ELEKTRONIKA 2017

Operational Amplifier

Penguat operasional (Operational Amplifier) atau yang biasa disebut dengan op-amp, merupakan penguat elektronika yang banyak digunakan untuk membuat rangkaian detektor, komparator, penguat audio, video, pembangkit sinyal, multivibrator, filter, ADC, DAC, rangkaian penggerak dan berbagai macam rangkaian analog lainnya.

Op-amp pada umumnya tersedia dalam bentuk rangkaian terpadu yang memiliki karakteristik mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat di dalamnya.

Ada tiga karakteristik utama op-amp ideal, yaitu;

1. Gain sangat besar (A_OL >>).

Penguatan open loop adalah sangat besar karena feedback-nya tidak ada atau R_F = tak terhingga.

2. Impedansi input sangat besar (Z_i >>).

Impedansi input adalah sangat besar sehingga arus input ke rangkaian dalam op-amp sangat kecil sehingga tegangan input sepenuhnya dapat dikuatkan.

3. Impedansi output sangat kecil (Z_o <<).

Impedansi output adalah sangat kecil sehingga tegangan output stabil karena tahanan beban lebih besar yang diparalelkan dengan Z_o <<. Adapun simbol op-amp adalah seperti pada gambar 64. Gambar 64 Simbol op-amp dimana, V₁ adalah tegangan masukan dari kaki non inverting V₂ adalah tegangan masukan dari kaki inverting V_o adalah tegangan keluaran sehingga
	(1)

Adapun tegangan output maksimum yang dapat dihasilkan adalah:

dibawah tegangan sumber

Tegangan output maksimum secara praktis dihasilkan sekitar 2 Volt dibawah tegangan sumber dan disebut juga sebesar tegangan saturasi .

Gambar 65 memperlihatkan kurva karakteristik hubungan V_i terhadap V_o untuk rangkaian op-amp dengan tegangan input dihubungkan ke kaki input non inverting (+) dan tegangan 0 Volt (di ground) ke kaki input inverting (-). Sesuai dengan nama input op-amp yaitu apabila input dimasukkan ke kaki non inverting (+) yang artinya tidak membalik maka tegangan output yang dihasilkan adalah sefasa dengan tegangan input. Seperti terlihat pada gambar 1 yaitu saat input V_i bertegangan positif maka output yang dihasilkan juga bertegangan positif dan sebaliknya.

Gambar 65 Rangkaian op-amp dengan kurva karakteristik I-O

Detektor

Rangkaian detektor ada 2 macam yaitu:

1. Detektor inverting

a. Dengan V_ref= 0 Volt

Rangkaian detektor inverting dengan tegangan input V_i berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi V_ref = 0 Volt adalah seperti gambar 66.

Gambar 66 Rangkaian detektor inverting

Dengan menggunakan persamaan (1) maka V_i = V₂ dan V_ref= V₁ sehingga bentuk gelombang tegangan output V_o () yang dihasilkan adalah seperti gambar 67.

Gambar 67 Bentuk gelombang input dan gelombang output

Adapun kurva karakteristik Input-Ouput (I-O) adalah seperti gambar 68. Dengan V_i > 0 (artinya V_i > 65 µ Volt untuk rangkaian detektor dengan ±V_s = ±15 Volt) maka V_o = -V_sat dan sebaliknya bila V_i < 0 (artinya V_i < -65 µ Volt untuk rangkaian detektor dengan ±V_s = ±15 Volt) maka V_o = +V_sat.

Gambar 68 kurva karakteristik I-O

2. Detektor non inverting

a. Dengan V_ref= 0 Volt

Rangkaian detektor non inverting dengan tegangan input V_i berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi V_ref = 0 Volt adalah seperti gambar 75.

Gambar 75 Rangkaian detektor non inverting

Dengan menggunakan persamaan (1) maka V_i = V₁ dan V_ref= V₂

4.2. Komparator

Ketika rangkaian detektor dengan input V_i ditumpangi oleh noise V_n yang berfrekuensi tinggi seperti gambar 84 maka frekuensi output menjadi tidak sama dengan frekuensi input seperti terlihat pada gambar 85.

Gambar 84 Rangkaian yang ditumpangi noise

Untuk menghindari pengaruh tegangan noise V_n yang membuat frekuensi output tidak sama dengan frekuensi inputnya maka digunakan rangkaian komparator dengan feedback positif seperti gambar 86 dan menjadikan frekuensi output sama dengan frekuensi input walaupun ada terjadi pergeseran fasa seperti terlihat pada gambar 87.

Gambar 86 Rangkaian komparator

Rangkaian komparator ada 2 macam yaitu:

1. Komparator inverting

a. Dengan V_ref= 0 Volt

Rangkaian komparator inverting dengan tegangan input V_i berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi V_ref= 0 Volt adalah seperti gambar 88.

Gambar 88 Rangkaian komparator inverting

Untuk menghitung berapa tegangan ambang V_UT(Upper Threshold Voltage) atau V_LT(Lower Threshold Voltage) maka lakukan pemisalan kondisi tegangan output V_O sama dengan +V_sat atau –V_sat.

2. Komparator non inverting

a. Dengan V_ref= 0 Volt

Rangkaian komparator non inverting dengan tegangan input V_i berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi V_ref = 0 Volt adalah seperti gambar 100.

Gambar 100 Rangkaian komparator non inverting

Untuk menghitung berapa tegangan ambang V_UTatau V_LT maka lakukan pemisalan kondisi tegangan output V_O sama dengan +V_sat atau –V_sat.

Amplifier

Gambar 112 memperlihatkan rangkaian op-amp dengan kurva karakteristik Input-Output yaitu hubungan V_i terhadap V_O. Dari kurva Karakteristik I-O tersebut amplifier bekerja pada karakteristik yang membentuk hubungan linear artinya semakin besar V_i maka semakin besar juga V_O dan sebaliknya. Operasi amplifier menghindari output dalam kondisi saturasi karena akan membuat cacat keluaran outputnya.