Minggu, 13 Desember 2015

Penguat Operasional

Posted by  On 

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. Penguat operasional pada umumnya tersedia dalam bentuk sirkuit terpadu dan yang paling banyak digunakan adalah seri 741.

Penguat operasional adalah perangkat yang sangat efisien dan serba guna. 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.

Penguat operasional dalam bentuk rangkaian terpadu memiliki karakteristik yang mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat di dalamnya. Karakteristik penguat operasional ideal adalah:

  1. Bati tegangan tidak terbatas.
  2. Impedansi masukan tidak terbatas.
  3. Impedansi keluaran nol.
  4. Lebar pita tidak terbatas.
  5. Tegangan ofset nol (keluaran akan nol jika masukan nol)

Aplikasi sirkuit

Terdapat banyak sekali penggunaan dari penguat operasional dalam berbagai jenis sirkuit listrik. Di bawah ini dipaparkan beberapa penggunaan umum dari penguat operasional dalam contoh sirkuit:

Komparator (pembanding)

Komparator.
Merupakan salah satu aplikasi yang memanfaatkan batas simpal terbuka (bahasa Inggris: open-loop gain) penguat operasional yang sangat besar. 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).

Komparator membandingkan dua tegangan listrik dan mengubah keluarannya untuk menunjukkan tegangan mana yang lebih tinggi.
  • V_{\text{out}} = \left\{\begin{matrix} V_{\text{S+}} & V_1 > V_2 \\ V_{\text{S-}} & V_1 < V_2 \end{matrix}\right.
di mana V_{\text{s}} adalah tegangan catu daya dan penguat operasional beroperasi di antara +V_{\text{s}} dan -V_{\text{s}}.)

Penguat pembalik

Penguat pembalik.
Sebuah penguat pembalik menggunakan umpan balik negatif untuk membalik dan menguatkan sebuah tegangan. Resistor Rf melewatkan sebagian sinyal keluaran kembali ke masukan. Karena keluaran taksefase sebesar 180°, maka nilai keluaran tersebut secara efektif mengurangi besar masukan. Hal ini mengurangi bati keseluruhan dari penguat dan disebut dengan umpan balik negatif.
V_{\text{out}} = -\frac{R_{\text{f}}}{R_{\text{in}}} V_{\text{in}}\!\
Di mana,
  • Z_{\text{in}} = R_{\text{in}}\ (karena V_{-}\ adalah bumi maya (bahasa Inggris: virtual ground)
  • Sebuah resistor dengan nilai R_{\text{f}} \| R_{\text{in}} \triangleq R_{\text{f}} R_{\text{in}} / (R_{\text{f}} + R_{\text{in}}) , ditempatkan di antara masukan non-pembalik dan bumi. Walaupun tidak dibutuhkan, hal ini mengurangi galat karena arus bias masukan.
Bati dari penguat ditentukan dari rasio antara Rf dan Rin, yaitu:
A = -\frac{R_f}{R_{in}}
Tanda negatif menunjukkan bahwa keluaran adalah pembalikan dari masukan. Contohnya jika Rf adalah 10.000 Ω dan Rin adalah 1.000 Ω, maka nilai bati adalah -10.000Ω / 1.000Ω, yaitu -10.

Penguat non-pembalik

Penguat non-pembalik.
Rumus penguatan penguat non-pembalik adalah sebagai berikut:
V_{\text{out}} = V_{\text{in}} \left( \frac{R_1 + R_2}{R_1} \right)\,
atau dengan kata lain:
V_{\text{out}} = V_{\text{in}} \left( 1 + \frac{R_2}{R_1} \right)\,
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 Z_{\text{in}} \approx \infin.

Penguat diferensial

Penguat diferensial.
Penguat diferensial digunakan untuk mencari selisih dari dua tegangan yang telah dikalikan dengan konstanta tertentu yang ditentukan oleh nilai resistansi yaitu sebesar \frac{ R_{\text{f}} }{ R_1 }\ untuk R_1 = R_2\ dan R_{\text{f}} = R_{\text{g}}\ . Penguat jenis ini berbeda dengan diferensiator. Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut:
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
Sedangkan untuk R_1 = R_2 dan R_{\text{f}} = R_{\text{g}} maka bati diferensial adalah:
V_{\text{out}} = \frac{ R_{\text{f}} }{ R_1 } (V_{\text{2}} - V_{\text{1}})\,

Penguat penjumlah

Penguat penjumlah.
Penguat penjumlah menjumlahkan beberapa tegangan masukan, dengan persamaan sebagai berikut:

V_{\text{out}} = -R_{\text{f}} \left( \frac{V_1}{R_1} + \frac{V_2}{R_2} + \cdots + \frac{V_n}{R_n} \right)
  • Saat R_1 = R_2 = \cdots = R_n, dan R_{\text{f}} saling bebas maka:
V_{\text{out}} = -\frac{R_{\text{f}}}{R_1} ( V_1 + V_2 + \cdots + V_n ) \!\
  • Saat R_1 = R_2 = \cdots = R_n = R_{\text{f}}\ , maka:
V_{\text{out}} = -( V_1 + V_2 + \cdots + V_n ) \!\
  • Keluaran adalah terbalik.
  • Impedansi masukan dari masukan ke-n adalah Z_n = R_n \ (di mana V_- \ adalah bumi maya)

Integrator

Integrator.
Penguat ini mengintegrasikan tegangan masukan terhadap waktu, dengan persamaan:
V_{\text{out}} = -\frac{1}{RC}\int_0^t V_{\text{in}} \, \operatorname{d}t + V_{\text{mula}}\,
di mana t\ adalah waktu dan V_{\text{mula}}\ adalah tegangan keluaran pada t = 0\ .
Sebuah integrator dapat juga dipandang sebagai tapis pelewat-tinggi dan dapat digunakan untuk rangkaian tapis aktif.

Diferensiator

Diferensiator.
Mendiferensiasikan sinyal hasil pembalikan terhadap waktu dengan persamaan:
V_{\text{out}} = -RC \,\frac{\operatorname{d}V_{\text{in}} }{ \operatorname{d}t} \, \qquad
di mana V_{\text{in}}\ dan V_{\text{out}} \ 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. Diferensiator dapat juga dilihat sebagai tapis pelewat-rendah dan dapat digunakan sebagai tapis aktif. 

 Sumber : https://id.wikipedia.org/wiki/Penguat_operasional

0 komentar:

Posting Komentar