FunTronik: Op Amp

DASAR - DASAR OP AMP

Biasakan menyebut sumbernya bila mengutip.

Bagi pembaca yang mengenyam pendidikan elektronika tentu sudah memahami tentang Op - Amp, tapi karena blog ini ditujukan kepada penggemar elektronika secara umum maka pembahasan tentang dasar - dasar Op - Amp dirasa perlu.Dengan mengerti tentang Op – Amp diharapkan anda lebih memahami dan dapat memodifikasi sesuai kebutuhan terhadap rangkaian-rangkaian elektronika.

Pada awalnya Op-Amp atau penguat operasional digunakan untuk melakukan operasi matematika linier.Dengan teknologi rangkaian terpadu (IC), Op-Amp dalam bentuk kemasan IC menjadi lebih murah dan mudah digunakan sehingga penerapannya menyebar ke berbagai bidang elektronika antara lain : Komunikasi, Audio, Keamanan, dan beraneka macam peralatan elektronika bagi hobyist.

Op-Amp terdiri dari tiga tahapan dasar yaitu :

1. Penguat Differensial Impedansi masukan tinggi.

2. Penguat tegangan dengan penguatan tinggi.

3. Penguat Keluaran Impedansi rendah.

Simbol Op-Amp Standard.

Masukan (-) merupakan masukan membalik atau inverting.Bila suatu sinyal diberikan kepada masukan ini, maka keluarannya akan terbalik 180°.Jadi bila tegangan masukannya positif maka keluarannya negatif, demikian pula sebaliknya.Bila masukannya nol, maka akan memberikan keluaran nol juga.Masukan (+) adalah masukan tak membalik atau non inverting.Bila tegangan masukannya positif, maka keluarannya positif, demikian juga bila negatif, maka keluarannya juga negatif.Bila kedua masukan Op–Amp dipakai bersama, maka keluarannya adalah selisih antara kedua masukan dikalikan dengan faktor penguatan.

Sebuah Op–Amp yang ideal antara lain mempunyai karakteristik impedansi masukan tak terhingga sehingga tidak ada daya yang diserap dari sumber yang dihubungkan, impedansi keluaran nol sehingga tegangan keluaran tetap konstan meskipun beban terhubung singkat, penguatan tak terhingga, bandwidth tak terhingga, tidak peka terhadap perubahan catu daya dan temperatur, dan keluarannya tepat nol bila diberi masukan nol.Tentu saja tidak ada Op–Amp praktis yang ideal, yang dapat dilakukan adalah membuat Op–Amp dengan karakteristik yang presisi.

Sebuah Op–Amp praktis antara lain mempunyai karakteristik :

1. Impedansi masukan yang sangat tinggi.

2. Impedansi keluaran yang sangat rendah.

3. Penguatan lup terbuka yang sangat tinggi.

4. Bandwidth yang sangat lebar.

5. Relatif tidak terpengaruh oleh perubahan catu daya dan temperatur lingkungan.

6. Bila masukannya nol maka keluarannya mendekati nol.

Rangkaian Op - Amp Dasar

Penguat Membalik.

Rangkaian dasar penguat membalik Op-Amp diperlihatkan dalam gambar di bawah. Penguatan rangkaian ini adalah :

A = - R2/R1

Tanda negatif diabaikan dalam perhitungan dan hanya menunjukkan bahwa keluarannya berlawanan fasa terhadap masukan.

Rangkaian Dasar Penguat Membalik.

Sebagai contoh :

Bila R2 = 220 K dan R1 = 10 K, maka penguatan Op-Amp adalah :

A = - R2/R1 = - 220K/10K

= - 22

Untuk masukan sebesar 10 mV maka keluarannya adalah :

Vout = A x Vin = - 22 x 10 mV = - 220 mV.

Bila R2 lebih kecil dari R1 maka Vout lebih kecil daripada Vin, jadi sinyal mengalami peredaman .

Impedansi masukan dari rangkaian penguat membalik ditentukan oleh R1, jadi dalam contoh diatas impedansi masukannya sebesar 10 K.

Penguat tak membalik.

Gambar berikut ini adalah rangkaian dasar penguat tak membalik.Dalam rangkaian ini umpan baliknya tetap diberikan ke masukan membalik tetapi masukan yang dipakai adalah masukan tak membalik.

Rangkaian Dasar Penguat Tak Membalik.

Penguatan dari penguat tak membalik adalah :

A = 1 + R2/R1

Bila R2 = 220 K dan R1 = 10 K, maka penguatannya adalah :

A = 1 + R2/R1 = 1 + 220 K /10 K = 23

Bila masukannya sebesar 10 mV maka keluarannya :

Vout = A x Vin = 23 x 10 mV = 230 mV.

Pengikut Tegangan.

Pengikut tegangan adalah rangkaian dengan penguatan satu dengan keluaran sama dengan masukannya.Seperti diperlihatkan dalam gambardi bawah ini, rangkaian tersebut tidak memiliki resistor-resistor seperti rangkaian sebelumnya sehingga nilai dari R2 adalah nol dan R1 tak terhingga, sehingga akan kita dapatkan penguatan sebesar satu.

A = 1 + R2/R1 = 1 + 0/~ = 1

Pengikut Tegangan Tak Membalik.

Bila masukan sama dengan keluaran , lalu keuntungan apa yang bisa diperoleh dari pengikut tegangan ? Karena rangkaian tersebut memiliki impedansi masukan yang sangat tinggi dan impedansi keluaran yang sangat rendah maka berguna sebagai penyesuai impedansi dan mengisolasi rangkaian sumber dari rangkaian beban.

Bila diperlukan pengikut tegangan dengan fasa yang terbalik maka dapat digunakan rangkaian penguat membalik dengan nilai R1 dan R2 yang sama.Tetapi rangkaian tersebut memiliki kelemahan, yaitu impedansi masukan menjadi berkurang karena impedansi masukannya sama dengan R1.

Penguat Penjumlah.

Dengan menggunakan rangkaian membalik dan menambahkan resistor pada masukan, kita dapat membuat penguat penjumlah seperti diperlihatkan pada gambar di bawah. Tegangan keluarannya terbalik dan merupakan jumlah dari masing-masing perkalian tegangan masukan dengan penguatannya, atau dapat dinyatakan :

Vout = - {( V1 x R2/R1a) + (V2 x R2/R1b) + (V3 x R2/R1c)}

Bila nilai semua resistor sama maka penguatannya satu sehingga keluarannya :

Vout = - (V1 + V2 + V3)

Penguat Penjumlah.

Di bawah ini diberikan contoh perhitungan bila semua resistor bernilai 10 K :

V1 = 0,5 Volt

V2 = 0,75 Volt

V3 = 1,2 Volt

Vout = - (0,5 + 0,75 + 1,2)

= - 2,45 Volt

V1 = 1,5 Volt

V2 = - 0,8 Volt

V3 = 0,3 Volt

Vout = - (1,5 + (-0,8) + 0,3)

= - 1 Volt

Penguat Pengurang.

Kebalikan dari penjumlahan adalah pengurangan.Op-Amp juga dapat melaksanakan fungsi tersebut, seperti diperlihatkan gambar berikut ini. Kedua masukan dalam Op-Amp digunakan dalam rangkaian penguat pengurang.Bila R1 = R3 dan R2 = R4, maka tegangan keluaran dapat dihitung dengan rumus :

Vout = (V2 – V1) x R2/R1

Bila nilai semua resistor sama, maka :

Vout = V2 – V1.

Penguat Pengurang.

Berikut ini beberapa contoh perhitungan bila resistor-resistor bernilai :

R1 = R3 = 10 K

R2 = R4 = 100 K

V1 = 4 Volt

V2 = 5 Volt

Vout = (5 – 4) x 100.000/10.000

= 10 Volt

V1 = 5 Volt

V2 = 4 Volt

Vout = (4 – 5) x 100.000/10.000

= - 10 Volt

V1 = 4 Volt

V2 = - 3 Volt

Vout = (4 – (-3)) x 100.000/10.000

= 70 Volt.

Untuk contoh perhitungan yang terakhir, dalam kenyataannya tidak akan memberikan tegangan sebesar itu.Pada Op-Amp praktis keluarannya akan terpotong karena keterbatasan catu daya.

Pembanding (Komparator).

Seperti namanya, pembanding adalah rangkaian untuk membandingkan dua buah tegangan masukan.Rangkaian pembanding dasar diperlihatkan pada gambar di bawah ini.Rangkaian tersebut serupa dengan rangkaian penguat pengurang tetapi menggunakan modus lup terbuka.Tanpa lup umpan balik, sebuah Op-Amp ideal mempunyai penguatan yang tak terhingga, sehingga tegangan keluarannya adalah :

Vout = (V2 – V1) x ~

Rangkaian Pembanding Dasar.

Tentu saja Op-Amp tidak mampu memberikan tegangan sebesar itu, tetapi akan terpotong sedikit dibawah tegangan catu daya.Sehingga sedikit perbedaan tegangan di kedua masukan akan mengayunkan Op-Amp ke dalam saturasi.Arah saturasi keluaran tergantung dari tegangan di kedua masukannya.Bila tegangan di masukan V1 lebih positif dibandingkan V2 maka keluarannya menuju saturasi negatif (-Vsat), tetapi bila sebaliknya maka keluarannya menuju saturasi positif (+Vsat) seperti dijelaskan dalam perhitungan dibawah ini:

V1 = 1 Volt

V2 = 2 Volt

Vout = ( 2 - 1 ) x ~

= + Vsat

V1 = 2 Volt

V2 = 1 Volt

Vout = ( 1 - 2 ) x ~

= - Vsat

Catu Daya Tunggal

Pada umumnya Op-Amp membutuhkan catu daya ganda (±) sehingga keluaran Op-Amp dapat berayun positif atau negatif terhadap bumi (Ground).Dalam beberapa hal dikehendaki untuk mengoperasikan Op-Amp dengan catu daya tunggal.Untuk itu diperlukan pembagi tegangan resistif untuk menghasilkan setengah tegangan catu daya. Dalam gambar berikut ini diberikan contoh rangkaian Op-Amp yang dioperasikan dengan catu daya tunggal.