Pengukuran Teknik - Kuliah 8

Amplifier (Penguat)

Amplifier adalah merupakan salah satu komponen yang paling penting di dalam suatu sistim pengukuran dan instrumentasi. Amplifier digunakan pada hampir seluruh sistim untuk meningkatkan sinyal dengan level rendah (kecil) yang dihasilkan dari suatu transduser agar dapat mencapai suatu level yang sesuai untuk dimanfaatkan oleh instrument perekam. Dalam suatu skema sistim instrumentasi, amplifier dilambangkan dengan simbol segitiga seperti yang ditunjukkan pada Gambar 19.

instr_fig19

Gambar 19. Simbol Amplifier


Tegangan input kepada amplifier adalah Ei ; tegangan output adalah E0. Perbandingan antara E0 / Ei disebut faktor Gain (G) atau faktor penguatan sinyal dari amplifier tersebut. Sebagai hasil dari meningkatnya tegangan input, maka tegangan output juga meningkat. Kenaikan tegangan output akibat peningkatan tegangan input berada pada suatu range yang linier. Hubungan ini dinyatakan dengan persamaan 13.

E0 = GEi         (13)

Daerah linier dari amplifier memiliki batas karena besarnya tegangan output tepergantung pula pada besarnya tegangan catu daya dan karakteristik dari komponen-komponen pembentuk amplifier. Jika amplifier dipaksa untuk bekerja pada daerah non-linier atau pada di luar kemampuan operasi amplifier (overdriven) maka dan besaran G dibuat konstan, maka hal ini menyebabkan terjadinya kesalahan atau error yang serius.

Jika gain dari amplifier tunggal tidak mencukupi kebutuhan penguatan untuk mencapai suatu besaran sinyal tertentu maka dapat dilakukan penggabungan secara seri/bertingkat (cascaded) dari beberapa amplifier untuk mendapatkan penguatan yang besar. Untuk kondisi ini besarnya E0 dinyatakan oleh persamaan 14.


instr_pers14      (14)


Keterangan :

Zi adalah impedansi input amplifier.

Z0 adalah impedansi output amplifier.

Z1 adalah impedansi internal dari sumber.

Z2 adalah impedansi input dari alat perekam (recorder).

Pada rangkaian amplifier yang dirancang dengan baik Zi >> Z1 dan Zi >> Z0 ; persamaan 14 akan di ubah menjadi:


instr_fig15      (15)


Batasan Z2/(Z0+Z2) pada persamaan 15 mewakili peredaman tegangan akibat adanya arus yang digunakan untuk menggerakkan recorder. Untuk menghindari peredaman ini dapat digunakan recorder dengan impedansi input yang besar (dalam hal ini Z2>>Z0). Persamaan 15 selanjutnya menjadi:


instr_pers16        (16)


Dengan melakukan pemilihan yang teliti untuk Z0, Zi, Z1 dan Z2 gain keseluruhan dari amplifier bertingkat (cascaded) akan setara dengan seluruh hasil penguatan dari masing -masing amplifier.


instr_fig20

Gambar 20. Suatu sistim amplifier berpenguatan tinggi menggunakan tiga amplifier tunggal yang dihubungkan secara bertingkat (cascaded)


Tanggapan frekuensi dari suatu unit amplifier yang di rancang untuk digunakan pada sistim instrumentasi harus mendapat perhatian khusus. Gain dari suatu amplifier adalah merupakan fungsi dari frekuensi tegangan input. Hal ini dapat menyebabkan suatu amplifier akan memiliki gain yang lebih kecil pada frekuensi tinggi sebaliknya akan memiliki gain yang lebih besar pada daerah frekuensi rendah.

Amplifier merupakan salah satu jenis rangkaian signal conditioner (penyesuai signal). Kedudukan amplifier akan berada diantara transduser atau sensor dengan recorder atau display unit. Amplifier digunakan dengan tujuan untuk memperkuat level atau taraf tegangan dan arus dari keluaran suatu transduser.

instr_fig21

Gambar 21. Posisi amplifier pada suatu sistim pengukuran teknik


Operational Amplifier (Op-Amp)

Suatu operational amplifier / penguat operasi (op-amp) adalah merupakan suatu rangkaian amplifier lengkap berupa satu chip rangkaian terintegrasi (integrated Circuit / IC) dimana komponen-komponen seperti transistor, dioda, resistor, dan lain-lain diperkecil dan ditempatkan pada suatu wadah tunggal. Op-amp dapat digunakan dengan berbagai cara dengan menambahkan sejumlah kecil komponen-komponen pasif eksternal seperti resistor dan kapasitor. Op-amp memiliki Gain yang sangat tinggi (rata-rata G=105).


instr_fig22

Gambar 22. Rangkaian dasar Op-Amp


Gambar 22 menunjukkan simbol yang digunakan untuk mewakili suatu rangkaian op-amp. Dua jalur terminal input ditandai sebagai inverting ( ) terminal dan non-inverting ( + ) terminal. Common bus adalah jalur negatif ground bersama antara input dan output.

Besarnya tegangan input E0 dinyatakan sebagai,


instr_pers17         ( 17 )

Dari persamaan 17 nyata bahwa op-amp adalah suatu penguat diferensial. Op-amp tidak digunakan sebagai suatu amplifier diferensial konvensional disebabkan karena sifat penguatannya yang sangat tinggi dan kestabilannya yang kurang baik. Op-amp dapat digunakan dengan efektif, apabila digunakan sebagai bagian dari suatu rangkaian yang besar. Beberapa penerapan penggunaan op-amp, diantaranya sebagai: penguat penjumlah, pengikut tegangan, penguat terintegrasi, dan diferensial amplifier.


instr_fig23


Gambar 23. Keterangan simbol untuk terminal-terminal suatu Op-Amp


xxx = kode nomor untuk identifikasi jenis op-amp. (misalnya: 741).

Keterangan untuk lambang Op-Amp yang digunakan sebagai Penguat (amplifier) dalam rangkaian elektronika. Kode XXX merupakan kode untuk nama IC Op-Amp misalnya: LM741, uA741, dan lain-lain.


Inverting Amplifier (Penguat Membalik)

Op-amp yang dikonfigurasikan seperti rangkaian Gambar 25 adalah merupakan bentuk penerapan op-amp sebagai penguat atau amplifier. Rangkaian ini disebut sebagai inverting amplifier (penguat membalik) disebabkan karena sifat rangkaian yang akan membalikan fasa sinyal output sebesar 180° terhadap fasa sinyal masukan. Pembalikan fasa sinyal output sebesar 180° dilustrasikan pada Gambar 24.


instr_fig24

Gambar 24. Pembalikan fasa sinyal output (b) terhadap sinyal input (c)



instr_fig25

Gambar 25. Rangkaian penguat membalik dengan menggunakan op-amp tipe LM 741


Rf = resistor feed back (resistor umpan balik)

Ri = resistor input

Faktor penguatan G dari rangkaian ini dinyatakan sebagai

instr_pers18       (18)

Contoh: jika Rf = 100 K dan Ri = 10 K maka,


inst_cth3

Jika pada terminal input diberikan tegangan masukan sebesar 0.02 V maka level tegangan ini akan diperkuat sebesar -10 X 0.02 V = - 0.2 V. (tegangan input diperbesar 10X dengan tanda minus menyatakan terjadinya pembalikan fasa sinyal).

Sebagai contoh, tegangan output dari suatu rangkaian jembatan WheatStone selanjutnya dapat dikirimkan untuk diperkuat sebelum digunakan sebagai signal kontrol. Penguat umum yang digunakan adalah Operational Amplifier (Penguat Operasi) yang biasanya dalam bentuk Integrated Circuit (IC). Rangkaian dasar penguat signal atau tegangan tersebut ditunjukkan pada Gambar 26a.


instr_fig26

Gambar 26a. Rangkaian Op-Amp Contoh 3


Faktor penguatan tegangan AV dari rangkaian dapat dicari atau ditentukan dengan persamaan 19:


instr_pers19        (19)

dimana :

RF : Nilai resistor umpan balik

R1 : nilai resistor masukan pada terminal input membalik

Tanda minus menunjukkan bahwa tegangan keluaran akan berlawanan fasa dengan tegangan masukan atau akan terjadi pembalikan fasa.

Contoh 4:

Jika untuk rangkaian Op-Amp diketahui nilai R1=2.2K dan RF = 5.6K maka faktor penguatan tegangan dari rangkaian ini adalah,


inst_cth4


Tegangan input akan dikuatkan sebesar 2.5 kali. Itu berarti jika pada bagian input dihubungkan dengan rangkaian LDR yang telah dibahas sebelumnya akan diperoleh tegangan output dalam kondisi ruangan gelap sebesar:

1.598 V x 2.5 = 3.995 V = 4 Volt

Dalam kondisi diberi cahaya, adalah sebesar:

3.432 V x 2.5 = 8.58 V = 8.6 Volt.

Catatan: Dalam kondisi ini dianggap bahwa Op-Amp dicatu dengan tegangan 12 Volt. Dengan demikian tegangan output (Vout) dari dari Op-Amp tidak akan pernah dapat melebihi besarnya tegangan 12 Volt.

Terakhir diperbaharui: Rabu, 11 April 2012, 01:04
Abaikan Navigation

Navigation