LAPORAN 1 - PENGUAT SINYAL LEMAH

A. TUJUAN  
Setelah mengikuti perkuliahan ini diharapkan mahasiswa mampu: 

1. Memahami konsep signal audio flow pada peralatan audio. 
2. Mengetahui dan mempelajari penguatan pada sinyal lemah yang dilakukan oleh rangkaian dengan transistor dan operasional amplifier. 
3. Mengetahui dan mempelajari cara resistansi input, resistansi output dan faktor penguatan dari konfigurasi rangkaian penguat pada percobaan ini.

B. ALAT - ALAT

1. Power Supply
2. AFG
3. Osiloskop
4. Multimeter
5. Kabel – kabel
6. Breadboard
7. IC LM741 x 1
8. Elco 1uF/50V x2
9. Pot 100K x1
10. R160K x2
11. R 1K x1

C. TEORI SINGKAT  
Signal audio adalah signal suara yang bekerja pada range frekuensi 20 Hz sampai dengan 20 KHz yang mampu direspon oleh alat pendengar manusia (telinga). Signal audio analog yang mampu didengar oleh alat pendengar manusia ini dapat diolah melalui peralatan elektronik yang dikenal dengan peralatan audio amplifier.

Peralatan audio merupakan peralatan elektronik analog yang sampai saat ini masih digunakan. Sejak ditemukannya komponen elektronik penguat tabung hampa dan kemudian ditemukannya transistor dengan bahan semi konduktor yang berfungsi sebagai penguat sinyal listrik analog dan mampu melakukan penguatan hingga ribuan kali penguatan, hingga sekarang ditemukannya peralatan elektronik terintegrasi (IC) yang dapat melakukan penguatan seperti tabung hampa dengan berbagai kelebihan dan kekurangannya.

Peralatan audio amplifier banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari seperti alat pemutar compacy disk (CD) dan penguat suara, pengeras suara masjid, sistem tata suara panggung/band yang dikenal denga sound system, bahkan sistem audio broadcasting audio di studio radio dan televisi. Peralatan audio dapat dikategorikan menjadi beberapa bagian antara lain:

1. Peralatan reproduksi audio yang berfungsi untuk menghasilkan sumber signal suara seperti CD player, tape player, Radio penerima, microphone, synthesizer, audio simulator dan lain2.
2. Peralatan Preamplifier berfungsi sebagai penguat awal yang akan memperkuat signal audio yang dihasilkan oleh peralatan reproduksi sehingga level signal menjadi besaran tertentu
3. Peralatan Filter berfungsi sebagai pengaturan nada yang akan bekerja melewatkan atau memotong frekuensi tertentu dengan konsep Low Band Filter atau High Band Filter.
4. Peralatan penguat daya berfungsi sebagai penguat signal besar yang akan menggerakkan pengeras suara (loudspeaker) dan merubah besaran listrik menjadi besaran akustik yang dapat didengar oleh telinga. Kekuatan signal akustik yang akan didengar oleh telinga manusia tergantung dari besar diameter loudspeaker dan kekuatan daya dari sisem penguat daya.

Secara umum dan sederhana blok diagram audio dapat dilihat pada gambar berikut ini:  

Didalam Jobsheet pertama ini kita akan coba mempraktekkan bagaimana penguat awal bekerja. Penguat awal atau biasa disebut dengan Pre-Amplifier (Pre-Amp) merupakan bagian dari sistem audio akan memperkuat signal yang dihasilkan oleh peralatan reproduksi audio. Signal yang dihasilkan oleh peralatan reproduksi yang masih lemah akan diperkuat ke dalam besaran tertentu sehingga didalam perjalanan signal ke bagian berikutnya tidak terjadi banyak penurunan dan gangguan signal (noise). Penguat awal yang biasa dan banyak digunakan adalah penguat awal yang menggunakan IC operasional amplifier (Op-Amp) dikarenakan sistem ini lebih gampang didalam perakitan dan rendah terhadap gangguan signal (noise). Penguat operasional (op-amp) adalah suatu blok penguat yang mempunyai dua masukan dan satu keluaran. Op-amp biasanya terdapat di pasaran berupa rangkaian terpadu (integrated circuit-IC). Dalam bentuk paket praktis IC seperti tipe 741 seperti gambar 2.  

IC 741 memiliki masukan tak membalik v+ (non-inverting) masukan membalik v- (inverting) dan keluaran vo. Jika isyarat masukan dihubungkan dengan masukan membalik (v-), maka pada daerah frekuensi tengah isyarat keluaran akan “berlawanan fase” (berlawanan tanda dengan isyarat masukan). Sebaliknya jika isyarat masukan dihubungkan dengan masukan tak membalik (v+), maka isyarat keluaran akan “sefase”. Sebuah op-amp biasanya memerlukan catu daya 15 V. Dalam menggambarkan rangkaian hubungan catu ini biasanya dihilangkan. Data keadaan ideal op-amp dan kinerja IC 741 seperti terlihat pada tabel berikut:

Pada gambar 3 disajikan op-amp yang terangkai sebagai penguat inverting. Sinyal input diumpankan ke input inverting (-) op-amp melalui R1, yang disebut elemen input. Tahanan R2 adalah elemen umpan balik. Dalam penguat inverting, tegangan output diberikan bersamaan:

Vo = -(R2/R1).V1

Penguatan dari rangkaian diatas adalah: 

Acl = Vo/Vi atau –(R2/R1)

D. LANGKAH KERJA

1. Susun rangkaian pembalik op-amp DC seperti terlihat pada gambar 4. Gunakan sumber DC variabel sebagai catu daya untuk A741.
   
2. Berikan catu tegangan untuk rangkaian percobaan dengan catu tegangan 9 volt DC. 
3. Hidupkan IC dengan menghubungkannya dengan catu daya. Atur potensio 100K pada posisi tengah. Ukur Tegangan keluaran (dengan multimeter) pada kaki-kaki Vo dan menunjukkan nilai sebesar ............ V. (dalam keadaan Vi terbuka). 
4. Bagaimana Keluaran Dibandingkan dengan isyarat masukan?
5. Pasang AFG pada input dengan isyarat input 400 Hz. Atur keluaran sumber AC tersebut pada harga yang terendah (mendekati 0).\
6. Hubungkan osciloscope ke kaki-kaki Vo (Gunakan kapasitor (C2) 1 uF secara seri dengan V0).
7. Nyalakan pencatu daya AFG dan osciloscope. Secara hati-hati atur besarnya isyarat masukan sinusoida sampai mencapai harga maksimum dimana isyarat keluaran tidak mengalami kecacatan (distorsi). Besarnya tegangan puncak-ke-puncak keluaran yang terbaca di osciloskop adalah sebesar....Vp-p 
8.  Hitung besarnya penguatan tegangan dari penguat dengan menggunakan rumus yang ada, dan tentukan penguatan dalam satuan dB (desibel)
9. Aturlah 3 keadaan sinyal input 1) sinyal input maksimum hingga tidak terjadi distorsi pada output (tampilan oscilskop); 2) sinyal minimum dan 3) sinyal tengah-tengah. Masukkan ke tabel pengamatan. 
10.  Kemudian aturlah potensio R4 pada posisi seperti pada tabel pengamatan berikut.

E. SIMULASI ELECTRONIC WORKBENCH

Screenshot:

 

F. KESIMPULAN

• Sinyal yang mampu didengar oleh telinga manusia adalah pada range 20 Hz - 20 KHz
• Alat repoduksi audio berfungsi sebagai penghasil sumber signal suara. 
• Alat Filter berfungsi sebagai pengaturan nada yang akan bekerja melewatkan atau memotong frekuensi tertentu dengan konsep Low Band Filter (LPF) atau High Band Filter (HPF).
• Alat preamplifier berfungsi sebagai penguat awal yang akan memperkuatkan signal audio yang dihasilkann oleh peralatan reproduksi sehingga level signal menjadi besaran tertentu.
• Dalam penguat inverting, tegangan output diberikan bersamaan: Vo = -(R2/R1).V1