Operasional Amplifier (Op-Amp)

Operasional amplifier (Op-Amp) adalah suatu penguat berpenguatan tinggi yang terintegrasi dalam sebuah chip IC yang memiliki dua input inverting dan non-inverting dengan sebuah terminal output, dimana rangkaian umpan balik dapat ditambahkan untuk mengendalikan karakteristik tanggapan keseluruhan pada operasional amplifier (Op-Amp). Pada dasarnya operasional amplifier (Op-Amp) merupakan suatu penguat diferensial yang memiliki 2 input dan 1 output.

Op-amp ini digunakan untuk membentuk fungsi-fungsi linier yang bermacam-mcam atau dapat juga digunakan untuk operasi-operasi tak linier, dan seringkali disebut sebagai rangkaian terpadu linier dasar. Penguat operasional (Op-Amp) merupakan komponen elektronika analog yang berfungsi sebagai amplifier multiguna dalam bentuk IC dan memiliki simbol sebagai berikut :

Simbol Operasional Amplifier (Op-Amp)

Prinsip kerja sebuah operasional Amplifier (Op-Amp) adalah membandingkan nilai kedua input (input inverting dan input non-inverting), apabila kedua input bernilai sama maka output Op-amp tidak ada (nol) dan apabila terdapat perbedaan nilai input keduanya maka output Op-amp akan memberikan tegangan output. Operasional amplifier (Op-Amp) dibuat dari penguat diferensial dengan 2 input. Sebagai penguat operasional ideal , operasional amplifier (Op-Amp) memiliki karakteristik sebagai berikut :

Impedansi Input (Zi) besar = ∞
Impedansi Output (Z0) kecil= 0
Penguatan Tegangan (Av) tinggi = ∞
Band Width respon frekuensi lebar = ∞
V0 = 0 apabila V1 = V2 dan tidak tergantung pada besarnya V1.
Karakteristik operasional amplifier (Op-Amp) tidak tergantung temperatur / suhu.

Rangkaian dasar operasional amplifier (Op-Amp) dibuat dari bipolar transistor (BJT) seperti terlihat pada gambar berikut.

Rangkaian Dasar Operasional Amplifier (Op-Amp) Penguat Diferensial

Pada penguat diferensial diatas terdapat dua sinyal masukan (input) yaitu V1 dan V2. Dalam kondisi ideal, apabila kedua masukan identik (Vid = 0), maka keluaran Vod = 0. Hal ini disebabkan karena IB1 = IB2 sehingga IC1 = IC2 dan IE1 = IE2. Karena itu tegangan keluaran (VC1 dan VC2) harganya sama sehingga Vod = 0.

Apabila terdapat perbedaan antara sinyal V1 dan V2, maka Vid = V1 – V2. Hal ini akan menyebabkan terjadinya perbedaan antara IB1 dan IB2. Dengan begitu harga IC1 berbeda dengan IC2, sehingga harga Vod meningkat sesuai sesuai dengan besar penguatan Transistor.

Untuk memperbesar penguatan dapat digunakan dua tingkat penguat diferensial (cascade). Keluaran penguat diferensial dihubungkan dengan masukan penguat diferensial tingkatan berikutnya. Dengan begitu besar penguatan total (Ad) adalah hasil kali antara penguatan penguat diferensial pertama (Vd1) dan penguatan penguat diferensial kedua (Vd2).

Mode operasi dari sebuah operasional amplifier (Op-Amp) dapat diset dalam beberapa mode penguatan sebagai berikut.

Mode Loop Terbuka

Pada mode loop terbuka besarnya penguatan tegangan adalah tak berhingga (∞), sehingga besarnya tegangan output hampir dan bisa dikatakan mendekati Vcc. Expresi matematika pada penuat operasional mode loop terbuka adalah.

$Av=\infty$

Sehingga tegangan output ≈ Vcc.

Mode Loop Tertutup

Pada mode loop tertutup besarnya penguatan tegangan (Av) adalah besar tetapi tidak mecapai nilai maksimalnya dan dapat dituliskan sebagai berikut.

$Av<Max$

Mode Penguatan Terkendali

Pada mode operasi penguatan terkendali besarnya penguatan dari operasional amplifier (Op-Amp) dapat ditentukan dari nilai resistansi feedback dan input. Sehingga nilai penguatan tegangan (Av) pada mode operasi ini dapat dituliskan sebgai berikut.

$Av=-\frac{Rf}{Rin}$

Sehingga besarnya tegangan output adalah :

$Vout=-\left ( \frac{Rf}{Rin} \right )Vin$

Mode Penguatan 1

Mode operasi penguatan 1 pada operasional amplifier (Op-Amp) sering disebut dengan istilah buffer (penyangga). Hal ini karena pada mode ini tidak terjadi penguatan tegangan (Av) bernilai 1. Konfigurasi ini berfungsi untuk memperkuat arus sinyal sehingga tidak drop pada saat diberikan beban terhadap sinyal input. Besarnya tegangan output (Vout) sama dengan tegangan input (Vin) karena penguatan tegangan (Av) operasional amplifier (Op-Amp) bernilai 1.