PENGENALAN OPERATIONAL AMPLIFIER (OP-AMP)

Transkripsi

1 + PENGENALAN OPERATIONAL AMPLIFIER (OPAMP) Penguat operasional atau Operational Amplifier (OPAMP) yaitu sebuah penguat tegangan DC yang memiliki 2 masukan diferensial. OPAMP pada dasarnya merupakan sebuah penguat diferensial dengan karakteristik ideal: 1. Dapat dioperasikan dengan jangkauan frekuensi tak terbatas (unlimited bandwidth). 2. Memiliki impedansi masukan tak berhingga. 3. Memiliki impedansi keluaran nol. Fungsi OpAmp antara lain: 1. Memilih suatu kawasan frekuensi tertentu dan menolak kawasan frekuensi selainnya (sebagai filter aktif). 2. Memperkuat tegangan pada bagian inverting maupun noninverting (sebagai voltage amplifier). 3. Sebagai penyangga dari satu bagian rangkaian ke bagian lainnya (buffer). 4. Memperkuat jumlah atau selisih pada kedua tegangan sumber (summing/subtracting amplifier). Simbol komponen dari OPAMP adalah sebagaimana pada Gambar 1 berikut: Inverting V+ NonInverting V Output + Gambar 1. OPAMP Simbol dengan tegangan catu dan masukan Simbol umum Dari simbol dalam Gambar 1.a. terlihat bahwa OPAMP menggunakan dua tegangan catuan yang bernilai sama (V+ dan V) namun memiliki polaritas berkebalikan. Biasanya OPAMP diberi catu daya dengan polaritas ganda atau bipolar dalam jangkauan 5 hingga 15 V. Catu daya tersebut secara sederhana dapat direalisasikan dalam rangkaian sebagaimana dalam Gambar 2.

2 + 12 V 12 V 12 V 12 V Gambar 2. Catu Daya Bipolar Tegangan masukan dalam OPAMP terdiri dari masukan pembalik (Inverting ) dan masukan nonpembalik (NonInverting ). Jika sinyal melalui masukan nonpembalik atau positif (+) maka keluarannya akan sefase (in phase) dengan masukannya. Sehingga jika masukannya positif maka keluarannya akan positif juga. Jika sinyal melalui masukan pembalik atau negatif () maka keluarannya akan berkebalikan atau berbeda fase 180 (out of phase by 180 ). Sehingga jika masukannya positif maka keluarannya akan menjadi negatif. + + Gambar 3. Tegangan Masukan NonInverting Inverting Dari berbagai macam jenis OPAMP yang diproduksi, tipe 741 adalah yang paling populer digunakan. Bentuk fisik dan konfigurasi pin untuk tipe ini adalah sebagaimana dalam Gambar 4 berikut ini. Gambar 4. LM741 Bentuk Fisik Konfigurasi Pin

3 Tabel 1. Konfigurasi Pin Pin no. Fungsi Keterangan 1 Offset Nul Opamp pada keadaan tidak diberikan tegangan masukan pada bagian inverting maupun noninverting, semestinya menghasilkan tegangan keluaran nol. Offset nul adalah suatu bagian penalaan (tuning) pada Opamp yang berfungsi untuk mengatur nilai tegangan keluaran ke posisi nol sebelum Opamp dipergunakan. 2 Inverting Sinyal masukan yang menyebabkan keluarannya berbeda fasa NonInverting Sinyal masukan yang menyebabkan keluarannya tetap sefase. 4 V Tegangan positif catuan 5 Offset Nul Sama dengan no. 1 di atas 6 Output Tegangan keluaran 7 V + Tegangan negatif catuan 8 NC Not Connected. Beberapa Istilah/Parameter yang berhubungan dengan OPAMP: 1. Large Signal Voltage Gain [parameter ke9 hal. 3, lembar data LM741] yaitu perbandingan tegangan keluaran (dengan ayunan maksimum) terhadap selisih tegangan antara dua terminal masukan yang diperlukan untuk menghasilkan keluaran. Sebagai catatan, ini adalah nilai penguatan kalang terbuka (openloop) dari OPAMP tanpa resistansi umpanbalik (feedback), sehingga nilai ini adalah penguatan terbesar yang mungkin. 2. Offset Voltage [parameter ke1 hal. 2, lembar data LM741] yaitu tegangan dimana kedua terminal masukan harus diatur ulang agar menghasilkan tegangan keluaran nol. Tegangan offset ini muncul karena nilai V BE yang sedikit berbeda dari dua transistor internal pada komponen OPAMP. Pada umumnya nilai parameter ini sekitar beberapa mv. 3. Voltage Range [parameter ke8 hal. 2, lembar data LM741] yaitu tegangan positif dan negatif maksimum yang bisa diberikan pada masingmasing terminal masukan dengan tetap menjaga kondisi pembiasan yang tepat dari kedua transistor internal. Parameter ini berkaitan dengan tegangan catuan yang digunakan.

4 4. Output Voltage Swing [parameter ke10 hal. 3, lembar data LM741] adalah penyimpangan maksimum (positif dan negatif) pada tegangan keluaran tertentu untuk tegangan catu daya tertentu pula. 5. Bias Current [parameter ke6 hal. 2, lembar data LM741] yaitu arus basis searah sebenarnya yang diperlukan oleh dua transistor masukan. Biasanya nilai untuk parameter ini adalah 80 na. 6. Offset Current [parameter ke4 hal. 2, lembar data LM741] yaitu selisih antara dua arus basis masukan. Lazimnya nilai ini lebih kecil dari besar nilai input bias current. 7. Supply Current [parameter ke17 hal. 3, lembar data LM741] adalah arus yang digunakan dari catu daya untuk mengoperasikan OPAMP dengan kondisi tanpa beban dan tegangan nol di bagian keluaran. 8. Resistance [parameter ke7 hal 2, lembar data LM741] adalah resistansi efektif yang dilihat dari bagian terminal masukan dengan terminal keluaran dihubungkan ke pertanahan. Parameter ini didefinisikan untuk kondisi kalang terbuka atau tanpa umpan balik. Biasanya nilai ini berkisar beberapa Mega Ohm. 9. Output Resistance yaitu hambatan efektif yang muncul secara seri di bagian keluaran. Lazimnya nilai ini kurang dari CommonMode Rejection Ratio (CMRR) [parameter ke12 hal 3, lembar data LM741], biasanya didefinisikan sebagai angka perbandingan penguatan selisih terhadap commonmode gain. Nilai parameter ini biasanya tidak lebih dari 80 db. Commonmode gain itu sendiri adalah penguatan saat kedua tegangan masukan OPAMP bernilai sama sehingga keluarannya secara ideal adalah nol. 11. Power Supply Rejection Ratio (PSRR) [parameter ke13 hal 3, lembar data LM741], yaitu perbandingan tegangan penyimpangan (offset) masukan terhadap perubahan dalam tegangan catu daya. Efek dari perubahan tegangan catu daya adalah berubahnya kondisi pembiasan, termasuk dua tegangan masukan. PSRR biasanya lebih besar dari 80 db. 12. Slew Rate [parameter ke16 hal 3, lembar data LM741] adalah batasan yang diatur dari dalam OPAMP dalam hal nilai perubahan pada tegangan keluaran dengan fungsi tangga yang memiliki amplitudo besar diberikan di bagian masukan. Biasanya ini berkisar 0,5 V/ s untuk OPAMP yang menggunakan

5 transistor dwi kutub atau 13 V/ s untuk OPAMP dengan transistor efek medan (FET). 13. Gainbandwidth product (GBP) yaitu perkalian antara penguatan kalang tertutup (closed loop) dengan lebar pita kalang tertutup, yang merupakan konstanta. Sebagai contoh, penguat dengan nilai penguatan 100 dan lebar pita 40 KHz akan menghasilkan GBP 4 MHz.