BAB II Dasar Teori Pada bab ini berisi dasar teori dari current feedback op-amp yang menjelaskan perbedaanperbedaannya dengan voltage feedback op-amp. 2.1. Current Feedback Operational Amplifier Op-amp current feedback memiliki bentuk fisik maupun simbol yang sama seperti opamp voltage feedback yang biasa digunakan, op-amp ini tetap memiliki 2 masukan yaitu input inverting dan non-inverting serta memiliki 1 buat keluaran. Namun cara kerja dari opamp current feedback (CFA) ini jauh berbeda dari op-amp voltage feedback (VFA). Secara garis besar cara kerja dari CFA adalah dengan memanfaatkan arus yang mengalir pada kedua inputan sedangkan VFA memanfaatkan perbedaan tegangan pada kedua inputan [1] sehingga sangat jauh berbeda cara kerjanya. Berikut adalah simbol atau model dari CFA (Op-amp current feedback) yang dapat menjelaskan secara garis besar dari cara kerja CFA.
Gambar 2.1. Model CFA [2]
Cara kerja dari op-amp current feedback ditunjukan oleh gambar 2.1, dimana input noninverting dari CFA terhubung pada masukan sebuah buffer dengan penguatan GB, sehingga memiliki impedansi yang sangat tinggi yang hampir sama dengan transistor bipolar pada input non-inverting VFA.[4] Input inverting terhubung pada output buffer, sehingga impedansi pada input inverting sama dengan impedansi pada output buffer yakni ZB,dimana ZB biasanya bernilai kurang dari 50 . Nilai bati buffer input, GB hampir mendekati 1.[4] 4
Buffer output menghasilkan impedansi output yang rendah untuk penguat, dan nilai bati output ini juga hampir mendekati 1. Impedansi output dari buffer output dapat diabaikan dalam melakukan perhitungan.[4] Parameter Z yakni transimpedansi pada CFA memiliki kesamaan fungsi sebagai bati pada VFA, yaitu menjadi parameter yang berpengaruh pada performa CFA. Biasanya nilai transimpedansi sangat tinggi berkisar pada jangka M .[4]
2.2. Karakteristik Operational Amplifier Karakteristik Op-amp menjelaskan kinerja dari op-amp tersebut adapun parameterparameternya adalah sebagai berikut: 2.2.1. Penguatan tegangan open loop Penguatan tegangan open loop (Aol) adalah penguatan dari Op-Amp ketika tidak terdapat feedback pada Op-Amp tersebut. Jika pada VFA ditentukan dengan perhitungan sebagai berikut.
Gambar 2.2. untai internal VFA
= =
V V
V V −V
Berbeda dengan CFA, karena pada op-amp ini memanfaatkan arus yang mengalir pada kedua inputan sehingga didapatkan persamaan penguatan open-loop sebagai berikut.
5
Gambar 2.3. untai internal CFA
= I×Z Dimana I adalah arus yang mengalir diantara kedua input dan Z adalah nilai transimpedansi pada op-amp.
2.2.2. Hambatan masukan Hambatan masukan pada VFA idealnya adalah bernilai tak terhingga namun berbeda dengan CFA, karena pada CFA ini tidak menggunakan penguat differensial pada masukannya melainkan menggunakan buffer yang inputnya tersambung pada input non-inverting sehingga nilai hambatan masukan pada kaki non-inverting nilainya cukup besar sedangkan pada kaki inverting nilai hambatan dalamnya kecil. 2.2.3. Bandwidth Lebar pita (bandwidth) dari Op-amp adalah lebar frekuensi dimana nilai bati bernilai 0,707 dari bati maksimum. Secara ideal, Op-amp memiliki lebar pita yang tak terhingga. Namun secara praktikal nilainya terbatas. Dengan mengetahui nilai bandwidth maka dapat diketahui pula nilai GBP (Gain Bandwidth Product) yaitu nilai perkalian antara nilai penguatan dengan frekuensi ketika tegangan keluarannya 0,707 kali dari tegangan keluaran maksimal. [5] 6
Op-amp current feedback dicancang agar dapat bekerja pada frekuensi yang lebih tinggi dibanding dengan VFA sehingga memiliki nilai bandwidth yang lebih besar, ini merupakan salah satu keunggulan dari CFA. [1] 2.2.4. Slew rate Adalah laju maksimum perubahan tegangan keluaran terhadap waktu baik saat pulsa naik maupun turun (saat terjadi perubahan input). Secara ideal nilai slew rate pada sebuah Op-amp adalah tak berhingga, artinya ketika terjadi perubahan tegangan input, tegangan outputnya langsung berubah sesuai dengan nilai penguatan dalam waktu 0 detik. [5] Nilai slew rate pada CFA umumnya lebih baik daripada VFA dimana tegangan output yang dihasilkan lebih cepat berubah sesuai dengan nilai penguatan. 2.2.5. Transimpedansi (Z) Transimpedansi (Z) terbentuk dari hambatan (R) yang diparallel dengan kapasitor (C) yang ditunjukan dengan gambar dibawah ini:
Gambar 2.4. Rangkaian penyusun Transimpedansi (Z)
Sehingga nilai Z sesuai dengan persamaan sebagai berikut: 1 1
= = =
1 1
+
1
+ ⍵ (2.2) 1
1
(2.1)
(2.3)
+ ⍵
Sehingga: 7
1
| |= 1
+ (2
(2.4) )
Dari persamaan 2.4 dapat disimpulkan bahwa nilai Transimpedansi dipengaruhi frekuensi masukan dimana semakin besar Frekuensi masukan maka nilai Transimpedansi semakin kecil. [6]
2.3. Current feedback op-amp sebagai penguat non-inverting Untuk rangkaian penguat tak membalik atau penguat non inverting betuk rangkaiannya sama seperti penguat non-inverting pada umumnya dimana pada rangkaian ini terdapat feedback negatif dan input tegangan diberikan pada kaki non-inverting op-amp current feedback, namun persamaan yang berlaku berbeda dengan op-amp voltage feedback.
Gambar 2.5. Penguat non-inverting dengan CFA [4]
Dengan mengasumsikan nilai penguatan buffer yang bekerja pada internal CFA adalah sebesar 1 kali, maka nilai penguatan ini dapat diabaikan dalam pencarian persamaan yang
8
berlaku pada gambar 2.5 Sehingga persamaan yang berlaku pada penggunaan CFA sebagai penguat non-inverting adalah sebagai berikut: = =
(2.5) −
−
=
−
(2.6)
(2.7)
Dengan menggabungkan persamaan (2.5),(2.6) dan(2.7) didapatkan persamaan: 1+ +1
||
=
(2.8)
1+ +1
||
Karena nilai impedansi output pada buffer input (
) mendekati nol maka persamaan
(2.8) dapat disederhanakan lagi menjadi: 1+ 1+ =
= 1+
(2.9) 1+
Karena nilai transimpedansi yang sangat besar (Z) maka
pada perhitungan dapat
didekati dengan: =1+
(2.10)
Jika dilihat dari persamaan (2.10) sama dengan penguat non-inverting dengan menggunakan VFA namun pada penggunaan CFA ini perlu diperhatikan nilai dari karena jika nilainya mendekati nilai transimpedansi maka dapat mempengaruhi nilai penguatan sesuai dengan persamaan (2.9).[4]
2.4. Current feedback op-amp sebagai penguat inveting Rangkaian penguat membalik pada op-amp current feedback juga sama seperti membuat penguat membalik dengan op-amp voltage feedback, hanya saja persamaan yang berlaku pada penguat membalik menggunakan CFA ini yang berbeda 9
Gambar 2.6. Penguat inverting dengan menggunakan CFA[4]
Dengan mengasumsikan nilai penguatan buffer yang bekerja pada internal CFA adalah sebesar 1 kali, maka nilai penguatan ini dapat diabaikan dalam pencarian persamaan yang berlaku pada gambar 3. Sehingga persamaan yang berlaku pada penggunaan CFA sebagai penguat non-inverting adalah sebagai berikut: −
+
=
−
(2.11)
= − (2.12) =
(2.13)
Dengan menggabungkan persamaan (2.11),(2.12),dan (2.13) maka didapatkan persamaan: ⎛ = −⎜ ⎜ ⎝ Karena nilai
+1
|| 1+ ||
+1
⎞ (2.14) ⎟ ⎟ ⎠
mendekati nol maka persamaan (2.14) dapat di sederhanakan lagi
menjadi:
10
1 =−
1
+
1
(2.15)
Karena nilai transimpedansi Z yang sangat besar sehingga pada perhitungan dapat didekati:
=−
(2.16)
Dilihat dari persamaan (2.16) persamaanya sama dengan penggunaan VFA sebagai penguat membalik namun, nilai ZF harus diperhatikan karena jika nilainya terlalu besar dan hampir mendekati nilai Z, maka persamaan yang berlaku pada penggunaan CFA sebagai penguat inverting adalah persamaan (2.15)
11
