Prinsip - prinsip Dasar Op-amp

6.5.1. Prinsip - prinsip Dasar Op-amp

Keuntungan utama dari penata-

VS +

an diferrensial adalah jika sinyal- sinyal yang polaritasnya sama

Masukan

diterapkan pada kedua masuk- inverting

an, maka sinyal-sinyal ini secara

keluaran

efektif akan saling menghilang-

Masukan non

kan dan hasil keluarannya akan

inverting

amat kecil. Sinyal-sinyal seperti ini disebut ”Common mode” . Op-amp dengan CMRR tinggi

dapat dipakai untuk mengukur Vs - sinyal diferrensial kecil yang me-

nyertai suatu sinyal common

+ 12 V

mode sebesar seperti halnya pa-

da kasus sinyal-sinyal elektro diagram yang berasal dari dua

buah elektroda-elektroda ini mempunyai amplitudo sekitar 1

Avol

mV, tetapi bagaimanapun juga kedua elektroda ini bisa me-

V2

ngandung sinyal common mode

Vo

yang biasanya sekitar 0.1 V V1 pada frekuensi jalur daya. Op-

0V - 12 V 0V

amp dengan CMRR tinggi men- dekati dan memperkuat sinyal

differensial da membuang sinyal MASUKAN DIFFERENSIAL = V1 – V2

(a)

common mode. Sedangkan penguatan loop ter- tutup semata-mata tergantung

Volt

pada nilai-nilai komponen loop

umpan balik dan karena hal ini 12

+Vs

10 dapat dibuat resistor-resistor de- Jenuh

ngan toleransi kecil, penguatan

dari sistem penguat (amplifier) 4

dapat diatur secara akurat. Cara

- mV

0.2 0.1 2 + mV 0.1 0.2 ( V1-V2)

penerapan umpan balik negatif ditunjukkan di gambar 6.107.a 4

s/d d. Disini ditunjukkan empat

rangkaian penting yang paling 10

-Vs

sering digunakan, sedangkan

(b)

yang lainnya pengembangan da- Gambar 6.106: Simbol Op - amp dan ri rangkaian-rangkaian ini.

Karakteristik Perpindahannya .

(a) penguat inverting (b) penguat non inverting Penguat tegangan § -R 2 /R 1 Penguat tegangan §R 1 +R 2 /R 1 Impedansi masukan = R 1 impedansi masukan = Rin Ao/Ac

(c) penguat differensial (d) voltage follower Penguat tegangan = R 2 (V 2 -V 1 )/R 1 Penguat tegangan §R 1 +R 2 /R 1 Biasanya, R 1 =R 3 ,R 2 =R 4 impedansi masukan = sangat tinggi

Impedansi keluaran = amat rendah

Gambar 6.107: Metoda-Metoda untuk Menerapkan Umpan Balik Negatif pada Suatu Op-

Amp.

Karakteristik-karakteristik unjuk kerja utama dari sebuah op-amp, adalah :

a) Penguatan tegangan loop terbuka A VOL : penguatan differensial frekuensi rendah tanpa adanya penerapan umpan balik.

b) Resistansi input Rin : resistansi yang dipasang secara langsung pa-

da terminal-terminal masukan pada kondisi loop terbuka. Nilai untuk IC bipolar adalah 1Mohm selanjutnya untuk tingkat masukan FET mungkin lebih besar dari 10 21 ohm.

c) Tegangan off-set masukan : untuk masukan-masukan yang kedua-

nya ditanahkan, idealnya keluaran dari op-amp seharusnya adalah nol. Bagaimanapun juga karena adanya sedikit ketidak tepatan te- gangan bisa di rangkaian masukan, timbul tegangan off-set. Nilai dari off-set masukan differensial ini adalah sekitar 1 MV kebanyakan op- amp yang modern dilengkapi dengan sarana untuk membuat off-set ini menjadi nol.

d) CMRR : perbandingan antara penguat differensial dengan penguatan

common mode, yaitu kemampuan penguat (amplifier) untuk membuang (reject) sinyal-sinyal common mode.

e) Supply Voltage Rejection ratio : jika diterapkan suatu masukan tenaga (step) secara mendadak, pada suatu op-amp, keluarannya

tidak akan mampu memberikan tanggapan secara cepat. Akan tetapi, keluarannya akan berpindah ke nilai baru pada suatu laju yang uni- form (seragam). Hal ini disebut slew rate limiting, yang mempenga- ruhi laju maksimum dari perubahan tegangan pada keluaran peralat- an tersebut. Slew rate ini bervariasi antara 1 volt/u sec (741) hingga

35 volt/sec (signetic NE 531 lihat gambar 6.108.)

Gambar 6.108: Op-Amp Slew Rate Limiting

g) Bandwith daya penuh : frekuensi sinyal maksimum dimana dapat ditemukan ayunan keluaran tegangan penuh.

h) Ayunan tegangan penuh : ayunan keluaran puncak, direfensikan terhadap nol, yang dapat ditemukan.

Beberapa Op-Amp yang tersedia dipasaran diberikan parameter-parameternya seperti pada tabel 6.5.

Tabel 6.5: Parameter-Parameter Op-Amp dan Karakteristiknya

Tipe Komponen 741

NE 531

FETinput NE 536

Daerah tegangan 3V ke 18V

6V ke supply

5V ke 22V

9V ke

22V Tegangan

18V

30V 15V 5V 30V masukan differensial maksimum Tenggang waktu

Indefinite Indefinite 5 sec Indefinite hubung singkat keluaran Penguatan

100 dB tegangan loop terbuka Avol

Resistansi 14 2M ȍ 20 M ȍ 250 K ȍ 10 ȍ masukan Tegangan offset

1mV 2mV 2mV 30mV masukan differnsial CMRR

80 dB Laju slew (slew

12 6 V/usec rate)

1 V/usec

35 V/usec

V/usec Bandwidth daya

100 kHz penuh

10 kHz

500 kHz

Ayunan 13V 15V 14V 10V tegangan keluaran

Jenis 709 juga membutuhkan komponen-komponen luar untuk memberi- kan kompensasi frekuensi dan untuk mencegah terjadinya osilasi-osilasi yang tidak diharapkan. Kebanyakan dari masalah-masalah ini telah dapat diatasi pada rancang- an op-amp IC generasi berikutnya. Tipe 741 dan NE 531 adalah tipe yang diproteksikan terhadap hubung singkat dan disediakan kemampuan untuk membuat tegangan offset menjadi nol dan tidak mempunyai masalah latch-up. Tanggapan frekuensi untuk op-amp 741 diperlihatkan di gambar 6.109. Dapat dilihat bahwa pada 10 kHz, penguatan loop terbuka turun menjadi

40 dB (100 sebagai suatu perbandingan tegangan) dan pada 100 kHz penguatan loop terbuka akan turun menjadi 20 dB.

gan loop

tan tegan terbuka

Pengua

Gambar 6.109:Tanggapan Frekuensi Op-Amp 741

Tipe 741 mempunyai komponen-komponen kompensasi frekuensi dalam untuk mencegah osilasi yang tidak diinginkan, dan hal ini mengakibatkan penguatan untuk menjadi turun. Jika dibutuhkan bandwidth daya yang lebih lebar, dapat dipakai motorola MC 1741S atau silicon general SG 471S mempunyai bandwidth daya penuh pada 200 kHz.