Parameter Op-Amp Ideal
Op-Amp dipilih sebagai pengkondisi sinyal karena memiliki beberapa
karakteristik ideal. Karakteristik ideal dari Op-Amp diantaranya yaitu:
- Penguatan tegangan open loop (AOL) = ∞
- Impedansi input (ZIN) = ∞
- Impedansi output (ZOUT) = 0
- Tegangan offset (VIO) = 0
- Bandwidth (BW) = ∞
- Common Mode Rejection Ratio (CMMR) = ∞
- Slew Rate (SR) = ∞
- Tidak terpengaruh oleh perubahan suhu
Karakteristik Op-Amp ideal tersebut merupakan pendekatan yang
digunakan dalam teori, dan tidak mungkin dicapai dalam keadaan praktik
(nyata). Hal ini disebabkan karena pada keadaan praktik semua rangkaian
elektronika tidak dapat terlepas dari efek pembebanan seperti beban resistif,
kapasitif, dan induktif yang dapat menyebabkan adanya rugi seperti hilangnya
energi menjadi panas. Tetapi suatu komponen Op-Amp dapat dikatakan baik,
apabila komponen Op-Amp tersebut memiliki karakteristik yang mendekati
kondisi ideal. Gambar 1a. merepresentasikan karakteristik Op-Amp ideal,
dan Gambar 1b. merepresentasikan karakteristik Op-Amp praktik.
Gambar 1. Representasi Op-Amp; a) Ideal; b) Praktik |
Berikut akan dijelaskan dari masing-masing kondisi ideal komponen Op-Amp:
Penguatan Tegangan Open Loop
Penguat tegangan open loop merupakan perbandingan antara tegangan
keluaran (Vout) terhadap tegangan masukan (Vin) dari komponen Op-Amp tanpa
menggunakan rangkaian umpan balik (feedback). Dalam kondisi ideal
penguatan tegangan open loop pada Op-Amp sangat besar (tak terhingga),
sehingga dengan adanya selisih tegangan dari kedua masukannya maka
tegangan keluaran yang dihasilkan sangat besar juga.
Dalam kondisi praktik, penguatan nilai tegangan open loop pada Op-Amp
bergantung pada tipe komponen tipe komponen Op-Amp. Misalnya pada OpAmp tipe LM741 memiliki nilai penguatan tegangan open loop sebesar 100.000
kali atau 100 dB, serta tegangan keluaran dari Op-Amp terbatas yaitu nilai
terbesar mendekati nilai sumber tegangan yang diberikan (VCC atau VEE).
Rumus dari penguatan open loop dapat dilihat pada persamaan (1):
Jika dinyatakan dalam desibel (dB), maka rumus dari penguatan open loop
menjadi seperti persamaan (2):
Keterangan:
AOL = Tenguatan tegangan open loop
Vout = Tegangan keluaran
Vd = Tegangan differensial (selisih) antara V+ dan V
V+ = Tegangan pada kaki non-inverting
V- = Tegangan pada kaki inverting
Contoh :
Komponen Op-Amp dapat menghasilkan tegangan keluaran sebesar 50 V
ketika input non-inverting diberi tegangan sebesar 3,5 V, sedangkan pada input
inverting diberi tegangan sebesar 3 V. Tentukan nilai penguatan tegangan open
loop dari komponen Op-Amp tersebut dalam desibel !
Jawab:
Untuk menghitung nilai penguatan tegangan open loop dalam desibel dapat
dilakukan menggunakan persamaan (2):
Impedansi Input
Dalam kondisi ideal, impedansi input yang dimiliki oleh Op-Amp sangat
besar (tak terhingga). Impedansi input yang besar dapat dianalogikan sebagai
rangkaian terbuka, sehingga tidak akan ada arus yang masuk ke dalam
komponen Op-Amp (Iin ≈ 0 A) seperti yang ditunjukan pada Gambar 1a.
Impedansi input yang besar menandakan karakteristik Op-Amp yang baik,
karena dengan semakin besar impedansi input maka komponen Op-Amp tidak
akan menarik arus dari sumber terlalu banyak. Tetapi dalam praktiknya, nilai
impedansi input pada Op-Amp bergantung pada tipe komponen Op-Amp yang
digunakan. Misalnya pada Op-Amp tipe LM741 memiliki impedansi input
sebesar 2 MΩ.
Impedansi Output
Dalam kondisi ideal, impedansi output yang dimiliki oleh Op-Amp sangat
kecil (nol). Impedansi output yang kecil dapat dianalogikan sebagai kabel
penghantar tanpa hambatan, seperti yang ditunjukan pada Gambar 1a.
Impedansi output yang kecil menandakan karakteristik Op-Amp yang baik,
karena dengan semakin kecil impedansi output maka tegangan yang dihasilkan
oleh komponen Op-Amp akan timbul pada beban saja, tanpa adanya
pembagian tegangan dengan impedansi output. Tetapi dalam praktiknya, nilai
impedansi output pada Op-Amp bergantung pada tipe komponen Op-Amp yang
digunakan. Misalnya pada Op-Amp tipe LM741 memiliki impedansi output
sebesar 75Ω.
Tegangan Offset
Sebuah Op-Amp ideal akan menghasilkan tegangan keluaran 0 V ketika
selisih tegangan masukan bernilai 0 V, hal ini dikarenakan Op-Amp merupakan
penguat differensial yang menguatkan selisih tegangan masukannya. Tetapi
dalam praktiknya, terdapat ketidakseimbangan pada rangkaian internal Op-Amp
yang menyebabkan timbulnya sejumlah kecil tegangan pada keluarannya.
Tegangan yang timbul pada keluaran Op-Amp disebut dengan tegangan offset.
Misalnya pada Op-Amp tipe LM741 memiliki tegangan offset sebesar 1 mV.
Efek dari tegangan offset seharusnya tidak menjadi masalah serius jika
Op-Amp diatur dengan penguatan yang rendah. Namun apabila Op-Amp diatur
dengan penguatan yang tinggi maka tegangan offset perlu diperhitungkan,
karena dengan penguatan 10 kali akan didapatkan pula 10 kali nilai tegangan
offset yang timbul pada keluaran. Untuk mengatasi permasalahan tegangan
offset, beberapa tipe Op-Amp seperti LM741 telah dilengkapi dua kaki
tambahan yang disebut dengan offset null.
Bandwidth
Bandwidth (atau lebar pita) merupakan rentang frekuensi yang dimiliki
oleh Op-Amp dimana sinyal input masih dapat dilewatkan atau dikuatkan.
Dalam kondisi ideal, bandwidth yang dimiliki oleh Op-Amp sangat besar (tak
terhingga). Bandwidth yang besar menandakan bahwa komponen Op-Amp dapat melewatkan atau menguatkan sebuah sinyal dalam rentang frekuensi
berapapun.
Tetapi dalam praktiknya, nilai bandwidth pada Op-Amp terbatas
bergantung pada tipe komponen Op-Amp yang digunakan. Misalnya pada OpAmp tipe 741 memiliki bandwidth sebesar 1 MHz yang artinya sinyal diatas
rentang frekuensi tersebut akan diredam atau dilemahkan. Nilai bandwidth
sendiri diperoleh dari selisih nilai antara frekuensi cut-off tinggi dan frekuensi
cut-off rendah (
CH CL f f
).Frekuensi cut-off merupakan batas frekuensi dimana
sinyal akan dikuatkan atau dilemahkan. Dalam kondisi praktik, frekuensi cut-off
akan terjadi ketika daya output telah turun sebesar 50% dari nilai awal, atau
ketika penguatan tegangan (Av) telah turun mencapai nilai 0,707(–3 dB) dari
nilai awal. Gambar 2. menunjukan perbandingan bandwidth Op-Amp ideal
dan praktik.
Gambar 2. Bandwitdh; a) Ideal; b) Praktik |
Common Mode Rejection Ratio
Pada dasarnya Op-Amp merupakan penguat differensial yang hanya
menguatkan selisih dari kedua masukannya, tetapi karena Op-Amp tidak ideal
maka penguatan common mode (mode bersama) juga mengalami penguatan
sehingga menimbulkan tegangan offset yang tidak diinginkan. Common mode
merupakan penguatan yang terjadi ketika kedua masukan Op-Amp diberi sinyal
yang nilainya sama, sehingga keluaran yang dihasilkan harusnya bernilai nol.
Namun karena ketidakseimbangan rangkaian internal dari komponen Op-Amp
maka nilai keluaran yang dihasilkan tidak sama dengan nol.
Common mode rejection ratio atau CMRR merupakan rasio antara
penguatan differensial dan penguatan common mode. CMRR menyatakan
seberapa besar kemampuan Op-Amp untuk menekan penguatan common
mode. Dalam kondisi ideal nilai dari penguatan differensial (Ad) adalah sangat
besar sama dengan nilai penguatan tegangan open loop, dan penguatan
common mode adalah sangat kecil (nol), sehingga dengan membandingkan
kedua penguat didapatkan nilai CMRR yang sangat besar (tak terhingga).
Nilai dari CMRR yang besar sangat menandakan karakteristik komponen
Op-Amp yang baik, karena dengan semakin besar nilai CMRR maka penguatan
common mode akan dapat ditekan sekecil-kecilnya. Tetapi dalam praktiknya,
nilai CMMR pada Op-Amp bergantung pada tipe komponen Op-Amp yang
digunakan. Contoh pada Op-Amp tipe 741 memiliki nilai CMRR sebesar 90 dB.
Rumus dari CMRR dapat dilihat pada persamaan (3).
Jika dinyatakan dalam desibel (dB), maka rumus dari penguatan open loop
menjadi seperti persamaan (4):
Keterangan:
CMRR = Common Mode Rejection Ratio
Ad = Penguatan differensial
Ac = Penguatan common mode (mode bersama)
Contoh :
Komponen Op-Amp memiliki penguatan differensial sebesar 20000 dan
penguatan common mode sebesar 2. Tentukan nilai parameter CMRR yang
dimiliki oleh Op-Amp tersebut dalam desibel!
Jawab:
Untuk menghitung nilai CMRR dalam desibel dapat dilakukan menggunakan
persamaan (4):
Slew Rate
Rangkaian internal Op-Amp terkadang diberi tambahan komponen
kapasitor yang berfungsi untuk mereduksi noise, tetapi penambahan kapasitor
ini menimbulkan kerugian berupa lambatnya respon sinyal output terhadap
sinyal input. Slew rate menyatakan seberapa cepat sinyal output dapat
merespon perubahan sinyal input. Slew rate dinyatakan dalam V/s.
Dalam kondisi ideal, slew rate yang dimiliki oleh komponen Op-Amp
sangat besar (tak terhingga), sehingga sinyal output akan langsung berubah
ketika sinyal input berubah. Tetapi dalam praktiknya, nilai slew rate pada OpAmp bergantung pada tipe komponen Op-Amp yang digunakan. Contoh pada
Op-Amp tipe LM741 memiliki nilai slew rate sebesar 0,5 V/us, yang artinya
perubahan sinyal output tidak dapat lebih besar dari 0,5 V per 1 mikro second.
Efek dari slew rate yang kecil akan membuat bentuk dari sinyal output
cacat atau mengalami distorsi. Gambar 3 menunjukan efek dari slew rate
pada gelombang persegi.
Gambar 3. Efek Slew Rate |
Nilai slew rate pada Op-Amp dapat diperoleh menggunakan persamaan (5):
Keterangan:
SR = Slew Rate (V/s)
∆Vout = Perubahan tegangan keluaran (V)
∆t = Perubahan waktu (s)
Contoh :
Tegangan keluaran pada Op-Amp mampu berubah dari -10 V sampai 10 V
dalam selang waktu 5 ms. Tentukan nilai slew rate dari komponen Op-Amp
tersebut !
Jawab:
Untuk menghitung nilai slew rate dapat dilakukan menggunakan persamaan
(5):
Tidak Terpengaruh oleh Perubahan Suhu
Suatu bahan semikonduktor akan mengalami perubahan karakteristik
menjadi konduktor apabila terjadi perubahan suhu yang cukup besar. Hal ini
disebabkan dengan meningkatnya suhu maka elektron bebas dalam bahan
semikonduktor akan semakin banyak. Dalam kondisi ideal, karakteristik OpAmp tidak akan terpengaruh oleh perubahan suhu. Tetapi dalam praktiknya,
karakterisitik Op-Amp akan sedikit berubah jika terjadi perubahan suhu karena
pada dasarnya Op-Amp juga dibuat dari bahan semikonduktor. Misalnya pada
Op-Amp tipe LM741 memiliki operasi kerja pada rentang suhu -500 sampai 1250
Celcius, di luar rentang suhu tersebut karakteristik Op-Amp akan berubah.
0 Response to "Parameter Op-Amp Ideal"
Posting Komentar