Selasa, 01 Oktober 2013

Teori Dasar Penguat Operasional ( OP-AMP )

Penguat operasional (bahasa Inggris: operational amplifier) atau yang biasa disebut op-amp merupakan suatu jenis penguat elektronika dengan sambatan (bahasa Inggris: coupling) arus searah yang memiliki bati (faktor penguatan atau dalam bahasa Inggris: gain) sangat besar dengan dua masukan dan satu keluaran. op-amp pada umumnya tersedia dalam bentuk IC dan yang paling banyak digunakan adalah seri 741.
op-amp adalah perangkat yang sangat efisien dan serba guna. Contoh penggunaan op-amp adalah untuk operasi matematika sederhana seperti penjumlahan dan pengurangan terhadap tegangan listrik hingga dikembangkan kepada penggunaan aplikatif seperti komparator dan osilator dengan distorsi rendah.
Op-amp dalam bentuk rangkaian terpadu memiliki karakteristik yang mendekati karakteristik op-amp ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat di dalamnya. Karakteristik op-amp ideal adalah:
  1. Bati tegangan tidak terbatas.
  2. Impedansi masukan tidak terbatas.
  3. Impedansi keluaran nol.
  4. Lebar pita (band width) tidak terbatas.
  5. Tegangan ofset nol (keluaran akan nol jika masukan nol).

Bagian dalam



Bagian dalam penguat operasional seri 741 seperti dijelaskan di dalam teks.
Pada diagram skema di atas digambarkan susunan bagian dalam IC op-amp seri 741. Nomor-nomor yang terdapat di dekat terminal pada gambar menunjukkan nomor kaki terminal pada IC 741 jenis 8-pin. Pin nomor 8 tidak terhubung dengan sirkuit.
Ada beberapa hal menarik tentang sirkuit internal 741. Yang pertama adalah transistor masukan terhubung dengan konfigurasi pengikut emiter NPN yang keluarannya terhubung secara langsung kepada sepasang transistor PNP yang terkonfigurasi sebagai penguat basis bersama. Konfigurasi ini memisahkan masukan dan mencegah sinyal umpan balik yang mungkin memiliki efek berbahaya yang bergantung pada frekuensi.
Pasangan transistor pada bagian yang diwarnai dengan warna merah pada diagram disebut cermin arus, di mana basis terhubung langsung dengan kolektor pada salah satu transistor dari tiap pasangan dan kedua transistor saling terhubung pada emiter. Penggunaan cermin arus pada sirkuit masukan, yaitu pasangan transistor Q8 dan Q9 serta pasangan Q12 dan  Q13 , memungkinkan masukan menerima ayunan tegangan Sedangkan cermin arus ketiga, yaitu pasangan transistor Q10 dan Q11 membentuk cermin arus yang agak berbeda dengan resistor bernilai 5 K\Omega terhubung secara seri dengan emiter membatasi arus kolektor menjadi hampir nol sehingga dapat menjadi hubungan impedansi tinggi kepada catu daya negatif dan tidak membebani sirkuit masukan.
Keunikan lain dalam sirkuit internal ditunjukkan dengan warna hijau, di mana kedua resistor bias transistor terhubung sedemikian hingga tidak terlihat adanya sinyal masukan kepada basis transistor. Bila diasumsikan tidak ada arus basis yang mengalir pada transistor, dan nilai V_{BE} sebesar 0,625 Volt maka menurut hukum Ohm akan diperlukan arus sebesar 0,625 V ÷ 7,5 K\Omega = 0,0833 mA melalui resistor antara basis dan kolektor. Arus tersebut juga harus mengalir melalui resistor antara basis dan emiter sehingga menimbulkan tegangan jepit sebesar 0,0833 mA × 4,5 K\Omega = 0,375 V sehingga menghasilkan total tegangan jepit melalui dua resistor sebesar 0,625 V + 0,375 V = 1,0 V. Hal ini digunakan untuk memberikan beda tegangan internal sebesar 1 Volt berapa pun tegangan keluaran keseluruhan sirkuit.
ragam bersama tanpa melewati rentang daerah aktif tiap transistor dalam sirkuit.

Notasi Sirkuit


Simbol op-amp pada gambar sirkuit listrik.
Simbol op-amp pada rangkaian seperti pada gambar di atas, di mana:
  • V_{\!+}: masukan non-pembalik
  • V_{\!-}: masukan pembalik
  • V_{\!\text{out}}: keluaran
  • V_{\text{S}\!+}: catu daya positif
  • V_{\text{S}\!-}: catu daya negatif
Catu daya pada notasi op-amp seringkali tidak dicantumkan untuk memudahkan penggambaran rangkaian.

Aplikasi sirkuit

Terdapat banyak sekali penggunaan dari op-amp dalam berbagai jenis sirkuit listrik. Di bawah ini dipaparkan beberapa penggunaan umum dari op-amp dalam contoh sirkuit:

Komparator (pembanding)



Merupakan salah satu aplikasi yang memanfaatkan bati simpal terbuka (bahasa Inggris: open-loop gain) op-amp yang sangat besar. Ada jenis op-amp khusus yang memang difungsikan semata-mata untuk penggunaan ini dan agak berbeda dari op-amp lainnya dan umum disebut juga dengan komparator (bahasa Inggris: comparator).
Komparator membandingkan dua tegangan listrik dan mengubah keluarannya untuk menunjukkan tegangan mana yang lebih tinggi.
  •  V_{\text{out}} = \left\{\begin{matrix} V_{\text{S+}} 
& V_1 > V_2 \\ V_{\text{S-}} & V_1 < V_2 
\end{matrix}\right.
di mana V_{\text{s}} adalah tegangan catu daya dan op-amp beroperasi di antara +V_{\text{s}} dan -V_{\text{s}}.)

Penguat pembalik



Sebuah penguat pembalik menggunakan umpan balik negatif untuk membalik dan menguatkan sebuah tegangan. Resistor Rf melewatkan sebagian sinyal keluaran kembali ke masukan. Karena keluaran taksefase sebesar 180°, maka nilai keluaran tersebut secara efektif mengurangi besar masukan. Ini mengurangi bati keseluruhan dari penguat dan disebut dengan umpan balik negatif.
 V_{\text{out}} = -\frac{R_{\text{f}}}{R_{\text{in}}} 
V_{\text{in}}\!\
Di mana,
  • Z_{\text{in}} = R_{\text{in}}\ (karena V_{-}\ adalah bumi maya (bahasa Inggris: virtual ground)
  • Sebuah resistor dengan nilai R_{\text{f}} \| R_{\text{in}}
 \triangleq R_{\text{f}} R_{\text{in}} / (R_{\text{f}} + R_{\text{in}}) , ditempatkan di antara masukan non-pembalik dan bumi. Walaupun tidak dibutuhkan, hal ini mengurangi galat karena arus bias masukan.
Bati dari penguat ditentukan dari rasio antara Rf dan Rin, yaitu:
A = -\frac{R_f}{R_{in}}
Tanda negatif menunjukkan bahwa keluaran adalah pembalikan dari masukan.  Contohnya jika Rf adalah 10.000 Ω dan Rin adalah 1.000 Ω, maka nilai bati adalah -10.000Ω / 1.000Ω, yaitu -10.

Penguat non-pembalik



Rumus penguatan penguat non-pembalik adalah sebagai berikut:
V_{\text{out}} = V_{\text{in}} \left( \frac{R_1 + 
R_2}{R_1} \right)\,
atau dengan kata lain:
V_{\text{out}} = V_{\text{in}} \left( 1 + 
\frac{R_2}{R_1} \right)\,
Dengan demikian, penguat non-pembalik memiliki bati minimum bernilai 1. Karena tegangan sinyal masukan terhubung langsung dengan masukan pada op-amp maka impedansi masukan bernilai Z_{\text{in}} \approx \infin.

Penguat diferensial

Penguat diferensial digunakan untuk mencari selisih dari dua tegangan yang telah dikalikan dengan konstanta resistansi yaitu sebesar \frac{ 
R_{\text{f}} }{ R_1 }\ untuk R_1 = R_2\ dan R_{\text{f}} = R_{\text{g}}\ . Penguat jenis ini berbeda dengan diferensiator. Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut:
tertentu yang ditentukan oleh nilai
 V_{\text{out}} = \frac{ \left( R_{\text{f}} + R_1 
\right) R_{\text{g}} }{\left( R_{\text{g}} + R_2 \right) R_1} V_2 - 
\frac{R_{\text{f}}}{R_1} V_1
Sedangkan untuk R_1 = R_2 dan R_{\text{f}} = R_{\text{g}} maka bati diferensial adalah:
V_{\text{out}} = \frac{ R_{\text{f}} }{ R_1 } 
(V_{\text{2}} - V_{\text{1}})\,

Penguat penjumlah

Penguat penjumlah menjumlahkan beberapa tegangan masukan, dengan persamaan sebagai berikut:
 V_{\text{out}} = -R_{\text{f}} \left( \frac{V_1}{R_1}
 + \frac{V_2}{R_2} + \cdots + \frac{V_n}{R_n} \right)
  • Saat R_1 = R_2 = \cdots = R_n, dan R_{\text{f}} saling bebas maka:
 V_{\text{out}} = -\frac{R_{\text{f}}}{R_1} ( V_1 + 
V_2 + \cdots + V_n ) \!\
  • Saat R_1 = R_2 = \cdots = R_n = R_{\text{f}}\ , maka:
 V_{\text{out}} = -( V_1 + V_2 + \cdots + V_n ) \!\
  • Keluaran adalah terbalik.
  • Impedansi masukan dari masukan ke-n adalah Z_n = R_n \ (di mana V_- \ adalah bumi maya)

Integrator



Penguat ini mengintegrasikan tegangan masukan terhadap waktu, dengan persamaan:
V_{\text{out}} = -\frac{1}{RC}\int_0^t V_{\text{in}} 
\, \operatorname{d}t + V_{\text{mula}}\,
di mana t\ adalah waktu dan V_{\text{mula}}\ adalah tegangan keluaran pada t = 0\ .
Sebuah integrator dapat juga dipandang sebagai tapis pelewat-tinggi dan dapat digunakan untuk rangkaian tapis aktif.

Diferensiator

Mendiferensiasikan sinyal hasil pembalikan terhadap waktu dengan persamaan:
V_{\text{out}} = -RC 
\,\frac{\operatorname{d}V_{\text{in}} }{ \operatorname{d}t} \, \qquad
di mana  V_{\text{in}}\ dan  V_{\text{out}} \ adalah fungsi dari waktu.
Pada dasarnya diferensiator dapat juga dibangun dari integrator dengan cara mengganti kapasitor dengan induktor, namun tidak dilakukan karena harga induktor yang mahal dan bentuknya yang besar. Diferensiator dapat juga dilihat sebagai tapis pelewat rendah dan dapat digunakan sebagai tapis aktif.

sumber: wikipedia


Artikel Terkait:

2 comments:

laudri rizal eka septian mengatakan...

Pertamax, hahaha

Royn mengatakan...

kenek ge laporan om iki. haha :1

Posting Komentar

Silahkan berkomentar disini. SPAM, sumpah serapah, dan kata-kata tidak sopan akan segera saya hapus.