Penguat operasional: Perbedaan antara revisi
Rescuing 2 sources and tagging 0 as dead.) #IABot (v2.0.9.2 |
|||
(69 revisi perantara oleh 35 pengguna tidak ditampilkan) | |||
Baris 1: | Baris 1: | ||
[[Berkas:Op-amps.jpg |
[[Berkas:Op-amps.jpg|jmpl| 300px | Berbagai jenis [[sirkuit terpadu]] penguat operasional dalam konfigurasi 8-pin. ]] |
||
'''Penguat operasional''' ([[bahasa Inggris]]: '''''operational amplifier''''') atau yang biasa disebut '''op-amp''' merupakan suatu jenis penguat [[elektronika]] dengan sambatan [[arus searah]] yang memiliki bati (faktor penguatan) sangat besar dengan dua masukan dan satu keluaran. |
'''Penguat operasional''' ([[bahasa Inggris]]: '''''operational amplifier''''') atau yang biasa disebut '''op-amp''' merupakan suatu jenis penguat [[elektronika]] dengan [[sambatan]] (bahasa Inggris: '''''coupling''''') [[arus searah]] yang memiliki bati (''faktor penguatan'' atau dalam bahasa Inggris: '''''gain''''') sangat besar dengan dua masukan dan satu keluaran.<ref name="hyperphysics">{{en}} {{cite web | title=HyperPhysics - Operational Amplifier | first=Carl Rod | last= Nave | publisher=Department of Physics and Astronomy, Georgia State University | url=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electronic/opamp.html | year=2006 | language=Inggris | accessdate=2010-05-08}}</ref><ref name="glosarium">Terjemahan istilah berdasarkan: {{cite web | title=Glosarium | url=http://pusatbahasa.diknas.go.id/glosarium/index.php | publisher=Pusat Bahasa Departemen Pendidikan Nasional | accessdate=2010-05-08 | archive-date=2010-04-13 | archive-url=https://web.archive.org/web/20100413025407/http://pusatbahasa.diknas.go.id/glosarium/index.php | dead-url=yes }}</ref> Penguat operasional pada umumnya tersedia dalam bentuk [[sirkuit terpadu]] dan yang paling banyak digunakan adalah seri [[741]].<ref name="hyperphysics"/> |
||
Penguat operasional adalah perangkat yang sangat efisien dan serba guna.<ref name="ti-handbook">{{en}}{{cite web | title=Handbook of Operational Amplifier Applications | url = http://focus.ti.com/lit/an/sboa092a/sboa092a.pdf | publisher=Texas Instruments | last1=Carter | first1=Bruce | last2=Brown | first2=Thomas | filetype=pdf | accessdate=2010-05-15}}</ref> Contoh penggunaan penguat operasional adalah untuk operasi matematika sederhana seperti [[penjumlahan]] dan [[pengurangan]] terhadap [[tegangan listrik]] hingga dikembangkan kepada penggunaan aplikatif seperti [[Penguat operasional# |
Penguat operasional adalah perangkat yang sangat efisien dan serba guna.<ref name="ti-handbook">{{en}} {{cite web | title=Handbook of Operational Amplifier Applications | url = http://focus.ti.com/lit/an/sboa092a/sboa092a.pdf | publisher=Texas Instruments | last1=Carter | first1=Bruce | last2=Brown | first2=Thomas | filetype=pdf | accessdate=2010-05-15}}</ref> Contoh penggunaan penguat operasional adalah untuk operasi matematika sederhana seperti [[penjumlahan]] dan [[pengurangan]] terhadap [[tegangan listrik]] hingga dikembangkan kepada penggunaan aplikatif seperti [[Penguat operasional#Komparator (Pembanding)|komparator]] dan [[osilator]] dengan distorsi rendah.<ref name="ti-handbook"/> |
||
Penguat operasional dalam bentuk rangkaian terpadu memiliki karakteristik yang mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat di dalamnya.<ref name="hyperphysics"/> Karakteristik penguat operasional ideal adalah:<ref name="hyperphysics"/> |
Penguat operasional dalam bentuk rangkaian terpadu memiliki karakteristik yang mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat di dalamnya.<ref name="hyperphysics"/> Karakteristik penguat operasional ideal adalah:<ref name="hyperphysics"/> |
||
# Bati |
# Bati [[tegangan listrik|tegangan]] tidak terbatas.<ref name="hyperphysics"/> |
||
# [[Impedansi]] masukan tidak terbatas.<ref name="hyperphysics"/> |
# [[Impedansi]] masukan tidak terbatas.<ref name="hyperphysics"/> |
||
# Impedansi keluaran nol.<ref name="hyperphysics"/> |
# Impedansi keluaran nol.<ref name="hyperphysics"/> |
||
# [[Lebar pita]] tidak terbatas.<ref name="hyperphysics"/> |
# [[Lebar pita]] tidak terbatas.<ref name="hyperphysics"/> |
||
# Tegangan |
# Tegangan ''offset'' nol (kondisi ketika masukan sebesar nol).<ref name="hyperphysics"/> |
||
== Sejarah == |
== Sejarah == |
||
[[Berkas:K2- |
[[Berkas:K2-w Vacuum Tube Op-amp.jpg|jmpl| 130 px | K2-W, penguat operasional komersial pertama yang dibuat dari [[tabung vakum]].<ref name="Philbrick"/>]] |
||
Awal dari penguat operasional adalah tahun [[1940]]an, |
Awal dari penggunaan penguat operasional adalah tahun [[1940]]-an, ketika sirkuit elektronika dasar dibuat dengan menggunakan [[tabung vakum]] untuk melakukan operasi [[matematika]] seperti [[penjumlahan]], [[pengurangan]], [[perkalian]], [[pembagian]], [[integral]], dan [[turunan]].<ref name="Hayt">{{en}} {{cite book|title=Engineering Circuit Analysis|url=https://archive.org/details/engineeringcircu007edhayt_s0q2|edition=7th|first1=William|last1=Hayt|first2=Jack|last2=Kemmerly|first3=Steven|last3=Durbin|publisher=McGraw-Hill Higher Education|year=2007|language=Inggris|isbn=978-0-07-286611-7|page=[https://archive.org/details/engineeringcircu007edhayt_s0q2/page/173 173]-205}}</ref> Istilah penguat operasional itu sendiri baru digunakan pertama kali oleh [[John Ragazzini]] dan kawan-kawan dalam sebuah karya tulis yang dipublikasikan pada tahun [[1947]].<ref name="Ragazzini">{{en}} {{cite conference | first1=John |last1=Ragazzini | first2=Robert | last2=Randall | first3=Frederick | last3=Russell | title=Analysis of Problems in Dynamics by Electronics Circuits | booktitle=Proceedings of IRE, Vol 35 | page=444-452 | url=http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=1697371 | publisher=Institute of Radio Engineers | year=1947 | accessdate=2010-05-15 | language=Inggris }}</ref> Kutipan bersejarah dalam karya tulis tersebut adalah: |
||
::"''As an amplifier so connected can perform the mathematical operations of arithmetic and calculus on the voltages applied to its inputs, it is hereafter termed an '''operational amplifier'''.''" (Ragazzini, et.al, 1947)<ref name="Ragazzini"/> (dalam [[bahasa Indonesia]]: "Oleh karena penguat dapat dihubungkan untuk melakukan operasi matematika dan kalkulus terhadap tegangan yang dikenakan terhadap masukannya, maka digunakan istilah '''penguat operasional'''.")<ref name="Ragazzini"/> |
|||
Penguat operasional yang tersedia secara komersial untuk pertama kalinya adalah K2-W yang diproduksi oleh ''Philbrick Researches, Inc.'' dari [[Boston]] antara tahun [[1952]] hingga awal [[1970]]-an.<ref name="Philbrick">{{en}} {{cite web | title=The Philbrick Archive | url=http://www.philbrickarchive.org/ | publisher= George A. Philbrick Researches (GAP/R) Archive | accessdate=2010-05-08 | language=Inggris}}</ref><ref name="Hayt"/> Penguat operasional tersebut harus dijalankan pada tegangan +/- 300 V dan memiliki berat 85 g dan berukuran 3,8 cm x 5,4 cm x 10,4 cm dan dijual seharga US$22.<ref name="Hayt"/> |
|||
⚫ | Saat ini penguat operasional tersedia dalam bentuk [[sirkuit terpadu]] dan tidak lagi menggunakan tabung vakum, melainkan menggunakan [[transistor]].<ref name="Hayt"/> Dalam suatu sirkuit terpadu penguat operasional umumnya terdapat lebih dari 25 transistor beserta [[resistor]] dan [[kapasitor]] yang diperlukan hanya dalam satu cip [[silikon]].<ref name="Hayt"/> Hasilnya, penguat operasional modern hanya membutuhkan tegangan listrik +/- 18 V, bahkan beberapa jenis seperti LM324 dapat berjalan pada tegangan hanya +/- 1,5 V.<ref name="Hayt"/><ref name="LM324 National">{{en}}{{cite web | title=LM324 Low Power Quad Operational Amplifier | url=http://www.national.com/mpf/LM/LM324.html | publisher=National Semiconductor | language=Inggris | accessdate=2010-05-08}}</ref> Penguat operasional KA741 dari ''Fairchild Semiconductor'' yang banyak digunakan bahkan hanya berukuran 5, |
||
⚫ | Saat ini penguat operasional tersedia dalam bentuk [[sirkuit terpadu]] dan tidak lagi menggunakan tabung vakum, melainkan menggunakan [[transistor]].<ref name="Hayt"/> Dalam suatu sirkuit terpadu penguat operasional umumnya terdapat lebih dari 25 transistor beserta [[resistor]] dan [[kapasitor]] yang diperlukan hanya dalam satu cip [[silikon]].<ref name="Hayt"/> Hasilnya, penguat operasional modern hanya membutuhkan tegangan listrik +/- 18 V, bahkan beberapa jenis seperti LM324 dapat berjalan pada tegangan hanya +/- 1,5 V.<ref name="Hayt"/><ref name="LM324 National">{{en}} {{cite web | title=LM324 Low Power Quad Operational Amplifier | url=http://www.national.com/mpf/LM/LM324.html | publisher=National Semiconductor | language=Inggris | accessdate=2010-05-08 | archive-date=2010-05-11 | archive-url=https://web.archive.org/web/20100511083750/http://www.national.com/mpf/LM/LM324.html | dead-url=yes }}</ref> Penguat operasional KA741 dari ''Fairchild Semiconductor'' yang banyak digunakan bahkan hanya berukuran 5,7 mm x 4,9 mm x 1,8 mm dan tersedia di pasaran dengan harga hanya Rp3.500 (US$0,37).<ref name="Hayt"/><ref name="KA714 Fairchild">{{en}} {{cite web | title=KA741 Operational Amplifier | url=http://www.fairchildsemi.com/pf/KA/KA741.html | publisher=Fairchild Semiconductor | language=Inggris | accessdate=2010-05-08}}</ref> |
||
== Bagian dalam == |
|||
[[Berkas:OpAmpTransistorLevel Colored Labeled ID.svg|jmpl|450px|Bagian dalam penguat operasional seri 741 seperti dijelaskan di dalam teks.]] |
|||
Pada diagram skema di samping digambarkan susunan bagian dalam [[sirkuit terintegrasi]] penguat operasional seri 741.<ref name="hookey">{{en}} {{cite web | title=Inside the 741 Op-Amp | url=http://www.play-hookey.com/analog/inside_741.html | first=Ken | last=Bigelow | year=2009 | accessdate=2010-05-15 | publisher=www.play-hookey.com | language=Inggris | archive-date=2010-11-30 | archive-url=https://web.archive.org/web/20101130091644/http://www.play-hookey.com/analog/inside_741.html | dead-url=yes }}</ref> Nomor-nomor yang terdapat di dekat terminal pada gambar menunjukkan nomor kaki terminal pada sirkuit terintegrasi 741 jenis 8-pin.<ref name="hookey"/> Pin nomor 8 tidak terhubung dengan sirkuit.<ref name="hookey"/> |
|||
Ada beberapa hal menarik tentang sirkuit internal 741.<ref name="hookey"/> Yang pertama adalah [[transistor]] masukan terhubung dengan konfigurasi [[Tunggal kolektor|pengikut emiter]] NPN yang keluarannya terhubung secara langsung kepada sepasang transistor PNP yang terkonfigurasi sebagai penguat [[tunggal basis|basis bersama]].<ref name="hookey"/> Konfigurasi ini memisahkan masukan dan mencegah sinyal [[umpan balik]] yang mungkin memiliki efek berbahaya yang bergantung pada [[frekuensi]].<ref name="hookey"/> |
|||
Pasangan transistor pada bagian yang diwarnai dengan warna merah pada diagram disebut ''cermin [[arus listrik|arus]]'', di mana basis terhubung langsung dengan kolektor pada salah satu transistor dari tiap pasangan dan kedua transistor saling terhubung pada emiter.<ref name="hookey"/> Penggunaan cermin arus pada sirkuit masukan, yaitu pasangan transistor <math>Q8</math> dan <math>Q9</math> serta pasangan <math>Q12</math> dan <math> Q13 </math>, memungkinkan masukan menerima ayunan [[tegangan listrik|tegangan]] ragam bersama tanpa melewati rentang daerah aktif tiap transistor dalam sirkuit.<ref name="hookey"/> Sedangkan cermin arus ketiga, yaitu pasangan transistor <math>Q10</math> dan <math>Q11</math> membentuk cermin arus yang agak berbeda dengan [[resistor]] bernilai 5 K<math>\Omega</math> terhubung secara seri dengan emiter membatasi arus kolektor menjadi hampir nol sehingga dapat menjadi hubungan [[impedansi]] tinggi kepada [[catu daya]] negatif dan tidak membebani sirkuit masukan.<ref name="hookey"/> |
|||
Keunikan lain dalam sirkuit internal ditunjukkan dengan warna hijau, di mana kedua resistor bias transistor terhubung sedemikian hingga tidak terlihat adanya sinyal masukan kepada basis transistor.<ref name="hookey"/> Bila diasumsikan tidak ada arus basis yang mengalir pada transistor, dan nilai <math>V_{BE}</math> sebesar 0,625 Volt maka menurut [[hukum Ohm]] akan diperlukan arus sebesar 0,625 V ÷ 7,5 K<math>\Omega</math> = 0,0833 mA melalui resistor antara basis dan kolektor.<ref name="hookey"/> Arus tersebut juga harus mengalir melalui resistor antara basis dan emiter sehingga menimbulkan tegangan jepit sebesar 0,0833 mA × 4,5 K<math>\Omega</math> = 0,375 V sehingga menghasilkan total tegangan jepit melalui dua resistor sebesar 0,625 V + 0,375 V = 1,0 V.<ref name="hookey"/> Hal ini digunakan untuk memberikan beda tegangan internal sebesar 1 Volt berapa pun tegangan keluaran keseluruhan sirkuit.<ref name="hookey"/> |
|||
== Istilah-istilah == |
== Istilah-istilah == |
||
[[Berkas:741 op-amp in TO-5 metal can package close-up.jpg|jmpl| 150px | [[Sirkuit terintegrasi]] penguat operasional seri 741 dalam kemasan logam.]] |
|||
Dalam lembar spesifikasi penguat operasional, dapat ditemukan banyak istilah-istilah yang berkaitan dengan kerja penguat operasional.<ref name="ti-spec">{{en}}{{cite web | title=Understanding Operational Amplifier Specifications | url=http://focus.ti.com/lit/an/sloa011/sloa011.pdf | publisher=Texas Instruments | last=Karki | first=Jim | year=1998 | accessdate=2010-05-15}}</ref> Beberapa istilah dan definisinya antara lain: |
Dalam lembar spesifikasi penguat operasional, dapat ditemukan banyak istilah-istilah yang berkaitan dengan kerja penguat operasional.<ref name="ti-spec">{{en}} {{cite web | title=Understanding Operational Amplifier Specifications | url=http://focus.ti.com/lit/an/sloa011/sloa011.pdf | publisher=Texas Instruments | last=Karki | first=Jim | year=1998 | accessdate=2010-05-15}}</ref> Beberapa istilah dan definisinya antara lain: |
||
* <math>\phi_m</math>: Margin fase, yaitu nilai absolut dari ingsut atau pergeseran fase simpal terbuka di antara terminal keluaran dan masukan pembalik pada [[frekuensi]] di mana modulus penguatan simpal terbuka adalah satu.<ref name="ti-spec"/> |
* <math>\phi_m</math>: Margin fase, yaitu nilai absolut dari ingsut atau pergeseran fase simpal terbuka di antara terminal keluaran dan masukan pembalik pada [[frekuensi]] di mana modulus penguatan simpal terbuka adalah satu.<ref name="ti-spec"/> |
||
* <math>A_m</math>: Margin bati, adalah timbalbalikan dari nilai penguatan [[tegangan listrik |
* <math>A_m</math>: Margin bati, adalah timbalbalikan dari nilai penguatan [[tegangan listrik|tegangan]] simpal terbuka pada frekuensi terendah di mana ingsut fase simpal terbuka sedemikian rupa sehingga keluaran sefase dengan masukan pembalik.<ref name="ti-spec"/> |
||
* <math>A_v</math>: Penguatan tegangan sinyal besar, yaitu nisbah dari ayunan tegangan puncak ke puncak keluaran terhadap besar perubahan tegangan masukan yang dibutuhkan.<ref name="ti-spec"/> |
* <math>A_v</math>: Penguatan tegangan sinyal besar, yaitu nisbah dari ayunan tegangan puncak ke puncak keluaran terhadap besar perubahan tegangan masukan yang dibutuhkan.<ref name="ti-spec"/> |
||
* <math>B1</math>: Lebar pita bati satuan ([[bahasa Inggris]]: ''unity gain bandwidth'') adalah rentang frekuensi di mana bati penguatan tegangan simpal terbuka bernilai lebih dari satu.<ref name="ti-spec"/> |
* <math>B1</math>: Lebar pita bati satuan ([[bahasa Inggris]]: ''unity gain bandwidth'') adalah rentang frekuensi di mana bati penguatan tegangan simpal terbuka bernilai lebih dari satu.<ref name="ti-spec"/> |
||
* <math>C_i</math>: [[Kapasitansi]] masukan, yaitu nilai kapasitansi di antara dua terminal masukan dengan salah satu masukan dibumikan.<ref name="ti-spec"/> |
* <math>C_i</math>: [[Kapasitansi]] masukan, yaitu nilai kapasitansi di antara dua terminal masukan dengan salah satu masukan dibumikan.<ref name="ti-spec"/> |
||
* <math>CMRR</math>: Nisbah penolakan ragam bersama (bahasa Inggris: ''common-mode rejection ratio'') adalah nisbah atau perbandingan nilai penguatan dari selisih tegangan listrik dalam penguatan ragam bersama (bahasa Inggris: ''common-mode'').<ref name="ti-spec"/> Nilai ini diukur dengan cara menentukan nisbah perubahan pada tegangan listrik masukan ragam bersama terhadap perubahan yang dihasilkannya pada tegangan ofset.<ref name="ti-spec"/> |
* <math>CMRR</math>: [[Nisbah penolakan ragam bersama]] (bahasa Inggris: ''common-mode rejection ratio'') adalah nisbah atau perbandingan nilai penguatan dari selisih tegangan listrik dalam penguatan ragam bersama (bahasa Inggris: ''common-mode'').<ref name="ti-spec"/> Nilai ini diukur dengan cara menentukan nisbah perubahan pada tegangan listrik masukan ragam bersama terhadap perubahan yang dihasilkannya pada tegangan ofset.<ref name="ti-spec"/> |
||
* <math>GBW</math>: Darab lebar-pita bati (bahasa Inggris: ''gain bandwidth product'') adalah nilai hasil perkalian antara nilai penguatan tegangan simpal terbuka dan frekuensi sinyal saat pengukuran tersebut.<ref name="ti-spec"/> |
* <math>GBW</math>: Darab lebar-pita bati (bahasa Inggris: ''gain bandwidth product'') adalah nilai hasil perkalian antara nilai penguatan tegangan simpal terbuka dan frekuensi sinyal saat pengukuran tersebut.<ref name="ti-spec"/> |
||
* <math>Z_{ic}</math>: [[Impedansi]] masukan ragam bersama, yaitu hasil penjumlahan paralel impedansi terhadap sinyal kecil di antara tiap terminal masukan dengan bumi.<ref name="ti-spec"/> |
* <math>Z_{ic}</math>: [[Impedansi]] masukan ragam bersama, yaitu hasil penjumlahan paralel impedansi terhadap sinyal kecil di antara tiap terminal masukan dengan bumi.<ref name="ti-spec"/> |
||
Baris 34: | Baris 49: | ||
== Notasi Sirkuit == |
== Notasi Sirkuit == |
||
[[Berkas: |
[[Berkas:Op-amp symbol.svg|jmpl|200px | Simbol penguat operasional pada gambar sirkuit listrik.]] |
||
Simbol penguat operasional pada rangkaian seperti pada gambar di samping, di mana: |
Simbol penguat operasional pada rangkaian seperti pada gambar di samping, di mana:<ref name="hobbyprojects.com">{{en}} {{cite web | title=What is Operational Amplifier (op-amp) | url=http://www.hobbyprojects.com/electronics_component_symbols/what_is_operational_amplifier.html | publisher=HobbyProjects.com | accessdate=2010-05-08}}</ref> |
||
* <math>V_{\!+}</math>: masukan non-pembalik |
* <math>V_{\!+}</math>: masukan non-pembalik |
||
* <math>V_{\!-}</math>: masukan pembalik |
* <math>V_{\!-}</math>: masukan pembalik |
||
Baris 43: | Baris 58: | ||
* <math>V_{\text{S}\!-}</math>: catu daya negatif |
* <math>V_{\text{S}\!-}</math>: catu daya negatif |
||
Catu daya pada notasi penguat operasional |
Catu daya pada notasi penguat operasional sering kali tidak dicantumkan untuk memudahkan penggambaran rangkaian.<ref name="Hayt"/> |
||
== Aplikasi sirkuit == |
== Aplikasi sirkuit == |
||
Terdapat banyak sekali penggunaan dari penguat operasional dalam berbagai jenis sirkuit listrik.<ref name="Hayt"/> Di bawah ini dipaparkan beberapa penggunaan umum dari penguat operasional dalam contoh sirkuit: |
Terdapat banyak sekali penggunaan dari penguat operasional dalam berbagai jenis sirkuit listrik.<ref name="Hayt"/> Di bawah ini dipaparkan beberapa penggunaan umum dari penguat operasional dalam contoh sirkuit: |
||
=== Komparator ( |
=== Komparator (pembanding) === |
||
[[Berkas:Op-Amp Comparator.svg| |
[[Berkas:Op-Amp Comparator.svg|jmpl|Komparator.]] |
||
Merupakan salah satu aplikasi yang memanfaatkan |
Merupakan salah satu aplikasi yang memanfaatkan batas simpal terbuka ([[bahasa Inggris]]: '''''open-loop gain''''') penguat operasional yang sangat besar.<ref name="Hayt"/> Ada jenis penguat operasional khusus yang memang difungsikan semata-mata untuk penggunaan ini dan agak berbeda dari penguat operasional lainnya dan umum disebut juga dengan '''komparator''' (bahasa Inggris: '''''comparator''''').<ref name="Hayt"/> |
||
Komparator membandingkan dua [[tegangan listrik]] dan mengubah keluarannya untuk menunjukkan tegangan mana yang lebih tinggi.<ref name="Hayt"/> |
Komparator membandingkan dua [[tegangan listrik]] dan mengubah keluarannya untuk menunjukkan tegangan mana yang lebih tinggi.<ref name="Hayt"/> |
||
* <math> V_{\text{out}} = \left\{\begin{matrix} V_{\text{S+}} & V_1 > V_2 \\ V_{\text{S-}} & V_1 < V_2 \end{matrix}\right. |
* <math> V_{\text{out}} = \left\{\begin{matrix} V_{\text{S+}} & V_1 > V_2 \\ V_{\text{S-}} & V_1 < V_2 \end{matrix}\right.</math> |
||
di mana <math>V_{\text{s}}</math> adalah tegangan catu daya dan penguat operasional beroperasi di antara <math>+V_{\text{s}}</math> dan <math>-V_{\text{s}}</math>.) |
di mana <math>V_{\text{s}}</math> adalah tegangan catu daya dan penguat operasional beroperasi di antara <math>+V_{\text{s}}</math> dan <math>-V_{\text{s}}</math>.) |
||
Baris 61: | Baris 76: | ||
=== Penguat pembalik === |
=== Penguat pembalik === |
||
[[Berkas:Op-Amp Inverting Amplifier.svg|300px| |
[[Berkas:Op-Amp Inverting Amplifier.svg|300px|jmpl|Penguat pembalik.]] |
||
Sebuah penguat pembalik menggunakan [[umpan balik]] negatif untuk membalik dan menguatkan sebuah tegangan.<ref name="Horn">{{en}}{{cite book |
Sebuah penguat pembalik menggunakan [[umpan balik]] negatif untuk membalik dan menguatkan sebuah tegangan.<ref name="Horn">{{en}} {{cite book|title=Basic Electronics Theory|first=Delton|last=Horn|edition= 4|publisher=McGraw-Hill Professional|year=1994|page=342-343}}</ref> Resistor R<sub>f</sub> melewatkan sebagian sinyal keluaran kembali ke masukan.<ref name="Horn"/> Karena keluaran taksefase sebesar 180°, maka nilai keluaran tersebut secara efektif mengurangi besar masukan.<ref name="Horn"/> Ini mengurangi bati keseluruhan dari penguat dan disebut dengan umpan balik negatif.<ref name="Horn"/> |
||
:<math> V_{\text{out}} = -\frac{R_{\text{f}}}{R_{\text{in}}} V_{\text{in}}\!\ </math> |
:<math> V_{\text{out}} = -\frac{R_{\text{f}}}{R_{\text{in}}} V_{\text{in}}\!\ </math> |
||
Baris 69: | Baris 84: | ||
Di mana, |
Di mana, |
||
* <math>Z_{\text{in}} = R_{\text{in}}\ </math> (karena <math>V_{-}\ </math> adalah bumi maya) |
* <math>Z_{\text{in}} = R_{\text{in}}\ </math> (karena <math>V_{-}\ </math> adalah [[bumi maya]] (bahasa Inggris: '''''virtual ground''''') |
||
* Sebuah resistor dengan nilai <math>R_{\text{f}} \| R_{\text{in}} \triangleq R_{\text{f}} R_{\text{in}} / (R_{\text{f}} + R_{\text{in}}) </math>, ditempatkan di antara masukan non-pembalik dan bumi. Walaupun tidak dibutuhkan, hal ini mengurangi galat karena arus bias masukan.<ref name="Malmstadt">{{en}}{{cite book |
* Sebuah resistor dengan nilai <math>R_{\text{f}} \| R_{\text{in}} \triangleq R_{\text{f}} R_{\text{in}} / (R_{\text{f}} + R_{\text{in}}) </math>, ditempatkan di antara masukan non-pembalik dan bumi. Walaupun tidak dibutuhkan, hal ini mengurangi galat karena arus bias masukan.<ref name="Malmstadt">{{en}} {{cite book|last1=Malmstadt|first1=Howard|last2=Enke|first2=Enke|last3=Crouch|first3=Stanley|title=Electronics and Instrumentation for Scientists|url=https://archive.org/details/electronicsinstr0000malm|publisher=The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc.|year=1981|isbn=0-8053-6917-1|page=[https://archive.org/details/electronicsinstr0000malm/page/118 118]|language=Inggris}}</ref> |
||
Bati dari penguat ditentukan dari rasio antara R<sub>f</sub> dan R<sub>in</sub>, yaitu:<ref name="Horn"/> |
Bati dari penguat ditentukan dari rasio antara R<sub>f</sub> dan R<sub>in</sub>, yaitu:<ref name="Horn"/> |
||
Baris 76: | Baris 91: | ||
:<math>A = -\frac{R_f}{R_{in}}</math> |
:<math>A = -\frac{R_f}{R_{in}}</math> |
||
Tanda negatif menunjukkan bahwa keluaran adalah pembalikan dari masukan. |
Tanda negatif menunjukkan bahwa keluaran adalah pembalikan dari masukan.<ref name="Horn"/> Contohnya jika R<sub>f</sub> adalah 10.000 Ω dan R<sub>in</sub> adalah 1.000 Ω, maka nilai bati adalah -10.000Ω / 1.000Ω, yaitu -10.<ref name="Horn"/> |
||
=== Penguat non-pembalik === |
=== Penguat non-pembalik === |
||
[[Berkas:Op- |
[[Berkas:Op-Amp Non-Inverting Amplifier.svg|300px|jmpl| Penguat non-pembalik.]] |
||
Rumus penguatan penguat non-pembalik adalah sebagai berikut:<ref name="National AN-31">{{en}}{{cite web | title=Application Note 31 Op Amp Circuit Collection | url=http://www.national.com/an/AN/AN-31.pdf | filetype=pdf | publisher=National Semiconductor | language=Inggris | accessdate=2010-05-08}}</ref> |
Rumus penguatan penguat non-pembalik adalah sebagai berikut:<ref name="National AN-31">{{en}} {{cite web | title=Application Note 31 Op Amp Circuit Collection | url=http://www.national.com/an/AN/AN-31.pdf | filetype=pdf | publisher=National Semiconductor | language=Inggris | accessdate=2010-05-08 | archive-date=2000-09-01 | archive-url=https://web.archive.org/web/20000901080854/http://www.national.com/an/AN/AN-31.pdf | dead-url=yes }}</ref> |
||
:<math>V_{\text{out}} = V_{\text{in}} \left( \frac{R_1 + R_2}{R_1} \right)\,</math> |
:<math>V_{\text{out}} = V_{\text{in}} \left( \frac{R_1 + R_2}{R_1} \right)\,</math> |
||
Baris 92: | Baris 107: | ||
=== Penguat diferensial === |
=== Penguat diferensial === |
||
[[Berkas:Op-Amp Differential Amplifier.svg| |
[[Berkas:Op-Amp Differential Amplifier.svg|jmpl|300px|ka|Penguat diferensial.]] |
||
Penguat diferensial digunakan untuk mencari |
Penguat diferensial digunakan untuk mencari [[pengurangan|selisih]] dari dua [[tegangan listrik|tegangan]] yang telah di[[perkalian|kalikan]] dengan [[konstanta]] tertentu yang ditentukan oleh nilai [[resistansi]] yaitu sebesar <math>\frac{ R_{\text{f}} }{ R_1 }\ </math> untuk <math>R_1 = R_2\ </math> dan <math>R_{\text{f}} = R_{\text{g}}\ </math>.<ref name="National AN-31"/> Penguat jenis ini berbeda dengan [[Penguat operasional#Diferensiator|diferensiator]].<ref name="National AN-31"/> Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut:<ref name="National AN-31"/> |
||
:<math> V_{\text{out}} = \frac{ \left( R_{\text{f}} + R_1 \right) R_{\text{g}} }{\left( R_{\text{g}} + R_2 \right) R_1} V_2 - \frac{R_{\text{f}}}{R_1} V_1 </math> |
:<math> V_{\text{out}} = \frac{ \left( R_{\text{f}} + R_1 \right) R_{\text{g}} }{\left( R_{\text{g}} + R_2 \right) R_1} V_2 - \frac{R_{\text{f}}}{R_1} V_1 </math> |
||
Baris 104: | Baris 119: | ||
=== Penguat penjumlah === |
=== Penguat penjumlah === |
||
[[Berkas:Op-Amp Summing Amplifier.svg| |
[[Berkas:Op-Amp Summing Amplifier.svg|jmpl|300px|Penguat penjumlah.]] |
||
Penguat penjumlah menjumlahkan beberapa tegangan masukan, dengan persamaan sebagai berikut:<ref name="National AN-31"/> |
Penguat penjumlah menjumlahkan beberapa tegangan masukan, dengan persamaan sebagai berikut:<ref name="National AN-31"/> |
||
Baris 116: | Baris 131: | ||
* Saat <math>R_1 = R_2 = \cdots = R_n = R_{\text{f}}\ </math>, maka: |
* Saat <math>R_1 = R_2 = \cdots = R_n = R_{\text{f}}\ </math>, maka: |
||
:<math> V_{\text{out}} = -( V_1 + V_2 + \cdots + V_n ) \!\ </math> |
:<math> V_{\text{out}} = -( V_1 + V_2 + \cdots + V_n ) \!\ </math> |
||
* Keluaran adalah terbalik. |
* Keluaran adalah terbalik. |
||
* Impedansi masukan dari masukan ke-n adalah <math>Z_n = R_n \ </math> (di mana <math>V_- \ </math> adalah bumi maya) |
* Impedansi masukan dari masukan ke-n adalah <math>Z_n = R_n \ </math> (di mana <math>V_- \ </math> adalah bumi maya) |
||
Baris 122: | Baris 137: | ||
=== Integrator === |
=== Integrator === |
||
[[Berkas:Op-Amp Integrating Amplifier.svg| |
[[Berkas:Op-Amp Integrating Amplifier.svg|jmpl|300px|Integrator.]] |
||
Penguat ini [[integral|mengintegrasikan]] [[tegangan listrik|tegangan]] masukan terhadap [[waktu]], dengan persamaan:<ref name="National AN-31"/> |
Penguat ini [[integral|mengintegrasikan]] [[tegangan listrik|tegangan]] masukan terhadap [[waktu]], dengan persamaan:<ref name="National AN-31"/> |
||
Baris 130: | Baris 145: | ||
di mana <math>t\ </math> adalah waktu dan <math>V_{\text{mula}}\ </math> adalah tegangan keluaran pada <math>t = 0\ </math>. |
di mana <math>t\ </math> adalah waktu dan <math>V_{\text{mula}}\ </math> adalah tegangan keluaran pada <math>t = 0\ </math>. |
||
Sebuah integrator dapat juga dipandang sebagai |
Sebuah integrator dapat juga dipandang sebagai [[tapis pelewat tinggi|tapis pelewat-tinggi]] dan dapat digunakan untuk rangkaian tapis aktif.<ref name="Intro Filter">{{en}} {{cite web | title=Introduction to Filter | url=http://www.swarthmore.edu/NatSci/echeeve1/Ref/FilterBkgrnd/Filters.html | accessdate=2010-05-08}}</ref> |
||
=== Diferensiator === |
=== Diferensiator === |
||
[[Berkas:Op-Amp Differentiating Amplifier.svg| |
[[Berkas:Op-Amp Differentiating Amplifier.svg|jmpl|300px|Diferensiator.]] |
||
[[Diferensial|Mendiferensiasikan]] sinyal hasil pembalikan terhadap waktu dengan persamaan:<ref name="mit-opamp2">{{en}}{{cite web | title=Fundamental Amplifier Circuits; Input/Output Impedance | url=http://ocw.mit.edu/NR/rdonlyres/38FF6DFD-7C8F-4368-B9AC-AB96036B2F5F/0/23_op_amps2.pdf | filetype=pdf | first1=Manos | last1=Chaniotakis | first2=David | last2=Cory | publisher=MIT OpenCourseWare | year=2006 | accessdate=2010-05-10}}</ref> |
[[Diferensial|Mendiferensiasikan]] sinyal hasil pembalikan terhadap waktu dengan persamaan:<ref name="mit-opamp2">{{en}} {{cite web | title=Fundamental Amplifier Circuits; Input/Output Impedance | url=http://ocw.mit.edu/NR/rdonlyres/38FF6DFD-7C8F-4368-B9AC-AB96036B2F5F/0/23_op_amps2.pdf | filetype=pdf | first1=Manos | last1=Chaniotakis | first2=David | last2=Cory | publisher=MIT OpenCourseWare | year=2006 | accessdate=2010-05-10}}</ref> |
||
:<math>V_{\text{out}} = -RC \,\frac{\operatorname{d}V_{\text{in}} }{ \operatorname{d}t} \, \qquad </math> |
:<math>V_{\text{out}} = -RC \,\frac{\operatorname{d}V_{\text{in}} }{ \operatorname{d}t} \, \qquad </math> |
||
Baris 142: | Baris 157: | ||
di mana <math> V_{\text{in}}\ </math> dan <math> V_{\text{out}} \ </math> adalah fungsi dari waktu. |
di mana <math> V_{\text{in}}\ </math> dan <math> V_{\text{out}} \ </math> adalah fungsi dari waktu. |
||
Pada dasarnya diferensiator dapat juga dibangun dari integrator dengan cara mengganti [[kapasitor]] dengan [[induktor]], namun tidak dilakukan karena harga induktor yang mahal dan bentuknya yang besar.<ref name="mit-opamp2"/> Diferensiator dapat juga dilihat sebagai |
Pada dasarnya diferensiator dapat juga dibangun dari integrator dengan cara mengganti [[kapasitor]] dengan [[induktor]], namun tidak dilakukan karena harga induktor yang mahal dan bentuknya yang besar.<ref name="mit-opamp2"/> Diferensiator dapat juga dilihat sebagai [[tapis pelewat rendah|tapis pelewat-rendah]] dan dapat digunakan sebagai tapis aktif.<ref name="Intro Filter"/> |
||
== Referensi == |
== Referensi == |
||
{{reflist}} |
{{reflist}} |
||
{{Link FA|fr}} |
|||
== Pranala luar == |
|||
⚫ | |||
* {{en}} [http://www.national.com/analog/amplifiers/application_notes National Semiconductor Operational Amplifier Application Notes] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20100517001156/http://www.national.com/analog/amplifiers/application_notes |date=2010-05-17 }} |
|||
* {{en}} [http://focus.ti.com/lit/an/sloa064/sloa064.pdf A Differential Op-Amp Circuit Collection] |
|||
⚫ | |||
[[ar:مضخم عملياتي]] |
|||
[[bg:Операционен усилвател]] |
|||
[[bug:Op-amp]] |
|||
[[ca:Amplificador operacional]] |
|||
[[cs:Operační zesilovač]] |
|||
[[da:Operationsforstærker]] |
|||
[[de:Operationsverstärker]] |
|||
[[en:Operational amplifier]] |
|||
[[eo:Operacia Amplifilo]] |
|||
[[es:Amplificador operacional]] |
|||
[[eu:Anplifikadore operazional]] |
|||
[[fi:Operaatiovahvistin]] |
|||
[[fr:Amplificateur opérationnel]] |
|||
[[gl:Amplificador operacional]] |
|||
[[he:מגבר שרת]] |
|||
[[hi:आपरेशनल एम्प्लिफायर]] |
|||
[[hr:Operaciono pojačalo]] |
|||
[[hu:Műveleti erősítő]] |
|||
[[it:Amplificatore operazionale]] |
|||
[[ja:オペアンプ]] |
|||
[[lt:Operacinis stiprintuvas]] |
|||
[[nl:Operationele versterker]] |
|||
[[nn:Operasjonsforsterkar]] |
|||
[[no:Operasjonsforsterker]] |
|||
[[pl:Wzmacniacz operacyjny]] |
|||
[[pt:Amplificador operacional]] |
|||
[[ru:Операционный усилитель]] |
|||
[[sk:Operačný zosilňovač]] |
|||
[[sl:Operacijski ojačevalnik]] |
|||
[[sr:Operacioni pojačavač]] |
|||
[[sv:Operationsförstärkare]] |
|||
[[ta:செயல்படு பெருக்கி]] |
|||
[[tr:Op amp]] |
|||
[[uk:Операційний підсилювач]] |
|||
[[vi:Mạch khuếch đại thuật toán]] |
|||
[[zh:运算放大器]] |
Revisi terkini sejak 27 Desember 2022 06.30
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0b/Op-amps.jpg/300px-Op-amps.jpg)
Penguat operasional (bahasa Inggris: operational amplifier) atau yang biasa disebut op-amp merupakan suatu jenis penguat elektronika dengan sambatan (bahasa Inggris: coupling) arus searah yang memiliki bati (faktor penguatan atau dalam bahasa Inggris: gain) sangat besar dengan dua masukan dan satu keluaran.[1][2] Penguat operasional pada umumnya tersedia dalam bentuk sirkuit terpadu dan yang paling banyak digunakan adalah seri 741.[1]
Penguat operasional adalah perangkat yang sangat efisien dan serba guna.[3] Contoh penggunaan penguat operasional adalah untuk operasi matematika sederhana seperti penjumlahan dan pengurangan terhadap tegangan listrik hingga dikembangkan kepada penggunaan aplikatif seperti komparator dan osilator dengan distorsi rendah.[3]
Penguat operasional dalam bentuk rangkaian terpadu memiliki karakteristik yang mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat di dalamnya.[1] Karakteristik penguat operasional ideal adalah:[1]
- Bati tegangan tidak terbatas.[1]
- Impedansi masukan tidak terbatas.[1]
- Impedansi keluaran nol.[1]
- Lebar pita tidak terbatas.[1]
- Tegangan offset nol (kondisi ketika masukan sebesar nol).[1]
Sejarah
[sunting | sunting sumber]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/15/K2-w_Vacuum_Tube_Op-amp.jpg/130px-K2-w_Vacuum_Tube_Op-amp.jpg)
Awal dari penggunaan penguat operasional adalah tahun 1940-an, ketika sirkuit elektronika dasar dibuat dengan menggunakan tabung vakum untuk melakukan operasi matematika seperti penjumlahan, pengurangan, perkalian, pembagian, integral, dan turunan.[5] Istilah penguat operasional itu sendiri baru digunakan pertama kali oleh John Ragazzini dan kawan-kawan dalam sebuah karya tulis yang dipublikasikan pada tahun 1947.[6] Kutipan bersejarah dalam karya tulis tersebut adalah:
- "As an amplifier so connected can perform the mathematical operations of arithmetic and calculus on the voltages applied to its inputs, it is hereafter termed an operational amplifier." (Ragazzini, et.al, 1947)[6] (dalam bahasa Indonesia: "Oleh karena penguat dapat dihubungkan untuk melakukan operasi matematika dan kalkulus terhadap tegangan yang dikenakan terhadap masukannya, maka digunakan istilah penguat operasional.")[6]
Penguat operasional yang tersedia secara komersial untuk pertama kalinya adalah K2-W yang diproduksi oleh Philbrick Researches, Inc. dari Boston antara tahun 1952 hingga awal 1970-an.[4][5] Penguat operasional tersebut harus dijalankan pada tegangan +/- 300 V dan memiliki berat 85 g dan berukuran 3,8 cm x 5,4 cm x 10,4 cm dan dijual seharga US$22.[5]
Saat ini penguat operasional tersedia dalam bentuk sirkuit terpadu dan tidak lagi menggunakan tabung vakum, melainkan menggunakan transistor.[5] Dalam suatu sirkuit terpadu penguat operasional umumnya terdapat lebih dari 25 transistor beserta resistor dan kapasitor yang diperlukan hanya dalam satu cip silikon.[5] Hasilnya, penguat operasional modern hanya membutuhkan tegangan listrik +/- 18 V, bahkan beberapa jenis seperti LM324 dapat berjalan pada tegangan hanya +/- 1,5 V.[5][7] Penguat operasional KA741 dari Fairchild Semiconductor yang banyak digunakan bahkan hanya berukuran 5,7 mm x 4,9 mm x 1,8 mm dan tersedia di pasaran dengan harga hanya Rp3.500 (US$0,37).[5][8]
Bagian dalam
[sunting | sunting sumber]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/86/OpAmpTransistorLevel_Colored_Labeled_ID.svg/450px-OpAmpTransistorLevel_Colored_Labeled_ID.svg.png)
Pada diagram skema di samping digambarkan susunan bagian dalam sirkuit terintegrasi penguat operasional seri 741.[9] Nomor-nomor yang terdapat di dekat terminal pada gambar menunjukkan nomor kaki terminal pada sirkuit terintegrasi 741 jenis 8-pin.[9] Pin nomor 8 tidak terhubung dengan sirkuit.[9]
Ada beberapa hal menarik tentang sirkuit internal 741.[9] Yang pertama adalah transistor masukan terhubung dengan konfigurasi pengikut emiter NPN yang keluarannya terhubung secara langsung kepada sepasang transistor PNP yang terkonfigurasi sebagai penguat basis bersama.[9] Konfigurasi ini memisahkan masukan dan mencegah sinyal umpan balik yang mungkin memiliki efek berbahaya yang bergantung pada frekuensi.[9]
Pasangan transistor pada bagian yang diwarnai dengan warna merah pada diagram disebut cermin arus, di mana basis terhubung langsung dengan kolektor pada salah satu transistor dari tiap pasangan dan kedua transistor saling terhubung pada emiter.[9] Penggunaan cermin arus pada sirkuit masukan, yaitu pasangan transistor dan serta pasangan dan , memungkinkan masukan menerima ayunan tegangan ragam bersama tanpa melewati rentang daerah aktif tiap transistor dalam sirkuit.[9] Sedangkan cermin arus ketiga, yaitu pasangan transistor dan membentuk cermin arus yang agak berbeda dengan resistor bernilai 5 K terhubung secara seri dengan emiter membatasi arus kolektor menjadi hampir nol sehingga dapat menjadi hubungan impedansi tinggi kepada catu daya negatif dan tidak membebani sirkuit masukan.[9]
Keunikan lain dalam sirkuit internal ditunjukkan dengan warna hijau, di mana kedua resistor bias transistor terhubung sedemikian hingga tidak terlihat adanya sinyal masukan kepada basis transistor.[9] Bila diasumsikan tidak ada arus basis yang mengalir pada transistor, dan nilai sebesar 0,625 Volt maka menurut hukum Ohm akan diperlukan arus sebesar 0,625 V ÷ 7,5 K = 0,0833 mA melalui resistor antara basis dan kolektor.[9] Arus tersebut juga harus mengalir melalui resistor antara basis dan emiter sehingga menimbulkan tegangan jepit sebesar 0,0833 mA × 4,5 K = 0,375 V sehingga menghasilkan total tegangan jepit melalui dua resistor sebesar 0,625 V + 0,375 V = 1,0 V.[9] Hal ini digunakan untuk memberikan beda tegangan internal sebesar 1 Volt berapa pun tegangan keluaran keseluruhan sirkuit.[9]
Istilah-istilah
[sunting | sunting sumber]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/92/741_op-amp_in_TO-5_metal_can_package_close-up.jpg/150px-741_op-amp_in_TO-5_metal_can_package_close-up.jpg)
Dalam lembar spesifikasi penguat operasional, dapat ditemukan banyak istilah-istilah yang berkaitan dengan kerja penguat operasional.[10] Beberapa istilah dan definisinya antara lain:
- : Margin fase, yaitu nilai absolut dari ingsut atau pergeseran fase simpal terbuka di antara terminal keluaran dan masukan pembalik pada frekuensi di mana modulus penguatan simpal terbuka adalah satu.[10]
- : Margin bati, adalah timbalbalikan dari nilai penguatan tegangan simpal terbuka pada frekuensi terendah di mana ingsut fase simpal terbuka sedemikian rupa sehingga keluaran sefase dengan masukan pembalik.[10]
- : Penguatan tegangan sinyal besar, yaitu nisbah dari ayunan tegangan puncak ke puncak keluaran terhadap besar perubahan tegangan masukan yang dibutuhkan.[10]
- : Lebar pita bati satuan (bahasa Inggris: unity gain bandwidth) adalah rentang frekuensi di mana bati penguatan tegangan simpal terbuka bernilai lebih dari satu.[10]
- : Kapasitansi masukan, yaitu nilai kapasitansi di antara dua terminal masukan dengan salah satu masukan dibumikan.[10]
- : Nisbah penolakan ragam bersama (bahasa Inggris: common-mode rejection ratio) adalah nisbah atau perbandingan nilai penguatan dari selisih tegangan listrik dalam penguatan ragam bersama (bahasa Inggris: common-mode).[10] Nilai ini diukur dengan cara menentukan nisbah perubahan pada tegangan listrik masukan ragam bersama terhadap perubahan yang dihasilkannya pada tegangan ofset.[10]
- : Darab lebar-pita bati (bahasa Inggris: gain bandwidth product) adalah nilai hasil perkalian antara nilai penguatan tegangan simpal terbuka dan frekuensi sinyal saat pengukuran tersebut.[10]
- : Impedansi masukan ragam bersama, yaitu hasil penjumlahan paralel impedansi terhadap sinyal kecil di antara tiap terminal masukan dengan bumi.[10]
- : Impedansi keluaran, yaitu Impedansi terhadap sinyal kecil di antara terminal keluaran dengan bumi.[10]
Notasi Sirkuit
[sunting | sunting sumber]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/97/Op-amp_symbol.svg/200px-Op-amp_symbol.svg.png)
Simbol penguat operasional pada rangkaian seperti pada gambar di samping, di mana:[11]
- : masukan non-pembalik
- : masukan pembalik
- : keluaran
- : catu daya positif
- : catu daya negatif
Catu daya pada notasi penguat operasional sering kali tidak dicantumkan untuk memudahkan penggambaran rangkaian.[5]
Aplikasi sirkuit
[sunting | sunting sumber]Terdapat banyak sekali penggunaan dari penguat operasional dalam berbagai jenis sirkuit listrik.[5] Di bawah ini dipaparkan beberapa penggunaan umum dari penguat operasional dalam contoh sirkuit:
Komparator (pembanding)
[sunting | sunting sumber]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0d/Op-Amp_Comparator.svg/220px-Op-Amp_Comparator.svg.png)
Merupakan salah satu aplikasi yang memanfaatkan batas simpal terbuka (bahasa Inggris: open-loop gain) penguat operasional yang sangat besar.[5] Ada jenis penguat operasional khusus yang memang difungsikan semata-mata untuk penggunaan ini dan agak berbeda dari penguat operasional lainnya dan umum disebut juga dengan komparator (bahasa Inggris: comparator).[5]
Komparator membandingkan dua tegangan listrik dan mengubah keluarannya untuk menunjukkan tegangan mana yang lebih tinggi.[5]
di mana adalah tegangan catu daya dan penguat operasional beroperasi di antara dan .)
Penguat pembalik
[sunting | sunting sumber]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/41/Op-Amp_Inverting_Amplifier.svg/300px-Op-Amp_Inverting_Amplifier.svg.png)
Sebuah penguat pembalik menggunakan umpan balik negatif untuk membalik dan menguatkan sebuah tegangan.[12] Resistor Rf melewatkan sebagian sinyal keluaran kembali ke masukan.[12] Karena keluaran taksefase sebesar 180°, maka nilai keluaran tersebut secara efektif mengurangi besar masukan.[12] Ini mengurangi bati keseluruhan dari penguat dan disebut dengan umpan balik negatif.[12]
Di mana,
- (karena adalah bumi maya (bahasa Inggris: virtual ground)
- Sebuah resistor dengan nilai , ditempatkan di antara masukan non-pembalik dan bumi. Walaupun tidak dibutuhkan, hal ini mengurangi galat karena arus bias masukan.[13]
Bati dari penguat ditentukan dari rasio antara Rf dan Rin, yaitu:[12]
Tanda negatif menunjukkan bahwa keluaran adalah pembalikan dari masukan.[12] Contohnya jika Rf adalah 10.000 Ω dan Rin adalah 1.000 Ω, maka nilai bati adalah -10.000Ω / 1.000Ω, yaitu -10.[12]
Penguat non-pembalik
[sunting | sunting sumber]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/44/Op-Amp_Non-Inverting_Amplifier.svg/300px-Op-Amp_Non-Inverting_Amplifier.svg.png)
Rumus penguatan penguat non-pembalik adalah sebagai berikut:[14]
atau dengan kata lain:
Dengan demikian, penguat non-pembalik memiliki bati minimum bernilai 1. Karena tegangan sinyal masukan terhubung langsung dengan masukan pada penguat operasional maka impedansi masukan bernilai .
Penguat diferensial
[sunting | sunting sumber]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a2/Op-Amp_Differential_Amplifier.svg/300px-Op-Amp_Differential_Amplifier.svg.png)
Penguat diferensial digunakan untuk mencari selisih dari dua tegangan yang telah dikalikan dengan konstanta tertentu yang ditentukan oleh nilai resistansi yaitu sebesar untuk dan .[14] Penguat jenis ini berbeda dengan diferensiator.[14] Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut:[14]
Sedangkan untuk dan maka bati diferensial adalah:[14]
Penguat penjumlah
[sunting | sunting sumber]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/3e/Op-Amp_Summing_Amplifier.svg/300px-Op-Amp_Summing_Amplifier.svg.png)
Penguat penjumlah menjumlahkan beberapa tegangan masukan, dengan persamaan sebagai berikut:[14]
- Saat , dan saling bebas maka:
- Saat , maka:
- Keluaran adalah terbalik.
- Impedansi masukan dari masukan ke-n adalah (di mana adalah bumi maya)
Integrator
[sunting | sunting sumber]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/bd/Op-Amp_Integrating_Amplifier.svg/300px-Op-Amp_Integrating_Amplifier.svg.png)
Penguat ini mengintegrasikan tegangan masukan terhadap waktu, dengan persamaan:[14]
di mana adalah waktu dan adalah tegangan keluaran pada .
Sebuah integrator dapat juga dipandang sebagai tapis pelewat-tinggi dan dapat digunakan untuk rangkaian tapis aktif.[15]
Diferensiator
[sunting | sunting sumber]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/5f/Op-Amp_Differentiating_Amplifier.svg/300px-Op-Amp_Differentiating_Amplifier.svg.png)
Mendiferensiasikan sinyal hasil pembalikan terhadap waktu dengan persamaan:[16]
di mana dan adalah fungsi dari waktu.
Pada dasarnya diferensiator dapat juga dibangun dari integrator dengan cara mengganti kapasitor dengan induktor, namun tidak dilakukan karena harga induktor yang mahal dan bentuknya yang besar.[16] Diferensiator dapat juga dilihat sebagai tapis pelewat-rendah dan dapat digunakan sebagai tapis aktif.[15]
Referensi
[sunting | sunting sumber]- ^ a b c d e f g h i (Inggris) Nave, Carl Rod (2006). "HyperPhysics - Operational Amplifier" (dalam bahasa Inggris). Department of Physics and Astronomy, Georgia State University. Diakses tanggal 2010-05-08.
- ^ Terjemahan istilah berdasarkan: "Glosarium". Pusat Bahasa Departemen Pendidikan Nasional. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2010-04-13. Diakses tanggal 2010-05-08.
- ^ a b (Inggris) Carter, Bruce; Brown, Thomas. "Handbook of Operational Amplifier Applications" (PDF). Texas Instruments. Diakses tanggal 2010-05-15.
- ^ a b (Inggris) "The Philbrick Archive" (dalam bahasa Inggris). George A. Philbrick Researches (GAP/R) Archive. Diakses tanggal 2010-05-08.
- ^ a b c d e f g h i j k l (Inggris) Hayt, William; Kemmerly, Jack; Durbin, Steven (2007). Engineering Circuit Analysis (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-7th). McGraw-Hill Higher Education. hlm. 173-205. ISBN 978-0-07-286611-7.
- ^ a b c (Inggris) Ragazzini, John; Randall, Robert; Russell, Frederick (1947). "Analysis of Problems in Dynamics by Electronics Circuits". Proceedings of IRE, Vol 35 (dalam bahasa Inggris). Institute of Radio Engineers. hlm. 444-452. Diakses tanggal 2010-05-15.
- ^ (Inggris) "LM324 Low Power Quad Operational Amplifier" (dalam bahasa Inggris). National Semiconductor. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2010-05-11. Diakses tanggal 2010-05-08.
- ^ (Inggris) "KA741 Operational Amplifier" (dalam bahasa Inggris). Fairchild Semiconductor. Diakses tanggal 2010-05-08.
- ^ a b c d e f g h i j k l m (Inggris) Bigelow, Ken (2009). "Inside the 741 Op-Amp" (dalam bahasa Inggris). www.play-hookey.com. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2010-11-30. Diakses tanggal 2010-05-15.
- ^ a b c d e f g h i j k (Inggris) Karki, Jim (1998). "Understanding Operational Amplifier Specifications" (PDF). Texas Instruments. Diakses tanggal 2010-05-15.
- ^ (Inggris) "What is Operational Amplifier (op-amp)". HobbyProjects.com. Diakses tanggal 2010-05-08.
- ^ a b c d e f g (Inggris) Horn, Delton (1994). Basic Electronics Theory (edisi ke-4). McGraw-Hill Professional. hlm. 342-343.
- ^ (Inggris) Malmstadt, Howard; Enke, Enke; Crouch, Stanley (1981). Electronics and Instrumentation for Scientists (dalam bahasa Inggris). The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc. hlm. 118. ISBN 0-8053-6917-1.
- ^ a b c d e f g (Inggris) "Application Note 31 Op Amp Circuit Collection" (PDF) (dalam bahasa Inggris). National Semiconductor. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2000-09-01. Diakses tanggal 2010-05-08.
- ^ a b (Inggris) "Introduction to Filter". Diakses tanggal 2010-05-08.
- ^ a b (Inggris) Chaniotakis, Manos; Cory, David (2006). "Fundamental Amplifier Circuits; Input/Output Impedance" (PDF). MIT OpenCourseWare. Diakses tanggal 2010-05-10.
Pranala luar
[sunting | sunting sumber]- (Inggris) National Semiconductor Operational Amplifier Application Notes Diarsipkan 2010-05-17 di Wayback Machine.
- (Inggris) A Differential Op-Amp Circuit Collection