Karakteristik Penguat Operasional Amplifier (Op-amp)

Penguat Operasional atau Operational Amplifier (Op-Amp) merupakan amplifier multiusage dengan dua masukan (inverting dan non-inverting) dan satu output. Sebagai penguat (amplifier) ideal Penguat Operasional (Op-amp) memiliki karakteristik sebagai berikut :

Ditentukan oleh umpan balik dan memiliki sifat :

1. Penguatan tegangan besar (Av)
2. Penguatan arus besar (Ai)
3. Penguatan daya besar (Ap)
4. Impedansi input besar (Zin)
5. Impedansi output kecil (Zout)
6. Band width besar (BW)

Ciri-cirinya memiliki tegangan +, tegangan – dan ground. Memiliki input inverting dan non-inverting.

Mode Penguatan Pada Op-Amp

a. Mode loop terbuka

Penguatan ini memiliki Av max. Vout = (vb-va) 90% VCC
Penjelasan lebih lanjut bisa di baca disini : Sistem Kontrol Loop Terbuka

b. Mode loop tertutup

Rangkaian ini memiliki penguatan Av < max
Penjelasan lebih lanjut bisa di baca disini : Sistem Kontrol Loop Tertutup

c. Mode penguatan terkendali

Av = Rf / Rin
Vout = - (Rf / Rin) Vin

d. Mode penguatan satu

Vout = Vin

AV = 1
Vout = AV.Vin
   = 1. vin
Vout = Vin

Offset Null

Untuk menjaga tegangan output dari Op-Amp tetap bernilai nol. Rangkaian ini dibuat dalam rangkaian inverting yang menyambungkan R1 sebagai resistansi input ke ground. RF yang berguna sebagai hambatan umpan-balik merupakan selisih antara output dan input sebagai gain.

Pin 1 dan 5 sebagai offset null terhubung oleh sebuah resistor variabel. Output VR ini terhubung dengan VCC. Dimana jika VR diputar kekiri resistansi akan membesar dan merupakan tegangan offset negatif, sedangkan saat diputar kekanan ini menjadi tegangan offset positif.

Op-amp Komparator

Cara kerja Open-Loop Gain sebuat OP-AMP dimana dengan adanya perbedaan tegangan input-inputnya. Akan membuat tegangan output berada dalam keadaan saturasi yaitu ± Vsat sama dengan ± 90% tegangan catu.

Rangkaian ini berfungsi sebagai komparator atau pembanding dua buah tegangan yang masuk memlalui 2 buah tegangan terminal input op-amp.

Jika tegangan V2 lebih besar dari V1 maka tegangan yang akan keluar pada Op-amp merupakan tegangan positif. Jadi LED 1 akan menyala sebab led 1 terforward keadaan sebaliknya bila output merupakan negatif maka LED 2 akan menyala ( - < 0 )

Slew Rate

Hubungan input dan output pada tanggapan frekuensi loop tertutup OP-AMP. dengan rangkaian ini bisa diketahui laju perubahan maksimal pada output op-amp yaitu perubahan tegangan per perubahan waktu ∆V/∆t.

Jika input yang diberikan dari function generator berupa signal kotak maka output yang akan di dapat akan terjadi perubahan berupa signal kotak yang menyerupai segitiga tumpul.

Av = 70 ; At = 10
SR = Av / At = 70 / 10 = 7 v/s

Rangkaian Dasar Op-Amp

a. Op-Amp Inverting 

Op-amp Inverting. Penguatan yang outputnya berbeda fasa 180° dengan inputnya, bila input positif maka output akan menjadi negatif.
Vout = - (Rf / R1) Vin

b. Op-amp Non-inverting

Op-amp Non Inverting. Penguatan yang outputnya sama dengan input yaitu tidak ada pembalikan fasa.
Vout = Vin (1 + Rf / Rin)

Summing Circuit

a. Direct Adder

Rangkaian ini memiliki input pada kaki non-inverting dan syarat untuk rangkaian ini yaitu Rf=R1=R2 atau semua resistor semua sama maka
Vout = V1 + V2

b. Inverting Adder

Sebagai penjumlah atau mixer. Rangkaian ini memiliki input pada kaki inverting maka output akan berbeda phasa 180° dengan inputnya.
Vout = - (Rf / R1.V1 + Rf / R2.V2)

c. Scalling Adder

Hampir sama dengan Inverter Adder hanya saja disini terdapat penguatan berskala
Vout = - (Rf / R1.V1 + Rf / R2.V2 + Rf / R3.V3)

d. Adder Subtractor

Memiliki inputan pada kedua kaki inverting dan non-inverting. Syarat pada penguatan ini yaitu penguatan pada kaki inverting harus sama.
Vout = - (Rf / R1.V1 + Rf / R2.V2) + (Rf’ / R3.V3 + Rf’/R4.V4)

Filter Aktif

Filter aktif adalah rangkaian filter yang berfungsi untuk menyaring, menahan atau melewatkan frekuensi tertentu.

Rangkaian Filter bisa dibuat dari komponen pasif maupun aktif. Jenis-macam rangkaian filter akan dijelaskan sebagai berikut :

a. LPF (Low Pass Filter)

LPF (Low Pass Filter) akan melewatkan frekuensi rendah dengan kata lain low pass filter akan memberi tegangan output yang konstan dari DC sampai frekuensi cutoff (frekuensi 0.707 atau frekuensi – 3dB). dan digambarkan dibawah ini.

Fc = 1 / (2π √R1.R2.C1.C2)

Contoh soal :
R1=R2=100k
C1=100n
C2=10n
R3=1M

Fc = 1 / (2π √100k.100k.100x10^-9.10x10^-9)
  1 / (2π √10⁵k.10⁵k.10^-7.10^-8)
  1 / (2π √ 10¹⁰k.10^-15F)
  1 / (6,28 √10^-5) = 50,35 Hz

b. HPF (High Pass Filter)

High Pass Filter (HPF). Rangkaian filter yang berguna untuk melewatkan frekuensi tinggi. atau Kebalikan dari LPF, yaitu melewatkan frekuensi diatas frekuensi cutoff.

Fc = 1 / (2π √R1.R3.C1.C2)

Contoh soal :
Fc = 10khz
R1=5k
R2=100k
R3=10k
C1=C2= ?

10khz = 1 / (2π √5k.10k.C1.C2)
10khz = 1 / (2π √5x.10³.10⁴.C)
10khz = 1 / (6,28 x 7,07. 10³ x C)
10⁴ = 1 / 44399,6 x C
1 = 10⁴ x 44399,6 x C
1 = 443996000 . C
C = 1 / 443996000 = 0,000000002 F = 2nF

c. BPF ( Band Pass Filter)

Band Pass Filte (BPF). Rangkaian yang melewatkan frekuensi pada area tertentu dan meredam frekuensi diluar area tersebut.

Batas-batas dari frekuensi yang dilewatkan pada BPF ialah FL sampai dengan FH, sedangkan tegangan antara FL dan FH ialah frekuensi resonansi atau frekuensi cutoff.

Fc=Fr = 1 / (2π √ Rp. R3.C1.C2) (Hz)
Rp = R1//R2 (ohm)
Q = (quality) = 0,5 √ R3//Rp
BW = Fc / Q (Hz)
Frekuensi batas atas = Fa = Fc + BW/2
Frekuensi batas bawah = Fb = Fc – BW/2
Daerah kerja = Fb s/d Fa

Contoh soal :
R1=R2=10k
C1=C2=1uF
R3=100k

Rp=R1//R2= 10k.10k / 10k+10k = 5k
Fc= 1 / (2π √ 5x10³. 10⁵.10^-6.10^-6)
Fc= 1 / (6,28 √ 5.10⁸.10^-12)
Fc= 1 / (6,28 √ 5.10^-4)
Fc= 1 / (6,28 . 22,36x10^-3)
Fc= 10³ / 140,42
Fc= 7,12 Hz

Q=0,5 √ 100k/5k = 0,5 √ 20 = 0,5 . 4,472 = 2,236

BW= 7,12/2,236 = 3,18
Fa= 7,12 + 3,18/2,236 = 8,71 Hz
Fb= 7,12 – 3,18/2,236 = 5,53 Hz
DK = Fb s/d Fa = 5,53 Hz sampai dengan 8,71 Hz

d. BRF (Band Reject Filter)

Band Reject Filter. Kebalikan dari BPF adalah meredam frekuensi tertentu dan akan melewatkan frekuensi luar.

Fc=Fr = 1 / (2π √ Rf. R1.C1.C2) (Hz)
Q = (quality) = 0,5 √ Rf//R1
FL=Fc - BW/2
FH = Fc + BW/2
BW = Fc / Q

Signal Generator dan Detektor

Rangkaian pembentuk gelombang yaitu merubah bentuk signal secara keseluruhan. Generator signal dikelompokkan berdasarkan bentuk gelombang yang dibangkitkan sedangkan osilator ditentukan berdasarkan kemampuannya dalam mempertahankan amplitudo dan frekuensi output tetap atau dekat pada nilai yang ditetapkan dalam perancangan.

Generator gelombang persegi termasuk Osilator yang disebut sebagai multivibrator seperti Schmitt Trigger.

a. Integrator Op-amp

Rangkaian Integrator Op-amp yang bisa merubah signal persegi menjadi signal segitiga. Dimana outputnya merupakan perkalian antara tegangan input dengan perubahan waktu, dimana sinyal output berbentuk pulsa akan dirubah menjadi sinyal segitiga, sinyal segitiga dirubah menjadi sinus dengan pergeseran fasa sebesar 180°.

Vout = 1 / Rin CF ∫ d Vin dt
Vout = Vin . ∆ t / 2 R C
Vout = Vin . Av

Av = 1 / WRC = 1 / 2π F R C

b. Diferensiator Op-amp

Diferensial Op-amp. Rangkaian diferensiator merupakan rangkaian yang bisa merubah sinyal segitiga menjadi sinyal persegi atau pulsa dan sinyal persegi menjadi gelombang cerat, sinyal sinus menjadi sinus 4. membuat pergeseran fasa yang mana besar tegangan output nya dipengaruhi oleh perubahan waktu terhadap perubahan tegangan input.

Vout = 2 RC . ∆Vin/ ∆t
∆t = ½ T
∆v = Vout / Vin = WRC = 2 π F R C

c. Peak Detector

Rangkaian yang digunakan untuk mendeteksi tegangan tinggi yang masuk pada op-amp

d. Window Comparator

Memakai rangakaian komparator yang berfungsi sebagai input. UTP (Upper Trip Point) dan LTP (Low Trip Point). Output yang dihasilkan merupakan penjumlahan dari 2 output yang dihasilkan Op-amp tersebut.

UTP = Nilai tegangan input yang menyebabkan tegangan output naik dari rendah ke tinggi.
LTP = Nilai tegangan input yang menyebabkan tegangan output turun dari tinggi ke rendah.
Histerisis = Selisih antara UTP dengan LTP.

VA = UTP = R2+R3.V / R1+R2+R3
VB = LTP = R3. V / R1+R2+R3

Berbagi :