Sub Chapter 14.2

 

OPERASI DIFERENSIAL & OPERASI MODE COMMON

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Percobaan

5. Download File

1. Tujuan [Kembali]

• Mengetahui metode perhitungan operasi input diferensial
• Mengetahui metode perthitungan operasi input common mode
• Mengetahui metode perhitungan rasio penolakan common mode (CMRR)

2. Alat dan Bahan [Kembali]

Alat:

Instrument

    1.Voltmeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besar tengangan pada suatu komponen. Cara pemakaiannya adalah dengan memparalelkan kaki2 Voltmeter dengan komponen yang akan diuji tegangannya.

 

Berikut adalah Spesifikasi dan keterangan Probe Volemeter

Generator Daya

1.Baterai

 

Baterai merupakan sebuah alat yang mengubah energi kimia yang tersimpan menjadi energi listrik. Pada percobaan kali ini, baterai berfungsi sebagai sumber daya atau.Spesifikasi dan Pinout Baterai

• Input voltage: ac 100~240v / dc 10~30v
• Output voltage: dc 1~35v
• Max. Input current: dc 14a
• Charging current: 0.1~10a
• Discharging current: 0.1~1.0a
• Balance current: 1.5a/cell max
• Max. Discharging power: 15w
• Max. Charging power: ac 100w / dc 250w
• Jenis batre yg didukung: life, lilon, lipo 1~6s, lihv 1-6s, pb 1-12s, nimh, cd 1-16s
• Ukuran: 126x115x49mm
• Berat: 460gr

2.Motor DC

Motor DC fungsinya mengubah energi mekanik menjadi energi lisrtik.

    

Bahan:

1.  Op Amp - LM741

Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional.

 

Konfigurasi PIN LM741

Spesifikasi:

3. Dasar Teori [Kembali]

A. Operasi Diferensial dan Operasi Mode Common

Rangkaian yang mnggunakan Op-amp, adalah kemampuan rangkaian untuk memperkuat sinyal yang berlawanan pada dua masukan, sementara hanya sedikit memperkuat sinyal yang umum untuk kedua masukan. Op-amp menyediakan komponen keluaran yang disebabkan oleh amplifikasi perbedaan sinyal yang diterapkan ke masukan plus dan minus dan komponen karena sinyal yang sama untuk kedua masukan. Karena amplifikasi sinyal input yang berlawanan jauh lebih besar daripada sinyal input umum, rangkaian memberikan penolakan mode umum seperti yang dijelaskan oleh nilai numerik yang disebut rasio penolakan mode umum (CMRR).

1. Input Diferensial (Vd)

Ketika 2 buah input terpisah diterapkan ke op-amp, sinyal perbedaan yang dihasilkan adalah perbedaan selisih antara kedua input, maka diperoleh V diferensial (Vd):

 

2. Input Mode-Common (Vc)

Jika kedua sinyal masukan sama, sehingga input kedua masukan tersebut dapat didefinisikan sebagai rata-rata jumlah kedua sinyal, diperoleh V common-mode (Vc):

 

3. Tegangan Output (V out)

Karena sinyal apa pun yang diterapkan pada op-amp secara umum memiliki komponen masukan berupa input dan keluaran berupa output, maka untuk keluaran yang dihasilkan dapat dinyatakan sebagai :

Keterangan : 

• Vo = Tegangan output (Volt)
• Ad = Penguat Diferensial
• Vd = Tegangan Diferensial (Volt)
• Ac = Penguat Common-mode
• Vc = Tegangan Common-mode (Volt)

4. Input Polaritas saling berlawanan 

Jika input antar polaritas (+) dan (-) berlawanan yang diterapkan ke op-amp adalah sinyal berlawanan, maka Vi1 = -Vi2 = Vs, tegangan perbedaan yang dihasilkan pada tegangan diferensial adalah :

Pada tegangan common-mode dihasilkan : 

Sehingga, berdasarkan 2 buah persamaan di atas, maka pada input sinyal yang berlawanan, diperoleh tegangan output :

 

5. Input Polaritas sama

Jika input antar polaritas (+) dan (-) yang diterapkan ke op-amp adalah sinyal yang sama, maka Vi1 = Vi2 = Vs, tegangan perbedaan yang dihasilkan pada tegangan diferensial adalah :

Pada tegangan common-mode dihasilkan : 

Sehingga, berdasarkan 2 buah persamaan di atas, maka pada input sinyal yang sama diperoleh tegangan output 

6. Penolakan Common-Mode

Berdasarkan persamaan di atas, maka untuk memperoleh penguat diferensial (Ad), sesuai dengan penjabaran nomor 1 dibawah, di atur tegangan input menjadi bernilai sama namun input polaritas berbeda :

Namun untuk memperoleh penguat common-mode (Ac), sesuai dengan penjabaran nomor 2 dibawah, maka atur tegangan input menjadi bernilai sama, namun input polaritasnya sama.

7. Rasio Penolakan Common-Mode

Setelah memperoleh "Ad " dan "Ac" (seperti dalam prosedur pengukuran yang dibahas di atas), maka dapat dilakukan menghitung nilai untuk rasio penolakan mode umum (CMRR), yang ditentukan oleh persamaan berikut :

 

Nilai CMRR juga dapat dinyatakan dalam istilah logaritma berikut dengan hasil satuan desibel (dB) :

Karena diperoleh nilai CMMR, maka substitusi ke rumus V out, sehingga :

Maka diperoleh :

B. Rangkaian

1. Baterai

Baterai merupakan sebuah alat yang mengubah energi kimia yang tersimpan menjadi energi listrik. Pada percobaan kali ini, baterai berfungsi sebagai sumber daya atau.Spesifikasi dan Pinout Baterai

• Input voltage: ac 100~240v / dc 10~30v
• Output voltage: dc 1~35v
• Max. Input current: dc 14a
• Charging current: 0.1~10a
• Discharging current: 0.1~1.0a
• Balance current: 1.5a/cell max
• Max. Discharging power: 15w
• Max. Charging power: ac 100w / dc 250w
• Jenis batre yg didukung: life, lilon, lipo 1~6s, lihv 1-6s, pb 1-12s, nimh, cd 1-16s
• Ukuran: 126x115x49mm
• Berat: 460gr

Baterai adalah perangkat yang terdiri dari satu atau lebih sel elektrokimia dengan koneksi eksternal yang disediakan untuk memberi daya pada perangkat listrik seperti senter, ponsel, dan mobil listrik. Ketika baterai memasok daya listrik, terminal positifnya adalah katode dan terminal negatifnya adalah anoda. Terminal bertanda negatif adalah sumber elektron yang akan mengalir melalui rangkaian listrik eksternal ke terminal positif. Ketika baterai dihubungkan ke beban listrik eksternal, reaksi redoks mengubah reaktan berenergi tinggi ke produk berenergi lebih rendah, dan perbedaan energi-bebas dikirim ke sirkuit eksternal sebagai energi listrik. Secara historis istilah "baterai" secara khusus mengacu pada perangkat yang terdiri dari beberapa sel, namun penggunaannya telah berkembang untuk memasukkan perangkat yang terdiri dari satu sel.

Prinsip operasi

Baterai mengubah energi kimia langsung menjadi energi listrik. Baterai terdiri dari sejumlah sel volta. Tiap sel terdiri dari 2 sel setengah yang terhubung seri melalui elektrolit konduktif yang berisi anion dan kation. Satu sel setengah termasuk elektrolit dan elektrode negatif, elektrode yang di mana anion berpindah; sel-setengah lainnya termasuk elektrolit dan elektrode positif di mana kation berpindah. Reaksi redoks akan mengisi ulang baterai. Kation akan tereduksi (elektron akan bertambah) di katode ketika pengisian, sedangkan anion akan teroksidasi (elektron hilang) di anode ketika pengisian. Ketika digunakan, proses ini dibalik. Elektrodanya tidak bersentuhan satu sama lain, tetapi terhubung via elektrolit. Beberapa sel menggunakan elektrolit yang berbeda untuk tiap sel setengah. Sebuah separator dapat membuat ion mengalir di antara sel-setengah dan bisa menghindari pencampuran elektrolit.

2. OP-AMP

 

Konfigurasi PIN LM741

Spesifikasi:

Operasional amplifier (Op-Amp) adalah suatu penguat berpenguatan tinggi yang terintegrasi  dalam sebuah chip IC yang memiliki dua input inverting dan non-inverting dengan sebuah terminal output, dimana rangkaian umpan balik dapat ditambahkan untuk mengendalikan karakteristik tanggapan keseluruhan pada operasional amplifier (Op-Amp). Pada dasarnya operasional amplifier (Op-Amp) merupakan suatu penguat diferensial yang memiliki 2 input dan 1 output. Op-amp ini digunakan untuk membentuk fungsi-fungsi linier yang bermacam-mcam atau dapat juga digunakan untuk operasi-operasi tak linier, dan seringkali disebut sebagai rangkaian terpadu linier dasar. Penguat operasional (Op-Amp) merupakan komponen elektronika analog yang berfungsi sebagai amplifier multiguna dalam bentuk IC dan memiliki simbol sebagai berikut :

Simbol Operasional Amplifier (Op-Amp)

Prinsip kerja sebuah operasional Amplifier (Op-Amp) adalah membandingkan nilai kedua input (input inverting dan input non-inverting), apabila kedua input bernilai sama maka output Op-amp tidak ada (nol) dan apabila terdapat perbedaan nilai input keduanya maka output Op-amp akan memberikan tegangan output. Operasional amplifier (Op-Amp) dibuat dari penguat diferensial dengan 2 input. Sebagai penguat operasional  ideal , operasional amplifier (Op-Amp) memiliki karakteristik sebagai berikut : 

- Impedansi Input (Zi) besar = ∞ 

- Impedansi Output (Z0) kecil= 0 

- Penguatan Tegangan (Av) tinggi = ∞ 

- Band Width respon frekuensi lebar = ∞ 

- V0 = 0 apabila V1 = V2 dan tidak tergantung pada besarnya V1. 

- Karakteristik operasional amplifier (Op-Amp) tidak tergantung temperatur / suhu.

3.  Motor DC 

Spesifikasi

Pinout

Grafik Respons:

Motor listrik DC atau DC Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion). Motor DC ini juga dapat disebut sebagai motor arus searah. Seperti namanya, DC Motor memiliki dua terminal dan memerlukan tegangan arus searah atau DC (Direct Current) untuk dapat menggerakannya.

Prinsip Kerja Motor DC

Terdapat dua bagian utama pada sebuah motor listrik DC, yaitu stator dan rotor. Stator adalah bagian motor yang tidak berputar, bagian yang statis ini terdiri dari rangka dan kumparan medan. Sedangkan rotor adalah bagian yang berputar, terdiri dari kumparan jangkar. Pada prinsipnya motor DC menggunakan fenomena elektromagnet untuk bergerak, ketika arus listrik diberikan ke kumparan, permukaan kumparan yang bersifat utara akan bergerak menghadap ke magnet yang berkutub selatan dan sebaliknya. Karena kutub utara dan selatan kumparan bertemu maka akan terjadi saling tarik menarik yang menyebabkan pergerakan kumparan berhenti.

 

Untuk menggerakannya lagi, tepat pada saat kutub kumparan berhadapan dengan kutub magnet, arah arus pada kumparan dibalik. Dengan demikian, kutub utara kumparan akan berubah menjadi kutub selatan dan kutub selatannya akan berubah menjadi kutub utara. Pada saat perubahan kutub tersebut terjadi, kutub selatan kumparan akan berhadap dengan kutub selatan magnet dan kutub utara kumparan akan berhadapan dengan kutub utara magnet. Karena kutubnya sama, maka akan terjadi tolak menolak sehingga kumparan bergerak memutar hingga utara kumparan berhadapan dengan selatan magnet dan selatan kumparan berhadapan dengan utara magnet. Pada saat ini, arus yang mengalir ke kumparan dibalik lagi dan kumparan akan berputar lagi karena adanya perubahan kutub. Siklus ini akan berulang-ulang hingga arus listrik pada kumparan diputuskan.

3.1 Example 

1. Hitunglah nilai CMRR yang diperoleh dari rangkaian di bawah ini :

Jawab :

 

2. Tentukan tegangan keluaran sebuah op-amp jika tegangan masukan Vi1 = 150 µV, Vi2 = 140 µV. Jika penguat memiliki penguat diferensial (Ad) = 4000 dan nilai CMRR nya pada perolehan :

(a) 100

(b) 10⁵

Jawab :

3.2 Problem 

1. Mengapa sinyal keluaran diferensial mode ideal ( Vd=0 ) berbeda dengan kenyataannya?

Pembahasan :

Karena keluaran diferensial mode tidak hanya dipengaruhi oleh masukan sinyal beda (vd) tetapi juga oleh masukan sinyal common-mode (vc).

 

2. Bagaimana prinsip kerja dari diferensial mode?

Pembahasan :

 

Prinsipnya rangkaian penguat beda terdiri atas dua buah transistor yang emitornya dihubungkan jadi satu. Umumnya masukan penguat beda ada dua buah (berasal dari masing-masing transistor) dan keluarannya ada satu atau dua buah (berasal dari salah satu atau kedua transistor).

 3. Hitunglah CMRR (dalam satuan dB) dimana hasil pengukuran rangkaian Vd=1mV, Vo=120mV, dan Vc=1mV, Vo=20uV!

4. Hitung tegangan keluaran op-amp dengan tegangan input Vi1=200uV dan Vi2=140uV. Penguatannya (gain) Ad=6000, jika nilai CMRR:

a. 200

b.10^5

3.3 Pilihan Ganda

1. Bagaimana cara mencari besar penguatan pada rangkaian op-amp non inverting amplifier?

A. R1/R2 * 1

B. R1/R2 * Vin

C. R1/R2 - 1

D. R1/R2 + 1

E. R1/R2 * Vout

2. Sebuah penguatan op-am non inverting dengan penguatan 10 kali, jika sumber tegangan + 8 Volt dan Vin = 2 Volt, Maka menghasilkan tegangan output ?

A. 5 Volt

B. 10 Volt

C. 15 Volt

D. 20 Volt

E. 25 Volt

4. Percobaan [Kembali]

Prosedur Percobaan:

1. Siapkan komponen rangkaian yang diperlukan pada proteus.

2. Susunlah komponen-komponen tersebut sesuai petunjuk menjadi suatu rangkaian yang kompleks.

3. Setelah semua komponen terangkai, maka cobalah untuk menjalankannya.

Gambar Simulasi Percobaan Rangkaian Operasi Diferensial dan Operasi Mode Common

Prinsip Kerja:

Ketika dua tegangan AC input terpisah, dengan tegangan AC 1 (V1) dihubungkan ke kaki non inverting, tegangan AC 2 (V2) dihubungkan ke kaki inverting. dimana kedua tegangan ac tersebut tidak sama maka perbedaan tegangan kedua input adalah Vd = V1 - V2.

Prinsip Kerja:

Ketika dua tegangan AC input terpisah, dengan tegangan AC 1 (V1) dihubungkan ke kaki non inverting, tegangan AC 2 (V2) dihubungkan ke kaki inverting. dimana kedua tegangan ac tersebut sama maka perbedaan tegangan kedua input adalah Vc = 1/2(V1 + V2).

Video Simulasi Rangkaian Operasi Diferensial dan Operasi Mode Common

5. Download  File[Kembali]

File HTML [download]

File  Rangkaian Proteus [ download ]

File Video Rangkaian [ download ]

Datasheet baterai [download]

Datasheet OP AMP 741 [download]

Datasheet voltmeter [download]

Datasheet Resistor [download]

datasheet transistor [download]

[menuju awal]