APLIKASI OP-AMP (Oleh : Sumarna, Jurdik Fisika, FMIPA, UNY) E-mail :
[email protected]
1.
Penguat dengan penguatan (A) tetap a.
Penguatan tunggal Rangkaian Op-Amp yang paling banyak digunakan adalah konfiguasi penguat membalik dengan penguatan tetap yang dapat menghasilkan penguatan presisi. Gambar berikut menunjukkan persambungan rangkaian standar dengan penguatan : A = R1
Rf R1
Rf
-
V1
V0
+ RC
Penguat tak membalik dengan penguatan tetap tampak pada gambar berikut dan memiliki penguatan sebesar : A = 1 R1
Rf R1
Rf
-
V0
+ V1
b.
Penguatan berganda Jika sejumlah rangkaian penguat tunggal dihubungkan secara seri, maka penguatan totalnya merupakan perkalian dari penguatan individualnya. Gambar berikut memperlihatkan sambungan tiga tingkat. Tingkat pertama dalam konfigurasi tak membalik dengan penguatan A1, dua tingkat berikutnya dalam konfigurasi membalik dengan penguatan masing-masing
A2 dan A3. Penguatan keseluruhannya adalah tak membalik dengan penguatan sebesar : A = A1 A2 A3 Rf1
R1
Rf 2
R2
1
2
+ V1
Rf 3
R3
-
3
+
V0
+ A1 = 1 +
Rf1
A2 = -
R1
Rf 2 R2
A3 = -
Rf 3 R3
Sejumlah Op-Amp dapat juga dirangkai untuk menghasilkan penguatan yang berbeda-beda secara terpisah seperti diperlihatkan pada gambar berikut : Rf1
R1
1
V01
A1 = -
+
2
V02
A2 = -
V03
A3 = -
+
R1
Rf 2
R2
V1
Rf1
Rf 2 R2
Rf 3
R3
3 +
Rf 3 R3
Untuk semua rangkaian penguat yang menggunakan Op-Amp berlaku bahwa : V0 = A V1
2.
Penjumlah tegangan a.
Penjumlah
Penggunaan lain dari Op-Amp adalah sebagai penguat penjumlah. Gambar berikut menunjukkan persambungannya dengan keluaran merupakan jumlah dari ketiga masukannya masing-masing dikalikan dengan suatu penguatan yang berbeda. Tegangan keluarannya adalah : V0 = - (
Rf R1
V1 +
Rf R2
V2 +
Rf R3
V3 )
Rf
V1
R1
R2
V2 V3
b.
V0
+
R3
Pengurang
Dua sinyal dapat dikurangkan satu terhadap yang lain dengan suatu rangkaian yang menggunakan Op-Amp. Gambar berikut menunjukkan salah satu rangkaiannya dengan keluaran sebesar : V0 = - {
Rf R3
(-
Rf R1
V1 ) +
R1
Rf R2
V2 } = - (
R2
V2 -
Rf Rf R3 R1
V1 )
Rf
V1
Rf
Rf
R3
+ V2
R2
V0
+
Persambungan lain untuk mengurangkan dua sinyal diperlihatkan pada gambar berikut yang hanya menggunakan sebuah Op-Amp. Dengan prinsip superposisi keluarannya dapat dinyatakan sebagai :
V0 =
R2 R4 R3 R V1 - 4 V2 R2 R2 R1 R3
R4
R2
-
V2 V1
V0
+ R1 R3
3.
Buffer tegangan Buffer tegangan disediakan untuk tujuan mengisolasi sinyal masukan dari beban dengan menggunakan rangkaian yang memiliki penguatan tegangan satu kali, tanpa pembalikan fase atau polaritas, dan berkelakuan sebagai rangkaian ideal impedansi masukan sangat tinggi dan impedansi keluaran sangat rendah. Gambar berikut menunjukkan persambungan Op-Amp yang bekerja sebagai penguat buffer. Tegangan keluarannya diberikan sebagai : V0 = V1 V1
V0
+
Gambar berikut menunjukkan bagaimana sinyal masukan dapat disediakan kepada dua keluaran yang terpisah. Keuntungan dari persambungan ini adalah suatu beban yang disambungkan menyilang pada salah satu keluaran tidak memiliki (kecil) pengaruh pada keluaran lain. Sehingga semua keluaran dibuffer atau diisolasi datu dari yang lain.
V1
V01
+
+
V02
4.
Sumber-sumber terkendali Op-Amp dapat digunakan untuk membentuk berbagai jenis sumber terkendali. Suatu tegangan masukan dapat digunakan untuk mengendalikan tegangan atau arus keluaran. Banyak macam persambungan yang cocok untuk bebagai rangkaian instrumentasi. Bentuk dari masing-masing jenis sumber terkendali tersedia sebagai berikut. a.
Sumber tegangan terkendali tegangan Ada sumber tegangan dengan tegangan keluaran yang dapat dikendalikan oleh tegangan masukan. Tegangan keluaran V0 tergantung dari tegangan masukan V1 dengan faktor kesebandingan k. Jenis rangkaian tersebut dapat dibangun dengan menggunakan Op-Amp seperti tampak pada gambar berikut.
R1
R1
Rf
-
V1
-
V0
+
(a)
V1
_ V0 = (
Rf R1
Rf
(b)
) V1
V0
+ RC V0 = ( 1 +
Rf R1
) V1
Kedua versi rangkaian tersebut salah satunya menggunakan masukan membalik (a) dan yang lain menggunakan masukan tak membalik (b). Untuk persambungan gambar (a), tegangan keluarannya dinyatakan : V0 = (
_
Rf R1
) V1 = k V1
sedangkan persambungan gambar (b), tegangan keluarannya adalah : V0 = ( 1 +
b.
Rf R1
) V1 = k V1
Sumber arus terkendali tegangan Suatu jenis sumber arus dengan arus keluaran dapat dikendalikan oleh tegangan masukan. Besar arus keluaran I 0 yang melalui beban resistor RL tergantung dari tegangan masukan V1 . Bentuk praktis dari rangkaian tersebut tampak pada gambar berikut.
RL I0
R1
-
V1 I1
c.
I0 =
V0
+
V1 = k V1 R1
Sumber tegangan terkendali arus Suatu sumber tegangan dengan tegangan keluaran dapat dikendalikan menggunakan arus masukan. Besar tegangan keluaran V0 yang melalui suatu beban RL tergantung dari arus masukan I1 . Bentuk praktis dari rangkaian tersebut dapat dibangun dengan menggunkan Op-Amp. RL I0
I1
-
V0 =
_
I1 RL = k I1
+
d.
Sumber arus terkendali arus Suatu sumber arus dengan arus keluaran dapat dikendalikan menggunakan arus masukan. Besar arus keluaran I 0 yang melalui suatu beban RL tergantung dari arus masukan I1 . Bentuk praktis dari rangkaian tersebut dapat dibangun dengan menggunkan Op-Amp seperti tampak pada gambar berikut. RL
R2 I2
I1
R1
I0
I1
+
R IR I 0 = I1 + I 2 = I1 + 1 1 = (1 + 1 ) I1 = k I1 R2 R2
5.
Rangkaian instrumentasi Op-Amp banyak diaplikasikan pada rangkaian instrumentasi, seperti voltmeter dc ataupun ac. Op-Amp digunakan sebagai penguat dasar pada milivoltmeter dc. Penguat tersebut memberikan inpedansi masukan tinggi, faktor skala yang hanya tergantung pada suatu nilai resistor, dan akurasi (ketepatan). Perlu diingat bahwa pembacaan meter menampilkan besaran milivolt sinyal pada masukan rangkaian tersebut. a.
Milivoltmeter DC Gambar berikut merupakan Op-Amp yang digunakan sebagai penguat dasar dalam milivoltmeter dc. Fungsi transfer rangkaian berikut adalah : V1
+V
R1
-
I0
741
100 k +
_
Rf
M
V
100 k RS
Meter 1 mA
10
Rf I0 1 = ( ) R1 RS V1
