Percobaan 2 Penguat Diferensial

Presentasi berjudul: "Percobaan 2 Penguat Diferensial"— Transcript presentasi:

1 Percobaan 2 Penguat Diferensial

2 Tujuan Memahami penguatan sinyal di tengah sinyal interferensi dengan penguat diferensial. Mengevaluasi peran bagian-bagian rangkaian penguat diferensial. Mengamati sifat penguat diferensial transistor bipolar pada berbagai konfigurasi. Mengamati, mengukur, dan menganalisa penguatan differential-mode dan common- mode berbagai konfigurasi penguat diferensial

3 Konsep Penguatan Diferensial
Sinyal Input Penguatan diferensial diperlukan ketika sinyal yang kita inginkan yang mempunyai amplituda kecil tercampur dengan sinyal lain yang amplitudanya besar, misalnya akibat induksi atau interferensi. Contoh aplikasi seperti ini adalah pada pengukuran sinyal EKG. Sinyal EKG hanya antara 1-10 mV. Saat diukur kita berada dalam lingkuran dengan kabel jala-jala di lingkungan pengukuran. Induksi dari jala-jala tidak dapat dihindari dan mengakibatkan superposisi sinyal EKG dengan induksi jala-jala. Penguat diferensial akan membuang atau menekan sinyal induksi atau interferensi kita buang dengan proses pengurangan atau mengambil selisih. Sinyal kecil dengan notasi vd dan sinyal induksi yang besar dengan notasi vCM. Contoh aplikasi: mengukur sinyal EKG (sekitar 1-10 mV) dengan induksi jala-jala listrik (hingga beberapa volt) Sinyal Output

4 Konsep Penguatan Diferensial
Ideal Realita Metrik kualitas penguat diferensial Output yang diinginkan dari penguat diferensial hanya sinyal diferensial vd yang diperkuat. Pada kenyataannya sinyal common mode akan juga muncul pada output walau mengalami peredaman bukan penguatan. Untuk melihat baik atau buruknya sebuah penguat diferensial digunakan ukuran atau metrik CMRR common mode rejection ratio. CMRR adalah perbandingan penguatan diferensial dengan penguatan common modenya.

5 Isu Tegangan Input dan Output
Sinyal input pada penguat diferensial terdiri dari: Sinyal input differential mode Sinyal input common mode Sinyal output dari penguat diferensial dapat berupa Single ended – tegangan pada satu terminal dengan rujukan ground (grounded port) Differnetial ended – selisih tegangan pada dua terminal (floating port) Ada dua sinyal input masuk pada penguat diferensial, yaitu sinyal diferensialnya dan sinyal common atau bersamanya. Kedua sinyal ini akan masuk pada input diferensial dari penguat. Untuk ouput ada dua cara memperoleh output pada penguat diferensial. Pertama, output berupa tegangan dari satu terminal output. Tegangan ini merujuk pada graound sebagai nilai nolnya. Kedua, output berupa tegangan selisih dari dua terminal output, yaitu terminal positif dan terminal negatif. Output diferensial seperti ini berifat floating atau mngambang. Ouput tegangan bisa mempunyai DC atau sinyal bersama.

6 Pemberian Input Diferensial
Diinginkan Perlu 2 buah generator sinyal Untuk di lab Untuk di lab Pada percobaan di laboratorium penguatan diferensial diukur dengan memberikan input dengan selisih vd pada kedua terminal input penguat yang diukur. Namun hal ini kurang praktis mengingat diperlukan dua buah pembangkit sinyal yang harus menghasilkan dua sinyal yang persisa sama dengan polaritas terbalik. Di dalam laboratorium dapat dilakukan dengan cara menggunakan penguat inverting dengan penguatan satu. Cara ini cukup efektif, akan tetapi memerlukan penguat operasional dengan tegangan offset rendah. Penguat operasional biasa, misalnya 741, mempunyai tegangan offset hingga 6mV. Sementara sinyal input diferensial vd yang kita inginkan sekitar mV atau ½ vd hingga sekitar 10 mV. Akibatnya sinyal yang kita berikan akan tenggelam dalam tegangan offset penguat operasional yang digunakan. Namun demikian silakan mencobanya di laboratorium untuk memastikan. Dalam keadaan terpaksa untuk memberikan input sinyal diferensial dapat digunakan satu sinyal vd pada satu terminal dan 0 atau Gnd pada terminal lainnya. Cara ini hanya kita gunakan untuk sinyal vd yang benar-benar kecil karena dengan cara ini akan muncul tegangan common mode sebesar ½ vd. Cara ini yang akan banyak digunakan di lab pada percobaan ini. Opamp harus low offset agar sinyal seimbang Ada vCM sebesar ½ vd

7 Pemberian Input Common Mode
Sinyal common mode diberikan langsung dari satu pembangkit sinyal ke kedua terminal input penguat diferensial yang diukur Sinyal common mode diberikan langsung dari satu pembangkit sinyal ke kedua terminal input penguat diferensial yang diukur.

8 Port Output Penguat Diferensial
Single ended – tegangan pada satu terminal dengan rujukan ground (grounded port) Differnetial ended – selisih tegangan pada dua terminal (floating port) Output dari penguat diferensialdapat berupa sinyal single ended pada satu terminal berupa tegangan dengan rujukan tegangan ground atau berupa sinyal floating pada dua terminal. Pada single ended kita akan mempunyai tegangan output vo pada satu terminal sedangkan output floating tegangan vo merupakan selisih tegangan dua terminal dengan tegangan masing-asing terminal dapat mempunyai nilai DC atau “common mode”.

9 Pengamatan Output vo diukur langsung ke Ch1 atau Ch2 probe osiloskop Ch1 dan C2 probe osiloskop mengukur masing-masing terminal. Nilai vo diamati dengan fungsi selisih pada osioloskop (MATH ch1-ch2) Untuk mengukur tegangan output berbentuk diferensial pada penguat diferensial gunakan fungsi MATH pada osilokop. Pilih fungsi Ch1-Ch2 untuk memperoleh selisih pembacaan pada kedua kanal untuk memperoleh tegangan output yang diinginkan.

10 Komponen pada Rangkaian Percobaan
Transistor yang digunakan Pasangan diferensial NPN 2N3904, Cermin arus (bias) NPN 2N3904, Cermin arus (beban) PNP 2N3906 Upayakan setiap pasangan ransistor matched – mempunyai penguatan sama atau sedekat mungkin – ukur di lab Resistor yang digunakan 5, 10, dan 8k6W. Gunakan nilai seri 4k7W dan 3k9W dan untuk 8k6W. Percobaan akan menggunakan breadboard Rangkaian diferensial dan cermin arus mengharuskan transistor mempunyai perilaku yang sama agar penguatan arusnya sama. Untuk itu ukurlah dahulu beta transistor yang akan digunakan. Masing-masing dua pasang NPN 2N3904 untuk pasangan diferensial dan cermian arus bias dan sepasang PNP untuk beban aktif pasangan diferensialnya. Nilai resistor hanya ada 3 macam 5, 10 dan 8,6 kOhm. Nilai resistor 5 dan 10 kOhm tersedia langsung, sedangkan nilai 8,6 kOhm diperoleh dengan resistor seri 4k7 Ohm dan 3k9 Ohm.

11 Rangkaian dan Pengamatan 1
Pengamatan rangkaian dasar - penguatan Amati Arus bias Penguatan Differential Mode – untuk output satu terminal dan diferensial Penguatan Common Mode – untuk output satu terminal dan diferensial VTC penguatan diferensial – amplituda agak besar Penguatan diferensial akan ditentukan oleh gm dan resistor beban atau resistor kolektor. Ukurlah arus pada resistor 5 kOhm dan 10 kOhm untuk mengetahui arus bias pada rangkaian ini. Ini diperlukan untuk menentukan gm transistornya. Lakukan pengukuran penguatan diferensial dan common mode baik pada cara output single ended mau pun diferensial. Buatlah kurva VTC penguatan diferensial dengan menggunakan tegangan diferensial vd yang agak besar misalnya sd 60 atau 100 mV.

12 Rangkaian dan Pengamatan 2
Pengaruh resistansi bias (arus tetap) pada penguatan common mode Amati Arus bias Penguatan Differential Mode – untuk output satu terminal dan diferensial Penguatan Common Mode – untuk output satu terminal dan diferensial Rangkaian ini mempunyai bias arus ang hampir sama dengan rangkaian sebelumnya. Ukur arus tersebut untuk memastikannya. Ukur penguatan seperti pada rangkaian sebelumnya dan bandingkan.

13 Rangkaian dan Pengamatan 3
Pengaruh resistansi emitor pada jangkauan input linier Amati Arus bias Penguatan Differential Mode – untuk output satu terminal dan diferensial Penguatan Common Mode – untuk output satu terminal dan diferensial VTC penguatan diferensial – amplituda agak besar Penambahan resistor emitor dapat meningkatkan jangkauan tegangan input linier dari penguat diferensial. Peningkatan jangkauan linier ini harus dibayar dengan penurunan penguatannya. Resistor emitor yang digunakan diharapkan cukup kecil agar arus bias tidak berbeda banyak dengan rangkaian dasarnya. Ukurlah untuk memastikannya. Lakukan pengukuran penguatan dan VTC seperti pada rangkaian pertama.

14 Rangkaian dan Pengamatan 4
Pengaruh penggunaan cermin arus pada bias Amati Arus bias Penguatan Differential Mode – untuk output satu terminal dan diferensial Penguatan Common Mode – untuk output satu terminal dan diferensial Penguatan common mode berbanding terbalik dengan resistansi bias arus pada pasangan difeerensial. Untuk memberkecil penguatan common mode digunakan resistor sebesar-besarnya. Namun untuk itu kita perlu jua memberikan tegangan bias negatif yang besar pula. Oleh karene itu, bias arus dengan resistor digantikan dengan cermin arus. Dengan cermin arus maka resistansi sumber arus adalah resistansi output transistor yang nilainya besar. Ukur arus bias dan amati penguatan seperti seblumnya.

15 Rangkaian dan Pengamatan 5
Pengaruh penggunaan beban aktif Amati Arus bias Penguatan Differential Mode – untuk output satu terminal dan diferensial Penguatan Common Mode – untuk output satu terminal dan diferensial Beban yang pada rangkaian sebelumnya menggunakan resistor pada rangkaian ini digantikan beban aktif dengan cermin arus. Ukurlah arus biasnya dan amati penguatan seperti sebelumnya.

16 Rangkaian dan Pengamatan 6
Pengaruh penggunaan beban aktif dengan dan beban luar Amati Penguatan Differential Mode – untuk output satu terminal Penguatan Common Mode – untuk output satu terminal Pada rangkaian terakhir ini ditambahkan beban luar pada beban aktif rangkaian sebelumnya. Pada keadaan ini kita hanya mempunyai output single ended. Amati penguatannya.

17 Analisis Hasil Pengukuran
Pengaruh resistansi bias (arus) pada penguatan mode diferensial dan common Pengaruh penggunaan resistansi degenerasi emitor pada jangkauan tegangan input untuk penguatan linier dan penguatannya Keuntungan penggunaan cermin arus

18 Selamat bekerja