RANGKAIAN INTEGRATOR
A.
PENDAHULUAN 1. Latar Belakang
Merangkai merupakan ketarampilan dasar yang wajib dimiliki oleh fisikawan, terkhusus bagi yang mendalami bidang kelistrikan. Kegiatan merangkai tidak sembarang dilakukan, melainkan harus mematuhi aturan dan konsep yang sudah ditetapkan, jika tidak maka rangkaian yang hendak dibuat tidak akan berfungsi sebagaimana mestinya. Rangkaian yang paling umum diperkenalkan dalam ilmu fisika yaitu terbagi atas 3 jenis yaitu rangkaian seri, rangkaian paralel dan rangkaian seri-paralel atau rangkaian gabungan. Namun, selain ketiga rangkaian dasar tersebut, masih banyak terdapat rangkaian-rangkaian lain, salah satu contohnya yang paling sering digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika adalah rangkaian Op-Amp.
Rangkaian Op-Amp terbagi dalam beberapa jenis, salah satu diantaranya yaitu rangkaian integrator. Rangkaian integrator yaitu rangkaian pengintegrasi sinyal, sehingga tegangan output keluarannya merupakan hasil integral dari tegangan input masukkannya. Pengaplikasian rangkaian ini telah banyak dijumpai, misalnya pada jurnal Iwan Handoyo Putro
(September, 2003) yaitu pembuatan model transmisi sinyal digital menggunakan modulasi delta. Model yang dibangun terdiri dari bagian pemancar dan penerima. Komponen utama pada model ini adalah integrator yang berfungsi mengubah rentetan pulsa digital menjadi sinyal tangga dengan lebar langkah tetap untuk setiap pulsa high dan low. Berdasarkan hasil pengujian menunjukkan model mampu melakukan proses modulasi dan demodulasi sinyal dengan baik dan mampu memperlihatkan kondisi slope overload .
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan Iwan Handoyo Putro menunjukkan
bahwa
rangkaian
integrator
merupakan
rangkaian
pengintegrasi sinyal yang baik. Inilah salah satu penyebab sehingga rangkaian ini banyak digunakan terutama dalam melakukan suatu penelitian. Melihat hal ini, maka pengetahuan mengenai rangkaian integrator, komponen penyusun rangkaian integrator serta cara merangkai rangkaian integrator sangat penting untuk diketahui. Maka dari itu, percobaan mengenai Rangkaian Integrator perlu untuk dilakukan.
2. Tujuan
Tujuan dilakukannya percobaan Rangkaian Integrator yaitu untuk :
1. Menyusun rangkaian Op-Amp sebagai integrator dan memahami karakteristik pengoperasiannya. 2. Mempelajari hasil proses integrasi pada keluaran dengan memberi masukkan gelombang kotak, segitiga dan sinusoidal.
B.
KAJIAN TEORI
Operational Amplifier (Op-Amp) atau penguat operasional merupakan salah satu komponen analog yang sering digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. Menurut pengertiannya penguat operasional (Op-Amp) adalah suatu blok penguat yang mempunyai dua masukan dan satu keluaran, dimana tegangan output nya adalah proporsional terhadap perbedaan tegangan antara kedua input nya. Op-Amp sering digunakan sebagai penguat sinyalsinyal, baik yang linier maupun yang nonlinier terutama dalam sistem-sistem pengaturan dan pengendalian, instrumentasi, dan komputasi analog . Op-Amp yang biasa terdapat di pasaran berupa rangkaian terpadu (integrated circuit - IC). Aplikasi Op-Amp yang paling sering dibuat antara lain adalah rangkaian inverter , non-inverter , integrator dan differensiator. Op-Amp dinamakan juga dengan penguat differensial dengan impedansi input tinggi dan output impedansi rendah. Op-Amp di dalamnya terdiri dari beberapa bagian, yang pertama adalah penguat differensial, lalu ada tahap penguatan (gain), selanjutnya ada rangkaian penggeser level (level shifter ) dan kemudian penguat akhir (Palendeng, 2015). Op-Amp bisa juga digunakan untuk membuat rangkaian-rangkaian dengan respon frekuensi, misalnya rangkaian penapis ( filter ). Salah satu contohnya adalah rangkaian integrator seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.1. Rangkaian dasar sebuah integrator adalah rangkaian Op-Amp inverting ,
hanya saja rangkaian umpan baliknya (feedback ) bukan resistor melainkan menggunakan kapasitor C.
Gambar 8.1 Rangkaian Integrator
Prinsipnya sama dengan menganalisa rangkaian Op-Amp inverting . Dengan menggunakan 2 aturan Op-Amp (golden rule) maka pada titik inverting akan didapat hubungan matematis : V in
I in
V
V in
R
I out
I in
R
, dimana
V
0
(aturan 1) .................(8.1)
dV V V Cd out C out , dimana V dt dt
I out
(aturan 2)
V in R
I out
C
dV out dt
0
............(8.2)
............................................... ...........(8.3)
Maka, jika disubtitusikan akan diperoleh persamaan : I in
, atau dengan kata lain
V out
t V in dt Rc t ............................................................(8.4) 1
1
0
(Wawolumaja, 2013). Suatu rangkaian yang menghasilkan output bentuk gelombang tegangan yang merupakan jumlahan (integral) dari bentuk gelombang tegangan input disebut dengan integrator atau penguat integrasi. Karakteristik dasar dari integrator yaitu mengintegrasikan fungsi gelombang dari sinyal yang diberikan padanya. Artinya, apabila sinyal masukan berupa fungsi gelombang sinus, maka sinyal keluarannya akan berbentuk fungsi gelombang cosinus. Jika bentuk sinyal masukan berupa fungsi gelombang kotak, maka sinyal keluarannya akan berbentuk fungsi gelombang segitiga. Op-Amp tidak akan dipakai dengan ikal terbuka (tanpa umpan balik). Diperlukan komponen-komponen tambahan guna membuat Op-Amp beroperasi normal. Elemen umpan balik pada rangkaian di atas yaitu sebuah kapasitor nonpolar yang membentuk rangkaian RC dengan resistor input . Sinyal masukan diintegralkan dan sekaligus menyatakan ”luasan di bawah kurva” penguatan tegangannya, yang berdasarkan nilai resistor dan kapasitornya (Jacobus, 2014).
C.
PROSEDUR KERJA
1. Alat dan Bahan
Alat dan bahan percobaan Rangkaian Integrator dapat dilihat pada Tabel 8.1 berikut. Tabel 8.1 Alat dan Bahan Percobaan Rangkaian Integrator No. 1. 2.
Alat dan Bahan Resistor Kapasitor
3. 4.
IC Op-Amp Osiloskop
5. 6. 7.
Pembangkit sinyal Catu daya Papan rangkaian
8. 9.
Kawat email Kabel penghubung
10.
Probe
Kegunaan Sebagai penghambat arus listrik Untuk menyaring / menyimpan muatan listrik Sebagai penguat tegangan Untuk menampilkan bentuk gelomabang masukan dan gelombang keluaran Sebagai pembangkit sinyal gelombang Sebagai sumber tegangan Sebagai tempat merangkai komponen elektronika Untuk menghantarkan arus listrik Untuk menghubungkan catu daya dengan rangkaian Untuk menghubungkan pembangkit sinyal dan osiloskop dalam rangkaian.
2. Prosedur Kerja
Prosedur kerja percobaan Rangkaian Integrator adalah sebagai berikut. a) Menyiapkan alat dan bahan. b) Menyusun rangkaian Op-Amp pada papan rangkaian seperti pada Gambar 8.2 dibuat dengan memasang sumber DC variabel. c) Mengatur isyarat masukan dan pembangkit sinyal (FG) untuk menghasilkan isyarat gelombang kotak 1 Vp-p pada frekuensi 1 kHz.
Gambar. 8.2 Rangkaian Integrator
d) Berdasarkan rangkaian seperti Gambar 8. akan divariasikan keluaran dan masukan mengikuti persamaan : V 0
1 V dt Rc 1
e) Untuk
masukkan
gelombang
kotak,
kita
mengamati
dan
menggambarkan bentuk sinyal masukan (Ch-1) dan bentuk isyarat keluaran (Ch-2) yang terlihat di osiloskop. Mengatur time/div dan volt/div agar seluruh layar osiloskop hanya ditempati oleh satu gelombang saja.
D.
HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Hasil
a. Data pengamatan 1) Rangkaian integrator Data pengamatan untuk rangkaian integrator dapat dilihat pada Gambar 8.3 di bawah ini.
Gambar 8.3 Rangkaian Integrator
2) Hasil proses integrasi pada keluaran dengan memberikan masukan gelombang kotak, segitiga dan sinusoidal
Gelombang kotak Data pengamatan hasil proses integrasi pada keluaran dengan masukan gelombang kotak dapat dilihat pada Gambar 8.4 di bawah ini.
Gambar 8.4 Hasil Proses Integrasi pada Keluaran dengan Masukkan Gelombang Kotak
Gelombang segitiga Data pengamatan hasil proses integrasi pada keluaran dengan masukan gelombang segitiga dapat dilihat pada Gambar 8.5 di bawah ini.
Gambar 8.5 Hasil Proses Integrasi pada Keluaran dengan Masukkan Gelombang Segitiga
Gelombang Sinusoidal Data pengamatan hasil proses integrasi pada keluaran dengan masukan gelombang sinusoidal dapat dilihat pada Gambar 8.6 di bawah ini.
Gambar 8.6 Hasil Proses Integrasi pada Keluaran dengan Masukkan Gelombang Sinusoidal
2. Pembahasan
Rangkaian integrator merupakan rangkaian pengintegrasi sinyal. Rangkaian dasar dari rangkaian integrator adalah rangkaian Op-Amp inverting dengan tahanan umpan baliknya diganti dengan kapasitor. OpAmp merupakan suatu komponen penguat diferensial tegangan. Salah satu jenis Op-Amp yang banyak digunakan dalam menyusun rangkaian yaitu IC. Di dalam IC terdapat suatu rangkaian elektronik yang terdiri atas beberapa transistor, resistor atau dioda. Jika IC jenis ini ditambahkan suatu jenis rangkaian masukan dan suatu jenis rangkaian umpan balik, maka IC ini dapat dipakai untuk mengerjakan berbagai operasi matematika seperti menjumlah, mengurang, membagi, mengali, mengintegrasi dan sebagainya. Oleh karena itu, IC jenis ini dinamakan penguat operasi atau operasional amplifier yang disingkat Op-Amp. Percobaan kali ini, akan dilakukan 2 pengamatan yaitu pengamatan pertama merangkaian rangkaian Op-Amp sebagai rangkaian integrator dan pengamatan kedua yaitu mengamati hasil proses integrasi pada keluaran dengan masukkan gelombang kotak, segitiga dan sinusoidal. Untuk pengamatan pertama, komponen-komponen utama yang digunakan untuk menyusun sebuah rangkaian Op-Amp sebagai rangkaian integrator yaitu jenis IC 741, kapasitor, resistor, dan kawat email. Hal penting yang perlu diperhatikan dalam
menyusun rangkaian Op-Amp sebagai rangakaian
integrator yaitu kaki-kaki IC tidak boleh
saling terhubung pada papan
rangkaian. Adapun, untuk karakteristik pengoperasian rangkaian integral secara teori yaitu mengintegrasikan fungsi gelombang dari sinyal yang diberikan padanya. Artinya, apabila sinyal masukannya berupa gelombang sinusoidal, maka sinyal keluarannya yaitu hasil integral dari sinyal masukannya tersebut yaitu gelombang cosinus. Apabila sinyal masukannya gelombang kotak, maka sinyal keluaranya adalah gelombang segitiga. Serta, apabila sinyal masukannya gelombang segitiga, maka sinyal keluaranya adalah gelombang sinusoidal. Pengamatan kedua, yaitu mengamati hasil proses integrasi dengan masukan gelombang kotak, segitiga dan sinusoidal. Pengamatan ini akan membuktikan
karakteristik
pengoperasian
dari
rangkaian
integrator.
Adapun, rangakaian yang digunakan pada pengamatan ini, yaitu rangakaian yang telah dirangkai sebelumnya pada pengamatan pertama. Berdasarkan data pengamatan, diperoleh hasil untuk input gelombang kotak maka akan menghasilkan gelombang keluaran berbentuk gelombang segitiga. Untuk input gelombang segitiga maka akan menghasilkan gelombang keluaran berbentuk sinusoidal. Serta, untuk input gelombang sinusoidal akan menghasilkan gelombang keluaran cosinus. Hasil yang diperoleh ini telah sesuai dengan teori yang telah ada, dimana sinyal output dari rangakaian integral merupakan hasil integrasi dari sinyal masukkannya.
E.
PENUTUP 1. Kesimpulan
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa : a. Rangkaian integrator dapat dirangkai dengan menggunakan IC Op-Amp resistor dan kapasitor, jadi karakteristik utama rangkaian integrator adalah kapasitor yang menjadi umpan baliknya (feedback) sehingga tegangan output nya sebanding dengan integrasi tegangan input -nya. b. Ketika input nya berupa gelombang kotak, maka output nya akan berupa gelombang segitiga. Ketika input nya berupa gelombang segitiga, maka output nya akan berupa gelombang sinusoidal. Ketika input nya berupa gelombang sinusoidal, maka output nya akan berupa gelombang cosinus.
2. Saran
Saran yang dapat diberikan setelah mengikuti percobaan Rangkaian Integrator yaitu sebagai berikut. a. Untuk pihak laboratorium, diharapkan agar lebih melengkapi peralatan perlatan yang akan digunakan dalam praktikum, sehingga praktikum dapat berlangsung dengan maksimal. b. Untuk asisten, diharapkan agar cara menjelaskan materi praktikum tetap dipertahankan. c. Untuk praktikan, diharapkan agar lebih aktif saat proses praktikum sedang berjalan.
DAFTAR PUSTAKA
Jacobus, Liefson dan Dewi Kristina Gulo. 2014. Rancang Bangun Telslameter dengan Metode Induksi. Vol 6 (2) Palendeng, H. Issher. dkk. .
Rancang B angun Sistem Audio Ni rkabel
Menggunakan Gelombang Radio F M . Putro, Handoyo Iwan. 2003. Model Transmisi Digital Optik Isyarat Analog dengan Modulasi Delta. Vol. 3 (2) Wawolumaja, Rudy. 2013. Diktat Kuliah Elektronika Industri dan Otomasi Bab 4 Rangkaian Pengelolah Sinyal Analog . Universitas Kristen Maranatha : Bandung