14.3 Op-Amp Basics

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Komponen

3. Dasar Teori

4. Prinsip Kerja

1.   Tujuan [KEMBALI]

a.       Merangkai Rangkaian Op Amp Basics

b.       Memahami Materi Op Amp Basics

2.      Komponen [KEMBALI]

a.       Resistor

Resistor berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian elektronika.

b.      OP Amplifier

Fungsi dari Op-amp adalah sebagai pengindra dan penguat sinyal masukan baik DC maupun AC juga sebagai penguat diferensiasi impedansi masukan tinggi, penguat keluaran impedansi rendah.

c.         Ground

Ground berfungsi sebagai penghantar arus listrik langsung ke bumi atau tanah saat terjadi kebocoran isolasi atau percikan api pada konsleting

         

3.      Dasar Teori [KEMBALI]

Penguat operasional adalah penguat penguatan sangat tinggi yang memiliki impedansi masukan sangat tinggi (biasanya beberapa megaΩ) dan impedansi keluaran rendah (kurang dari 100 Ω).

Rangkaian dasar dibuat menggunakan penguat perbedaan yang memiliki dua input (plus dan minus) dan setidaknya satu output. Gambar 14.10 menunjukkan unit op-amp dasar. Seperti dibahas sebelumnya, input plus (+) menghasilkan output yang berada dalam fase dengan sinyal yang diterapkan, sedangkan input ke input minus (-) menghasilkan output polaritas yang berlawanan. Rangkaian ekivalen ac dari op-amp ditunjukkan pada Gambar 14.11a. Seperti ditunjukkan, sinyal input yang diterapkan antara terminal input melihat impedansi input, Ri, biasanya sangat tinggi. Tegangan output ditampilkan sebagai penguatan gain kali sinyal input diambil melalui impedansi output, Ro, yang biasanya sangat rendah. Rangkaian op-amp yang ideal, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14.11b, akan memiliki impedansi input tak terbatas, impedansi keluaran nol, dan penguatan voltase tak terbatas.

Op-Amp Dasar

Koneksi sirkuit dasar menggunakan op-amp ditunjukkan pada Gambar. 14.12. Rangkaian yang ditunjukkan menyediakan operasi sebagai pengganda gain konstan. Sinyal input, V₁, diterapkan melalui resistor R₁ ke input minus. Output kemudian dihubungkan kembali ke input minus yang sama melalui resistor R_f. Input plus terhubung ke ground. Karena sinyal V₁ pada dasarnya diterapkan pada input minus, output yang dihasilkan berlawanan secara fase dengan sinyal input. Gambar 14.13a menunjukkan op-amp diganti dengan rangkaian ekivalen ac-nya. Jika kita menggunakan rangkaian ekivalen op-amp yang ideal, menggantikan R_i dengan resistansi tak terbatas dan R_o dengan resistan nol, maka rangkaian ekivalen ac tersebut ditunjukkan pada Gambar 14.13b. Rangkaian kemudian digambar ulang, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14.13c, dari mana analisis rangkaian dilakukan.

Menggunakan superposisi, kita dapat menyelesaikan untuk tegangan V1 dalam hal komponen karena masing-masing sumber. Hanya untuk sumber V1 (A_vV_i disetel ke nol).

Jadi,

Hasilnya, dalam Persamaan. (14.8), menunjukkan bahwa rasio output keseluruhan ke tegangan input hanya bergantung pada nilai resistor R₁ dan R_f — membuktikan bahwa A_v sangat besar.

Unity Gain (Keuntungan Persatuan)

Jika R_f = R₁, gainnya adalah:

 

sehingga rangkaian memberikan penguatan tegangan kesatuan dengan pembalikan fasa 180 °. Jika R_f benar-benar R₁, kenaikan tegangan tepat 1.

Constant Magnitude Gain (Penguatan Magnitudo Konstan)

Jika Rf adalah kelipatan dari R₁, penguatan amplifier keseluruhan adalah konstan. Misalnya, jika R_f = 10R₁, maka

dan rangkaian memberikan penguatan tegangan tepat 10 bersama dengan inversi fase 180° dari sinyal input. Jika kita memilih nilai resistor yang tepat untuk R_f dan R₁, kita dapat memperoleh berbagai keuntungan, penguatannya seakurat resistor yang digunakan dan hanya sedikit dipengaruhi oleh suhu dan faktor rangkaian lainnya.

Virtual Ground (Ground Virtual)

Tegangan keluaran dibatasi oleh tegangan suplai, biasanya, beberapa volt. Seperti yang dinyatakan sebelumnya, kenaikan tegangan sangat tinggi. Jika, misalnya, V_o = -10 V dan A_v = 20.000, maka tegangan input akan menjadi

 

Konsep pendek virtual menyiratkan bahwa meskipun tegangan hampir 0 V, tidak ada arus melalui input penguat ke ground. Gambar 14.14 menggambarkan konsep ground virtual. Garis berat digunakan untuk menunjukkan bahwa kita dapat mempertimbangkan bahwa ada pendek dengan Vi = 0 V tetapi bahwa ini adalah pendek virtual sehingga tidak ada arus melewati pendek ke tanah. Arus hanya melalui resistor R₁ dan R_f seperti yang ditunjukkan.

Menggunakan konsep ground virtual, kita dapat menulis persamaan untuk I saat ini sebagai berikut:

Yang dapat diselesaikan dengan

Konsep ground virtual, yang tergantung pada Av yang sangat besar, memungkinkan solusi sederhana untuk menentukan kenaikan tegangan keseluruhan. Harus dipahami bahwa meskipun rangkaian Gambar 14.14 secara fisik tidak benar, hal ini memungkinkan cara yang mudah untuk menentukan kenaikan tegangan keseluruhan.

   

4.      Prinsip Kerja [KEMBALI]

Prinsip kerja sebuah operasional Amplifier (Op-Amp) adalah membandingkan nilai kedua input (input inverting dan input non-inverting), apabila kedua input bernilai sama maka output Op-amp tidak ada (nol) dan apabila terdapat perbedaan nilai input keduanya maka output Op-amp akan memberikan tegangan output.