Pengertian, Jenis Dan Fungsi OP-AMP


Pengertian Dan Fungsi OP-AMP – Operator amplifier atau yang biasa disebut dengan Op-Amp merupakan salah satu dari bentuk IC Linear yang memiliki fungsi sebagai penguat sinyal listrik. Dalam sebuah komponen Op-Amp, terdapat banyak transistor, dioda, resistor, dan kapasitor yang dimana semuanya terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga dapat menghasilkan gain atau penguatan yang tinggi dalam rentang frekuensi yang cukup luas. Op-Amp atau operational amplifier ini dalam bahasa Indonesia biasa disebut dengan penguatan operasional.

Pada umumnya, Op-Amp dikemas dalam bentuk IC. Sebuah IC Op-Amp ada yang terdiri dari 1 rangkaian Op-Amp dan ada juga yang terdiri dari beberapa rangkaian Op-Amp. Jumlah rangkaian Op-Amp yang ada dalam sebuah kemasan IC ini bisa dibedakan menjadi beberapa macam, yaitu Single Op-Amp (1 rangkaian dalam 1 IC), Dual Op-Amp (2 rangkaian dalam 1 IC), dan Quad Op-Amp (4 rangkaian dalam 1 IC). Selain memiliki rangkaian utama, ada juga IC yang memiliki rangkaian Op-Amp tambahan.

Rangkaian Op-Amp sendiri biasanya mempunyai dua input atau masukan, yakni satu input inverting dan satu input non inverting serta mempunyai satu output atau keluaran. Disamping itu, sebuah Op-Amp juga mempunyai dua koneksi catu daya, yakni catu daya positif dan catu daya negatif.

Baca juga: Rangkaian Power Amplifier

Bentuk dan Simbol IC Op-AMP

Bentuk dan simbol adalah segitiga yang memiliki banyak garis input, sedangkan ouput dan catu dayanya bisa dilihat pada gambar berikut ini. Salah satu tipe IC Op-Amp yang populer dan banyak digunakan adalah IC741.

Berikut ini adalah simbol dan juga bentuk dari IC Op-Amp pada umumnya:

Terminal yang ada pada simbol operational amplifier atau Op-Amp (penguat operasional) adalah sebagai berikut:

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

Bentuk Fisik OP-AMP

Fungsi Op-Amp

Operational amplifier atau Op-Amp memiliki fungsi untuk mendeteksi dan menguatkan sinyal input yang ada dalam arus listrik searah (DC)  dan arus bolak-balik (AC).  Aplikasi Op-Amp juga sangat berguna untuk memperkuat diferensiasi impedansi input tinggi dan penguat untuk output impendansi rendah.

Berikut ini adalah beberapa peralatan yang umumnya menggunakan Op-Amp sebagai salah satu komponen penyusunnya:

  • Mengintegrasikan sinyal
  • Memperkuat sinyal
  • Buffer sinyal
  • Memperkuat volume suara
  • Sensor
  • Penguat
  • Konversi sinyal analog ke sinyal digital
  • Instrumentasi
  • Filter aktif
  • Peraturan tegangan.

Karakteristik Op-Amp

Karakteristik faktor penguat (gain) pada Op-Amp sangat ditentukan oleh resistor eksternal yang telah terhubung diantara ouput dan input pembalik atau inverting input. Adapun untuk konfigurasi dengan umpan balik negatif atau negative feedback ini dinamakan dengan closed-loop configuration (konfigurasi lingkar tertutup).

Negative feedback tersebut akan membuat penguatan (gain) menjadi berkurang dan menghasilkan pengautan yang bisa diukur dan bisa dikendalikan. Pengurangan gain dari Op-Amp ini memiliki tujuan agar terhindari dari noise secara berlebihan. Selain itu, juga bertujuan agar terhindar dari respon yang tidak diinginkan.

Sementara itu, pada konfigurasi lingkar terbuka (open-loop configuration), besar penguatannya yaitu (∞) sehingga menghasilkan tegangan output yang hampir mendekati tegangan Vcc.

Operational Amplifier (Op-Amp) yang ideal pada umumnya mempunyai karakteristik sebagai berikut ini:

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

Kondisi penguat operasional atau Op-Amp yang ideal hanya merupakan teoritis dan bahkan tidak mungkin bisa dicapai dalam kondisi praktis. Tetapi produsen perangkat Op-Amp selalu berupaya untuk menciptakan Op-Amp yang bisa mendekati kondisi idealnya ini.

Jadi bisa diambil kesimpulan bahwa sebuah Op-Amp yang baik merupakan Op-Amp yang mempunyai karakteristik yang mendekati kondisi Op-Amp ideal.

Baca juga: Rangkaian Power Supply

Jenis-Jenis Op-Amp

Ada banyak sekali penggunaan dari penguat operasional dalam berbagai jenis sirkuit listrik. Berikut ini adalah beberapa penggunaan umum dari penguat operasional dalam contoh sirkuit:

  1. Penguat Pembalik (Inverting Amplifier)

Penguat pembalik atau inverting amplifier ini memiliki input dan output yang berlawanan polaritas. Jadi ada sebuah tanda minus dalam rumus penguatannya. Penguatan inverting amplifier ini memiliki nilai besaran yang lebih kecil dari 1, yaitu -0.2, -0.5, -0.7 dst dan akan selalu negatif. Adapun rumus penguat pembalik atau inverting amplifier adalah sebagai berikut:

Sedangkan gambar dari rangkaian inverting amplifier adalah sebagai berikut:

  1. Penguat Tak Pembalik (Non Inverting Amplifier)

Penguat tak pembalik atau non inverting amplifier adalah kebalikan dari inverting amplifier, yang dimana input akan dimasukkan dalam non inverting sehingga polaritas output nantinya sama dengan polaritas input. Namun mempunyai penguatan yang ditentukan oleh besarnya Rfeedback dan Rinput.

Sehingga persamaannya berubah menjadi:

Hasil yang dihasilkan oleh tegangan output non inverting ini lebih dari satu dan akan selalu positif. Untuk rangkaiannya bisa dilihat pada gambar di bawah ini:

  1. Komparator (Rangkaian Pembanding)

Merupakan salah satu aplikasi yang selalu memanfaatkan penguatan terbuka (open-loop gain) penguat operasional yang sangat besar. Dalam hal ini memang ada penguat operasional atau Op-Amp khusus untuk penggunaan ini dan tentunya berbeda dengan penguat operasional pada umumnya, yaitu komparator.

Komparator digunakan untuk membandingkan dua tegangan listrik yang kemudian mengubah keluarannya untuk menunjukkan tegangan mana yang jauh lebih tinggi. Vs sini merupakan-catu daya, dan untuk penguat operasional beroperasi di antara +Vs dan –Vs.

Berikut ini adalah gambar rangkaian komparator:

  1. Buffer

Rangkaian buffer merupakan rangkaian yang memiliki input sama seperti hasil outputnya. Dalam hal ini adalah seperti rangkaian common colektor yakni berpenguatan = 1. Rangkaian buffer bisa dilihat pada gambar berikut ini.

Nilai R yang sudah terpasang memiliki fungsi untuk membatasi arus yang ingin di keluarkan. Untuk besaran nilainya sangat ditentukan oleh indikasi dari komponennya, biasanya arus akan dimaksimalkan sesuai dengan kemampuan Op-Ampnya.

  1. Adder (Penjumlah)

Rangkaian adder atau rangkaian penjumlah merupakan rangkaian yang dasar rangkaiannya menggunakan inverting amplifier, dimana untuk hasil outputnya dikalikan dengan penguatan.

Rangkaian penjumlah dengan menggunakan non inverting ini sangat susah untuk dilakukan.

Hal ini karena tegangan yang diparalel akan berubah menjadi tegangan yang paling kecil, sehingga proses terjadinya penjumlahan sangat sulit.

Berikut ini adalah gambar rangkaian adder :

Persamaannya:

  1. Subtractor (Pengurang)

Rangkaian pengurang atau subtractor ini berasal dari rangkaian inverting yang biasa memanfaatkan input non-inverting, sehingga persamaannya akan mengalami perubahan.

Untuk mencari tegangan keluaran dari rangkaian pengurang / subtractor dengan Op-Amp dapat digunakan persamaan berikut :

Rangkaian subtractor terbagi dalam 3 macam, yaitu:

a. Rangkaian dengan 1 Op-Amp

Rangkaian pengurang dengan 1 Op-Amp pada umumnya memanfaatkan kaki inverting dan kaki non-inverting.

b. Rangkaian dengan 2 Op-Amp

Rangkaian pengurang dengan 2 Op-Amp ini sebenarnya tidak jauh berbeda dengan 1 Op-Amp, yang dimana salah satu input harus dikuatkan terlebih dahulu sebelum dimasukkan pada rangkaian pengurang.

c. Rangkaian dengan 3 Op-Amp

  1. Differensiator

Persamaan yang digunakan untuk mendiferensiasikan sinyal hasil pembalikan terhadap waktu adalah sebagai berikut:

Keterangan:

  dan adalah fungsi dari waktu

Pada intinya, diferensiator juga bisa dibangun dari integrator. Cara yang bisa dilakukan adalah mengganti kapasitor dengan induktor, tetapi cara ini jarang dilakukan karena induktor memiliki harga yang mahal dan bentuknya yang besar. Diferensiator juga bisa dilihat sebagai tapis pelewat-rendah dan bisa juga sebagai tapis aktif.

Untuk mendapatkan tegangan keluaran dari rangkaian differensial, maka dapat digunakan persamaan berikut :

Untuk mencari nilai-nilai komponen yang digunakan dalam membuat rangkaian differensiator, maka dapat digunakan persamaan berikut :

  1. Penguat Integrator (Integrator Amplifier)

Penguat integrator atau integrator amplifier umumnya mengintegrasikan tegangan masukan terhadap waktu, dengan persamaan sebagai berikut ini:

Keterangan:

adalah waktu

  adalah tegangan keluaran yang ada pada t = 0

Sebuah integrator juga bisa dipandang sebagai tapis pelewat-tinggi dan bisa digunakan pada rangkaian tapis aktif.

Rangkaian integrator yang biasa digunakan:

Tegangan keluaran integrator dapat dicari dengan menggunakan persamaan berikut :

Untuk mencari nilai-nilai komponen yang digunakan dalam membuat rangkaian integrator, maka dapat digunakan persamaan berikut :

Leave a Comment