PENGUAT OPERASIONAL (OP-AMP)
MAKALAH Untuk Memenuhi Tugas Matakuliah Elektronika Dasar Diasuh Oleh: Sri Hartini M.Sc
OLEH: Noorhadiah Heri!anti A"#$"$%&'
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN MATEMA MATEMATIKA TIKA DAN IPA IPA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT 2016
PEMBAHASAN
1.1. Pengertian dan sifat-sifat Ideal OP-AMP
Operational Amplifier (Op-Amp) atau penguat operasional merupakan salah satu komponen analog yang sering digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. Menurut pengertiannya penguat operasional (Op-amp) adalah suatu blok penguat yang mempunyai dua masukan dan satu keluaran, dimana tegangan output-nya adalah proporsional terhadap perbedaan tegangan antara kedua inputnya. Op-amp sering digunakan sebagai penguat sinyal-sinyal, baik yang linier maupun yang non linier terutama dalam sistem-sistem pengaturan dan pengendalian, instrumentasi, dan komputasi analog. Op-amp yang biasa terdapat di pasaran berupa rangkaian terpadu (integrated circuit- IC). Aplikasi Op-amp yang paling sering dibuat antara lain adalah rangkaian inerter, non-inerter, integrator dan differensiator. Op-amp dinamakan !uga dengan penguat differensial dengan impedansi input tinggi dan output impedansi rendah. Op-amp di dalamnya terdiri dari beberapa bagian, yang pertama adalah penguat differensial, lalu ada tahap penguatan (gain), selan!utnya ada rangkaian penggeser leel (leel shifter) dan kemudian penguat akhir. "ada gambar # ditun!ukan symbol dari IC Op-amp $M%&# beserta deskripsi pinout.
'ambar #.#. Op-amp $M%&# beserta deskripsi pinout (Isser ."alendeng*) +angkaian integral dasar yang digunakan dalam penguat sinyal elektronik adalah penguat operasional, yang dalam bahasa sehari-hari dinyatakan sebagai sebuah op-amp. Op-amp tersebut dibentuk dari se!umlah tahap transistor pada sebuah keping tunggal dan menyediakan ciri sumber tegangan yang dikontrol tegangan.
'ambar #.*. "enguat Operasional (a) simbol dan (b) representasi rangkaian
"
isini di anggap baha masukan kepada op-amp adalah di rangkaian terbuka sehingga tidak ada arus memasuki op-amp, karena keluaran o bergantung pada selisih di antara kedua sinyal masukan i dan o maka op-amp tersebut adalah sebuah komponen yang sangat besar nilainya dalam mengukur selisih kecil seperti yang mungkin timbul dalam penggunaan alat tolak regangan dan termokopel. /eringkali dalam pemakaian pengolahan sinyal elektronik hanya satu masukan yang dipakaikan. (0it1geral,#23&&#*-) Operational amplifier merupakan multiusage dengan dua masukan (inerting dan non inerting) dan satu keluaran. /ebagai amplifier ideal, op-amp mempunyai karakteristik sebagai berikut yang ditentukan oleh umpan balik dan mempunyai sifat a. b. c. d. e. f.
"enguat tegangan besar (A) "enguat arus besar (Ai) "enguat daya besar (A p) Impedansi input besar (5in) Impedensi input kecil (5out) 6anditch besar (6)
Cirinya mempunyai tegangan (7), tegangan (-) dan ground. Mempunyai input inerting dan non inerting. (8ayadin,*99%:9) 1.2. Penguat menggunakan OP-AMP
#. "enguat Membalik "ada penguat membalik sumber isyarat dihubungkan dengan masukan membalik seperti pada gambar #.4
'ambar #.4. "enguat membalik ;ita dapat membahas penguatan lingkar tertutup (A ,lb) dengan menggunakan pengertian balikan. vo
=
Av ,lbV ab
(#.#) /edangkan
(
C o
=
Av ,lt v i
(#.*) V cc
=
, sebab bila vo
Av ,lb
ini ter!adi isyarat keluaran akan tergunting. Akibatnya v ab ≅ 9
≅
9 . Oleh
v a ≅ vb
karena penguatan lingkar terbuka.
'ambar #.&. "enguat tak membalik "erhatikan baha pada penguat tak membalik isyarat dihubungkan dengan R# R* masukan tak membalik (7) pada op-amp. 6alikan melalui dan tetap dipasang pada masukan membalik agar membentuk balikan negatif. Oleh &
karena masukan membalik dan tak membalik berada pada keadaan hubung V b = V i singkat maya, maka . Oleh karena kedua masukan ada dalam keadaan vo ≅ vi hubung singkat maya maka atau penguatan lingkar tertutup sama dengan satu. "enguatan dalam bentuk ini disebut pengikut tegangan. "engikut tegangan mempunyai penguatan sama dengan satu, impedensi masukan amat tinggi, dan impedensi keluaran amat kecil. 8adi pengikut tegangan berfungsi sebagai penyangga dengan penguatan sama dengan satu. 4. "enguat 8umlah
'ambar #.=. +angkaian penguat !umlah Oleh karena masukan membalik (-) ada dalam keadaan terhubung singkat maya dengan masukan tak membalik (7), sedang masukan tak membalik berhubungan dengan tanah, maka masukan membalik berada pada tanah maya. "enguat !umlah ini sering digunakan untuk men!umlahkan atau mencampur berapa isyarat suara tanpa saling mengganggu. Alat semacam ini dikenal sebagai pencampur audio, yang digunakan untuk mencampur isyarat musik dari berbagai instrumen dan suara penyanyi melalui mikrofon. "enguat !umlah !uga digunakan untuk men!mlahkan beberapa isyarat secara matematik, dan digunakan pada komputer analog.
1.3. Beberaa sifat dan besaran dasar !-am
#. Ofset tegangan keluaran V o , of
Ofset pada tegangan keluaran atau disingkat ofset keluaran ( ), menyatakan tegangan dc pada keluaran op-amp !ika op-amp dalam keadaan vi = 9 lingkar tertutup tidak diberi isyarat masukan ( ). /uatu op-amp yang ideal ialah apa bila tak ada isyarat masukan maka tegangan dc pada keluaran + V cc sama dengan nol, !ika op-amp beker!a dengan catu daya dikutub ( dan − V cc ). 8ika tanpa isyarat masukan tegangan dc pada keluaran tak sama dengan nol dikatakan op-amp mempunyai ofset pada tegangan keluaran. Adanya ofset
$
membatasi kemampuan penguat untuk menghasilkan isyarat keluaran yang besar tanpa cacat. Adanya ofset pada keluaran dapat diatasi dengan berbagai cara. 6eberapa !enis op-amp mempunyai kaki-kaki untuk membuat agar ofset keluaran men!adi nol. ;edua kaki untuk maksud ini disebut kaki pelenyap ofset. *.
'ambar #.:. oktaf. 8ika kita lihat rangkaian %&# di dalam IC, akan nyata baha ini dicapai dengan kompensasi kutub dominan yang menyebabkan ter!adinya kutub pada frekuensi #9 1. Op-amp %&3 mempunyai rangkaian di dalam IC tepat sama seperti %&#, hanya kompensasi kutub dominan harus kita tambahkan sendiri di luar. ari gambar #.: tampak tanggapan frekuensi lingkar terbuka patah pada penguatan -#9 d6 pada frekusnsi antara # Mh1 dan #9 Mh1. Ini adalah kutub penguat bila tak menggunakan kompensasi kutub dominan.
Av ,lt
=
&9dB
'ambar #.%.
)
v s µ belok dinyatakan dengan
µ s
berubah dalam aktu #
yang menyatakan beberapa olt isyarat keluaran , !ika masukan diberi isyarat berbentuk tingkap.
'ambar #.3. "engaruh la!u belok pada bentuk isyarat keluaran ∆v o ∆t
"ada gambar di atas la!u belok dapat ditentukan dari . $a!u belok disebabkan oleh pengisian dan pengosongan muatan pada kapasitor kompensansi. &. Impedansi masukan dan keluaran Op-amp yang ideal mempunyai impedansi atau hambatan masukan tak berhingga dan hambatan keluaran nol. Impedansi masukan yang dinyatakan dalam lembaran data op-amp adalah untuk keadaan lingkar terbuka. Ada dua pengertian tentang impedansi masukan, yaitu impedansi masukan diferensial Rid , dan impedansi masukan modus bersama. /edangkan impedansi keluaran op-amp dalam keadaan lingkar tertutup dapat mempunyai nilai yang !auh lebih kecil daripada impedansi keluaran lingkar terbuka. 1.". Pembanding
?ntuk keperluan tertentu kita dapat menggunakan op-amp dalam keadaan lingkar terbuka atau dengan balikan positif. "ada keadaan ini op-amp pada umumnya tidak berfungsi sebagai penguat, oleh karena keluaran tidak berbnading lurus dengan masukan. alam hal ini dikatakan op-amp digunakan secara tak linier. /alah satu penggunaan tak linier daripada op-amp adalah sebagai pembanding atau komparator tegangan. ;eluaran pembanding hanya dapat mempunyai dua nilai, misalnya 9 dan = sa!a. "embanding mempunyai dua masukan, yaitu masukan membalik (-) dan tak membalik (7), seperti pada gambar #.2.
*
'ambar #.2. (a) /kema pembanding@ (b) fungsi alih pembanding µ A
6eberapa macam IC pembanding yang la1im digunakan adalah %#9 dari 0airchild, $M 4## dari ational /emiconductor, dan MC #&33 dar Motorola. Bang terakhir ini !uga disebut penerima !alur. "embanding digunakan secara luas pada rangkaian antar muka komputer dan penguat indera memori pada komputer. 1.#. Pengintegral !-am
τ RC ≫ =
lolos 1 2
T
rendah
atau
akan
f ≫
berfungsi
1 2 RC
atau
sebagai
ω
=
2 π
pengintegral
f ≫
asalkan
1
RC , yaitu !ika
tanggapan amplitudo sudah turun dengan kemiringan -:d6>oktaf. +angkaian yang digunakan seperti pada gambar #.#9.
'ambar #.#9. "engintegral op-amp 1.$. Pendeferensial !-am
oktaf.
'ambar #.##. +angkaian pendeferensial op-amp 1.%. &!muter Anal!g
+
engan menggunakan pengintegral, pendeferensial dan penguat !umlah, kita dapat membuat rangkaian yang dapat digunakan untuk memecahkan persamaan diferensial. Op-amp dapat dibuat agar isyarat keluaran sebanding dengan logaritma masukan, atau dengan anti logaritma masukan. ;ombinasi penguat !umlah dan penguat logaritma dapat digunakan untuk melakukan perkalian. asilhasil perhitungan yang diperoleh dari rangkaian op-amp merupakan nilai tegangan pada suatu tempat dalam rangkaian. ilai tegangan ini dikatakan bersifat analog. +angkaian op-amp yang digunakan untuk melakukan perhitungan disebut komputer analog. 8adi pada komputer analog blok pembentuknya adalah op-amp. 1.'. O-am I(
/elama rangkaian yang dibuat bersifat sederhana, dan persyaratan isyaratnya !uga ringan, maka amatlah mudah menggunakan op-amp. amun !ika perlu menggunakan op-amp untuk daerah frekuensi yang lebar, haruslah mulai memperhatikan hal-hal seperti la!u belok, nisbah penolakan modus bersama, nisbah penolakan catu daya (poersupply +e!ection +atio "/++), tanggapan amplitudo isyarat besar, dsb. /elain itu op-amp selalu dipandang sebagai kotak hitam, karena tidak diperdulikan rangkaian di dalam op-amp IC. alam menggunakan op-amp seringkali perlu mengetahui rangkaian di dalam op-amp agar dapat berpikir bila ter!adi masalah. "ada bagian terdahulu telah disebut opamp IC !enis %&# dan %&3. ;edua op-amp ini !enis tua dan kini banyak !enis-!enis µ A baru. Op-amp %9* dibuat oleh 0airchild /emiconductor tahun #2:4. Op-amp µ A %92 oleh 0airchild tahun #2:=. "ada tahun #2:% perusahaan semikonduktor ational /emiconductor Corpooration mengeluarkan op-amp IC $M 49#.
)A*+A, PS+A&A 0it1gerald, dkk.#23&. Dasar-dasar Elektronika Teknik.8akartarlangga. 8ayadin,Ahmad.*99%. Ilmu Elektronika./urabayalektronik book. /utrisno.#23%.Elektronika teori dan Penerapanna !.6andungI<6.
,
"alendeng,Isser ,dkk.8urnal Rancan" Ban"un #istem Audio $irkabel %en""unakan &elomban" Radio '% .Manado8urusan
'
