ELEKTRONIKA ANALOG

OPERASIONAL AMPLIFIER

Disusun Oleh :
Nama : Syaiful Umam
NIM

: 121341005

Jurusan : Teknik Elektro

INSTITUT SAINS DAN TEKNOLOGI AKPRIND

YOGYAKARTA
2014

BAB I
PENDAHULUAN

Dunia teknik mesin sangat erat hubunganya dengan dunia pengukuran,

karena hampir sebagian besar semua aplikasi dalam ilmu teknik mesin
memerlukan sistem pengukuran. Di dalam suatu alat ukur elektronik tentu
memiliki sensor untuk dapat melakukan pengukuran pada suatu sistem. Namun
terkadang sinyal input dari yang akan diukur sangatlah kecil sehingga alat ukur
tidak dapat membacanya dengan baik dan tepat. Oleh sebab itu digunakanlah
suatu komponen yang dapat menguatkan sinyal input sehingga alat ukur dapat
membacanya dengan baik. Komponen yang dapat menguatkan sinyal input ini
biasa disebut dengan operasional amplifier.
Operasional amplifier atau op-amp ini merupakan salah satu komponen
analog yang popular digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika.
Aplikasi op-amp popular yang paling sering dibuat antara lain adalah rangkaian
inverter, non-inverter, integrator dan differensiator. Pada pokok bahasan kali ini
akan dipaparkan beberapa aplikasi op-amp yang paling dasar, dimana
rangkaian feedback (umpan balik) negatif memegang peranan penting. Secara
umum, umpanbalik positif akan menghasilkan osilasi sedangkan umpanbalik
negatif menghasilkan penguatan yang dapat terukur.
Untuk dapat menjalankan fungsinya dengan baik, op-amp harus memiliki
umpan balik. Hampir seluruh rancangan rangkaian yang ada pada umumnya
menggunakan umpan balik negatif untuk mengendalikan besarnya gain serta
memperoleh operasi kerja op-amp linear. Umpan balik negatif dapat diperoleh
melalui pengunaan komponen-komponen rangkaian, misalnya resistor, yang
dihubungkan di antara terminal keluaran op-amp dan masukan pembalik op-amp
yaitu terminal masukan yang bertanda ( - ). Rangkaian-rangkaian non-linear,
misalnya komparator dan osilator, menggunakan umpan balik positif yang dapat
diperoleh dengan menghubungkan komponen, misalnya resistor, diantara terminal

keluaran op-amp dan masukan non-pembaliknya, yaitu terminal masukan yang

bertanda ( + ).
Pada makalah ini akan dibahas semua hal mengenai op-amp ini. Mulai dari
definisi op-amp, teknik feedbacknya, model rangkaian op-amp, tipe-tipe op-amp,
prinsip kerjanya, karakteristiknya, perhitungannya, dan akan dibahas pula
bagaimana kondisi atau keadaan op-amp yang ideal. Sebagai tambahan akan
dibahas juga mengenai apa itu termokopel, rangkaian pengkondisi sinyalnya dan
apa saja tipe-tipe termokopel itu sendiri.

BAB II
PEMBAHASAN

II.1 Definisi Op-Amp

Op-amp adalah suatu blok penguat yang mempunyai dua masukan dan
satu keluaran. Op-amp biasa terdapat di pasaran berupa rangkaian terpadu
(Integrated Circuit-IC). Penguat operasional tersusun dari beberapa rangakian
penguat yang menggunakan transistor. Biasanya membuat perangkat dari op-amp
lebih mudah dibandingkan membuat penguat dari transistor karena tidak
memerlukan perhitungan titik kerja, bias, dll.
Op-amp merupakan perangkat yang sangat efisien dan serbaguna.
Aplikasinya menjangkau industri elektronik yang luas yang memenuhi
persyaratan untuk pengkondisian sinyal, fungsi transfer khusus, instrumentasi
analog, perhitungan analog, dan sistem desain khusus. Aset dari analog yaitu
simpel dan presisi merupakan ciri sirkuit dengan menggunakan op-amp. Selain itu
aplikasi op-amp yang juga sering digunakan antara lain adalah rangkaian inverter,
non-inverter, integrator dan differensiator. Saat ini, penggunaan umum penguat
operasional telah diperluas untuk mencakup aplikasi seperti Amplifier DC,
Amplifier AC, komparator, Driver Servo Valve, Driver Defleksi Yoke, Oscillators
Distorsi rendah, AC ke DC Converter, multivibrators.
Pada op-amp memiliki 2 rangkaian feedback (umpan balik) yaitu feedback
negatif dan feedback positif dimana feedback negatif pada op-amp memegang
peranan penting. Secara umum, feedback positif akan menghasilkan osilasi
sedangkan feedback negatif menghasilkan penguatan yang dapat terukur. Berikut
adalah teknik feedback:
Teknik Feedback.
Ketepatan dan fleksibilitas dari amplifier operasional merupakan hasil
langsung dari penggunaan feedback negatif. Secara umum, amplifier yang
4

menggunakan umpan balik akan memiliki karakteristik operasi yang unggul pada
pengorbanan keuntungan.
I
R1
Vin

R2
Vn
Vp

Vout
_

Gambar 1: Op-amp dengan menggunakan feedback.

Dengan umpan balik yang cukup, karakteristik amplifier loop tertutup
menjadi sebuah fungsi dari elemen umpan balik. Dalam rangkaian umpan balik
yang khas, gambar 1, elemen umpan balik adalah dua resistor. Ketepatan gain
"loop tertutup diatur oleh rasio dari dua resistor dan secara praktis independen
terhadap amplifier "loop terbuka. Dengan demikian, amplifikasi untuk hampir
semua tingkat presisi dapat dicapai dengan mudah.
II.2 Rangkaian Op-Amp
Sebuah amplifier memiliki port input dan port output. Pada amplifier
linier, sinyal output = A x sinyal input, dimana A adalah faktor amplifikasi atau
gain. Berdasarkan sinyal input dan outputnya, ada empat tipe gain penguat, yaitu:
gain tegangan (tegangan luar/ tegangan dalam), gain arus (arus luar/ arus dalam),
transresistance (tegangan luar/ arus dalam), dan transconductance (arus luar/
tegangan dalam).
Model rangkaian sebuah amplifier ditunjukkan pada gambar 2. Port input
berperan pasif, tidak menghasilkan tegangan sendiri, dan dimodelkan oleh
element resistif Ri atau disebut juga resistansi input. Port output tegangannya
bergantung pada sumber Avi secara seri dengan resistansi output Ro, dimana Vi
adalah perbedaan potensial antara terminal port input. Gambar 2 menunjukkan
rangkaian amplifier yang lengkap yaitu yang mengandung sumber tegangan input
Vs yang dirangkai secara seri dengan sumber resistansi Rs dan sebuah beban
5

resistansi output RL. Dari gambar 2, dapat dilihat bahwa kita memiliki teganganpembagi sirkuit di port input maupun port output dari amplifier. Hal ini
mengharuskan kita untuk menghitung ulang nilai Vi dan Vo setiap kali sumber/
beban yang digunakan berbeda dengan menggunakan rumus berikut:

Ri
Vi
Rs Ri

Vs

RL
Vo
Ro R L

V
V

AVi

................................(2)

INPUT PORT

AV

SO U RCE

o
OUTPUT PORT

................................(1)

A M P L IF IE R

LO AD

Gambar 2: Model rangkaian amplifier.

II.3 Diagram Op-Amp
Op-amp di dalamnya terdiri dari beberapa bagian, yang pertama adalah
penguat diferensial, lalu ada tahap penguatan (gain), selanjutnya ada rangkaian
penggeser level (level shifter) dan kemudian penguat akhir yang biasanya dibuat
dengan penguat push-pull kelas B. Gambar 3 (a) berikut menunjukkan diagram
dari op-amp yang terdiri dari beberapa bagian tersebut.

Gambar 3 (a): Diagram blok operasional amplifier.

Gambar 3 (b): Diagram skematik simbol operasional amplifier.

Simbol op-amp adalah seperti pada gambar 3 (b) dengan 2 input, noninverting (+) dan input inverting (-). Umumnya op-amp bekerja dengan dual
supply (+Vcc dan Vee) namun banyak juga op-amp dibuat dengan single supply
(Vcc ground). Simbol rangkaian di dalam op-amp pada gambar 3 (b) adalah
parameter umum dari sebuah op-amp. Rin adalah resitansi input yang nilai
idealnya infinit (tak terhingga). Rout adalah resistansi output dan besar resistansi
idealnya 0 (nol). Sedangkan AOL adalah nilai penguatan open loop dan nilai
idealnya tak terhingga.
Karakteristik satu op-amp dapat berbeda dengan op-amp lain tergantung dari
teknologi pembuatan dan desain IC-nya.
II.4 Fungsi Op-Amp
Pada mulanya op-amp digunakan untuk rangkaian perhitungan analog,
rangkaian pengaturan instrumentasi. Fungsi utamanya adalah untuk melakukan
operasi linier matematika (tegangan dan arus), integrasi dan penguatan. Namun
kini op-amp dapat digunakan dimana saja, dalam berbagai bidang: reproduksi
7

suara, system komunikasi, sistem pengolahan digital, elektronik komersial dan

aneka macam perangkat hobbyist.
Salah satu fungsi yang penting dari op-amp adalah hubungan polaritas
antara input terhadap output. Tegasnya, jika input pada (-) lebih positif daripada
input pada (+), maka output akan menjadi negatif. Sebaliknya, jika input pada (-)
lebih negatif daripada input pada (+), maka output akan menjadi positif.

(a)

(b)

Gambar 4: Hubungan antara input dan output.

II.4-1 Amplifier Operasional: Op-Amp Ideal
Op-amp pada dasarnya adalah sebuah differential amplifier (penguat
diferensial) yang memiliki dua masukan. Input (masukan) op-amp ada yang
dinamakan input inverting dan non-inverting. Op-amp ideal memiliki open loop
gain (penguatan loop terbuka) yang tak terhingga besarnya. Seperti misalnya opamp LM741 yang sering digunakan oleh banyak praktisi elektronika, memiliki
karakteristik tipikal open loop gain sebesar 104 ~ 105. Penguatan yang sebesar ini
membuat op-amp menjadi tidak stabil, dan penguatannya menjadi tidak terukur
(infinite). Disinilah peran rangkaian negative feedback (umpanbalik negatif)
diperlukan, sehingga op-amp dapat dirangkai menjadi aplikasi dengan nilai
penguatan yang terukur (finite).
Impedasi input op-amp ideal mestinya adalah tak terhingga, sehingga
mestinya arus input pada tiap masukannya adalah 0. Sebagai perbandingan
praktis, op-amp LM741 memiliki impedansi input Zin = 106 Ohm. Nilai
8

impedansi ini masih relatif sangat besar sehingga arus input op-amp LM741
mestinya sangat kecil.
Ada dua aturan penting dalam melakukan analisa rangkaian op-amp
berdasarkan karakteristik op-amp ideal. Aturan ini dalam beberapa literatur
dinamakan Golden Rule, yaitu :
Aturan 1: Perbedaan tegangan antara input V+ dan V- adalah nol (V+ V- = 0 atau
V+ = V-)
Aturan 2: Arus pada input Op-amp adalah nol (i+ = i- = 0)
Inilah dua aturan penting op-amp ideal yang digunakan untuk menganalisa
rangkaian op-amp.
Model amplifier standar ditunjukkan pada Gambar 5 dan pada Gambar 6
menunjukkan model amplifier ideal. Op-amp dikatan "differential-to-singleended" amplifier, jika menguatkan perbedaan tegangan Vp Vn = Vi pada port
input dan menghasilkan tegangan Vo di port output yang direferensikan ke node
dasar dari sirkuit yang digunakan op-amp.

ip
+

V_p

Ri

Ro

Vi
_

in

AV

V_p

Vi
+

Vo

AV i

Vo
_

V_n

V_n

Gambar 5: Op-amp standar.

Gambar 6: Op-amp ideal.

Model op-amp yang ideal berasal untuk menyederhanakan analisis rangkaian dan
umumnya digunakan oleh para insinyur untuk perkiraan perhitungan orde
pertama. Model yang ideal membuat tiga asumsi penyederhanaan:
Gain tak terhingga: A =
9

..........................(3)

Resistansi input tak terhingga: Ri = .........(4)

Resistansi output nol: Ro= 0 ........................(5)
Aplikasikasikan asumsi ini pada model op-amp standar dan hasilnya ada pada
model op-amp ideal yang ditunjukkan gambar 6. Karena Ri = dan perbedaan
tegangan Vp Vn = Vi pada port input terbatas, maka nilai arus input adalah nol
untuk op-amp ideal:
in = ip = 0 ................................(6)
Maka tidak ada efek pembebanan pada port input dari op-amp ideal:
Vi Vs

...................................(7)

Selain itu, karena Ro = 0, maka tidak ada efek pembebanan pada port uotput dari
op-amp ideal:
Vo = A Vi ................................(8)
Akhirnya, karena A = dan Vo harus terbatas, maka:
Vi = Vp Vn = 0

atau Vp = Vn ....................(9)

II.5 Macam-Macam Op-Amp

Op-amp memiliki berbagai macam jenis dan tipenya berdasarkan
rangkaiannya. Berikut ini akan dijelaskan beberapa tipe op-amp yang biasa
digunakan:
1. Komparator (Rangkaian Pembanding).
Merupakan salah satu aplikasi yang memanfaatkan penguatan terbuka
(open-loop gain), penguat operasional yang sangat besar. Ada jenis penguat
operasional khusus yang memang difungsikan semata-mata untuk penggunaan ini
dan agak berbeda dari penguat operasional lainnya dan umumnya disebut juga
dengan komparator.
10

Komparator membandingkan dua tegangan listrik dan mengubah keluarannya

untuk menunjukkan tegangan mana yang lebih tinggi:

Gambar 7: Komparator
di mana Vs adalah tegangan catu daya dan penguat operasional beroperasi di
antara Vs+ dan Vs .)
2. Penguat Pembalik (Inverting Amplifier)
Rangkaian dasar penguat inverting adalah seperti yang ditunjukkan pada
gambar 8, dimana sinyal masukannya dibuat melalui input inverting. Seperti
namanya, bahwa fase keluaran dari penguat pembalik ini akan selalu berbalikan
dengan inputnya. Pada rangkaian ini, feedback negatif dibangun melalui resistor
R2.

Gambar 8: Penguat pembalik

Gambar 8 menunjukkan dasar lain rangkaian op-amp yang berguna yaitu penguat
pembalik. Hal ini mirip dengan rangkaian non-pembalik hanya saja jika pada
penguat pembalik sinyal input diterapkan pada R1 sedangkan pada penguat nonpembalik diterapkan pada ground. Mari kita ambil hubungan antara tegangan
input Vin dan tegangan output Vout. Pertama, karena Vn = Vp dan Vp dihubungkan ke
grond, Vn = 0. Karena arus yang mengalir ke input pembalik ideal op-amp adalah
11

nol, arus yang mengalir melalui R1 harus sama besarnya dan berlawanan arah
dengan arus yang mengalir melalui R2 (oleh Hukum Saat Kirchhoff):
Vin Vn Vout Vn

R1
R2

..............(10)

Karena Vn = 0, maka:
R
Vout 2
R1

Vin

.................(11)

Dan nilai gain:

G

R2
R1

............................ (12)

Gain dari penguat pembalik selalu negatif, tanda negatif ini menunjukkan bahwa
keluaran adalah pembalikan dari masukan. Contohnya jika R2 adalah 10.000
dan R1 adalah 1.000 , maka nilai gain adalah -10.000 / 1.000, yaitu -10.
Impedansi rangkaian pembalik didefenisikan sebagai impedansi input dari
sinyal masukan terhadap ground. Karena input pembalik (-) pada rangkaian ini
diketahui adalah 0 (virtual ground) maka impendasi rangkaian ini tentu saja
adalah Zin = R1.
3. Penguat Non-Pembalik (Non-Inverting Amplifier)
Penguat non- pembalik amplifier merupakan kebalikan dari penguat
pembalik, dimana input dimasukkan pada input non- pembalik sehingga polaritas
output akan sama dengan polaritas input tapi memiliki penguatan yang tergantung
dari besarnya Rfeedback dan Rinput.
Prinsip utama rangkaian penguat non-pembalik adalah seperti yang
diperlihatkan pada gambar 9 berikut ini. Seperti namanya, penguat ini memiliki
masukan yang dibuat melalui input non-inverting. Dengan demikian tegangan
keluaran rangkaian ini akan satu fasa dengan tegangan inputnya. Untuk

12

menganalisa rangkaian penguat op-amp non-inverting, caranya sama seperti

menganalisa rangkaian inverting.

Gambar 9: Penguat non-pembalik

Gambar 9 menunjukkan rangkaian op-amp dasar, yaitu op-amp non-pembalik.
Terminal input yang ditandai + (Vp) disebut input non- pembalik dan terminal
input dengan tanda - (Vn)disebut input pembalik.
Untuk mengetahui cara kerja penguat non-pembalik, kita perlu mengetahui
hubungan antara tegangan input Vin dan tegangan output Vout. Perlu diingat bahwa
untuk op-amp ideal, tidak ada efek pembebanan pada input, maka
Vp = Vi .................................(13)
Karena arus yang mengalir pada input pembalik untuk op-amp ideal adalah nol,
arus yang mengalir melewati R1 sama dengan arus yang mengalir melewati R2
(sesuai Hukum Arus Kirchhoff yang menyatakan bahwa jumlah aljabar dari arus
yang mengalir ke node adalah nol). Kita kemudian bisa mencari Vn:

R1
Vn
R1 R2

Vout

...........(14)

Dari persamaan 9, kita dapat Vin = Vp = Vn, maka

R
Vout 1 2 Vin
R1

13

...............(15)

Perhatikan bahwa gain (Vout / Vin) selalu lebih besar atau sama dengan satu.
Karena tegangan sinyal masukan terhubung langsung dengan masukan pada
penguat operasional maka impedansi masukan bernilai Z in . Dari datasheet,
LM741 diketahui memiliki impedansi input Zin = 108 to 1012 Ohm.
4. Penguat Differential
Gambar 10 menunjukkan rangkaian penguat diferensial. Sesuai namanya,
konfigurasi op-amp ini dapat memperkuat perbedaan dari dua sinyal input.
Penguat diferensial digunakan untuk mencari selisih dari dua tegangan yang telah
dikalikan dengan konstanta tertentu yang ditentukan oleh nilai resistansi yaitu
sebesar

Rf
R1

untuk R1 = R2 dan Rf = Rg. Penguat jenis ini berbeda dengan

diferensiator.

Gambar 10: Amplifier diferensial.

Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut:

Vout

R
R

f
g

R1 Rg

R2 R1

V2

Rf
R1

V1 ........(16)

Sedangkan untuk R1 =R2 dan Rf = Rg maka gain diferensial adalah:

Vout (V2 V1 )

Rf
R1

..............................(17)

Jika dua sinyal input sama, secara ideal output pasti nol. Untuk mengukur kualitas
amplifier, istilah Common Mode Rejection Ratio (CMRR) didefinisikan. CMRR
14

adalah rasio dari tegangan output yang sesuai dengan perbedaan dari dua sinyal
masukan dengan tegangan keluaran sesuai dengan "bagian umum" dari dua sinyal.
Op-amp yang bagus memiliki CMRR yang tinggi.
5. Penguat Penjumlah (Summing Amplifier)
Dalam beberapa aplikasi yang besar, input untuk penguat pembalik lebih
dari satu tegangan. Bentuk sederhana dari input yang banyak ditunjukkan pada
gambar 11.

Gambar 11: Penguat penjumlahan

Penguat penjumlah menjumlahkan beberapa tegangan masukan, dengan
persamaan sebagai berikut:
Vout R f (

V
V1 V2

... n ) .......(18)
R1 R2
Rn

Saat R1 = R2 =...= Rn , dan Rf saling bebas maka:

Vout

Rf
R1

(V1 V2 ... Vn )

.....(19)

Saat R1 = R2 =...= Rn = Rf , maka:

Vout (V1 V2 ... Vn )

....(20)

Perlu diperhatikan bahwa keluaran adalah terbalik dan impedansi masukan dari
masukan ke-n adalah Zn = Rn (di mana V- adalah Virtual ground).
15

6. Penguat Integrator (Integrator Amplifier)

Op-amp bisa juga digunakan untuk membuat rangkaian-rangkaian dengan
respons frekuensi, misalnya rangkaian penapis (filter). Salah satu contohnya
adalah rangkaian integrator seperti yang ditunjukkan pada gambar 12. Rangkaian
dasar sebuah integrator adalah rangkaian op-amp inverting, hanya saja rangkaian
umpanbaliknya (feedback) bukan resistor melainkan menggunakan kapasitor C.
Dengan menambahkan kapasitor secara paralel dengan umpanbalik resistor R2
dalam penguat pembalik seperti yang ditunjukkan pada gambar 12, op-amp dapat
digunakan untuk melakukan integrasi. Penguat ini mengintegrasikan tegangan
masukan terhadap waktu, dengan persamaan:

Vout

1
Vin dt Vmula

R1C

................(21)

di mana t adalah waktu dan Vmula adalah tegangan keluaran pada t=0.
Dengan

demikian,

input

gelombang

persegi

akan

menyebabkan

gelombang output segitiga. Namun, dalam rangkaian yang sebenarnya (R2 < )
ada beberapa kerusakan dalam keadaan sistem pada tingkat proporsional keadaan
itu sendiri. Hal ini menyebabkan peluruhan eksponensial dengan waktu konstan
= R2C.

16

Gambar 12: Penguat integrator.

Sebuah integrator dapat juga dipandang sebagai tapis pelewat-tinggi dan dapat
digunakan untuk rangkaian tapis aktif.
7. Differentiator
Dengan menambahkan kapasitor secara seri dengan resistor input R1 dalam
sebuah penguat pembalik, op-amp dapat digunakan untuk melakukan diferensiasi.
Diferensiator ideal (R1 = 0) tidak memiliki memori dan melakukan perhitungan.
Vout R2 C

dVin
dt

...........(22)

di mana Vin dan Vout adalah fungsi dari waktu.

Jadi masukan gelombang segitiga akan menyebabkan output gelombang persegi.
Namun, sirkuit yang sebenarnya (R1 > 0) akan memiliki beberapa memori dari
keadaan sistem (seperti kehilangan integrator) dengan peluruhan eksponensial dari
waktu konstan = R1C.

Gambar 13: Penguat diferensiator.

Pada dasarnya diferensiator dapat juga dibangun dari integrator dengan cara
mengganti kapasitor dengan induktor, namun tidak dilakukan karena harga
induktor yang mahal dan bentuknya yang besar.Diferensiator dapat juga dilihat
sebagai tapis pelewat-rendah dan dapat digunakan sebagai tapis aktif.
II.6 Karakteristik Op-Amp

17

Penguat operasional modern adalah sebuah keadaan solid, memiliki gain

tinggi, penguat tegangan DC. Rangkaian umpan balik praktis bekerja berdasarkan
pada rangkaian yang diturunkan dalam bagian sebelumnya menggunakan model
op-amp ideal. Mengganti yang sebenarnya, untuk penguat operasional yang ideal
akan menghasilkan beberapa variasi yang dapat diprediksi dari operasi ideal yang
sedikit diabaikan di banyak aplikasi.
Dalam kasus penguat operasional ideal, sirkuit operasi dipandang bergantung
sepenuhnya pada umpan balik yang digunakan. Hal ini dimungkinkan untuk
menggunakan loop amplifier nyata operasional terbuka, tetapi kontrol dan
stabilitas masalah yang dihadapi karena gain loop terbuka tinggi (X100000
biasanya di DC). Random noise dari rangkaian input dan kebisingan yang
dihasilkan dalam penguat operasional itu sendiri ditambah variasi karakteristik
penguat akibat perubahan suhu atau penuaan komponen semua dikalikan dengan
gain loop terbuka. Sedikit variasi dalam unit diproduksi menjadi nyata karena
efek ini, maka spesifikasi loob terbuka kadang-kadang diberikan nilai konservatif
"biasa".
Karena setiap rangkaian loop tertutup pada dasarnya adalah memiliki kasus yang
khusus, perlu untuk memahami karakteristik baik loop terbuka dan loop tertutup
sebelum memulai untuk mendesain sirkuit menggunakan penguat operasional.
Setiap pernyataan yang harus dibuat tentang rangkaian penguat operasional harus
memenuhi syarat oleh informasi "loop terbuka" atau "loop tertutup" dan karakter
umpan balik harus ditentukan untuk informasi " loop tertutup ".
Adapun simbol op-amp:

Gambar 14: Simbol op-amp.

18

Untuk karakteristik ideal op-amp sendiri adalah:

Tabel 1: Karakteristik ideal op-amp.

Karakteristik Op-Amp
Gain yang tinggi
Bandwidth yang lebar
Impedansi input yang besar
Impedansi output yang kecil
Stabil
Konsumsi daya yang rendah
Noise yang rendah

Tipikal
90 dB 110 dB
4 MHz
2 10 M ohm
20 100 ohm

Tetapi pada prakteknya , ada beberapa karakteristik op-amp antara lain:

1. Arus bias input (input bias current). Pada prakteknya akan ada aliran arus
yang mengalir ke dalam kedua input op-amp. Arus ini adalah arus bias
mundur transistor. Arus bias input didefinisikan sebagai:

I bias

I1 I 2
2

2. Arus offset input (input offset current). Arus offset input merupakan
perbedaan arus bias input dari kedua terminal input.
I os I1 I 2

3. Tegangan offset input ( input offset voltage). Bila V1 dan V2 berada pada
tegangan yang sama, tegangan output idealnya harus nol, karena V0 = Ad (V2
V). Tetapi pada prakteknya akan ada tegangan pada output. Tegangan offset
input didefinisikan sebagai perbedaan tegangan yang harus disupplaykan
pada kedua terminal input agar tegangan output sama dengan nol.
4. Differensial voltage gain (Ad). Merupakan gain bila perbedaan sinyal
tegangan input disupplaykan pada kedua terminal input.

19

5. Common mode voltage gain (Ac). Merupakan gain bila suatu sinyal input
yang sama disupplaykan pada kedua termi nal input opamp.
6. Common mode rejection ratio (CMRR). Merupakan perbandingan antara Ad
dan Ac dalam satuan dB.
CMRR = Ad / Ac.
7. Supply voltage rejection ratio (SVRR). SVRR = Perubahan dalam tegangan
suplai. Perubahan dalam tegangan offset input
8. Slew rate. Merupakan ukuran waktu yang dibutuhkan untuk mensaklarkan
output dari minimum tegangan negatif ke maksimum tegangan positif.
SR = V / T.
9. Full power bandwidth (f FPBW). f FPBW merupakan frekwensi terbesar dari
tegangan sinus penuh yang dapat dioutputkan op-amp tanpa terjadinya efek
slew rate. Jika output, V0 = Vom sin (2ft), maka gradienya:
dV0
2fVom cos 2ft .
dt
Gradien akan maximum bila cos (2ft) = 1. Maka:
dV0
2fVom , dimana f adalah f FPBW.
dt

Jadi SR = 2 f FPBW Vom . Dan f FPBW = SR / (2 Vom).

10. Respon frekuensi: Karakteristik umum respon frekuensi open loop gain dari
op-amp adalah seperti berikut ( dalam skala logaritma):

20

Gambar 15: Respon frekuensi.

II. 7 Termokopel
Thermocouple adalah dua logam yang didekatkan yang apabila terpapar
oleh kalor dengan suhu tertentu akan menghasilkan beda potensial. Termokopel
Suhu didefinisikan sebagai jumlah dari energi panas dari sebuah objek atau
sistem. Perubahan suhu dapat memberikan pengaruh yang cukup signifikan
terhadap proses ataupun material pada tingkatan molekul (Wilson, 2005). Sensor
suhu adalah device yang dapat melakukan deteksi pada perubahan suhu
berdasarkan pada parameter-parameter fisik seperti hambatan, ataupun perubahan
voltage (Wilson, 2005). Salah satu jenis sensor suhu yang banyak digunakan
sebagai sensor suhu pada suhu tinggi adalah termokopel seperti pada Gambar
dibawah ini:

Gambar 16: Termokopel (Wilson, 2005)

Termokopel merupakan jenis logam yang berbeda disatukan salah satu ujungnya
dan ujung tersebut dipanaskan maka akan timbul beda potensial pada ujung-ujung
yang lain, hal ini diakibatkan oleh kecepatan gerak elektron dari dua material yang
berbeda daya hantar panas sehingga mengakibatkan beda potensial. Dalam
21

perancangan serta penggolongan dari termokopel sendiri sudah diatur oleh

Instrument Society of America (ISA).
Termokopel dibangun berdasarkan Asas Seeback dimana bila dua jenis logam
yang berlainan disambungkan ini akan menjadi rangkaian tertutup sehingga
perbedaan temperature pada sambungan akan menimbulkan beda potensial listrik
pada kedua logam tersebut, selanjutnya akan dibaca oleh alat ukur temperatur
(Fraden, 2003).
II. 7-1 Tipe-Tipe Termokopel
Tersedia beberapa jenis termokopel, tergantung aplikasi penggunaannya,
yaitu :
a. Tipe K (Chromel (Ni-Cr alloy) / Alumel (Ni-Al alloy))
Termokopel untuk tujuan umum. Lebih murah. Tersedia untuk rentang suhu 200
C hingga +1200 C.
b. Tipe E (Chromel / Constantan (Cu-Ni alloy))
Tipe E memiliki output yang besar (68 V/C) membuatnya cocok digunakan
pada temperatur rendah, tipe E adalah tipe non- magnetik.
c. Tipe J (Iron / Constantan)
Rentangnya terbatas (40 hingga +750 C) membuatnya kurang populer
dibanding tipe K
d. Tipe J memiliki sensitivitas sekitar ~52 V/C
e. Tipe N (Nicrosil (Ni-Cr-Si alloy) / Nisil (Ni-Si alloy))
Stabil dan tahanan yang tinggi terhadap oksidasi membuat tipe N cocok untuk
pengukuran suhu yang tinggi tanpa platinum. Dapat mengukur suhu di atas 1200
C. Sensitifitasnya sekitar 39 V/C pada 900C, sedikit di bawah tipe K. Tipe N
merupakan perbaikan tipe K.
f. Termokopel tipe B, R, dan S adalah termokopel logam mulia yang memiliki
karakteristik yang hampir sama. Mereka adalah termokopel yang paling stabil,
22

tetapi karena sensitifitasnya rendah (sekitar 10 V/C) mereka biasanya hanya

digunakan untuk mengukur temperatur tinggi (>300 C).

Type B (Platinum-Rhodium/Pt-Rh) dapat mengukur suhu di atas 1800 C.

Tipe B memberi output yang sama pada suhu 0C hingga 42C sehingga
tidak dapat dipakai di bawah suhu 50C.

Type R (Platinum /Platinum with 7% Rhodium) dapat mengukur suhu di

atas 1600 C. sensitivitas rendah (10 V/C) dan biaya tinggi membuat
mereka tidak cocok dipakai untuk tujuan umum.

Type S (Platinum /Platinum with 10% Rhodium) dapat mengukur suhu di

atas 1600 C. sensitivitas rendah (10 V/C) dan biaya tinggi membuat
mereka tidak cocok dipakai untuk tujuan umum. Karena stabilitasnya
yang tinggi Tipe S digunakan untuk standar pengukuran titik leleh emas
(1064.43 C).

g. Type T (Copper/ Constantan)

Cocok untuk pengukuran antara 200 hingga 350 C. Konduktor positif terbuat
dari tembaga, dan yang negatif terbuat dari konstantan. Sering dipakai sebagai alat
pengukur alternatif sejak penelitian kawat tembaga. Type T memiliki sensitifitas
~43 V/C
II. 7-2 Rangkaian Pengkondisi Sinyal Termokopel
Untuk rangkaian pengkondisi sinyal termokopel sendiri adalah sebagai berikut:

23

Gambar 17: Rangkaian pengkondisi sinyal termokopel.

Rangkaian pengkondisi sinyal berfungsi untuk mengolah sinyal dari
transduser termokopel berupa tegangan yang cukup kecil menjadi tegangan yang
lebih besar, sehingga output dari rangkaian ini dapat dibaca oleh untai Analog
Digital Converter (ADC). Rangkaian signal conditioning terbagi dalam 3 blok
fungsi:
a. Low pass Filter
Termokopel yang terlalu panjang bisa menangkap sinyal liar layaknya sebuah
antena, karena output dari termokopel merupakan sinyal berfrekuensi rendah,
perlu dipasang sebuah filter untuk menghilangkan sinyal frekuensi tinggi yang
tidak lain adalah noise. R4, R5, C1, dan C2 adalah komponen penyusun low pass
filter yang memiliki frekuensi cut off sekitar 3Hz. Diode zener D1 dan D3
digunakan untuk membatasi input yang masuk ke rangkaian. Resistor pull up
1M berfungsi sebagai pengaman pada saat termokopel putus / tidak terhubung,
karena saat termokopel tidak terhubung input rangkaian signal conditioning
menjadi besar sehingga pemanas tidak akan menyala bila alat ini digunakan
sebagai pengendali suhu.
b. Penguat tingkat I
Penguat Tingkat I adalah rangkaian non- Inverting op-amp menggunakan IC OP
07. Kami memilih penguat jenis non- inverting dengan pertimbangan penguat
non-inverting memiliki impedansi masukan yang sangat tinggi dan impedansi
keluaran yang rendah, selain itu sinyal input dari termokopel sebanding dengan
kenaikan suhu. Didalam rangkaian ini terdapat 2 buah potensiometer. R3 sebagai
Zero adjustment, berfungsi untuk mengatur besar kecilnya tegangan offset
keluaran. Tegangan offset adalah tegangan yang timbul pada keluaran saat nilai
inputannya nol. Tegangan ini digunakan untuk menentukan suhu terendah yang
bisa dibaca alat ukur ini. R10 sebagai Gain Adjustment, berfungsi untuk mengatur
24

besar penguatan pada tingkat ini, dengan menganggap tegangan offset = 0V, besar
penguatannya adalah seperti berikut:
penguatan saat potensiometer posisi minimal:
R10 0

R10 R11

AIm in 1

R9

0 300

AIm in 1

10

AIm in 31

penguatan saat potensiometer posisi maksimal:

R10 100

AIm ax 1
AIm ax 1

R10 R11
R9

100 300
10

AIm ax 41

c. Penguat tingkat II
Penguat tingkat II juga menggunakan penguat non-inverting sama seperti
menguat tingkat I. Op-amp yang digunakan adalah LF 353 Pada penguat ini nilai
gain adalah tetap yaitu sebesar:

AII 1
AII 1

R7
R8

68
10

AIm in 6.8

Selanjutnya bila rangkaian di analisis secara keseluruhan, rangkaian signal

conditioning memiliki penguatan sebesar:
Penguatan saat potensiometer posisi minimal:
25

A AIm in AII
A 31 6.8
A 210.8

Penguatan saat potensiometer posisi maksimal:

A AIm ax AII
A 41 6.8
A 278.8

Besarnya penguatan rangkaian signal conditioning adalah 210 279 kali.

Sedangkan tegangan outputnya sebesar:
V0 Voffset Vin A

26

BAB III
PENUTUP

Operational Amplifier atau op-amp merupakan salah satu komponen

analog yang popular digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika.
Aplikasi op-amp yang paling sering dibuat antara lain adalah rangkaian inverter,
non-inverter, integrator dan differensiator.
Semua pembahasan diatas adalah rumusan untuk penguatan op-amp ideal.
Pada prakteknya ada beberapa hal yang mesti diperhatikan dan ditambahkan pada
rangkaian opamp. Antara lain, tegangan offset (offset voltage), arus bias (bias
current), arus offset (offset current) dan lain sebagainya. Umumnya ketidakidealan op-amp dan bagaimana cara mengatasinya diterangkan pada datasheet
opamp dan hal ini spesifik untuk masing-masing pabrikan.
Semua konfigurasi op-amp yang telah dibahas memiliki satu kesamaan,
yaitu terdapat jalur dari output op-amp kembali ke input pembaliknya. Ketika
output tidak dibatasi ke suplai tegangan, feedback negatif memastikan bahwa
operasi op-amp terjadi pada daerah linier (sebagai lawan dari daerah saturasi,
dimana tegangan output "dijenuhkan" di salah satu tegangan suplai). Amplifikasi,
penjumlahan/ pengurangan, dan integrasi/ diferensiasi, semua adalah operasi
linier. Sebagai catatan bahwa keduanya (sinyal AC dan offset DC) termasuk
didalam operasi ini, kecuali kita menambahkan kapasitor secara seri dengan sinyal
input (s) untuk memblokir komponen DC.

27