OP-AMP (OPERASIONAL AMPLIFIER) - PENGENALAN

OP-AMP PENGERTIAN

Penguat operasi (“ Operational Amplifier “) atau sering disingkat dengan OP-AMP ialah komponen linear yang terdiri dari beberapa komponen diskrit yang terintegrasi dalam bentuk “ chip “ (IC : Intregated Circuits) . OP-AMP biasanya mempunyai 2 ( dua ) buah input yaitu input pembalik (Inverting Input) dan input bukan pembalik (Non Inverting Input) serta 1 ( satu ) buah output. Lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar simbol OP-AMP berikut ini : 

Gambar 1.1 Simbol OP-AMP

Sinyal yang diumpankan kepada Input OP-AMP bisa berupa tegangan searah (DC) maupun tegangan bolak-balik (AC). Sedangkan output OP-AMP tergantung input yang diberikan. 

1. Jika input OP-AMP diberi tegangan searah dengan input “ Non Inverting “ ( + ) lebih besar dari pada input inverting ( - ), maka pada output OP-AMP akan positip ( + ).
2. Sebaliknya jika input “ Non Inverting “ ( + ) lebih kecil dari pada input “ inverting “ ( - ), maka output OP-AMP akan negatip ( - ). 
3. Jika input OP-AMP diberi tegangan bolak-balik dengan input “ Non Inverting “ ( + ), maka pada output OP-AMP akan sephasa dengan inputnya tersebut. 
4. Sebaliknya jika input “ Inverting “ ( - ) diberi sinyal / tegangan bolak – balik sinus, maka pada output OP-AMP akan berbalik phasa terhadap inputnya. 

Dalam kondisi terbuka (open) maksudnya .. tidak ada komponen umpan balik dari output ke input .. besarnya tegangan output ( Uo ) adalah ....

Keterangan :

• Uo = Tegangan output
• AoL = Penguatan “ open loop “ 
• Ui1 = Tegangan input Non Inverting
• Ui2 =Tegangan input Inverting

Parameter OP-AMP

Pada keadaan ideal OP-AMP mempunyai sifat- sifat yang penting yaitu : 

1. Open loop voltage gain ( AoL ) Penguatan tegangan pada keadaan terbuka ( open loop voltage gain ) untuk frekuensi rendah adalah sangat besar sekitar 100.000 atau sekitar 100 dB. 
2. Input impedance ( Zin ) Impedansi input pada kedua terminal input kondisi “ open loop “ tinggi sekali sekitar 1 M, untuk OP-AMP yang dibuat dari FET, impedansi inputnya sekitar 10 6 M lebih. 
3. Output impedance ( Zo ) Impedansi output pada kondisi “ open loop “ rendah sekali, sekitar 100 lebih kecil.
4. Input bias current ( Ib ) Kebanyakan OP-AMP pada bagian inputnya menggunakan transistor bipolar, maka arus bias pada inputnya adalah kecil. Level amplitudonya tidak lebih dari mikro Ampere. 
5. Supply voltage range ( Us ) Tegangan sumber untuk OP-AMP mempunyai range minimum dan maksimum yaitu untuk OP-AMP yang banyak beredar dilapangan / dipasaran sekitar  3 V sampai  15 V.
6. Input voltage range ( Ui max ) Range tegangan input maksimum sekitar 1 Volt atau 2 Volt atau lebih dibawah dari tegangan sumber Us.
7. Output voltage range ( Uo max ) Tegangan output maksimum mempunyai range antara 1 Volt atau 2 Volt lebih dibawahnya tegangna sumber ( supply voltage ) Us. Tegangan output ini biasanya tergantung tegangan saturasi OP-AMP.
8. Differensial input offset voltage ( Uio ) Pada kondisi ideal output akan sama dengan nol bila kedua terminal inputnya digraund-kan. Namun pada kenyataannya semua piranti OP-AMP tidak ada yang sempurna, dan biasanya terjadi ketidak seimbangan pada kedua terminal inputnya sekitar beberapa millivolt. Tetapi jika input ini dibiarkan untuk dikuatkan dengan OP-AMP dengan model “ closed loop “, maka tegangan output bisa melebihi saturasinya. Karena itu biasanya setiap OP-AMP pada bagian luar dilengkapi dengan rangkaian offset tegangan nol ( zero offset voltage ) 
9. Common mode rejection ratio ( CMRR ) Secara ideal OP-AMP menghasilkan output yang proporsional dengan / terhadap beda kedua terminal input, dan menghasilkan output sama dengan nol jika sinyal kedua input simultan yang biasa disebut “ Common mode “. Secara praktik sinyal “ Common mode “ tidak diberikan pada inputnya dan dikeluarkan pada outputnya. Sinyal CMRR ( Common Mode Rejection Ratio ) selalu diekspresikan dengan rasio dari penguatan sinyal beda OP-AMP dengan harga sebesar 90 dB. 
10. Transition frequency ( fT ) Secara umum OP-AMP pada frekuensi rendah mempunyai penguatan tegangan sekitar 100 dB. Kebanyakan OP-AMP mempunyai frekuensi transisi fT setiap 1 MHZ dan penguatan pada harga sebesar 90 dB. Gambar 1 2 Frekuensi Respon OP-AMP  
    
11. Slew rate (s ) Untuk penormalan batas lebar band ( bandwidth limitations ) yang biasa disebut juga sebagai “ slew rate limiting “, yaitu suatu efek untuk membatasi rate maksimum dari perubahan tegangan output piranti OP-AMP. Normalnya” slew rate “ Volt per mikro detik ( V/ S ), dan rangenya sebesar 1 V / S sampai 10 V / S pada OP-AMP yang sudah populer. Efek lain dari “ slew rate “ adalah membuat “bandwidth “lebih besar untuk sinyal output yang rendah dari pada sinyal output yang besar. 

Karakteristik OP-AMP

Dari parameter–parameter penting yang dipunyai OP-AMP, karakteristiknya tidak jauh berbeda dengan parameternya. Besarnya level magnitude dari tegangan beda pada input yang absolut kecil akan mempengaruhi perubahan level tegangan output.

Jelasnya jika Referensi tegangan yang digunakan = 1 Volt, hanya diperlukan hanya sekitar 200 V untuk membuat output dari saturasi level negatip ke level positip. Perubahan ini disebabkan oleh sebuah pergeseran dari hanya 0,02 % pada sinyal 1 Volt input. Rangkaian ini yang menyebabkan fungsinya menjadi fungsi komparator tegangan yang presisi atau detektor seimbang (balance detector). 

 Gambar 3 Karakteristik Transfer Rangkaian Komparator Tegangan Beda

Gambar di atas menunjukkan pada kita bahwa op amp yang beroperasi sebagai penguat differensial akan merespon setiap terjadinya keadaan pada kedua inputnya yaitu input membalik (-) dan input tidak membalik (+) yang dapat di narasikan sebagai berikut:

1. Jika harga tegangan di input membalik dan tegangan di input tidak membalik sama, maka output op-amp sama dengan nol. (lihat keterangan dalam kotak merah sebelah kiri).
2. Jika harga tegangan di input membalik lebih tinggi dibanding tegangan di input tidak membalik, maka output op-amp menuju saturasi mendekati Vcc negatif. (lihat keterangan dalam kotak biru)
3. Jika harga tegangan di input tidak membalik (+) lebih tinggi dibanding tegangan di input membalik (-), maka output op-amp menuju saturasi mendekati Vcc positif. (lihat keterangan dalam kotak merah kanan)