DASAR-DASAR OPERASIONAL AMPLIFIER
MAKALAH
Diajukan untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Elektronika II Dosen Pengampu:
Endah Kurnia Yuningsih, M.Pfis Winda Setya, S.si.,M.Sc
Oleh:
Ade Putri (1152070004) KELOMPOK 4
Desy Sri Mulia S (1152070017) Dini Lidinillah (1152070021) Ido Ariyanto (1152070031) Irma Apriliani (1152070036)
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN PMIPA
FAKULTAS TARBIYAH DAN KEGURUAN
UIN SUNAN GUNUNG DJATI
BANDUNG
i KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta’ala karena dengan rahmat, karunia, dan taufik serta hidaya-Nya penulis dapat menyelesaikan makalah yang berjudul “Rangkaian Operasional Amplifier.” Dan juga penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Endah Kurnia Yuningsih, M.Pfis dan Ibu Winda Setya, S.si., M.Sc. sebagai dosen pengampu mata kuliah Elektronika II yang telah memberikan tugas ini sehingga penulis mampu mengkontribusikan kompetensi penulis dalam penulisan suatu karya ilmiah berupa makalah ini.
Penulis berharap makalah ini dapat berguna, dalam rangka penambahan wawasan bagi para pembaca mengenai beberapa sumbangan-sumbangan ilmu sosial dalam bimbingan konseling. seperti dalam ilmu psikologi, kesehatan metal dan ilmu interaksi dan komunikasi antar manusia. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan makalah ini masih banyak kekurangan, oleh karenanya penulis berharap kritik dan saran yang sifatnya membangun, agar penulis bisa memperbaiki kekurangan tersebut, agar tercipta karya tulis yang lebih baik lagi.
Bandung, 12 Mei 2016 Penulis
ii DAFTAR PUSTAKA DAFTAR PUSTAKA ... ii BAB I ... 1 PENDAHULUAN ... 1 A. Latar Belakang ... 1 B. Rumusan Masalah ... 1 C. Tujuan ... 2 BAB II ... 3 PEMBAHASAN ... 3
A. Pengertian Operasional Amplifier ... 3
B. Sejarah Operasional Amplifier ... 4
C. Karakteristik Operasioanal Amplifier ... 5
D. Jenis-jenis Operasional Amplifier ... 6
E. Fungsi Operasional Amplifier ... 7
F. Prinsip Kerja Operasional Amplifier ... 7
G. Mode Operasi pada Operasional Amplifier ... 7
H. Aplikasi Sirkuit Operasional Amplifier ... 9
BAB III ... 11 PENUTUP ... 11 A. SIMPULAN ... 11 B. Saran ... 11 DAFTAR PUSTAKA ... 12 DAFTAR TABEL Gambar 1 Operasional Amplifier 1... 3
Gambar 2 Op amp dari tabung vakum udara 1 ... 4
Gambar 3 Op-Amp type 741 1... 6
iii
Gambar 5 Mode loop tertutup 1 ... 8
Gambar 6 Mode Penguat terkendali 1 ... 8
Gambar 7 Penguat Membalik 1 ... 9
1 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 searahyang memiliki bati (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 didalamnya.
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 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.
B. Rumusan Masalah
Dalam makalah ini dibatasi pada beberapa sub pembahasan. Adapun permasalahan yang akan dijawab dalam materi yang akan disajikan yaitu:
1. Apa yang dimaksud dengan operasional amplifier? 2. Bagaimanakah karakteristik dari operasional amplifier? 3. Apa saja jenis-jenis atau tipe dari operasional amplifier? 4. Apa sajakah fungsi dari operasioanal amplifier?
2 6. Bagaimana mode operasi dari operasional amplifier?
C. Tujuan
Pembuatan dari makalah ini bertujuan agar, pembaca mampu: 1. Menjelaskan pengertian Operasional Amplifier.
2. Megetahui karakteristik dari operasional Amplifier. 3. Mengenal jenis dan tipe dari operasional amplifier
4. menganalisis fungsi dari opersional amplifier pada suatu rangkaian 5. Menganalisis cara keja dari operasioan amplifier dalam suatu rangkaian 6. Menentukan mode operasi dari operasional amplifier
3 BAB II
PEMBAHASAN
A. Pengertian Operasional Amplifier
Operational Amplifier (Op-Amp) atau penguat operasional merupakan salah satu komponen analog yang sering digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. Menurut pengertiannya penguat operasional (Op-amp) adalah suatu blok penguat yang mempunyai dua masukan dan satu keluaran, dimana tegangan outputnya adalah proporsional terhadap perbedaan tegangan antara kedua input-nya. (Palendeng,dkk, 2012)
Op-amp sering digunakan sebagai penguat sinyal-sinyal, baik yang linier maupun yang nonlinier terutama dalam sistem-sistem pengaturan dan pengendalian, instrumentasi, dan komputasi analog. Opamp yang biasa terdapat di pasaran berupa rangkaian terpadu (integrated circuit- IC). Aplikasi Op-amp yang paling sering dibuat antara lain adalah rangkaian inverter, non-inverter, integrator dan differensiator. Op-amp dinamakan juga dengan penguat differensial dengan impedansi input tinggi dan output impedansi rendah. Opamp di dalamnya terdiri dari beberapa bagian, yang pertama adalah penguat differensial, lalu ada tahap penguatan (gain), selanjutnya ada rangkaian penggeser level (level shifter) dan kemudian penguat akhir.
Gambar dari operasional amplifier adalah sebagai berikut:
No table of figures entries found.
Gambar 1 Operasional Amplifier 1
Pada Op-Amp memiliki 2 rangkaian feedback (umpan balik) yaitu feedback negatif dan feedback positif dimana Feedback negatif pada op-amp memegang peranan penting. Secara umum, umpanbalik positif akan menghasilkan osilasi sedangkan umpanbalik negatif
4 menghasilkan penguatan yang dapat terukur. Op-amp pada dasarnya adalah sebuah differential amplifier (penguat diferensial) yang memiliki dua masukan. Input (masukan) op-amp ada yang dinamakan input inverting dan non-inverting. (Wahyono, 2012)
Penguat diferensial mempunyai dua input yakni input membalik (inverting input) dan input tidak membalik (non inverting input). (Junadi, 2010)
Input membalik adalah input yang menghasilkan output berkebalikan fase dengan input, sedang input tak membalik adalah input yang menghasilkan output sefase dengan input. Jadi penguat operasi mempunyai dua input dan satu output. sehingga sering diberi simbol seperti gambar di atas.
Suatu sinyal yang dihubungkan pada terminal inverting (-) akan menghasilkan sinyal keluaran yang berbeda fase 180° dari sinyal masukan tersebut. Jika dihubungkan dengan terminal non-inverting (+), maka sinyal keluarannya akan sefase dengan sinyal masukan. (Fauzi, 2005)
B. Sejarah Operasional Amplifier
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, inte gral, dan turunan. Istilah penguat operasional itu sendiri baru digunakan pertama kali oleh John Ragazzini dan kawan-kawan dalam sebuah karya tulis yang dipublikasikan pada tahun 1947.
5 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 anoperational amplifier." (Ragazzini, et.al, 1947) (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.").
Penguat operasional yang tersedia secara komersial untuk pertama kalinya adalah K2-W yang diproduksi oleh Philbrick Researches, Inc. dari Boston antara tahun1952 hingga awal 1970-an. 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. Saat ini penguat operasional tersedia dalam bentuk sirkuit terpadu dan tidak lagi menggunakan tabung vakum, melainkan menggunakan transistor. Dalam suatu sirkuit terpadu penguat operasional umumnya terdapat lebih dari 25 transistor beserta resistor dan kapasitor yang diperlukan hanya dalam satu cip silikon. Hasilnya, penguat operasional modern hanya membutuhkan tegangan listrik +/- 18 V, bahkan beberapa jenis seperti LM324 dapat berjalan pada tegangan hanya +/- 1,5 V. 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). (Ubaidillah, 2012)
C. Karakteristik Operasioanal Amplifier
Karakteristik Faktor Penguat atau Gain pada Op-Amp pada umumnya ditentukan oleh Resistor Eksternal yang terhubung diantara Output dan Input pembalik (Inverting Input). Konfigurasi dengan umpan balik negatif (Negative Feedback) ini biasanya disebut dengan Closed-Loop configurationatau Konfigurasi Lingkar Tertutup. Umpan balik negatif ini akan menyebabkan penguatan atau gain menjadi berkurang dan menghasilkan penguatan yang dapat diukur serta dapat dikendalikan. Tujuan pengurangan Gain dari Op-Amp ini adalah untuk menghindari terjadinya Noise yang berlebihan dan juga untuk menghindari respon yang tidak diinginkan. Sedangkan pada Konfigurasi Lingkar Terbuka atau Open-Loop Configuration, besar penguatannya adalah tak terhingga (∞) sehingga besarnya tegangan output hampir atau mendekati tegangan Vcc. (Kho)
6 Sebagai penguat operasional ideal , operasional amplifier (Op-Amp) memiliki karakteristik sebagai berikut :
1. Impedansi input (𝑍𝑖) besar yaitu ∝ 2. Impedansi Output (𝑍0) kecil yaitu 0 3. Penguatan Tegangan (𝐴𝑣) tinggi yaitu ∝ 4. Band width respon frekuensi lebar yaitu ∝
Berdasarkan karakteristik di atas, karakteristik opeasioanal amplifier ini tidak bergantung pada temperature/suhu. (Anonim, 2012)
Ada dua aturan penting dalam melakukan analisa rangkaian op-amp berdasarkan karakteristik op-amp ideal. (Hendri, 2015)
Aturan ini dalam beberapa literature dinamakan golden rule, yaitu:
Aturan 1:Perbedaaan tegangan antara input 𝑉+dan 𝑉+adalah nol (𝑉+- 𝑉−= 0 atau 𝑉+= 𝑉−) Aturan 2: Arus input op-amp adalah nol (𝑖+= 𝑖−= 0)
D. Jenis-jenis Operasional Amplifier
Ada banyak jenis OpAmp, namun yang umum dijual di pasaran adalahOpAmp 741. OpAmp type 741 dijual dengan dua tampilan, yakni silinder dan DIL(Dial In Line). Yang berbentuk silinder berkaki 8 pin, sedangkan yang berbentukDIL ada yang berkaki 8 pin, namun ada juga yang berkaki 14 pin. (Ariawan, 2010)
Gambar 3 Op-Amp type 741 1
Nomor pin untuk 8 kaki dan 14 kaki :
Pin 1 (3) + Pin 5 (9) untuk penyetelan 0 volt. Pin 2 (4) untuk inverting input.
7 Pin 3 (5) untuk noninverting input.
Pin 4 (6) untuk ground atau tegangan negatif. Pin 6 (10) terminal keluaran (output).
Pin 7 (11) untuk tegangan positif.Nomor pin dalam kurung untuk DIL 14 kaki.
E. Fungsi Operasional Amplifier
Fungsi Op-Amp antara lain:
1. Memilih suatu kawasan frekuensi tertentu dan menolak kawasan frekuensi selainnya (sebagai filter aktif).
2. Memperkuat tegangan pada bagian inverting maupun non-inverting (sebagai voltage amplifier).
3. Sebagai penyangga dari satu bagian rangkaian ke bagian lainnya (buffer).
4. Memperkuat jumlah atau selisih pada kedua tegangan sumber (summing/subtracting amplifier).
F. Prinsip Kerja Operasional Amplifier
Untuk dapat bekerja dengan baik, penguat operasional memerlukan tegangan catu yang simetris yaitu tegangan yang berharga positif (+V) dan tegangan yang berharga negatif (V) terhadap tanah (ground). (wikipedia, 2014)
Prinsip kerja sebuah operasional Amplifier (Op-Amp) adalah membandingkan nilai kedua input (input inverting dan input non-inverting), apabila kedua input bernilai sama maka output Op-amp tidak ada (nol) dan apabila terdapat perbedaan nilai input keduanya maka output Op-amp akan memberikan tegangan output. (Anonim, Elektronika Dasar, 2012)
G. Mode Operasi pada Operasional Amplifier
Mode operasi dari sebuah operasional amplifier (Op-Amp) dapat diset dalam beberapa mode penguatan sebagai berikut.
8 Gambar 4 Mode loop terbuka 1
Pada mode loop terbuka besarnya penguatan teganga adalah tak berhingga ∝, sehingga besarnya tegangan output hamper bisa dikatakan mendekati 𝑉𝐶𝐶. Ekspresi matematika pada penguat operasional mode loop terbuka adalah 𝐴𝑣 =∝ Sehingga tegangan output ≈ 𝑉𝐶𝐶
2. Mode Loop Tertutup
Gambar 5 Mode loop tertutup 1
Pada mode loop tertutup besarnya penguatan tegangan 𝐴𝑣 adalah besar tetapi tidak mencapai nilai maksimalnya dan dapat dituliskan yaitu 𝐴𝑣 = 𝑀𝑎𝑥
3. Mode Penguat Terkendali
Gambar 6 Mode Penguat terkendali 1
Pada mode operasi penguatan terkendali besarnya penguatan dari operasional amplifier (Op-Amp) dapat ditentukan dari nilai resistansi feedback dan input. Sehingga nilai penguatan tegangan (Av) pada mode operasi ini dapat dituliskan sebgai berikut.
9 𝐴𝑣 = −
𝑅𝑓 𝑅𝑖𝑛
Sehingga besarnya tegangan output adalah : 𝑉𝑜𝑢𝑡 == (−
𝑅𝑓 𝑅𝑖𝑛) 𝑉𝑖𝑛
H. Aplikasi Sirkuit Operasional Amplifier
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:
1. Penguat membalik
Inverting amplifier ini, input dengan outputnya berlawanan polaritas. Jadi ada tanda minus pada rumus penguatannya. Penguatan inverting amplifier adalah bisa lebih kecil nilai besaran dari 1, misalnya -0.2 , -0.5 , -0.7 , dst dan selalu negatif. (Morata, 2016)
Rumusnya:
𝑉𝑜𝑢𝑡 = (− 𝑅𝑓 𝑅𝑖𝑛) 𝑉𝑖𝑛 Rangkaian dari Inverting adalah seperti gambar berikut :
Gambar 7 Penguat Membalik 1
2. Penguat tak membalik (inverting amplifier)
Penguat Non Inverting amplifier merupakan kebalikan dari penguat inverting,dimana Input dimasukkan pada input non inverting sehingga polaritas output akan sama
10 dengan polaritas input tapi memiliki penguatan yang tergantung dari besarnya Rfeedback dan Rinput. (Morata, 2016)
𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝑖𝑛(𝑅1+ 𝑅2 𝑅1 )
Hasil tegangan output noninverting ini akan lebih dari satu dan selalu positif. Rangkaian nya adalah seperti pada gambar berikut ini :
3. Komparator
Merupakan salah satu aplikasi yang memanfaatkan penguatan terbuka (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 .
Komparator membandingkan dua tegangan listrik dan mengubah keluarannya untuk menunjukkan tegangan mana yang lebih tinggi. (itn, 2011)
4. Integrator
Gambar 8 Integrator 1
Integrator pada gambar biasa dipakai untuk pengubahan bentuk gelombang, misalnya membentuk gelombang segitiga dari gelombang persegi dan sebaliknya. Integrator mempunyai keluaran berupa integral terhadap waktu dan masukannya.
Tegangan output: V K V dt out in .
Dengan : RC K 1 merupakan faktor skala. Jika tegangan masukannya DC, maka : V KV t
11 BAB III
PENUTUP
A. SIMPULAN
Operasional amplifier (Op-Amp) adalah suatu penguat berpenguatan tinggi yang terintegrasi dalam sebuah chip IC yang memiliki dua input inverting dan non-inverting dengan sebuah terminal output, dimana rangkaian umpan balik dapat ditambahkan untuk mengendalikan karakteristik tanggapan keseluruhan pada operasional amplifier (Op-Amp). Pada dasarnya operasional amplifier (Op-Amp) merupakan suatu penguat diferensial yang memiliki 2 input dan 1 output. Operasional Amplifier berfungsi sebagai penguat dan pengindra sinyal masukkan baik DC maupun AC juga sebagai penguat differensiasi impedansi masukkan tinggi, serta penguat keluaran impedansi rendah.
B. Saran
Hendaknya kita sebagai seorang yang bergelut dalam dunia fisika, mampu memahami bagaimana prinsip kerja dari operasional amplifier pada berbagai alat elektronik agar teori tentang operasional amplifier ini dapat diterapkan dalam suatu rangkaian elektronika.
12 DAFTAR PUSTAKA
Anonim. (2012, April minggu). Elektronika Dasar. Retrieved Mei Minggu, 2017, from http://elektronika-dasar.web.id/operasional-amplifier-op-amp/
Anonim. (2012, April Minggu). Elektronika Dasar. Retrieved Mei Selasa, 2017, from Teori Elektronika: http://elektronika-dasar.web.id/operasional-amplifier-op-amp/
Ariawan, P. R. (2010). OP-AMP dan RANGKAIAN OP-AMP. Bali: Universitas Udayana.
Fauzi. (2005, Mei). Operasi Matematika dengan Menggunakan Rangkaian OP-Amp. Jurnal Media Teknik, 2(3), 60-66.
Hendri. (2015). Belajar Elektronika. Retrieved Mei Selasa, 2017, from http://hendri015.blogspot.co.id/p/op-amp.html
itn, E. d. (2011, November). Retrieved Mei Selasa, 2017, from Laboratorium Elektronika Analog: https://elkaanalogitn.wordpress.com/2011/11/23/macam-macam-aplikasi-dari-op-amp/
Junadi. (2010). Panduan praktikum elektronika lanjut 1. 2.
Kho, D. (n.d.). Teknik Elektro. Retrieved Mei Selasa, 2017, from http://teknikelektronika.com/pengertian-op-amp-operational-amplifier/
Morata, M. (2016, Juli Senin). Bang Teknik. Retrieved Mei Selasa, 2017, from http://bang-teknik.blogspot.co.id/2016/07/aplikasi-op-amp.html
Palendeng,dkk. (2012). Rancang bangun sistem audio nirkabel menggunakan gelombang radio FM. Ejurnal UNSRAT, 1-5.
Ubaidillah. (2012). Penguat Operasional (Op-Amp). Universitas Brawijaya. Wahyono. (2012). Landasan Teori. Surabaya: STIKOM Surabaya.
