Penguat Operasional (Op-Amp) Penguat Operasional adalah suatu rangkaian penguatan yang lengkap dalam bentuk sebuah IC Penguat Op-Amp memiliki sifat-sifat : Penguatan tegangannya sangat besar; Impedansi masuknya sangat tinggi; Impedansi keluarnya rendah; Karakteristik frekuensinya lebar; Abdul Rahman@2004

Penguat Operasional Ideal Penguat operasional ideal adalah penguat diferensial ideal. Sifat-sifat sebuah penguat operasional ideal : Penguatan tegangannya tak terhingga (GV = ); Impedansi masuknya tak terhingga, jadi arus masuknya sama dengan nol; Impedansi keluarnya sama dengan nol; Karakteristik Frekuensinya rata, dan membentang dari frekuensi nol hingga f = . Abdul Rahman@2004

Penguat Operasional Praktis (Tidak Ideal) Dalam prakteknya tidak ada penguat operasional yg ideal, Namun demikian sebuah penguat operasional praktis seringkali dapat dianggap seolah-olah memiliki sifat-sifat ideal. Abdul Rahman@2004

Sifat-sifat penting sebuah penguat operasional Batas-batas normal Penguatan tegangan GV Tegangan offset masuk Uio Arus offset masuk Ii Impedansi masuk ri Impedansi keluar ro Tegangan masuk maskimum Uimaks Tegangan keluar maksimum CMRR Karakteristik frekuensi 103 – 107 0,1 mV – 10 mV 1 nA – 40 nA 10 k - 105 k 1  - 1 k  + 5 V - + 25 V Dibatasi oleh tegangan suplai Antara 20 dB dibawah GV dan 10 dB diatas GV 10 Hz – 100 kHz Abdul Rahman@2004

Penguat membalik (Inverting) - + I1 R1 R2 I I2 Ui U0 U Untuk penguat ideal Penguatan Operasional : Abdul Rahman@2004

Untuk penguat operasional yg tidak ideal : Abdul Rahman@2004

Abdul Rahman@2004

Contoh - Untuk rangkaian tersebut berlaku : + I1 R1 R2 I I2 Ui U0 U Contoh Untuk rangkaian tersebut berlaku : R1 = 10 k dan R2 = 150 k  Penguat operasional yg digunakan memiliki GV = 40.000 dan ri = 600 k . Tentukanlah Penguatan Au dan Impedansi masuk ri, kalau penguat operasional yg digunakan ideal ? Tentukanlah Penguatan Au dan Impedansi masuk ri, kalau penguat operasional yg digunakan tidak ideal ? Abdul Rahman@2004

a. Untuk Penguat Ideal maka : b. Untuk Penguat Tidak Ideal maka : Abdul Rahman@2004

Maka : Abdul Rahman@2004

Penguat Tak Membalik (Non Inverting) - + I1 R1 R2 I I2 Ui U0 UA Abdul Rahman@2004

Rangkaian Penguat Penjumlah - + I1 R1 R I I2 U2 U0 A U1 R2 Abdul Rahman@2004

Jika rangkaian penjumlah digandengkan dengan rangkaian Pembalik maka : - + R U2 U1 U0 Abdul Rahman@2004

Contoh Air dalam suatu instalasi harus terus menerus diperbaharui. Kecepatan penggantian ini tergantung pada kadar pengotoran air dan suhu air. Kadar pengotoran dari air ditentukan dengan mengukur daya hantarnya untuk arus listrik. Pengukuran ini menghasilkan suatu sinyal antara 0 dan 100 mV. Suhu air diukur dengan sebuah elemen termo. Pengukuran ini menghasilkan suatu sinyal antara 0 dan 8 mV. Kedua sinyal tersebut mempengaruhi kedudukan sebuah katup yg mengatur penambahan air segar. Pengaruh masing-masing sinyal pada kedudukan katup sama besar. Katup ini harus membuka penuh kalau kadar pengotoran maupun suhu air dalam instalasi, kedua-duanya mencapai nilai maksimum. Rencanakanlah suatu rangkaian untuk mengendalikan kedudukan katup pengatur tersebut dengan menggunakan penguat-penguat operasional. Sinyal keluaran rangkaian ini harus berkisar 0-5 volt. Abdul Rahman@2004

Rangkaian Pengurang Sebuah rangkaian invertor disusul/digandeng dengan sebuah penjumlah maka akan diperoleh sebuah rangkaian pengurang. - + R1 R2 U1 R4 R5 U0 U2 R3 Abdul Rahman@2004

Sinyal keluar dari sinyal U2 = Sinyal keluar Invertor = Oleh Rangkaian penjumlah sinyal ini dikalikan dengan = sehingga sinyal keluar yg berasal dari U1 adalah Abdul Rahman@2004

Sehingga diperoleh Sinyal keluar keseluruhannya akan sama dengan : Contoh : Rencanakanlah sebuah rangkaian yg memenuhi persamaan X = 0,18A – 3B. Impedansi masuk saluran A maupun saluran B harus sama dengan 10 k. Abdul Rahman@2004

- + R1 R2 A R4 R5 X B R3 Penyelesaian : Misalkan U1 = A, U2 = B dan Uo = X, dimisalkan juga bahwa 1 volt ekuivalen dengan nilai angka 1. Abdul Rahman@2004

Untuk R3 juga sama dengan 30 k Karena impedansi masuk saluran A maupun saluran B harus sama dengan 10 k, maka harus berlaku : R1 = R4 = 10 k Untuk R5 berlaku : Untuk R3 juga sama dengan 30 k Untuk R2 berlaku : Abdul Rahman@2004

- Rangkaian yang diperoleh + 10 k A X=0,18A-3B B 1,8 k 30 k Abdul Rahman@2004

Rangkaian Diferensiator Nilai sinyal keluar sebuah diferensiator sebanding dengan kecepatan perubahan sinyal masuknya. - + I1 C R Ui U0 A dimana K = suatu konstanta waktu Abdul Rahman@2004

UC = Ui Muatan kapasitor C sama dengan Q = CUC Karena titik A suatu titik tanah fiktif, berlaku : UC = Ui Arus Ii sama dengan perubahan muatan kapasitor C per satuan waktu, jadi : Jadi faktor – RC = K Abdul Rahman@2004

Contoh Sebuah rangkaian diferensiator harus memberi sinyal keluar 5 volt, kalau sinyal masuknya berubah dengan 10 V/msec. Rencanakanlah rangkaian diferensiator ini dengan menggunakan penguat-penguat operasional ? Tentukanlah tegangan keluar dari rangkaian, kalau tegangan masuknya seperti berikut : Abdul Rahman@2004

Integrator Kecepatan perubahan sinyal keluar sebuah integrator sebanding dengan nilai sinyal masuknya. Kalau sinyal masuk sebuah integrator = 0, tegangan keluarnya tidak berubah, jadi konstan. Kalau sinyal masuknya kecil dan positif, sinyal keluarnya akan meningkat secara berangsur-angsur. Kalau sinyal masuknya besar dan negatif, sinyal keluarnya akan turun dengan cepat Abdul Rahman@2004

- + I1 R Ui U0 A C IC Tegangan keluar Uo dapat memiliki suatu nilai awal Uoo, sehingga untuk Uo dapat ditulis Abdul Rahman@2004

Karena titik A merupakan suatu titik tanah fiktif, berlaku : Untuk IC berlaku : Jadi : Maka diperoleh sinyal keluar Uo : Abdul Rahman@2004

Contoh Suatu rangkaian integrator dengan nilai R = 10 k dan C = 47 nF. Sinyal masuk Ui berupa suatu tegangan persegi simetris, dengan frekuensi 400 Hz dan nilai antar puncak 6 Volt. Tentukanlah sinyal keluarnya, setelah semua gejala hubung hilang. Abdul Rahman@2004

Latihan Sebuah rangkaian diferensiator harus memberi sinyal keluar 10 volt, kalau sinyal masuknya berubah dengan 10 V/msec, dimana nilai R semua sama yaitu 100 kOhm : Rencanakanlah rangkaian diferensiator ini dengan menggunakan penguat-penguat operasional ? Tentukanlah tegangan keluar dari rangkaian, kalau tegangan masuknya seperti berikut : Abdul Rahman@2004

Rangkaian Op-Amp Tapis Lulus Bawah Tapis Lulus Bawah memberikan tegangan keluaran yang konstan dari DC hingga frekuensi sumbat tertentu (fC) Frekuensi sumbat(cut-off), fC , disebut juga Frekuensi 0,707, Frekuensi -3 dB, Frekuensi sudut atau Frekuensi “belok”. Frekuensi di atas fC akan diredam/diperkecil dan melewatkan Frekuensi dibawah fC. Kisar Frekuensi dibawah fC disebut pass band. Kisar Frekuensi diatas fC disebut stop band. Abdul Rahman@2004

Rangkaian Op-Amp Tapis Lulus Atas Tapis ini akan meredam semua frekuensi dibawah frekuensi sumbat fC dan melewatkan semua frekuensi diatas fC . Seperti Tapis lulus bawah maka Tapis lulus atas diambil pada 70,7 % tegangan keluaran maksimum. Frekuensi dibawah fC akan diredam/diperkecil dan melewatkan Frekuensi di atas fC. Kisar Frekuensi dibawah fC disebut stop band. Kisar Frekuensi diatas fC disebut pass band. Abdul Rahman@2004

Rangkaian Op-Amp Tapis Lulus Jalur Aktif Tapis ini akan melewatkan frekuensi-frekuensi dalam daerah tertentu dan menolak frekuensi-frekuesni lainnya. Puncak tegangan keluaran untuk tapis tipe ini terdapat pada suatu frekuensi yang dikenal sebagai frekuensi resonansi fr. Disekitar frekuensi resonansi ini tegangan keluaran menurun. Titik-titik diatas dan dibawah fr yang memiliki Vout 70,7 % tegangan keluaran maksimum merupakan batas-batas yang menentukan lebar-jalur tapis Frekuensi batas atas disebut sebagai fH sedangkan frekuensi batas bawah disebut fL Abdul Rahman@2004

Rangkaian Op-Amp Tapis Penolak Jalur Tapis ini akan melewatkan semua frekuensi-frekuensi kecuali frekuensi-frekuesni dalam daerah tertentu. Tegangan keluaran tetap maksimum sampai frekuensi yang diberikan mendekati fr, dimana keluaran diredam. Lebar jalur dihitung ketika amplitudo kurang dari 70,7 % Vout. Abdul Rahman@2004