BAB I

BAB I

PENDAHULUAN

A. Pengertian dan Fungsi Op-Amp

Kemajuan dalam bidang elektronika tidak terlepas dari perkembangan dalam pembuatan komponen-komponen elektronika seperti resistor, kapasitor, dioda, transistor, integrated circuit (IC) dan sebagainya. Salah-satu komponen elektronika yang banyak peranan dan penerapannya dalam kemajuan elektronika adalah penguat operasional (op-amp) dan sekarang sudah dirakit dalam bentuk rangkaian terpadu atau IC (Integrated Circuit). Pengertian IC lebih luas dari op-amp artinya semua op-amp adalah IC tetapi tidak semua IC adalah op-amp. Dengan kata lain op-amp merupakan salah-satu dari IC. Berbagai op-amp dalam bentuk IC yang dikenal antara lain adalah op-amp dengan jalan masuk MOS/FET dan jalan keluar COS/MOS seperti CA 3130, CA 3140; op-amp dengan kompensasi frekuensi seperti uA 741; op-amp dengan masukan JFET seperti LF 355 ; LM 747 atau penguat operasional ganda (dual operational amplifier); dan LM 324 yaitu penguat operasional daya rendah berempat dan sebagainya.

Op-amp adalah rangkaian elektronika yang dirancang dan dikemas secara khusus sehingga dengan menambahkan komponen luar sedikit saja dapat dipakai untuk berbagai keperluan. Bila ditinjau dari pembentuk dan pemakaiannya op-amp IC merupakan piranti solid-state yang mampu mengindra dan memperkuat sinyal masukan baik DC maupun AC. Sementara itu ditinjau dari segi masukan dan keluarannya penguat operasional adalah penguat differensial dengan dua masukan dan satu keluaran yang mempunyai penguatan yang amat tinggi, yaitu dalam orde 105.

Pada mulanya op-amp digunakan untuk rangkaian perhitungan analog, rangkaian pengaturan, dan instrumentasi. Fungsi utama dari op-amp adalah untuk melakukan operasi matematika linear (tegangan dan arus), integrasi, dan penguatan. Tujuan yang lebih spesifik dari op-amp antara lain adalah untuk menjumlahkan, mengalikan, membagi, mendifferensialkan, mengintegralkan dan menguatkan tegangan listrik. Disamping itu op-amp juga sering digunakan untuk perhitungan-perhitungan analog , instrumentasi maupun aplikasi kontrol. Kini op-amp dapat dijumpai dimana saja, dalam berbagai bidang seperti : reproduksi suara, sistem komunikasi, sistem pengolahan digital, elektronik komersial, dan aneka macam perangkat hobyst. Disamping itu op-amp juga digunakan pada komunikasi audio dan radio, teknologi kedokteran,pengendalian pabrik, dan teknologi automotif. Kenyataan menunjukkan op-amp dalam bentuk kemasan IC menjadi lebih murah dan sangat populer dikalangan penggemar elektronika. Alasannya sederhana saja, karena merupakan komponen semikonduktor yang paling serba guna, banyak tersedia, ukuran kecil, mudah digunakan, dapat dipercaya, harga relatif murah dan banyak keaneka ragaman penggunaannya.

B. Beberapa Parameter Op-Amp

Dalam membahas rangkaian elektronika seringkali digunakan parameter dari op-amp. Parameter-parameter ini melukiskan tentang operasi dari suatu op-amp. Beberapa parameter yang sering digunakan antara lain penguatan loop terbuka, impedansi masukan, arus bias masukan, impedansi keluaran, tegangan ofsett masukan, frekuensi respon , penolakan modus bersama (common mode rejection) dan sebagainya.

1. Penguatan dari suatu penguat operasional tanpa loop balikan disebut dengan penguatan loop terbuka dan biasanya dilambangkan dengan A. Keluaran dari penguat merupakan perkalian antara penguatan dengan perbedaan tegangan masukan yang diberikan bentuk umum

VO = A ( V+ ( V- ) (1)

Pada ekspresi ini V+ dan V- masing-masing melukiskan tegangan pada masukan tidak membalik (non inverting) dan masukan membalik (inverting).

2. Impedansi masukan atau resistansi masukan adalah impedansi yang terlihat oleh suatu sumber sinyal yang dihubungkan antara dua terminal masukan dari penguat. Impedansi ini melukiskan efek keluaran penguat apabila dihubungkan dengan suatu sumber sinyal.

3. Arus bias masukan adalah arus yang mengalir dalam garis masukan. Secara umum untuk pengoperasian penguat suatu arus harus mengalir dalam garis masukan dan arah dari arus tergantung pada rangkaian op-amp dan masukan.

4. Impedansi keluaran adalah impedansi yang terlihat bagian belakang op-amp dari keluaran. Impedansi ini merupakan impedansi setara Thevenin dari op-amp yang digunakan dalam suatu rangkaian tanpa balikan. Parameter ini penting untuk menjadikan arus keluaran maksimum dan tegangan keluaran maksimum berayun untuk op-amp.

5. Tegangan offset masukan adalah suatu tegangan masukan imaginer yang akan menyebabkan terdapat beberapa tegangan keluaran yang terjadi tanpa kehadiran tegangan masukan. Op-amp tidak sempurna, dalam keadaan tanpa kehadiran tegangan masukan dapat menimbulkan tegangan keluaran. Idealnya tegangan keluaran ini adalah nol jika tidak ada tegangan masukan.

6. Frekuensi respon dari penguat melukiskan kenerja (performance) dari penguat sebagai fungsi dari frekuensi masukan. Semua parameter yang dilukiskan pada op-amp dapat berubah sebagai fungsi dari frekuensi masukan.

7. Suatu tegangan yang hadir pada kedua masukan dari op-amp disebut tegangan modus bersama. Jika tegangan masukan membalik adalah pada tegangan V dan masukan tak membalik adalah pada V + (, maka V adalah tegangan modus bersama dan ( adalah perbedaan tegangan masukan. Penguatan modus bersama didefinisikan sebagai perbandingan dari tegangan keluaran modus bersama dengan tegangan masukan modus bersama yang menyebabkannya. Rasio penolakan modus bersama (common mode rejection ratio = CMRR ) didefinisikan sebagai perbandingan dari penguatan differensial loop tertutup dengan penguatan modus bersama loop tertutup.

C. Karakteristik Ideal Dari Op-Amp

Pada dasarnya suatu op-amp tidak sempurma, namun seringkali digunakan karakteristik ideal dari op-amp. Tujuannya adalah untuk mempermudah dalam menganalisis berbagai rangkaian elektronika yang menggunakan op-amp. Beberapa karakteristik ideal op-amp yang sering digunakan antara lain :

Impedansi masukan loop terbuka tak berhingga (Ri,lb = ( ) sehingga op-amp tidak menarik arus.

Penguatan loop terbuka tak berhingga atau AV,lb = (

Impedansi keluaran loop terbuka amat rendah (RO,lb) sehingga tegangan keluaran hampir tidak terpengaruh oleh pembebanan

Lebar pita hampir tidak berhingga

Nisbah penolakan modus bersama (CMRR) tidak berhingga.

Keluaran hanya dihubungkam pada tegangan masukan differensial dan tidak dihubungkan pada tegangan modus bersama. Karena itu apabila masukan differensial adalah nol maka keluaran juga nol tanpa ada persoalan tegangan modus bersama.

Melalui pengetahuan tentang karakteristik ideal ini analisis terhadap rangkaian menjadi lebih sederhana karena tidak memasukkan parameter-parameter yang terdapat dalam op-amp sendiri, tatapi lebih menekankan pada penambahan komponen luar.

D. Terminal dan Lambang dari Op-Amp

Jumlah terminal dari sebuah op-amp bervariasi seperti 8, 10, 14 dan fungsi dari masing-masing terminal bervariasi tergantung kepada jenis op-amp. Secara umum op-amp mempunyai lima terminal (pin) dasar meliputi dua terminal untuk mensuplai daya yaitu positif (V+) dan negatif (V(), dua terminal untuk isyarat masukan yaitu masukan membalik dan tak membalik, dan satu terminal untuk keluaran. Disamping itu terdapat beberapa terminal lain seperti nol offset dan no connection. Umpama op-amp 741 dengan 8 terminal atau model mini 8(lead seperti pada gambar 1a bila dilihat dari atas, sedangkan LM 747 mempunyai 14 terminal dan terdiri dari dua op-amp seperti pada gambar 1b:

1 - 14

1 8 2 + 13

3 12

2 - 7

4 11

3 + 6 5 12

6 + 9

4 5 (

7 8

Gbr 1a. Mini 8(Lead op-amp 741 Gbr 1b. Dual operational amplifier

bila dilihat dari atas LM 747

(F.W. Hughes, 1990:308) (F.W. Hughes, 1990:324)

Tabel (1). Keterangan terminal dari op-amp 741 dan LM 747

Mini 8(Lead op-amp 741

Dual operational amplifier LM 747

1. Nol offset

5. Nol offset

1. Inv input A

8. Offset null B

2. Masukan inverting

6. Terminal Output

2. Non Inv input A

9. V+ B

3. Masukan non inverting

7. Tegangan supply V+

3. Offset null A

10. Ouput B

4. Tegangan supply V(

8. NC (No conection)

4. V(

11. NC

5. Offset Null B

12. Output A

6. Non Inv input B

13. V+ A

7. Inv input B

14. Offset null A

Secara umum lambang dari op-amp didasarkan pada dua terminal pada bagian masukan, satu terminal keluaran dan dua buah catu daya yang terhubung pada sebuah segitiga. Kadang-kadang ditemukan lambang op-amp tidak memasukkan catu daya. Karena itu secara umum lambang dari op-amp seperti pada gambar 2 berikut :

V+

inv _

Vout

non +

V-

Gambar 2. Lambang dari op-amp (Sutrisno, 1987 :117)

E. Rangkaian Dasar Elektronika Menggunakan Op-Amp

Op-amp sering digunakan dalam berbagai rangkaian dasar elektronika dan aplikasi dari rangkaian dasar tersebut pada instrumen berbasis elektronik. Beberapa rangkaian dasar tersebut adalah rangkaian pengolah sinyal, penguat, penyangga, komparator, saklar elektronik, pembangkit gelombang dan sebagainya.

Rangkaian pengolah sinyal untuk mengubah atau memodifikasi sinyal yang diberikan pada masukan seperti : integrator , differensiator aktif , berbagai variasi filter aktif

Rangkaian penguat dan buffer. Disini penguat untuk memperkuat sinyal masukan dengan frekuensi yang tidak berubah dan buffer untuk mengisolasi dua rangkaian elektronik atau rangkaian elektronik dengan beban yang terletak sebelum dan sesudah buffer sehingga tidak terjadi jatuh tegangan. Beberapa penguat menggunakan op-amp seperti : penguat membalik , penguat tak membalik, penguat jumlah, penguat diferensial, penguat buffer, dan penguat instrumentasi

Rangkaian komparator dan saklar pengendali relay (relay driving switching) untuk membandingkan antara tegangan masukan dengan suatu tegangan referensi sehingga pada keluaran dihasilkan dua keadaan yaitu tegangan tinggi atau rendah.

Rangkaian pembangkit sinyal (Signal Generator ) untuk membangkitkan gelombang. Beberapa generator yang dikenal seperti pembangkit gelombang persegi, pembangkit gelombang segitiga, pembangkit gelombang gigi gergaji, pembangkit gelombang sinus dan pulsa.

F. Catu Daya Untuk Op-Amp

Pada umumnya op-amp memerlukan catu daya ganda yaitu catu daya positif dan negatif. Untuk mendapatkan catu daya ganda tersebut dapat dilakukan melalui dua cara yaitu menggunakan dua buah baterai 9 Volt dan catu daya polaritas ganda teregulasi. Alternatif pertama pengoperasian op-amp menggunakan dua baterai 9 volt. Kutub positif baterai yang satu dihubungkan ke catu daya positif dari op-amp sedangkan kutub negatif baterai dihubungkan ke ground. Kutub negatif kedua dari baterai dihubungkan ke terminal catu daya negatif dari op-amp sedangkan kutup positif dari baterai dihubungkan ke ground. Pemakaian baterai untuk mengoperasikan op-amp mempunyai keuntungan yaitu tegangan keluaran dari baterai lebih stabil. Sementara itu kelemahan dari pemakaian untuk mengoperasikan op-amp antara lain tegangan keluaran yang dihasilkan baterai berkurang dengan waktu pemakaian, pemakaian dua buah baterai kurang efisien, nilai tegangan dari baterai kurang bervariasi dan sebagainya.

Alternatif kedua pengoperasian op-amp adalah melalui catu daya polaritas ganda teregulasi. Catu daya ini akan menghasilkan tegangan keluaran berpasangan antara kutub positif dan negatif dengan ground berada ditengah-tengah. Umpamanya -9 , 0. + 9 Volt dan -12 , 0, +12 Volt. Untuk mendapatkan tegangan keluaran teregulasi dapat ditempuh melalui beberapa cara seperti men