Pengertian Op-Amp (Operational Amplifier) - Operational amplifer atau yang lebih sering disebut dengan Op-Amp ini adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang memiliki fungsi sebagai penguat sinyal listrik.
Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa transistor, dioda, resistor dan kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tingi pada rentang frekuensi yang luas. Dalam bahasa Indonesia, Operational Amplifier atau Op-Amp ini sering juga disebut dengan penguat operasional.
Umumnya, Op-Amp di kemas dalam bentuk IC (integrated circuit), sebuah IC Op-Amp dapa terdiri dari hanya 1 rangkaian Op-Amp atau bisa juga terdiri dar beberapa rangkaian Op-Amp. Jumlah rangkaian Op-Amp dalam satu kemasan IC dapat dibedakan menjadi single Op-Amp, dual Op-Amp dan Quad Op-Amp. Ada juga IC yang di dalamnya terdapat rangkaian Op-Amp disamping rangkaian utama lainnya.
Sebuah rangkaian Op-Amp mempunyai dua input yaitu satu Input Inverting dan satu Input Non-inverting serta mempunya satu output. Sebuah Op-Amp juga mempunyai dua koneksi catu daya yaitu satu untuk car daya positif dan satu untuk catu daya negatif.
Bentuk simbol Op-Amp adalah segitiga dengan garis-garis Input, Output dan Catu dayanya seperti pada gambar berikut ini. Salah satu tipe IC Op-Amp yang paling populer adalah IC741.
Bentuk dan Simbol IC Op-Amp
Berikut bentuk dan simbol dari Op-Amp :
Fungsi Op-Amp
Operasional Amplifier adalah perangkat elektronika yang berfungsi sebagai penguat sinyal input. Selain itu Op-Amp juga berfungsi sebagai pengindera atau pendeteksi arus listrik, yakni jenis arus AC dan DC.
Adapun fungsi Op-Amp adalah sebagai berikut:
- Buffer sinyal.
- Berfungsi sebagai sensor.
- Digunakan sebagai penguat.
- Berfungsi untuk memperkuat sinyal.
- Mengkonversikan sinyal analog ke digital.
- Memperkuat volume suara.
- Mengatur tegangan.
- Sebagai filter aktif.
- Instrumen.
Prinsip Kerja Op-Amp
Op-Amp memiliki prinsip kerja dengan cara membandingkan nilai dari kedua inputnya. Jadi input inverting dan non inverting yang terdapat pada perangkat tersebut akan menentukan seberapa besar tegangan yang akan dihasilkan oleh outputnya.
Pada dasarnya, prinsip kerja Op-Amp ada dua, yaitu:
- Apabila dalam sebuah operasional amplifier tegangan input inverting dan non inverting bernilai sama, maka output yang dihasilkan nilainya adalah nol.
- Namun, apabila kedua input memiliki nilai berbeda, maka output yang terdapat pada Op-Amp akan menghasilkan nilai tertentu.
Pada sebuah operasional amplifier terdapat 2 jalur yang akan dilalui oleh sumber tegangan, yaitu tegangan positif dan negatif. Ketika input non inverting (+) pontensialnya lebih kecil dibandingkan dengan input inverting (-) maka outputnya yang dihasilkan nilainya positif.
Sebaliknya ketika keluaran inverting memiliki potensial yang lebih besar dibandingkan dengan input non inverting, maka hasil negatif adalah nilai yang didapatkan outputnya.
Rangkaian Dasar Operational Amplifier (Op-Amp) Penguat Diferensial
Pada penguat diferensial diatas terdapat dua sinyal Input yaitu V1 dan V2. Dalam kondisi ideal, apabila kedua Input identik (Vid = 0), maka Output Vod = 0. Hal ini disebabkan karena IB1 = IB2 sehingga IC1 = IC2 dan IE1 = IE2. Karena itu tegangan Output (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). Output penguat diferensial dihubungkan dengan Input 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 penguat operasional mode loop terbuka adalah.
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.
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.
Sehingga besarnya tegangan output adalah :
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.
Karakteristik Operational Amplifier (Op-Amp)
Karakteristik Faktor Penguat atau Gain pada Op-Amp umumnya ditentukan oleh Resistor Eksternal yang terhubung diantara Output dan Input pembalik (Inverting Input). Konfigurasi dengan umpan balik negatif (Negative Feedback) ini biasanya disebut dengan Closed-Loop configuration atau Konfigurasi Lingkar Tertutup.
Umpan balik negatif ini akan menyebabkan penguatan atau gain menjadi berkurang dan menghasilkan penguatan yang dapat diukur serta dapat dikendalikan. Tujuan pengurangan Gain dari Op-Amp ini adalah untuk menghindari terjadinya Noise yang berlebihan dan juga untuk menghindari respon yang tidak diinginkan.
Sedangkan pada Konfigurasi Lingkar Terbuka atau Open-Loop Configuration, besar penguatannya adalah tak terhingga (∞) sehingga besarnya tegangan output hampir atau mendekati tegangan Vcc.
Secara umum, Operational Amplifier (Op-Amp) yang ideal memiliki karakteristik sebagai berikut :
- Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga)
- Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol)
- Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga)
- Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol)
- Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga)
- Karakteristik tidak berubah dengan suhu
Pada dasarnya, kondisi Op-Amp ideal hanya merupakan teoritis dan hampir tidak mungkin dicapai dalam kondisi praktis. Namun produsen perangkat Op-Amp selalu berusaha untuk memproduksi Op-Amp yang mendekati kondisi idealnya ini.
Oleh karena itu, sebuah Op-Amp yang baik adalah Op-Amp yang memiliki karakteristik yang hampir mendekati kondisi Op-Amp Ideal.