Elektronika-II

1

ELEKTRONIKA II• Text book

– Ramakant A. Gayakwad, Op-amp and Linear Integrated Circuit: 4th Ed., Prentice Hall.

– Malvino, Elektronika Komputer Digital: pengantar mikrokomputer, Edisi 2, Erlangga.

• Refferensi– Malvino, Prinsip-prinsip Elektronika jilid 2:

Edisi 3, Erlangga.– Soetrisno, Elektronika: Teori dan

penerapannya, jilid 2, ITB.

2

ELEKTRONIKA II1. Penguat Diferensial

• Penguat diferensial keluaran tunggal• Common Mode Rejection Ratio

1. Dasar-dasar Op-amp• Penguat diferensial 2i/1o• Penguat diferensial bertingkat• Op-amp ideal

1. Penguat menggunakan Op-amp• Penguat inverting• Penguat non-inverting• Penguat penjumlah

1. Sifat & besaran dasar Op-amp• Offset tegangan keluaran• Tanggapan amplitudo• Slew rate• Impendansi masukkan dan keluaran

5. Penguat diferensial menggunakan Op-amp

• Penguat diferensial 1 Op-amp• Penguat diferensial 2 Op-amp• Penguat diferensial 3 Op-amp

6.Aplikasi umum Op-amp sebagai IC linear

•Penguat AC dan DC•Penguat AC non-simetris•Penguat instrumentasi•Penguat masukkan diferensial dan keluaran diferensial

•Konverter V-I dan Konverter I-V•Integrator dan diferensiator

6.Filter aktif•Low-pass dan High-pass filter•Band-pass dan Band-reject filter

6.Dasar-dasar elektronika digital•Sistem dan kode-kode bilangan•Gerbang-gerbang logika & tabel kebenaran

•Rangkaian TTL & Flip-flop•Bistabil & astabil•Konverter A/D & D/A•Sistem µP.

3

Penguat Diferensial (1)

2 buah penguat :• Q1 = Q2• RE1 = RE2• RC1 = RC2• |+Vcc| = |-VEE|

jika dihubungkan atau digabungkan menjadi:

Rc1

RE 1

+Vcc

-VE E

Rc2

RE 2

+Vcc

-VE E

Q1 Q2

4


Rc1

Vin 1

Rc2

RE = RE1 // RE2

-VEE

Q1 Q2

Vo 1

Vo 2

+Vcc

Vin 2

• Menjadi rangk. 2i/2o (Penguat diferensial masukkan dan keluaran berimbang)

• Selisih 2o sebanding dng selisih 2i

Vo1 – Vo2 = A (Vi1 – Vi2)Vod = A Vid

A = Penguatan

5


Karakteristik :– Jika Vid = Vin 1 >>

• iE1 >>• VA >>• VBE(Q2) <<• iE2 <<• iE = iE1 + iE2 (tetap)

– Karena,VA = iE.RE - VEE

• VA tidak dipengaruhi Vid

• RE tidak dilalui oleh arus isyarat/signal

Rc1

Vi n 1

Rc2

RE = RE 1 // RE 2

-VE E

Q1 Q2

Vo 1

Vo 2

+Vcc

Vi n 2A

iE1

iE2

iE

6


• Mis. Vin 2 dibuat tetap dan Vin 1 >– iE1 > dan iE2 <– Vo >– Vin 1 → Vo sefasa– Vin 1 disebut input non-

inverting (+)• Mis. Vin 1 dibuat tetap dan Vin 2 >

– iC2 >– Vo <– Vin 2 → Vo fasa terbalik– Vin 2 disebut input inverting(-)

• Op-amp: Penguat diferensial dengan masukan diferensial dan keluaran tunggal.

Rc1

Vin 1

Rc2

RE = RE1 // RE2-VEE

Q1 Q2Vo

+Vcc

AiE

1

iE2

iE

Vin 2

7

Common Mode Rejection Ratio (CMRR)(1)

• Penggabungan kedua masukkan op-amp atau Vin 1 = Vin 2, disebut Common Mode.

• Idealnya, Acm = 0.• Prakteknya, Acm ≠ 0, tapi Acm <<

Adif.• Perbandingan antara Adif

dengan Acm disebut CMRR,

CMRR = Adif / Acm

• Dimana Acm = Vo.cm / Vin.cm

Rc1 Rc2

RE = RE1 // RE2

-VEE

Q1 Q2Vo.cm

+Vcc

AiE

1

iE2

iE

Vin.cm

8

Common Mode Rejection Ratio (CMRR)(2)

• CMRR dinyatakan dalam dB, shg:CMRR(dB) = 20 log (Adif / Acm)

atauCMRR(dB) = Adif(dB) / Acm(dB)

• CMRR = 100 dB termasuk tinggi

• CMRR tinggi diperlukan pada penguat instrumentasi

• Mis. dimiliki penguat diferensial dengan CMRR= 100 dB dan Adif=100.

• Maka, Acm = -(100 – 20log 100)Acm = -60 dB = 0,001

• Jadi, jika Vin.cm = 10 V dan karena noise dari jala-jala PLN, maka akan ada keluaran:Vo.cm = Acm . Vin.cm Vo.cm = 10 mV

9

DASAR-DASAR OP-AMP (1)

1. Penguat Diff. 2i/1oAnalisa DC (lht gbr kanan)Pada Q1,- iB.Ri1 –VBE – RE(2iE) + VEE = 0Karena, iE = iB.βdc

dan iC ≅ iEShg:

Umumnya,

Shg:

Artinya: nilai RE menentukan iE sesuai dg VEE yg dipakai

dc

1iE

BEEEE RR2

VVi

β+

−=

Edc

i R2R < <β

E

BEEEE R2

VVi −=

Rc1 Rc2

RE

-VEE

Q1 Q2

Vo

+Vcc

A

iE

iE

2iEVi1 Vi2

iC

iCiB iB

Ri1 Ri2

10


Selanjutnya akan ditentukan VCE,

Analisa DC pd Q2 sama seperti Q1.

Analisa AC (lht gbr kanan)Hkm. Kirchoff:Loop I:

Lopp II:

Sehingga diperoleh:

BECCCCCE

ECCE

Vi.RVVVVV

+−=−=

RC1 RC2

RER i1

Vi1

Ri2

Vi2

re reiC1

ie1

iC2

ie2

I I I Vo

ib1 ib1

0)ii(Rr.ii.RV 2e1eEe1e1b1i1i =+−−−

0)ii(Rr.ii.RV 2e1eEe2e2b2i2i =+−−−

( )( ) 2

E2

Ee

2iE1iEe1e RRr

V.RVRri−+

−+= ( )( ) 2

E2

Ee

1iE2iEe2e RRr

V.RVRri−+−+=

11


Keluarannya:

Karena RE >> re, maka:• re + RE ≅ RE

• re + 2RE ≅ 2 RE

Shg:

( )( )Eee

2iEe1iECo

C2eo

C2c2Co

R2rrVRrV.RRV

R.iVR.iVV

++−=

−=−==

( )

e

idCo

Ee

2i1iECo

r2VRV

Rr2VVRRV

=

−=

Maka penguatan tegangan AC:

Impendansi masukan, bergantung dari Q:

Ri = Ri1 = Ri2 = 2βAC.re

Impendansi keluaran adalah tahanan kolektor:

Ro = RC

e

C

id

o

r2R

VVA ==

12


2. Penguat diff. bertingkatTerdiri dari beberapa peng. diff. yang dipasang seri.Misalnya, penguat differensial 2 tingkat (phase):Phase 1: penguat differensial 2i/2o

Phase 2: penguat differensial 2i/1o.

Dalam banyak kasus, Q dan R yang dipakai harus sama agar diperoleh kinerja yang baik.Menghasilkan AAC >>>Diperlukan Q dan R yang cocokDibuat dalam bentuk IC.

Rc 1Rc 1

RE 2

Q1 Q2

7 , 8 3 V

-0 , 7 1 5 V

+

-

Rc 2 Rc 2

RE 2

-VE E

Q3 Q4

Vo9 , 3 2 V

+Vc c

7 , 1 2 V

R ’E R ’EVid

1 ,2 k1 ,2 k

1 0 01 0 0

1 5 k4 ,7 k

2 ,2 k2 ,2 k

13


3. Op-Amp IdealCiri-cirinya:– Impendansi masukan rangkaian terbuka, Ri,lb = ∞,

sehingga tidak ada arus yang masuk inlet.– Impendansi keluaran rangkaian terbuka, Ri,lt = 0.– Penguatan tegangan rangkaian terbuka, Av = ∞.– Respon penguatan berlaku pada semua frekuensi,

fbw = ∞.– CMRR = 0.

14

PENGUAT MENGGUNAKAN OP-AMP (1)• Penguatan yg tidak terlalu besar harus menggunakan

feedback negatif.• Feed-back negatif: memasang resistor (Rf)antara keluaran

dan masukan inverting.• Penguatan rangkaian terbuka sangat besar (ideal: Av,lb= ∞. • Penguatan dengan feedback negatif bergantung dari

komponen feedbacknya (berlaku pada frekuensi rendah).

Vi1

Vi2

VoVi1

Vi2

Vo

Rf

R1

Op-amp RangkaianTerbuka

Op-amp RangkaianFeedback Negatif

15

PENGUAT MENGGUNAKAN OP-AMP (2)

1.Penguat Inverting• a terhubung maya oleh Rid

dengan b.• Va = Vb = 0.• Vi = i1.R1 – Va

• i1 ≅ i3• Va – Vc = i2.Rf

• Vc = Vo

• Maka:Vi = i1.R1 danVo = -i3.Rf = -i1.Rf

ViVo

RfR1

a

cb

Ridi1

i3

i2

Sehingga:

1

fv

11

f1

i

ov

RRA

R.iR.i

VVA

=

−==

16


2. Penguat Non-inverting• Masukan (-) terhubung

maya dengan (+).• Vi = Vb = 0.• Va = Vo

• Maka:

Vo

RfR1

b

aRid

Vi

c

1

f1

i

Ov

1f1

Oi

1f1

ab

RRR

VVA

RRR

VV

RRR

VV

+==

+=

+=

1

fv R

R1A +=

17


• Bentuk lain penguat non-inverting: – Membuat R1=∞ dan Rf = 0.– Karena masukan (+) dan

(-) terhubung singkat maya,Vi = Vo

Av = 1– Disebut VOLTAGE

FOLLOWER, berfungsi sbg BUFFER penguatan 1.

– Ciri-ciri:• Av = 1• Ro <<<• Ri >>>

Vi

Vo

18


3. Penguat Menjumlah• Terhubung singkat maya.• Va = 0.• I1 + i2 + i3 = i• Maka:

V2Vo

Rf

R2a

V1

R1

V3

R3

i1

i2

i3

i

( )( ) 4321o

4321o

4oa

RiiiV RiiiV

R.iVV

++−=++=−

=−

43

3

2

2

1

1o R.

RV

RV

RVV

++−=

• Sering dipakai untuk menjumlahkan/mencampur beberapa signal tanpasaling mengganggu.

• Biasa dikenal sebagai AUDIO-MIXER.

19

SIFAT & BESARAN DASAR OP-AMP (1)

1. Offset Tegangan Keluaran• Vo.of adalah tegangan dc pd

keluaran op-amp dalam keadaan loop tertutup tanpa masukan (Vo = 0).

• Idealnya, Vo.of = 0.• Penyebab Vo.of ≠ 0:

• Vi > Vi.of • Arus panjar masukan basis

tidak seimbang, karena komponen yg tidak sama.

• Pencegahan:• Vi ≤ Vi.of • Menambahkan R2 = R1//Rf,

di a R1 terlihat paralel terhadap Rf.

t

+Vcc

- Vcc

0

Vo dg Vo.of > 0

t

V

+Vcc

- Vcc

0

Vo dg Vo.of = 0

ViVo

Rf

R1 a

R2

20


• Pencegahan (lanjutan)• Membuat rangkaian nol

offset• Rangkaian nol offset

• Menggunakan pin nol offset• Rangkaian nol offset tanpa

pin nol offset.

ViVo

Rf

R1 a

R2+Vcc +Vcc

Vi

Vo

Rf

R1 a

R2

R2

+Vcc

-Vcc

Penguat Inverting dg Rangkaian Kompensasi Nol-Offset

Penguat Non-inverting dg Rangkaian Kompensasi Nol-Offset

ViVo

Rf

R1 a

R2

741

15

2

3

6

-Vcc

4

+Vcc7

21


2. Tanggapan Amplitudo• Op-amp mempunyai beberapa

tahap penguatan dg menggunakan rangkaian gandengan DC.

• Op-amp tdk punya kutub pd frek rendah dan lebih dari 2 kutub pd frek tinggi.

• Agar dapat diberi berbagai nilai faktor balikan tanpa terjadi osilasi, diperlukan kompensasi frekuensi.

• IC 741 sudah mempunyai kompensasi frekuensi di dalamnya (kompensasi dalam).

• Pada 10 Hz kompensasi kutub dominan menyebabkan terjadinya kutub.

• Tanggapan amplitudo 741 loop tertutup dpt ditentukan dari yg loop terbuka.

Av(dB)

f(hz)1 10 100 1k 10k 100k 1M 10M

20

40

60

80

100

a b

c

Gradien -6 dB/oktaf

22

SIFAT & BESARAN DASAR OP-AMP (4)• Tanggapan aplitudo Op-amp tanpa kompensasi dalam bergantung pd

rangkaian kompensasi luar.• 748 adalah IC yg identik dg 741 tanpa kompensasi kutub pada transistor

keluarannya.• Keuntungan op-amp dg Ck diluar:

Pd Av > dpt diperoleh frekuensi potong yg lebih tinggi.Av

(dB)

f(hz)1 10 100 1k 10k 100k 1M 10M

20

40

60

80

100

Vo

5M

748

25k

15

2

3

6

-Vcc

4

+Vcc7

10M

Ck

8

23


3. Laju Belok (slew rate)• Sifat terhadap perubahan

signal yg besar: square wave atau impulse.

• Laju belok 741 adalah 0,5 V/µs.• Laju belok disebabkan oleh

proses pengisian dan pengosongan Ck.

• Jika Ck <<, maka laju belok >>.

4. Impendansi masukan & keluaran

• Idealnya: Ri,lb = ∞ dan Ri,lt = 0.• Pd 741: Ri,lb = 1 MΩ dan Ri,lt =

75 Ω.

• Impendansi masukan• Ri.diferensial.• Ri.common mode.

Vo

Rf

R1a

Ri d

Vi

c

Ri c

b

R i c

ii ic

id

24

SIFAT & BESARAN DASAR OP-AMP (6)• Analisa rangkaian

Selanjutnya:lb.id

abd R

Vi =

lt.v

lb.vlb.id

i

lb.vlb.id

od

AA.R

VA.R

Vi ==

ef.id

id R

Vi =ef.idici

i

i

ef.id

i

ic

ii

dci

R1

R1

Vi

R1

RV

RVi

iii

+==

+=

+=

ef.idici R//RR =

• Rid.ef ≅ Ri dilihat dari masukan diferensial a dan b:

• Open loop : Rid.ef = Rid.lb

• Closed loop : Rid.lt ≅ Ric

• Biasanya : Ric >> Rid.lb

25

SIFAT & BESARAN DASAR OP-AMP (7)• Impendansi Keluaran

–Ro.lt < Ro.lb

–Untuk menentukan Ro, dipasang sumber tegangan khayal pada outlet (Vo).

–Analisa rangkaian:

sehingga:

Maka,

RfR1

Ri dVoi1

io

i2

lb.o

lt.v

olb.v

lb.o

idlb.v1

lb.o

lb.o1

RAV.A

RV.Ai

RVi

==

=

f1

o

lb.o

lt.v

olb.v

o

21o

RRV

RAV.A

i

iii

++=

+=

( )f1lb.v

lt.vlb.oo

f1

lb.v

lt.vlb.o

o

o

o

RR//AARR

RR1

AAR

1Vi

R1

+=

++==

lb.v

lt.vlb.oo A

ARR ≅

26

PENGUAT DIF. MENGGUNAKAN OP-AMP (1)• Umum dipakai dalam

Instrumentasi dan aplikasi industri.

• Menguatkan perbedaan antara 2 signal masukkan.

• Dipilih karena:– CMRR >>, menolak noise

tegangan lebih baik dari pada single input.

– Impendansi masukkan yang dapat diseimbangkan.

1. Penguat Dif. 1 Op-amp

V1Vo

Rf

R1

V2

R2

Va

R3

R1 = R2; R3 = RF

Penguatannya:

1RR

VVA f

id

oV −==

27

PENGUAT DIF. MENGGUNAKAN OP-AMP (2)• Impendansi masukkan

– Mis, V2=0Ri1 ≅ R1

– Mis, V1=0 Ri2 ≅ (R2 + R3)

• Ri1 ≠ Ri2 • Solusi:

R1;R2 dan R3 harus >>> Rs, sehingga pembebanan karena sumber signal tidak terjadi.

2. Penguat Dif. 2 Op-amp• Meningkatkan Av

• Meningkatkan Ri

• R1= R3 ; R2= Rf

R3

R2

a

V2

Vo

Rf

R1

V1

A1

A21

1RR

VVA f

id

oV +==

• Impendansi masukkan pada A1:

• Impendasi masukkan pada A2:

•

+

+=32

211 1

RRRARR lt.lb.iA.i

+

+=f

lt.lb.iA.i RRRARR

1

122 1

12 A.iA.i RR ≠

28

PENGUAT DIF. MENGGUNAKAN OP-AMP (3)3. Penguat Dif. 3 Op-amp

• Kelebihan 2 jenis penguat dif. sebelumnya dapat digabungkan dalam satu penguat dif. yang:

•Penguatannya dapat diatur,• Impendansi masukkan >>>

• Kombinasi ini memerlukan 3 buah op-amp.

a

V1

A1

b

V2

A2

R4

R4

R5

Vo

Rf

R1

R2 R3

A3

Tahap 1 Tahap 2

R1 = R 2R3 = R f

29

PENGUAT DIF. MENGGUNAKAN OP-AMP (4)• Tahap 1:

Maka,

• Tahap 2: penguat dif. dgn penguatan,

• Penguatan total:

• Besarnya penguatan total dapat diset menggunakan R5.

• Tahap 1 berfungsi sebagai buffer.

• Impendansi masukkannya sama dengan impendansi masukkan tahap 1.

• Karena, maka, seimbang.

+

++=54

5411 2

1RRRRARR lt.lb.iA.i

+

++=54

5422 2

1RRRRARR lt.lb.iA.i

lt.lt. AA 21 =

21 A.iA.i RR =

ba VRR

RVRRRRV

54

41

54

542+

−++=

ab VRR

RVRRRRV

54

42

54

542+

−++=

idab VR

RRV5

542 +=

1RR

VV f

ab

o −=

id

ab

ab

o

id

ov V

VVV

VVA ==

+−=5

54

1

2R

RRRRA f

v

30

PENGUAT DIF. MENGGUNAKAN OP-AMP (5)• Modifikasi sederhana untuk memperoleh impendasi masukkan yang paling

besar adalah dengan mengganti rangkaian tahap 1 dengan rangkaian buffer.

• Impendansi masukkan:

• Penguatannya terbatas:

a

V1

A1

b

V2

A2

Vo

Rf

R1

R2 R3

A3

Tahap 1 Tahap 2

R1 = R 2R3 = R f

( )lblb.ii ARR += 1

1RR

VVA f

id

ov −==

31

PENGUAT DIF. MENGGUNAKAN OP-AMP (6)• Impendansi keluaran ketiga jenis penguat diferensial di atas

sama, yaitu:

dimana nilai Ro.lb dan Alb ada di datasheet op-amp.• Bandwidth penguat diferensial juga bergantung dari penguat

loop tertutupnya:

dimana fo adalah frekuensi potong loop terbuka pada saat Ao = 1 = 0 dB (ada di datasheet).

lt

lb

lb.oo

AA

RR+

=1

lt

olbF A

f.Af =

32

APLIKASI UMUM OP-AMP: IC LINEAR (1)

1.Penguat DC & AC– Sifat penguat loop tertutup

bergantung pada komponen balikannya dan bukan pada sifat IC op-amp.

– Hal ini lbh menguntungkan: •Akurasi rangkaian;•Stabilitas rangkaian.

– Didukung oleh resistor dan kapasitor presisi tinggi –sebagai komponen balikan.

– Dapat menguatkan signal DC dan AC:

•Inverting;•Non-inverting;•Differential.

a.Penguat DC• Yang harus diperhatikan adalah

tegangan offset keluaran (Vo.of) HARUS betul-betul NOL.

• Penambahan rangkaian kompensasi offset nol adalah keharusan MUTLAK.

a.Penguat AC• Bentuk rangkaiannya sama

dengan penguat DC.• Penambahan kapasitor:

Respon AC dg bandwidth-nya;Menahan DC yg ikut masuk;Sebagai kopling antar bagian.

33


• Fungsi kapasitor Ci tidak saja me-blok tegangan DC, tetapi juga menentukan batas bawah frekuensi potong pada perhitungan bandwidth.

• Impendasi kapasitor pada rangkaian adalah Rif

Vo

Rf

R1 a

Rom

7412

3

6

Ci

VinRo

- (Rf/R1) Vin

VoRf

R1

Rom

7412

3

6Ci

Vin

Ro (1 + Rf/R1) Vin

34

APLIKASI UMUM OP-AMP: IC LINEAR (3)• Perhitungan bandwidth

frekuensi:– Batas bawah:

Rif = Impendansi masukkanRo = Impendansi keluaran AC

(sumber sinyal)– Batas atas:

UGB ≡ Unity Gain Bandwidth, frekuensi potong untuk penguatan = 1 = 0 dB.

– Bandwidth:

2.Penguat AC + Catudaya tunggal– Pemberian catudaya dapat

dilakukan dengan menambahkan kapasitor kopling (Co) lain pada keluaran penguat AC.

– Co berfungsi memblok level DC, Vo.of dan level DC yang ada pada sinyal keluaran.

– Selain itu ada rangkaian pembagi tegangan DC pada pin non-inverting, sehingga keluarannya dapat mengayun secara simetris, untuk itu dibuat R2 = R3.

( )oifiL RRC

f+π

=2

1

( )( )F

F

FH RR

RA

UGBf+

=1

LH fff −=

35


Vo

Rf

R1

R3

7412

3

Vo’

Ci

VinRo

Co

R2Vcc

VoRf

R1

R3

7412

3

Vo’Ci

Vin

Ro

Co

R2

Vcc 0

Vcc / 2

Vo’

Vcc / 2Vo

0

t

Vin

0

Vcc / 2Vo

0

0

Vcc / 2

Vo’

36


3.Penguat Instrumentasi– Sistem instrumentasi dipakai

mengukur sinyal keluaran transducer.

– Penguat instrumentasi menguatkan sinyal keluaran transducer sehingga dapat diolah lebih lanjut.

– Penguat instrumentasi dibangun dari penguat diferensial 3 Op-amp.

– Umumnya, sistem instrumentasi menggunakan transducer dalam rangkaian jembatan (wheatstone).

Pada kondisi setimbang:

Kondisi setimbang ditentukan sebagai kondisi referensi.

ab VV =

TA

A

CB

B

RRV.R

RRV.R

+=

+

A

T

B

C

RR

RR =

RA

RB

RC

RT

V a

b

37

APLIKASI UMUM OP-AMP: IC LINEAR (6)4.Penguat masukan diferensial-

keluaran diferensial• Op-amp sebagai penguat

diferensial biasa mempunyai keluaran tunggal.

• Pada prakteknya diperlukan juga keluaran diferensial.

• Pre-amp:

• Dengan teori superposisi:

• Sehingga:

• Pre-amp sangat berguna pada lingkungan “noisy”, terutama saat sinyal masukan relatif kecil.

• Menolak tegangan noise mode bersama.V2

V1

R1

R1

Rf

Rf

Vo1

Vo2

11

21

2

21

11

1

1

1

VRRV

RRV

VRRV

RRV

ffo

ffo

−

+=

−

+=

( )

if

o

fo

ooo

VRRV

VVRRV

VVV

+=

−

+=

−=

1

211

21

21

21

38

APLIKASI UMUM OP-AMP: IC LINEAR (7)5.Konverter V-I (floating load)

- Penguat balikan negatif arus seri.- Tegangan balikan di R1

bergantung dari arus keluaran dan terpasang seri dengan tegangan masukan.

• Vin dikonversi jadi io oleh adanya komponen R1.

• Dapat dipakai sebagai voltmeter AC & DC tegangan rendah.

io

RL

R1 Vfc

Vin

io

io

Vid

oin

fidin

iRVVVV

10 +=+=

1RVi in

o =

39

APLIKASI UMUM OP-AMP: IC LINEAR (8)a.Voltmeter DC tegangan rendah

– Menggunakan rangkaian konverter V-I tegangan rendah.

– Mengganti RL menjadi amperemeter.

– Simpangan maksimum 1 mA.

Rangkaian kompensator

- Tahanan thevenin rangkaian kompensator: Rk ≅ 10 Ω.

- Switch pada x1:R1 = 10 + 1 k ≅ 1 k Ω

- Bila Vin = 1 V, maka:

Vin

2 k x2

10 k x3

13 k x4

1 k x1

10

15 k5 k

+ Vcc

- Vcc

A (1mA)

mAkV

RVi in

o 111

1

=Ω

≅=

40

APLIKASI UMUM OP-AMP: IC LINEAR (9)b. Voltmeter AC tegangan rendah

- Ampere meter hanya dapat dipakai untuk tegangan DC.

- Diperlukan rangkaian penyearah sebelum ampere meter.

• Kuat arus yang ditampilkan oleh ampere meter adalah:

• Vin ≡ Vrms.AC

1

90R

V,i ino =

2 k x2

4,7 k x3

6,8 k x4

1 k x1A (1mA)

Vin

41

APLIKASI UMUM OP-AMP: IC LINEAR (10)6.Konverter I – V

- Penguat inverting dapat berlaku sebagai konverter I – V.

- Jika kombinasi Vin dan R1 diganti oleh sebuah sumber arus iin, tegangan keluarannya sebanding dengan kuat arus masukan.

Vo ≈ iin- Aplikasi:

• Digital – Analog Converter (DAC)• Transduser arus dari

fotodetektor.

VinVo

Rf

R1 a

b

iin

iin

fino

fin

o

f

in

o

RiV

RRVV

RR

VV

−=

−=

−=

1

1

0== ba VV

Vo = - iin Rf

Rf

a

b

iin

iin

42

APLIKASI UMUM OP-AMP: IC LINEAR (11)a.DAC menggunakan I–V Conveter

– MC1408: DAC dgn keluaran io yang sesuai dgn masukan data 8 bit.

- Artinya:• Io = 0 ; Do, …, D7 = 0• Io ≡ max ; Do, …, D7 = 1

- Selanjutnya, io dirubah menjadi besaran tegangan yang sesuai dg memilih Rf yang cocok.

Vo = io Rf

Vo = io Rf

Rf

MC1408

56789101112

14

4

D7

D0

CR1

Vref

741io

io

+++++++=

25612864321684201234567

1

DDDDDDDDRVi ref

o

43

APLIKASI UMUM OP-AMP: IC LINEAR (12)b. Fotodetektor menggunakan I-V

konverter- Semua fotodetektor menghasilkan

arus listrik.- Arus listrik diubah menjadi tegangan

untuk mengetahui besarnya energi cahaya yang ditangkap.

- CL505L: fotosel,- Rmin = 1,5 kΩ; cahaya 0,61 lux.- Rmax = 100 kΩ; gelap.- Tegangan kerja = 10 V.- Suhu kerja = -50oC – 75oC.

- Tegangan keluaran,Vo = io Rf

- Untuk RT ≡ tahanan fotosel, maka:

Vo = io Rf

Rf

C

741CL5050LVDC

io T

DCo R

Vi =

44

APLIKASI UMUM OP-AMP: IC LINEAR (13)7. Integrator

- Rangkaian dengan keluaran berupa integral masukan.

- Berasal dari penguat inverting dengan mengganti tahanan feedback menjadi kapasitor feedback.

- Pada titik b,iin = ic + ib

karena ib = 0, maka iin = ic

- Sehingga,

diintegralkan,

Vo

b

a

Cf

741R1

Vin

iin

ib

ic

dtdVCi C

fin =( )

dtVVdC

RVV ob

fbin −=−

1 ( )dt

VdCRV o

fin −=1

( )∫∫

−=t

of

t

in dt.dt

VdCdt.VR 001

1

( ) 001

1=+−=∫ t,oof

t

in VVCdt.VR

Cdt.VC.R

Vt

inf

o +−= ∫01

1

45

APLIKASI UMUM OP-AMP: IC LINEAR (14)- Prakteknya, bersama Cf dipasang Rf:

- Mengurangi error keluaran.- Membatasi penguatan frek rendah.- Memperkecil variasi teg keluaran.

- Bila Vin=0, Cf terisi oleh Vi.of yang mempengaruhi keluaran.

- Respon frekuensi integrator:

- Dengan penambahan Rf, penguatannya konstan untuk frekuensi kurang dari fa.

Vo

Cf

741

R1

Vin

Rf

Av (dB)

f(hz)1 10 100 1k 10k 100k 1M 10M

20

40

60

80

100 BasicIntegrator

IdealPracticalIntegrator

fbfa

46

APLIKASI UMUM OP-AMP: IC LINEAR (15)- fb : frekuensi saat A=1=0 dB.

ffb CRf

π=

21

47

FILTER AKTIF & OSCILATOR (1)

1. Filter AktifDefinisi:

Rangkaian filter yang menggunakan komponen aktif (Op-Amp).

Kelebihan:•Fleksibilitas penguatan dan frekuensi•Tidak membebani•Ekonomis

Jenis-jenis filter:•Butterworth (flat-flat)•Chebyshev (ripple-flat)•Cauer (ripple-ripple)

a.Orde 1 Low-pass Filter (LPF)

Vo

Rf

R1351

2

3

6

CV in R

48


Respon amplitudo: Penguatan frekuensi yang lolos:

Dengan frekuensi potong:

Dan tegangan keluarannya:

Av (dB)

f(hz)fH

Af

0,707Af

ResponIdeal

-20 dB/dekade

0

11

RR

A ff +=

CRfH ..2

1π

=

21

+

==

H

f

in

oV

ff

AVVA

49


Langkah mendisain 1st order LPF:1. Menentukan frekuensi

potong, fH.2. Memilih nilai kapasitor,

C≤1µF.3. Menghitung nilai tahanan,

4. Menentukan R1 dan Rf sesuai dengan penguatan frekuensi lolos yang diinginkan,

Frequency scalling:• Proses perubahan frekuensi

potong, fH, menjadi yang baru, f’H.• Mengalikan nilai R atau C dengan

perbandingan frekuensi potong asal dan yang baru.

atau

• Nilai R’ atau C’ yang baru terkadang tidak standar.

• Biasanya nilai kapasitor selalu tetap sedangkan nilai tahanan diperoleh dengan menggunakan variabel resistor.

CfR

H ..21

π=

11

RR

A ff +=

H

H

ffRR'

' =H

H

ffCC'

' =

50


b.Orde 2 LPF

• Respon: –40dB/dekade• Orde lebih tinggi dapat

didisain berdasarkan orde 2

Av (dB)

f(hz)fH

Af

0,707Af

ResponIdeal

-40 dB/dekade

0

Vo

R13 5 1

2

3

6

C2V in R2

Rf

C3

R3

51

FILTER AKTIF & OSCILATOR (5)Langkah mendisain 2nd order

LPF:1. Menentukan frekuensi potong,

fH.2. Menentukan nilai-nilai

komponen yang sama (agar lebih mudah),

• R2 = R3 = R• C2 = C3 = Clalu menetukan nilai kapasitor, C≤1µF

3. Menghitung nilai tahanan.4. Karena R2=R3 dan C2=C3,

maka Af=1,586 atau Rf= 0,586R1. Nilai ini dimaksudkan agar diperoleh respon orde 2. Karena itu dipilih R1≤100kΩ, sehingga Rf dapat dihitung.

Penguatan frekuensi lolosnya:

Frekuensi potongnya:

Penguatan tegangannya:

586,111

=+=RR

A ff

323221

CCRRfH

π=

41

+

==

H

f

in

oV

ff

AVVA

52


c.1st Order HPF

Vo

Rf

R1351

2

3

6

CV in R

Av (dB)

f(hz)fL

Af

0,707Af

20 dB/dekade

0

53


d. 2nd order HPF:Penguatan frekuensi lolosnya:



11

RR

A ff +=

CRfL ..2

1π

=

21

+

==

L

Lf

in

oV

ff

ffA

VVA

Vo

R13 5 1

2

3

6C2

V in R2

Rf

C3

R3

54

FILTER AKTIF & OSCILATOR (8)Penguatan frekuensi lolosnya:



586,111

=+=RR

A ff

323221

CCRRfL

π=

41

+

==

ff

AVVA

L

f

in

oV

A v (dB )

f(hz)fL

Af

0,707Af

40 dB /dekade

0

55

FILTER AKTIF & OSCILATOR (9)• W-BPF

– Dibuat dengan menggabungkan LPF dan HPF.

– Orde W-BPF bergantung dari orde LPF dan HPF.

• N-BPF– Hanya memakai 1 buah op-amp.– Memiliki 2 jalur balikan (multiple-

feedback filter).– Menggunakan modus inverting.– Dibuat khusus untuk meloloskan

pada frekuensi tertentu (fc)

e.BPF (Band Pass Filter)• Dibuat dengan menggabungkan LPF

dan HPF.• Syaratnya:

• Quality factor:

untuk frekuensi tengah:

• Jenis-jenis BPF: Wide BPF (Q<10) Narrow BPF (Q>10)

LH

CC

fff

BWfQ

−==

LH ff ⟩

LHC fff .=

56


- Untuk memudahkan perancangan dipilih: C1=C2=C

- Sehingga:

fC ACfQR

...21 π=

Vo

C2

741/351

R1

Vin

R3C1

R2

R3

( )fC AQCfQR

−= 22 2..2π

CfQRC ..3 π

=

- Dan penguatan pada frekuensi lolos:syarat:

- Mudah mengganti Frequency scaling tanpa merubah Af dan BW dengan mengganti R2 menjadi variabel resistor:

1

3

2RRA f = 22QA f ⟨

2

'2'2

=

C

C

ffRR

57

FILTER AKTIF & OSCILATOR (11)e.BRF (Band Reject Filter)

• Band Stop Filter atau Band Elimination Filter

• Jenis-jenis BRF: Wide BRF (Q<10) Narrow BRF / Notch Filter (Q>10)

• W-BRFo Dibuat dengan menjumlahkan

LPF dengan HPF menggunakan penguat menjumlah dengan ketentuan:

o A1=A2 dan penguatan penjumlah adalah 1

o Frekuensi tengah:

LH ff ⟨

LHC fff .=

Rf

R1A1

2

3

6

C R

R’fR’1

A22

3

6

C’

Vin

R’

Vo

R4

R3 a

Rom

R2

Av (dB)

f(hz)fH

Af

0,707Af

0

Pass-band Pass-bandRejectband

fLfC

58

FILTER AKTIF & OSCILATOR (12)• N-BRF

o Sering disebut notch filter, biasa dipakai untuk menolak satu frekuensi.

o Banyak digunakan dalam instrumen komunikasi dan biomedic untuk menghilangkan dengung frekuensi PLN pada 60Hz

o Yang umumnya dipakai: Rangkaian Twin-T, filter pasif yang dibuat dari 2 rangkaian berbentuk T.

o Rangkaian I: dari 2 R dan 1 C.o Rangkaian II: dari 2 C dan 1 R.o Kelemahan: harga Q rendah.o Solusi: menambahkan buffer.o Frekuensi notch-out adalah frekuensi

dengan penguatan maksimum, yaitu:

CRfN ..2

1π

=

Av (dB)

f(hz)fH

Af

0,707Af

0 fLfN

R R

C C

2 C2 R

V in 7 4 1 /3 5 1 V o

59

FILTER AKTIF & OSCILATOR (13)e.All-pass Filter

• Meloloskan semua frekuensi masukan tanpa peguatan.

• Menggeser fasa untuk untuk frekuensi masukan yang berbeda.

• Jika sinyal dikirimkan melalui jalur transmisi sering berubah fasa.

• Disebut juga delay equalizers atau phase correctors.

• Penguatannya:

• Pergeseran fasa antara masukan dan keluaran:

fRCjfRCj

vv

i

o

ππ

2121

+−=

( )fRCπφ 2tan2 1−−=

Rf

R1741/351

2

3

6

C’R’

VinVo

t

V

0

φ

VinVo

60

SISTEM DAN KODE-KODE BILANGAN (1)1.Kode-kode Bilangan

•Apapun kode bilangan yang dipakai, ekivalensi kuncinya,

°Decimal (basis 10)°Biner (basis 2)°Hexadecimal (basis 16)°Binery Coded Deciamal°ASCII

•Rangkaian elektronika dapat dirancang untuk bekerja pada dua keadaan, sehingga dapat mengolah data.

•Transistor: pemeran utama elektronika digital.

°Desain operasi saturasi°Operasi cut-off.°Bebas pengaruh suhu dan variasi transistor.

1 kΩ 1 kΩ 1 kΩ 1 kΩ

1 0 kΩ 1 0 kΩ 1 0 kΩ 1 0 kΩ

0 V 0 V + 5 V + 5 V

0 V 0 V+ 5 V+ 5 V

+ 5 V

•Register Transistor

2.Biner• Rendah vs tinggi = 0 vs 1• Double-dabble• Konversi biner-desimal

61

SISTEM DAN KODE-KODE BILANGAN (2)3.Heksadesimal

• Lebih singkat dari biner.• Digunakan luas pada µP.• Konversi heksa-biner.• Konversi heksa-desimal.

4.BCD• Nibble: string 4 bit.• Setiap digit desimal dikodekan

dgn satu nibble.• Berguna untuk konversi data

desimal masuk atau keluar sistem digital.

• Contoh: kalkulator, alat ukur digital.

• Komputer BCD vs komputer biner

5.ASCII• American Standard Code for

Information Interchange.• Kode biner dari angka, abjad

dan simbol-simbol lain.• Kode alfanumerik untuk unit

I/O dari komputer.

Documents

Elektronika-II