rangkaian-rangkaian dasar operational amplifier

RANGKAIAN-RANGKAIAN DASAR
OPERATIONAL AMPLIFIER
(OP-AMP)
Inverting Amplifier
Pada titik A terjadi suatu fenomena yang
Rf
+
-
Vi
I1
disebut “virtual ground” yaitu titik yang
If
A
+
R1
-
I.
R3
memiliki nilai tegangan nol meskipun
RL
+
Vo
-
tidak terhubung langsung ke pertanahan
(ground). R1 merupakan resistor sumber
atau pembatas arus pada masukan
inverting. Rf merupakan resistor umpan
balik. R3 berfungsi sebagai resistor untuk
mengatur tegangan offset (offset voltage)
ke posisi nol.
Analisa Rangkaian:
I1 
V
Vi
; If   o
R1
Rf
Karena ada virtual ground pada node A, maka I1 = If sehingga:
V
V
Vi
R
  o  AV  o   f
R1
Rf
Vi
R1
Resistor R3 ditentukan nilainya:
R 3  R 1 || R f 
R1  R f
R1  R f
Contoh Soal:
Sebuah rangkaian inverting amplifier dioperasikan dengan tegangan masukan 3
Volt. Jika resistor sumber dan resistor umpan-balik masing-masing bernilai 3
K dan 15 K, maka berapakah nilai penguatan tegangan, tegangan keluaran
dan resistor untuk mengatur offset voltage?
Non-inverting Amplifier
Rf
Karena masukan non-inverting
terhubung ke Vi maka titik A memiliki
R1
If
A
beda potensial yang sama dengan Vi
-
I1
+
II.
RL
R3
+
Vo
-
(efek virtual ground). R1 merupakan
resistor sumber atau pembatas arus pada
masukan inverting. Rf merupakan
resistor umpan balik. R3 berfungsi
+
Vi
-
sebagai resistor untuk mengatur
tegangan offset (offset voltage) ke posisi
nol.
Analisa Rangkaian:
I1 
Vi
 Vi  I1  R 1
R1
Titik A memiliki nilai tegangan sama dengan Vi sehingga selisih tegangan
antara keluaran (Vo) terhadap A:
Vo – Vi = If Rf
Vo = Vi + If Rf
Vo = I1R1 + If Rf
Karena I1 = If maka:
Vo = I1 ( R1 + Rf )
Jadi:
AV 
Vo I1  R 1  R f 
R

 1 f
Vi
I1  R 1
R1
Sementara R3 dapat diketahui:
R 3  R 1 || R f 
R1  R f
R1  R f
Contoh Soal:
Suatu rangkaian non-inverting amplifier dioperasikan dengan tegangan masukan
2 Volt. Resistor umpan-balik 12 K dan resistor sumber 4 K digunakan pada
rangkaian. Tentukanlah nilai penguatan tegangan, tegangan keluaran dan arus
yang mengalir pada resistor umpan balik!
III. Buffer (Voltage Follower)
Rangkaian ini menghasilkan gain (AV) yang
selalu sama dengan 1. Fungsinya adalah
+
+
-
RL
Vi
sebagai penyangga (buffer) antar rangkaian
+
Vo = Vi
-
atau untuk mengisolasi bagian beban
(load/keluaran) terhadap sumber
(source/masukan).
IV. Adder (Summing Amplifier)
Rangkaian ini sebenarnya merupakan
Rf
R1
I1
R2
+
-
V1
-
+
+
-
V2 I2
pengembangan dari inverting
If
A
R3
amplifier. R1 dan R2 merupakan
RL
+
Vo
-
resistor sumber atau pembatas arus
pada masukan inverting. Rf
merupakan resistor umpan balik. R3
berfungsi sebagai resistor untuk
mengatur tegangan offset (offset
voltage) ke posisi nol.
Analisa rangkaian:
Pada titik A terdapat virtual ground, sehingga:
dimana:
I1 
V
V1
V
; I2  2 ; If   o
R1
R2
Rf
Arus-arus pada titik A:
I1 + I2 = If
Mensubstitusikan persamaan sebelumnya:
V
V1 V2

 o
R1 R 2
Rf
V
V 
Vo  R f  1  2 
 R1 R 2 
Penguatan tegangan ditentukan masing-masing pada saat V1 dan V2 secara
bergantian dihubung-singkat ke ground:

V1 = 0 (V1 dihubung-singkat ke ground)
V
V
V2
R
  o1  A V1  o1   f
R2
Rf
V2
R2

V2 = 0 (V2 dihubung-singkat ke ground)
V
V
V1
R
  o 2  A V2  o 2   f
R1
Rf
V1
R1
Nilai bagi R3 ditentukan:
R3 = R1 || R2 || RF
Contoh Soal:
Suatu rangkaian penjumlah menggunakan sumber tegangan 3 V dan 6 V. Jika
masing-masingnya diberikan resistor seri 3 K dan 6 K beserta resistor
umpan-balik 12 K, maka berapakah nilai tegangan keluaran dan penguatan
tegangan untuk masing-masing sumber?
Subtractor (Difference Amplifier)
Rangkaian ini menggunakan
Rf
R1
+
V1
-
+
V2
-
R1 B
I2
tegangan V1 dan V2 yang masing-
If
A
+
I1
-
V.
R2 = Rf
Vo
masing terhubung dengan input
inverting maupun noninverting.Titik A dan B merupakan
virtual ground yang terhubung
secara tidak langsung dengan beda
potensial yang sama.
Resistor pembatas arus pada bagian inverting maupun non-inverting memiliki
nilai yang sama (R1) dimana V1  V2.
Analisa Rangkaian:
Pada titik A dan B:
If = I2 – I1
Arus yang muncul pada bagian inverting, non-inverting dan umpan-balik:
I1 
V
V1
V
; I2  2 ; If  o
R1
R1
Rf
Menghubungkannya dengan jumlah arus pada titik A dan B:
Vo V2 V1


R f R1 R1
Sehingga:
V
V  R
Vo  R f  2  1   f V2  V1 
 R1 R1  R1
Contoh Soal:
Rangkaian subtractor menggunakan sumber tegangan V1 = 5 Volt dan V2 = 10
Volt. Jika rangkaian tersebut menggunakan resistor masukan 2,5 K dan
resistor umpan-balik 7,5 K, maka berapakah nilai tegangan keluarannya?