>> Dengan input positif

• Ed=0 –> tegangan di titik A = Vi
• Arus I mengalir melalui Ri ke ground sebesar I = Vi/Ri
• Arus I juga mengalir melalui Rf sehingga menimbulkan drop tegangan VRf sebesar VRf = I*Rf = Vi*(Rf/Ri)
• Tegangan output Vo sama dengan penjumlahan tegangan pada Rf dan tegangan pada Ri yaitu :

• Dan definisi gain close-loop adalah ACL = Vo/Vi = 1+Rf/Ri
• Arus beban IL yang mengalir melalui RL hanya ditentukan oleh RL dan Vo, sebesar IL = Vo/RL
• Arus output dari op-amp Io merupakan penjumlahan arus beban IL dan arus I yang mengalir melalui Rf –> Io = I+IL

>> Dengan input negatif

• Rumusnya sama, hanya beda arah arus dan polaritas tegangan

>> Dengan input AC

Vo = ACL*Vi

+Vsat = ACL*Vimax

Vimax = +Vsat/ACL

Karakteristik :

Inverting Adder adalah rangkaian Inverting Amplifiers yang memiliki input lebih dari satu. Tegangan outputnya adalah perkalian antara -Rf dengan penjumlahan arus pada setiap input.

Bila R1=R2=R3=Rf=R ;

Maka :

Bila R1=R2=R3=R dan Rf=1/3R ;

Maka:

>>Mixer Audio

Dalam rangkaian penjumlah, semua arus input mengalir melalui Rf. Artinya I1 tidak mempengaruhi I2 atau I3. Arus-arus input ini tidak saling bercampur, akibatnya tegangan-tegangan input V1,V2,V3 tidak saling mempengaruhi. Sifat ini dipakai pada pencampur (mixer) audio.

Sebagai contoh V1, V2 digantikan oleh mikrofon-mikrofon. V3 digantikan oleh gitar. Maka suara gitar tidak akan keluar ke mikrofon. Jika pada tiap inputnya dilengkapi dengan pengatur suara volume (potensiometer), maka seorang penyanyi dengan suara yang lemah akan mampu mengatasi suara gitar yang nyaring.

Sebelum memahami kerja rangkaian amplifier, kita buat dua pemisalan penyederhaan yang realistis mengenai op-amp ideal, yaitu:

• Zin tak berhingga –> sehingga tidak ada arus yang mengalir kedalam kedua terminal input op-amp
• Ed = 0 –> konsep virtual ground

>> Dengan input positif

Op-amp sebagai sink (beban)

• Tegangan input (Vi) dimasukkan melalui tahanan Ri ke terminal inverting op-amp
• Ed = 0 maka titik A=ground (0 volt) –> titik A disebut virtual ground
• Ujung Ri kiri terhubung dengan Vi, ujung Ri kanan pada ground, sehingga mengalir arus I kearah kanan sebesar I=Vi/Ri
• Seluruh arus I mengalir ke tahanan Rf (tidak ada arus yang masuk ke op-amp)
• Ingat : arus I yang mengalir ke Rf hanya ditentukan oleh Vi dan Ri, bukan oleh Rf, Vf atau op-amp nya
• Drop tegangan pada Rf sebesar VRf = I*Rf =Vi*(Rf/Ri)
• Rf dan RL terhubung pda titik B, ujung-ujung yang lain terhubung ke ground, sehingga tegangan Vo sama besar dengan VRf
• Dengan memperhatikan polaritas Vo dan VRf, ingat bahwa arah arus I memaksa titik B mempunyai polaritas negatif, atau Vo = -VRf
• Sehingga Vo = -Vi*(Rf/Ri)
• Dan definisi gain close-loop adalah ACL = Vo/Vi = -Rf/Ri
• Tanda negatif menunjukkan bahwa output terbalik terhadap input
• Arus beban IL yang mengalir melalui RL hanya ditentukan oleh RL dan Vo, sebesar IL = Vo/RL
• Arus output dari op-amp Io merupakan penjumlahan arus beban IL dan arus I yang mengalir melalui Rf –> Io = I+IL
• Harga maksimum Io ditentukan oleh op-amp, umumnya sekitar 5mA-10mA

>> Dengan input negatif

Op-amp sebagai source (sumber)

• Prinsipnya sama dengan sebelumnya, yang berbeda hanyalah arah aliran arus-arusnya
• Dengan membalik tegangan inputnya, Vi membalik semua arah arus dan polaritas tegangan

>> Dengan input AC

• Pada setengah siklus positif, polaritas tegangan dan arah arus seperti inverting amplifier dengan input positif. Dengan input positif outputnya menjadi negatif
• Pada setengah siklus negatif, polaritas tegangan dan arah arus seperti inverting amplifier dengan input negatif. Dengan input negatif outputnya menjadi positif
• Penguatan sesui dengan ACL = -Rf/Ri

Vo = ACL * Vi

+Vsat = ACL * Vimax

Vimax = +Vsat/ACL

Karakteristik

Distorsi!

Makin besar ACL, maka makin curam kurvanya

Pada rangkaian Inverting amplifier :

Catatan : salah satu alasan penggunaan op-amp adalah impedansi inputnya yang sangat tinggi. Impedansi input (Zin) rangkaian inverting amplifier hampir sama dengan Ri. Untuk mempertahankan impedansi input tetap tinggi maka Ri harus sama dengan atau lebih dari 10KΩ

Pada postingan sebelumnya, sudah saya bahas mengenai overview dari op-amp, sekarang kita lanjutan ke bahasan berikutnya. Aplikasi paling sederhana dari op-amp adalah rangkaian open-loop, rangkaian ini disebut juga rangkaian detektor atau comparator dimana tidak terdapat komponen umpan balik/feedback baik R, L atau C. Cara kerja rangkaian detektor ini adalah bila perbedaan tegangan inputnya (Vi) adalah positif maka tegangan outputnya (Vo) adalah positif maksimum (+Vsat), demikian sebaliknya.

Vi = + ; maka Vo = Vsat

Vi = – ; maka Vo = -Vsat

Vi = 0 ; maka Vo = 0 (ideal), kenyataannya Vo tidak tepat nol bahkan dapat berisolasi secara tak terduga.

Ada 6 macam rangkaian detektor seperti ditunjukkan gambar di bawah :

Contoh aplikasi sederhana rangkaian detektor

- Alarm/lampu yang diaktifkan oleh suara

Potensio diatur untuk mendapatkan respon kepekaan suara yang sesuai. Bila Vin melampui Vref maka Vo = +Vsat dan keadaan ini akan mentrigger (menyalakan) SCR sehingga terdapat aliran arus dari Vcc ke ground yang menyebabkan alarm berbunyi atau lampu menyala. SCR akan tetap menyala meskipun Vo = 0. Untuk mematikan SCR maka push button diaktifkan (ditekan).

- Pendeteksi besarnya tegangan

Rcal diatur sampai titik Vref10 mendapatkan tegangan 10V. Bila Vin=0 maka keluaran op-amp adalah -Vsat. Dengan naiknya Vin, maka LED akan menyala sesuai dengan urutan bilangan. Tahanan output 330 dapat dihilangkan bila op-amp mempunyai proteksi hubung singkat. Tahanan ini juga digunakan untuk membatasi arus yang mengalir pada LED saat menyala. Dioda digunakan untuk melindungi LED dari tegangan balik berlebih.

- ADC (Analog to Digital Converter)

Dengan menambahkan rangkaian decoder untuk mengubah urutan LED menjadi kode biner akan didapatkan sebuah converter analog to digital. ADC tipe flash menggunakan metode pembanding seperti ini sehingga dihasilkan converter dengan kecepatan tinggi. Akan tetapi ADC model ini memiliki kelemahan yaitu untuk ADC n-bit akan membutuhkan op-amp sebanyak 2n-1.

- PWM (Pulsa Width Modulation)

Dapat digunakan untuk mengatur kecepatan motor DC, mengatur terang lampu pijar atau mengatur suhu pada heater (alat pemanas).

periode sinyal input = T

sinyal output mempunyai tH (saat output bernilai +Vsat) dan tL (saat output bernilai -Vsat)

T = tH + tL

Jika Vi adalah sinyal segitiga maka D dapat dicari dengan persamaan :

dengan Vip adalah Vi puncak/maksimum

Yang perlu diketahui

• Detektor kadang juga disebut sebagai komparator dan rangkaiannya tidak menggunakan umpan balik (feedback)
• Karena open-loop maka keluarannya hanyalah +Vsat atau -Vsat, mirip dengan jawaban ‘ya’ atau’ tidak’
• Op-amp suplai ganda deperti 741 juga dapat beroperasi pada suplai tegangan tunggal +V dan ground. Tetapi tegangan keluarannya tidak dapat mencapai nol saat keadaan rendah. Misalnya 741 pada tegangan duplai +12V dan ground mempunyai keluaran tegangan berkisar antara 1-2V (keadaan rendah) sampai sekitar 13-14V (keadaan tinggi)
• Kecepatan perubahan dari +Vsat ke -Vsat (atau sebaliknya) dipengaruhi oleh slew rate (dibahas pada bagian terakhir). Bila menggunakan aplikasi detektor/komparator sebaiknya dipilih op-amp dengan kecepatan tinggi seperti 318
• Op-amp fungsi khusus sebagai komparator menghilangkan kapasitor kompensasi dan mengubah tahap keluarannya (misalnya memakai open kolektor  LM339) sehingga pengguna dapat menentukan sendiri batas puncak tegangan keluarannya

Operational Amplifiers (Op-Amps) adalah piranti yang berfungsi sebagai penguat tegangan elektronik dengan penggabungan DC tinggi dengan masukan diferensial dan keluaran (yang biasanya) tunggal. Op-amps memiliki impedansi input tinggi (idealnya tak terhingga) dan impedansi output rendah (idealnya 0). Op-amps sering digunakan untuk menguatkan sinyal kecil

Simbol diagram

Simbol diagram

V+ = non-inverting input

V- = inverting input

Vout = output

Vs+ = positive power supply

Vs- = negative power supply

Ideal Op-Amps

Internal op-amps

Sumber tegangan input menghasilkan output berskala, sebanding dengan tegangan yang melewati Rin. Impedansi input Rin sangat tinggi (MΩ) sehingga mengalirlah arus yang sangat kecil pada Rin. Ketika Rin menjadi lebih tinggi, arus yang melewati Rin mendekati nol. Hal ini menunjukkan ideal op-amps. Hubungan ideal op-amps ditunjukkan pada persamaan berikut :

V+ = V-

I+ = 0 = I-

Tutorial :

Operational Amplifier (Splash Screen)

Operational Amplifier

Operational Amplifiers Application

Understanding Operational Amplifier Specifications

Handbook of Operational Amplifier Applications