Rangkaian penguat operasional (Op-amp) Linier Sigit Pramono,ST,MT
Tujuan Pembelajaran Setelah mengikuti kuliah ini, Mahasiswa dapat mendesain (C5) dan membandingkan (A4) rangkaian penguat operasional (Op-amp) Linier Materi Ajar • Pengertian penguat operasional (Op-amp) • Karakteristik Op-amp • Rangkaian Inverting Amp (penguat membalik) • Rangkaian Non Inverting Amp (penguat tak membalik) • Rangkaian Voltage Folower (Pengikut Tegangan /Buffer) • Rangkaian Summing Amp (Penguat Penjumlah) • Rangkaian Difrensial Amp (Penguat Selisih)
Pengertian penguat operasional (Op-amp) Operational Amplifier (Op – Amp) pada hakekatnya adalah suatu penguat diferensial terkopel DC dengan penguatan sangat tinggi. Penggunaan Op – Amp : Komunikasi Audio dan Radio Teknologi Kedokteran Instrumentasi Pengendalian, dll
Simbol dan Kemasan +V Noninverting
+
Inverting
-
Output
-V
DIP 8
DIP 14
Kaleng 8 Pin
IC Product OFFSET NULL -IN
OUTPUT A
1
V+
-IN A
2
6
OUTPUT
+IN A
3
5
OFFSET NULL
V
4
1
8 N.C.
2
7
+IN
3
V
4
+
DIP-741
8 V+ +
7 OUTPUT B
6 -IN B
+
5 +IN B
Dual op-amp 1458 device
Karakteristik Op-Amp Ideal
+Vcc Very high differential gain Input 1 High input impedance + V o Low output impedance Vd Output Provide voltage changes Input 2 (amplitude and polarity) -Vcc Rout~0 • Used in oscillator, filter and Rin~inf instrumentation Vo GdVd • Accumulate a very high Gd : differenti al gain normally gain by multiple stages • • • •
very large, say 105
Schematic Op Amp 741
Perbandingan Karakteristik Op Amp Parameter
Ideal
LM741
LF347
LM318
Open-loop Gain (AOL)
∞
2 . 105
105
2 . 105
Input Resistance (Rin)
∞Ω
2MΩ
1012 Ω
3MΩ
Output Resistance (Ro)
0Ω
75 Ω
75 Ω
75 Ω
Gain Bandwidth Product ∞ Hz
1 MHz
4 MHz
15 MHz
CMRR
90 dB
100 dB
100 dB
∞
Rangkaian ekivalen Op - Amp
Ideal op-amp
Practical op-amp
+ AVin Vin
+
Vout
~
Zout=0
Vin
Zout
Zin ~
AVin
Vout
Catu Daya Op-Amp Op – Amp dapat dicatu dari sumber tegangan DC dengan output simetris ataupun tunggal. Tegangan catu Op-Amp antara : ± 5 V s/d ± 18 V +
0
-
Catu Daya DC output tunggal
Catu Daya DC output simetris
Tegangan Output +V V1 V2
+ AOL -
Vo = AOL (V1 – V2) Vo
Vd = V1 – V2 Vo = AOL . Vd
-V
Vd : adalah tegangan selisih pada masukan Batas atas tegangan output = tegangan positif saturasi (+VSat) Batas bawah tegangan output = tegangan negatif saturasi (-VSat) Tegangan saturasi besarnya antara 1 sampai dengan 2 Volt di bawah tegangan catu
Terminal Input Op-Amp mempunyai dua buah terminal input yaitu : • Non-inverting ( + ) • Inverting ( - ) +V
Vd
+ AOL -
+V
Vo = AOL.Vd
-V
Vd
+ AOL -
Vo = - AOL.Vd
-V
Deferensial Input (Vd) Dari persamaan output : Vo = AOL. Vd Didapat
:
VSat Vd Maks AOL
Contoh : Op – Amp LM 741 mempunyai AOL = 200.000 dan ± Vsat = ± 13 Volt
VSat 13Volt Vd Maks 65V AOL 200.000 Vd maks menunjukkan tegangan maksimum yang akan membuat tegangan output menjadi saturasi
Contoh Vcc = ± 15V, VSat = ± 13V dan AOL = 200.000 No
V(+)
V(-)
Vd
Polaritas Vd
VO
Polaritas VO
1.
-15V
-10V
-5V
-
-1V
-
2.
15V
-10V
25V
+
5V
+
3.
-5V
-10V
5V
+
1V
+
4.
1V
-
-0,2V
-
5.
0
+5mV
-5mV
-
-13V
-
6.
15mV
0
+15mV
+
13V
+
1,000001V -1V
Inverting Ampfier (Penguat Membalik ) Vi
VRF +
-
RF
0
I R1 Vi I
+
-
t
+V
Vo
Vd = 0
+
Vo Acl.Vi
-V 0
t
Dengan Vd = 0
I
Vi R1
VO VRF
Vi I .RF .RF R1
R VO F Vi R1
VO R ACL F Vi R1
ViMak
VSat ACL
Ri R1
Non Inverting Amp (Penguat Tak-membalik) Dengan Vd = 0 Vi
+V Vi
Vi VR1 , I
+ Vo
Vd = 0
0
+
-V
t
VO VRF VR1 I .RF Vi
RF +
I
Vi R1
Vo Acl.Vi
R1 0
t
Vi VO VRF VR1 .RF Vi R1
RF VO 1Vi R1 VO ACL Vi
RF 1 R1
ViMak
VSat ACL
Ri Ri (OL )
Contoh :Jika VSat = ± 8 Volt Jika VI berupa sinyal AC :
Jika VI berupa sinyal DC :
R VO F Vi R1 100 K VO Vi 10 Vi 10 K
Vi 0,2V
RF 100K
10K
t
+ 9V
R1 Vi
0
-0,2V
-
Vo
Vo
+ - 9V
10K
2V
RL t
0
VI (Volt)
VO (Volt)
+ 0,3
-3
- 0,52
+ 5,2
1
- 8 (-VSat)
- 2V
Vi 1V
RF 100K
-1V
Vo
+ - 9V
10K
10K
t
+ 9V
R1 Vi
0
RL
Vo
Terpotong pada VSat
8V
0
- 8V
t
Contoh :Jika VSat = ± 8 Volt Jika VI berupa sinyal AC :
Jika VI berupa sinyal DC :
Vi (Volt)
+ 9V
0,2V
Vi
+ Vo - 9V
100K
0
-
RF
t
-0,2V
RF VO 1Vi R1
Vo (Volt)
10K
2,2V
R1 t
0
100 K VO 1Vi 11Vi 10 K
- 2,2V
Vi (Volt)
+ 9V
VO (Volt)
+ 0,3
3,3
- 0,52
- 5,72
1
8 (VSat)
1V
+ Vo
- 9V
100K
0
RF
t
- 1V
Vo (Volt) Terpotong pada VSat
10K
Vi
VI (Volt)
R1
8V
0
- 8V
t
Voltage Follower(Pengikut Tegangan)/Buffer +V
Vo
Vd = 0
Vi
+ -V Vi
0
t
Vo Vi 0
t
Dengan Vd = 0 VO = Vi Sehingga :
VO ACL 1 VI Ri >> = BESAR Ro << = KECIL
Summing Amp- Inverting (Penjumlah)
R1
V3 V1 V2 I1 , I 2 , I 3 R1 R2 R3
I1
V1
I R2
I I1 I 2 I 3
RF
I2
V2 R3
I3
VO VRF I .RF
+V
-
V3
Vo
Vd = 0
+ -V
Jika RF = R1 = R2 = R3 = R
VO V1 V2 V3
V1 V2 V3 RF VO R1 R2 R3
Jika R1 = R2 = R3 = R VO
RF V1 V2 V3 R
Contoh : Jika VSat = ± 13 Volt R1= 10 K V1
RF = 10 K
V1 = 3V, V2 = 2V, V3 = 1V
R2 = 4K7 V2 + 15V
R3 = 2K2 V3
VO
+ - 15V
R VO F R1
R V1 F R2
R V2 F R3
V3
10 K 10 K 10 K VO 2V 1V 3V 10 K 4 , 7 K 2 , 2 K
VO 3V 4,26V 4,5V 11,76V
Contoh :
RF = 10 K R1= 10 K V1
V2 (Volt)
VO (Volt)
+1
+1
-2
+1
-1
0
-2
-1
+3
-1
+2
-1
+2
+1
-3
+ 9V
R2 = 10 K V2
V1 (Volt)
VO
+ - 9V
Summing Amp –Non inverting (Penjumlah) Vi didapatkan dari persamaan simpul : +V
Vi
+ Vo
Vd = 0
R V1
R
-V
RF = R
V2 R
Vi V1 Vi V2 0 R R Sedemikian rupa sehingga :
Vi
V1 V2 2
Dengan demikian :
V1 V2 RF VO 1Vi 2 2 R
VO V1 V2
Penjumlah Tak-membalik – N Masukan
+V
Vi
+ Vo
Vd = 0
R
V1
V2
R
R
-V
V3
VO = V1 + V2 + V3
R(n-1)
R
Contoh : + 9V Vi
+ Vo
Vd = 0
R1 10K
V1 1V
R2 10K
- 9V V2 2V
RF 10K
R3 10K
Vi V1 Vi V2 0 R R Vi
V1 V2 (1 2)V 1,5Volt 2 2
RF 10 K VO 1Vi 11,5V 21,5V 3Volt 10 K R3
Contoh : + 9V
Vi
+ VO
Vd = 0
R1 10K
V1 1V
V2 2V
R2 10K
V3 3V
R3 10K
- 9V
R4 20K
R5 10K
V1 V2 V3 1V 2V 3V 6V Vi 2Volt 3 3 3 R4 20 K VO 1Vi 12V 32V 6Volt 10 K R5
Defference Amplifier (Penguat Selisih) R3 R4 R3 VO 1 V2 V1 R1 R1 R4 R2
R3
R1 V1
R2
V2
Jika R1 = R2 = R, dan R3 = R4 = RF
+V Vd = 0 Vi
Vo
+
RF V2 V1 VO R
-V R4
Jika R1 = R2 = R3 = R4 = R
VO V2 V1
Contoh : Jika R1 = R2 = R3 = R4 = R = 10K
VO V2 V1
R3 : 10K
V1 (Volt)
R1 10K
+ 9V
-
V1 Vd = 0 Vi
V2 R2 10K
R4 10K
VO
+ - 9V
2 4 4 -2 -4 -4 -2
V2 (Volt) VO (Volt)
4 2 -2 4 2 -2 -4
2 -2 -6 6 6 2 -2
Contoh : R3 : 22K R3 : 15K
V1 4V
R1 10K
+ 9V
VO
Vd = 0 V2 2V
R2 10K
+ - 9V
R4 22K
(a)
RF V2 V1 VO R
22 K 2V 4V 4,4V VO 10 K
V1 1V
R1 10K
+ 9V
VO
Vd = 0 V2 2V
R2 12K
+ - 9V
R4 18K
(b) R3 R3 R4 VO 1 V V1 R R R 2 R1 2 1 4
15 K 18 K 2V 15K 1V 1,5V VO 1 10 K 10 K 18K 12 K
Penguat Intrumentasi
V1
+
-
A1
VO1
R1
R2
R3
-
RG
A3
VO
+ R3
V2
VO1 VO 2
R1 A2
+
R2
VO2
R3 RG R3 V1 V2
VO AV2 V1
RG
2R3 V1 V2 VO1 VO 2 1 RG R2 VO 2 VO1 VO R1
2 R R A AI . AII 1 3 2 RG R1
PEMAKAIAN OP-AMP DALAM MATEMATIKA Contoh 1 R1 10K
V1
RF 100K
R2 20K
V2
+V
R3 40K
-
V3
Vo
Vd = 0
+ -V
VO = - (10V1 + 5V2 + 2,5V3 )
Contoh 2 : Rangkaian Adder - Substractor RF R1 V1
+V
R2 V2
Vo
R1' V3 V4
+ R2'
-V RF’
R1 = 25K; R2 = 50K; RF = RF’ = 100K R1’ = 10K; R2’ = 100K
VO = -4V1 – 2V2 + 10V3 + V4
