OP AMP (Amplifier)

OP AMP 

(Amplifier)

Gambar 112 memperlihatkan rangkaian op-amp dengan kurva karakteristik Input-Output yaitu hubungan V_i terhadap V_O. Dari kurva Karakteristik I-O tersebut amplifier bekerja pada karakteristik yang membentuk hubungan linear artinya semakin besar V_i maka semakin besar juga V_O dan sebaliknya. Operasi amplifier menghindari output dalam kondisi saturasi karena akan membuat cacat keluaran outputnya.

Gambar 112 Rangkaian dan kurva karakteristik I-O

Ciri-ciri rangkaian amplifier adalah adanya feedback (umpan balik) negatif dari output ke input inverting (-) op-amp.

Rangkaian amplifier ada 4 macam, yaitu:

4.3.1 Inverting Amplifier

Adapun rangkaian inverting amplifier adalah seperti gambar 113 dimana sesuai dengan namanya yaitu dengan input dimasukkan ke kaki inverting (pembalik) sehingga output akan dibalik atau beda fasa sebesar 180 derajat.

Untuk mencari turunan penguatan tegangan A_CL maka rangkaian dimisalkan dahulu dengan input dc positif, seperti gambar 114. Dalam analisa rangkaian amplifier disyaratkan op-amp bekerja ideal sehingga  tegangan differensial (selisih tegangan di kaki non inverting terhadap tegangan di kaki inverting) E_d = 0, artinya V_A (tegangan di titik A) = 0 sehingga arus yang melewati R_i sama dengan arus yang melewati R_f karena arus yang masuk ke kaki inverting sangat kecil karena sifat op-amp dimana impendasi (Zi) inputnya sangat besar. Adapun rangkaian pengganti untuk menghitung arus I adalah seperti gambar 115.

Gambar 113 Rangkaian inverting amplifier

Gambar 114 Rangkaian inverting amplifier dengan input dc positif

Dari rangkaian gambar 114 dengan E_d = 0 maka V_A = 0 sehingga rangkaian dapat disederhanakan menjadi seperti gambar 51 untuk mencari arus I.

Gambar 115 Rangkaian untuk menghitung arus I

Dengan

maka dapat dicari A_CL untuk gambar 115, yaitu;  

Bentuk gelombang tegangan output V_O adalah seperti pada gambar 116 dan karakteristik I-O seperti pada gambar 117.

Gambar 116 Bentung gelombang tegangan output V_O

Gambar 117 Kurva karakteristik I-O

4.3.1.1 Inverting Adder Amplifier

Rangkaian inverting adder amplifier (pembalik) adalah seperti gambar 118.

Gambar 118 Rangkaian inverting adder amplifier

Dari gambar 118 dengan memakai hukum Kirchoff  dimana arus masuk sama dengan arus keluar 

sehingga arus di R_f sama dengan jumlah arus di R₁, R₂ dan R₃.

Syarat op-amp ideal adalah E_d = 0 sehingga V_A = 0

maka,

Jika input lebih dari 3 maka dapat dipakai persamaan umum sebagai berikut:

Bentuk gelombang tegangan output V_O adalah seperti pada gambar 119.

Gambar 119 Bentung gelombang tegangan output V_O dengan input tegangan dc

Rangkaian inverting adder amplifier dengan 3 input bertegangan ac seperti gambar 120 dan hasil simulasi pada gambar 121.

Gambar 120 Rangkaian inverting adder amplifier dengan 3 input bertegangan ac

Gambar 121 Bentung gelombang tegangan output V_O dengan input tegangan ac

4.3.2 Non Inverting Amplifier

Rangkaian non inverting amplifier (tidak membalik) adalah seperti gambar 122, input dimasukkan ke kaki non inverting sehingga tegangan output yang dihasilkan sefasa dengan tegangan input. Untuk mencari turunan penguatan tegangan A_CL maka rangkaian dimisalkan dahulu dengan input dc positif, seperti gambar 123.

Gambar 122 Rangkaian non inverting amplifier

Gambar 123 Rangkaian non inverting amplifier dengan input dc positif

Dari rangkaian gambar 123 dengan syarat op-amp ideal E_d = 0 maka V_A = V_i sehingga rangkaian dapat disederhanakan untuk mencari arus I seperti gambar 124.

Gambar 124 Rangkaian untuk menghitung arus I

Dengan

  maka dapat dicari A_CL rangkaian non inverting amplifier gambar 123, yaitu;  

Adapun hasil simulasi bentuk gelombang I-O seperti gambar 125 dan karakteristik I-O seperti gambar 126.

Gambar 125 Bentung gelombang tegangan output V_O dengan input V_ac

Gambar 126 Kurva karakteristik I-O

4.3.2.1 Non Inverting Adder Amplifier

Rangkaian non inverting adder amplifier (pembalik) adalah seperti gambar 127.

Gambar 127 Rangkaian non inverting adder amplifier

Dari gambar 127 dengan memakai metoda loop tertutup untuk mencari arus loop sehingga bisa dicari tegangan input V_i.  

Syarat op-amp ideal adalah E_d = 0 sehingga V_A = V_i

maka, 

substitusi I

substitusi V_i

jika R₁ = R₂ = R_i = R_f = R maka V_O = V₁ + V₂ 

Jika memakai tiga input seperti gambar 128 maka rumus tegangan V_O dapat dicari dengan metoda loop tertutup tersebut, adapun turunan rumus V_O adalah:

Selesaikan dua persamaan diatas dengan metoda matrik untuk mencari I₁, didapatkan;

substitusi I,

substitusi V_i

jika R₁ = R₂ = R₃ = R_i = R_f = R maka 

dan bila R_f = 2R maka 

Gambar 128 Rangkaian non inverting adder amplifier dengan 3 input

4.3.3 Voltage Follower

Rangkaian voltage follower atau buffer dimana A_CL = 1, adalah seperti pada gambar 129.

Gambar 129 rangkaian voltage follower

Syarat op-amp ideal adalah E_d = 0 maka V_O = V_i sehingga   

Bentuk gelombang tegangan input dan gelombang tegangan output adalah sama karena A_CL = 1 dan sefasa karena V_i diinputkan ke kaki non inverting seperti pada gambar 130 dan kurva karakteristik I-O seperti gambar 131.

Gambar 130 Bentung gelombang tegangan output V_O dengan input V_ac

Gambar 131 Kurva karakteristik I-O

4.3.4 Differential Amplifier

Rangkaian Differential Amplifier adalah seperti pada gambar 132.

Gambar 132 rangkaian Differential Amplifier

Rangkaian Differential Amplifier adalah menghasilkan selisih

 dari dua input yang satu diinputkan ke kaki inverting dan yang satu lagi diinputkan ke kaki non inverting seperti terlihat pada gambar 132 diatas. 

Untuk mendapatkan rumus maka pertama digroundkan V₂ sehingga rangkaian menjadi rangkaian non inverting amplifier seperti gambar 133.

dimana,

substitusi,

maka,

Gambar 133 rangkaian Non inverting Amplifier

Untuk mendapatkan rumus  maka digroundkan V₁ sehingga rangkaian menjadi rangkaian inverting amplifier seperti gambar 134.

dimana,

Gambar 134 rangkaian inverting Amplifier

maka,

Bentuk gelombang tegangan input V₁ dan V₂ serta gelombang tegangan output V_O adalah seperti pada gambar 135.

Gambar 135 (a) Bentuk gelombang tegangan input V₁ dan V₂ , (b) bentuk gelombang tegangan V_O

Referensi :

1.   Boylestad, R. and Nashelsky, L., 1999, “Electronic Devices and Circuit Theory”, Prentice Hall, New Jersey.

2.  Hayt, W. H. and Neudeck, G. W., “Electronic Circuit Analysis and Design”, Houghton Mifflin Company, Boston.

3.  Coughlin, R. F. and Driscoll F. F., 1985, “Operational Amplifiers and Linear Integrated Circuits”, Prentice Hall, New Jersey.

4.  Paynter, R. T.,1997, ”Introductory Electronic Devices and Circuits”, Prentice Hall, New Jersey.

5. Malvino, 1985, “ Aproksimasi Rangkaian Semikonduktor: Pangantar Transistor dan Rangkaian Terpadu”, Penerbit Erlangga.

6.  Mike Tooley, 2002, “ Rangkain Elektronika: Prinsip dan Aplikasi”, Penerbit Erlangga

7.  Darwison, 2008, “Diktat Elektronika Analog”, Teknik Elektro – Unand, Padang.

8.  Darwison, 2011, “Diktat Dasar Elektronika”, Teknik Elektro – Unand, Padang.

  

9.  Darwison, 2011, “Panduan Praktikum Dasar Elektronika Digital”, Teknik Elektro – Unand, Padang.