MODUL 09
PENGUAT OPERATIONAL
(OPERATIONAL AMPLIFIER)
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA TA 2017/2018
LABORATORIUM ELEKTRONIKA & INSTRUMENTASI
PROGRAM STUDI FISIKA, INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
Riwayat Revisi Rev.
07-06-2017 0
03-08-2017 1
16-09-2017 2
1 TUJUAN
Memahami prinsip kerja Operational Amplifier
Memahami cara pengenolan offset pada IC-741
Memahami berbagai aplikasi Operational Amplifier
2 PERSIAPAN
Datasheet Operational Amplifier (Op-Amp) dengan tipe UA741CP dan LM358P
Rangkaian penguat inverting dan non-inverting menggunakan Op-Amp
Rangkaian integrator dan differensiator menggunakan Op-Amp
Rangkaian komparator menggunakan Op-Amp
3 PERALATAN PRAKTIKUM
Osiloskop 1 buah
Signal generator 1 buah
Catu daya analog 1 buah
Catu daya digital 1 buah
Multimeter 1 buah
Resistor Secukupnya
Kapasitor Secukupnya
Op-Amp UA741CP dan LM358P 1 buah
Kabel jumper Secukupnya
4 DASAR TEORI
Operational Amplifier (Op-Amp) adalah salah satu komponen elektronika yang terdiri dari
resistor, dioda, dan transistor yang membentuk sebuah IC (Integrated Circuit) linier. Prinsip kerja
dari Operational Amplifier adalah differential amplifier yang mana menguatkan beda tegangan di
antara dua kaki masukan. Operational Amplifier pada dasarnya digunakan sebagai penguat yang
menggunakan feedback eksternal seperti resistor dan kapasitor diantara kaki output dan input.
Komponen feedback ini menentukan fungsi dari penguatan dan dengan memvariasikan konfigurasi
resistor, kapasitor, atau keduanya pada komponen feedback akan menghasilkan penguatan yang
berbeda.
Gambar 1. Lambang Op-Amp pada rangkaian [1]
Rangkaian Op-Amp biasa dilambangkan seperti gambar di atas. Terminal yang terdapat
pada simbol Op-Amp antara lain
a. Input non-inverting
b. Input inverting
c. Sumber daya positif (+VCC)
d. Sumber daya negatif (-Vee)
e. Output
Agar dapat memahami prinsip kerja dari Op-Amp terlebih dahulu mengetahui beberapa
sifat Op-Amp ideal yaitu
1. Penguat lingkar terbuka (AVO) tak hingga.
2. Hambatan keluaran lingkar terbuka (Ro,ol) nol.
3. Hambatan masukan lingkar terbuka (Ri,ol) tak hingga
4. Lebar pita (bandwith) tak hingga.
5. Common Mode Rejetion Ratio (CMRR) tak hingga.
Pada praktikum ini menggunakan op-amp tipe 741 dan tipe 358. Di bawah ini merupakan
gambar kaki – kaki dari Op-amp tipe 741 pada umumnya
Gambar 2. Kaki-kaki Op-Amp LM-741[1]
Ada jenis rangkaian yang akan diuji coba menggunakan Op-Amp yaitu rangkaian penguat,
differensiator, integrator, dan komparator. Penjelasan rangkaian tersebut dapat dilihat pada bagian
berikut
1. Penguat inverting
Penguat ini menggunakan kaki inverting sebagai masukan dari rangkaian. Sifat keluaran dari
penguat ini yaitu berlawan fasa dengan masukan dan dikuatkan. Rangkaian dari penguat inverting
dapat dilihat pada gambar 3.
Persamaan penguatan dari rangkaian tersebut
yaitu
𝑉𝑜𝑢𝑡 = −𝑅𝑓
𝑅1𝑉𝑖𝑛 (1)
Gambar 3. Rangkaian penguat inverting
2. Penguat non-inverting
Penguat ini menggunakan kaki inverting sebagai masukan dari rangkaian. Sifat keluaran dari
penguat ini yaitu sama fasa dengan masukan dan dikuatkan. Rangkaian dari penguat inverting
dapat dilihat pada gambar 4.
Persamaan penguatan dari rangkaian tersebut
yaitu
𝑉𝑜𝑢𝑡 = (1 +𝑅𝑓
𝑅1) 𝑉𝑖𝑛 (2)
Gambar 4. Rangkaian penguat non-inverting
3. Integrator
Rangkaian integrator memiliki keluaran yang sama dengan keluaran rangkaian tapis lolos rendah.
Keluaran dari rangkaian ini merupakan integral dari masukan. Rangkaian integrator dapat dilihat
pada gambar 5.
Persamaan penguatan dari rangkaian tersebut
yaitu
𝑉𝑜𝑢𝑡 = −1
𝑅𝑖𝑛𝐶∫ 𝑉𝑖𝑛
𝑡
0 (3)
Gambar 5. Rangkaian integrator
4. Differensiator
Rangkaian differensiator memiliki keluaran yang sama dengan keluaran rangkaian tapis lolos
tinggi. Keluaran dari rangkaian ini merupakan differensial dari masukan. Rangkaian differensiator
dapat dilihat pada gambar 6.
Persamaan penguatan dari rangkaian tersebut
yaitu
𝑉𝑜𝑢𝑡 = −𝑅𝑓𝐶𝑑𝑉𝑖𝑛
𝑑𝑡 (4)
Gambar 6. Rangkaian differensiator
Rangkaian integrator dan differensiator dapat digunakan sebagai filter aktif. Pada rangkaian filter
dikenal istilah frekuensi potong yang dapat dihitung dengan persamaan
𝑓𝑐 =1
2𝜋𝑅𝐶 (5)
5. Komparator
Rangkaian komparator merupakan aplikasi Op-Amp yang mana rangkaian tersebut berada dalam
keadaan loop terbuka dan tidak linear. Keluaran dari rangkaian ini tidak berbanding lurus dengan
masukan. Keluaran berupa +VCC / -VCC atau High/Low.
Gambar 7. Rangkaian Komparator noninverting (gambar kiri) dan komparator inverting (gambar kiri)
5 TUGAS PENDAHULUAN
1. Jelaskan tentang “Golden Rule” pada Operational Amplifier! [5]
2. Gambarkan lambang Op-Amp pada rangkaian dan jelaskan fungsi dari kaki-kaki pada
lambang tersebut! [15]
3. Apakah yang dimaksud dengan Common Mode Rejection Ratio (CMRR) dan bagaimana
persamaannya? [20]
4. Apakah perbedaan dari Op-Amp tipe 741 dengan tipe 358? Gambarkan kaki-kaki LM358!
[20]
5. Apa sifat dari keluaran jika tegangan masukan diberikan di kaki inverting dan non-
inverting? Turunkan persamaan penguatan pada penguat inverting dan non-inverting! [20]
6. Buat simulasi di Proteus untuk rangkaian berikut :
a. Integrator [10]
b. Differensiator [10]
Sertakan gambar rangkaian pada simulasi dan sinyal input dan outputnya.
6 LANGKAH PERCOBAAN
a. Pengenolan Offset
Buat rangkaian inverting seperti pada gambar 3 dengan menggunakan op amp
UA741CP
Hubungkan terminal masukan dengan ground
Berikan catu daya pada +VCC dan –VEE, yaitu +12V dan -12V
Hubungkan terminal keluaran dengan multimeter
Catat tegangan keluaran pada terminal output
Hubungkan ujung kaki potensiometer 100 kΩ pada kaki 1 dan 5 serta kaki tengah
potensiometer ke -VEE.
Atur potensiometer sampai menghasilkan tegangan keluaran mendekati nol
Catat pada tegangan keluaran setelah pengaturan potensiometer.
b. Rangkaian penguat inverting
Gunakan rangkaian percobaan pengenolan offset
Tambahkan hambatan sesuai dengan keinginan kalian sehingga menghasilkan
penguatan antara 2 – 6 kali.
Hubungkan kaki masukan dan keluaran rangkaian pada osiloskop untuk melihat
sinyal masukan dan keluaran.
Beri tegangan masukan yang berupa sinusoidal melalui signal generator.
Ukur tegangan keluaran menggunakan multimeter.
Amati pula perbedaan tegangan masukan dan keluaran pada osiloskop.
Variasikan tegangan masukan Vpp = 0 sampai 5 Volt dengan rentang 0.5 Volt. Catat
data tegangan masukan dan keluar an. Ambil lima gambar osiloskop untuk
dilampirkan pada laporan
Plot tegangan keluaran terhadap tegangan masukan. Lakukan regresi linear untuk
mendapatkan besar penguatan.
c. Rangkaian penguat non-inverting
Rekayasakan sinyal masukan sehingga sinyal berada pada rentang positif (dengan
menggunakan rangkaian clamper).
Gambar 8. Rangkaian clamper yang digunakan
Buat rangkaian seperti pada gambar 4 dengan menggunakan LM358N dengan
sinyal input berasal dari keluaran rangkaian clamper.
Sumber daya masukan OP-Amp adalah +18V.
Tambahkan hambatan sesuai dengan keinginan kalian sehingga menghasilkan
penguatan antara 2 – 6 kali.
Hubungkan kaki masukan dan keluaran rangkaian pada osiloskop untuk melihat
sinyal masukan dan keluaran.
Ukur tegangan keluaran menggunakan multimeter.
Amati pula perbedaan tegangan masukan dan keluaran pada osiloskop.
Variasikan tegangan masukan Vpp = 0 sampai 3.5 Volt dengan rentang 0.25 Volt.
Catat data tegangan masukan dan keluaran. Ambil lima gambar osiloskop untuk
dilampirkan pada laporan.
Plot tegangan keluaran terhadap tegangan masukan. Lakukan regresi linear untuk
mendapatkan besar penguatan.
d. Rangkaian integrator
Buat rangkaian seperti pada gambar 5 dengan menggunakan UA741CP.
Sumber daya masukan pada +Vcc dan –Vee, yaitu +12V dan -12V.
Hubungkan kaki masukan dan keluaran rangkaian pada osiloskop untuk melihat
sinyal masukan dan keluaran.
Beri tegangan masukan yang berupa sinyal kotak melalui signal generator. (Vpp =
5 Volt)
Amati bentuk sinyal masukan dan keluaran pada osiloskop.
Variasikan frekuensi masukan di bawah, di atas, dan pada frekuensi potong melalui
signal generator.
Ambil gambar masukan dan keluaran pada osiloskop.
e. Rangkaian differensiator
Buat rangkaian seperti pada gambar 6 dengan menggunakan UA741CP.
Sumber daya masukan pada +Vcc dan –Vee, yaitu +12V dan -12V.
Hubungkan kaki masukan dan keluaran rangkaian pada osiloskop untuk melihat
sinyal masukan dan keluaran.
Beri tegangan masukan yang berupa sinyal kotak melalui signal generator. (Vpp =
5 Volt)
Amati bentuk sinyal masukan dan keluaran pada osiloskop.
Variasikan frekuensi masukan di bawah, di atas, dan pada frekuensi potong melalui
signal generator.
Ambil gambar masukan dan keluaran pada osiloskop.
f. Rangkaian komparator
Buat rangkaian seperti pada gambar 7 dengan menggunakan UA741CP.
Sumber daya masukan pada +Vcc dan –Vee, yaitu +5V dan -5V.
Berikan nilai tegangan referensi (Vref) sebesar 2.5V.
Berikan sinyal masukan dengan bentuk segitiga.dengan Vpp = 10 V.
Amati dan ambil gambar sinyal keluaran pada osiloskop.
7 TUGAS LAPORAN
1. Mengapa pengenolan offset diperlukan pada LM741?
2. Jelaskan bagaimana proses penguatan pada rangkaian inverting dan non-inverting
(dijelaskan dengan analisis aliran arus dan tegangan pada Op-Amp).
3. Bandingkan hasil pengamatan dengan hasil perhitungan! Analisis hasil sinyal keluaran
pada osiloskop pada penguat inverting dan non-inverting!
4. Apakah pengaruh sumber daya Op-Amp terhadap hasil penguatan inverting dan non-
inverting? (misal: sumber daya Op-Amp diberi sumber daya +5V dan -5V).
5. Analisis sinyal keluaran pada osiloskop beserta tegangan keluaran ketika frekuensi
masukan dibawah, diatas, dan pada frekuensi potong!
6. Jelaskan bagaimana prinsip kerja rangkaian komparator!
7. Analisis sinyal masukan dan keluaran pada rangkaian komparator pada percobaan!
8. Cak Andi memiliki sebuah perusahaan yang bergerak di bidang instrumentasi. Minggu ini
beliau mendapat sebuah proyek membuat sebuah alat untuk mendeteksi level sebuah tangki
tertutup. Sensor yang digunakan memiliki keluaran -10 Volt sampai 10 Volt. Cak Andi
meminta membuat keluaran sensor tersebut menjadi rentang 0 – 2.5 Volt. Dengan
menggunakan Proteus, desainlah rangkaian untuk mengubah sinyal keluaran sensor
menjadi seperti yang diiginkan Cak Andi. Berikan alasan kenapa Anda memilih rangkaian
tersebut (bisa dengan perhitungan matematis) dan tunjukkan tegangan masukan dan
keluaran dalam sebuah tabel (rentang 1 Volt). (Hint : gunakan rangkaian penguat
differensial. Dapat dilihat di web berikut : http://www.electronics-
tutorials.ws/opamp/opamp_5.html)
7 REFERENSI
[1] Floyd, Thomas & David M. Buchla. Fundamentals Of Analog Circuit. 2nd edition. Yuba
College: Ohio.
[2] Malvino, Albert.2007.Electronic Principles.McGrawHill:New York
[3] http://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_1.html
[4] http://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_6.html
[5] http://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_7.html
7 LOG AKTIVITAS
Nama :
NIM :
Shift :
Percobaan Pengenolan Offset
Data tegangan sebelum dan sesudah adjustment
Sebelum adjustment (V) Setelah adjustment (V)
Percobaan Penguat Inverting
Data tegangan masukan dan keluaran
No Tegangan input(Volt) Tegangan Output (Volt)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Gambar sinyal input dan output pada penguat inverting
Percobaan Penguat non-Inverting
Data tegangan masukan dan keluaran
No Tegangan input(Volt) Tegangan Output (Volt)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Gambar sinyal input dan output pada penguat non-inverting
Percobaan Integrator
Data tegangan input dan output pada frekuensi tertentu pada rangkaian integrator
Frekuensi potong = Hz
No Frekuensi input
(Hz)
Tegangan input
Vpp (Volt)
Tegangan output
Vpp (Volt) Gambar
1
2
3
Percobaan Differensiator
Data tegangan input dan output pada frekuensi tertentu pada rangkaian differensiator
Frekuensi potong = Hz
No Frekuensi input
(Hz)
Tegangan input
(Volt)
Tegangan output
(Volt) Gambar
1
2
3
Percobaan Komparator
Gambar sinyal input dan output pada
rangkaian komparator inverting
Gambar sinyal input dan output pada
rangkaian komparator non-inverting
12