PENGUAT CLOSED LOOP (ANALOG)

Penguat (Amplifier)

Penguat eksperimen dapat dilakukan dalam berbagai bentuk:keluaran tegangan dari rangkaian jembatan,sinyal frekuensi rangkaian pencacah,sinyal tegangan menunjukkan perubahan kapasitans dan sebagainya.Dalam banyak hal sinyal-sinyal relative lemah dan harus diamplikasi(diperkuat) agar dapat menggerakkan sesuatu piranti keluaran.penguat juga berbagai jenis. Penguat (bahasa Inggris: Amplifier) adalah komponen elektronika yang dipakai untuk menguatkan daya (atau tenaga secara umum). Dalam bidang audio, amplifier akan menguatkan signal suara (yang telah dinyatakan dalam bentuk arus listrik) pada bagian inputnya menjadi arus listrik yang lebih kuat di bagian outputnya.

A.Penguat Instrumentasi

Penguat Instrumentasi adalah suatu penguat lingkar tertutup (closed loop) dengan masukan diferensial, dan penguatannya dapat diatur dengan menggunakan sebuah resistor variabel tanpa mempengaruhi CMRR. Fungsi utama suatu Penguat Instrumentasi adalah untuk memperkuat tegangan yang langsung berasal dari suatu sensor atau tranduser secara akurat.
Beberapa ciri khas dari suatu Penguat Instrumentasi :
- Drift rendah
- Common Mode Rejection Ratio (CMMR) tinggi
- Impedansi masukan tinggi (orde G )
- Penguatan tinggi (lebih dari 100 kali)
Penguat instrumentasi adalah penguat tertutup, maka tidak perlu dipasang rangkaian umpan balik seperti halny dengan penguat operasional. Penguat instrumentasi dapat dibuat dengan menggunakan Op-Amp. Mutu penguat ini bergantung pada mutu Op-Amp yang digunakan, yang menyangkut offset masukan, drift pada tegangan keluaran CMMR, PSSR dan sebagainya.
Disamping itu CMMR dan ketepatan penguatan Op-Amp sangat bergantung kepada kepresisian komponen pasif (resistor) yang digunakan dan ada tidaknya tegangan offset pada Op-Amp.
Nilai hambatan resistor yang digunakan pada Penguat Instrumentasi sangat berpengaruh terhadap penguatan yang terjadi, sehingga apabila nilai hambatan resistor tidak presisi maka akan mengakibatkan adanya perbedaan pengukuran yang dilakukan dengan menggunakan dua persamaan di atas, seperti yang terjadi pada percobaan yang kami lakukan.

1.Penguat Diferensial

Mendesain sinyal level meter, histeresis pengatur suhu, osilator, pembangkit sinyal, penguat audio, penguat mic, filter aktif semisal tapis nada bass, mixer, konverter sinyal, integrator, differensiator, komparator dan sederet aplikasi lainnya, selalu pilihan yang mudah adalah dengan membolak-balik data komponen yang bernama op-amp. Komponen elektronika analog dalam kemasan IC (integrated circuits) ini memang adalah komponen serbaguna dan dipakai pada banyak aplikasi hingga sekarang. Hanya dengan menambah beberapa resitor dan potensiometer, dalam sekejap (atau dua kejap) sebuah pre-amp audio kelas B sudah dapat jadi dirangkai di atas sebuah proto-board.
Op-amp dinamakan juga dengan penguat diferensial (differential amplifier). Sesuai dengan istilah ini, op-amp adalah komponen IC yang memiliki 2 input tegangan dan 1 output tegangan, dimana tegangan output-nya adalah proporsional terhadap perbedaan tegangan antara kedua inputnya itu. Penguat diferensial seperti yang ditunjukkan pada gambar-1 merupakan rangkaian dasar dari sebuah op-amp.

Pada rangkaian yang demikian, persamaan pada titik V_out adalah V_out = A(v₁-v₂) dengan A adalah nilai penguatan dari penguat diferensial ini.
Titik input v₁ dikatakan sebagai input non-iverting, sebab tegangan v_out satu phase dengan v₁. Sedangkan sebaliknya titik v₂ dikatakan input inverting sebab berlawanan phasa dengan tengangan v_out.

Ø Penguat Diferensial Sebagai Dasar Penguat Operasional

Penguat diferensial adalah suatu penguat yang bekerja dengan memperkuat sinyal yang merupakan selisih dari kedua masukannya. Berikut ini adalah gambar skema dari penguat diferensial sederhana:

Penguat diferensial tersebut menggunakan komponen BJT (Bipolar Junction Transistor) yang identik / sama persis sebagai penguat. Pada penguat diferensial terdapat dua sinyal masukan (input) yaitu V1 dan V2. Dalam kondisi ideal, apabila kedua masukan identik (Vid = 0), maka keluaran Vod = 0. Hal ini disebabkan karena IB1 = IB2 sehingga IC1 = IC2 dan IE1 = IE2. Karena itu tegangan keluaran (VC1 dan VC2) harganya sama sehingga Vod = 0.
Apabila terdapat perbedaan antara sinyal V1 dan V2, maka Vid = V1 – V2. Hal ini akan menyebabkan terjadinya perbedaan antara IB1 dan IB2. Dengan begitu harga IC1 berbeda dengan IC2, sehingga harga Vod meningkat sesuai sesuai dengan besar penguatan Transistor.
Untuk memperbesar penguatan dapat digunakan dua tingkat penguat diferensial (cascade). Keluaran penguat diferensial dihubungkan dengan masukan penguat diferensial tingkatan berikutnya. Dengan begitu besar penguatan total (Ad) adalah hasil kali antara penguatan penguat diferensial pertama (Vd1) dan penguatan penguat diferensial kedua (Vd2).
Dalam penerapannya, penguat diferensial lebih disukai apabila hanya memiliki satu keluaran. Jadi yang diguankan adalah tegangan antara satu keluaran dan bumi (ground). Untuk dapat menghasilkan satu keluaran yang tegangannya terhadap bumi (ground) sama dengan tegangan antara dua keluaran (Vod), maka salah satu keluaran dari penguat diferensial tingkat kedua di hubungkan dengan suatu pengikut emitor (emitter follower).
Untuk memperoleh kinerja yang lebih baik, maka keluaran dari pengikut emiter dihubungkan dengan suatu konfigurasi yang disebut dengan totem-pole. Dengan menggunakan konfigurasi ini, maka tegangan keluaran X dapat berayun secara positif hingga mendekati harga VCC dan dapat berayun secara negatif hingga mendekati harga VEE.
Apabila seluruh rangkaian telah dihubungkan, maka rengkaian tersebut sudah dapat dikatakan sebagai penguat operasional (Operational Amplifier (Op Amp)). Penjelasan lebih lanjut mengenai hal ini akan dilakukan pada sub bab berikut.

Ø Diagram Op-amp

Op-amp di dalamnya terdiri dari beberapa bagian, yang pertama adalah penguat diferensial, lalu ada tahap penguatan (gain), selanjutnya ada rangkaian penggeser level (level shifter) dan kemudian penguat akhir yang biasanya dibuat dengan penguat push-pull kelas B. Gambar-2(a) berikut menunjukkan diagram dari op-amp yang terdiri dari beberapa bagian tersebut.

Simbol op-amp adalah seperti pada gambar-2(b) dengan 2 input, non-inverting (+) dan input inverting (-). Umumnya op-amp bekerja dengan dual supply (+V_cc dan –V_ee) namun banyak juga op-amp dibuat dengan single supply (V_cc – ground). Simbol rangkaian di dalam op-amp pada gambar-2(b) adalah parameter umum dari sebuah op-amp. R_in adalah resitansi input yang nilai idealnya infinit (tak terhingga). R_out adalah resistansi output dan besar resistansi idealnya 0 (nol). Sedangkan A_OL adalah nilai penguatan open loop dan nilai idealnya tak terhingga.
Saat ini banyak terdapat tipe-tipe op-amp dengan karakterisktik yang spesifik. Op-amp standard type 741 dalam kemasan IC DIP 8 pin sudah dibuat sejak tahun 1960-an. Untuk tipe yang sama, tiap pabrikan mengeluarkan seri IC dengan insial atau nama yang berbeda. Misalnya dikenal MC1741 dari motorola, LM741 buatan National Semiconductor, SN741 dari Texas Instrument dan lain sebagainya. Tergantung dari teknologi pembuatan dan desain IC-nya, karakteristik satu op-amp dapat berbeda dengan op-amp lain. Tabel-1 menunjukkan beberapa parameter op-amp yang penting beserta nilai idealnya dan juga contoh real dari parameter LM714.