arus, transresistans dan
trankonduktans. Pengelompokan ini berdasarkan pada besarnya impedansi
masukkan dan impedansi keluaran dari suatu penguat relatif berturut turut
terhadap impedansi sumber dan beban [1].
Penguat tegangan sendiri dapat diartikan sebagai penguat yang
memberikan tegangan keluaran yang berbanding lurus dengan tegangan masukan
dimana faktor pembandingnya tidak bergantung pada besarnya tahanan sumber
dan beban pada penguat ini menunjukkan rangkaian ekuivalen Thevenin dari
jaringan dua terminal yang dapat menggambarkan suatu penguat. Penguat arus
adalah penguat yang dapat menghasilkan arus keluaran yang berbanding lurus
dengan arus sinyal dimana faktor pembandingnya bergantung pada besarnya
tahanan sumber dan tahanan beban, dimana suatu penguat arus ideal harus
memiliki tahanan masukan sama dengan nol dan tahanan keluaran sama dengan
tak berhingga. Penguat transkonduktans (alih konduktans) yaitu suatu penguat
ideal yang menghasilkan arus keluaran yang berbanding lurus dengan tegangan
sinyal, dan tidak bergantung pad besarnya tahanan sumber dan tahanan beban.
Dan yang terakhir yaitu penguat transresistans yaitu penguatan yang secara ideal
memberikan tegangan keluaran
dan berbanding lurus dengan arus sinyal,
dimana tidak pula bergantung pada tahaann beban dan tahanan sumber [1].
Selanjutnya pada kesempatan kali ini akan diperkenalkan penguat umpan
balik, berupa penguat umpan balik negatif (degeneratif) yaitu balikan yang
dipasang untuk memperlemah isyarat masukan. Jenis penguat ini sedikit berbeda
dari
penguat
yang
lain.
Penguat
ini
selanjutnya
dapat
memperbaiki/
menyempurnakan jenis penguat lainnya. Dimana pembahasannya akan meliputi
pengertian umumnya karakteristik karakteristik suatu penguatan dengan
menggabungkan sebagian dari keluaran dengan sinyal yang dari luar, keuntungan
keuntungan yang akan diperoleh dengan penggunaan penguat umpan balik dan
contoh penggunaannya dalam perangkat elektronika.
I.2 Ruang Lingkup
Pada praktikum kali ini dibahas mengenai rangkaian penguat umpan balik
terkhusus untuk rangkaian umpan balik negatif. Dengan mengamati besar
keluaran tegangan dengan dan tanpa rangkian umpan balik, dalam frekuensi yang
berbeda-beda. Serta, mengukur besar penguatan tegangan yang dihasilkan
rangkaian umpan balik.
I.3 Tujuan Percobaan
Setelah melakaukan praktikum ini diharapkan praktikan mampu :
1. Membuat suatu rangkaian balikan dan mengujinya yaitu mengamati bentuk
isyarat keluaran.
2. Menunjukkan pengaruh balikan pada rangkaian.
3. Mengukur tanggapan amplitudo penguat.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Konsep Umpan Balik
Pada rangkaian umpan balik sinyal masukan digabungkan menjadi satu
dengan sinyal luar (sumber) melalui suatu rangkaian pencampur (mixer) dan
diumpankan masuk ke dalam penguat [2].
Gambar II.1 Penggambaran hubungan tingkat tingkat umpan balik yang
dihubungkan disekitar penguat dasar
Dalam gambar sinyal tegangan
(berupa rangkaan Thevenin) atau sinyal aus
dipasang seri terhadap tahanan
dipasang paralel dengan tahanan
(rangkaian Norton). Untuk jaringan umpan balik biasanya rangkaian pasif dua
kutub yang dapat terdiri dari tahanan, kapasitor dan induktor. Sering hanya
menggunakan suatu konfigurasi resistif yang sederhana. Sedangkan untuk dua bok
pencuplikan yang ditunjukkan pada gambar, tegangan keluaran dicuplik dengan
menghubungkan rangkaian umpan balik secara paralel dengan keluarannya. Jenis
hubungan ini dinamakan pencuplik simpul atau pemcuplik tegangan. Hubungan
umpan balik lainnya yang mencuplik arus keluaran ditunjukkan pada gambar II.2,
dimana rangkaian umpan balik dihubungkan secara seri dengan keluarannya. Jenis
hubungan seperti ini menunjukkan pencuplikan arus atau pencuplikan lingkar [2].
(a)
(b)
Gambar II.2 Hubungan umpan balik pada masukan dan penguat dasar (a)
perbandingan seri (b) pencampuran simpul
II.2 Pengaruh Balikan Terhadap Tanggapan Frekuensi
Misalkan tanggapan amplitudo suatu penguat dengan lingkar terbuka
(tanpa balikan) seperti pada gamabar II.3 [3].
Gambar II.3 Tanggapan amplitudo suatu penguat
Fungsi alih kompleks penguat pada daerah frekuensi rendah dapat
dituliskan [3] :
( )
(
)
Fungsi alih yang dinyatakan pada persamaan (2.1) tak lain adalah fungsi
alih untuk tapis lolos tinggi. Pada daerah tinggi fungsi alih kompleks penguat
adalah [3]:
( )
( )
( )
(
)
( ) adalah fungsi alih kompleks penguat dengan lingkaran tertutup. Diamana
dianggap
merupakan bilangan nyata yaitu balikan negatif [3].
Maka akan didapatkan pengaruh balikan terhadap frekuensi potong atas
[3] :
( )
(
(
)
)
(
)
(
)
adalah frekuensi potong atas penguat denga lingkar tertutup, yaitu terjadi
apabila dipasang balikan. Dengan dipasangnya baliakn negatif, penguatan pada
daerah frekuensi tengah turun dan frekuensi potong atas naik [3].
Dengan cara ini pula dapat ditunjukkan bahwa fungsi alih kompleks pada
daerah frekuensi rendah adalah [3] :
( )
(
)
(
)
(
)
Persamaan (2.8) menunjukkan bahwa dengan dipasangnya balikan frekuensi
potong bawah turun. Sehingga dapat ditarik kesimpulan bahwa dengan
dipasangnya balikan lebar pita penguat menjadi lebih besar, tetapi penguat
teganagan pada frekuensi tengah berkurang [3].
II.3 Asal Ungkapan Penguatan Umpan Balik
Gambar II.4 Rangkaian dasar umpan balik
Pada gambar diatas menunjukkan diagram blok umum untuk penguat
umpan balik. Pada penguat loop terbuka ditunjukkan oleh
penguatan
. Penguat ini memilki
dimana [4] :
(
Dan daerah kerja rangkaian umpan balik memiliki nilai pecahan
)
Pada
tegangan keluaran, untuk itu [4] :
(
)
Jika dimisalkan daerah kerja umpan balik hanya berupa resistif. Sehingga
memiliki sudut
[4].
Pada tegangan masukan penguat adalah
merukan jumlah keseluruhan
dari dua tegangan yang diaplikasikan pada beberapa hubungan [4] :
(
Tetapi
dan
jadi
)
(
)
Jika kedua sisi memilki banyak ungkapan oleh karena nilai
(
)
(
)
(
)
kemudian
)
(
Tetapi
(
memiliki pengutan dengan umpan balik
)
sehingga
selalu berhubungan dengan’kembali pada
Catatan untuk ungkapan
perbedaan’ dan mendekati seluruh ungkapan pada penguatan dan impedansi
masukan serta keluaran pada penguat dengan umpan balik negatif yang
diaplikasikan [4].
II.4 Rangkaian Umpan Balik
Gambar II.5 Rangkaian umpan balik
Pada gamabar diatas dapat diperhatikan beberapa hal sebagai berikut [5] :
1.
merupakan tempat kabel atau jumper yang dapat dipasang atau
dilepaskan. Bila
dipasang dititik a maka balikan tidak terpasang (
), sedangkan apabila
pada rangkaian.
dan
dipasang dititik b maka balikan diterapkan
2.
Balikan terjadi pada
dan
. Pada rangkaian ini kedua resistor
membentuk pembagi tegangan sehingga sebagian tegangan keluaran yaitu
dikembalikan pada emitor transistor
II.5 Aplikasi Rangkaian Umpan Balik
Kegunaan dari umpan balik negatif terletak dalam kenyataan bahwa
sebenarnya dalam penguat manapun baik berupa penguat arus, tegangan
kondiktans, dan penguat transresistans dapat ditingkatkan dengan memanfaatkan
rangkaian umpan balik negatif dengan tepat. Misalnya tahanan masukan dengan
bias tinggi dalam penguat tegangan dapat dipertinggi lagi dan tahanan keluaran
yang biasanya rendah bisa dibuat lebih kecil lagi. Selain itu penguat umpan balik
negatif juga dapat memberi perbaikan yang sangat berarti dalam tanggapan
frekuensi dan dalam linearitas operasi dari penguat umpan balik dibandingkan
dengan penguat tanpa umpan balik [1].
Dalam praktiknya rangkaian umpan balik banyak digunakan dalam
beberapa perangkat elektronik, seperti pntuk rangkaian umpan balik negatif yang
terdiri dari sebuah fotoresistor, lampu pijar, Thyristor dan resistor linear akan
digunakan untuk sebuah sensor cahaya dimana sensor ini akan diaktifkan oleh
rangkaian umpan balik negatif. Pada gambar II.6 dapat dilihat rangkaian untuk
sensor ini [6].
Gambar II.6 Rangkaian sensor cahaya, sistem ini terhubung dengan
tegangan sinusoidal dengan tegangan masukan
frekuensi
, amplitudo
dan
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
III.1 Waktu dan Tempat Percobaan
Praktikum Penguat Umpan balik ini dilakukan pada hari kamis, 10 maret
2016, tepatnya pukul 08.00 WITA- 10.30 WITA di Laboratorium Elektronika dan
Instrumentasi, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Universitas Hasanuddin, Makassar.
III.2 Alat dan Bahan
III.2.1 Alat beserta Fungsinya
Berikut merupakan beberapa alat yang digunakan pada praktikum penguat
umpan balik beserta fungsinya :
1.
Osiloskop
Gambar III.1 Osiloskop
Osiloskop digunakan untuk menampilkan bentuk gelombang masukan dan
keluaran yang dihasikan oleh rangkaian penguat dengan atau tanpa umpan balik.
2.
Pembangkit Sinyal
Gambar III.2 Pembangkit sinyal
Pembangkit sinyal digunakan sebagai sumber frekuensi/sinyal yang
dimasukkan pada rangkaian denga atu tanpa umpan balik.
3.
Catu Daya
Gambar III.3 Catu Daya
Catu daya digunakan sebagai sumber tegangan rangkaian.
4.
Kabel Jumper
Gambar III.4 Kabel Jumper
Kabel ini digunakan sebagai penghubung antar komponen yang tersusun
pada papan rangkaian.
5.
Papan Rangkaian
Gambar III.5 Papan Rangkaian
Papan ini digunakan sebagai tempat merangkai komponen rangkaian
umpan balik.
III.2.2 Bahan Besrta Fungsinya
Berikut beberapa bahan yang digunakan pada praktikum penguat umpan
balik beserta fungsinya :
1.
Resistor
Gambar III.6 Resistor
Resistor ini digunakan sebagai sebagai salahsatu komponen penyusun
rangkaian penguat umpan balik, dimana dalam hal ini berfungsi menghambat
arus pada rangkaian.
2.
Transistor NPN 108
Gambar III.7 Transistor NPN 108
Berfungsi untuk membentuk rangkaian penguat umpan balik dengan
mengalirkan arus negatif dengan arus positif sebagai biasnya.
3.
Kapasitor
Gambar III.8 Kapasitor
Kapasitor digunakan sebagai komponen untuk meningkatkan impedansi
pada rangkaian umpan balik.
III.3 Prosedur Percobaan Penguat Umpan Balik
III.3.1 Rangkaian Penguat tanpa Balikan
1.
Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan dan merangkain
komponen pada papan rangkaian seperti pada gambar III.9.
(a)
(b)
Gambar III.9 (a) Sketsa rangkaian umpan balik (b) Rangkaian umpan balik
2.
Menyambungkan rangkaian yang telah jadi pada osiloskop, sinyal
generator dan catu daya.
3.
Menghubungkan jumper pada
di titik a, kemudian mengamati sinyal
input dan outputnya. Pada kondsi ini rangkaian yag terbentuk adalah
rangkaian tanpa balikan.
4.
Mengukur penguatan yang terjadi pada rangkaian dan menuliskannya pada
tabel data.
5.
Melakukan hal yang sama dengan mengganti besar resistansi rangkaian
dimana sebelumnya 120 ohm menjadi 270 ohm dan kemudian 1 K ohm.
III.3.2 Rangkaian Penguat dengan Balikan
1.
Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan dan merangkain
komponen pada papan rangkaian seperti pada gambar III.9.
2.
Menyambungkan rangkaian yang telah jadi pada osiloskop, sinyal
generator dan catu daya.
3.
Menghubungkan jumper pada
di titik b, kemudian mengamati sinyal
input dan outputnya. Pada kondsi ini rangkaian yag terbentuk adalah
rangkaian dengan balikan.
4.
Mengukur penguatan yang terjadi pada rangkaian dan menuliskannya pada
tabel data.
5.
Melakukan hal yang sama dengan mengganti besar resistansi rangkaian
dimana sebelumnya 120 ohm menjadi 270 ohm dan kemudian 1 K ohm.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
IV.1 Hasil
IV.1.1 Tabel Data
Tabel IV.1 Hasil Pengukuran dengan Hambatan Divariasikan
Tanpa Umpan balik
No.
( )
Penguatan
(Volt)
(Kali)
(Volt)
(Volt)
(Kali)
1
120
1,4
3
2,14
1,4
2,9
2,07
2
270
1,4
3
2,14
1,4
2,8
2,00
3
1K
1,4
3
2,14
1,4
2,4
1,71
IV.2.1 Menghitung Penguatan Tegangan
2.
Penguatan
(Volt)
IV.1.2 Pengolahan data
1.
Dengan Umpan Balik
Tanpa Rangkaian Umpan Balik
(
)
(
)
(
)
Dengan Rangkaian Umpan Balik
(
)
(
)
(
)
IV.3 Gambar
1.
Rangkaian Tanpa Umpan Balik
(a)
(b)
Gambar IV.1 (a) Isyarat masukan tanpa umpan balik (b) Isyarat keluaran tanpa
umpan balik ketika
2.
Rangkaian dengan Umpan Balik
(a)
(b)
Gambar IV.4 (a) Isyarat masukan dengan umpan balik (b) Isyarat keluaran dengan
umpan balik ketika
(a)
(b)
Gambar IV.5 (a) Isyarat masukan dengan umpan balik (b) Isyarat keluaran dengan
umpan balik ketika
(a)
(b)
Gambar IV.6 (a) Isyarat masukan dengan umpan balik (b) Isyarat keluaran dengan
umpan balik ketika
IV.4 Pembahasan
Berdasarkan praktikum di atas dapat dilihat bahwa hasil pengukuran dari
rangkaian penguat tanpa umpan balik tidak menunjukkan adanya perubahan besar
tegangan keluaran (
(
)
(
)
(
)) walaupun besarnya hambatan
divariasikan. Hal ini menunjukkan bahwa pada rangkaian tersebut tidak terdapat
hubungan antara besarnya hambatan dengan penguatan yang terjadi.
Dilihat pula pada rangkaian penguat dengan umpan balik besarnya
hambatan yang diberikan akan mempengaruhi penguatan tegangan. Dimana untuk
sebesar 120 ohm menghasilkan besar penguatan 2,07 kali, untuk
270 ohm menghasilkan penguatan sebesar 2,00 kali dan
sebesar
sebesar 1K ohm
menghasilkan penguatan yang lebih kecil yaitu sebesar 1,71 kali. Dari data ini
dapat dilihat bahwa pada rangkaian umpan balik besar penguatan bergantung
dengan besar hambatan yang diberikan pada rangkaian. Dimana semakin besar
hambatan yang diberikan maka penguatan yang terjadi semakin kecil.
Dalam praktiknya seperti yang telah dibahas pada bab II, rangkaian umpan
balik ini tidaklah bekerja sendiri. Artinya, rangkaian umpan balik ini selanjutnya
akan digunakan dalam berbagai rangkaian penguat lainnya. Dimana,
dalam
praktikum kali ini digunakan dalam rangkaian penguat tegangan. Dalam
rangkaian ini dapat memperbesar atau memperkecil nilai hambatan yang
mempengaruhi besar kecilnya penguatan tegangan yang akan terbentuk serta
terjadi perbaikan yang cukup berarti dalam tanggapan frekuensi dari rangkaian
penguat tegangan.
BAB V
PENUTUP
V.1 Kesimpulan
Berdasarkan praktikum diatas dapat disimpulkan bahwa :
1.
Setelah rangkaian penguat diberikan balikan maka keluaran pada
rangkaian tersebut mengalami penurunan tegangan, dan berbanding lurus
dengan pertambahan hambatan pada rangkaian balikan.
2.
Pada rangkaian penguat pengaruh balikan cukup signifikan pada
penguatan tegangannya.
3.
Tanggapan amplitudo menurun seiring dengan penambahan nilai
hambatan pada rangkaian balikan.
V.2 Saran
V.2.1 Saran untuk Laboratorium
Saran untuk laboratorium untuk melengkapi alatnya.
V.2.2 Saran untuk Asisten
Saran untuk asisten, agar tetap menjadi yang terbaik.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Millman, Halkias, M. Barmawi, M.O. Tjia 1986, Elektronika Terpadu
Rangkaian dan Sistem Analog dan Digital, Erlangga, Jakarta.
[2] Millman, jacob, Sutrisno 1992,Microelektronika Sistem Digital dan
Rangkaian Analog,Erlangga, Jakarta.
[3] Sutrisno 1987, Elektronika Teori dan Penerapannya, Penerbit ITB, Bandung.
[4] Allen, B.W 1995, Analogue Electronics for Higher Studies,Macmillan Press
LTD, London.
[5] Abdullah, Bualkar, Arifin, Bidayatul Armynah, Penuntun
Praktikum
Elektronika Dasar II, UNHAS, Makassar.
[6] Joiner, K.L. , F. Palmero, R. Carretero-Gonzalez, ‘Optoelectronic Chaos in a
Simple Light Activated Feedback Circuit’, International Journal of
Bifurcation and Chaos World Scientific Publishing Company, hh 1-10,