2.3.BEBERAPA SIFAT DAN BESARAN DASAR OP-AMP

Kita sudah mengenal beberapa sifat ideal op-amp, seperti penguatan tak hingga, lebar pita tak hingga, dan lain-lain. Dalam pasal ini kita akan membahas beberapa sifat yang lain kita jumpai dan harus diperhatikan bila bekerja dengan op-amp, seperti misalnya: arus panjar masukan, ofset masukan dan keluaran, laju belok, dan tanggapan frekuensi.

Ofset tegangan keluaran. Ofset pada tegangan keluaran atau disingkat ofset keluaran , menyatakan tegangan dc pada keluaran op-amp jika op-amp dalam keadaan lingkar tertutup tidak diberi isyarat masukan . Suatu op-amp yang ideal adalah apabila tak ada isyarat masukan maka tegangan dc pada keluaran sama dengan nol, jika op-amp bekerja dengan catu daya dwikutub , jika tanpa isyarat masukn tegangan dc pada keluaran tak sama dengan nol dikatakan op-amp mempunyai ofset pada tegangan keluaran. Adanya ofset membatasi kemampuan penguat untuk menghasilkan isyarat keluaran yang besar tanpa cacat. Agar lebih jelas perhatikan gambar 1.6

Gambar 1.6 Penguat tak membalik dengan catu Daya simetrik

Bila tak ada ofset pada tegangan keluaran kita akan mampu memperoleh isyarat keluaran dengan nilai puncak mendekati seperti dilukiskan pada gambar 1.7(a)

Gambar 1.7 Pengaru ofset pada isyarat keluaran ; (a) tanpa ofset ; (b) dengan ofset

Jika ada ofset, isyarat keluaran akan menumpang diatas tegangan ofset sehingga . Penyebab terjadinya ofset pada tegagnan keluaran ada bermacam-macam. Diantaranya ialah karena kedua bagian penguat differensial pada masukan tidak tepat sama. Sehubungan dengan ini orang mendefinisikan ofset tegangan masukan , sebagai tegangan maksimum yang diperlukan pada op-amp dengan rangkaian terbuka agar tidak ada ofset pada tegangan keluaran.

Sebab lain adalah arus panjar masukan pada basis kedua transistor penguat differensial dalam melihat hambatan yang berbeda pada masukan membalik dan tak membalik seperti dilihat pada gambar 1.8 (a)

Gambar 1.8 Pengaruh arus panjar masukan, (a) arus panjar masukan melihat hambatan tak berimban; (b) arus panjar masukan melihat beban yang berimbang dengan adanya

Dilihat dari titik a resistor dan tampak paralel, sehingga jika pada masukan tak membalik (+) kita beri hambatan dengan , maka kedua masukan akan melihat hambatan yang kurang lebih sama, sehingga ofset tegangan keluaran oleh arus panjar masukan berkurang. Kedua arus panjar masukan, yaitu tidak lah sama besar. Selisih kedua panjar arus masukan ini disebut ofset arus panjar, yang dinyatakan sebagai . Ofset arus panjar ini akan mengakiabatkan tegangan keluaran . Hubungan ini menyatakan bahwa besar nilai hambatan dibatasi oleh ofset pada arus masukan. Sebagai contoh ofset masukan: untuk 741 mempunyai nilai antara 12 nA hingga 500 nA. jika untuk penguat pada gambar 1.8 kita gunakan M kita dapat memperoleh ofset tegangan keluaran . Besar arus panjar masukan dan ofset pada arus masukan amat penting pada penguat instrumentasi, pada pengintegral dan penguat cuplik-tanah. Hal ini akan dibahas kemudian. Adanya ofset pada keluaran dapat diatasi dengan berbagai cara. Beberapa jenis op-amp mempunyai kaki-kaki untuk membuat agar ofset keluaran menjadi nol. Kedua kaki untuk maksud ini disebut kaki pelenyap ofset. Pada penguat 741 pelenyap rangkaian ofset dipasang antara kaki nomor 1 dan 5 seperti dilukiskan pada gambar 1.9.

Gambar 1.9 Potensiometer digunakan Untuk meniadakan ofset pada keluarannya

Untuk op-amp yang tak mempunyai pengaturan ofset di dalamnya dapat digunkan rangkaian seperti pada gambar 2.0.

Gambar 2.0. Pengatur ofset keluaran ; (a) penguat membalik; (b) penguat tak membalik

Tanggapan amplitudo. Pada umumnya op-amp mempunyai beberapa tahap penguatan di dalamnya dengan menggunakan gandengan dc. Akibatnya op-amp tak punya kutub di daerah frekuensi rendah, dan mempunyai lebih dari dua kutub pada daerah frekuensi tinggi. Agar op-amp dapat diberi berbagai nilai faktor balikan tanpa mengakibatkan ketidakmantapan (osilasi), maka op-amp harus menggunakan kompensasi frekuensi. Pada beberapa macam op-amp seperti misalnya 741, LM 324, RC 4739, dan XR 4196 kompensasi frekuensi sudah dipasang di dalam IC. Op-amp tersebut dikatakan mempunyai

Gambar 2.1 Tanggapan amplitudo 741

Kompensasi-dalam. Pada beberapa macam IC yang lain kita harus menambahkan kapasitor dan resistor pada kaki-kaki tertentu untuk kompensasi frekuensi. Op-amp macam ini dikatakan mempunyai kompensasi luar. Beberapa op-amp IC denga kompensasi luar adalah 748, 709, LM 301, LM 308, dan LF 357.

Tanggapan amplitudo op-amp dengan kompensasi-dalam seperti pada op-amp 741 dilukiskan pada gambar 2.1

Tampak tanggapan amplitudo lingkar terbuka telah dibuat agar turun dengan kemiringan . Jika kita lihat rangkaian 741 di dalam IC, akan nyata bahwa ini dicapai dengan kompensasi kutub dominan yang menyebabkan terjadinya kutub pada frekuensi 10 Hz. Op-amp 748 mempunyai rangkaian di dalam IC tepat sama seperti 741, hanya kompensasi kutub dominan harus kita tambahkan sendiri diluar. Dari gambar 2.1 tampak tanggapan frekuensi lingkar terbuka patah pada penguatan 10 dB pada frekuensi antara 1 MHz dan 10 MHz. ini adalah kutub penguat bila tak menggunakan kompensasi dalam keadaan lingkar tertutup dapat ditentukan dari tanggapan amplitudo lingkar terbuka seperti pada gambar 2.2 SHAPE \* MERGEFORMAT

Gambar 2.2 Tanggapan amplitudo lingkar untuk penguat

Misalkan kita ingin menentukan tanggapan amplitudo penguat lingkar tertutup sebesar . Kita tarik garis ab pada . Bagan Bode untuk lingkar tertutup diberikan oleh garis patah abc, dan tanggapan frekuensinya dilukiskan dengan garis putus-putus (gambar 2.2). dari gambar 2.2 tampak bahwa jika digunakan penyangga dengan penguatan satu (0 dB), 741 dapat mempunyai frekuensi potong atas 1 MHz. dengan kata lain dapat dikatakan, lebar piata pada penguatan satu kali adalah 1 MHz. op-amp LM 357 misalnya mempunyai lebar pita pada penguatan satu kali sebesar 20 MHz.

Untuk op-amp dengan kompensasi-luar tanggapan amplitudo lingkar terbuka bergantung pada rangkaian di dalam IC yang tepat sama dengan 741, tetapi tanpa kompensasi kutub dominan pada transistor keluarannya. Pada 748 kapasitor untuk kompensasi harus dipasang di luar IC. Op-amp 709 menggunakan dua rangkaian kompensasi frekuensi yaitu kompensasi masukan dan kompensasi keluaran.

Diagram kaki beserta tanggapan amplitudo gulung terbuka untuk berbagai nilai kapasitansi kompensasi untuk 748 dilukiskan pada gambar 2.3. SHAPE \* MERGEFORMAT

(a)

Gambar 2.3. op-amp 748 beserta tanggapan amplitudonya; (a) diagram kaki beserta rangkaian untuk ofset; (b) tanggapan amplitudo

Jika dipasang kapasitor kompensasi , tampak tanggapan amplitudo turun dengan kemiringan -6 dB/oktaf dari penguatan lebih dari 100 dB hingga kira-kira -10 dB. Pada keadaan ini 748 dapat digunakan sebagai penyangga dengan penguatan satu kali. Untuk nilai kapasitansi pada penguatan di bawah , tanggapan amplitudo turun dengan kemiringan lebih curam dari -6 dB/oktaf . pada keadaan ini 748 tak dapat digunakan untuk penguatan lingkar tertutup kurang dari 10 dB, atau agar lebih pasti jangan digunakan untuk penguatan kurang dari 20 dB, atau 10 kali. Untuk jangan digunakan 748 untuk penguatan kurang dari 40 dB atau 100 kali.

Keuntungan op-amp dengan kompensasi luar ialah pada nilai penguatan yang tinggi kita dapat mempunyai frekuensi potong atas yang lebih tinggi daripada op-amp dengan kompensasi dalam.

Perhatikan bahwa 748 dengan kapasitansi kompensasi mempunyai tanggapan frekuensi lingkar terbuka yang sama dengan 741. Untuk penguatan 40 dB atau 100 kali, 741 akan memberikan frekuensi potong atas sebesar 10 K Hz. Dengan kompensasi 748 dapat mempunyai frekuensi potong atas sekitar 30 K HZ, dan dengan frekuensi potong atas lebih dari 100 K Hz pada penguatan ini.

Laju belok, laju belok menyatakan sifat op-amp terhadap isyarat besar berupa isyarat persegi atau denyut, yaitu untuk perubahan tegangan yang mendadak. Laju belok dinyatakan dengan yang menyatakan berupa volt isyarat keluaran berubah dalam waktu 1 , jika masukan diberi isyarat berbentuk tingkap. Op-amp untuk keperluan umum biasanya mempunyai laju belok sekitar 0,5 , seperti pada 741, 709, 301 dan sebagainya. Op-amp LF 357 dengan lebar pita untuk penguatan satu sebesar 20 M Hz mempunyai laju belok 50 . Op-amp LH 0024 mempunyai laju belok 500 . Untuk laju belok yang lebih tinggi orang harus menggunakan op-amp hibrid yang merupakan campuran rangkaian IC dan diskret. Pengaruh laju belok pada bentuk isyarat keluaran dilukiskan pada gambar 2.4.

Pada gambar diatas laju belok dapat ditentukan dari . Laju belok disebabkan oleh pengisian dan pengosongan muatan pada kapasitor kompensasi. Makin kecil kapasitor kompensasi-luar makin tinggi laju belok. Jika kita bekerja dengan op-amp kompensasi luar kita dapat mengatur nilai laju belok yang lebih tinggi dengan menggunakan kapasitansi yang kecil, dengan mengingat kemantapan balikan yang bersangkutan.

Impedensi masukan dan keluaran. Op-amp yang ideal mempunyai impedensi atau hambatan masukan takterhingga dan hambatan keluaran nol. Pada kebanyakan op-amp IC sifat di atas tak dipenuhi. Op-amp IC yang paling populer yaitu 741 mempunyai hambatan masukan kira-kira 1 M, dan hambatan keluaran 75 M. op-amp IC lain yang banyak digunakan orang yaitu 709, Mempunyai hambatan masukan kira-kira 150 K, dan hambatan keluaran 200 . Op-amp IC LF 157 yang mempunyai tahap penguat diferensial menggunakan JFET, mempunyai impedensi masukan .

Impedensi masukan yang dinyatakan dalam lembaran data op-amp adalah untuk keadaan lingkar terbuka. Ada dua pengertian tentang impedensi masukan, yaitu impedensi masukan diferensial , dan impedensi masukan modus bersama , kedua impedensi ini dilukiskan pada gambar 2.5

Untuk menentukan penguat, kita pasang suatu sumber tegangan tetap , dan kita hitung arus yang ditarik , maka .

Dari gambar 2.6

Lambaran data op-amp biasanya menyatakan impedensi masukan diferensial. Jadi untuk 741, ; dan untuk 709 adalah . Impedansi masukan modus bersama biasanya jauh lebih besar daripada (lingkar terbuk) yang mempunyai nilai hambatan yang tak terlalu besar, sebagai contoh marilah kita bahas impedansi masukan penguat tak membalik seperti pada gambar 2.6.Pada keadaan lingkar tertutup hambatan masukan penguat adalah

adalah impedansi masukan diferensial dilihat dari masukan diferensial a dan b. pada keadaan lingkar terbuka . Nyata bahwa walaupun mungkin mempunyai nilai tak terlalu besar, tetapi dalam keadaan lingkar terutup tampak mempunyai nilai efektif sebesar

Pada op-amp dalam keadaan lingkar terutup mungkin sehingga .

Impedansi keluaran

Impedansi keluaran op-amp dalam keadaan lingkar tertutup dapat mempunyai nilai yang jauh lebih kecil daripada impedansi keluaran lingkar terbuka. Ini dapat kita tunjukkan denga uraian sebagai berikut. Untuk menentukan impedanasi keluaran kita pasang suatu sumber tegangan khayal , hingga arus yang ditarik dari , maka

am

GGambar 2.7 Menentukan

Dari Gambar 2.7

Pada keadaan lingkar tertutup tampak impedansi keluaran op-amp jauh lebih kecil daripada impedansi keluaran lingkar terbuka. Ini sesuai dengan teori balikan yang menyatakan bahwa untuk balikan yang paralel dengan keluaran atau balikan tegangan, impedansi keluaran lingkar tertutup akan lebih kecil daripada impedansi keluaran lingkar terbuka.

Gambar 2.4. pengaruh laju belok pada bentuk

isyarat keluaran

Gambar 2.6. Impedansi masukan penguat tak membalik

Gambar 2.5. Impedansi masukan pada Op-amp IC

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

23

_1454265915.unknown

_1454265931.unknown

_1454265942.unknown

_1454265950.unknown

_1454265954.unknown

_1454265958.unknown

_1454265960.unknown

_1456154807.unknown

_1454265961.unknown

_1454265959.unknown

_1454265955.unknown

_1454265952.unknown

_1454265953.unknown

_1454265951.unknown

_1454265946.unknown

_1454265948.unknown

_1454265949.unknown

_1454265947.unknown

_1454265944.unknown

_1454265945.unknown

_1454265943.unknown

_1454265935.unknown

_1454265940.unknown

_1454265941.unknown

_1454265937.unknown

_1454265938.unknown

_1454265939.unknown

_1454265936.unknown

_1454265933.unknown

_1454265934.unknown

_1454265932.unknown

_1454265923.unknown

_1454265927.unknown

_1454265929.unknown

_1454265930.unknown

_1454265928.unknown

_1454265925.unknown

_1454265926.unknown

_1454265924.unknown

_1454265919.unknown

_1454265921.unknown

_1454265922.unknown

_1454265920.unknown

_1454265917.unknown

_1454265918.unknown

_1454265916.unknown

_1454265899.unknown

_1454265907.unknown

_1454265911.unknown

_1454265913.unknown

_1454265914.unknown

_1454265912.unknown

_1454265909.unknown

_1454265910.unknown

_1454265908.unknown

_1454265903.unknown

_1454265905.unknown

_1454265906.unknown

_1454265904.unknown

_1454265901.unknown

_1454265902.unknown

_1454265900.unknown

_1454265890.unknown

_1454265894.unknown

_1454265896.unknown

_1454265898.unknown

_1454265895.unknown

_1454265892.unknown

_1454265893.unknown

_1454265891.unknown

_1454265886.unknown

_1454265888.unknown

_1454265889.unknown

_1454265887.unknown

_1454265884.unknown

_1454265885.unknown

_1454265883.unknown