Landasan Teori Penguat Operasional (OP-AMP)

Penguat operasional atau op-amp (operational amplifier) adalah penguat differensial dengan dua amsukan dan satu keluaran yang mempunyai penguatan tegangan yang amat tinggi, yaitu dalam orde 10⁵. Dengan penguatan yang amat tinggi ini, penguat operasional dengan rangkaian balikan lebih banyak digunakan daripada dalam lingkaran terbuka.

Pada masa kini op-amp dibuat dalam bentuk rangkaian terpadu atau IC (Integral Circuit), dimana dalam satu potong kristal silikon dengan luas kurang dari 1 mm² terkandung rangkaian penguat lengkap terdiri dari banyak transistor, dioda, resistor dan kadang-kadang kapasitor. Kini kita dapat membeli suatu IC yang dalam satu potong kristal mengandung empat buah op-amp sekaligus.

Pengguna op-amp amalatlah luas meliputi bidang elektronika audio, pengatur tegangan DC, tapis aktif, penyearah presisi, pengubah analog ke digital dan pengubah digital ke analog, pengolah isyarat seperti cuplikan-tahan, penguat pengunci, pengintegral, kendali otomatik, komputer analog, elektronika nuklir, dan lain-lain.

Pada op-amp tampak ada dua masukan, yaitu masukan membalik (INV) dan masukan tak membalik (NON-INV). Masukan membalik diberi tanda (-) minus, dan masukan tak membalik diberi tanda (+) plus. Jika isyarat masukan dihubungkan dengan masukan membalik, maka pada daerah frekuensi tengah isyarat keluatan berlawanan fasa atau berlawanan tanda dengan isyarat masukan. Sebaliknya jika isyarat masukan dihubungkan dengan masukan tak membalik, maka isyarat keluaran akan sefasa atau mempunyai tanda yang sama dengan isyarat masukan.

Pada umumnya op-amp menghasilkan tegangan keluaran yang sebanding dengan beda tegangan isyarat antara kedua masukannya. Op-amp tersebut dikenal dengan op-amp biasa. (Sutrisno, 1987: 117-118)

Penguat operasi (operational amplifier/op-amp), rangkaian penguat sifat-sifat rangkaian ditentukan oleh unsur-unsur umpan-balik di luar rangkaian penguat. Karena itu kini penguat yang karakteristiknya ditentukan hanya oleh unsur-unsur umpan balik disebut penguat operasi (op-amp). Op-amp dapat diterapkan sebagai penguat, pembelah fasa, tapis aktif, tapis selektif, penyearah setengah gelombang, penyearah gelombang penuh, osilator sinus maupun osilator blok. (Muhammad Suyanto,2006: 61)

Sekarang penguat operasional tersedia dalam bentuk sirkuit terpadu (IC 741) dan tidak lagi menggunakan tabung vakum, melainkan menggunakan transistor dalam suatu sirkuit terpadu, penguat operasional secara umum terdapat lebih dari 25 transistor beserta resistor dan kapasitor yang dikemas dalam satu cip silikon.

Penguat operasional modern hanya membutuh-kan tegangan listrik +18 V, bahkan OpAmp (LM324) dapat bekerja pada tegangan +1,5 V (UA741CP Datasheet). 

Beberapa istilah yang berlaku pada sifat OpAmp ialah :

·       φm: Margin fase, yaitu nilai absolut dari pergeseran fase mudus terbuka di antara terminal input output pembalik modus terbuka adalah satu.

·        Am: Margin bati, adalah umpanbalik dari nilai penguatan tegangan modus terbuka pada frekuensi terendah di mana ingsut fase modus terbuka sedemikian rupa sehingga keluaran sefase dengan masukan pembalik.

·        Av: Penguatan tegangan sinyal besar, yaitu nisbah dari ayunan tegangan puncak ke puncak keluaran terhadap besar perubahan tegangan masukan yang dibutuhkan.

·    B1: Lebar pita bati satuan adalah rentang frekuensi penguatan tegangan modus ter-buka bernilai lebih dari satu.

·     Ci: Kapasitansi masukan, yaitu nilai kapasitansi di antara dua terminal masukan dengan salah satu masukan dibumikan.

·    CMRR: common-mode rejection ratio adalah perbandingan nilai penguatan dari selisih tegangan listrik dalam penguatan ragam bersama yang diukur dengan cara menentukan nisbah perubahan pada tegangan listrik masukan ragam bersama terhadap perubahan yang dihasilkannya pada tegangan ofset.

·     GBW: gain bandwidth produc adalah nilai hasil perkalian antara nilai penguatan tegangan modus terbuka dan frekuensi sinyal saat pengukuran tersebut.

·       Zic: Impedansi masukan ragam bersama dari hasil penjumlahan paralel impedansi ter-hadap sinyal kecil di antara tiap terminal masukan dengan bumi.

·   Zo: Impedansi terhadap sinyal kecil di antara terminal keluaran dengan bumi. (Jamzuri dk, 2015: 5-6)

An operational Amplifier, often called an op-amp, is a DC-coupled high-gain electronic voltage amplifier with differential inputs ad usually a single output. Typically the output of the op-amp is controlled either by negative feedback, which largely determines the magnitude of its output voltage gain, or by positive feedback, which facilitates regenerative gain and oscillation. High input impedance at the input terminals and low output impedance are important typical characteristics.

The Op-amp is one type of differential amplifier. Other types of differential amplifier include the,

·        Fully differential amplifier (similar to the op-amp, but with 2 outputs).

·        The instrumentation amplifier (usually built from 3 op-amps).

·       The isolation amplifier (similar to the instrumentation amplifier, but which works fine with common-mode voltages that would destroy an ordinary op-amp).

·     Negative feedback amplifier (usually built from 1 or more op-amps and a resistive feedback network).

The figure below shows an example of an ideal operational amplifier. The main part in an amplifier is the dependent voltage source that increases in relation to the voltage drop across Rin, thus amplifying the voltage difference between V+ and V-. Many uses have been found for Op-amp and an ideal Op-amp seeks to characterize the physical phenomena that make Op-amps useful. 

Vs+ and Vs- are not connected to the circuit within the Op-amp because they power the dependent voltage source’s circuit. These are notable, however, because they determine the maximum voltage the dependent voltage source can output. For any input voltage the ideal Op-amp has,

a.       Infinite open-loop gain.

b.      Infinite bandwidth.

c.       Infinite input impedance

d.      Zero offset voltage.

e.       Infinite slew rate.

f.        Zero output impedance and

g.      Zero noise.

Application:

·         Audio and video-frequency pre-amplifiers and buffers

·         Voltage comparators

·         Differential amplifiers

·         Differentiators and integrators

·         Filters

·         Precision rectifiers

·         Precision peak detectors

·         Voltage and current regulators

·         Analog calculators

·         Analog-Digital converters

·         Digital-Analog converters

·         Voltages clamps

·         Oscillations and waveform generators. (Pratibhadevi Tapashetti dkk, 2012: 12-13)

An op-amp is basically a direct current (DC)–coupled, multistage, linear amplifier. It is not necessary to understand the operation of the internal components of an operational amplifier. There are just two rules, actually assumptions, that are necessary for proper understanding of operational amplifiers. But to use these assumptions, you must understand the characteristics of an operational amplifier.

1.      It is a direct-current amplifier; in other words, when a DC level is placed on the input, an amplified proportional change will be obtained in the output.

2.      Operational amplifiers have extremely high gain, above 100,000 when they are in the “open”-loop (no negative feedback) mode. This means that if you put a 1-microvolt change on the input, 0.1 V change would appear in the output.

3.      Op-amps use a differential input. They measure the difference in voltage between the two inputs, not any voltage that is common to both inputs.

Let’s look at a discrete version of an operational amplifier. Though this is not a very good op-amp, it does illustrate the basic characteristics of op-amps. (Lewrence M. Thompson, 2006: 261)

DAFTAR PUSTAKA

Sutrisno. 1987. Elektronika Teori Dasar dan Penerapannya Jilid 2. Bandung: Institude Teknologi Bandung.

Suyanto, Muhammad. 2006. Penyedia Catu Daya Cadangan Untuk Beban Listrik Rumah Tangga secara Automatis Volume 11 Halaman 61-70. Jurnal Teknologi Academia ISTA: 1410-5829.

Jamzuri dk. 2015. Uji Sifat Op Amp Berbasis Sinkronisasi Materi Praktikum IC 741 Untuk Mahasiswa Pendidikan Fisika Volume 5 Halaman 5-8. Jurnal Materi dan Pembelajaran Fisika (JMPF): 2089-6158.

Tapashetti, Pratibhadevi dkk. 2012. Design and Simulation of Op Amp Integrator and Its Applications Volume 1 Page 12-19. International Journal of Engineering and Advanced Tecnology (IJEAT): 2249-8958.

Thompson, Lawrence M. 2006. Basic Electricity and Electronics for Control: Fundamentals and Applications 3^rd Edition. United States of America: Instrumentations, Systems and Automation Society.