“RANGKAIAN INVERTING (PENGUAT PEMBALIK) OPERASIONAL AMPLIFIER”
Konsep Dasar Teori
Defenisi Operasional Amplifier
OP-AMP (Operasional Amplifiers) pada hakekatnya merupakan sejenis IC. Di dalamnya terdapat suatu rangkaian elektronik yang terdiri atas beberapa transistor, resistor dan atau dioda. Jikalau kepada IC jenis ini ditambahkan suatu jenis rangkaian, masukkan dan suatu jenis rangkaian umpan balik, maka IC ini dapat dipakai untuk mengerjakan berbagai operasi matematika, seperti menjumlah, mengurangi, membagi, mengali, mengintegrasi, dan sebagainya. Oleh karena itu IC jenis ini dinamakan penguat operasi atau operasional amplifier, disingkat OP-AMP.
Namun demikian OP-AMP dapat pula dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, misalnya : sebagai penguat audio, pengatur nada, osilator atau pembangkit gelombang, sensor circuit, dsb. OP-AMP banyak disukai karena faktor penguatannya besar (100.000 kali).
Sejarah Perkembangan OP-AMP
Pengembangan rangkaian terpadu IC luar telah ada sejak tahun 1960, pertama telah dikembangkan pada “chip” silikon tunggal. Rangkaian terpadu itu merupakan susunan antara transidator, dioda sebagai penguat beda dan pasangna Darlington. Kemudian tahun 1963 industri semikonduktor Fairchild memperkenalkan IC OP-AMP pertama kali µA 702, yang mana merupakan pengembangan IC OP-AMP yang lain sebelumnya, dimana tegangan sumber (Catu Daya) dibuat tidak sama yaitu +UCC = +12 V dan -UEE = -6 V, dan resistor inputnya rendah sekali yaitu (40 KW) dan gain tegangan (3600 V/V).
IC tipe µA702 ini tidak direspon oleh industri–industri lain karena tidak universal.
Tahun 1965 Fairchild memperkenalkan IC MA709 merupakan kelanjutan sebagai tandingan dari µA702. Dengan banyak kekhususan tipe µA709 mempunyai tegangan sumber yang simetris yaitu +UCC = 15 V dan –UEE = -15 V, resistan input yang lebih tinggi (400 KW) dan gain tegangan yang lebih tinggi pula (45.000 V/V).
IC µA709 merupakan IC linear pertama yang cukup baik saat itu dan tidak dilupakan dalam sejarah dan merupakan generasi OP-AMP yang pertama kali. Generasi yang pertama OP-AMP dari Motorola yaitu MC1537.
Beberapa hal kekurangan OP-AMP generasi pertama yaitu :
1. Tidak adanya proteksi hubung singkat. Karena OP-AMP sangat rawan terhadap hubung singkat ke grounding, maka seharusnya proteksi ini penting.
2. Suatu kemungkinan problem “latch up”. Tegangan output dapat di “latch up” sampai pada beberapa harga yang karena kesalahan dari perubahan inputnya.
3. Memerlukan Jaringan frekuensi eksternal sebagai kompensasi (dua kapasitor dan resistor) untuk operasi yang stabil.
Selanjutnya tahun 1968 teknologi OP-AMP dikembangkan oleh Fairchild dengan IC µA741 yang telah dilengkapi proteksi hubung singkat, stabil, resistor input yang lebih tinggi (2 MW), gain tegangan yang ekstrim (200.000 V/V) dan kemampuan offset null (zerro offset). OP-AMP 741 termasuk generasi kedua dan IC yang lain juga termasuk OP-AMP generasi kedua yaitu LM101, LM307, µA748 dani MC1558 merupakan OP-AMP yang berfungsi secara umum sebagaimana LM307. Untuk tipe – tipe OP-AMP yang khusus seperti mengalami peningkatan dari segii kegunaan atau fungsinya seperti : LM318 (dengan kecepatan tinggi sekitar 15 MHZ). Lebar band kecil dengan “slew rate” 50 V/µS. IC µA 771 merupakan OP-AMP dengan input bias arus yang rendah yaitu 200 pA dan “slew rate” yang tinggi 13 V/µS. Lalu µA714 yaitu IC OP AMP yang presisi dengan noise rendah (1,3 µA/10C), offset tegangan yang rendah (75 µV), offset arus yang rendah (2,8 nA). Tipe IC OP-AMP lain yaitu µA791 merupakan OP-AMP sebagai penguat daya (Power Amplifier) dengan kemampuan arus output 1A. Dan IC OP-AMP µA776 adalah OP-AMP yang multi guna bisa diprogram. Generasi–generasi yang akhir inilah yang banyak dijumpai dalam pameran–pameran untuk pemakaian–pemakaian khusus.
IC linear dalam pengembangannya tidak cukup hanya disitu saja bahkan sudah dibuat blok–blok sesuai keperluan seperti untuk keperluan konsumen (audio, radio dan TV), termasuk keperluan industri seperti (timer, regulator dan lain-lainnya). Bahkan belakangan ini dikembangkan OP-AMP dengan teknologi BI-FET dan “laser trimming”. Karena dengan teknologi BI-FET lebar band bisa ditekan dan “slew rate” cepat, bersama ini pula bias arus rendah dan offset input arus rendah. Contoh tipe OP-AMP BI–FET LF351, dan LF353 dengan input bias (200 pA) dan offset arus (100 pA), bandwidth gain unity yang besar (4 MHZ), dan “slew rate” yang cepat (13V/MS) dan ditambah lagi pin kaki–kakinya sama dengan IC µA741 (yang ganda) dan IC MC1458.
Industri Motorola melanjutkan pengembangan OP-AMP dengan teknologi “trimming dan BI-FET“ (disingkat TRIMFET) untuk memperoleh kepresisian karakteristik input dengan harga yang rendah, ontoh MC34001/MC34002/MC34004 masing–masing adalah OP-AMP tunggal, ganda dan berjumlah empat (guard)
Karakteristik Ideal Op-Amp
1. Penguatan tegangan tak berhingga (Av = ~) “penguatan tegangan bergantung pada tegangan sumber Vcc”.
2. Impedansi input tak berhingga (Zin = ~)
3. Bandwithnya mendekati tak hingga dengan demikian delay timenya hampir tak ada Bw = ~ Δt = 0
4. Impedansi Output kecil sekali ( Zout = 0 )
5. Vout = 0 jika Vin = 0
Rangkaian Inverting (Penguat Pembalik)
Rangkaian untuk penguat inverting adalah seperti yang ditunjukan pada Gambar 1. Penguat ini memiliki ciri khusus yaitu sinyal keluaran memiliki beda fasa sebesar 180o.
Gambar 1. Penguat inverting
Rangkaian pada Gambar 1 ini, menggunakan sumber tegangan simetri yaitu +VCC, -VCC dan ground. Jika rangkaian tersebut (dapat juga diterapkan untuk konfigurasi yang lain) menggunakan catuan tunggal yaitu +VCC dan grounding, maka dapat menggunakan rangkaian seperti pada Gambar berikut :
Gambar 2. Penguat inverting menggunakan catuan tunggal.
Penguatan rangkaian penguat inverting adalah berdasar pada persamaan berikut :
Vout = -Vin (R2/R1)
Aplikasi Penggunaan Rangkaian Inverting (Penguat Pembalik)
Gambar 3. Pembalikan rangkaian penguat
Sebuah rangkaian penguat pembalik ini ditunjukkan pada Gambar 4, sebagai berikut :
1. Tunjukkan bahwa gain dari penguat adalah
2. Membangun sirkuit, dan periksa prediksi Anda eksperimental untuk pendapatan dari 10 dan 100.
3. Mengukur bandwith (perbedaan antara atas dan bawah 3 dB poin) dari penguat untuk setiap keuntungan. Produk dari gain dan bandwidth harus konstan.
4. Periksa linearitas dari penguat untuk masing-masing mendapatkan lebih dari rentang frekuensi yang bermanfaat.
5. Mengukur impedansi masukan dari penguat dengan menempatkan berbagai resistor seri dengan sumber.
Kelebihan dari rangkaian inverting :
Penguat ini memiliki keistimewaan khusus yaitu sinyal keluaran memiliki beda fasa sebesar 180o.
Keistimewaan dari Rangkaian Inverting (Penguat Pembalik)
Dalam rangkaian Amplifier Pembalikan penguat operasional terhubung dengan umpan balik untuk menghasilkan operasi tertutup. Ada dua aturan sangat penting untuk diingat mengenai penguat pembalik adalah bahwa, "tidak ada arus yang mengalir ke terminal masukan" dan bahwa "V2 sama dengan V1". Penguat ini memiliki keistimewaan khusus yaitu sinyal keluaran memiliki beda fasa sebesar 180o.
Hal ini karena persimpangan input dan sinyal umpan balik (X) adalah pada potensial yang sama sebagai positif (+) input yang nol volt atau ditumbuk kemudian, persimpangan adalah sebuah "Virtual Earth". Karena dunia maya ini simpul resistansi input dari penguat ini adalah sama dengan nilai resistor input, Rin dan gain loop tertutup dari penguat pembalik dapat ditetapkan oleh rasio dari dua resistor eksternal. Kami katakan di atas bahwa ada dua aturan sangat penting untuk diingat mengenai Penguat Membalik penguat operasional atau dalam hal ini adalah :
1. Tidak ada Tegangan Arus ke Input Terminal masukan.
2. The Differential Input Tegangan adalah Nol sebagai V1 = V2 = 0 (Virtual Earth)
Lalu dengan menggunakan kedua aturan kita dapat menemukan persamaan untuk menghitung gain dari penguat pembalik, menggunakan prinsip-prinsip pertama. Tegangan (i) mengalir melalui jaringan resistor seperti ditunjukkan seperti berikut ini :
Kemudian, Loop Tertutup-Voltage Gain Amplifier yang Pembalikan diberikan sebagai berikut :
Inverting amplifier ini, input dengan outputnya berlawanan polaritas. Jadi ada tanda minus pada rumus penguatannya. Penguatan inverting amplifier adalah bisa lebih kecil nilai besaran dari 1, misalnya -0,2 , -0,5 , -0,7 dst dan selalu negatif. Dan Rumus dapat dialihkan untuk memberikan :
Tanda negatif pada persamaan menunjukkan pembalikan dari sinyal output terhadap input seperti adalah 180 o keluar dari fase. Hal ini disebabkan karena umpan balik negatif nilainya.
Salah satu titik terakhir untuk diperhatikan tentang Pembalikan Amplifiers, jika kedua resistor adalah sama nilainya, Rin = Rf maka gain penguat akan menghasilkan -1 bentuk komplementer masukan tegangan di output sebagai Vout =-Vin. Jenis konfigurasi penguat pembalik umumnya disebut Kesatuan Dapatkan Inverter dari sekadar Pembalikan Buffer.
