Penguat Operasional (op-amp) - Prinsip Kerja, dan Sifat Op-Amp Ideal

Operational Amplifier (Op-Amp)

Istilah penguat operasional (operational amplifier) mulai dipakai dalam lapangan komputer analog, yaitu untuk mengerjakan operasi hitungan. Namun, dewasa ini, berkat kemajuan teknologi, operational amplifier (penguat operasional) ini sudah diterapkan, misalnya sebagai penguat, integrator, diferensiator, pejumlah, dan phase inverter.

Dalam rangkaian penguat, sifat-sifat rangkaian tersebut ditentukan oleh feedback di luar penguat sehingga setiap penguat (amplifier) yang ditentukan oleh feedback itu dinamakan penguat operasional.

Penguat operasional biasanya disebut op-amp, yaitu kependekan dari operational, amplifier, dan kini dalam bentuk IC (integrated Circuit) yang didalamnya terdiri atas beberapa penguat diferensial.

Simbol penguat operasional ini adalah seperti gambar dibawah ini.

Pada gambar diatas, inputnya hanya satu, tetapi kenyataannya kadang-kadang input itu lebih dari satu seperti gambar dibawah ini.

Simbol op-amp dengan Input V1 dan V2

Dari gambar tersebut, sinyal output selalu berlawanan fase dengan sinyal input yang diberikan pada inverting dan sefase terhadap sinyal pada non inverting. Akan tetapi, jika dilihat secara simetris input diberikan, maka outputnya sebanding dengan selisih antara kedua input. Oleh karena itu, rumus untuk tegangan ouptnya adalah seperti persamaan di bawah ini.

V₀  =  A (V₁ - V₂)

dimana:

V₀ = sinyal output (tegangan feedback)

A   = Penguatan op-amp tanpa feedback 

V₁ dan V₂ adalah sinyal input (tegangan input)

Adapun gambar untuk persamaan di atas adalah seperti berikut

 

Pemberian Sumber DC Penguat Operasional

Penguat operasional harus dapat mengeluarkan dua tegangan output, apakah positif atau negatif terhadap bumi. Hal ini tentu bergantung dari polaritas sinyal outputnya. Oleh karena itu, perlu pemberian arus searah sebanyak dua buah yang seimbang dimana satu sumber arusnya positif terhadap bumi sedangkan sumber arus yang lainnya negatif terhadap bumi.

Sebagai contoh tentang pemberian sumber arus terhadap penguat operasional ini dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Cara Pemberian Sumber DC op-amp

Pada gambar tersebut ternyata sumber DC yang digunakan ada dua buah. Agar sumber arus searah tidak digunakan dua buah, dapat diterapkan penggunaan satu sumber arus searah yang fungsinya sama dengan pemberian sumber arus dua buah tadi. Untuk ini dapat digunakan pembagi tegangan yang maksudnya membagi tegangan menjadi dua bagian dari sebuah sumber tegangan (sumber arus) seperti terlihat pada gambar dibawah ini.

Pembagi Tegangan Dengan Menerapkan Dua Buah Tahanan R

Kalau kita perhatikan pada gambar diatas, tahanan R₁ dan tahanan R₂ secara efektif seri dengan output penguat operasional. Oleh karena itu, perlu dipilih harga masing-masing tahanan agar arus searah yang melaluinya setiap saat selalu sangat besar dibandingkan dengan arus maksimum yang akan disadap dari rangkaian output penguat operasional itu.

Apabila penguat operasional ini dipakai untuk penerapan arus bolak-balik, maka tahanan R₂ perlu diparalelkan dengan sebuah kapasitor C yang mempunyai kapasitansi besar. Adapun kegunaan kapasitor tersebut adalah sebagai penghubung singkat bagi arus bolak-balik (sinyal arus bolak-balik), sebab ada impedansi kecil antara kawat nol dengan -V_BB dan antara kawat nol dengan +V_CC melalui tahanan dalam baterai.

Dengan demikian, kemampuan penguat operasional untuk menerima sinyal arus bolak-balik ini akan tidak terpengaruh oleh arus searah yang melalui tahanan R₁ dan melalui tahanan R₂. Untuk penggunaan arus bolak-balik ini, persyaratan tahanan R₁ dan tahanan R₂ hanyalah agar arus searahnya sangat besar terhadap arus yang diberikan kepada rangkaian input penguat operasional. Berdasarkan hal ini, dalam banyak hal, arus searah sebesar beberapa mikroampere sudah akan mencukupi.

Akan tetapi, bila penguat operasional itu diperlukan untuk menghasilkan puncak-puncak arus yang tinggi, maka penggunaan seperti pada gambar (pembagi tegangan dengan menerapkan dua buah tahanan R) kurang praktis. Untuk menaggulanginya, kedua tahanan diganti dengan menggunakan dioda zener sebab dioda zener mempunyai impedansi yang kecil. 

Oleh sebab itu, arus searah yang melalui masing-masing dioda zener hanya perlu sedikit besar dari puncak-puncak arus output penguat operasional. Arus searah tersebut dapat diatur-atur oleh tahanan R_V.

Rangkaian pembagi tegangan dengan menggunakan dioda zener dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Pembagi tegangan dengan dua buah dioda zener

Artikel Terkait:

• Keuntungan dan Sifat-Sifat Penguat Operasional Ideal 

• Apa Itu Rangkaian Penguat Inverting dan Noninverting ?