Lompat ke konten Lompat ke sidebar Lompat ke footer

Prinsip Kerja Operational Amplifier (Op-Amp)

Gambar 1. Simbol Skema Op-Amp (Malvino and Bates, 2016) 

     Op-Amp mempunyai prinsip kerja sederhana yaitu membutuhkan tegangan yang berbeda dari dua pin inputnya (+, -) lalu menguatkannya dengan nilai gain dan memberikan sebagai tegangan output (Vout). Gain dari Op-Amp bisa sangat tinggi, maka dari itu cocok untuk aplikasi seperti penguat audio. Perlu diingat bahwa tegangan input Op-Amp harus lebih kecil dari tegangan operasinya. OP-AMP ideal harus mempunyai impedansi tinggi, sehingga tidak ada arus yang mengalir masuk ataupun keluar melalui pin input (+, -). Op-amp merupakan perangkat yang mempunyai lima terminal (paket tunggal) dengan dua terminal daya (+VCC, -VEE) untuk memberikan daya pada perangkat. Dua terminal input (+,-) yang disebut sebagai terminal inverting dan non-inverting. Dan satu terminal output (Vout). Opamp merupakan rangkaian yang memiliki penguatan tegangan sangat tinggi, impedansi masukan yang besar sedangkan impedansi keluarannya kecil. Dua terminal input (+, -). Tanda – dikenal sebagai terminal inverting karena sinyal yang diumpankan pada terminal ini akan keluar melalui Vout dengan polaritas yang berlawanan. Jika input yang diberikan berupa sinyal sinusoidal maka akan terjadi pergeseran fasa sebesar 180. Tanda + dikenal sebagai terminal non-inverting, sinyal yang dihubungkan pada terminal ini akan diperkuat tanpa pergeseran fasa. Op-Amp sendiri dikategorikan secara luas yaitu open loop circuit dan closed loop circuit. Aplikasinya seperti amplifier, comparator, integrator, diferensiator, summer, voltage follower.

Op-Amp open loop circuit (Comparators) 
Pada sirkuit ini, pin output (Vout) tidak terhubung dengan salah satu pin input sehingga tidak tersedia feedback (umpan balik). Maka dari itu sirkuit ini biasanya berfungsi sebagai pembanding (Comparator). Jika tegangan yang diberikan pada V1(+) lebih besar daripada V2(-) maka Vout akan bernilai tinggi, sebaliknya jika tegangan yang diberikan pada V2(-)  lebih besar daripada V1(+)  maka Vout akan bernilai rendah. 

Op-Amp closed loop circuit (Amplifiers) 
Pin output (Vout) selalu terhubung dengan salah satu pin input sehingga memberikan feedback (Umpan balik). Maka dari itu sirkuit ini berfungsi sebagai penguat (amplifier). Jika Vout terhubung dengan terminal inverting disebut dengan negative feedback, sebaliknya jika terhubung dengan terminal non-inverting disebut sebagai positif feedback. Pengaplikasian sirkuit ini luas beberapa diantaranya yaitu, buffer / rangkaian penyangga, voltage follower, inverting amplifier, non-inverting amplifier, summing amplifier, differential amplifier, voltage subtractor, dll. 

Berikut adalah parameter Op-Amp yang ideal (DC Green, 1982) : 
  1. Penguat : mempunyai penguatan loop terbuka yang tak terbatas. Akan tetapi opamp komersial biasanya memiliki penguatan simpul terbuka pada rentang 10.000-200.000. 
  2. Impedansi masukan : Untuk tipe input bipolar berada pada rentang 250 KOhm – 2 MOhm, untuk input tipe FET berada sekitat 10^12 Ohm. 
  3. Impedansi keluaran : Pada umumnya opamp dibuat sebagai penguat tegangan, maka dari itu impedansi keluarannya dibuat sekecil mungkin yaitu sekitar 150 Ohm .
  4. Common-Mode Rejection Ratio (CMRR) : Tegangan opamp sebanding dengan perbedaan antara tegangan pada terminal inverting dan non-inverting, apabila keduanya sama maka tegangan keluarannya sama dengan nol. Sinyal yang masuk pada kedua terminal biasanya disebut sebagai sinyal mode bersama dan biasanya menimbulkan derau. Maka dari itu kemampuan Op-Amp untuk menekan sinyal mode bersama digambarkan melalui CMRR yang didefinisikan sebagai  : CMRR : 20 log10 x penguatan tegangan sinyal pada terminal + atau – dibagi penguatan mode bersama. Idealnya Opamp memiliki CMRR sekitar 80 dB. 
  5. Slew Rate : merupakan laju maksimum yaitu perubahan tegangan keluaran pada tegangan keluaran maksimum, satuannya berbentu Volt / mikrosekon. Apabila suatu sinyal dengan frekuensi tertentu diberikan, maka tegangan keluaran maksimum yang diperbolehkan ditentukan oleh slew rate. Idealnya slew rate berkisar pada rentang 1-2 V/mikrosekon. 
  6. Lebar jalur : Penguatan tegangan loop terbuka dari opamp tidak konstan diseluruh frekuensi dan justru menurun pada frekuensi tinggi karena pengaruh dari komponen kapasitif. Berikut adalah karakteristik frekuensi suatu opamp : a)Frekuensi atas 3 dB batas atas. b)Lebar pita masih rata. c) Frekuensi pada saat penguatan menurun menjadi satu (analogi dengan transistor bipolar, frekuensi yang lebih besar dari 3 db, penguatannya akan menurun dengan laju konstan sebesar 6 dB/oktaf). 
  7. Tegangan offset masukan : Op-Amp yang ideal mempunyai tegangan keluaran bernilai nol apabila tegangan inputnya bernilai nol, namun untuk beberapa penguat praktis tegangan keluaran bernilai nol meskipun tegangan input bernilai nol. Hal ini disebabkan karena ketidaksempurnaan penguatan, tegangan inilai yang disebut sebagai tegangan offset masukan. Idealnya bernilai 1 mV. 
  8. Arus offset masukan : Pada saat tegangan masukan bernilai nol, suatu penguat opamp akan mempnyai arus panjaran kecil yang mengalir diterminal masukan. Perbedaan antara arus panjaran inilah yang disebut sebagai arus offset masukan. 
    Satu Op-Amp merupakan suatu penguat differensial dengan penguatan tak berhingga. Satu penguat differensial adalah suatu penguat yang mempunyai dua masukan dan tegangan keluaran yang tergantung dari perbedaan potensial antara masukannya. 
Vout = (V1-V2). A
A merupakan faktor penguatan. Tegangan keluaran dari setiap rangkaian selalu terbatas, maka dari itu output yang sebenarnya selalu memiliki nilai maksimal (baik positif mauapun negatif) yang dapat dicapai rangkaian Op-Amp.

Sumber :  
DC Green. 1982. Electronic Tec Level III. Pitman Publishing PTY, Ltd, Great Britain.
Malvino, A.P., & Bates, D.J. 2015. Electronic Principles Eighth Edition. McGraw-Hill.

Posting Komentar untuk "Prinsip Kerja Operational Amplifier (Op-Amp)"