Introducion

Rangkaian Listrik 1

Tujuan

1.Mengetahui Karakteristik Op Amp

2.Mengetahui Karakteristik Inverting Amplifier

Op-Amp umumnya dikemas dalam bentuk IC, sebuah IC Op-Amp dapat terdiri dari hanya 1 (satu) rangkaian Op-Amp atau bisa juga terdiri dari beberapa rangkaian Op-Amp. Jumlah rangkaian Op-Amp dalam satu kemasan IC dapat dibedakan menjadi Single Op-Amp, dual Op-Amp dan Quad Op-Amp. Ada juga IC yang didalamnya terdapat rangkaian Op-Amp disamping rangkaian utama lainnya.

Sebuah rangkaian Op-Amp memiliki dua input (masukan) yaitu satu Input Inverting dan satu Input Non-inverting serta memiliki satu Output (keluaran). Sebuah Op-Amp juga memiliki dua koneksi catu daya yaitu satu untuk catu daya positif dan satu lagi untuk catu daya negatif. Bentuk Simbol Op-Amp adalah Segitiga dengan garis-garis Input, Output dan Catu dayanya seperti pada gambar dibawah ini. Salah satu tipe IC Op-Amp yang populer adalah IC741.

Bentuk dan Simbol IC Op-Amp

Berikut dibawah ini adalah Simbol dan bentuk IC Op-Amp pada umumnya.

Terminal yang terdapat pada Simbol Op-Amp (Operational Amplifier/penguat operasional) diantaranya adalah :

1. Masukan non-pembalik (Non-Inverting) +
2. Masukan pembalik (Inverting) –
3. Keluaran Vout
4. Catu daya positif +V
5. Catu daya negatif -V

Karakteristik Op-Amp (Operational Amplifier)

Karakteristik Faktor Penguat atau Gain pada Op-Amp pada umumnya ditentukan oleh Resistor Eksternal yang terhubung diantara Output dan Input pembalik (Inverting Input). Konfigurasi dengan umpan balik negatif (Negative Feedback) ini biasanya disebut dengan Closed-Loop configuration atau Konfigurasi Lingkar Tertutup. Umpan balik negatif ini akan menyebabkan penguatan atau gain menjadi berkurang dan menghasilkan penguatan yang dapat diukur serta dapat dikendalikan. Tujuan pengurangan Gain dari Op-Amp ini adalah untuk menghindari terjadinya Noise yang berlebihan dan juga untuk menghindari respon yang tidak diinginkan. Sedangkan pada Konfigurasi Lingkar Terbuka atau Open-Loop Configuration, besar penguatannya adalah tak terhingga (∞) sehingga besarnya tegangan output hampir atau mendekati tegangan Vcc.

Secara umum, Operational Amplifier (Op-Amp) yang ideal memiliki karakteristik sebagai berikut :

• Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga)
• Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol)
• Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga)
• Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol)
• Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga)
• Karakteristik tidak berubah dengan suhu

Pada dasarnya, kondisi Op-Amp ideal hanya merupakan teoritis dan hampir tidak mungkin dicapai dalam kondisi praktis. Namun produsen perangkat Op-Amp selalu berusaha untuk memproduksi Op-Amp yang mendekati kondisi idealnya ini. Oleh karena itu, sebuah Op-Amp yang baik adalah Op-Amp yang memiliki karakteristik yang hampir mendekati kondisi Op-Amp Ideal.

Inverting & Non-Inverting Amplifier Basics

Penguat operasional yang "ideal" atau sempurna adalah perangkat dengan karakteristik khusus tertentu seperti gain loop terbuka tanpa batas, resistansi input tak terbatas, resistansi keluaran nol, lebar pita tak terbatas dan offset nol. Penguat operasional digunakan secara luas dalam pengkondisian sinyal atau melakukan operasi matematika karena mereka hampir ideal untuk amplifikasi DC. Ini pada dasarnya perangkat penguatan tegangan yang digunakan dengan komponen umpan balik eksternal seperti resistor dan kapasitor antara terminal keluaran dan inputnya. Penguat operasional pada dasarnya adalah perangkat tiga terminal yang terdiri dari dua input impedansi tinggi, satu disebut input pembalik (-) dan yang lainnya disebut input non-pembalik (+). Terminal ketiga merupakan port keluaran amplifier operasional yang dapat tenggelam dan sumber tegangan atau arus.

Negative feedback

Sementara di satu sisi, amplifier operasional menawarkan gain yang sangat tinggi, itu membuat amplifier tidak stabil & sulit dikendalikan. Beberapa keuntungan ini dapat hilang dengan menghubungkan resistor melintasi amplifier dari terminal output kembali ke terminal input pembalik untuk mengontrol gain akhir amplifier. Ini umumnya dikenal sebagai umpan balik negatif dan menghasilkan op-amp yang lebih stabil. Umpan balik negatif adalah proses memberi makan sebagian dari sinyal output kembali ke input. Tetapi untuk membuat umpan balik negatif, itu dimasukkan ke terminal negatif atau "input pembalik" op-amp menggunakan resistor. Efek ini menghasilkan rangkaian loop tertutup yang menghasilkan Gain Loop Tertutup. Sebuah penguat pembalik loop tertutup menggunakan umpan balik negatif untuk secara akurat mengontrol perolehan keseluruhan penguat, tetapi menyebabkan pengurangan penguatan penguat.

Inverting amplifier

Dalam sirkuit penguat pembalik, input pembalik penguat operasional menerima umpan balik dari output penguat. Dengan asumsi op-amp ideal dan menerapkan konsep short virtual pada terminal input op-amp, tegangan pada terminal pembalik sama dengan terminal non-pembalik. Input non-pembalik amplifier operasional terhubung ke ground. Karena gain dari op amp itu sendiri sangat tinggi dan output dari amplifier adalah masalah hanya beberapa volt, ini berarti bahwa perbedaan antara dua terminal input sangat kecil dan dapat diabaikan. Karena input non-pembalik dari penguat operasional diadakan di ground potensial, ini berarti bahwa input pembalik harus benar-benar potensial di bumi.

Applying KCL at inverting node we can calculate voltage gain,

Voltage gain (A)= Vout/ Vin = – Rf/Rin

Non-Inverting Amplifier

The non-inverting amplifier is one in which the output is in phase with respect to the input. The feedback is applied at the inverting input. However, the input is now applied at the non-inverting input. The output is a non-Inverted (in terms of phase) amplified version of input. The gain of the non-inverting amplifier circuit for the operational amplifier is easy to determine. The calculation hinges around the fact that the voltage at both inputs is the same. This arises from the fact that the gain of the amplifier is exceedingly high. If the output of the circuit remains within the supply rails of the amplifier, then the output voltage divided by the gain means that there is virtually no difference between the two inputs.

The voltage gain can be calculated by applying KCL at the inverting node.

Voltage gain (A) = Vout/ Vin = (1+ Rf/Rin)