Upload
izzat-harisi
View
410
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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
Penguat Diferensial (2)
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
Penguat Diferensial (3)
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
Penguat Diferensial (4)
• 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
DASAR-DASAR OP-AMP (2)
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
DASAR-DASAR OP-AMP (3)
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
DASAR-DASAR OP-AMP (4)
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
DASAR-DASAR OP-AMP (5)
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
PENGUAT MENGGUNAKAN OP-AMP (3)
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
PENGUAT MENGGUNAKAN OP-AMP (4)
• 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
PENGUAT MENGGUNAKAN OP-AMP (5)
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
SIFAT & BESARAN DASAR OP-AMP (2)
• 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
SIFAT & BESARAN DASAR OP-AMP (3)
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
SIFAT & BESARAN DASAR OP-AMP (5)
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
APLIKASI UMUM OP-AMP: IC LINEAR (2)
• 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
APLIKASI UMUM OP-AMP: IC LINEAR (4)
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
APLIKASI UMUM OP-AMP: IC LINEAR (5)
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
FILTER AKTIF & OSCILATOR (2)
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
FILTER AKTIF & OSCILATOR (3)
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
FILTER AKTIF & OSCILATOR (4)
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
FILTER AKTIF & OSCILATOR (6)
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
FILTER AKTIF & OSCILATOR (7)
d. 2nd order HPF:Penguatan frekuensi lolosnya:
Frekuensi potongnya:
Penguatan tegangannya:
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:
Frekuensi potongnya:
Penguatan tegangannya:
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
FILTER AKTIF & OSCILATOR (10)
- 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.