DASAR PENGUAT OPERASIONAL

Makalah Elektronika Lanjutan

DASAR PENGUAT OPERASIONAL

Disusun

Oleh

Kelompok       : 05

Ayu Rismayanti              (251324522)

Santi Lestari                   (140204170)

Yudi Fernanda               (150204049)

PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS TARBIYAH DAN KEGURUAN

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI AR-RANIRY

DARUSSALAM-BANDA ACEH

2017

BAB I

PENDAHULUAN

A.Latar Belakang

Penguat operasional (operational amplifier) atau yang biasa disebut op-amp merupakan suatu jenis penguat elektronika dengan hambatan (coupling) arus searah yang memiliki faktor penguatan sangat besar dengan dua masukan dan satu keluaran. Penguat diferensial merupakan suatu penguat yang bekerja dengan memperkuat sinyal yang merupakan selisih dari kedua masukannya.

Penguat operasional pada umumnya tersedia dalam bentuk sirkuit terpadu dan yang paling banyak digunakan adalah rangkaian seri. Penguat operasional dalam bentuk rangkaian terpadu memiliki karakteristik yang mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat di dalamnya.

Penguat operasional 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 serta pengembangan alat komunikasi.

Selain itu aplikasi pemakaian op-amp juga meliputi bidang elektronika audio, pengatur tegangan dc, tapis aktif, penyearah presisi, pengubah analog digital dan pengubah digital ke analog, pengolah isyarat seperti cuplik tahan, penguat pengunci, kendali otomatik, computer analog, elektronika nuklir, dan lain-lain.

Dikatakan penguat operasional serba guna sebab, pada penggunaan penguat operasional untuk operasi matematika sederhana seperti penjumlahan dan pengurangan terhadap tegangan listrik.Penggunaan aplikatif dari operational amplifier dapat dilihat pada komparatorr dan isolator distorsi rendah.Karena pentingnya penggunaan dari penguat operasional ini, maka pada makalah ini akan di bahas tentang penguat operasional.

B.Rumusan Masalah

1.  Pengertian penguat operasional?
2. Bagaimana Karakteristik Op-amp?
3.  bagaimana Aplikasi dan Rangkaian Dasar Op-amp?
   
   

C.Tujuan

1.Untuk mengetahui sifat dasar dari penguat operasional.

2.Untuk mengetahui karakteristik dari penguat operasional.

3.Untuk mengetahhui fungsi atau aplikasi penguat operasional.

BAB II

PEMBAHASAN

A.Pengertian  Penguat Operasional (Op-amp)

Penguat diferensial adalah suatu penguat yang bekerja dengan memperkuat sinyal yang mempunyai dua masukkan dan satu keluaran.Sebuah Op amp biasanya berupa IC (Integrated Circuit). Pengemasan Op amp dalam IC bermacam-macam, ada yang berisi satu op amp (contoh : 741), dua op amp (4558, LF356), empat op amp (contoh = LM324, TL084), dll.

Penguat Operasional atau disingkat Op-amp adalah merupakan sutu penguat differensial berperolehan sangat tinggi yang terkopel DC langsung yang dilengkapi dengan umpan.Oleh karena itu, penguat operasional lebih banyak digunakan dengan loop tertutup daripada dalam lingkar terbuka.

Pada mulanya op-amp digunakan untuk rangkaian perhitungan analog, rangkaian pengaturan dan instrumentasi. Fungsi utamanya adalah untuk melakukan operasi linier matematika (tegangan dan arus), integrasi dan penguatan. Kini op-amp dapat dijumpai di mana saja, dálam berbagai bidang: reproduksi suara, sistem komunikasi, sistem pengolahan digital, elektronik komersial, dan, aneka macam perangkat hobyist.
Dalam konfigurasinya kita akan menemukan op-amp dengan masukan dan keluaran tunggal, masukan dan keluaran diferensial, atau masukan diferensial dan keluaran tunggal. Konfigurasi terakhir ini banyak digunakan dalam industri elektronika.

Sifat-sifat dari sebuah penguat operasional ideal adalah ;

·         Resistansi masukan Ri = ¥.

·         Resistansi keluaran R0 = 0.

·         Perolehan Tegangan Av = - ¥.

·         Lebar pita = ¥.

·         V0 = 0 kalau V1 = V2 tidak tergantung pada besarnya V1.

·         Karakteristiknya tidak tergantung temperatur / suhu.

B.  Karakteristik Op-amp

Keuntungan dari pemakaian penguat operasional ini adalah karakteristiknya yang mendekati ideal sehingga dalam merancang rangkaian yang menggunakan penguat ini lebih mudah dan juga kareana penguat ini bekerja pada tingkatan yang cukup dekat dengan karakteristik kerjanya secara teoritis.Dari sudut sinyal sebuah penguat operasional mempunyai tiga terminal, yaitu dua terminal masukan dan satu terminal keluaran.

Karakteristik utama sebuah penguat operasional yang ideal adalah:

a. Impedansi masukan tak terhingga. Penguat yang ideal diharapkan tidak menarik arus masukan, artinya tidak ada arus yang masuk kedalam terminal 1 maupun 2 (I1 = I2 = 0).

b.Impedansi keluaran sama dengan nol. Terminal 3 merupakan keluaran penguat operasional, idealnya diharapkan bertindak sebagai terminal keluaran sebuah sumber sumber tegangan ideal. Tegangan antara terminal 3 dengan ground akan selalu sama dengan A, dimana A adalah faktor penguatan sebuah penguat operasional.

c.Penguatan loop terbuka tak terhingga. Apabila dioperasikan pada loop terbuka (tidak ada umpan balik dari keluaran ke masukan), maka sebuah penguat opersaional ideal mempunyai gain (penguatan) yang besarnya tak terhingga.

C. Aplikasi dan Rangkaian Dasar Op-amp

Fungsi atau aplikasi rangkaian Op-amp yaitu:

Ø  Penguat Membalik (inverting)

Penguat membalik adalah penggunanan op- amp sebagai penguat sinyal dimana sinyal outputnya berbalik fasa 180 derajat dari sinyal input.Pada penguat ini dimana, masukannya melalui input membalik pada penguat operasional, dan keluarannya berlawanan fasa dengan masukan.

Ø  Penguat tidak Membalik (Non Inverting)

Penguat non inverting ini hampir sama dengan rangkaian inverting hanya perbedaannyaadalah terletak pada tegangan inputnya dari masukan noninverting. Hasil tegangan output noninverting lebih dari satu dan selalu positif. Penguat ini dimana, masukannya melalui input tak membalik (non inverting) pada penguat operasional dan keluarannya sefasa dengan masukan.

Ø  Penguat Integrator

         Penguat Integrator berfungsi mengintegralkan  tagangan input terhadap waktu. Penggunanan integrator juga sebagai tapis lulus bawah (Low Pass Filter).

Ø  Penguat Diferensiator

Differensiator berfungsi mendiferensialkan tagangan input terhadap waktu. Penggunanan diferensiator juga sebagai tapis lulus atas (High Pass Filter).

Penguat diferensial tersebut menggunakan komponen BJT (Bipolar Junction Transistor) yang identik / sama persis sebagai penguat. Pada penguat diferensial terdapat dua sinyal masukan (input) yaitu V1 dan V2. Dalam kondisi ideal, apabila kedua masukan identik (Vid = 0), maka keluaran Vod = 0. Hal ini disebabkan karena IB1 = IB2 sehingga IC1 = IC2 dan IE1 = IE2. Karena itu tegangan keluaran (VC1 dan VC2) harganya sama sehingga Vod = 0.

Apabila terdapat perbedaan antara sinyal V1 dan V2, maka Vid = V1 – V2. Hal ini akan menyebabkan terjadinya perbedaan antara IB1 dan IB2. Dengan begitu harga IC1 berbeda dengan IC2, sehingga harga Vod meningkat sesuai sesuai dengan besar penguatan Transistor.

Untuk memperbesar penguatan dapat digunakan dua tingkat penguat diferensial (cascade).Keluaran penguat diferensial dihubungkan dengan masukan penguat diferensial tingkatan berikutnya.Dengan begitu besar penguatan total (Ad) adalah hasil kali antara penguatan penguat diferensial pertama (Vd1) dan penguatan penguat diferensial kedua (Vd2).

Dalam penerapannya, penguat diferensial lebih disukai apabila hanya memiliki satu keluaran.Jadi yang diguankan adalah tegangan antara satu keluaran dan bumi (ground). Untuk dapat menghasilkan satu keluaran yang tegangannya terhadap bumi (ground) sama dengan tegangan antara dua keluaran (Vod), maka salah satu keluaran dari penguat diferensial tingkat kedua di hubungkan dengan suatu pengikut emitor (emitter follower).

Untuk memperoleh kinerja yang lebih baik, maka keluaran dari pengikut emiter dihubungkan dengan suatu konfigurasi yang disebut dengan totem-pole.Dengan menggunakan konfigurasi ini, maka tegangan keluaran X dapat berayun secara positif hingga mendekati harga VCC dan dapat berayun secara negatif hingga mendekati harga VEE.

Apabila seluruh rangkaian telah dihubungkan, maka rengkaian tersebut sudah dapat dikatakan sebagai penguat operasional (Operational Amplifier (Op Amp).

Ø  Komparator (Pembanding)

Comparator adalah penggunaan op amp sebagai pembanding antara tegangan yang masuk pada input (+) dan input (-).Jika input (+) lebih tinggi dari input (-) maka op amp akan mengeluarkan tegangan positif dan jika input (-) lebih tinggi dari input (+) maka op amp akan mengeluarkan tegangan negatif. Dengan demikian op amp dapat dipakai untuk membandingkan dua buah tegangan yang berbeda.Berikut adalah rangkaian komparator sederhana.

Vref di hubungkan ke +V supply, kemudian R1 dan R2 digunakan sebagai pembagi tegangan, sehingg nilai tegangan yang di referensikan pada masukan + op-amp adalah sebesar :

V = [R1/(R1+R2) ] * Vsupply

Op-amp tersebut akan membandingkan nilai tegangan pada kedua masukannya, apabila masukan (-) lebih besar dari masukan (+) maka, keluaran op-amp akan menjadi sama dengan – Vsupply, apabila tegangan masukan (-) lebih kecil dari masukan (+) maka keluaran op-amp akan menjadi sama dengan + Vsupply.

Jadi dalam hal ini jika Vinput lebih besar dari V maka keluarannya akan menjadi – Vsupply, jika sebaliknya, Vinput lebih besar dari V maka keluarannya akan menjadi + Vsupply. Untuk op-amp yang sesuai untuk di pakai pada rangkaian op-amp untuk komparator biasanya menggunakan op-amp dengan tipe LM324 yang banyak di pasaran.

Secara umum prinsip kerja rangkaian komparator adalah membandingkan amplitudo dua buah sinyal, jika +Vin dan −Vin masing-masing menyatakan amplitudo sinyal input tak membalik dan input membalik, Vo dan Vsat masing-masing menyatakan tegangan output dan tegangan saturasi, maka prinsip dasar dari komparator adalah

+Vin  ≥ −Vin maka Vo = Vsat+ 

+Vin  < −Vin maka Vo = Vsat− 

Keterangan:

+Vin    = Amplitudo sinyal input tak membalik (V)

−Vin    = Amplitudo sinyal input membalik (V)

Vsat+   = Tegangan saturasi + (V)

Vsat−   = Tegangan saturasi - (V)

Vo       = Tegangan output (V)

Ø  Buffer (Penyangga)

Buffer adalah rangkaian yang inputnya sama dengan hasil outputnya. Besar nilainya tergantungdari indikasi dari komponennya, biasanya tidak dipasang alias arus dimaksimalkan sesuai dengan kemampuan op-ampnya.

Rangkaian buffer adalah rangkaian yang menghasilkan tegangan output sama dengan tegangan inputnya. Dalam hal ini seperti rangkaian common colektor yaitu berpenguatan = 1. Fungsi dari rangkaian buffer pada peralatan elektronika adalah sebagai penyangga, dimana prinsip dasarnya adalah penguat arus tanpa terjadi penguatan tegangan.Rangkaian buffer yang dibangun dari sebuah operasional amplifier (Op-Amp), dapat dibuat dengan sangat sederhana.Rangkaian buffer dari Op-Amp menjadi sangat sederhana karena tidak diperlukan komponen tambahan pada konfigurasi buffer non-inverting. Rangkaian Buffer Dari Operasional Amplifier (Op-Amp) :

Dengan menghubungkan jalur input inverting ke jalur output operasional amplifier (op-amp) maka rangkaian buffer pada gambar diatas akan memberikan kemampuan mengalirkan arus secara maksimal sesuai kemampuan maksimal operasional amplifier (op-amp) mengalirkan arus output. Dengan metode hubung singkat antara jalur input inverting dan jalur output operasional amplifier (op-amp) maka diperoleh perhitungan matematis sebagai berikut. V_{out}\approx V_{in} Sehingga diperoleh nilai penguatan tegangan (Av) sebagai berikut: Av=\frac{V_{out}}{V_{in}}=1 Dari persamaan diatas terlihat bahwa rangkaian operasional amplifier diatas tidak memiliki faktor penguatan tegangan (Av = 1) atau tidak terjadi penguatan tegangan. Rangkaian buffer dengan operasional amplifier (op-amp) seperti terlihat pada gambar diatas menghasilkan penguatan + 1. Rangkaian ini sangat menguntungkan karena kita dapat memperoleh suatu penguat dengan hambatan input (impedansi input) yang sangat tinggi (10 – 1012Ω) dan dengan hambatan output (impedansi output) sangat rendah (10-3 - 10-1Ω), yaitu mendekati kondisi ideal. Rangkaian buffer ini disebut juga sebagai rangkaian pengikut (follower), suatu bentuk peningkatan dari penguat pengikut emitor (emitor follower). Sehingga penguat operasional dengan konfigurasi seperti pada gambar diatas berfungsi sebagai penyangga (buffer) dengan penguatan = 1. Aplikasi rangkaian buffer baik yang dibuat dari penguat transistor maupun penguat operasional (Op-Amp) pada umumnya digunakan sebagai stabiliser sinyal.Salah satu aplikasi riil dari rangkaian buffer adalah pada system transmisi sinyal dengan kabel (system audio outdor).

Ø  Penguat Penjumlah (Adder)

Penguat penjumlah merupakan rangkaian penjumlah yang dasarrangkaiannya adalah rangkaian inverting amplifier dan hasil outputnya adalah dikalikan denganpenguatan seperti pada rangkaian inverting.Pada dasarnya nilai outputnya adalah jumlah daripenguatan masing masing dari inverting.Penguat penjumlah berfungsi menjumlahkan level masing masing sinyal input yang masuk ke op amp. Penggunanan op amp sebagai penjumlah sering dijumpai pada rangkaian mixer audio.

  

BAB III

PENUTUP

A.  Kesimpulan

1.Sifat-sifat dari sebuah penguat operasional ideal adalah ;

·           Resistansi masukan Ri = ¥.

·           Resistansi keluaran R0 = 0.

·           Perolehan Tegangan Av = - ¥.

·           Lebar pita = ¥.

·           V0 = 0 kalau V1 = V2 tidak tergantung pada besarnya V1.

·           Karakteristiknya tidak tergantung temperatur / suhu.

2. Karakteristik utama sebuah penguat operasional yang ideal adalah:

a. Impedansi masukan tak terhingga. Penguat yang ideal diharapkan tidak menarik arus masukan, artinya tidak ada arus yang masuk kedalam terminal 1 maupun 2 (I1 = I2 = 0).

b.Impedansi keluaran sama dengan nol. Terminal 3 merupakan keluaran penguat operasional, idealnya diharapkan bertindak sebagai terminal keluaran sebuah sumber sumber tegangan ideal. Tegangan antara terminal 3 dengan ground akan selalu sama dengan A, dimana A adalah faktor penguatan sebuah penguat operasional.

c.Penguatan loop terbuka tak terhingga. Apabila dioperasikan pada loop terbuka (tidak ada umpan balik dari keluaran ke masukan), maka sebuah penguat opersaional ideal mempunyai gain (penguatan) yang besarnya tak terhingga.

3. Fungsi atau aplikasi rangkaian Op amp yaitu sebagaiPenguat Membalik(inverting),Penguat tidak Membalik(Non Inverting), Penguat Integrator, Penguat Diferensiator,Penguat Penjumlah (Adder), Komparator (Pembanding),dan Buffer (Penyangga).

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2013. Penguat operasional. http://www.netzero.com. <diakses pada tanggal 18 februari 2014>

Anonim. 2013. Dasar penguat operasional.http://www.scribd.com. <diakses pada tanggal 18 februari 2014>

Duldobah Si.2013. Dasar penguat operasional.http://siduldobah.blogspot.com. <diakses pada tanggal 18 februari 2014>

http://basukidwiputranto.blogspot.co.id/2014/02/fungsi-dan-karakteristik-penguat.html

https://www.scribd.com/document/44212038/Teori-Dasar-Penguat-Operasional