Apa itu Op-Amp?

Operational Amplifier (Op-Amp) merupakan penguat diferensial yang dikemas dalam satu chip atau IC (Integarted Circuit).

Op-Amp merupakan IC multiguna karena banyak diterapkan dalam berbagai aplikasi elektronika. Dengan komponen elektronika yang berbentuk IC maka sejumlah transistor, dioda, resistor dan kapasitor dibuat dari bahan semikonduktor menjadi satu chip yang tipis dan dikemas dalam satu kotak yang membentuk suatu rangkaian. Sehingga rangkaian terintegrasi, seperti op-amp bisa menjadi piranti tunggal.

Op-Amp memiliki 2 buah input tegangan dan 1 buah output tegangan. Tegangan output yang dihasilkan Op-Amp sangat proporsional terhadap perbedaan tegangan diantara ke-2 inputya. Penguat diferensial bisa dicontohkan secara sederhana seperti rangkaian 2 buah transistor :

Pada rangkaian di atas, persamaan pada tegangan output (Vout) adalah:

Vout = A(V₁-V₂)

A adalah nilai penguatan dari penguat diferensial.

Input V1 dikatakan sebagai input non-inverting. Non-Inverting artinya tidak membalik, dengan demikian phase antara tegangan input dan output sama (se-phase / sama phase). Sedangkan V2 dikatakan sebagai input inverting karena phase antara tegangan input dan output berlawanan atau beda phase.

Blok Diagram Op-Amp

Op-Amp memiliki beberapa bagian di dalamnya seperti penguat diferensial, lalu ada tahap penguatan (gain), selanjutnya ada rangkaian penggeser level (level shifter), setelah itu pada bagian akhir adalah penguat akhir. Penguat akhir ini merupakan penguat push-pull kelas B. Untuk lebih jelasnya bisa lihat pada gambar blok dibawah ini :

Simbol Op-Amp

Simbol Op-Amp dibuat dari segitiga yg memiliki input dan output. Secara lengkap simbol Op-Amp secara ideal bisa dilihat pada gambar di bawah ini :

Op-Amp memiliki 2 buah input yaitu inverting (-) dan non-inverting (+). Untuk tegangan power supply umumnya menggunakan tegangan simetris yang terdiri dari POSITIF(+) , GROUND (GND), dan NEGATIF(-). Namun banyak juga Op-amp yang hanya menggunakan tegangan POSITIF(+) dan GROUND (GND).

Simbol rangkaian dalam Op-amp pada gambar adalah parameter umum dari sebuah Op-amp. Rin adalah resistansi input yang nilai idealnya adalah tak terhingga (hambatannya sanggat besar sekali). Jika Rin memiliki nilai hambatan yang besar sekali maka input Op-amp tidak akan menjadi beban yg berarti saat inputnya diberi tegangan. Rout adalah resistansi output, nilai resistansi output idealnya adalah 0 (nol) akan tetapi kalau open loop maka nilainya pun tak terhingga. A_OL merupakan nilai penguatan op-amp yang open loop dan nilai penguatan ini idealnya tak terhingga.

Pada skema rangkaian elektronika maka simbol Op-amp dibuat cukup sederhana seperti pada gambar dibawah :

Sifat-sifat Op-Amp

Sifat-sifat Op-amp adalah :

• Memiliki penguatan diferensial yang tak terhingga
• Memiliki impedansi/resistansi masukkannya tak terhingga.
• Memiliki impedansi/resistansi keluaran sama dengan nol.
• Arus pada kedua masukannya sama dengan nol

Jenis-jenis IC Op-Amp

Sebenarnya banyak sekali jenis IC Op-Amp hal ini disesuaikan dengan kebutuhan aplikasi alat. Misalnya type : LM324, LM741, dll. Untuk latihan praktik Op-Amp kita bisa menggunakan IC type LM741.

Parameter Op-Amp

Sinyal yang inginkan dapat terjadi hanya pada satu input atau dengan polaritas yang berlawanan pada jaringan kedua input. Sinyal yang diinginkan tersebut merupakan penguatan dan terjadi pada output seperti yang telah dibahas sebelumnya. Sinyal yang tidak diinginkan (noise) muncul dengan polaritas yang sama pada kedua jaringan input pada dasarnya merupakan penghapusan oleh op-amp dan tidak terjadi pada output. Pengukuran kemampuan penguatan untuk menangkal sinyal common-mode adalah suatu parameter yang disebut CMRR (Common-Mode Rejection Ratio).

Secara ideal, suatu op-amp dilengkapi dengan penguatan sangat tinggi untuk sinyal mode diferensial dan penguatan nol untuk sinyal common-mode. Secara praktis op-amp, bagaimanapun menunjukan penguatan common-mode yang sangat kecil (biasanya kurang dari 1), dimana penguatan tegangan diferensial open-loop tinggi (biasanya beberapa ribu). Tingginya penguatan open-loop respek terhadap sinyal common-mode. Dianjurkan bahwa pengukuran yang baik pada kinerja op-amp dalam menangkal sinyal common-mode yang tidak diinginkan adalah pebandingan penguatan tegangan diferensial open-loop A_ol terhadap penguatan common-mode A_cm. Perbandingan tersebut disebut Common-Mode Rejection Ratio, CMRR.

Tingginya CMRR, lebih baik. Sangat tinggi nilai CMRR artinya penguatan open-loop A_ol adalah tinggi dan penguatan common-mode A_cm adalah rendah.

CMRR dapat dinyatakan dalam desibel sebagai berikut,

Penguatan tegangan open-loop A_ol, pada op-amp adalah penguatan tegangan internal pada piranti tersebut dan dinyatakan dengan perbandingan tegangan ouput terhadap tegangan input dimana hal tersebut tidak ada komponen luar. Penguatan tegangan open-loop diatur seluruhnya oleh rancangan internal. Penguatan tegangan open-loop dapat menjangkau diatas 200.000 (106 dB). Lembaran data sering sekali digunakan sebagi acuan untuk mengetahui Penguatan tegangan open-loop sebagai penguatan sinyal tegangan yang besar.

Contoh :

Suatu op-amp memiliki penguatan tegangan diferensial open-loop 100.000 dan penguatan common-mode 0,2. Tentukan CMRR dan nyatakan ke dalam desibel.

Penyelesaian :

A_ol = 100.000, dan A_cm = 0,2. Oleh karena itu,

 

Dinyatakan dalam desibel,

Penggunaan Op-Amp

Op-amp merupakan komponen elektronika analog yang sangat populer. Op-Amp sering diaplikasikan pada rangkaian comparator, Penguat inverting, Penguat non-inverting, Integarator, Differensiator, Filter, dan Oscilator.

Op-amp Sebagai Comparator

Aplikasi sederhana pada Op-Amp adalah Comparator. Pada comparator hanya membandingkan ke-2  tegangan input pada Op-amp. Bentuk rangkaiannya adalah seperti pada gambar di bawah ini:

Jika tegangan  input non-inverting (Vin 1) lebih besar dari tegangan input inverting (Vin 2) maka outputnya akan sama dengan tegangan positif catu daya.

Jika tegangan  input non-inverting (Vin 1) lebih kecil dari tegangan input inverting (Vin 2) maka outputnya akan sama dengan tegangan negatif catu daya.

Op-amp Sebagai Penguat Inverting

Rangkaian dasar penguat inverting adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini :

Sinyal masukannnya melalui input inverting (Vin), sehingga pada rangkaian ini mengakibatkan phase input dan output akan terjadi beda phase, dengan kata lain phase output akan kebalikannya dari phase input.  Pada rangkaian ini mempunyai hambatan feedback (umpan balik) negatif melalui Rf. Sedangkan input non-inverting disambungkan ke ground. Rumus untuk mencari penguatan inverting adalah :

Contoh:

Suatu op-amp penguat inverting mempunyai nilai resistor pada input sebesar 1 KΩ dan resistor feedbacknya sebesar 10 KΩ. Tentukan berapa tegangan outputnya, jika tegangan inputnya sebesar 0,1 Volt !

Diketahui :

• Rf = 10 KΩ = 10.000 Ω
• Rin = 1 KΩ = 1.000 Ω
• Vin = 0,1 Volt

Ditanya Vout = ?

Jawab

Vout = - (Rf/Rin).Vin

Vout = - (10.000 / 1.000).0,1

Vout = - 1 Volt.

(tanda minus artinya tegangan output beda phase)

Op-amp Sebagai Penguat Non-Inverting

Rangkaian dasar penguat non-inverting adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini :

Sinyal masukannnya (Vin) melalui input non-inverting, sehingga pada rangkaian ini mengakibatkan phase input dan output akan sama.  Pada rangkaian ini mempunyai hambatan feedback (umpan balik) negatif melalui Rf.

Rumus untuk mencari penguatan non-inverting adalah :

Contoh:

Suatu op-amp penguat inverting mempunyai nilai resistor pada input sebesar 1 KΩ dan resistor feedbacknya sebesar 10 KΩ. Tentukan berapa tegangan outputnya, jika tegangan inputnya sebesar 0,1 Volt !

Diketahui :

• Rf = 10 KΩ = 10.000 Ω
• Rin = 1 KΩ = 1.000 Ω
• Vin = 0,1 Volt

Ditanya Vout = ?

Jawab

Vout = ((Rf/Rin)+1).Vin

Vout = ((10.000 / 1.000)+1).0,1

Vout = 1,1 Volt.

Op-amp Sebagai Integrator

Rangkaian integrator bisa dibuat dari Op-amp karena op-amp mampu untuk merespons frekuensi, misalnya rangkaian penapis (filter). Salah satu contohnya adalah rangkaian integrator. Seperti pada gambar dibawah ini :

Rangkaian dasar sebuah integrator adalah rangkaian op-amp inverting, hanya saja rangkaian umpan baliknya (feed back) tidak menggunakan resistor, melainkan diganti dengan kapasitor (C). Sehingga akan terjadi proses pengisian dan pengosongan pada kapasitor sesuai dengan nilai kapasitor yang digunakan. Respon terhadap frekuensi sinyal yang dikuatkan sangat tergantung dari nilai kapasitor.

Op-amp Sebagai Diferensiator

Rangkaian difensiator adalah meletakkan kapasitor pada input inverting, sedangkan untuk feed back menggunakan resistor. Untuk gambar rangkaiannya bisa dilihat pada gambar di bawah ini.

Jadi bentuk rangkaian differensiator adalah mirip dengan rangkaian penguat inverting. Sehingga jika melihat dari rumus penguat inverting :

A = - Rf/Rin      (A adalah faktor penguatan)

dan pada rangkaian differensiator diketahui Rin digantikan dengan kapasitor, sehingga nilai Rin merupakan nilai impedansi kapasitor (Zc).

Dari hubungan ini maka rangkaian differensiator akan meloloskan sinyal yang mempunyai frekuensi tinggi (highpass filter), dimana besarnya peguatan berbanding lurus dengan frekuensi.

Demikianlah materi singkat tentang Op-amp, nantikan pembahasan materi lainnya dengan cara klik Elektronika dasar.

Berbagi :