Menjelaskan konsep rangkaian dasar penguat operasional ... - SKP

MenjelaskanPertemuan KeAlokasi Waktu::17-202 x 45 menitTujuan Pembelajaran :Setelah pembelajaran diharapkan siswa mampu :§ Menjelaskan kinerja op-amp dalam rangkaian elektronika§ Menjelaskan ciri-ciri penguat instrumentasi§ Menghitung besar penguatan pada penguat instrumentasi§ Menghitung besar tegangan output pada penguat instrumentasi§ Mengetahui kinerja rangkaian osilatorMateri Standar:Di dalam sistem kontrol sering kali keluaran dari sensor nilainya tidak sesuai yang diharapkan yaitu nilainyamudah untuk diolah. Oleh karena itu perlu adanya pengolah sinyal agar sinyal keluaran dari sensor dapat kitaolah terlebih dahulu agar keluarannya seperti yang diharapkan. Penguat operasional atau sering disebutop-amp merupakan komponen elektronika yang berfungsi untuk memperkuat sinyal arus searah (DC) maupunarus bolak-balik (AC). Pada prinsipnya penguat operasional hanya bekerja sebagai penguat sinyal bukanpenguat daya. Penguat operasional terdiri atas transistor, resistor dan kapasitor yang dirangkai dan dikemasdalam rangkaian terpadu (integrated circuit). Simbol op-amp ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Vinmerupakan masukan sinyal, Vout keluaran sinyal, A besar penguatan dan VCC sumber tegangan.Page 2

MenjelaskanDiferensiatorPenguat diferensiator ini menyediakan operasi matematik dan menghasilkan tegangan keluaran yangsebanding dengan kemiringan tegangan masukannya. Biasanya rangkaian ini digunakan untuk menghasilkankeluaran persegi dari masukan lereng.OsilatorMultivibrator merupakan osilator. Sedangkan osilator adalah rangkaian elektronika yang menghasilkanperubahan keadaan pada sinyal output. Osilator dapat menghasilkan clock / sinyal pewaktuan untuk sistemdigital seperti komputer. Osilator juga bisa menghasilkan frekuensi dari pemancar dan penerima radio.Multivibrator adalah suatu rangkaian yang terdiri dari dua buah piranti aktif dengan keluaran yang salingberhubungan dengan masukan yang lain. Umpan balik positif yang dihasilkan menyebabkan piranti yang satuharus di cut off, sedangkan piranti yang lain dipaksa melakukan penghantaran.Multivibrator dikelompokkan kedalam bistabil, monostabil dan astabil. Rangkaian multivibrator bistabilmemiliki ciri-ciri, bahwa rangkaian ini tetap berada pada tingkatan (level) keluaran yang diberikan apabilatidak dikenakan sinyal (trigger) dari luar. Penerapan sinyal dari luar akan menyebabkan perubahan keadaan,dan tingkat keluaran ini akan tetap sampai ada sinyal dari luar berikutnya. Jadi rangkaian bistabil memerlukandua sinyal sebelum kembali kekeadaan awal.Multivibrator monostabil atau one shot, menghasilkan satu pulsa dengan selang waktu tertentu dalammenanggapi suatu sinyal trigger dari luar. Ini berarti bahwa hanya satu saja keadan stabil. Penerapan triggermengakibatkan perubahan keadaan kuasi stabil, yang berarti bahwa rangkaian tetap berada pada keadaankuasistabil pada selang waktu yang ditentukan dan kemudian kembali kekeadaan awal. Akibatnya adalahsinyal trigger internal dibangkitkan yang menghasilkan transisi keadaan stabil.Multivibrator astabil atau free running adalah multivibrator yang memiliki dua keadaan kuasi stabil ( bukankeadaan stabil), dan kondisi rangkaian berosilasi diantaranya. Dalam hal ini tidak diperlukan sinyal triggerluar untuk menghasilkan perubahan keadaan. Karena sifat osilasi diantara dua keadaan ini, rangkaian astabildigunakan untuk menghasilkan gelombang segi empat.Page 5

MenjelaskanPada dasarnya ada 3 jenis dari multivibrator, yaitu: 1. Astable Multivibrator 2. Monostable Multivibrator 3.Bistable MultivibratorAstableMultivibrator Astable Multivibrator merupakan jenis osilator relaksasi yang sangat penting.Rangkaian osilator ini menggunakan jaringan RC dan menghasilkan gelombang kotak pada keluarannya.Astabel multivibrator biasa digunakan pada penerima TV untuk mengontrol berkas elektron pada tabunggambar. Pada komputer rangkaian ini digunakan untuk mengembangkan pulsa waktu. Astable multivibratoratau disebut freerunning multivibrator adalah mutivibrator yang tidak mempunyai stable state yang permanen.Setiap transistor secara bergantian saturated dan cut off.Multivibrator difungsikan sebagai piranti pemicu (trigerred device) atau freerunning. Multivibratorpemicu memerlukan isyarat masukan atau pulsa. Keluaran multivibrator dikontrol atau disinkronkan(sincronized) oleh isyarat masukan. Astable multivibrator termasuk jenis free-running.Sebuah multivibrator terdiri atas dua penguat yang digandeng secara silang. Keluaran penguat yangsatu dihubungkan dengan masukan penguat yang lain. Karena masing-masing penguat membalik isyaratmasukan, efek dari gabungan ini adalah berupa balikan positif. Dengan adanya (positif) balikan, osilator akan“regenerative” (selalu mendapatkan tambahan energi) dan menghasilkan keluaran yangkontinyu. Astabil Multivibrator adalah suatu rangkaian yang mempunyai dua state dan yang berosilasi secarakontinu guna menghasilkan bentuk gelombang persegi atau pulsa dioutputnya. Pada multivibrator astabil,outputnya tidak stabil pada setiap state, tapi akan berubah secara kontinudari 0 ke 1 dan dari 1 ke 0. Prinsip inisama dengan rangkaian osilator dan kondisi ini sering disebut dengan free running.Operasi dari osilator seperti pada gambar Rangkaian Multivibrator Astabil Schmitt Trigger adalah:1.Tegangan supply IC dalam keadaan hidup/ ON, sehingga Vkap adalah 0 V dan Vout akan tinggi/ samadengan tegangan IC ≈5 V.2. Kapasitor akan mulai mengisi yang sama dengan tegangan Vout.3. Ketika Vkap menuju tegangan positif (VT+) dari schmitt trigger yaitu sebesar 5 V, maka output4. Dari Schmitt akan berubah menjadi rendah (≈0 V).5. Karena Vout ≈ 0 V, maka akan terjadi pengosongan kapasitor terhadap 0 V.6. Ketika Vka pdrop menuju tegangan negatif (VT-), maka output Schmitt akan kembali menjadi tinggi.7. Kejadian seperti ini akan terus berulang, dimana saat pengisian tegangan kapasitor menjadi VT+ dan saatPage 6

Menjelaskanpengosongan tegangan kapasitor turun menjadi VT-.Bentuk gelombang dari Vout dan Vkap dapat dilihat pada gambar dibawah.MonostableMultivibratorMultivibrator monostable : disebut juga multivibrator one-shoot,menghasilkan pulsa output tunggal pada waktu pengamatan tertentu saat mendapat trigger dari luar.Monostable multivibrator memiliki satu kondisi stabil sehingga sring juga disebut sebagai multibratorone-shot. Saat osilator terpicu untuk berubah ke suatu kondisi pengoperasian, maka pada waktu singkat akankembali ke titik awal pengoperasian. Konstanta waktu RC menentukan periode waktu perubahan keadaan.Monostable multivibrator termasuk jenis osilator triggered. Skema rangkaian monostable multivibratordiperlihatkan pada gambar.Rangkaian memiliki dua kondisi yaitu kondisi stabil dan kondisi tak stabil.Rangkaian akan rileks pada kondisi stabil saat tidak ada pulsa. Kondisi tak stabil diawali dengan pulsa pemicupada masukan. Setelah selang waktu 2 1 0,7 ´ R C , rangkaian kembali ke kondisi stabil. Rangkaiantidak mengalami perubahan sampai ada pulsa pemicu yang datang pada masukan.Pada multivibrator monostable, kondisi one-shoot mempunyai satu state stabil, dimana ini terjadi jikaclock berada pada negative edge trigger (tergantung jenis IC-nya). Saat mendapat trigger, Q menjadi LOWpada panjang t tertentu (tw), selanjutnya berubah ke nilai sebaliknya (HIGH), hingga bertemu lagi dengannegative edge trigger berikutnya dari clock. Salah satu IC Multivibrator monostable adalah 74121.Multivibrator monostabil adalah suatu rangkaian yang banyak dipakai untuk membangkitkan pulsa outputyang lebarnya dan amplitudonya tetap. Multivibrator monostabil ini dapat dibuat dengan menggunakankomponen-komponen tersendiri atau dapat diperoleh dalam paket terintegrasi.Cara kerja rangkaian tersebut adalah: 1. Ketika tegangan diberikan, anggaplah bahwa dalam keadaan tinggi,Q = rendah, = tinggidan pada C terjadi pengosongan tegangan, sehingga titik D = tinggi. 2. Jika diberikanpulsa negatif pada, maka Q menjadi tinggi dan = rendah. 3. Tegangan kapasitor akan berubah dengan segeradan titik D akan drop menjadi 0 V. 4. Karena pada titik d = 0 V, maka akan menyebabkan salah satu inputpada gerbang 1 menjadi rendah, meskipun di trigger menjadi tinggi. Oleh karena itu Q tetap dalam keadaanPage 7

Menjelaskantinggi dan = rendah. 5. Beberapa lama kemudian akan terjadi pengisian kapasitor terhadap VCC. Ketikategangan kapasitor pada titik D menuju level tegangan input (VIH) dari gerbang 1 dalam keadaan tinggi, makaQ akan menjadi rendah dan menjadi tinggi. 6. Rangkaian kembali pada state yang stabil, sampai munculnyasinyal trigger dari. Dan pada kapasitor terjadi lagi pengosongan tegangan ≈ 0 V. Bentuk gelombangpada gambar menunjukkan karakteristik input/output dari rangkaian dan akan digunakan untuk membangunsuatu persamaan untuk menentukan tw.Pada kondisi state stabil( = tinggi), tegangan pada titik D akan samadengan VCC.BistableMultivibrator Bisatable Multivibrator : ditrigger oleh sebuah sumber dari luar (external source)pada salah satu dari dua state digital. Ciri khas dari multivibrator ini adalah state-nya tetap bertahan pada nilaitertentu, sampai ada trigger kembali yang mengubah ke nilai yang berlawanan. SR Flip-flop adalah contohmultivibrator bistable. Bistable multivibrator mempunyai dua keadaan stabil. Pulsa pemicu masukan akanmenyebabkan rangkaian diasumsikan pada salah satu kondisi stabil. Pulsa kedua akan menyebabkan terjadinyapergeseran ke kondisi stabil lainnya. Multivibraator tipe ini hanya akan berubah keadaan jika diberi pulsapemicu. Multivibrator ini sering disebut sebagai flip-flop. Ia akan lompat ke satu kondisi (flip) saat dipicu danbergeser kembali ke kondisi lain (flop) jika dipicu. Rangkaian kemudian menjadi stabil pada suatu kondisi dantidak akan berubah atau toggle sampai ada perintah dengan diberi pulsa pemicu. Multivibrator inidisebut juga dengan flip flop atau latch (penahan) yang mempunyai dua state. Flip flop merupakan elemendasar dari rangkaian logika sekuensial. Output dari flip flop tergantung dari keadaan rangkaian sebelumnya.Gambar 5 Diagram menunjukkan trigger pulsa 3 buah input.Sesudah pulsa ke tiga outputnya tetap tinggiPada dasarnya multivibrator adalah dua amplifier dengan feedback positif dari output amplifier kedua keinput amplifier yang pertama. Multivibrator ini mempunyai dua keadaan stabil.Page 8

MenjelaskanKeadaan stabil pertama adalah bila Tr1 tidak menghantar, maka Basis Tr2 pasti pada posisi low danberarti Tr2 menghantar. Keadaan ini stabil sampai ada switching pulse yang mengakibatkan Tr1 menghantar,dengan begitu Tr2 tidak menghantar dan terjadilah keadaan stabil kedua.Merancang Multivibrator Digital Dengan Gerbang LogikaDalam elektronika digital saklar transistor dikembangkan menjadi gelombang-gelombang logika,selanjutnya gelombang logika dikembangkan menjadi berbagai bentuk multivibrator. Ada empat macammultivibrator tiga diantaranya yaitu: astabil, monostabil dan picu Schmitt. Astabil berfungsi sebagai osilatorrelaksasi yang dapat digunakan sebagai pembangkit isyarat dan pembangkit Clock. Monostabil mempunyaisatu keadaan stabil sehingga dapat digunakan untuk menghasilkan pulsa dengan lebar tertentu oleh adanyatransisi logika. Sedangkan Picu Schmitt berubah keadaan bila isyarat masukan melampaui suatu hargategangan tertentu. Picu Schmitt tak lain adalah komparator dengan histeresis sehingga dapat digunakansebagai komparator jendela dengan waktu naik yang cepat serta dapat digunakan sebagai astabil.Astable Multivibrator Dari IC 555Gambar 7 Blok Diagram dari IC 555 dengan komponen eksternalIC 555 sudah banyak dikenal sebagai suatu IC pewaktu yang general purpose. IC 555 berasal dari tigabuah resistor yang terdapat pada rangkaian tersebut yang masing-masing nilainya adalah 5 KΩ.Resistor ini akan membentuk rantai pembagi tegangan dari VCC ke ground. Ada tegangan sebesar 1/3 VCCpada komparator 1 yang melewati resistor 5 KΩ yang pertama. Dan tegangan 2/3 VCC padakomparator 2 yang melewati resistor 5 KΩ yang kedua. Komparator disini berfungsi untukmenunjukkan tinggi atau rendahnya output berdasarkan perbandingan level tegangan analog pada input. Jikainput positif lebih besar dari input negatif maka outputnya akan bernilai tinggi. Sebaliknya jika input positiflebih kecil dari input negatif maka outputnya akan bernilai rendah.Page 9

MenjelaskanUntuk menentukan Duty Cycle (D) dan frekuensi: Untuk menentukan tLO:tLO = 0,693 . RB.C Untuk menentukan tHI: tHI = 0,693 . (RA+ RB)CMetodePembelajaran :CeramahDiskusiEksperimenKegiatan Pembelajaran :Kegiatan AwalMemusatkanperhatian, berdoa, presensiKeterkaitandenganmateri yang laluApersepsi dan reinforcemen(10 menit)Kegiatan Inti(60menit)1) Menjelaskan2) Diskusi3) Tanya jawabKegiatan Akhir :Merangkum materiMemberikan tugasBerdoa bersama(20 menit)Sumber Belajar :http://elka.ub.ac.id/praktikum/de/de.php?page=5http://rachma-taskblog.blogspot.com/2009/05/multivibrator.htmlPenilaian :Page 10

MenjelaskanTesTulis : ...................................Kinerja : ...................................Produk : ...................................Penugasan/Proyek : ...................................Portopolio : ...................................Kaprodi ElektronikaSiti SulistijowatiNIP. 1970927 199003 2 007KulonProgo, 15 Juli 2010Guru Mata DiklatLilik Gunarta, STNIP.19641014 198902 1 001Kepala SekolahDrs. Syamsul Bachri DjumasaPage 11

MenjelaskanNIP. 19540216 197903 1 008Waka KurikulumDrs. MarsudiNIP. 19630218 198903 1 008A. Soal evaluasiJawablah soal essay berikut !Sebutkan karakteristik Op-Amp ! (25)Jelaskan pengertian osilator ! (25)Sebutkan dan jelaskan 3 jenis multivbrator ! (50)B. Jawaban evaluasi1. Karakteristik Op-Amp :1. Faktor penguat terbatas kurang lebih 100.000 kali.2. Terdapat offset dimana saat masukan bernilai nol tegangan keluaran tidak nol.3. Impedansi masukan cukup tinggi namun terbatas sampai kira-kira ratusan kilo ohm saja.4. Impedansi keluaran rendah namun terbatas puluhan sampai ratusan ohm.Page 12

Menjelaskan5. Rise time tidak nol.6. Kerja op-amp terpengaruh perubahan sumber tegangandan perubahan suhu.Multivibrator merupakan osilator. Sedangkan osilator adalah rangkaian elektronika yang menghasilkanperubahan keadaan pada sinyal output. Osilator dapat menghasilkan clock / sinyal pewaktuan untuk sistemdigital seperti komputer. Osilator juga bisa menghasilkan frekuensi dari pemancar dan penerima radio.a. Astable Multivibrator merupakan jenis osilator relaksasi yang sangat penting. Rangkaian osilator inimenggunakan jaringan RC dan menghasilkan gelombang kotak pada keluarannya. Astabel multivibrator biasadigunakan pada penerima TV untuk mengontrol berkas elektron pada tabung gambar.b. Multivibrator monostable : disebut juga multivibrator one-shoot, menghasilkan pulsa output tunggal padawaktu pengamatan tertentu saat mendapat trigger dari luar. Monostable multivibrator memiliki satu kondisistabil sehingga sring juga disebut sebagai multibrator one-shot.C. Bisatable Multivibrator : ditrigger oleh sebuah sumber dari luar (external source) pada salah satu dari duastate digital. Ciri khas dari multivibrator ini adalah state-nya tetap bertahan pada nilai tertentu, sampai adatrigger kembali yang mengubah ke nilai yang berlawananPage 13