Materi sub 11.5


1. Pendahuluan[Kembali]

Pengukuran tegangan kecil, khususnya dalam orde millivolt, memerlukan rangkaian yang memiliki impedansi input tinggi dan penguatan sinyal yang baik. Penguat operasional (op-amp) menjadi komponen utama dalam penguat sinyal kecil karena karakteristiknya yang sangat ideal, seperti impedansi input tinggi, impedansi output rendah, dan penguatan tegangan yang besar. Dalam praktikum ini, akan dikaji dua jenis millivoltmeter berbasis op-amp: satu untuk sinyal DC dan satu lagi untuk sinyal AC. Rangkaian DC menggunakan op-amp 741, sedangkan AC menggunakan op-amp 347 dengan tambahan penyearah dioda dan filter kapasitor.

2. Tujuan[Kembali]

1. Untuk memenuhi tugas mata kuliah Elektronika yang diberi oleh Bapak Dr. Darwison, M.T. 

2. Mempelajari prinsip kerja penguat operasional (op-amp) dalam konfigurasi penguat inverting dan detektor puncak (peak detector). 

 3. Mengamati karakteristik respon rangkaian terhadap sinyal input AC. 

 4. Menganalisis fungsi dioda dan kapasitor dalam menyimpan dan mengontrol tegangan puncak sinyal.

3. Alat dan Bahan[Kembali]

Alat

a. voltmeter

 

Voltmeter adalah alat ukur listrik yang digunakan untuk mengukur beda potensial listrik (tegangan) antara dua titik dalam suatu rangkaian listrik. Tegangan ini biasanya diukur dalam satuan volt (V). Voltmeter harus dihubungkan secara paralel dengan komponen atau bagian rangkaian yang ingin diukur tegangannya, agar dapat membaca beda potensial secara akurat tanpa memengaruhi aliran arus secara signifikan.

b. ammeter

 

Ammeter adalah alat ukur listrik yang digunakan untuk mengukur arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian. Satuan yang digunakan untuk mengukur arus listrik adalah ampere (A). Untuk mendapatkan pengukuran yang benar, ammeter harus dihubungkan secara seri dengan elemen atau bagian dari rangkaian yang ingin diukur arusnya.

Bahan

a. resistor

 

Resistor adalah komponen elektronik pasif yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran arus listrik dalam suatu rangkaian. Hambatan yang diberikan oleh resistor dinyatakan dalam satuan ohm (Ω).

b. ground

ground adalah titik referensi tegangan yang dianggap memiliki potensial nol volt. Ground berfungsi sebagai jalur kembali arus listrik dan sebagai acuan untuk semua tegangan lain dalam sistem. Ground sangat penting untuk memastikan kestabilan kerja rangkaian, mencegah gangguan sinyal (noise), serta melindungi komponen dari kerusakan akibat lonjakan tegangan.

c. Op-Amp 741 (untuk DC Milivoltmeter)

Gambar Op-Amp di proteus

Op-Amp

 

Op-Amp (Operational Amplifier) adalah penguat tegangan (voltage amplifier) yang memiliki penguatan sangat tinggi, digunakan untuk memperkuat sinyal analog, melakukan operasi matematika (seperti penjumlahan, pengurangan, integrasi, dan diferensiasi), serta sebagai komponen inti dalam berbagai rangkaian elektronik analog. Op-amp biasanya dikemas dalam bentuk IC (Integrated Circuit) seperti IC 741, dan memiliki dua input (inverting dan non-inverting) serta satu output.

d. Kapasitor

kapasitor di proteus

Kapasitor adalah komponen elektronik yang berfungsi untuk menyimpan energi dalam bentuk muatan listrik. Kapasitor terdiri dari dua konduktor (biasanya berupa pelat logam) yang dipisahkan oleh bahan isolator yang disebut dielektrik. Ketika tegangan diterapkan pada kapasitor, muatan listrik akan terakumulasi pada pelat-pelat konduktor, sehingga menciptakan medan listrik di antara keduanya.

 

e. Dioda

Gambar Dioda di proteus 

 

Dioda adalah piranti dua terminal yang terbuat dari bahan semikonduktor, yang menghantarkan arus listrik mengalir ke satu arah dan menghambat arus listrik dari arah sebaliknya.

 


4. Dasar Teori[Kembali]

INSTRUMENTATION CIRCUITS

Millivoltmeter Berbasis Op-Amp

Millivoltmeter adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur tegangan yang sangat kecil, biasanya dalam skala millivolt (mV). Karena sinyal yang diukur sangat kecil, diperlukan rangkaian penguat yang mampu meningkatkan level tegangan tanpa distorsi dan dengan tingkat akurasi yang tinggi. Salah satu solusi yang umum digunakan adalah dengan memanfaatkan penguat operasional (op-amp) yang dirancang dalam konfigurasi tertentu.

Penguat operasional adalah suatu perangkat elektronika aktif yang digunakan untuk memperkuat sinyal analog. Op-amp ideal memiliki penguatan tegangan tak hingga, impedansi input tak hingga, dan impedansi output nol, meskipun pada kenyataannya nilai-nilai tersebut terbatas. Op-amp dapat digunakan dalam berbagai konfigurasi, seperti inverting, non-inverting, integrator, diferensiator, komparator, dan sebagainya. Untuk aplikasi millivoltmeter, konfigurasi non-inverting dan inverting amplifier sangat umum digunakan tergantung kebutuhan respon sinyal dan polaritasnya.

Prinsip Kerja DC Milivoltmeter:

DC millivoltmeter bekerja dengan menggunakan op-amp dalam konfigurasi non-inverting untuk memperkuat tegangan DC yang sangat kecil. Sinyal input diberikan ke terminal non-inverting (+), kemudian diperkuat oleh op-amp berdasarkan rasio resistor Rf dan R1. Tegangan output dari op-amp akan menghasilkan arus yang mengalir melalui galvanometer (miliamperemeter), dan besar arus ini menunjukkan seberapa besar tegangan input.

Rumus transfer fungsi arus terhadap tegangan input:

  • Io arus output (mA)
  • Vo tegangan input (mV)
  • Rf resistor umpan balik
  • R1 resistor input
  • Rs resistor pembatas arus ke meter

AC Milivoltmeter

AC millivoltmeter merupakan alat ukur yang digunakan untuk mengukur tegangan AC (bolak-balik) yang sangat kecil dalam satuan millivolt (mV). Rangkaian ini memanfaatkan penguat operasional (op-amp) untuk memperkuat sinyal AC, kemudian sinyal diperkuat tersebut diubah menjadi arus yang mengalir melalui sebuah meter analog (biasanya galvanometer).

Rumus dasar hubungan antara arus keluaran (Io​) dan tegangan masukan (Vi) dari rangkaian ini adalah:



  • Io arus output (mA)
  • Vo tegangan input (mV)
  • Rf resistor umpan balik
  • R1 resistor input
  • Rs resistor pembatas arus ke meter

Diketahui:

 Rf​=100kΩ

 R1=100 kΩ

 RS=10 Ω

 Maka:

Artinya:

>Bila Vi=10 mV, maka Io=1 mA (arus penuh, defleksi maksimum di meter)

>Bila Vi=5 , maka Io=0.5 mA (defleksi setengah)

5. Example[Kembali]

Example

1. Hitung arus keluaran Io​ jika tegangan masukan V1=20mV

Jawaban:

 

2. Berapa tegangan input AC RMS maksimal agar meter 0–1 mA tidak kelebihan beban? (Asumsikan full scale 1 mA, Rs = 10 Ω)

 

Jawaban: 

Karena konfigurasi menggunakan detektor puncak dan penguatan op-amp seperti DC, kita asumsikan:

 

 

3. Jika ingin mengganti Rs​ agar 1 mA tercapai pada input 5 mV, berapa nilai Rs​ yang harus digunakan?

 

Jawaban:

 

 

6. Problem[Kembali]

Problem

1. Berapa nilai Rf​ yang diperlukan agar 10 mV input menghasilkan 2 mA arus pada meter? R1=100kΩ,Rs​=10Ω

Jawaban:

 

 

2. Berapa tegangan input AC RMS maksimal agar meter 0–1 mA tidak kelebihan beban? (Asumsikan full scale 1 mA, Rs = 10 Ω)

 

Jawaban:

 

3. Jika Rs​ diganti menjadi 20 Ω, berapa arus meter saat V1=10mV?

 

Jawaban:

 

7. Pilihan Ganda[Kembali] 

Pilihan Ganda

1. Sebuah DC millivoltmeter menggunakan konfigurasi op-amp non-inverting dengan Rf=100 kΩ, R1=100 kΩ, dan RS=10 Ω. Jika tegangan input sebesar Vi=5 mV, berapa arus yang ditunjukkan oleh meter?



 

A. 0.1 mA
B. 0.25 mA
C. 0.5 mA
D. 1 mA

Jawaban: C. 0.5 mA

Penjelasan:

Namun karena gain hanya 1 (jika konfigurasi inverting), atau menggunakan fungsi transfer langsung:

 

2. Sebuah AC millivoltmeter memiliki Rf=100 kΩ, R1=100 , R1​=100kΩ, dan RS​=10Ω. Jika sinyal input AC sebesar 10 mV diberikan, berapa arus maksimum yang ditunjukkan oleh meter?

 

 

 

A. 0.1 mA
B. 0.5 mA
C. 1 mA
D. 2 mA

Jawaban: C. 1 mA

Penjelasan:



 3. Jika sebuah AC millivoltmeter menunjukkan pembacaan 0.25 mA, berapa besar tegangan input AC yang diberikan?



 

A. 1.5 mV
B. 2.5 mV
C. 5 mV
D. 10 mV

Jawaban: B. 2.5 mV

Penjelasan:

 

 

8. Percobaan[Kembali]

FIG 11.25





FIG 11.26






Prinsip kerja kedua rangkaian: 

 Prinsip kerja kedua rangkaian adalah memanfaatkan op-amp sebagai penguat sinyal tegangan kecil agar dapat dibaca oleh meter analog. Pada rangkaian DC millivoltmeter, sinyal DC yang masuk diperkuat oleh op-amp sehingga menghasilkan arus proporsional terhadap besar tegangan input, yang kemudian menggerakkan jarum pada meter analog. Sedangkan pada AC millivoltmeter, sinyal AC yang masuk juga diperkuat oleh op-amp, lalu disearahkan oleh dioda dan diratakan oleh kapasitor, sehingga sinyal AC diubah menjadi DC sebelum mengalir ke meter. Dengan demikian, kedua rangkaian mengubah tegangan kecil menjadi arus terukur melalui prinsip penguatan dan, pada AC, penyearahan.

9. Link Download[Kembali]











Comments

Post a Comment

Popular posts from this blog

Materi Sub Bab 15.5

Image
KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA] DAFTAR ISI 1. Pendahuluan 2. Tujuan 3. Alat dan Bahan 4. Dasar Teori 5. Example 6. Problem 7. Pihan Ganda 8. Percobaan 9. Link Download 1. Pendahuluan [Kembali]   Regulasi tegangan adalah komponen vital dalam sistem elektronika untuk menjaga stabilitas tegangan DC meskipun terjadi fluktuasi input atau perubahan beban. Bab 15.5 membahas  Discrete Transistor Voltage Regulation , yang menggunakan transistor diskrit (bukan IC terintegrasi) untuk merancang regulator tegangan seri ( series ) dan shunt. Regulator seri bekerja dengan mengontrol resistansi elemen yang terhubung seri antara input dan output, sementara regulator shunt mengalihkan arus berlebih ke ground. Keduanya dirancang untuk mengatasi masalah seperti: Variasi tegangan input (misalnya, dari rectifier atau baterai). Perubahan arus beban yang tiba-tiba. Ripple pada output akibat ketidaksempurnaan filter. Selain itu, bab ini juga mencakup teknik proteksi sep...
Read more

MODUL 2 OSCILLOSCOPE DAN PENGUKURAN DAYA

Image
[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA] DAFTAR ISI 1. Pendahuluan 2. Tujuan 3. Alat dan Bahan 4. Dasar Teori 5. Percobaan Percobaan ... Tugas Pendahuluan Laporan Akhir MODUL 2 OSCILLOSCOPE DAN PENGUKURAN DAYA 1. Pendahuluan [Kembali]      Di tengah perkembangan teknologi modern, penguasaan konsep dasar elektronika merupakan hal esensial bagi para profesional di bidang teknik. Kegiatan praktikum berperan vital sebagai sarana pembelajaran, memberikan pengalaman langsung dalam mengaplikasikan teori ke situasi nyata. Dengan demikian, mahasiswa tidak hanya memahami aspek teoritis tetapi juga mampu mempraktikkannya.      Praktikum kali ini berfokus pada dua aspek fundamental elektronika: penggunaan osiloskop dan teknik pengukuran daya. Osiloskop, sebagai instrumen utama di laboratorium teknik, memiliki peran penting dalam memantau, menganalisis, dan memecahkan masalah sinyal listrik. Di sisi lain, pengukuran daya menjadi dasar untuk mengevaluas...
Read more

TUGAS PENDAHULUAN MODUL 1

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA] 1.       Jelaskan apa itu jembatan wheatstone dan fungsinya! Jawab: Jembatan Wheatstone adalah rangkaian listrik yang terdiri dari empat resistor (R1, R2, R3, dan Rx) yang disusun membentuk jembatan dengan sumber tegangan dan galvanometer. Rangkaian ini bekerja berdasarkan prinsip keseimbangan, di mana tidak ada arus yang mengalir melalui galvanometer saat rasio hambatan pada kedua lengan memenuhi persamaan R1/R2 = R3/Rx. Dengan mengatur nilai resistor yang diketahui (R1, R2, R3), nilai hambatan yang tidak diketahui (Rx) dapat dihitung secara presisi menggunakan rumus Rx = (R2/R1) × R3. Fungsi Utama: 1.       Mengukur Hambatan Tidak Dikenal : Menentukan nilai resistor yang belum diketahui dengan akurasi tinggi, terutama untuk hambatan kecil (misal: di bawah 1 ohm). 2.       Mendeteksi Perubahan Kecil pada Hambatan : Sensitif terhadap variasi hambatan, sehingga diguna...
Read more