RANGKAIAN OP-AMP DASAR

PAGE 35

MODUL 4Pengolahan Sinyal dengan OP AMP -1

PENGUAT TAK MEMBALIK

Op-amp dapat dipakai sebagai penguat tak membalik sebagaimana terlihat dalam Gambar 2.11. Dalam konfigurasi rangkaian ini umpan balik yang digunakan untuk mengatur penguatan tetap diberikan pada masukan membalik, tapi Vin diberikan pada masukan tak membalik. Tegangan keluaran akan sefasa dengan tegangan masukan untuk rangkaian ini.

Resistor-resistor RF dan Rin membentuk jaringan pembagi resistif untuk memberikan tegangan umpan balik (VA) yang diperlukan pada masukan membalik. Tegangan -umpan balik (VA) dibentuk pada Rin Karena tegangan pada masukan membalik cenderung menyamai masukan tak membalik (sebagaimana dijelaskan dalam bumi seinu), maka untuk praktisnya diambil.Vi n = VA

Karena VA = Vin, penguatan tahapan dapat dinyatakan sebagai

Av =

Tapi, VA ditentukan oleh perbandingan resistansi Rin dan RF Maka

VA =

Bila persamaan diatas kita susun kembali sehingga tegangan ada pada satu sisi, hasilnya adalah

Dengan membalikkan persamaan dan menyederhanakarinya, kita dapatkan :Rumus penguatan tahapan adalah

Av =

Maka :Av =

Akhirnya, tegangan keluaran dapat dihitung dari

Vout = Kini tegangan keluaran rangkaian yang ditunjukkan dalam Gambar 2.11 dapat dicari

Vout = Vpp

Tabel tegangan DC dalam Gambar 2.11b menunjukkan beberapa tegangan masukan contoh dikalikan dengan penguatan sebesar 11. Perhatika, masukan dan keluaran sefasa.

Gambar 2-11

Penguat tak membalik: (a) diagram skematik; (b) tabel tegangan DCPENGIKUT TEGANGAN

Pengikut tegangan biasanya didefinisikan sebagai rangkaian dengan penguatan satu atau kurang dengan keluaran mengikuti masukan. Di antara masukan dan keluaran terdapat isolasi impedansi. Op-amp pada khususnya berguna sebagai pengikut tegangan, seperti terlihat dalam Gambar 2.12.

Dengan pengikut tegangan tak membalik dasar (Gambar 2.12a), keluaran terhubung langsung pada masukan membalik dengan tegangan masukan dikenakan pada masukan tak membalik. Resistansi umpan balik sama dengan nol karena itu, sesuai penguatan tahapan untuk tak membalik, atau penguat pengikut sama dengan 1.

A = = =1Dengan perkataan lain, bila diberikan umpan balik 100%, maka keluaran akan mengikuti masukannya. Perhatikan bahwa tegangan masukan membalik selalu menyamai tegangan masukan tak membalik jadi, selisih tegangan di antara kedua masukan kira-kira selalu nol.

Rangkaian ini memiliki impedansi masukan yang amat tinggi serta impedansi keluaran yang amat rendah. Keuntungan ini menjadikannya amat ideal untuk menyangga atau mengisolasi rangkaian.

Bila dalam pemakaian khusus diperlukan pengikut tegangan dengan fasa terbalik, rangkaian dalam Gambar 2.12b dapat digunakan. Karena Rin sama dengan. RF, rumus penguatan memberikan .

Av =

Kelemahan rangkaian ini adalah amat berkurangnya impedansi masukan (karena Rin sama dengan impedansi masukan). Resistor Rx pada masukan tak membalik digunakan untuk memperkecil arus offset masukan, nilainya sama dengan Rin diparalel dengan RF, atau Rx = Rin // RF

Gambar 2-12

Pengikut tegangan: (a) pengi.kut tegangan tak membalik (b) pengikut tegangan membalik.

PENGUAT PENJUMLAH TEGANGAN

Dengan menggunakan rangkaian penguat membalik dasar dan menambahkan resistor masukan lainnya, kita dapat membuat penguat penjumlah membalik atau penjumlah analog, seperti tampak pada Gambar 2.13. Tegangan keluaran dibalikkan dan nilainya sama dengan penjumlahan aljabar dari masing-masing perkalian tegangan masukan dengan hasil bagi resistor masukan dengan. resistor umpan balik yang bersesuaian, atau dapat dinyatakan sebagai :Vout = -

Suku RF/RN (VN) dalam rumus di atas menyatakan bahwa dalam rangkaian tersebut mungkin terdapat lebih dari dua masukan. Bila semua resistor luar sama nilainya (RF = R, = R2 = ... = RN), keluaran dengan mudah dapat dihitung sebagai penjumlahan aIjabar dari masing-masing tegangan masukan, atauVOut = - (VI + V2 + - - - + VN)

Tabel tegangan masukan&eluaran menunjukkan hasil dari macam-macam tegangan masukan. Ingatlah bahwa polaritas keluaran merupakan kebalikan dari polaritas hasil penjumlahan aljabar.

Dalam rangkaian ini, bumi semu yang pernah dijelaskan sebelumnya merupakan titik penjumlahan arus. Konsep titik penjumlahan dapat dipahami dengan menganalisis arus dalam penguat penjumlab seperti diperlihatkan dalam Gambar 2.14. Karena titik penjumlaban adalah bumi semu, maka tegangan pada titik ini kurang lebih selalu sama dengan tegangan masukan tak membalik (= 0 V).

(a)

(b)Gambar 2-13Penguat penjumlah tegangan: (a) diagram skematik; (b) tabel tegangan masukan/keluaran.

Dengan kedua masukan positif, arus dari setiap resistor akan mengalir searah. Untuk kasus dalam Gambar 2.14a, I1 = 0,1 mA dan I2 = 0,2 mA. Karena itu, kelu,aran harus menuju -3 V supaya IF benilai 0,3 mA.

Bila sebuah Masukan positif dan sebuah lainnya negatif, seperti tampak dalam Gambar 2.14b, maka sebuah arus masukan (0,3 mA) akan menuju titik penjumlahan dan sebuah lainnya (0,2 mA) akan keluar dari titik penjumlahan. Karena jumlah arus yang masuk harus sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik itu, maka arus 0,1 mA harus keluar dari titik penjumlahan melalui RF. Tegangan keluaran harus menuju +1 V untuk memberikan arus yang dibutuhkan.

Bila kedua masukan negatif, seperti iampak dalam Gambar 2.14c, maka kedua arus masukan menuju titik penjumlahan (0,1 mA dan 0,2 mA). Arus yang mengalir lewat RF harus sama dengan penjumlahan kedua arus ini (0,3 mA). jadi, sekali lagi keluaran harus menuju +3 V untuk mewujudkannya.

Gambar 2-14 Aliran arus pada penguat penjumlah membalik: (a) kedua

masukan positif, (b) masukan positif dan negatif, (c) kedua masukan negatifPenguat Penjumlah dengan Penguatan

Penguat penjumlah dapat dibuat sehingga memberikan penguatan lebih dari 1, seperti diperlihatkan dalam Gambar 2.15. Untuk mencapainya, RF harus lebih besar daripada resistor-resistor masukan. Penguatan setiap masukan dihitung dan kemudian dijumlahkan untuk mendapatkan keluaran. Sebagai contoh:

Vout = -=[(10)(0,1 V) + (10)(0,2 V)]

= -(1 V + 2V)

= 3 V

Vout juga dapat dinyatakan dalam Vout = Av1 Vl + Av2 V2dengan

AV1 = - dan AV2 = -

Gambar 2-15Penguat penjumlah dengan penguatan.

Penguat Penjumlah yang Diskala

Adakalanya pemakaian penguat penjumlah mensyaratkan suatu masukan yang mempengaruhi keluaran lebih dari masukan lainnya. Untuk itu perlu diberikan penguatan vang berlainan pada masingmasing masukan.

jadi, harus digunakan resistor-resistor masukan yang tidak sama besar, seperti diperlihatkan Gambar 2.16. Rangkaian ini dikenal sebagai penguat penjumlah yang diskala.

Untuk rangkaian ini digunakan rumus keluaran yang sama sebagaimana penguat penjumlah lainnya. Sebagai contoh:

Gambar 2-16Penguat penjumlah yang diskala.

PENGUAT SELISIH TEGANGAN

Penguat ini serupa dengan pembanding, kedua masukan dipakai untuk merasakan tegangan di antara mereka, namun rangkaian menggunakan modus lup tertutup, sehingga tegangan keluaran dapat diperkirakan dan dikendalikan besarnya. Bila semua resistor luar sama besarnya, maka penguat ini berfungsi sebagai rangkaian matematik analog dan dikenal sebagai pengurang tegangan, seperti tampak dalam Gambar 2.17a. Tegangan keluaran merupakan kebalikan selisih tegangan di antara kedua masukan dan nilainya dihitung menurut rumus

Gambar 2-17Penguat selisih tegangan: (a) diagram skematik; (b) tabel tegangan masukan/keluaran.Vout =

Sebagai contoh, lihat Gambar 2.17, bila V1 = +2 V dan V2 = + 4 V, maka V :Vout =

= -1 (+2) +

= 2Sebagaimana pembanding, polaritas tegangan kelfiaran akan positif bila tegangan pada masukan membalik lebih negatif daripada tegangan pada masukan tak membalik (seperti dibuktikan dalam rumus), dan sebaliknya.

Tabel tegangan masukan/keluaran dalam Gambar 2.17b memperlihatkan polaritas yang tepat dan selisih aljabar tegangan keluaran untuk macam-macam tegangan masukan.

Penguat Selisih Tegangan dengan Penguatan

Bila perbandingan resistor-resistor diubah (seperti tampak pada Gambar 2.18), rangkaian selisih tegangan mampu memberikan penguatan.

Rumus sebelumnya dapat dipakai untuk menghitung tegangan kehiaran. Namun, bila perbandingan RF terhadap R, sama dengan perbandingan Rg terhadap R2, dan biasanya memang demikian, maka tegangan keluaran dengan mudah dapat dihitung menurut rumus RF

Vout =

Biarpun penjelasan ini lebih ditekankan pada aspek pengurang aljabar, tapi di balik itu penguat selisih tegangan ini memilild keuntungan, yakni kemampuannya dalam merasakan adanya tegangan diferensial kecil yang tersembunyi dalam tegangan sinyal besar. Sayangnya, impedansi masukannya amat rendah, sehingga mungldn pada rangkaian ini perlu dit~mbahkan pengikut untuk menyangga atau mengisolasinya.

Gambar 2-18 Penguat selisih tegangan dengan penguatan.

Kesimpulan : Penguat tegangan merasakan apakah sebuah masukan lebih positif (lebih negatif) terhadap masukkan lainnya, bergantung masukan mana yang digunakan sebagai acuan.

Keluaran pembanding sederhana akan 0 V bila tegangan antar masukannya 0 V, atau - Vsat bila antara masukannya terdapat tegangan diferensial.

Polaritas keluaran pembanding akan berbalik fasa 180o terhadap polaritas masukan membalik terkait dengan masukan tak membalik. Pembanding dapat dipakai sebagai detektor level tegangan Umpan balik negatif (degeneratif) digunakan dalam modus lup tertutup untuk meningkatkan stabilitas dan lebar-jalur op-amp.

Penguat membalik akan mengembalikkan fasa sinyal masukan 1800 Bumi semu ada di antara, kedua masukan op-amp.

Masukan membalik op-amp cenderung menyamai tegangan masukan tak membalik.

Karena impedansi masukannya yang tinggi, maka untuk kebanyakan pemakaian arus yang mengalir ke dalam atau ke luar terminal-terminal masukan op-amp dianggap tidak- ada.

Pada rangkaian penguat, arus yang melewati resistor. masukan membalik (Rin) sama dengan arus yang melewati resistor umpan balik (RF).

Penguat tak membalik tidak membalikkan fasa sinyal.

Pengikut tegangan memiliki penguatan 1 dan dipakai sebagai rangkaian pengisolasi.

Penguat penjumlah membalik akan memberikan keluaran penjumlahan tegangan membalik pada masing-masing masukan.

Penguat penjumlah akan memiliki penguatan bila resistor umpan balik dipilih lebih besar daripada resistor masukan.

Penguat penjumlah yang diskala lebih memperkuat beberapa masukan ketimbang masukan lainnya, besar penguatannya ditentukan oleh masing-masing resistor masukan Bumi semu pada masukan membalik merupakan titik penjumlahan arus untuk penguat penjumlah.

Keluaran penguat selisih tegangan merupakan selisih tegangan di antara terminal-terminal masukan. Selisih ini dapat berbentuk sebsib yang sebanding terinasuk pula penguatannya, atau dapat juga selisih yang didapatkan setelah memberikan penguatan yang berbeda untuk setiap masukan.

_1139944151.unknown

_1139945975.unknown

_1139946392.unknown

_1139947690.unknown

_1139947884.unknown

_1139948240.unknown

_1139946979.unknown

_1139946342.unknown

_1139944349.unknown

_1139944642.unknown

_1139944175.unknown

_1139942933.unknown

_1139943234.unknown

_1139943248.unknown

_1139942976.unknown

_1139942670.unknown

_1139942806.unknown

_1139942617.unknown