op – amp - Sigit Pramono

Rangkaian penguat operasional
(Op-amp) Linier
Sigit Pramono,ST,MT
Tujuan Pembelajaran
Setelah mengikuti kuliah ini, Mahasiswa dapat mendesain
(C5) dan membandingkan (A4) rangkaian penguat
operasional (Op-amp) Linier
Materi Ajar
• Pengertian penguat operasional (Op-amp)
• Karakteristik Op-amp
• Rangkaian Inverting Amp (penguat membalik)
• Rangkaian Non Inverting Amp (penguat tak membalik)
• Rangkaian Voltage Folower (Pengikut Tegangan /Buffer)
• Rangkaian Summing Amp (Penguat Penjumlah)
• Rangkaian Difrensial Amp (Penguat Selisih)
Pengertian penguat operasional
(Op-amp)
Operational Amplifier (Op – Amp) pada hakekatnya
adalah suatu penguat diferensial terkopel DC dengan
penguatan sangat tinggi.
Penggunaan Op – Amp :
 Komunikasi Audio dan Radio
Teknologi Kedokteran
Instrumentasi
Pengendalian, dll
Simbol dan Kemasan
+V
Noninverting
+
Inverting
-
Output
-V
DIP 8
DIP 14
Kaleng 8 Pin
IC Product
OFFSET
NULL
-IN
OUTPUT A
1
V+
-IN A
2
6
OUTPUT
+IN A
3
5
OFFSET
NULL
V
4
1
8 N.C.
2
7
+IN
3
V
4

+
DIP-741
8 V+

+
7 OUTPUT B

6 -IN B
+
5 +IN B
Dual op-amp 1458 device
Karakteristik Op-Amp Ideal
+Vcc
Very high differential gain
Input 1
High input impedance
+
V
o
Low output impedance
Vd
Output

Provide voltage changes
Input 2
(amplitude and polarity)
-Vcc Rout~0
• Used in oscillator, filter and Rin~inf
instrumentation
Vo  GdVd
• Accumulate a very high
Gd : differenti al gain normally
gain by multiple stages
•
•
•
•
very large, say 105
Schematic Op Amp 741
Perbandingan Karakteristik
Op Amp
Parameter
Ideal
LM741
LF347
LM318
Open-loop Gain (AOL)
∞
2 . 105
105
2 . 105
Input Resistance (Rin)
∞Ω
2MΩ
1012 Ω
3MΩ
Output Resistance (Ro)
0Ω
75 Ω
75 Ω
75 Ω
Gain Bandwidth Product ∞ Hz
1 MHz
4 MHz
15 MHz
CMRR
90 dB
100 dB
100 dB
∞
Rangkaian ekivalen Op - Amp
Ideal op-amp
Practical op-amp
+ AVin
Vin
+
Vout
~

Zout=0
Vin
Zout
Zin
~
 AVin
Vout
Catu Daya Op-Amp
Op – Amp dapat dicatu dari sumber tegangan DC
dengan output simetris ataupun tunggal.
Tegangan catu Op-Amp antara : ± 5 V s/d ± 18 V
+
0
-
Catu Daya DC output tunggal
Catu Daya DC output simetris
Tegangan Output
+V
V1
V2
+
AOL
-
Vo = AOL (V1 – V2)
Vo
Vd = V1 – V2
Vo = AOL . Vd
-V




Vd : adalah tegangan selisih pada masukan
Batas atas tegangan output = tegangan positif saturasi (+VSat)
Batas bawah tegangan output = tegangan negatif saturasi (-VSat)
Tegangan saturasi besarnya antara 1 sampai dengan 2 Volt di
bawah tegangan catu
Terminal Input
Op-Amp mempunyai dua buah terminal input yaitu :
• Non-inverting ( + )
• Inverting ( - )
+V
Vd
+
AOL
-
+V
Vo = AOL.Vd
-V
Vd
+
AOL
-
Vo = - AOL.Vd
-V
Deferensial Input (Vd)
Dari persamaan output : Vo = AOL. Vd
Didapat
:
 VSat
Vd Maks 
AOL
Contoh : Op – Amp LM 741 mempunyai AOL = 200.000
dan ± Vsat = ± 13 Volt
 VSat  13Volt
Vd Maks 

 65V
AOL
200.000
Vd maks menunjukkan tegangan maksimum yang akan
membuat tegangan output menjadi saturasi
Contoh Vcc = ± 15V, VSat = ± 13V dan AOL = 200.000
No
V(+)
V(-)
Vd
Polaritas
Vd
VO
Polaritas
VO
1.
-15V
-10V
-5V
-
-1V
-
2.
15V
-10V
25V
+
5V
+
3.
-5V
-10V
5V
+
1V
+
4.
1V
-
-0,2V
-
5.
0
+5mV
-5mV
-
-13V
-
6.
15mV
0
+15mV
+
13V
+
1,000001V -1V
Inverting Ampfier (Penguat Membalik )
Vi
VRF
+
-
RF
0
I
R1
Vi
I
+
-
t
+V
Vo
Vd = 0
+
Vo
Acl.Vi
-V
0
t
Dengan Vd = 0
I
Vi
R1
VO  VRF
 Vi 
  I .RF   .RF
 R1 
R 
VO   F Vi
 R1 
VO
R
 ACL   F
Vi
R1
ViMak 
 VSat
ACL
Ri  R1
Non Inverting Amp (Penguat Tak-membalik)
Dengan Vd = 0
Vi
+V
Vi
Vi  VR1 ,  I 
+
Vo
Vd = 0
0
+
-V
t
VO  VRF  VR1  I .RF  Vi
RF
+
I
Vi
R1
Vo
Acl.Vi
R1
0
t
 Vi 
VO  VRF  VR1   .RF  Vi
 R1 
 RF 
VO    1Vi
 R1 
VO
ACL 
Vi
 RF 
   1
 R1 
ViMak
 VSat

ACL
Ri  Ri (OL )
Contoh :Jika VSat = ± 8 Volt
Jika VI berupa sinyal AC :
Jika VI berupa sinyal DC :
R 
VO   F Vi
 R1 
 100 K 
VO  
Vi  10 Vi
 10 K 
Vi
0,2V
RF
100K
10K
t
+ 9V
R1
Vi
0
-0,2V
-
Vo
Vo
+
- 9V
10K
2V
RL
t
0
VI (Volt)
VO (Volt)
+ 0,3
-3
- 0,52
+ 5,2
1
- 8 (-VSat)
- 2V
Vi
1V
RF
100K
-1V
Vo
+
- 9V
10K
10K
t
+ 9V
R1
Vi
0
RL
Vo
Terpotong pada VSat
8V
0
- 8V
t
Contoh :Jika VSat = ± 8 Volt
Jika VI berupa sinyal AC :
Jika VI berupa sinyal DC :
Vi (Volt)
+ 9V
0,2V
Vi
+
Vo
- 9V
100K
0
-
RF
t
-0,2V
 RF 
VO  
 1Vi
 R1 
Vo (Volt)
10K
2,2V
R1
t
0
 100 K

VO  
 1Vi  11Vi
 10 K

- 2,2V
Vi (Volt)
+ 9V
VO (Volt)
+ 0,3
3,3
- 0,52
- 5,72
1
8 (VSat)
1V
+
Vo
- 9V
100K
0
RF
t
- 1V
Vo (Volt)
Terpotong pada VSat
10K
Vi
VI (Volt)
R1
8V
0
- 8V
t
Voltage Follower(Pengikut Tegangan)/Buffer
+V
Vo
Vd = 0
Vi
+
-V
Vi
0
t
Vo
Vi
0
t
Dengan Vd = 0
VO = Vi
Sehingga :
VO
ACL 
1
VI
Ri >> = BESAR
Ro << = KECIL
Summing Amp- Inverting (Penjumlah)
R1
V3
V1
V2
I1  , I 2  , I 3 
R1
R2
R3
I1
V1
I
R2
I  I1  I 2  I 3
RF
I2
V2
R3
I3
VO  VRF  I .RF
+V
-
V3
Vo
Vd = 0
+
-V
Jika RF = R1 = R2 = R3 = R
VO  V1  V2  V3 
 V1 V2 V3 
 RF
VO  


 R1 R2 R3 
Jika R1 = R2 = R3 = R
VO  
RF
V1  V2  V3 
R
Contoh : Jika VSat = ± 13 Volt
R1= 10 K
V1
RF = 10 K
V1 = 3V, V2 = 2V, V3 = 1V
R2 = 4K7
V2
+ 15V
R3 = 2K2
V3
VO
+
- 15V
 R
VO   F
 R1

R
V1   F

 R2
R

V2   F

 R3
 
V3 
 
 10 K 
 10 K 
 10 K  
VO  
2V  
1V 
3V  
10
K
4
,
7
K
2
,
2
K





 

VO  3V  4,26V  4,5V   11,76V
Contoh :
RF = 10 K
R1= 10 K
V1
V2
(Volt)
VO
(Volt)
+1
+1
-2
+1
-1
0
-2
-1
+3
-1
+2
-1
+2
+1
-3
+ 9V
R2 = 10 K
V2
V1
(Volt)
VO
+
- 9V
Summing Amp –Non inverting (Penjumlah)
Vi didapatkan dari persamaan simpul :
+V
Vi
+
Vo
Vd = 0
R
V1
R
-V
RF = R
V2
R
Vi  V1 Vi  V2

0
R
R
Sedemikian rupa sehingga :
Vi 
V1  V2
2
Dengan demikian :
V1  V2
 RF 
VO  
 1Vi  2
2
 R

VO  V1  V2
Penjumlah Tak-membalik – N Masukan
+V
Vi
+
Vo
Vd = 0
R
V1
V2
R
R
-V
V3
VO = V1 + V2 + V3
R(n-1)
R
Contoh :
+ 9V
Vi
+
Vo
Vd = 0
R1
10K
V1
1V
R2
10K
- 9V
V2
2V
RF
10K
R3
10K
Vi  V1 Vi  V2

0
R
R
Vi 
V1  V2 (1  2)V

 1,5Volt
2
2
 RF 
 10 K 
VO  
 1Vi  
 11,5V  21,5V  3Volt
 10 K 
 R3 
Contoh :
+ 9V
Vi
+
VO
Vd = 0
R1
10K
V1
1V
V2
2V
R2
10K
V3
3V
R3
10K
- 9V
R4
20K
R5
10K
V1  V2  V3 1V  2V  3V 6V
Vi 


 2Volt
3
3
3
 R4 
 20 K 


VO    1Vi  
 12V  32V  6Volt
 10 K 
 R5 
Defference Amplifier (Penguat Selisih)
 R3  R4
R3
VO    1
V2  V1
R1
 R1  R4  R2
R3
R1
V1
R2
V2
Jika R1 = R2 = R, dan R3 = R4 = RF
+V
Vd = 0
Vi
Vo
+
RF
V2  V1 
VO 
R
-V
R4
Jika R1 = R2 = R3 = R4 = R
VO  V2  V1 
Contoh :
Jika R1 = R2 = R3 = R4 = R =
10K
VO  V2  V1 
R3 : 10K
V1 (Volt)
R1
10K
+ 9V
-
V1
Vd = 0
Vi
V2
R2
10K
R4
10K
VO
+
- 9V
2
4
4
-2
-4
-4
-2
V2 (Volt) VO (Volt)
4
2
-2
4
2
-2
-4
2
-2
-6
6
6
2
-2
Contoh :
R3 : 22K
R3 : 15K
V1
4V
R1
10K
+ 9V
VO
Vd = 0
V2
2V
R2
10K
+
- 9V
R4
22K
(a)
RF
V2  V1 
VO 
R
22 K
2V  4V   4,4V
VO 
10 K
V1
1V
R1
10K
+ 9V
VO
Vd = 0
V2
2V
R2
12K
+
- 9V
R4
18K
(b)
 R3

R3
R4

VO  

1
V

V1
R
R R 2
R1
2
 1
 4
 15 K  18 K
2V   15K 1V   1,5V
VO  
 1
10 K
 10 K  18K  12 K
Penguat Intrumentasi
V1
+
-
A1
VO1
R1
R2
R3
-
RG
A3
VO
+
R3
V2
VO1  VO 2 
R1
A2
+
R2
VO2
R3  RG  R3 V1  V2 
VO  AV2  V1 
RG

2R3 

V1  V2 
VO1  VO 2  1 
RG 

R2
VO 2  VO1 
VO 
R1
 2 R  R 
A  AI . AII  1  3  2 
RG  R1 

PEMAKAIAN OP-AMP DALAM MATEMATIKA
Contoh 1
R1
10K
V1
RF 100K
R2
20K
V2
+V
R3
40K
-
V3
Vo
Vd = 0
+
-V
VO = - (10V1 + 5V2 + 2,5V3 )
Contoh 2 : Rangkaian Adder - Substractor
RF
R1
V1
+V
R2
V2
Vo
R1'
V3
V4
+
R2'
-V
RF’
R1 = 25K; R2 = 50K; RF = RF’ = 100K
R1’ = 10K; R2’ = 100K
VO = -4V1 – 2V2 + 10V3 + V4