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. Prinsip Kerja

6. Video 

7.. Link Download

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]

1. OP AMP

Operational Amplifier atau lebih dikenal dengan istilah 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.

Karakteristik Faktor Penguat atau Gain pada Op-Amp pada umumnya ditentukan oleh Resistor Eksternal yang terhubung diantara Output dan Input pembalik (Inverting Input). Konfigurasi dengan umpan balik negatif (Negative Feedback) ini biasanya disebut dengan Closed-Loop configuration atau Konfigurasi Lingkar Tertutup. Umpan balik negatif ini akan menyebabkan penguatan atau gain menjadi berkurang dan menghasilkan penguatan yang dapat diukur serta dapat dikendalikan. Tujuan pengurangan Gain dari Op-Amp ini adalah untuk menghindari terjadinya Noise yang berlebihan dan juga untuk menghindari respon yang tidak diinginkan. Sedangkan pada Konfigurasi Lingkar Terbuka atau Open-Loop Configuration, besar penguatannya adalah tak terhingga (∞) sehingga besarnya tegangan output hampir atau mendekati tegangan Vcc.

Secara umum, Operational Amplifier (Op-Amp) yang ideal memiliki karakteristik sebagai berikut :

• Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga)
• Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol)
• Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga)
• Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol)
• Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga)
• Karakteristik tidak berubah dengan suhu

2. Ground

Grounding adalah sistem di dalam tanah yang terpasang pada suatu instalasi listrik yang bekerja untuk meniadakan beda potensial dengan mengalirkan arus sisa kelebihan tegangan, pada umumnya mengalirkan arus sambaran petir ke dalam tanah.

Fungsi Grounding :

Sistem grounding pada peralatan kelistrikan dan elektronika adalah untuk memberikan perlindungan pada seluruh sistem. Untuk lebih jelasnya, berikut ini adalah beberapa fungsi dari grounding:

• Dalam instalasi penangkal petir, system grounding berfungsi sebagai penghantar arus listrik yang besar langsung ke bumi. meski sifatnya sama, namun pemasangan kabel grounding untuk instalasi rumah dan grounding untuk pernangkal petir pemasangannya harus terpisah.
• Sebagai proteksi peralatan elektronik atau instrumentasi sehingga dapat mencegah kerusakan akibat adanya bocor tegangan.
• Grounding di dunia eletronika berfungsi untuk menetralisir cacat (noise) yang disebabkan baik oleh daya yang kurang baik, ataupun kualitas komponen yang tidak standar.

3. Voltmeter AC

Voltmeter merupakan suatu alat yang dimanfaatkan untuk mengukur tegangan listrik dalam suatu rangkaian listrik. Umumnya bentuk penyusunan pararel berdasarkan pada tempat komponen listrik hendak diukur. Dimana dalam setiap komponen ditemukan tiga buah lempengan tembaga di dalamnya. Lempengan tersebut dipasangkan diatas Bakelit yang telah dirangkai dan menyatu dalam tabung plastik atau kaca. Pada lempengan bagian luar dinamakan anode, sementara itu lempengan tengah disebut katode.

Masing-masing ukuran tabung tersebut kurang lebih 15 cm x 10 cm. Dari segi desain pun voltmeter tidak jauh berbeda terhadap desain amperemeter.Sama halnya dengan hambatan memiliki bentuk sama yakni multiplier, seri, dan galvanometer. Faktanya, kinerja yang dihasilkan dari alat tersebut lebih baik, serta senantiasa meningkat ketika sudah ditambahkan multiplier.Tujuan penambahan multiplier didalam alat dimaksudkan untuk kinerja dan kemampuannya menjadi berkali-kali lebih besar. Sementara dapat menciptakan suatu gaya magnet ketika medan magnet dan kuat arus listrik saling berinteraksi. Gaya magnet tersebut disinyalir untuk menggerakkan jarum. Dari sini kapasitas arus pada jarum berdasarkan aliran arus listrik.

Bagian-bagian voltmeter :

• Batas ukur maksimum dan minimum,
• Set-up untuk mengatur fungsi,
• Jarum penunjuk,
• Terminal kutub positif dan kutub negatif.
• Skala tinggi dan Rendah dari tegangan listrik terukur.

Jadi, voltmeter AC adalah alat yang dapat mengukur tegangan AC dengan batas maksimal 250 V.

4. Sumber Tegangan AC

Arus listrik yang mengalir secara searah atau bolak-balik. Arus AC memiliki nilai dan arah yang selalu berubah-ubah dan akan membentuk suatu gelombang yang bernama gelombang sinusoida.

3. Dasar Teori [Kembali]

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 :

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).

 

3.3 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]

Gambar Simulasi Percobaan Rangkaian Operasi Diferensial dan Operasi Mode Common

Video Simulasi Rangkaian Operasi Diferensial dan Operasi Mode Common

Prosedur Percobaan:

1. Siapkan komponen rangkaian yang diperlukan pada proteus, seperti OP AMP, ground, voltmeter AC, dan sumber tegangan AC.

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

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

5. Prinsip Kerja [Kembali]

Komponen sinyal dari polaritas yang berlawanan akan tampak sangat kuat diumpamakan pada output, sedangkan komponen sinyal yang berada dalam fase sebagian besar dibatalkan sehingga gain mode umum sangat kecil. Idealnya, nilai CMRR tidak terbatas. Semakin besar nilai CMMR, semakin baik operasi.

Penguat diferensial memiliki fitur yang unik, memperkuat perbedaan tegangan antara dua sinyal input tidak seperti Single-Ended yang memperkuat Sinyal Input Tunggal. Prinsipnya menghilangkan Noise (Common-Mode Fluctuating Voltage). Dikonfigurasi untuk beroperasi sebagai penguat single-ended dengan membumikan salah satu input.

Penguat diferensial terintegrasi, arsitektur menyerupai penguat operasional tegangan-umpan balik standar. Keduanya memiliki input diferensial, standar keluaran adalah single-ended dan diferensial.

6. Video [Kembali]

Video Dasar Teori Om-Amp

Video Rangkaian Komparator Om-Amp

7. Link Download [Kembali]

File Gambar Rangkaian [ download ] 

File Video Rangkaian [ download ]

File Simulasi Rangkaian Proteus [ download ]

File Video Pembelajaran [ download ]

HTML [download]

[menuju awal]