Aplikasi Pengisian dan Pengurasan Tangki Air

MODUL
PRAKTIKUM
RANGKAIAN LINEAR AKTIF
LABORATORIUM TEKNIK ELEKTRO
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS ISLAM KADIRI – KEDIRI
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
PENDAHULUAN
A. UMUM
Sesuai dengan tujuan pendidikan di UNISKA, yaitu :
-
Pembinaan hidup bermasyarakat
-
Pembinaan sikap ilmiah
-
Pembinaan sikap kepemimpinan
-
Pembinaan keahlian
Maka tugas dari Laboratorium Fakultas Teknik UNISKA antara lain :
-
Memperkuat konsep
-
Melengkapi kuliah
-
Melatih keterampilan / penerapan teori
Dengan demikian praktikum Rangkaian Linear Aktif adalah melatih keterampilan
dalam menerapkan teori-teori yang diperoleh dari mata kuliah Rangkaian Linear
Aktif.
Disamping itu praktikum Rangkaian Linear Aktif dapat mengasah kemampuan
mahasiswa untuk memahami Operational Amplifier dan rangkaian-rangkaian yang
menggunakan Operational Amplifier. Kesungguhan dan ketertiban dalam melakukan
praktikum merupakan prasyarat utama untuk mencapai keberhasilan praktikum anda.
Oleh karena itu, selama anda melaksanakan praktikum di laboratorium Elektronika
ada beberapa hal yang perlu anda perhatikan :
1. Selama praktikum, praktikan dibimbing oleh asisten dan untuk itu praktikan
harus mempersiapkan segala sesuatu tentang percobaan yang akan dilakukan
seperti yang ada pada “BUKU PETUNJUK PRAKTIKUM” bersama rekan
praktikumnya.
2. Sebelum melaksanakan praktikum, periksalah semua peralatan yang akan
digunakan dan pinjamlah peralatan yang belum ada.
3. Dalam melaksanakan praktikum perlu diperhatikan penggunaan waktu yang
ada, karena waktu pelaksanaan Praktikum Rangkaian Linear Aktif adalah “3
jam”.
Rincian penggunaan adalah seperti berikut :
-
Persiapan :
Untuk persiapan, praktikan diberi waktu 30 menit dan pada saat persiapan
tugas praktikan adalah : menyerahkan tugas pendahuluan dan meminjam
peralatan yang belum ada.
2
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
-
Melakukan Percobaan :
Dalam melakukan percobaan praktikan diberi waktu ± 120 menit dan
sisanya (30 menit) digunakan untuk mencata hasil praktikum dalam
lembar Laporan Sementara.
4. Tugas pendahuluan dikumpulkan sebelum praktikum dimulai kepada
asistenya masing-masing.
5. Praktikan
dilarang
mengerjakan
Tugas
Pendahuluan
di
lingkungan
Laboratorium.
6. Sebelum melakukan percobaan, setiap praktikan harus mempersiapkan
Laporan Resmi yang telah ditulisi dengan tujuan percobaan, teori, cara kerja,
serta persiapkan pula kertas karbon dan kertas grafik bila diperlukan.
B. TATA TERTIB
Tata tertib yang harus diperhatikan dan ditaati selama melakukan praktikum
Mikroprosessor adalah :
1. Praktikan harus hadir 10 menit sebelum praktikum dimulai.
2. Praktikan baru diperkenankan masuk Laboratorium setelah percobaan yang akan
dilaksanakan dinyatakan SIAP oleh asisten.
3. Sebelum melakukan praktikum, semua perlengkapan kecuali buku petunjuk
praktikum, alat tulis dan peralatan penunjang harus diletakkan di tempat yang
telah ditentukan.
4. Setiap praktikan harus melakukan percobaan dengan rekan praktikum yang telah
ditentukan.
5. Selama mengikuti praktikum, praktikan harus berpakaian sopan dan tidak
diperbolehkan memakai sandal, bertopi, merokok, membuat gaduh, dan lain-lain.
6. Selama praktikum, praktikan hanya diperbolehkan menyelesaikan tugasnya pada
meja yang telah disediakan (melakukan percobaan, membuat laporan sementara
dan resmi).
7. Selama melakukan percobaan, semua data hasil percobaan ditulis dalam kolomkolom tabel yang dipersiapkan terlebih dahulu. Laporan sementara dibuat
rangkap n + 1 dan dilaporkan pada asisten untuk ditanda tangani. n adalah
jumlah praktikan dalam satu kelompok.
8. Berdasarkan Laporan Sementara yang telah disetujui oleh asisten, setiap
praktikan membuat Laporan Resmi sesuai dengan tugas yang diberikan dalam
buku petunjuk, kemudian diserahkan kepada asisten masing-masing dengan
dilampiri laporan sementara.
3
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
9. Jika praktikan akan meninggalkan ruang praktikum, harus melaporkan pada
asisten dan demikian pula sebaliknya.
10. Praktikan yang sudah menyelesaikan tugas-tugasnya, diharuskan meninggalkan
ruang praktikum.
C. SANKSI
Ada beberapa sanksi yang dapat diterapkan terhadap praktikan yang melanggar
peraturan tata tertib :
1. Pelanggaran tehadap :
a. Point A-5, asisten berhak melakukan pencoretan terhadap tugas yang telah
dikerjakan.
b. Point A-6, B-1, B-5, B-6, dan B-9 dikenakan sanksi pembatalan percobaan
yang dilakukan.
c. Point A-2, B-3, B-4, dan B-9 dikenakan sanksi peringatan dan apabila telah
mendapatkan peringatan 3 kali, praktikan akan dikeluarkan dan mendapat
“Nilai E”.
2. Praktikan yang melakukan kecurangan dapat dikenakan sanksi berupa
pembatalan seluruh praktikum dan diberi “Nilai E”.
3. Praktikan yang karena kelalaiannya menyebabkan kerusakan atau menghilangkan
alat milik laboratorium harus mengganti alat tersebut. Apabila dalam waktu yang
ditentukan belum mengganti, maka tidak diperkenankan mengikuti praktikum
berikutnya.
4. Praktikan yang tidak mengikuti praktikum sebanyak 4 kali diberi sanksi
pembatalan seluruh praktikum dan diberi “Nilai E”.
5. Sanksi lain yang ada di luar sanksi-sanksi diatas ditentukan kemudian oleh
Kepala Laboratorium.
4
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
PERCOBAAN I
RANGKAIAN OP AMP
1. TUJUAN
a. Mempelajari penggunaan operational amplifier
b. Mempelajari rangkaian‐rangkaian standar operational amplifier
2. TEORI DASAR
2.1.
PENGENALAN OP AMP
Operational Amplifier, sering disingkat dengan sebutan Op Amp,
merupakan komponen yang penting dan banyak digunakan dalam rangkaian
elektronik berdaya rendah (low power). Istilah operational merujuk pada
kegunaan Op Amp pada rangkaian elektronik yang memberikan operasi
aritmetik pada tegangan input (atau arus input) yang diberikan pada
rangkaian.
Op Amp digambarkan secara skematik seperti pada gambar di bawah
ini.
Gambar 1. Simbol Op Amp
Gambar di atas menunjukkan dua input, output, dan koneksi catu daya
pada Op Amp. Simbol ”‐” menunjukkan inverting input dan ”+” menunjukkan
non‐inverting input. Koneksi ke catu daya pada Op Amp tidak selalu
digambarkan dalam diagram, namun harus dimasukkan pada rangkaian yang
sebenarnya.
5
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
2.2.
IC OP AMP 741
Gambar 2. Konfigurasi pin IC Op Amp 741
IC Op Amp yang digunakan pada percobaan ini ditunjukkan pada
gambar 1. Rangkaian Op Amp ini dikemas dalam bentuk dual in‐line package
(DIP). DIP memiliki tanda bulatan atau strip pada salah satu ujungnya untuk
menandai arah yang benar dari rangkaian. Pada bagian atas DIP biasanya
tercetak nomor standar IC. Perhatikan bahwa penomoran pin dilakukan
berlawanan arah jarum jam, dimulai dari bagian yang dekat dengan tanda
bulatan/strip.
Pada IC ini terdapat dua pin input, dua pin power supply, satu pin
output, satu pin NC (no connection), dan dua pin offset null. Pin offset null
memungkinkan kita untuk melakukan sedikit pengaturan terhadap arus
internal di dalam IC untuk memaksa tegangan output menjadi nol ketika
kedua input bernilai nol. Pada percobaan kali ini kita tidak akan menggunakan
fitur offset null. Perhatikan bahwa tidak terdapat pin ”ground” pada Op Amp
ini, Op Amp menerima referensi ground dari rangkaian dan komponen
eksternal. Meskipun pada IC yang digunakan pada eksperimen ini hanya berisi
satu buah Op Amp, terdapat banyak tipe IC lain yang memiliki dua atau lebih
Op Amp dalam suatu kemasan DIP. IC Op Amp memiliki kelakukan yang
sangat mirip dengan konsep Op Amp ideal pada analisis rangkaian.
Bagaimanapun, terdapat batasan‐batasan penting yang perlu diperhatikan.
Pertama, tegangan maksimum power supply tidak boleh melebihi rating
maksimum, biasanya ±18V, karena akan merusak IC.
Kedua, tegangan output dari IC Op Amp biasanya satu atau dua volt
lebih kecil dari tegangan power supply. Sebagai contoh, tegangan swing
output dari suatu Op Amp dengan tegangan supply 15V adalah ± 13V.
Ketiga, arus output dari sebagian besar Op Amp memiliki batas pada
30mA, yang berarti bahwa resistansi beban yang ditambahkan pada output
6
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
Op Amp harus cukup besar sehingga pada tegangan output maksimum, arus
output yang mengalir tidak melebihi batas arus maksimum.
2.3.
RANGKAIAN STANDAR OP AMP
Berikut ini merupakan beberapa rangkaian standar Op Amp. Untuk
penurunan persamaannya dapat merujuk ke buku teks kuliah. Jika ingin
mendesain rangkaian sederhana, pilihlah resistor dalam range sekitar 1k Ohm
sampai 200k Ohm.
Vout = Vin
Gambar 3. Rangkaian penyangga (voltage follower)
𝐕𝐨𝐮𝐭 = −
𝐑𝟐
𝐕𝐢𝐧
𝐑𝟏
Gambar 4. Inverting Amplifier
𝐕𝐨𝐮𝐭 = − 𝟏 +
𝐑𝟐
𝐕𝐢𝐧
𝐑𝟏
Gambar 5. Non-inverting Amplifier
7
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
𝐕𝐨𝐮𝐭 =
𝐑𝟐
𝐑𝟏
𝐕𝐢𝐧, 𝟐 − 𝐕𝐢𝐧, 𝟏
Gambar 6. Difference‐Amplifier
3. ALAT DAN KOMPONEN YANG DIGUNAKAN
a. Power Supply DC (2 buah)
b. Generator Sinyal (1 buah)
c. Osiloskop (1 buah)
d. Kabel
e. Multimeter Digital (2 buah)
f. Breadboard (1 buah)
g. Kabel jumper (1 meter)
h. IC Op Amp 741 (7 buah)
i.
Kapasitor 1 nF (1 buah)
j.
Resistor 1 k ohm (6 buah)
k. Resistor 1,1 k ohm (2 buah)
l.
Resistor 2,2 k ohm (7 buah)
m. Resistor 3,3 k ohm (4 buah)
8
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
4. TUGAS PENDAHULUAN
a. Rangkai keempat rangkaian berikut di atas breadboard, bawa pada saat
praktikum.
Gambar 7. Rangkaian Penguat Non-Inverting
Gambar 7. Rangkaian Penguat Inverting
9
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
5. CARA MELAKUKAN PERCOBAAN
5.1.
Penguat Non-Inverting
a. Buatlah rangkaian penguat non-inverting seperti berikut ini
A
A
B
C
VP
D
b. Ukur dan catat nilai aktual dari resistor 1K Ohm.
c. Hubungkan VP dengan titik A kemudian catat nilai VIN dan VO dalam tabel
d. Hubungkan VP dengan titik B kemudian catat nilai VIN dan VO dalam tabel
e. Hubungkan VP dengan titik C kemudian catat nilai VIN dan VO dalam tabel
f. Hubungkan VP dengan titik D kemudian catat nilai VIN dan VO dalam tabel.
Tabel Hasil Percobaan
Nilai aktual dari resistor 1 K Ohm = ............. Ohm
VP dihubungkan
Nilai VIN
Nilai VO
dengan titik
(Volt)
(Volt)
A
B
C
D
10
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
5.2.
Penguat Inverting
a. Buatlah rangkaian penguat inverting seperti berikut ini
VP
b. Ukur dan catat nilai aktual dari resistor yang digunakan
c. Hubungkan VP dengan titik A kemudian catat nilai VIN dan VO dalam tabel
d. Hubungkan VP dengan titik B kemudian catat nilai VIN dan VO dalam tabel
e. Selanjutnya, pasang generator sinyal sebagai Vin dengan frekuensi 500
Hz.
f. Atur keluaran generator sinyal sehingga menghasilkan output Op Amp
(VO) sebesar 4 V peak to peak.
g. Catat besar tegangan Vin peak to peak.
Pastikan setting osiloskop menggunakan DC coupling.
Tabel Hasil Percobaan
Nilai aktual dari resistor
2,2 K Ohm = ............. Ohm
1 K Ohm = ............. Ohm
VP dihubungkan
Nilai VIN
Nilai VO
Titik A
................. Volt
................. Volt
Titik B
................. Volt
................. Volt
................. VPP
4 VPP
dengan
Generator Sinyal
(F = 500 Hz)
11
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
6. TUGAS UNTUK LAPORAN RESMI
a.
Dari hasil percobaan penguat non-inverting, buatlah analisa hubungan antara Vout
dengan Vin!
b.
Dari hasil percobaan penguat inverting, buatlah analisa hubungan antara Vout dengan
Vin!
12
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
PERCOBAAN II
COMPARATOR
1. TUJUAN
a. Mempelajari penggunaan operational amplifier sebagai comparator
b. Mempelajari rangkaian‐rangkaian comparator
2. TEORI DASAR
Konfigurasi open-loop pada Op Amp dapat difungsikan sebagai komparator.
Jika kedua input pada Op Amp pada kondisi open-loop, maka Op Amp akan
membandingkan kedua saluran input tersebut. Hasil komparasi dua tegangan pada
saluran masukan akan menghasilkan tegangan saturasi positif (+V sat) atau saturasi
negatif (-Vsat).
Sebuah rangkaian komparator akan membandingkan isyarat tegangan yang
masuk pada satu saluran input dengan tegangan pada saluran input lain, yang
disebut tegangan referensi. Tegangan output berupa isyarat tegangan high atau
low sesuai dengan besar isyarat tegangan masukan yang lebih tinggi.
Besar isyarat tegangan keluaran dari komparator tidak bersifat linier secara
proporsional terhadap besar tegangan input. Terdapat dua macam komparator,
antara lain :
a.
Komparator Tak-Membalik (Non-Inverting Comparator)
b. Komparator Membalik (Inverting Comparator)
a. Komparator Tak-Membalik (Non-Inverting Comparator)
Pada jenis komparator ini, isyarat tegangan input dipasang pada saluran
input tak-membalik (saluran +) dan tegangan nol pada saluran input membalik
(saluran -). Sehingga saluran input membalik di-ground-kan. Isyarat tegangan
masukan disimbolkan dengan Vin dan isyarat tegangan referensi disimbolkan
dengan Vref. Gambar 1. Menunjukkan rangkaian komparator Tak-Membalik.
Gambar 1. Rangkaian Komparator Tak-Membalik
13
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
Pada rangkaian komparator Tak-Membalik, jika Vin lebih besar dari Vref,
maka tegangan output adalah +Vsat (mendekati tegangan +VCC). Jika Vin lebih
kecil dari Vref, maka tegangan output adalah -Vsat (mendekati tegangan -VEE)
Pada grafik Gambar 2. dijelaskan, saat Vref=0 dan Vin bernilai positif, maka
Vout (Vo) = +Vsat ≈ +VCC. Sedangkan saat Vin bernilai negatif, maka Vo= -Vsat ≈
-VEE. Hal ini dikarenakan, saat Op Amp dalam kondisi open-loop, penguatan
tegangan (AOL) yang dihasilkan sangat besar bahkan untuk input Vin yang sangat
kecil, Op Amp dapat menghasilkan output saturasi.
Berdasarkan model kerjanya, tingkat saturasi yang dihasilkan berupa +Vsat
dan –Vsat tanpa adanya feed-back pada Op Amp dan diopersaikan dalam konsisi
open-loop. Sehingga Op Amp bekerja dalam kondisi saturasi.
Gambar 2. Menunjukkan Vin dalam gelombang sinusoidal. Dengan AOL
yang besar, maka saat input inverting di-groundkan, tegangan input Vin dalam
nilai mikrovolt pun sudah cukup untuk membuat Op Amp dalam kondisi saturasi.
Besar ±Vsat ditunjukkan pada datasheet. Persamaan untuk mendapatkan
tegangan input pada tingkat minimal saat saturasi adalah
𝑉𝑠𝑎𝑡
Vin(min) = 𝐴𝑂𝐿 saat saturasi ……….. (1)
Gambar 2. Grafik isyarat Vin dan Vout Komparator Tak-Membalik
Gambar 3. menunjukkan grafik karakteristik perpindahan tegangan
saturasi yang dihasilkan.
14
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
(a) Ideal
(b) Secara Praktis
Gambar 3. Grafik Karakteristik Perpindahan Tegangan Saturasi
b. Komparator Membalik (Inverting Comparator)
Gambar 4. Menunjukkan komparator membalik yang menggunakan
tegangan referensi (Vref) pada saluran non-inverting (+) dan tegangan input
(Vin) pada saluran inverting (-). Tegangan referensi dapat menggunakan sumber
catu daya tegangan konstan atau rangkaian pembagi tegangan.
Gambar 4. Rangkaian Dasar Komparator Inverting
Pada saat Vin kurang dari Vref, tegangan output Vo adalah +Vsat (≈ +VCC).
Hal ini dikarenakan tegangan pada saluran input inverting lebih kecil dari saluran
input non-inverting.
Gambar 5. Gelombang Input dan Output pada Komparator Inverting
15
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
Gambar 6. Menunjukkan grafik karakteristik tegangan output yang
dihasilkan komparator inverting terhadap tegangan inverting.
Gambar 6. Karakteristik perubahan tegangan output terhadap tegangan input
pada komparator inverting
3. ALAT DAN KOMPONEN YANG DIGUNAKAN
a. Power Supply DC (2 buah)
b. Kabel
c. Multimeter Digital (2 buah)
d. Breadboard (1 buah)
e. Kabel jumper (1 meter)
f. IC Op Amp 741 (7 buah)
g. Resistor 100 k ohm (6 buah)
h. Resistor 1 k ohm (2 buah)
4. TUGAS PENDAHULUAN
a. Buat rangkaian dasar komparator inverting dan non inverting pada papan
breadboard.
16
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
5. CARA MELAKUKAN PERCOBAAN
Buatlah rangkaian komparator seperti berikut ini
+ 12 V
1K
U1
5K
1K
741
V
U2
U3
+
1K
a. Ukur dan catat tegangan pada U2.
b. Periksalah pada pengukuran tersebut, berapa besar tegangan pada saat
LED mati
c. Periksa tegangan pada U3 pada saat LED mati
d. Periksalah pada pengukuran tersebut, berapa besar tegangan pada saat
LED hidup
e. Periksa tegangan pada U3 pada saat LED mati
Tabel Hasil Percobaan
Nilai V pada U2 = ..................... Volt
Kondisi LED
Nilai V pada U1
Nilai V pada U1
(Volt)
(Volt)
Mati
Hidup
f. Tukarkan kedua masukkan (+) dan (-) dari komparator (IC 741) satu sama
lainnya lalu ulangi langkah a sampai dengan e dan masukkan pada tabel
dibawah ini.
Tabel Hasil Percobaan
Nilai V pada U2 = ..................... Volt
Kondisi LED
Nilai V pada U1
Nilai V pada U1
(Volt)
(Volt)
Mati
Hidup
17
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
6. TUGAS UNTUK LAPORAN RESMI
a.
Buat Kesimpulan dari percobaan diatas.
b.
Modifikasi rangkaian diatas agar dapat digunakan sebagai pengatur cahaya (Dimmer)
18
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
PERCOBAAN III
FILTER
1. TUJUAN
a. Mempelajari penggunaan operational amplifier dalam rangkaian filter aktif
b. Mempelajari beberapa contoh filter aktif
c. Mempelajari rangkaian‐rangkaian filter aktif
2. TEORI DASAR
Filter adalah suatu sistem yang dapat memisahkan sinyal berdasarkan
frekuensinya. Ada frekuensi yang diterima, dalam hal ini dibiarkan lewat; dan ada
pula frekuensi yang ditolak, dalam hal ini secara praktis dilemahkan. Berdasarkan
kan komponen yang digunakan, Filter digolongkan menjadi 2 yaitu :
a. Filter Pasif
Filter yang disusun dari tahanan, kapasitor atau induktor. Filter ini
menggunakan frekuensi diatas 1 MHz. Tidak mempunyai perolehan daya dan
relatif sulit untuk ditala
b. Filter Aktif
Filter ini disusun dari resistor, kapasitor, dan penguat operasi (OP AMP), baik
untuk digunakan pada frekuensi dibawah 1 MHz, mempunyai perolehan daya
dan relatif mudah untuk ditala.
Disamping itu, filter dapat diklasifikasikan menurut fungsi yang ditampilkan, dalam
term jangkauan frekuensi, yaitu passband dan stopband.
Umumnya filter aktif digolongkan menjadi :
a. Low Pass Filter (LPF)
b. High Pass Filter (HPF)
c. Band Pass Filter (BPF)
d. Band Reject Filter (BPF)
e. All Pass Filter (APF)
Pada masing masing filter aktif menggunakan op-amp sebagai elemen aktifnya dan
tahanan, kapasitor sebagai elemen pasifnya.
a. Low Pass Filter (LPF)
Low Pass Filter mempunyai penguatan tetap dari 0 Hz sampai menjelang
frekuensi cut off fH. Pada fH penguatan akan turun dengan – 3dB, artinya
frekuensi dari 0 Hz sampai fH dinamakan pass band frekuensi (frekuensi yang
19
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
dilewatkan) dengan batas 0,707 tegangan output. Sedang frekuensi yang
diredam dibawah –3dB atau 0,707 Vo dinamakan stop band frekuensi
(frekuensi yang tidak dilewatkan).
Rf
Ri
Vo
+
Vin
R
C
Gambar 1. Low Pass Filter ordo pertama
Seperti tampak pada gambar di atas adalah gambar Low Pass Filter ordo
pertama dengan perhitungan sebagai berikut :
𝑣𝑜 = 1 +
𝑅𝑓
𝑅1
𝑣𝑖𝑛
1+
−1
𝑓
𝑓ℎ
Dimana :
Vo = tegangan output
Vin = tegangan input
f
= frekuensi sinyal input
𝑓ℎ =
1
2𝜋𝑅𝐶
= cut off frekuensi tinggi dari filter
Gambar 2. Frekuensi respon dari LPF
20
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
b. High Pass Filter (HPF)
High Pass Filter meredam frekuensi yang rendah sampai pada frekuensi cut on
yang dianggap sebagai batas frekuensi rendahnya sehingga diberi nama fL.
Batasan stop band adalah 0 < f <fL dan untuk pass bandnya adalah f > fL.
Rangkaian High Pass Filter ini perbedaannya dengan Low Pass Filter hanya
perpindahan tempat tahanan dan kapasitor.
Rf
Ri
Vo
+
Vin
C
R
Gambar 3. High Pass Filter ordo pertama
Seperti tampak pada gambar di atas adalah gambar High Pass Filter ordo
pertama dengan perhitungan sebagai berikut :
𝑅𝑓
𝑣𝑜 = 1 +
𝑅1
−1
1+
𝑓
𝑓𝐿
−1
𝑓
𝑓𝐿
𝑣𝑖𝑛
Dimana :
Vo = tegangan output
Vin = tegangan input
f
= frekuensi sinyal input
𝑓𝐿 =
1
2𝜋𝑅𝐶
= cut off frekuensi rendah dari filter
Gambar 4. Frekuensi respon dari HPF
21
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
c. Band Pass Filter (BPF)
Band Pass Filter adalah Suatu filter lolos pita dapat disusun dengan
menggunakan dua tahap, pertama adalah filter lolos atas dan kedua adalah
filter lolos bawah seperti pada gambar berikut.
Gambar 5. Band Pass Filter
Penguatan tegangan untuk pita lolos adalah:
𝐴𝑉 =
−𝑅2
𝑅1
−𝑅4
𝑅3
Besarnya frekuensi cut off atas didapat dari:
𝐹𝐶𝐻 =
1
2𝜋𝑅1 𝐶1
Besarnya frekuensi cut off bawah didapat dari:
𝐹𝐶𝐿 =
1
2𝜋𝑅4 𝐶2
Gambar 6. Frekuensi respon dari BPF
22
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
d. Band Reject Filter (BRF)
Rangkaian Band Reject Filter ada 2 macam yaitu
1) BRF bidang lebar
BRF bidang lebar adalah terdiri dari rangkaian HPF dan LPF yang
dimasukkan ke rangkaian penjumlah. Sedang BRF bidang sempit adalah
terkenal dengan rangkaian Notch Filter yaitu menolak frekuensi tertentu.
Contoh rangkaian Band Reject Filter bidang lebar seperti gambar berikut
ini.
Gambar 7. BRF bidang lebar
Gambar 8. Frekuensi respon dari BRF bidang Lebar
23
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
2) BRF bidang sempit
Nama band reject filter bidang sempit ini sering dikenal dengan nama Aktif
Notch Filter. Rangkaian menggunakan model twin-T circuit. Biasanya
rangkaian aktif Notch Filter ini digunakan pada rangkaian medika. Rumus
untuk rangkaian ini adalah :
𝑓ℎ =
1
2𝜋𝑅𝐶
Gambar rangkaian nya adalah sebagai berikut :
Gambar 9. Rangkaian Notch Filter
e. All Pass Filter (APF)
Rangkain APF ini bisa dikatakan pula bukan termasuk rangkaian filter karena
tidak ada yang di filter. Rangkaian ini terkenal dengan nama delay equalizer
atau phase corector, karena berhubungan dengan fungsi rangkaian dalam
aplikasinya. Rangkain ini sering digunakan pada sinyal telekomunikasi untuk
mencocokan fasa sinyalnya atau sengaja membuat selisih dengan aslinya, dan
juga terdapat pada aplikasi yang lainnya misalnya digunakan untuk stereo
buatan di audio, atau untuk penggetar suara pada gitar elektrik, dan lain lain.
Gambar 10. Rangkaian All Pass Filter
3. ALAT DAN KOMPONEN YANG DIGUNAKAN
a. Osciloscope ............................................. 1 buah
b. Multimeter .............................................. 1 buah
c. Catu daya 12 Volt.................................... 1 buah
24
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
d. Pembangkit sinyal .................................. 1 buah
e. IC LM 741 ............................................... 1 buah
f. Resistor 10 k Ohm................................... 2 buah
g. Resistor variabel 10 k Ohm ...................... 2 buah
h. Kapasitor 0,01 mF.................................... 1 buah
i.
Kertas Semilog ....................................... secukupnya
j.
Kabel penghubung .................................. secukupnya
4. TUGAS PENDAHULUAN
Rangkai rangkaian berikut di atas breadboard, bawa pada saat praktikum.
a. Low Pass Filter (LPF)
Rf
Ri
Vo
Vin
+
R
C
b. High Pass Filter (HPF)
Rf
Ri
Vo
Vin
+
C
R
25
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
c. Band Pass Filter (BPF)
d. Band Reject Filter (BPF)
e. All Pass Filter (APF)
5. CARA MELAKUKAN PERCOBAAN
a.
Pada rangkaian LPF yang anda buat, hubungkan pembangkit sinyal pada
masukkan (Vin), osiloskop pada masukkan dan keluaran (Vo).
b.
Beri catu daya pada filter dan hidupkan pembangkit sinyal, dan osiloskop (cek
rangkaian dan minta ijin kepada pembimbing sebelum menyalakan
rangkaian)
c.
Pilihlah sinyal jenis sinus pada pembangkit sinyal! Pilihlah frekuensi 10 Hz!
Aturlah amplitudo sinyal keluaran dari pembangkit sinyal, sedemikian rupa
sehingga keluaran filter maksimum dan tidak cacat!
26
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
d.
Ukurlah tegangan puncak ke pucak pada masukan (Vi) dan pada keluaran (Vo)
dengan menggunakan oscilloscope!
e.
Kemudian ulangi hal tersebut untuk berbagai frekuensi!
f.
Hitunglah perbandingan Vo dan Vi, kemudian nyatakan perbandingan
tersebut dalam dB. Sehingga Tabel 12 berikut dapat terisi secara lengkap:
Tabel Tanggapan Frekuensi dari Filter Lolos Bawah
g.
Pindahkan hasil pengamatan dalam tabel diatas ke dalam kertas semilog!
Nilai frekuensi dalam Hz tersebut digambar pada sumbu datar yang
logaritmis, sementara nilai perbandingan Vo/Vi (dalam dB) digambar pada
sumbu vertikal yang linier!
h.
Amati dari grafik hasil pengamatan! Berapakah magnitude pada frekuensi 1 k
Hz ? Apakah nilainya –3 dB ? Kalau tidak, kenapa? Dan bagaimana cara untuk
membetulkannya?
i.
Ulangi langkah a – h untuk rangkaian high pass filter, band pass filter,
band reject filter, All pass filter.
6. TUGAS UNTUK LAPORAN RESMI
a. Berapakah nilai magnitude pada filter riil dimana frekuensi cut-off berada?
b. Apa yang membedakan filter pasif dengan filter aktif ?
c. Sebutkan kelebihan filter aktif dibandingkan dengan filter pasif !
27
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
PERCOBAAN IV
OSCILATOR
1. TUJUAN
a.
Mempelajari penggunaan operational amplifier sebagai Oscilator
b. Mempelajari rangkaian‐rangkaian Oscilator
2. TEORI DASAR
Yang termasuk ke dalam golongan osilator adalah
a.
Pembangkit Gelombang Kotak
Pembangkit gelombang kotak disebut juga multivibrator astabil atau
multivibrator bergerak bebas (free-running), karena keluaran terus menerus
berubah keadaannya (tinggi dan rendah) tanpa adanya masukan.
Gambar 1. Pembangkit Gelombang kotak
b. Pembangkit Gelombang Sinus
Terdapat berbagai macam pembangkit gelombang sinus dalam rangkaian
elektronika, salah satunya adalah generator gelombang sinus dengan osilator
jembatan Wien. Dalam Gambar 52. berikut diperlihatkan sebuah contoh
penerapan osilator jembatan Wien untuk menghasilkan gelombang sinus
dengan menggunakan opamp 741.
28
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
Gambar 2. Pembangkit Gelombang Sinus Jembatan Wien.
Frekuensi keluaran dapat ditentukan dengan rumus :
𝐹𝑂𝑈𝑇 =
1
2𝜋𝑅1 𝑅2 𝐶1 𝐶2
Atau bila R1 = R2 dan C1 = C2, maka :
𝐹𝑂𝑈𝑇 =
c.
1
2𝜋𝑅1 𝐶1
Pembangkit Gelombang Segitiga
Untuk pembangkitan gelombang segitiga digunakan dua buah op-amp. Sebuah
op-amp dipakai untuk membuat rangkaian dasar yakni pembangkit gelombang
kotak, sebuah lagi untuk membuat integrator.
Gambar 3. Pembangkit Gelombang segitiga.
29
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
Gambar 3. Bentuk Gelombang Keluaran Rangkaian Gelombang Segitiga
3. ALAT DAN KOMPONEN YANG DIGUNAKAN
a. Osciloscope ............................................. 1 buah
b. Multimeter .............................................. 1 buah
c. Catu daya 12 Volt.................................... 1 buah
d. Pembangkit sinyal .................................. 1 buah
e. IC LM 741 ............................................... 1 buah
f. Resistor 10 k Ohm................................... 2 buah
g. Resistor variabel 10 k Ohm ...................... 2 buah
h. Kapasitor 0,01 mF.................................... 1 buah
i.
Kertas Semilog ....................................... secukupnya
j.
Kabel penghubung .................................. secukupnya
4. TUGAS PENDAHULUAN
Buat rangkaian pembangkit gelombang kotak, gelombang sinus, gelombang segitiga
seperti pada gambar diatas pada papan breadboard, bawa pada saat praktikum.
5. CARA MELAKUKAN PERCOBAAN
a.
Pada rangkaian pembangkit gelombang kotak yang anda buat, hubungkan
osiloskop pada keluaran (Vo).
b.
Beri catu daya pada rangkaian pembangkit tersebut, dan hidupkan
pembangkit sinyal, dan osiloskop (cek rangkaian dan minta ijin kepada
pembimbing sebelum menyalakan rangkaian)
c.
Amati bentuk sinyal keluaran pada osiloskop dan gambarkan pada kertas
semilog hasil percobaan anda.
d.
Kemudian ulangi langkah a - c untuk rangkaian pembangkit gelombang
sinus, dan pembangkit gelombang segitiga.
30
Modul Praktikum Rangkaian Linear Aktif
Lab. Elektronika Fakultas Teknik UNISKA
6. TUGAS UNTUK LAPORAN RESMI
a. Berikan kesimpulan dari hasil percobaan anda!
31