OP-Amp

"Apakah Itu Op-Amp" ?

I. Pengertian Dasar Op-Amp

Operational Amplifier atau di singkat op-amp merupakan salah satu komponen analog yang sering digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. Aplikasi op-amp yang paling sering dipakai antara lain adalah rangkaian inverter, non-inverter, integrator dan differensiator. Pada pokok bahasan kali ini akan dipaparkan beberapa aplikasi op-amp yang paling dasar, yaitu rangkaian penguat inverting, non-inverting differensiator dan integrator.

Pada Op-Amp memiliki 2 rangkaian feedback (umpan balik) yaitu feedback negatif dan feedback positif dimana Feedback negatif pada op-amp memegang peranan penting. Secara umum, umpanbalik positif akan menghasilkan osilasi sedangkan umpanbalik negatif menghasilkan penguatan yang dapat terukur.

 

II. Op-Amp Ideal

Op-amp pada dasarnya adalah sebuah differential amplifier (penguat diferensial) yang memiliki dua masukan. Input (masukan) op-amp ada yang dinamakan input inverting dan non-inverting. Op-amp ideal memiliki open loop gain (penguatan loop terbuka) yang tak terhingga besarnya. Seperti misalnya op-amp LM741 yang sering digunakan oleh banyak praktisi elektronika, memiliki karakteristik tipikal open loop gain sebesar 104 ~ 105. Penguatan yang sebesar ini membuat op-amp menjadi tidak stabil, dan penguatannya menjadi tidak terukur (infinite). Disinilah peran rangkaian negative feedback (umpanbalik negatif) diperlukan, sehingga op-amp dapat dirangkai menjadi aplikasi dengan nilai penguatan yang terukur (finite).

Impedasi input op-amp ideal mestinya adalah tak terhingga, sehingga mestinya arus input pada tiap masukannya adalah 0. Sebagai perbandingan praktis, op-amp LM741 memiliki impedansi input Zin = 106 Ohm. Nilai impedansi ini masih relatif sangat besar sehingga arus input op-amp LM741 mestinya sangat kecil.

 Ada dua aturan penting dalam melakukan analisa rangkaian op-amp berdasarkan karakteristik op-amp ideal. Aturan ini dalam beberapa literatur dinamakan golden rule, yaitu :

 Aturan 1: Perbedaan tegangan antara input v+ dan v- adalah nol (v+ - v- = 0 atau v+ = v- )

Aturan 2: Arus pada input Op-amp adalah nol (i+ = i- = 0)

 Inilah dua aturan penting op-amp ideal yang digunakan untuk menganalisa rangkaian op-amp.

Contoh karakteristik dan Parameter Op-Amp 741

Operational amplifier (Op-Amp) merupakan komponen IC (Integrated Circuit =komponen terpadu) dimana rangkaian dalam komponen terpadu ini mengandung beberapatransistor, resistor, dioda, dan capacitor yang dibuat dalam satu wadah (paket) dan hanyaterminal yang perlu saja yang dihubungkan keluar. Amplifier (penguat) adalah komponenyang dapat merubah suatu sinyal dari suatu level tertentu ke suatu sinyal dengan level yangberbeda, dimana sinyal tersebut bisa berupa sinyal tegangan atau sinyal arus.Pada dasarnyaop-Amp terbagi menjadi tiga bagian utama yakni bagian input penguat yang berupa penguatdifferensial, bagian tengah yang terdiri dari penguat penyangga atau buffer dan bagian outputyaitu penguat driver. Komponen OpAmp yang paling dikenal adalah OpAmp 741, dan semuaOpAmp prinsip kerjanya sama seperti pada OpAmp 741. Kemasan komponen OpAmptersedia dalam 3 bentuk paket yaitu paket jalur ganda ( DIL package), paket bundar (TOpackage), dan paket lempengan (Flat package). Gambar symbol dan bentuk fisik untuk tipesingleOp-Amp ditunjukan pada gambar1. Op-amp 741 memiliki dua input dan satu outputdan op-amp ideal memiliki sifat-sifat sebagai berikut:

1. Gain yang tinggi

2.Bandwith yang lebar

3.Impedansi input yang besar

4.Impedansi output kecil

5.Stabil

6.konsumsi daya yang rendah

7.Noise yang rendah

A.1  Penguatan Open-Loop

Op-amp idealnya memiliki penguatan open-loop (A_OL) yang tak terhingga. Namun pada prakteknya op-amp semisal LM741 memiliki penguatan yang terhingga kira-kira 100.000 kali. Sebenarnya dengan penguatan yang sebesar ini, sistem penguatan op-amp menjadi tidak stabil. Input diferensial yang amat kecil saja sudah dapat membuat outputnya menjadi  saturasi. Pada bab berikutnya akan dibahas bagaimana umpan balik bisa membuat sistem penguatan op-amp menjadi stabil.

A.2  Unit Gain Frequency

Op-amp ideal mestinya bisa bekerja pada frekuensi berapa saja mulai dari sinyal dc sampai frekuensi giga Herzt. Parameter unity-gain frequency menjadi penting jika op-amp digunakan untuk aplikasi dengan frekuensi tertentu. Parameter A_OL biasanya adalah penguatan op-amp pada sinyal DC. Response penguatan op-amp menurun seiring dengan menaiknya frekuenci sinyal input. Op-amp LM741 misalnya memiliki unity-gain frequency sebesar 1 mhz. Ini berarti penguatan op-amp akan menjadi 1 kali pada frekuensi 1 mhz. Jika perlu merancang aplikasi pada frekeunsi tinggi, maka pilihlah op-amp yang memilikiunity-gain frequency lebih tinggi.

A.3  Slew Rate

Di dalam op-amp kadang ditambahkan beberapa kapasitor untuk kompensasi dan mereduksi noise. Namun kapasitor ini menimbulkan kerugian yang menyebabkan response op-amp terhadap sinyal input menjadi lambat. Op-amp ideal memiliki parameter slew-rate yang tak terhingga. Sehingga jika input berupa sinyal kotak, maka outputnya juga kotak. Tetapi karena ketidak idealan op-amp, maka sinyal output dapat berbentuk ekponensial. Sebagai contoh praktis, op-amp LM741 memiliki slew-rate sebesar 0.5V/us. Ini berarti perubahan output op-amp LM741 tidak bisa lebih cepat dari 0.5 volt dalam waktu 1 us.

A.4  Parameter CMRR

Ada satu parameter yang dinamakan CMRR (Commom Mode Rejection Ratio). Parameter ini cukup penting untuk menunjukkan kinerja op-amp tersebut. Op-amp dasarnya adalah penguat diferensial dan mestinya tegangan input yang dikuatkan hanyalah selisih tegangan antara input v₁ (non-inverting) dengan input v₂ (inverting). Karena ketidak-idealan op-amp, maka tegangan persamaan dari kedua input ini ikut juga dikuatkan. Parameter CMRR diartikan sebagai kemampuan op-amp untuk menekan  penguatan tegangan ini (common mode) sekecil-kecilnya. CMRR didefenisikan dengan rumus CMRR = A_DM/A_CM yang dinyatakan dengan satuan db. Contohnya op-amp dengan CMRR = 90 db, ini artinya penguatan A_DM (differential mode) adalah kira-kira 30.000 kali dibandingkan penguatan A_CM (commom mode). Kalau CMRR-nya 30 db, maka artinya perbandingannya kira-kira hanya 30 kali. Kalau diaplikasikan secara real, misalkan tegangan input v₁ = 5.05 volt dan tegangan v₂ = 5 volt, maka dalam hal ini tegangan diferensialnya (differential mode) = 0.05 volt dan tegangan persamaan-nya (common mode) adalah 5 volt. Pembaca dapat mengerti dengan CMRR yang makin besar maka op-amp diharapkan akan dapat menekan penguatan sinyal yang tidak diinginkan (common mode) sekecil-kecilnya. Jika kedua pin input dihubung singkat dan diberi tegangan, maka output op-amp mestinya nol. Dengan kata lain, op-amp dengan CMRR yang semakin besar akan semakin baik.

II. Manfaat Op-Amp dalam kehidupan sehari- hari

Operational Amplifier adalah perangkat yang sangat efisien dan serba guna. Contoh penggunaan penguat operasional adalah untuk operasi matematika sederhana sepertipenjumlahan  dan pengurangan terhadap tegangan listrik hingga dikembangkan kepada penggunaan aplikatif seperti komparator dan osilator dengan distorsi rendah.

Adapun fungsi Op-Amp yang lain adalah sebagai pengindra dan penguat sinyal masukan baik DC maupun AC juga sebagai penguat diferensiasi impedansi masukan tinggi, penguat keluaran impedansi rendah. OpAmp banyak dimanfaatkan dalam peralatan-peralatan elektronik sebagai penguat, sensor, mengeraskan suara, buffer sinyal, menguatkan sinyal, mengitegrasikan sinyal. Selain itu digunakan pula dalam pengaturan tegangan, filter aktif, intrumentasi, pengubah analog ke digital dan sebaliknya. 

Apa kelebihan dan kekurangan rangkaian penguat op-amp dan rangkaian penguat transistor?

ØKelebihan Op Amp adalah komponen ini memiliki penguatan (A) yang sangat besar, Impedansi input yang besar, (Zin) dan Impedansi Output yang kecil (Zout). Selain dari itu, kemampuan interval frekuensi dari komponen ini sangat lebar.

Ø  Kerugian Op Amp adalah response op-amp terhadap sinyal input menjadi lambat. Op-amp ideal memiliki parameter slew-rate yang tak terhingga. Sehingga jika input berupa sinyal kotak, maka outputnya juga kotak. Tetapi karena ketidak idealan op-amp, maka sinyal output dapat berbentuk ekponensial. Sebagai contoh praktis, op-amp LM741 memiliki slew-rate sebesar 0.5V/us. Ini berarti perubahan output op-amp LM741 tidak bisa lebih cepat dari 0.5 volt dalam waktu 1 us. Parameter CMRRAda satu parameter yang dinamakan CMRR (Commom Mode Rejection Ratio). Parameter ini cukup penting untuk menunjukkan kinerja op-amp tersebut

  

III. Contoh rangkaian penguat inverting, non-inverting differensiator dan integrator

Pada Op-Amp memiliki 2 rangkaian feedback (umpan balik)yaitu feedback negatif dan feedback positif dimana Feedback negatif pada op-amp memegang peranan penting. Secara umum, umpanbalik positif akan menghasilkan osilasi sedangkan umpanbalik negatif menghasilkan penguatan yang dapat teruku

Kesimpulan :

 

Operational Amplifier atau di singkat op-amp merupakan salah satu komponen analog yang  popular digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. Aplikasi op-amp popular yang paling sering dibuat antara lain adalah rangkaian inverter, non-inverter, integrator dan differensiator. Ada beberapa aplikasi op-amp yang paling dasar, dimana rangkaian feedback (umpan balik) negatif memegang peranan penting. Secara umum, umpan balik positif akan menghasilkan osilasi sedangkan umpan balik negatif menghasilkan penguatan yang dapat terukur.

LM714 termasuk jenis op-amp yang sering digunakan dan banyak dijumpai dipasaran. Contoh lain misalnya TL072 dan keluarganya sering digunakan untuk penguat audio. Tipe lain seperti LM139/239/339 adalah opamp yang sering dipakai sebagai komparator. Di pasaran ada banyak tipe op-amp. Cara yang paling baik pada saat mendesain aplikasi dengan op-amp adalah dengan melihat dulu karakteristik op-amp tersebut. Saat ini banyak op-amp yang dilengkapi dengan kemampuan seperti current sensing, current limmiter, rangkaian  kompensasi temperatur dan lainnya. Ada juga op-amp untuk aplikasi khusus seperti aplikasi frekuesi tinggi, open colector output, high power output dan lain sebagainya .