Penguat operasional: Perbedaan antara revisi
Konten dihapus Konten ditambahkan
Rescuing 2 sources and tagging 0 as dead.) #IABot (v2.0.9.2 |
|||
| (58 revisi perantara oleh 33 pengguna tidak ditampilkan) | |||
Baris 1:
[[Berkas:Op-amps.jpg
'''Penguat operasional''' ([[bahasa Inggris]]: '''''operational amplifier''''') atau yang biasa disebut '''op-amp''' merupakan suatu jenis penguat [[elektronika]] dengan [[sambatan]] (bahasa Inggris: '''''coupling''''') [[arus searah]] yang memiliki bati (''faktor penguatan'' atau dalam bahasa Inggris: '''''gain''''') sangat besar dengan dua masukan dan satu keluaran.
Penguat operasional adalah perangkat yang sangat efisien dan serba guna.<ref name="ti-handbook">{{en}} {{cite web | title=Handbook of Operational Amplifier Applications | url = http://focus.ti.com/lit/an/sboa092a/sboa092a.pdf | publisher=Texas Instruments | last1=Carter | first1=Bruce | last2=Brown | first2=Thomas | filetype=pdf | accessdate=2010-05-15}}</ref> Contoh penggunaan penguat operasional adalah untuk operasi matematika sederhana seperti [[penjumlahan]] dan [[pengurangan]] terhadap [[tegangan listrik]] hingga dikembangkan kepada penggunaan aplikatif seperti
Penguat operasional dalam bentuk rangkaian terpadu memiliki karakteristik yang mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat di dalamnya.<ref name="hyperphysics"/> Karakteristik penguat operasional ideal adalah:<ref name="hyperphysics"/>
# Bati
# [[Impedansi]] masukan tidak terbatas.<ref name="hyperphysics"/>
# Impedansi keluaran nol.<ref name="hyperphysics"/>
# [[Lebar pita]] tidak terbatas.<ref name="hyperphysics"/>
# Tegangan
== Sejarah ==
[[Berkas:K2-
Awal dari penggunaan penguat operasional adalah tahun [[1940]]-an, ketika sirkuit elektronika dasar dibuat dengan menggunakan [[tabung vakum]] untuk melakukan operasi [[matematika]] seperti [[penjumlahan]], [[pengurangan]], [[perkalian]], [[pembagian]], [[integral]], dan [[turunan]].<ref name="Hayt">{{en}} {{cite book
::"''As an amplifier so connected can perform the mathematical operations of arithmetic and calculus on the voltages applied to its inputs, it is hereafter termed an '''operational amplifier'''.''" (Ragazzini, et.al, 1947)<ref name="Ragazzini"/> (dalam [[bahasa Indonesia]]: "Oleh karena penguat dapat dihubungkan untuk melakukan operasi matematika dan kalkulus terhadap tegangan yang dikenakan terhadap masukannya, maka digunakan istilah '''penguat operasional'''.")<ref name="Ragazzini"/>
Penguat operasional yang tersedia secara komersial untuk pertama kalinya adalah K2-W yang diproduksi oleh ''Philbrick Researches, Inc.'' dari [[Boston]] antara tahun [[1952]] hingga awal [[1970]]-an.
Saat ini penguat operasional tersedia dalam bentuk [[sirkuit terpadu]] dan tidak lagi menggunakan tabung vakum, melainkan menggunakan [[transistor]].<ref name="Hayt"/> Dalam suatu sirkuit terpadu penguat operasional umumnya terdapat lebih dari 25 transistor beserta [[resistor]] dan [[kapasitor]] yang diperlukan hanya dalam satu cip [[silikon]].<ref name="Hayt"/> Hasilnya, penguat operasional modern hanya membutuhkan tegangan listrik +/- 18 V, bahkan beberapa jenis seperti LM324 dapat berjalan pada tegangan hanya +/- 1,5 V.<ref name="Hayt"/><ref name="LM324 National">{{en}} {{cite web | title=LM324 Low Power Quad Operational Amplifier | url=http://www.national.com/mpf/LM/LM324.html | publisher=National Semiconductor | language=Inggris | accessdate=2010-05-08 | archive-date=2010-05-11 | archive-url=https://web.archive.org/web/20100511083750/http://www.national.com/mpf/LM/LM324.html | dead-url=yes }}</ref> Penguat operasional KA741 dari ''Fairchild Semiconductor'' yang banyak digunakan bahkan hanya berukuran 5,
== Bagian dalam ==
[[Berkas:
Pada diagram skema di samping digambarkan susunan bagian dalam [[sirkuit terintegrasi]] penguat operasional seri 741.<ref name="hookey">{{en}} {{cite web | title=Inside the 741 Op-Amp | url=http://www.play-hookey.com/analog/inside_741.html | first=Ken | last=Bigelow | year=2009 | accessdate=2010-05-15 | publisher=www.play-hookey.com | language=Inggris | archive-date=2010-11-30 | archive-url=https://web.archive.org/web/20101130091644/http://www.play-hookey.com/analog/inside_741.html | dead-url=yes }}</ref> Nomor-nomor yang terdapat di dekat terminal pada gambar menunjukkan nomor kaki terminal pada sirkuit terintegrasi 741 jenis 8-pin.<ref name="hookey"/> Pin nomor 8 tidak terhubung dengan sirkuit.<ref name="hookey"/>
Ada beberapa hal menarik tentang sirkuit internal 741.<ref name="hookey"/> Yang pertama adalah [[transistor]] masukan terhubung dengan konfigurasi [[Tunggal kolektor|pengikut emiter]] NPN yang keluarannya terhubung secara langsung kepada sepasang transistor PNP yang terkonfigurasi sebagai penguat
Pasangan transistor pada bagian yang diwarnai dengan warna merah pada diagram disebut ''cermin
Keunikan lain dalam sirkuit internal ditunjukkan dengan warna hijau, di mana kedua resistor bias transistor terhubung sedemikian hingga tidak terlihat adanya sinyal masukan kepada basis transistor.<ref name="hookey"/> Bila diasumsikan tidak ada arus basis yang mengalir pada transistor, dan nilai <math>V_{BE}</math> sebesar 0,625 Volt maka menurut [[hukum Ohm]] akan diperlukan arus sebesar 0,625 V ÷ 7,5 K<math>\Omega</math> = 0,0833 mA melalui resistor antara basis dan kolektor.<ref name="hookey"/> Arus tersebut juga harus mengalir melalui resistor antara basis dan emiter sehingga menimbulkan tegangan jepit sebesar 0,0833 mA × 4,5 K<math>\Omega</math> = 0,375 V sehingga menghasilkan total tegangan jepit melalui dua resistor sebesar 0,625 V + 0,375 V = 1,0 V.<ref name="hookey"/>
== Istilah-istilah ==
[[Berkas:
Dalam lembar spesifikasi penguat operasional, dapat ditemukan banyak istilah-istilah yang berkaitan dengan kerja penguat operasional.<ref name="ti-spec">{{en}} {{cite web | title=Understanding Operational Amplifier Specifications | url=http://focus.ti.com/lit/an/sloa011/sloa011.pdf | publisher=Texas Instruments | last=Karki | first=Jim | year=1998 | accessdate=2010-05-15}}</ref> Beberapa istilah dan definisinya antara lain:
* <math>\phi_m</math>: Margin fase, yaitu nilai absolut dari ingsut atau pergeseran fase simpal terbuka di antara terminal keluaran dan masukan pembalik pada [[frekuensi]] di mana modulus penguatan simpal terbuka adalah satu.<ref name="ti-spec"/>
* <math>A_m</math>: Margin bati, adalah timbalbalikan dari nilai penguatan
* <math>A_v</math>: Penguatan tegangan sinyal besar, yaitu nisbah dari ayunan tegangan puncak ke puncak keluaran terhadap besar perubahan tegangan masukan yang dibutuhkan.<ref name="ti-spec"/>
* <math>B1</math>: Lebar pita bati satuan ([[bahasa Inggris]]: ''unity gain bandwidth'') adalah rentang frekuensi di mana bati penguatan tegangan simpal terbuka bernilai lebih dari satu.<ref name="ti-spec"/>
* <math>C_i</math>: [[Kapasitansi]] masukan, yaitu nilai kapasitansi di antara dua terminal masukan dengan salah satu masukan dibumikan.<ref name="ti-spec"/>
* <math>CMRR</math>: [[Nisbah penolakan ragam bersama]] (bahasa Inggris: ''common-mode rejection ratio'') adalah nisbah atau perbandingan nilai penguatan dari selisih tegangan listrik dalam penguatan ragam bersama (bahasa Inggris: ''common-mode'').<ref name="ti-spec"/> Nilai ini diukur dengan cara menentukan nisbah perubahan pada tegangan listrik masukan ragam bersama terhadap perubahan yang dihasilkannya pada tegangan ofset.<ref name="ti-spec"/>
* <math>GBW</math>: Darab lebar-pita bati (bahasa Inggris: ''gain bandwidth product'') adalah nilai hasil perkalian antara nilai penguatan tegangan simpal terbuka dan frekuensi sinyal saat pengukuran tersebut.<ref name="ti-spec"/>
* <math>Z_{ic}</math>: [[Impedansi]] masukan ragam bersama, yaitu hasil penjumlahan paralel impedansi terhadap sinyal kecil di antara tiap terminal masukan dengan bumi.<ref name="ti-spec"/>
Baris 49:
== Notasi Sirkuit ==
[[Berkas:
Simbol penguat operasional pada rangkaian seperti pada gambar di samping, di mana:
* <math>V_{\!+}</math>: masukan non-pembalik
* <math>V_{\!-}</math>: masukan pembalik
Baris 58:
* <math>V_{\text{S}\!-}</math>: catu daya negatif
Catu daya pada notasi penguat operasional
== Aplikasi sirkuit ==
Terdapat banyak sekali penggunaan dari penguat operasional dalam berbagai jenis sirkuit listrik.<ref name="Hayt"/> Di bawah ini dipaparkan beberapa penggunaan umum dari penguat operasional dalam contoh sirkuit:
=== Komparator (
[[Berkas:Op-Amp Comparator.svg|
Merupakan salah satu aplikasi yang memanfaatkan
Komparator membandingkan dua [[tegangan listrik]] dan mengubah keluarannya untuk menunjukkan tegangan mana yang lebih tinggi.<ref name="Hayt"/>
* <math> V_{\text{out}} = \left\{\begin{matrix} V_{\text{S+}} & V_1 > V_2 \\ V_{\text{S-}} & V_1 < V_2 \end{matrix}\right.
di mana <math>V_{\text{s}}</math> adalah tegangan catu daya dan penguat operasional beroperasi di antara <math>+V_{\text{s}}</math> dan <math>-V_{\text{s}}</math>.)
Baris 76:
=== Penguat pembalik ===
[[Berkas:Op-Amp Inverting Amplifier.svg|300px|
Sebuah penguat pembalik menggunakan [[umpan balik]] negatif untuk membalik dan menguatkan sebuah tegangan.<ref name="Horn">{{en}} {{cite book
:<math> V_{\text{out}} = -\frac{R_{\text{f}}}{R_{\text{in}}} V_{\text{in}}\!\ </math>
Baris 84:
Di mana,
* <math>Z_{\text{in}} = R_{\text{in}}\ </math> (karena <math>V_{-}\ </math> adalah [[bumi maya]] (bahasa Inggris: '''''virtual ground''''')
* Sebuah resistor dengan nilai <math>R_{\text{f}} \| R_{\text{in}} \triangleq R_{\text{f}} R_{\text{in}} / (R_{\text{f}} + R_{\text{in}}) </math>, ditempatkan di antara masukan non-pembalik dan bumi. Walaupun tidak dibutuhkan, hal ini mengurangi galat karena arus bias masukan.<ref name="Malmstadt">{{en}} {{cite book
Bati dari penguat ditentukan dari rasio antara R<sub>f</sub> dan R<sub>in</sub>, yaitu:<ref name="Horn"/>
Baris 91:
:<math>A = -\frac{R_f}{R_{in}}</math>
Tanda negatif menunjukkan bahwa keluaran adalah pembalikan dari masukan.
=== Penguat non-pembalik ===
[[Berkas:Op-
Rumus penguatan penguat non-pembalik adalah sebagai berikut:<ref name="National AN-31">{{en}} {{cite web | title=Application Note 31 Op Amp Circuit Collection | url=http://www.national.com/an/AN/AN-31.pdf | filetype=pdf | publisher=National Semiconductor | language=Inggris | accessdate=2010-05-08 | archive-date=2000-09-01 | archive-url=https://web.archive.org/web/20000901080854/http://www.national.com/an/AN/AN-31.pdf | dead-url=yes }}</ref>
:<math>V_{\text{out}} = V_{\text{in}} \left( \frac{R_1 + R_2}{R_1} \right)\,</math>
Baris 107:
=== Penguat diferensial ===
[[Berkas:Op-Amp Differential Amplifier.svg|
Penguat diferensial digunakan untuk mencari
:<math> V_{\text{out}} = \frac{ \left( R_{\text{f}} + R_1 \right) R_{\text{g}} }{\left( R_{\text{g}} + R_2 \right) R_1} V_2 - \frac{R_{\text{f}}}{R_1} V_1 </math>
Baris 119:
=== Penguat penjumlah ===
[[Berkas:Op-Amp Summing Amplifier.svg|
Penguat penjumlah menjumlahkan beberapa tegangan masukan, dengan persamaan sebagai berikut:<ref name="National AN-31"/>
Baris 131:
* Saat <math>R_1 = R_2 = \cdots = R_n = R_{\text{f}}\ </math>, maka:
:<math> V_{\text{out}} = -( V_1 + V_2 + \cdots + V_n ) \!\ </math>
* Keluaran adalah terbalik.
* Impedansi masukan dari masukan ke-n adalah <math>Z_n = R_n \ </math> (di mana <math>V_- \ </math> adalah bumi maya)
Baris 137:
=== Integrator ===
[[Berkas:Op-Amp Integrating Amplifier.svg|
Penguat ini [[integral|mengintegrasikan]] [[tegangan listrik|tegangan]] masukan terhadap [[waktu]], dengan persamaan:<ref name="National AN-31"/>
Baris 145:
di mana <math>t\ </math> adalah waktu dan <math>V_{\text{mula}}\ </math> adalah tegangan keluaran pada <math>t = 0\ </math>.
Sebuah integrator dapat juga dipandang sebagai
=== Diferensiator ===
[[Berkas:Op-Amp Differentiating Amplifier.svg|
[[Diferensial|Mendiferensiasikan]] sinyal hasil pembalikan terhadap waktu dengan persamaan:<ref name="mit-opamp2">{{en}} {{cite web | title=Fundamental Amplifier Circuits; Input/Output Impedance | url=http://ocw.mit.edu/NR/rdonlyres/38FF6DFD-7C8F-4368-B9AC-AB96036B2F5F/0/23_op_amps2.pdf | filetype=pdf | first1=Manos | last1=Chaniotakis | first2=David | last2=Cory | publisher=MIT OpenCourseWare | year=2006 | accessdate=2010-05-10}}</ref>
:<math>V_{\text{out}} = -RC \,\frac{\operatorname{d}V_{\text{in}} }{ \operatorname{d}t} \, \qquad </math>
Baris 157:
di mana <math> V_{\text{in}}\ </math> dan <math> V_{\text{out}} \ </math> adalah fungsi dari waktu.
Pada dasarnya diferensiator dapat juga dibangun dari integrator dengan cara mengganti [[kapasitor]] dengan [[induktor]], namun tidak dilakukan karena harga induktor yang mahal dan bentuknya yang besar.<ref name="mit-opamp2"/> Diferensiator dapat juga dilihat sebagai
== Referensi ==
{{reflist}}
== Pranala
* {{en}} [http://www.national.com/analog/amplifiers/application_notes National Semiconductor Operational Amplifier Application Notes] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20100517001156/http://www.national.com/analog/amplifiers/application_notes |date=2010-05-17 }}
* {{en}} [http://focus.ti.com/lit/an/sloa064/sloa064.pdf A Differential Op-Amp Circuit Collection]
[[Kategori:Elektronika]]
| |||