23/02/2015

1

Basic Op AmpElektronika Terpadu

(V3TE 2200)2 sks

Pertemuan 3

OPERATIONAL AMPLIFIERSimbol Package

23/02/2015

2

OP-AMP IDEAL

Untai Ekivalent :

Karakterisitik : Infinite Voltage Gain (Av), Infinite Resistans Input (Zin) Resistansi Output (Zout) nol. Tegangan output nol ketika

tegangan input nol. Infinite Bandwidth (BW), CMRR nol, Slew Rate nol (laju perubahan

tegangan terhadap waktu).

Dalam Praktek :

Artinya karakterisitik ideal tersebutdalam kenyataannya terbatas.

23/02/2015

3

Untai OP AMP Dasar

Untai Blok Diagram

Rangkaian Dalam Op-Amp

23/02/2015

4

Rangkaian Dalam Sumber arus digunakan untuk bias rangkaian-

rangkaian selanjutnya.

Penguatan Op-amp diperoleh dari dua penguatdifferensial

Penggeser level (level shifter) menggesertegangan DC di kaki Collector Q4 ke nol untuk kemudian dimasukkan ke rangkaian berikutnya.

Rangkaian keluaran umumnya adalah penguatpush pull klas AB atau driver arus. Di sampinguntuk mensuplay arus ke beban, untai keluaranbersifat low output resistance.

Ketiadaan kapasitor kopling dan bypass memungkinkan sebuah op-amp berfungsisebagai penguat isyarat AC maupun DC.

OP AMP Data Sheet Parameters

Input Offset Voltage Input Bias Current Input Impedance Input Offset Current Output Impedance Common Mode Input Open Loop Voltage Gain Common-Mode Rejection Ratio Slew rate Frequency Response

23/02/2015

5

Op-amp merupakan rangkaian penguat operasional yang mampu mendeteksi serta memperkuat sinyal baik DC maupun AC dengan penguatan yang mendekati ideal.

Rangkaian ini dibangun atas elemen-elemen transistor, resistor, dan kapasitor.

Op-amp memerlukan catu daya positif dan negatif atau ground.

Bagian dalam OP-AMP seri 741

23/02/2015

6

Differential Amplifier Penguat diferensial

merupakan dasarpenyusun OP AMP.

Biasanya terdiri daridua atau lebihpenguat diferensial.

Both Input Grounded

23/02/2015

7

Bias Voltage on Input 1

Bias Voltage on Input 2

23/02/2015

8

Single-Ended Input Operation

Input Offset Voltage

23/02/2015

9

Input Bias Current

Input Impedance

23/02/2015

10

Input Offset Current

= = = =

Sehingga : () =

Output Impedance

23/02/2015

11

Differential Operation

Common Mode Operation

23/02/2015

12

CMRR (Common-Mode Rejection Ratio)

Parameter ini cukup penting untuk menunjukkan kinerja op-amp tersebut.

Op-amp dasarnya adalah penguat diferensial dan mestinya tegangan input yang dikuatkan hanyalah selisih tegangan antara input V1 (non-inverting) dengan input V2 (inverting).

Karena ketidak-idealan op-amp, maka tegangan persamaan dari kedua input ini ikut juga dikuatkan.

Parameter CMRR diartikan sebagai kemampuan op-amp untuk menekan penguatan tegangan ini (common mode) sekecil-kecilnya.

CMRR didefenisikan dengan rumus CMRR = ADM/ACMyang dinyatakan dengan satuan dB.

CONTOH CMMR OP_AMP dengan CMRR = 90 dB, ini

artinya penguatan ADM (differentialmode) adalah kira-kira 30.000 kali dibandingkan penguatan ACM(commom mode).

Kalau CMRR-nya 30 dB, maka artinya perbandingannya kira-kira hanya 30 kali.

23/02/2015

13

Aplikasi Real CMMR Misalkan tegangan input V1 = 5.05 volt

dan tegangan V2 = 5 volt, maka tegangan diferensialnya

(differential mode) = 0.05 volt, tegangan persamaan-nya

(common mode) adalah 5 volt.

Sehingga ...dengan CMMR, maka : CMRR yang makin besar maka op-amp

diharapkan akan dapat menekan penguatan sinyal yang tidak diinginkan (common mode) sekecil-kecilnya.

Jika kedua pin input dihubung singkat dan diberi tegangan, maka output op-amp mestinya nol.

Dengan kata lain, op-amp dengan CMRR yang semakin besar akan semakin baik.

23/02/2015

14

Slew Rate Di dalam op-amp kadang

ditambahkan beberapa kapasitor untuk kompensasi dan mereduksi noise.

Namun kapasitor ini menimbulkan kerugian yang menyebabkan response op-amp terhadap sinyal input menjadi lambat.

Op-amp ideal memiliki parameter slew-rate yang tak terhingga.

Slew Rate ( ...lanjutan...) Sehingga jika input berupa sinyal kotak,

maka outputnya juga kotak. Tetapi karena ketidak idealan op-amp,

maka sinyal output dapat berbentuk ekponensial.

OP-AMP LM741 : Memiliki slew-rate sebesar 0.5V/us. Ini berarti perubahan output op-amp

LM741 tidak bisa lebih cepat dari 0.5 volt dalam waktu 1 us.

23/02/2015

15

Slew Rate Measurement

Test Circuit Input - Output

CONTOH :

23/02/2015

16

Penguatan Open-Loop Op-amp idealnya memiliki penguatan open-

loop (AOL) yang tak terhingga. Namun pada prakteknya op-amp semisal

LM741 memiliki penguatan yang terhinggakira-kira 100.000 kali.

Sebenarnya dengan penguatan yang sebesar ini, sistem penguatan op-ampmenjadi tidak stabil.

Input diferensial yang amat kecil saja sudah dapat membuat outputnya menjadi saturasi.

NEGATIVE FEEDBACK

Ilustrasi :

23/02/2015

17

Mengapa perlu feedback ?

KONFIGURASI OP AMP

Closed Loop Voltage Gain, Acladalah voltage gain dari op amp dengan negative feedback.

Untuk mengatur besarnya gain dengan memberikan feedback padarangkaian dengan komponeneksternal.

23/02/2015

18

Unity-Gain Frequency Op-amp ideal mestinya bisa bekerja pada

frekuensi berapa saja mulai dari sinyal dcsampai frekuensi GHz.

Parameter unity-gain frequency menjadi penting jika op-amp digunakan untuk aplikasi dengan frekuensi tertentu.

Parameter AOL biasanya adalah penguatan op-amp pada sinyal DC.

Response penguatan op-amp menurun seiring dengan menaiknya frekuensi sinyal input.

CONTOHOP-AMP LM741 :

Memiliki unity-gain frequency sebesar 1 MHz.

Ini berarti penguatan op-amp akan menjadi 1 kali pada frekuensi 1 MHz.

Jika perlu merancang aplikasi pada frekeunsi tinggi, maka pilihlah op-ampyang memiliki unity-gain frequencylebih tinggi.

23/02/2015

19

Power Gain

Dirumuskan : = =

= = Atau dirumuskan dalam bentuk lain

= Atau :

= //

Logarithm Satuan yang banyak digunakan decibel

(dB) dengan logarithm. Persamaan logaritma : y = bx

nilai y ditentukan oleh eksponen basis b Decibel (dB) menggunakan basis 10

Persamaan logaritma : y = 10x Atau x = log10y

.. ingat .. 10x x 10y = 10x+y,

log xy = log x + log y

23/02/2015

20

Decibel Power Ratio Liner nilainya sangat besar direduksi logaritmis

= 10 log(

) Untuk power gain dirumuskan :

= (

) = 10 log(

)

Decibel Voltage Ratio

= 10

Jika R1 = R2 maka :

= 10

Karena : log x2 = 2 log x

=

23/02/2015

21

41