BAB I
DASAR TEORI
Pengertian Op – amp
Penguat operasional atau sering disebut op-amp merupakan komponen
elektronika yang berfungsi untuk memperkuat sinyal arus searah (DC) maupun arus
bolak-balik (AC). Penguat operasional terdiri atas transistor, resistor dan
kapasitor yang dirangkai dan dikemas dalam rangkaian terpadu (intregated circuit).
Dalam sistem instrumentasi Op-amp sering digunakan untuk
pembuatan pengkondisi sinyal. Op-amp dipilih karena:
a. Bentuknya praktis (kecil), tidak memerlukan ruang yang
banyak
b. Kehandalan tinggi
c. Mudah digunakan
d. Mudah diperoleh di pasaran.
Gambar 1. Blok diagram penguat operasional (op-amp)
Blok
diagram op-amp terdiri dari beberapa bagian, yang pertama adalah penguat
diferensial, tahap penguatan (gain), rangkaian penggeser level (level
shifter) dan penguat akhir yang biasanya dirancang dengan penguat push-pull
kelas B.
Gambar 2. simbol rangkaian op-amp.
Penjelasan:
Non inverting input = masukan tak membalik
Inverting input = masukan membalik
+VCC =
tegangan catu positip
-VEE = tegangan catu negatip
Vout = tegangan keluaran
Gambar 3. Rangkaian penganti op-amp.
Penjelasan:
V1 (+V) = non inverting input ( masukan tak
membalik)
V2 (-V) =
inverting input ( masukan
membalik)
Rin = (Zin ) impedansi input
Rout =(Zout )
impedansi output
Vout = tegangan keluaran
AVOL =
penguatan loop terbuka.
Ø Karakteristik ideal op-amp dinyatakan dengan perjanjian
sebagai berikut:
a. Penguatan loop terbuka tak terhingga, sehingga V+ = V−.
b. Impedansi input (Zin ) tak terhingga, sehingga
op-amp tidak menarik arus dari sumber.
c. Impedansi output (Zout ) nol, sehingga tegangan
output konstan meskipun beban berubah.
d. Penguatan loop terbuka (A) tak terhingga.
Ø Karakteristik real op-amp adalah sebagai berikut:
a. Masukan V+ dan V− menghasilkan keluaran Vo = A(V+ − V−)
dimana penguatan loop terbuka A harganya terbatas dan berbanding terbalik
dengan frekuensi. Harga perkalian A.f berkisar antara 0,1 s.d 10 MHz
b. Impedansi masukan terbatas, sekitar 1 MΩ untuk IC bipolar
atau 106 MΩ
untuk IC-FET
c. Pada saat V+ = V−, tegangan output tidak sama
dengan nol. Tegangan ini dikenal sebagai tegangan offset. Tegangan offset terjadi
karena ketidak seimbangan arus dan
tegangan di dalam IC.
d. Masukan V+ dan V− tidak mengambil arus bias yang
sama. Hal ini juga menimbulkan tegangan offset.
e. Arus keluaran terbatas, berkisar antara 10mA pada tegangan Vo = 10
Volt.
Rangkaian inverting
Rangkaian inverting
Gambar
4. Rangkaian penguat inverting
Gambar 4. menunjukkan rangkaian
penguat inverting. Penguat ini
dinamakan penguat inverting karena masukan dari penguat dimasukan pada kaki inverting dari op- Amp. Sinyal keluaran yang dihasilkan oleh penguat
jenis ini berbeda fasa 1800dengan sinyal masukannya. Menghitung nilai penguatan penguat inverting. Untuk menghitung nilai
penguatan penguat inverting dapat dilakukan sebagai berikut:
Sensor suhu LM 35
Sensor
suhu LM35 adalah
komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi
besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor Suhu LM35 yang dipakai dalam
penelitian ini berupa komponen elektronika elektronika yang diproduksi oleh NationalSemiconductor. LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan
perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai
keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan
mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan
penyetelan lanjutan.
Meskipun tegangan sensor ini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang
diberikan kesensor adalah sebesar 5 volt, sehingga dapat digunakan dengan catu
daya tunggal dengan ketentuan bahwa LM35 hanya membutuhkan arus sebesar 60 µA
hal ini berarti LM35 mempunyai kemampuan menghasilkan panas (self-heating)
dari sensor yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan yang rendah yaitu kurang
dari 0,5 ºC pada suhu 25 ºC .
Gambar 4. Sensor suhu LM 35
Gambar diatas
menunjukan bentuk dari LM35 tampak depan dan tampak bawah. 3 pin LM35 menujukan
fungsi masing-masing pin diantaranya, pin 1 berfungsi sebagai sumber tegangan
kerja dari LM35, pin 2 atau tengah digunakan sebagai tegangan keluaran atau Voutdengan
jangkauan kerja dari 0 Volt sampai dengan 1,5 Volt dengan tegangan operasi
sensor LM35 yang dapat digunakan antar 4 Volt sampai 30 Volt. Keluaran sensor
ini akan naik sebesar 10 mV setiap derajad celcius sehingga
diperoleh persamaan sebagai berikut :
VLM35 =
Suhu* 10 mV
Secara prinsip sensor
akan melakukan penginderaan pada saat perubahan suhu setiap suhu 1 ºC akan
menunjukan tegangan sebesar 10 mV. Pada penempatannya LM35 dapat
ditempelkan dengan perekat atau dapat pula disemen pada permukaan akan tetapi
suhunya akan sedikit berkurang sekitar 0,01 ºC karena terserap pada
suhu permukaan tersebut. Dengan cara seperti ini diharapkan selisih antara suhu
udara dan suhu permukaan dapat dideteksi oleh sensor LM35 sama dengan suhu
disekitarnya, jika suhu udara disekitarnya jauh lebih tinggi atau jauh lebih
rendah dari suhu permukaan, maka LM35 berada pada suhu permukaan dan suhu udara
disekitarnya .
Jarak yang jauh
diperlukan penghubung yang tidak terpengaruh oleh interferensi dari luar,
dengan demikian digunakan kabel selubung yang ditanahkan sehingga dapat
bertindak sebagai suatu antenna penerima dan simpangan didalamnya, juga dapat
bertindak sebagai perata arus yang mengkoreksi pada kasus yang sedemikian,
dengan mengunakan metodebypass kapasitor dari Vin untuk
ditanahkan. Berikut ini adalah karakteristik dari sensor LM35 :
1.
Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier
antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC.
2.
Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC
.
3.
Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.
4.
Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.
5.
Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.
6.
Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu
kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.
7.
Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1
mA.
8.
Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.
IC
LM 741
LM741 adalah salah
satu IC (Integrated Circuit) Op-Amp (Operational Amplifier) yang memiliki 8
pin. IC Op-Amp ini terdapat 2 jenis bentuk, yaitu tabung (lingkaran) dan kotak
(persegi), tetapi yang umum adalah yang berbentuk persegi. Op-Amp banyak
digunakan dalam sistem analog komputer, penguat video/gambar, penguat audio,
osilator, detector dan lainnya. LM741 biasanya bekerja pada tegangan
positif/negatif 12 volt, dibawah itu IC tidak akan bekerja. Setiap
pin/kaki-kaki pada IC LM741 mempunya fungsi yang berbeda-beda, keterangan
pin/kaki-kaki LM741
Resistor
Resistor adalah komponen elektronik dua kutub yang didesain untuk mengatur tegangan
listrik dan arus listrik, dengan resistansi tertentu (tahanan) dapat
memproduksi tegangan listrik di antara kedua kutubnya, nilai tegangan terhadap
resistansi berbanding dengan arus yang mengalir, berdasarkan hukum Ohm. Resistor digunakan sebagai bagian dari rangkaian
elektronik dan sirkuit elektronik, dan merupakan salah satu komponen yang paling sering
digunakan. Resistor dapat dibuat dari bermacam-maca kompon dan film, bahkan
kawat resistansi (kawat yang dibuat dari paduan resistivitas tinggi seperti nikel-kromium). Karakteristik utama dari resistor adalah resistansinya dan daya listrik yang dapat
dihantarkan. Karakteristik lain termasuk koefisien
suhu, derau listrik (noise), dan induktansi.
BAB II
PERANCANGAN ALAT
Perancangan Alat
Gambar 5. Rangkaian
perancangan pengkondisi sinyal
-
Keterangan :
Gambar 6. Penguatan pertama pada pengkondisi
sinyal
Dengan perbedaan
resistor 2:1, maka penguatan yang terjadi sebesar 2 kali, sehingga outputan
yang diketahui sebesar – 1.997. Karena outputan yang ada minus maka harus
membuat satu rangkaian op – amp inverting dengan penguatan 1 kali agar keluaran
yang di dapatkan positif atau plus.
Gambar 7. Penguatan
kedua pada pengkondisi sinyal
Perhitungan
Tabel 1. Perhitungan
Teori Vout
Gambar 8. Rangkaian
pengkondisi sinyal
BAB III
LANGKAH PEMBUATAN ALAT
Alat dan Bahan
Alat
1. Solder
2. Bor Tangan
3. Setrika
4. Gunting
5. Cutter
Bahan
1. Resistor 1K ohm 3 buah
2. Resistor 10K ohm 2 buah
3. IC LM 741 2 buah
4. Socket 2 buah
5. Fericlorit secukupnya
6. Timah secukupnya
7. Kabel secukupnya
8. PCB secukupnya
Gambar Rangkaian
Proses Pembuatan
1.
Tentukan terlebih dahulu
penguatan yang akan dipakai dalam pengkondisi sinyal.
2.
Setelah menemukan
penguatan apa yang akan dipakai, kemudian tentukan berapa keluaran atau
outputan dan masukan atau inputan yang di inginkan, kemudian carilah besarnya
resistor yang digunakan sebagai penguatan dalam rangkaian pengkondisi sinyal
dengan menggunakan rumus dari penguatan tersebut.
3. Buatlah simulasi pada
multisim. Jika keluaran yang dihasilkan tidak sesuai dengan perhitungan yang
dilakukan secara teori, maka jangan patah semangat, lakukanlah sampai berhasil.
4. Jika sudah berhasil
dengan pembuatan simulasi, lanjut ke tahap selanjutnya, yaitu dengan merancang
jalur rangkaian menggunakan software ares (Proteus).
5.
Print layout jalur
rangkaian pengkondisi sinyal yang sudah rancang, kemudian fotocopy pada kertas
mika.
6. Siapkan PCB yang sudah
dicuci bersih. Panaskan setrika, jika sudah panas mulailah menyablon layout
rangkaian dengan cara panaskan PCB dengan setrika kemudian tempelkan kertas
mika diatas PCB dan setrika sebentar agar layout rangkaian dapat tersablon
dengan baik tanpa ada jalur yang putus atau rusak.
7.
Jika sudah, buka kertas
mika secara perlahan dan bilas dengan air agar kertas mikanya tidak kering dan
dapat mengakibatkan kerusakan pada sablonan layout. Jika terdapat jalur rangkaian
yang terputus, bisa di tebalkan dengan spidol permanen atau drawing pen.
8.
Siapkan fericlorit yang
sudah dicampur dengan air, kemudian masukan PCB didalam cairan fericlorit dan
diaduk secara perlahan sampai tembaga pada PCB hilang dan hanya meninggalkan
sablonan layout.
9.
Jika sudah, bersihkan
dengan air dan gosok secara perlahan agar sablonannya tidak rusak.
10.
Kemudian diperiksa
layoutnya, jika ada yang terputus sambungkan kembali dengan timah.
11.
Bor jalur yangsudah jadi
sesuai dengan tempat untuk menaruh komponen.
12.
Kemudian pasang komponen
sesuai dengan yang dirancang, lalu solder setiap kaki komponen dengan rapi.
13.
Setelah itu cobalah
rangkaian terlebih dahulu. Apakah sudah jadi atau belum.
14.
Dan yang terakhir adalah
mengikuti running test.
Gambar Layout perancangan
pengkondisi sinyal inverting.
BAB IV
ANALISA DATA
Prinsip Kerja
Prinsip kerja
pada rangkaian ini inputan yang dipakai adalah dengan menggunakan sensor suhu
LM 35, tapi pada percobaan yang dilakukan, inputan ini menggunakan dari power
supply. Inputan yang digunakan sebesar 1 Volt, tegangan dari inputan 1 Volt
melewati rangkaian pengkondisi sinyal sebagai penguatan sebesar 2 kali,
sehingga outputan yang dihasilkan pada pengkondisi sinyal pertama adalah – 2V.
Kemudian tegangan melewati penguatan
kedua sebesar – 1V, sehingga outputan yang dihasilkan sebesar 2V.
Analisa Rangkaian
Rangkaian
pengkondisi sinyal disini saya menggunakan op – amp inverting dan
pengeluarannya adalah minus ( - ). Karena pengeluarannya minus, maka dari itu
saya harus menggunakan satu op – amp inverting lagi sebagai penstabil yang
keluarannya adalah plus (+).
Pertama,
rangkaian yang saya buat diberi masukan dari power supply sebesar 5 volt.
Resistor pada rangkaian pengkondisi sinyal pertama saya memberikan penguatan
sebesar 2 kali. Tegangan dari power supply akan masuk kedalam pengkondisi
sinyal pertama yang dimana dengan inputan sebesar 5 volt akan dikuatkan menjadi
-10 volt, karena terjadi penguatan sebesar 2 kali pada pengkondisi sinyal yang
pertama.
Kemudian
keluaran dari pengkondisi sinyal pertama di sambungkan keresistor yang
tersambung pada inputan inverting. Resistor pada pengkondisi sinyal yang kedua
ini berfungsi sebagai pembalik polaritas (keluarannya plus).
- Vin dari sensor suhu LM 35 dipakai sebesar 0 –
1V, dan outputan yang diinginkan sebesar 0 – 2V, dan gunakan rumus diatas untuk
menentukan penguatannya.
Masukan
nilai Vin dan Vout yang sudah ada pada rumus pencarian Voffset
Penguatan
yang ditemukan dari rumus diatas sebesar 2, maka dari itu kita dapat mencari
berapa Voffsetnya dengan cara memasukan nilai dari penguatan yang didapatkan
diatas
Jadi
Voffset = 0, kemudian tentukan besaran pada resistor yang akan digunakan
sebagai penguatan dalam rangkaian pengkondisi sinyal ini
-
sehingga dapat diketahui nilai R1 dan R2
yang diperlukan sebagai penentuan besaran penguatan.
-
Pada Vout kedua diketahui keluarannya adalah –
1V, kemudian di kalikan dengan Vout yang pertama
Jadi
tegangan output akhir yang ditemukan adalah (+) 2V.
BAB V
KESIMPULAN
Kesimpulan
·
Op – amp adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk
memperkuat sinyal arus searah (DC) maupun arus bolak-balik (AC).
·
Penguat inverting adalah
penguatan yang dimasukkan melalui kaki inverting, dan hasil keluarannya minus.
·
LM 35 adalah sensor suhu
yang penentuan inputnya adalah 10mV/10
·
Penguatan ditentukan
dari perbedaan resistor yang digunakan.
·
Dalam penentuan
penguatan R2 harus lebih besar dari pada R1. Jika tidak maka yang aan terjadi
adalah pelemahan
·
Outputan tidak boleh
melebihi dari VCC dan VEE
Dalam penentuan
rangkaian, sebaiknya diperhatikan atau ditentukan nilai resistornya dengan
teliti. selain itu juga harus lebih teliti dalam merangkai pengkondisi sinyal
dengan software ISIS, jangan sampai penempatan jalur tidak tepat. Dalam penyolderan
dan peletakan komponen harus lebih rapi lagi.
DAFTAR RUJUKAN
0 komentar:
Posting Komentar