Op Amp

Operasional Amplifier (Op-Amp)

 Operasional amplifier (Op-Amp) adalah suatu penguat berpenguatan tinggi yang terintegrasi  dalam sebuah chip IC yang memiliki dua input inverting dan non-inverting dengan sebuah terminal output, dimana rangkaian umpan balik dapat ditambahkan untuk mengendalikan karakteristik tanggapan keseluruhan pada operasional amplifier (Op-Amp). Pada dasarnya operasional amplifier (Op-Amp) merupakan suatu penguat diferensial yang memiliki 2 input dan 1 output.

 Op-amp ini digunakan untuk membentuk fungsi-fungsi linier yang bermacam-mcam atau dapat juga digunakan untuk operasi-operasi tak linier, dan seringkali disebut sebagai rangkaian terpadu linier dasar. Penguat operasional (Op-Amp) merupakan komponen elektronika analog yang berfungsi sebagai amplifier multiguna dalam bentuk IC dan memiliki simbol sebagai berikut :

 

Simbol Operasional Amplifier (Op-Amp)

 Prinsip kerja sebuah operasional Amplifier (Op-Amp) adalah membandingkan nilai kedua input (input inverting dan input non-inverting), apabila kedua input bernilai sama maka output Op-amp tidak ada (nol) dan apabila terdapat perbedaan nilai input keduanya maka output Op-amp akan memberikan tegangan output. Operasional amplifier (Op-Amp) dibuat dari penguat diferensial dengan 2 input. Sebagai penguat operasional  ideal , operasional amplifier (Op-Amp) memiliki karakteristik sebagai berikut :

 

• Impedansi Input (Zi) besar = ∞
• Impedansi Output (Z0) kecil= 0
• Penguatan Tegangan (Av) tinggi = ∞
• Band Width respon frekuensi lebar = ∞
• V0 = 0 apabila V1 = V2 dan tidak tergantung pada besarnya V1.
• Karakteristik operasional amplifier (Op-Amp) tidak tergantung temperatur / suhu.

Rangkaian dasar operasional amplifier (Op-Amp) dibuat dari bipolar transistor (BJT) seperti terlihat pada gambar berikut.

Rangkaian Dasar Operasional Amplifier (Op-Amp) Penguat Diferensial

 

Pada penguat diferensial diatas terdapat dua sinyal masukan (input) yaitu V1 dan V2. Dalam kondisi ideal, apabila kedua masukan identik (Vid = 0), maka keluaran Vod = 0. Hal ini disebabkan karena IB1 = IB2 sehingga IC1 = IC2 dan IE1 = IE2. Karena itu tegangan keluaran (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). Keluaran penguat diferensial dihubungkan dengan masukan 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 penuat 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.

 

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.

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

Transistor

TRANSISTOR

Pendahuluan   

             Shockley berhasil menyusun teori mengenai transistor persambungan dalam tahun 1949 dan piranti yang pertama dihasilkan dalam tahun 1951.

Secara umum ada 2 macam jenis transistor :

1.   Bipolar  adalah transistor yang membawa muatan listrik berupa hole dan e^-. Transistor bipolar ada dua tipe yaitu NPN dan PNP dengan simbol seperti gambar 48.

Gambar 48 Simbol Transistor  tipe (a) NPN dan (b) PNP

2.   Unipolar          : Transistor yang membawa muatan listrik berupa hole atau e^-. Transistor unipolar ada dua tipe yaitu channel n dan Channel p dengan simbol seperti gambar 49.

Gambar 49 Simbol Transistor  tipe (a) Channel n dan (b) Channel p

Lebih rinci ada macam-macam transistor seperti blok diagram gambar 50.

 

Gambar  50 Blok diagram macam-macam Transistor

Transistor PNP dan   NPN

Transistor NPN merupakan persambungan tiga susunan lapisan bahan semikonduktor yaitu bahan n, bahan p, dan bahan n sedangkan transistor PNP merupakan persambungan tiga susunan lapisan bahan semikonduktor yaitu bahan p, bahan n, dan bahan p seperti gambar 51.

Adapun aliran majority carriers dan minority carriers pada transistor PNP adalah seperti gambar 52. Hubungan kaki Emitter (E) dengan kaki Base (B) adalah hubungan pn dengan pemberian tegangan V_EE  sehingga terjadi bias maju dan hubungan kaki Base (B) dengan kaki Collector (C) adalah hubungan np dengan pemberian tegangan V_CC sehingga terjadi bias mundur. Pemberian tegangan V_EE  dan V_CC seperti gambar 52 maka akan terjadi pengecilan depletion layer di PN dan pelebaran depletion layer di NP akan tetapi dengan hubungan  secara seri tegangan V_EE  dan V_CC akan membuat arus yang besar dari kaki E (bahan p) menuju kaki C (bahan p)  menembus depletion layer yang tebal. 

Dari gambar 52 dapat dibuatkan arah arus seperti gambar 53. Elektron dari emitter diteruskan ke basis adalah sangat kecil sekali karena basis sangat tipis sehingga elektron butuh waktu untuk berdiffusi ke dalam kolektor dan kemudian elektron diteruskan ke tegangan positif dari baterai. Sehingga persamaan arus memakai hukum Kirchoff tentang arus yakni arus masuk sama dengan arus keluar jadi  I_E = I_C + I_B

Transistor dapat dibuat dalam tiga konfigurasi yaitu Common Emitter (CE),  Common Collector (CC) , Common Base (CB). Common Emitter adalah memakai bersama kaki Emitter antara Input dan output seperti gambar 54.

Adapun karakteristik Input-Output transistor  konfigurasi Common Emitter adalah seperti gambar 55. Pada kurva karakteristik input dimana semakin besar V_BE maka semakin besar I_B dimana V_BE maksimum untuk Si adalah 0,7 Volt dan Ge adalah 0,3 Volt. Pada kurva karakteristik output dibagi tiga operasi yaitu:

1.   daerah saturasi (saturation region) yang artinya  output menjadi cacat, 

2.   daerah aktif (active ragion) yang artinya output tidak cacat asalkan arus I_B berfluktuasi masih dalam daera aktif.

3.   Daerah cutoff yang artinya output akan terpotong.  

Garis beban DC dan garis beban AC    

Ada dua macam garis beban, yaitu:

1.   Dengan pemberian bias DC maka didapatkan kurva garis beban DC seperti gambar 56 

1.   Dengan pemberian bias AC maka didapatkan kurva garis beban AC seperti gambar 57

Pemberian bias

Ada 4 macam rangkaian pemberian bias, yaitu:

1.   Fixed bias yaitu, arus bias I_B didapat dari V_CC yang dihubungkan ke kaki B melewati tahanan R seperti gambar 58.

maka,

dimana,

dan,

2.   Emitter-Stabilized Bias adalah rangkaian Fixed bias yang ditambahkan tahanan R_E seperti gambar 59. 

maka,

sehingga tahanan R_E kalau dilihat dari input untuk mencari arus I_B adalah sebesar (β+1)R_E.

3.   Self Bias adalah arus input didapatkan dari pemberian tegangan input VBB seperti gambar 60.

Dengan menggunakan hukum KVL, didapat

maka,

1.   Voltage-divider Bias adalah arus bias didapatkan dari tegangan di R₂ dari hubungan V_CC seri dengan R₁ dan R₂ seperti gambar 61.

Untuk mencari arus I_B maka dilakukan perubahan rangkaian dengan memakai metoda thevenin sehingga menghasilkan rangkaian pengganti seperti gambar 62.

 

Contoh :

Tentukan tegangan bias dc V_ce dan arus I_c dari konfigurasi voltage-divider pada gambar 63.

Solusi:

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]