MAKALAH RANGKAIAN OP-AMP
Disusun untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah k uliah Elektronika dengan dosen pengampu Wahyuni Handayani, M.T.
Disusun Oleh: Dea Hasna Fachriyah (1132070013) Devi Yulianti Wafiah (1132070014) Indah Ratnasari
(1132070035)
Ismi Purnamasari
(1132070037)
PRODI PENDIDIKAN FISIKA / JURUSAN PENDIDIKAN MIPA FAKULTAS TARBIYAH DAN KEGURUAN
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SUNAN GUNUNG DJATI BANDUNG 2015
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan atas kehadirat Illahi Robbi berkat rahmat dan hidayah-Nya
kami dapat menyelesaikan makalah yang berjudul “Rangkaian Op-Amp”. Makalah ini kami susun untuk memenuhi salah satu tugas terstruktur matakuliah Elektronika II. Pada kesempatan kali ini, penulis mengucapkan terimakasih kepada dosen pengampu yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk menyusun makalah ini. Tak lupa pula ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada keluarga dan rekan seperjuangan yang tak hentinya memberikan motivasi terbesar untuk penulis menyelesaikan makalah ini tak lupa semua pihak yang telah banyak membantu, memberikan saran serta pertimbangan dalam penyusunan makalah ini sehingga penulis dapat meyusun makalah ini dengan sebaik-baiknya. Seperti pepatah mengatakan tak ada gading yang tak retak. Kami juga menyadari penyusunan makalah ini masih banyak kekurangan dan jauh dari kata sempurna. Untuk itu kami memohon kritik dan saran yang membangun demi penyusunan makalah selanjutnya yang lebih baik. Akhir kata, semoga makalah ini dapat bermanfaat untuk semua pihak dan digunakan untuk semua bidang terkait.
Bandung, 14 April 2015
Penulis
i
Daftar Isi
BAB I .............................................. ................................................................................................. i PENDAHULUAN ........................................................................................................................... i A. Latar Belakang Masalah ................................................... ................................................... ii B. Rumusan Masalah ............................................................................................................... iii C. Tujuan ................................................................................................................................. iii BAB II ............................................................................................................................................. 3 PEMBAHASAN ............................................................................................................................. 3 A. Pengertian .............................................. .............................................................................. 3 B. Karakteristik Ideal Penguat Operasional ............................................................................. 4 C. Sifat sifat Op-Amp sebagai Penguat ideal ................................................... ........................ 6 D. Hukum Rangkaian Op-Amp ................................................................................................ 6 BAB III .........................................................................................................................................22 KESIMPULAN ................................................ ............................................................................ 22 A. Simpulan ................................................ ............................................................................ 22 B. Saran .................................................................................................................................. 22
ii
Daftar Gambar
Gambar 1 simbol penguat Operasional .......................................................................................... 3 Gambar 2 bagian bagian Op-Amp .................................................................................................. 4 Gambar 3 Penguat Pembalik .......................................................................................................... 7 Gambar 4 output non inverting ....................................................................................................... 8 Gambar 5 Penguat tak-membalik.................................................................................................... 9 Gambar 6 Rangkaian Buffer ......................................................................................................... 10 Gambar 7 Penguat Penjumlah ....................................................................................................... 11 Gambar 8 Rangkaian dengan 1 op-amp ................................................ ........................................ 12 Gambar 9 Rangkaian dengan 2 op-amp ................................................ ........................................ 12 Gambar 10 Rangkaian pengurang dengan 3 op-amp .................................................................... 13 Gambar 11 Rangkaian dengan 3 op-amp ...................................................................................... 14 Gambar 12 rangkaian pengurang 1 op-amp. ................................................................................. 14 Gambar 13 Rangkaian pengurang dengan 3 op-amp .................................................................... 15 Gambar 14 Pembanding Tegangan .............................................. ................................................. 15 Gambar 15 Penguat Differensial .................................................. ................................................. 16 Gambar 16 rangkaian integrator ................................................................................................... 17 Gambar 17 sinyal hasil pembalikan .............................................................................................. 19 Gambar 18 rangkaian differensiator ............................................................................................. 20 Gambar 19 penguatan ................................................................................................................... 21
iii
BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah
Sebuah rangkaian op-amp merupakan sebuah rangkaian integrasi (IC) linier yang mampu memberikan penguatan yang sangat besar dan dapat dioperasikan pada interval tegangan yang cukup lebar. Op-amp mampu untuk memberi penguatan sampai setinggi 100.000 untuk sebuah op-amp dalam keadaan rangkaian hubung-terbuka. Sinyal keluaran dari sebuah tranduser atau sensor sangat kecil hampir mendekati mikro volt. tegangan keluran dari tranduser belum dapat dibaca oleh adc atau pengolah sinyal yang lain. Agar sinyal tersebut dapat diolah oleh pengolah sinyal, maka tegangan keluaran dari tranduser tersebut harus dinaikan dengan penguat operasional. Penguat operasional adalah satu dari komponen komponen terpenting dalam system instrumentasi. Penguat operasional dipakai hamper disetiap system untuk menaikan sinyal level rendah dari tranduser ke level cukup tinggi. Didalam system instrumentasi penguat menggunakan op-amp. sinyal level meter, histeresis pengatur suhu, osilator, pembangkit sinyal, penguat audio, penguat mic, filter aktif semisal tapis nada bass, mixer, konverter sinyal, integrator, differensiator, komparator dan sederet aplikasi lainnya, selalu pilihan yang mudah adalah dengan membolak-balik data komponen yang bernama op-amp. Komponen elektronika analog dalam kemasan IC (integrated circuits) ini memang adalah komponen serbaguna dan dipakai pada banyak aplikasi hingga sekarang. Hanya dengan menambah beberapa resitor dan potensiometer, dalam sekejap (atau dua kejap) sebuah pre-amp audio kelas B sudah dapat jadi dirangkai di atas sebuah proto-board. Operasional amplifier yang lebih dikenal dengan nama Op-Amp sebagai kependekan dan namanya, merupakan komponen elektronik yang kegunaannya sangat banyak. Perancangan perancangan piranti elektronik yang pada saat ini cenderung memimmalkan ukuran. Isi dan sebuah Op-Amp tediri dan puluhan transistor, resistor dan kapasitor yang dikemas dalam suatu rangkaian terpadu, sehingga Op-Amp dapat disebut juga rangkaian terpadu (IC = Integrated Circuit). Dimana fungsinya adalah mewakili suatu rangkian tertentu sehingga membentuk suatu rangkaian yang kompak. Pada umumnya keunggulan IC ini tidak mudah terganggu oleh pengaruh suhu ataupun kesalahan kecil karena bahan dan IC tersebut. Penguatan (gain) yang besar mempunyai input yang besar pula sehingga output-nya benimpedansi rendah. 1
Di dalam prakteknya, Op-Amp tidak dapat digunakan tanpa adanya komponen lain seperti resistor, kapasitor, dioda atau komponen lain. Untuk dapat memahami penggunaaan OpAmp ini diperlukan adanya suatu kemampuan menganalisa rangkaian listrik. Semakin banyak kemampuan kita menganalisa rangkaian listrik, semakin luas kita dapat menetapkan penggunaan Op-Amp.
Rumusan Masalah
1. Mengetahui Rangkaian Op-Amp 2. Mengetahui sifat sifat rangkaian Op-Amp 3. Mengetahui hukum rangkaian pada Op-Amp
Tujuan
1.
Mengetahui Rangkaian Op-Amp
2.
Mengetahui sifat sifat rangkaian Op-Amp
3.
Mengetahui hukum rangkaian pada Op-Amp
2
BAB II PEMBAHASAN
Pengertian
Op - Amp adalah suatu penguat gandengan langsung yang memperkuat sinyal arus searah (DC) atau tegangan yang berubah-ubah terhadap satuan waktu. Penguatan yang tinggi dilengkapi dengan umpan balik untuk mengendalikan karakteristiknya secara menyeluruh. “Penguat operasional (Op Amp) didefinisikann sebagai suatu rangkaian terintegrasi yang berisi beberapa tingkat dan konfigurasi penguat diferensial. Penguat operasional memilki dua masukan dan satu keluaran serta memiliki penguatan DC yang tinggi.”1 Untuk dapat bekerja dengan baik, penguat operasional memerlukan tegangan catu yang simetris yaitu tegangan yang berharga positif (+V) dan tegangan yang berharga negatif (-V) terhadap tanah (ground). Simbol dari penguat operasional :
Gambar 1 simbol penguat Operasional
2
Apablia sebuah penguat diferensial yang mempunyai dua buah input yaitu input inverting (-) dan input non inverting (+), maka penguat ini akan berfungsi membandingkan dua sinyal yang dimasukkan ke dalam input – input nya. Sinyal yang keluar dari tingkat ini besarnya akan sebanding dengan perbedaan atau diferensial antara kedua sinyal yang masuk tadi. Tetapi bila kedua sinyal itu nol, maka output-nya nol juga. Polaritas kedua sinyal apabila sama maka output nya akan sebanding dengan selisih dari kedua sinyal tersebut. Sebaliknya jika kedua sinyal itu berlawanan polaritasnya maka output-nya pun akan sebanding dengan jumlahnya.3 Bila salah satu input-nya nol (tidak ada sinyal) maka output akan sebanding dengan sinyal yang 1 Carter,
B., & Brown, T. (2001). Handbook of Operational Amplifier Applications. Texas: Texas Instruments. (Terjemahan Google) 2 Roby. 2011.pdf. https://www.google.com/search?newwindow=1&client=opera&hs=CfL&q=daftar+buku+Op+Amp&oq=daftar+buk u+Op+Amp&gs_l=serp.3...6809762.6817097.0.6817564.18.15.0.0.0.0.1484.2638.72.2.0.msedr...0...1c.1.64.serp..17.1.1483.sqGP-HPyN1g# 3 Herman Dwi Surjono. 2009. Elektronika Lanjut . Jeember : Cerdas Ulet Kreatif. Hal 61 3
dimasukkan pada salah satu input-nya. “Tingkat penguat berfungsi memperkuat sinyal yang keluar dan penguat diferensial sebesar mungkin (kira-kira 100.000 kali). Sedangkan output berimpedansi rendah berfungsi mengisolasi tingkat penguat ini agar tidak dipengaruhi adanya beban dan menghasilkan daya pendorong.”4
Gambar 2 bagian bagian Op-Amp 5 Karakteristik Ideal Penguat Operasional
Op-amp pada dasarnya adalah sebuah differential amplifier (penguat diferensial) yang memiliki dua masukan. Input (masukan) op-amp ada yang dinamakan input inverting dan noninverting. Op-amp ideal memiliki open loop gain (penguatan loop terbuka) yang tak terhingga besarnya. Seperti misalnya op-amp LM741 yang sering digunakan oleh banyak praktisi elektronika, memiliki karakteristik tipikal open loop gain sebesar 104 ~ 105. 6Penguat operasional banyak digunakan dalam berbagai aplikasi karena beberapa keunggulan yang dimilikinya, seperti penguatan yang tinggi, impedansi masukan yang tinggi, impedansi keluaran yang rendah dan lain sebagainya. Karakteristik dari Op Amp ideal yakni karekter yang ada dan mencapai kondisi teoritis bukan dalam kondisi praktis. Tetapi para pembuat Op Amp berusaha untuk membuat Op Amp yang memiliki karakteristik mendekati kondisi-kondisi di atas. Karena itu sebuah Op Amp yang baik harus memiliki karakteristik yang mendekati kondisi ideal. “Karakteristik kondisi-kondisi ideal dari Op Amp, yakni:”7
4 Herman
Dwi Surjono. 2009. Elektronika Lanjut . Jeember : Cerdas Ulet Kreatif. Hal 61 Anonim,….,Pdf. https://www.google.com/search?newwindow=1&client=opera&hs=CfL&q=daftar+buku+Op+Amp&oq=daftar+buk u+Op+Amp&gs_l=serp.3...6809762.6817097.0.6817564.18.15.0.0.0.0.1484.2638.72.2.0.msedr...0...1c.1.64.serp..17.1.1483.sqGP-HPyN1g# 6 Hayt, William; Kemmerly; Steven (2007). Analisis energy gerbang (ed. 7th). McGraw-Hill Higher Education. hal. 175. 7 Pujiono. 2012. Rangkaian Elektronika Analog. Yogyakarta: graha ilmu. Hal 6 - 29 5
4
1. Penguatan Tegangan Lingkar Terbuka
Penguatan tegangan lingkar terbuka (open loop voltage gain) adalah penguatan diferensial Op Amp pada kondisi dimana tidak terdapat umpan balik ( feedback ) yang diterapkan padanya. Secara ideal, penguatan tegangan lingkar terbuka adalah: AVOL = Vo / Vid
AVOL = Vo/(V1-V2)
2. Tegangan Ofset Keluaran
Tegangan ofset keluaran (output offset voltage) VOO adalah harga tegangan keluaran dari Op Amp terhadap tanah ( ground ) pada kondisi tegangan masukan Vid = 0. Secara ideal, harga VOO = 0 V. Op Amp yang dapat memenuhi harga tersebut disebut sebagai Op Amp dengan CMR (common mode rejection) ideal. 3. Hambatan Masukan
Hambatan masukan (input resistance) R i dari Op Amp adalah besar hambatan di antara kedua masukan Op Amp. Secara ideal hambatan masukan Op Amp adalah tak berhingga. Tetapi dalam kondisi praktis, harga hambatan masukan Op Amp adalah antara 5 k hingga 20 M , tergantung pada tipe Op Amp. 4. Hambatan Keluaran
Hambatan Keluaran (output resistance) R O dari Op Amp adalah besarnya hambatan dalam yang timbul pada saat Op Amp bekerja sebagai pembangkit sinyal. Secara ideal harga hambatan keluaran R O Op Amp adalah = 0. 5. Lebar Pita
Lebar pita (band width) BW dari Op Amp adalah lebar frekuensi tertentu dimana tegangan keluaran tidak jatuh lebih dari 0,707 dari harga tegangan maksimum pada saat amplitudo tegangan masukan konstan. Secara ideal, Op Amp memiliki lebar pita yang tak terhingga. Tetapi dalam penerapannya, hal ini jauh dari kenyataan. 6. Waktu Tanggapan
Waktu tanggapan (respon time) dari Op Amp adalah waktu yang diperlukan oleh keluaran untuk berubah setelah masukan berubah. Secara ideal harga waktu respon Op Amp adalah = 0 detik, yaitu keluaran harus berubah langsung pada saat masukan berubah. 7. Karakteristik Terhadap Suhu
Sebagai mana diketahui, suatu bahan semikonduktor yang akan berubah 5
karakteristiknya apabila terjadi perubahan suhu yang cukup besar. Pada Op Amp yang ideal, karakteristiknya tidak berubah terhadap perubahan suhu. Tetapi dalam prakteknya, karakteristik sebuah Op Amp pada umumnya sedikit berubah, walaupun pada penerapan biasa, perubahan tersebut dapat diabaikan. Sifat sifat Op-Amp sebagai Penguat ideal
Secara teoritis Op-Amp adalah penguat yang mempunyai sifat-sifat penguat ideal. Dengan sifat sifat sebagai berikut:8 1.
Faktor penguat Av (open loop gain) tak terhingga artinya jika ada perubahan sedikit saja pada bagian input-nya maka akan menghasilkan perubahan yang sangat besar pada output-nya.
2.
Bila input-nya sama dengan nol maka output-nya juga nol
3.
Impedansi input tak terhingga artinya input-nya tidak akan menarik daya dan tingkat sebelumnya, sehiigga yang diperlukan hanya perubahan tegangan saja.
4.
Impedansi pada bagian output-nya sangat rendah atau nol, artinya tegangan output-nya akan tetap walaupun impedansi beban hampir nol.
5.
Lebar band width tidak terhingga artinya penguat dan DC sama frekwensi tak terhingga tetap sama.
6. Rise time
sama dengan nol, artinya waktu yang dibutuhkan untuk mencapai harga puncak
pada sinyal output akan sama dengan pada sinyal input. 7.
Tidak peka terhadap perubahan tegangan sumber atau perubahan suhu (tidak ada drift ).
Hukum Rangkaian Op-Amp 1. Inverting
Inverting amplifier ini, input dengan outputnya berlawanan polaritas. Jadi ada tanda minus pada rumus penguatannya. “Penguatan inverting amplifier adalah bisa lebih kecil nilai besaran dari 1, dan selalu bernilai negatif. Rumus nya :9 Vo
Vi
8 Hayt,
William; Kemmerly, Jack; Durbin, Steven (2007). Analisis energy gerbang (ed. 7th). McGraw-Hill Higher Education. hal. 183 9 Albert Paul Malvino. 2004. Prinsip-prinsip Elektronika 2. Indonesia. Salemba Teknika. Hal 369 6
Gambar 3 Penguat Pembalik 10
Penguat pembalik adalah penggunanan op amp sebagai penguat sinyal dimana sinyal outputnya berbalik fasa 180 derajat dari sinyal input. 11
Dimana :
Zin = R in karena V adalah bumi maya (virtual ground )
sebuah resistor dengan nilai :12
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 R f dan R in, yaitu: 13
Tanda negatif menunjukkan bahwa keluaran adalah pembalikan dari masukan. 10Roby.
2011.pdf. https://www.google.com/search?newwindow=1&client=opera&hs=CfL&q=daftar+buku+Op+Amp&oq=daftar+buk u+Op+Amp&gs_l=serp.3...6809762.6817097.0.6817564.18.15.0.0.0.0.1484.2638.72.2.0.msedr...0...1c.1.64.serp..17.1.1483.sqGP-HPyN1g# 11 Roby. 2011.pdf. https://www.google.com/search?newwindow=1&client=opera&hs=CfL&q=daftar+buku+Op+Amp&oq=daftar+buk u+Op+Amp&gs_l=serp.3...6809762.6817097.0.6817564.18.15.0.0.0.0.1484.2638.72.2.0.msedr...0...1c.1.64.serp..17.1.1483.sqGP-HPyN1g# 12 Roby. 2011.pdf. https://www.google.com/search?newwindow=1&client=opera&hs=CfL&q=daftar+buku+Op+Amp&oq=daftar+buk u+Op+Amp&gs_l=serp.3...6809762.6817097.0.6817564.18.15.0.0.0.0.1484.2638.72.2.0.msedr...0...1c.1.64.serp..17.1.1483.sqGP-HPyN1g# 13 Roby. 2011.pdf. https://www.google.com/search?newwindow=1&client=opera&hs=CfL&q=daftar+buku+Op+Amp&oq=daftar+buk u+Op+Amp&gs_l=serp.3...6809762.6817097.0.6817564.18.15.0.0.0.0.1484.2638.72.2.0.msedr...0...1c.1.64.serp..17.1.1483.sqGP-HPyN1g# 7
2. Non-Inverting
Rangkaian non inverting ini hampir sama dengan rangkaian inverting hanya perbedaannya adalah terletak pada tegangan inputnya dari masukan noninverting. Rumusnya seperti berikut :14 Vo
Vo
+
Vi
1 ) Vi
Hasil tegangan output noninverting ini akan lebih dari satu dan selalu positif. Rangkaian nya adalah seperti pada gambar berikut ini :
Gambar 4 output non inverting 15
Penguat Tak -Membalik ( Non- Inverting Amplifier) merupakan penguat sinyal dengan karakteristik dasar sinyal output yang dikuatkan memiliki fasa yang sama dengan sinyal input.16 Penguat tak -membalik (non-inverting amplifier ) dapat dibangun menggunakan penguat operasional, karena penguat operasional memang didesain untuk penguat sinyal baik membalik ataupun tak membalik. “Rangkain penguat tak -membalik ini dapat digunakan untuk memperkuat isyarat AC maupun DC dengan keluaran yang tetap sefase dengan sinyal inputnya. Impedansi masukan dari rangkaian penguat tak -membalik (non-inverting amplifier ) berharga sangat tinggi dengan nilai impedansi sekitar 100 MOhm.”17
14 Herman
Dwi Surjono. 2009. Elektronika Lanjut . Jeember : Cerdas Ulet Kreatif. Hal 67 Paul Malvino. 2004. Prinsip-prinsip Elektronika 2. Indonesia. Salemba Teknika. Hal 364 16 Pujiono. 2012. Rangkaian Elektronika Analog. Yogyakarta: graha ilmu. Hal 35 17 Albert Paul Malvino. 2004. Prinsip-prinsip Elektronika 2. Indonesia. Salemba Teknika. Hal 369 15 Albert
8
Gambar 5 Penguat tak-membalik 18
Rangkaian diatas merupakan salah satu contoh penguat tak -membalik memnggunakan sumber tegangan DC simetris.19 Dengan sinyal input yang diberikan pada terminal input noninverting, maka besarnya penguatan tegangan rangkaian penguat tak membalik diatas tergantung pada harga Rin dan Rf yang dipasang. “Besarnya penguatan tegangan output dari rangkaian penguat tak membalik diatas dapat dituliskan dalam persamaan matematis sebagai berikut:20
Apabila besarnya nilai resistor Rf dan Rin rangkaian penguat tak membalik diatas samasama 10KOhm makabesarnya penguatan tegangan dari rangkaian penguat diatas dapat dihitung secara matematis sebagai berikut:21
18 Roby.
2011.pdf. https://www.google.com/search?newwindow=1&client=opera&hs=CfL&q=daftar+buku+Op+Amp&oq=daftar+bu ku+Op+Amp&gs_l=serp.3...6809762.6817097.0.6817564.18.15.0.0.0.0.1484.2638.72.2.0.msedr...0...1c.1.64.serp..17.1.1483.sqGP-HPyN1g# 19 Herman Dwi Surjono. 2009. Elektronika Lanjut . Jeember : Cerdas Ulet Kreatif. Hal 64 20 Dani wahyudin. 2013. Pdf. (diakses 12 April 2015) https://www.google.com/search?client=opera&q=makalah+op-amp+%2B+doc&sourceid=opera&ie=UTF8&oe=UTF-8# 21 Dani wahyudin. 2013. Pdf. (diakses 12 Apr il 2015) https://www.google.com/search?client=opera&q=makalah+op-amp+%2B+doc&sourceid=opera&ie=UTF8&oe=UTF-8# 9
3. Buffer
Rangkaian buffer adalah rangkaian yang inputnya sama dengan hasil outputnya. Dalam hal ini seperti rangkaian common colektor yaitu berpenguatan = 1.22 Rangkaiannya seperti pada gambar berikut ini
Gambar 6 Rangkaian Buffer 23
Nilai R yang terpasang gunanya untuk membatasi arus yang di keluarkan. Besar nilainya tergantung dari indikasi dari komponennya, biasanya tidak dipasang alias arus dimaksimalkan sesuai dengan kemampuan op-ampnya. 4. Adder/ Penjumlah
Rangkaian penjumlah atau rangkaian adder adalah rangkaian penjumlah yang dasar rangkaiannya adalah rangkaian inverting amplifier dan hasil outputnya adalah dikalikan dengan penguatan seperti pada rangkaian inverting.24 Penguat penjumlah berfungsi menjumlahkan beberapa level sinyal input yang masuk ke op-amp.25 Penggunanan op-amp sebagai penjumlah sering dijumpai pada rangkaian mixer audio.
22 Herman
Dwi Surjono. 2009. Elektronika Lanjut . Jeember : Cerdas Ulet Kreatif. Hal 67 google image. (Diakses 14 april 2015) 24 Herman Dwi Surjono. 2009. Elektronika Lanjut . Jeember : Cerdas Ulet Kreatif. Hal 69 25 Herman Dwi Surjono. 2009. Elektronika Lanjut . Jeember : Cerdas Ulet Kreatif. Hal 70 23 Anonym,
10
Gambar 7 Penguat Penjumlah 26
Besarnya penguatan Gain pada masing-masing titik tegangan masukkan adalah:27 Gain = R f / R in Dimana : R f adalah resistor feed-back menuju input inverting. R in adalah resistor yang dilewati tegangan masukkan menuju input invering op-amp. Besarnya tegangan keluaran Vout pada gambar diatas adalah: Vout = - ((R f / R 1) x V1 + (R f / R 2) x V2 + ... + (R f / R n) x Vn) 5. Subtractor/ Pengurang
Rangkaian pengurang ini berasal dari rangkaian inverting dengan memanfaatkan masukan non-inverting, sehingga persamaannya menjadi sedikit ada perubahan. Rangkaian ini bisa terdiri dari 2 macam yaitu :28 a.
Rangkaian dengan 1 op-amp Rangkaian pengurang dengan 1 op-amp ini memanfaatkan kaki inverting dan kaki noninverting. Supaya benar benar terjadi pengurangan maka nilai dibuat seragam seperti gambar. Rumusnya adalah:
Vo
Vo
1 ) (
) Vb-
+
Vb
+
Va
Va
26 Dani
wahyudin. 2013. Pdf. (diakses 12 April 2015) https://www.google.com/search?client=opera&q=makalah+op-amp+%2B+doc&sourceid=opera&ie=UTF8&oe=UTF-8# 27 Albert Paul Malvino. 2004. Prinsip-prinsip Elektronika 2. Indonesia. Salemba Teknika. Hal 372 28 Albert Paul Malvino. 2004. Prinsip-prinsip Elektronika 2. Indonesia. Salemba Teknika. Hal 372 11
Gambar 8 Rangkaian dengan 1 op-amp 29
b.
Rangkaian dengan 2 op-amp Rangkaian pengurang dengan 2 op-amp tidak jauh berbeda dengan satu opamp, yaitu salah satu input dikuatkan dulu kemudian dimasukkan ke rangkaian pengurang, seperti gambar dibawah ini. Perhitungan rumus yang terjadi pada titik Vz:
Gambar 9 Rangkaian dengan 2 op-amp 30
29 Roby.
2011.pdf. https://www.google.com/search?newwindow=1&client=opera&hs=CfL&q=daftar+buku+Op+Amp&oq=daftar+bu ku+Op+Amp&gs_l=serp.3...6809762.6817097.0.6817564.18.15.0.0.0.0.1484.2638.72.2.0.msedr...0...1c.1.64.serp..17.1.1483.sqGP-HPyN1g# 30 Roby. 2011.pdf. 12
Bila Rf =Ri maka persamaannyaakan menjadi : Vo c.
2Vx Vy
Rangkaian dengan 3 op-amp Rangkaian pengurang dengan 3 op-amp sangat lah beda dengan yang lainnya. Ada 3 macam proses yang terjadi disini seperti pada gambar dibawah ini.
Gambar 10 Rangkaian pengurang dengan 3 op-amp 31
https://www.google.com/search?newwindow=1&client=opera&hs=CfL&q=daftar+buku+Op+Amp&oq=daftar+bu ku+Op+Amp&gs_l=serp.3...6809762.6817097.0.6817564.18.15.0.0.0.0.1484.2638.72.2.0.msedr...0...1c.1.64.serp..17.1.1483.sqGP-HPyN1g# 31Roby. 2011.pdf. https://www.google.com/search?newwindow=1&client=opera&hs=CfL&q=daftar+buku+Op+Amp&oq=daftar+bu ku+Op+Amp&gs_l=serp.3...6809762.6817097.0.6817564.18.15.0.0.0.0.1484.2638.72.2.0.msedr...0...1c.1.64.serp..17.1.1483.sqGP-HPyN1g# 13
Gambar 11 Rangkaian dengan 3 op-amp 32
Rangkaian penguat dengan 3 op-amp seperti pada gambar dibawah ini sangat persis seperti rangkaian penguat dengan 1 op-amp. Hal ini karena sebelum masuk dilewatkan buffer saja. Perhitungannya pun sama dengan rangkaian pengurang 1 opamp.
Gambar 12 rangkaian pengurang 1 op-amp. 33
32 Roby.
2011.pdf. https://www.google.com/search?newwindow=1&client=opera&hs=CfL&q=daftar+buku+Op+Amp&oq=daftar+bu ku+Op+Amp&gs_l=serp.3...6809762.6817097.0.6817564.18.15.0.0.0.0.1484.2638.72.2.0.msedr...0...1c.1.64.serp..17.1.1483.sqGP-HPyN1g# 33 Roby. 2011.pdf. https://www.google.com/search?newwindow=1&client=opera&hs=CfL&q=daftar+buku+Op+Amp&oq=daftar+bu ku+Op+Amp&gs_l=serp.3...6809762.6817097.0.6817564.18.15.0.0.0.0.1484.2638.72.2.0.msedr...0...1c.1.64.serp..17.1.1483.sqGP-HPyN1g# 14
Gambar 13 Rangkaian pengurang dengan 3 op-amp 34 6. Comparator/ Pembanding
Comparator adalah penggunaan op amp sebagai pembanding antara tegangan yang masuk pada input (+) dan input (-).35
Gambar 14 Pembanding Tegangan 36
Jika input (+) lebih tinggi dari input ( -) maka op amp akan mengeluarkan tegangan positif dan jika input (-) lebih tinggi dari input (+) maka op amp akan mengeluarkan tegangan negatif.37 Dengan demikian op amp dapat dipakai untuk membandingkan dua buah tegangan yang berbeda. Komparator membandingkan dua tegangan listrik dan mengubah keluarannya untuk menunjukkan tegangan mana yang lebih tinggi.38 34 Roby.
2011.pdf. https://www.google.com/search?newwindow=1&client=opera&hs=CfL&q=daftar+buku+Op+Amp&oq=daftar+bu ku+Op+Amp&gs_l=serp.3...6809762.6817097.0.6817564.18.15.0.0.0.0.1484.2638.72.2.0.msedr...0...1c.1.64.serp..17.1.1483.sqGP-HPyN1g# 35 Albert Paul Malvino. 2004. Prinsip-prinsip Elektronika 2. Indonesia. Salemba Teknika. Hal 379 36 Dani wahyudin. 2013. Pdf. (diakses 12 April 2015) https://www.google.com/search?client=opera&q=makalah+op-amp+%2B+doc&sourceid=opera&ie=UTF8&oe=UTF-8# 37 Pujiono. 2012. Rangkaian Elektronika Analog. Yogyakarta: graha ilmu. Hal 41 38 Pujiono. 2012. Rangkaian Elektronika Analog. Yogyakarta: graha ilmu. Hal 43 15
Di mana V s adalah tegangan catu daya dan penguat operasional beroperasi di antara + V s dan − V s.)39 Rangkaian pembanding ini ada 3 macam yaitu :40 a. Rangkaian pembanding 1 op-amp tanpa jendela input b.
Rangkaian pembanding 1 op-amp dengan jendela input
c.
Rangkaian pembanding 2 op-amp dengan jendela input proses output luar
d.
Rangkaian pembanding 2 op-amp dengan jendela input proses output dalam
Rangkaian pembanding dengan 1 op-amp tanpa jenjela input, artinya rangkaian komparator/pembanding yang langsung dibandingkan. “Rangkaian komparator dengan jendela input rangkaiannya hampir sama dengan rangkaian non-inverting hanya saja parameternya terbalik.”41 7. Penguat Differensial
Gambar 15 Penguat Differensial 42
Penguat diferensial digunakan untuk mencari selisih dari dua tegangan yang telah dikalikan dengan konstanta tertentu yang ditentukan oleh nilai resistansi yaitu sebesar R f/ R 1 untuk R 1 = R 2 39 Roby.
2011.pdf. https://www.google.com/search?newwindow=1&client=opera&hs=CfL&q=daftar+buku+Op+Amp&oq=daftar+bu ku+Op+Amp&gs_l=serp.3...6809762.6817097.0.6817564.18.15.0.0.0.0.1484.2638.72.2.0.msedr...0...1c.1.64.serp..17.1.1483.sqGP-HPyN1g# 40 Pujiono. 2012. Rangkaian Elektronika Analog. Yogyakarta: graha ilmu. Hal 37 41 Albert Paul Malvino. 2004. Prinsip-prinsip Elektronika 2. Indonesia. Salemba Teknika. Hal 383 42 Dani wahyudin. 2013. Pdf. (diakses 12 April 2015) https://www.google.com/search?client=opera&q=makalah+op-amp+%2B+doc&sourceid=opera&ie=UTF8&oe=UTF-8# 16
dan R f = R g. Penguat jenis ini berbeda dengan diferensiator. Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut: 43
Sedangkan untuk R1 = R 2 dan R f = R g maka bati diferensial adalah: 44
8. Integrator
Opamp bisa juga digunakan untuk membuat rangkaian-rangkaian dengan respons frekuensi, misalnya rangkaian penapis (filter). Salah satu contohnya adalah rangkaian integrator. Rangkaian dasar sebuah integrator adalah rangkaian op-amp inverting, hanya saja
rangkaian umpan
baliknya ( feedback ) bukan resistor melainkan menggunakan capasitor C. 45
Gambar 16 rangkaian integrator 46
Prinsipnya sama dengan menganalisa rangkaian op-amp inverting. Dengan menggunakan 2 aturan op-amp ( golden rule) maka pada titik inverting akan didapat hubungan matematis :47
43 Dani
wahyudin. 2013. Pdf. (diakses 12 April 2015) https://www.google.com/search?client=opera&q=makalah+op-amp+%2B+doc&sourceid=opera&ie=UTF8&oe=UTF-8# 44 Dani wahyudin. 2013. Pdf. (diakses 12 April 2015) https://www.google.com/search?client=opera&q=makalah+op-amp+%2B+doc&sourceid=opera&ie=UTF8&oe=UTF-8# 45 Pujiono. 2012. Rangkaian Elektronika Analog. Yogyakarta: graha ilmu. Hal 44 46 Elka.2010.pdf. (diakses 12 April 2015) https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=7&cad=rja&uact=8&ved=0CEAQFjAG&url =http%3A%2F%2Felka.fi.itb.ac.id%2Fwp-content%2Fuploads%2F2014%2F10%2FModul-8-OperationalAmplifier.pdf&ei=uh4tVce9JpaTuAScvYCABg&usg=AFQjCNFWO2NKAuXIh5Hmg203Re0_u2ecbw&sig2=4c5PgGFZ sqcEcDjnsIIuaw 47 Elka.2010.pdf. (diakses 12 April 2015) 17
iin = (vin – v-) / R = vin / R, dimana v- = 0 ... (1) iout = -C d(vout – v-) / dt = -C dvout/dt; v- = 0 iin = iout ; ... (2) Maka jika disubtisusi, akan diperoleh persamaan : iin = iout = vin / R = -C dvout/dt atau dengan kata lain Vout = -1/RC ( t0 ∫ tlvindt ) ... (3) Dari sinilah nama rangkaian ini diambil, karena secara matematis tegangan keluaran rangkaian ini merupakan fungsi integral dari tegangan input. Sesuai dengan nama penemunya, rangkaian yang demikian dinamakan juga rangkaian Miller Integral. Aplikasi yang paling populer menggunakan rangkaian integrator adalah rangkaian pembangkit sinyal segitiga dari inputnya yang berupa sinyal kotak. Dengan analisa rangkaian integral serta notasi Fourier, dimana f = 1/t dan ω = 2πf ... (4) penguatan integrator tersebut dapat disederhanakan dengan rumus G(ω) = -1/ωRC ... (5) Sebenarnya rumus ini dapat diperoleh dengan cara lain, yaitu dengan mengingat rumus dasar penguatan opamp inverting G = -R 2/R 1. Pada rangkaian integrator tersebut diketahui R 1 = R dan R 2 = Zc = 1/ωC Dengan demikian dapat diperoleh penguatan integrator tersebut seperti persamaan 5 atau agar terlihat respons frekuensinya dapat juga ditulis dengan G(f) = -1/2πfRC ...(6) Karena respons frekuensinya yang demikian, rangkain integrator ini merupakan dasar dari low pass filter .
Terlihat dari rumus tersebut secara matematis, penguatan akan semakin kecil
(meredam) jika frekuensi sinyal input semakin besar. Pada prakteknya, rangkaian feedback integrator mesti diparalel dengan sebuah resistor dengan nilai misalnya 10 kali nilai R atau satu besaran tertentu yang diinginkan. Ketika inputnya berupa sinyal dc (frekuensi = 0), kapasitor akan berupa saklar terbuka. Jika tanpa resistor feedback seketika itu juga outputnya akan saturasi sebab rangkaian umpan balik op-amp menjadi
https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=7&cad=rja&uact=8&ved=0CEAQFjAG&url =http%3A%2F%2Felka.fi.itb.ac.id%2Fwp-content%2Fuploads%2F2014%2F10%2FModul-8-OperationalAmplifier.pdf&ei=uh4tVce9JpaTuAScvYCABg&usg=AFQjCNFWO2NKAuXIh5Hmg203Re0_u2ecbw&sig2=4c5PgGFZ sqcEcDjnsIIuaw 18
open loop (penguatan open loop opamp output offset voltage (offset tegangan
keluaran) sebesar
10x sampai pada suatu frekuensi cutoff tertentu. ideal tidak berhingga atau sangat besar). Nilai resistor feedback sebesar 10R akan selalu menjamin 48
9. Differensiator.
Mendiferensiasikan sinyal hasil pembalikan terhadap waktu dengan persamaan:
Gambar 17 sinyal hasil pembalikan 49
Kalau komponen C pada rangkaian penguat inverting di tempatkan di depan, maka akan diperoleh rangkaian differensiator. Dengan analisa yang sama seperti rangkaian integrator, akan diperoleh persamaan penguatannya :50 Vout = -RC dvin/dt ...(7) Rumus ini secara matematis menunjukkan bahwa tegangan keluaran vout pada rangkaian ini adalah differensiasi dari tegangan input vin. Contoh praktis dari hubungan matematis ini adalah jika tegangan input berupa sinyal segitiga, maka outputnya akan mengahasilkan sinyal kotak.
48 Pujiono.
2012. Rangkaian Elektronika Analog. Yogyakarta: graha ilmu. Hal 45 wahyudin. 2013. Pdf. (diakses 12 April 2015) https://www.google.com/search?client=opera&q=makalah+op-amp+%2B+doc&sourceid=opera&ie=UTF8&oe=UTF-8# 50 Pujiono. 2012. Rangkaian Elektronika Analog. Yogyakarta: graha ilmu. Hal 45 49 Dani
19
Gambar 18 rangkaian differensiator 51
Bentuk rangkain differensiator adalah mirip dengan rangkaian inverting. Sehingga jika berangkat dari rumus penguat inverting G = -R 2/R 1 dan pada rangkaian differensiator diketahui R 2 = R dan R 1 = Zc = 1/ωC maka jika besaran ini disubtitusikan akan didapat rumus penguat differensiator G(ω) = -ωRC …(8) Dari hubungan ini terlihat sistem akan meloloskan frekuensi tinggi (high pass filter), dimana besar penguatan berbanding lurus dengan frekuensi. Namun demikian, sistem seperti ini akan menguatkan noise yang umumnya berfrekuensi tinggi. Untuk praktisnya, rangkain ini dibuat dengan penguatan dc sebesar 1 (unity gain). Biasanya kapasitor diseri dengan sebuah resistor yang nilainya sama dengan R. Dengan cara ini akan diperoleh penguatan 1 (unity gain) pada nilai frekuensi cutoff tertentu. 52
51 Elka.2010.pdf.
(diakses 12 April 2015) https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=7&cad=rja&uact=8&ved=0CEAQFjAG&url =http%3A%2F%2Felka.fi.itb.ac.id%2Fwp-content%2Fuploads%2F2014%2F10%2FModul-8-OperationalAmplifier.pdf&ei=uh4tVce9JpaTuAScvYCABg&usg=AFQjCNFWO2NKAuXIh5Hmg203Re0_u2ecbw&sig2=4c5PgGFZ sqcEcDjnsIIuaw 52 Herman Dwi Surjono. 2009. Elektronika Lanjut . Jeember : Cerdas Ulet Kreatif. Hal 71 20
Gambar 19 penguatan 53
Mendiferensiasikan sinyal hasil pembalikan terhadap waktu dengan persamaan: 54
Di mana Vin dan Vout adalah fungsi dari waktu. Pada dasarnya diferensiator dapat juga dibangun dari integrator dengan cara mengganti kapasitor dengan induktor,55 namun tidak dilakukan karena harga induktor yang mahal dan bentuknya yang besar. Differensiator dapat juga dilihat sebagai tapis pelewat-rendah dan dapat digunakan sebagai tapis aktif.
53Dani
wahyudin. 2013. Pdf. (diakses 12 April 2015) https://www.google.com/search?client=opera&q=makalah+op-amp+%2B+doc&sourceid=opera&ie=UTF8&oe=UTF-8# 54 Dani wahyudin. 2013. Pdf. (diakses 12 April 2015) https://www.google.com/search?client=opera&q=makalah+op-amp+%2B+doc&sourceid=opera&ie=UTF8&oe=UTF-8# 55Albert Paul Malvino. 2004. Prinsip-prinsip Elektronika 2. Indonesia. Salemba Teknika. Hal 392 21
BAB III KESIMPULAN Simpulan
Op - Amp adalah suatu penguat gandengan langsung yang memperkuat sinyal arus searah (DC) atau tegangan yang berubah-ubah terhadap satuan waktu. Penguatan yang tinggi dilengkapi dengan umpan balik untuk mengendalikan karakteristiknya secara menyeluruh.
Karakteristik dari Op Amp ideal yakni karekter yangada dan mencapai kondisi teoritis bukan dalam kondisi praktis. Tetapi para pembuat Op Amp berusaha untuk membuat Op Amp yang memiliki karakteristik mendekati kondisi-kondisi di atas. Karakteristik kondisi-kondisi ideal dari Op Amp, yakni: Penguatan Tegangan Lingkar Terbuka ; Keluaran Tegangan Ofset ; Hambatan Masukan ; Hambatan Keluaran ; Lebar Pita ; Waktu Tanggapan ; Karakteristik Terhadap Suhu. Secara teoritis Op-Amp adalah penguat yang mempunyai sifat-sifat penguat ideal. Hokum rangkaian listrik yang terdapat di dalam Op=Amp, yakni: Differensiator; Integrator; Differensial; Penguat ; Pembanding Comparator; Subtractor/ Pengurang; Penjumlah; Buffer; Inverting dan Noninverting. Saran
22
Daftar Pustaka 1.
Carter, B., & Brown, T. (2001). Handbook of Operational Amplifier Applications. Texas: Texas Instruments. (Terjemahan Google)
2.
Roby. 2011.pdf. https://www.google.com/search?newwindow=1&client=opera&hs=CfL&q=daftar+b uku+Op+Amp&oq=daftar+buku+Op+Amp&gs_l=serp.3...6809762.6817097.0.6817 564.18.15.0.0.0.0.1484.2638.7-2.2.0.msedr...0...1c.1.64.serp..17.1.1483.sqGPHPyN1g#
3.
Herman Dwi Surjono. 2009. Elektronika Lanjut . Jeember : Cerdas Ulet Kreatif.
4.
Pujiono. 2012. Rangkaian Elektronika Analog. Yogyakarta: graha ilmu.
5.
Albert Paul Malvino. 2004. Prinsip- prinsip Elektronika 2. Indonesia. Salemba Teknika.
6.
Dani wahyudin. 2013. Pdf. (diakses 12 April 2015) https://www.google.com/search?client=opera&q=makalah+opamp+%2B+doc&sourceid=opera&ie=UTF-8&oe=UTF-8#
7.
Anonym, google image. (Diakses 14 april 2015)
8.
Elka.2010.pdf. (diakses 12 April 2015) https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=7&cad=rja& uact=8&ved=0CEAQFjAG&url=http%3A%2F%2Felka.fi.itb.ac.id%2Fwpcontent%2Fuploads%2F2014%2F10%2FModul-8-OperationalAmplifier.pdf&ei=uh4tVce9JpaTuAScvYCABg&usg=AFQjCNFWO2NKAuXIh5H mg203Re0_u2ecbw&sig2=4c5PgGFZsqcEcDjnsIIuaw
23
