PENGUAT OPERASIONAL

PENGUAT OPERASIONAL

1. Pengenalan Penguat Operasional

Penguat operasional adalah penguat dengan gain tinggi dan terhubung secara langsung. Penguat ini biasanya digunakan untuk menguatkan sinyal berjalur frekuensi lebar dan digunakan bersama jaringan umpan balik eksternal.

Gambar 1.1 Simbol penguat operasional

\enguat operasional memiliki 5 terminal dasar, yaitu 2 untuk mensuplai daya, 2 untuk masukan dan satu untuk keluaran. Penguat operasional memiliki beberapa ketentuan ideal. Ketentuan-ketentuan ini tidak terdapat dalam praktek, namun asumsi-asumsi mengenai ini memungkinkan orang untuk melakukan analisa dengan cepat mengenai rangkaian umpan balik pada penguat operasional. Ketentuan-ketentuan ideal penguat operasional ini, antara lain :

1. Penguatan open loop besar (A >>)
   
2. Vo = 0 jika V1=V2
3. Impedansi input tinggi (Z >>)
   
4. Impedansi output mendekati 0 (Zo <<)
   
5. Tidak ada tegangan offset

2. Rangkaian Penguat Operasional
2.1 Inverting Amplifier
Pada rangkaian inverting amplifier, input non-inverting di-ground-kan sedangkan input inverting sebagai masukan. Dengan mengasumsikan, opamp mempunyai open loop gain yang tidak berhingga, maka perbedaan tegangan antara input inverting dan input non-inverting sama dengan nol (Ed=0). Pada kondisi ini, input inverting disebut virtual ground. Arus yang mengalir pada Ri adalah V_IN/R₁ dan arus pada RF adalah V_OUT/R_F.

Gambar 1.2 Rangkaian pembalik (Inverting Amplifier)

Penguatan tegangan pada inverting amplifier sama dengan harga resistor feedback dibagi dengan harga resistor input. Tanda minus menunjukkan adanya perbedaan fasa antara input dan output.

2.2 Non-Inverting Amplifier

Sering kali dibutuhkan penguat yang memberikan keluaran sama besar dan sefasa dengan masukannya serta memenuhi hubungan Rf tertentu dengan Ri. Oleh karena itu digunakannya rangkaian non inverting amplifier untuk memperoleh penguatan yang sefasa dengan masukannya. Berikut adalah gambar rangkaian non-inverting amplifier:

Gambar 1.3 Rangkaian tidak membalik (non-inverting amplifier)

Dengan asumsi tegangan antara tegangan terminal inverting (-) dan non-inverting (+) adalah 0 volt, berarti tegangan di titik A sama dengan Vi. Arus yang mengalir pada Ri sama dengan arus yang mengalir pada Rf, yaitu:

2.3 Penguat Differensial

Penguat Differensial bisa mengukur maupun memperkuat sinyal-sinyal kecil yang terbenam dalam sinyal-sinyal yang jauh lebih besar. Empat tahanan presisi (1 %) dan sebuah opamp membentuk sebuah penguat differensial, seperti terlihat pada gambar 2.3. Terminal inputnya ada dua, input (-) dan (+), dihubungkan dengan terminal opamp yang terdekat.

Sumber masukan penguat differensial ada 2, yaitu E1 dan E2. Jika E2 dihubung singkat, maka E1 mendapat penguatan pembalik sebesar -mR/R = -m. Karena tegangan keluaran akibat E1 adalah -mE1.

Jika E1 dihubung singkat, maka E2 akan terbagi antara R dan mR, sehingga terminal positif dari opamp menerima tegangan sebesar mendapat penguatan pembalik sebesar -mR/R = -m. Karena tegangan keluaran akibat E1 adalah -mE2/(1+m), dengan penguatan sebesar (1+m).

Gambar 1.4 Rangkaian Penguat Differensial

Karena itu tegangan keluaran akibat E1 adalah:

Dengan demikian jika E1 dan E2 sama-sama dimasukan, maka tegangan keluaran Vo adalah:

Dari persamaan diatas, dapat dilihat bahwa tegangan keluaran dari Penguat differensial sebanding dengan perbedaan tegangan masukan E1 dan E2. Pengali ini adalah merupakan gain differensial yang ditentukan oleh perbandingan tahanannya.



2.4 Integrator

Rangkaian integrator digunakan untuk mencari nilai hasil integrasi dari sinyal input. Berikut adalah gambar 2.4 dari rangkaian integrator.

Gambar 1.5 Rangkaian Integrator

Rangkaian integrator memiliki penguatan tegangan sebesar:

Bentuk 1/R_AC harus sesuai dengan masukan frekuensi minimum yang diharapkan:

2.5 Summing Amplifier



Op-amp sering digunakan sebagai penjumlah berbagai input sinyal. Berikut ini adalah gambar dari summing amplifier.

Gambar 1.6 Rangkaian Summing Amplifier

Rangkaian summing amplifier mempunyai penguatan tegangan sebanyak dua penguatan tegangan. Untuk penguatan tegangan 1 adalah sebagai berikut:

Untuk penguatan tegangan 2 adalah sebagai berikut:

Penguatan tegangan total dari summing amplifier adalah sebagai berikut:

2.6 Penguat Instrumentasi
Penguat Instrumentasi termasuk salah satu Penguat yang paling bermanfaat, cermat dan serbaguna yang ada pada saat ini. Penguat ini dibuat dari 3 penguat amplifier dan 7 tahanan, seperti terlihat pada gambar 2.6.

Gambar 1.7 Rangkaian Penguat Instrumentasi

Vin1 diterapkan ke masukan (+) nya dan Vin2 ke masukan (-) nya. Vo sebanding dengan perbedaan tegangan-tegangan masukan. Ciri-ciri Penguat instrumentasi adalah sebagai berikut:

1. Gain tegangannya, dari masukan differensial (Vin1 - Vin2) ke keluaran berujung tunggal, diatur oleh satu buah tahan
2. Resistansi masukan dari kedua masukannya sangat tinggi dan tidak berubah jika gainnya berubah.
3. Vo tidak tergantung pada tegangan bersama Vin1 maupun Vin2 (tegangan mode bersama), melainkan hanya pada perbedaan keduanya.