Op-Amp Operational Amplifier atau kerap disingkat Op-Amp adalah sejenis perangkat berbentuk IC linear yang berfungsi sebagai penguat operasional atau penguat sinyal. Itu sebabnya perangkat ini kerap digunakan pada beragam peralatan elektronik.
Zaman dahulu, penguatan operasional menggunakan tabung hampa udara dengan ukuran yang cukup besar dan harus dioperasikan menggunakan tegangan 300 volt. Percobaan tersebut dilakukan oleh ilmuwan bernama Jhon Ragazzini (tahun 1940).
Untungnya di era modern tabung hampa udara tersebut sudah berbentuk IC Circuit yang ukurannya kecil dan tidak membutuhkan daya listrik sebesar itu lagi. Untuk memahami lebih jelas, berikut ini adalah pembahasan lengkapnya.
Pengertian Op-Amp Operational Amplifier
Sebagai penguat sinyal listrik, perangkat ini terdiri dari beberapa komponen pembentuknya. Seperti dioda, kapasitor, resistor dan transistor. Semua komponen tersebut bekerja secara terintegrasi agar bisa mendapatkan penguatan (gain) yang kuat.
Bentuk dari Op-Amp adalh Integrated Circuit (IC). Namun terkadang dalam sebuah IC, bisa ditemukan beberapa jenis Op-Amp berbeda. Misalnya Single Op-Amp, Dual Op-Amp, dan sejenisnya. Bahkan juga bisa memiliki bentuk berbeda selain contoh di atas.
Biasanya Op-Amp memiliki tiga terminal, yaitu; dua input dengan impedansi tinggi dan satu port output dengan impedansi rendah. Input pembalik (inverting input) biasanya bertanda minus (-) sedangkan input non-pembalik (non-inverting input) akan bertanda positif (+).
Op-Amp dilambangkan dengan bentuk segitiga sama kaki. Bagian-bagian yang terdapat pada Op-Amp (lihat gambar) adalah:
- Input non inverting (+)
- Input inverting (-)
- Power supply (catu daya) positif (+V)
- Power supply (catu daya) negatif (-V)
- Output
Fungsi Op-Amp
Penguat operasional merupakan sebuah perangkat yang serba guna dan amat efisien. Contoh paling sederhana dalam fungsinya adalah untuk melakukan operasi matematika sederhana. Seperti melakukan penjumlahan atau pengurangan terhadap perhitungan tegangan listrik.
Secara umum, fungsi dari Op-Amp Operational Amplifier adalah sebagai penguat sinyal listrik. Namun ternyata masih ada beberapa fungsi lainnya dari perangkat ini, yaitu:
- Penguat dan buffer sinyal
- Sensor atau pendeteksi arus listrik AC dan DC
- Melakukan konversi sinyal analog menjadi digital
- Memperkuat volume suara
- Mengatur tegangan
Prinsip Kerja Op-Amp
Secara umum, Op-Amp bekerja dengan melakukan perbandingan atas nilai dari kedua inputnya. Karena keduanya akan menentukan berapa besar tegangan yang akan dihasilkan sebagai outputnya. Prinsip kerjanya adalah:
- Jika perbandingan tersebut nilainya sama, maka outputnya menghasilkan nilai nol.
- Jika perbandingan tersebut nilainya berbeda, maka outputnya bisa menghasilkan nilai tertentu.
Nilai output yang positif terjadi saat input non-inverting (+) potensialnya lebih kecil saat dibandingkan dengan input inverting (-). Sedangkan nilai output negatif terjadi jika potensial input inverting lebih besar dibandingkan dengan input non-inverting.
Karakteristik Op-Amp
Faktor penguat (gain) yang dihasilkan oleh Op-Amp Operational Amplifier bisa dipengaruhi oleh adanya resistor eksternal. Resistor ini biasanya berada pada bagian inverter input dan output. Penguatan akan berkurang saat terjadi umpan balik negatif (negative feedback).
Saat penguatan ini berkurang, tegangan akan lebih mudah diukur dan dikendalikan. Sekaligus juga untuk mencegah “noise” yang berlebihan. Salah satu karakteristik disebut paling ideal adalah tidak mudah dipengaruhi oleh suhu. Selain itu, berikut ini adalah karakteristik lainnya:
1. Bandwith (BW) Tak Terhingga (BW = ꝏ)
Op-Amp disebut ideal atau tidak bisa dilihat dari respons frekuensi yang tidak terbatas. Dengan begitu bisa memperkuat frekuensi sinyal dari DC ke AC.
2. Tegangan Penguatan Tak Terhingga (Av = ꝏ)
Av adalah penguatan tegangan “open loop” yang nilainya tak terhingga. Tidak memiliki umpan balik yang bernilai positif maupun negatif. Nilai sebenarnya dari tegangan yang tak terhingga ini bisa berkisar antara 20.000 hingga mencapai 200.000. Walaupun yang sering dijual hanya berkisar antara 10.000-20.000.
3. Input Impedansi Tak Terhingga (Zin = ꝏ)
Rasio perbandingan tegangan input terhadap arus input disebut tak terhingga untuk mencegah adanya arus yang mengalir dari sumber ke rangkaian input amplifier. Untuk Op-Amp yang menggunakan input FET, input impedensinya sekitar 10-12 ohm.
4. Impedansi Output Nilainya Amat Kecil
Nilai output jumlahnya amat kecil sekitar 150 ohm. Ini memang sengaja disesuaikan dengan kebutuhan.
5. Tegangan Output Offset Nol (0)
Hal ini terjadi saat perbedaan tegangan antara input inverting dan non-inverting memiliki nilai yang sama, nol, atau saat keduanya berada di “ground.”
Beragam Penerapan Op-Amp
Ada banyak sekali penerapan penggunaan Op-Amp Operational Amplifier yang bisa dilihat dalam kehidupan sehari-hari. Baik dalam sistem analog maupun digital, dalam berbagai rangkaian peralatan elektronik seperti berikut:
1. Analog
Penggunaan Op-Amp sistem analog bisa dilihat pada rangkaian berikut:
- Mengubah sinyal dari digital ke analog (DAC) maupun sebaliknya dari analog ke digital (ADC).
- Generator sinyal
- Baseband reviewer
- Menjadi pembanding antara berbagai level tegangan.
2. Digital
Sedangkan penggunaan Op-Amp sistem digital bisa terlihat pada rangkaian berikut:
- Speaker aktif atau megafon
- Decoder atau encoder
- Mixer audio
- Penguat jumlah (summing amplifier)
- Penguat instrumentasi dan differensial
Aplikasi Op-Amp
Setelah melihat banyaknya penerapan yang memanfaatkan Op-Amp, berikut adalah beberapa penggunaan umum yang menggunakan perangkat ini, yaitu:
1. Sebagai Rangkaian Pembanding (Komparator)
Hal ini memanfaatkan penguatan “open loop” yang amat besar. Komparator bekerja dengan membandingkan dua tegangan listrik lalu mengubah outputnya untuk memperlihatkan tegangan mana yang nilainya lebih tinggi.
2. Penguat Pembalik (Inverting Amplifier)
Memanfaatkan umpan balik negatif untuk membalik serta memperkuat tegangan. Resistor (Rf) membuat sebagian sinyal output kembali ke input, jadi nilai output akan mengurangi besarnya nilai input.
3. Sebagai Penguat Tak Pembalik (Non Inverting Ampliflier)
Berlawanan dengan penguat pembalik (inverting amplifier), input masuk pada non-inverting. Dengan begitu, polaritas output akan sama dengan input. Besarnya penguatan akan tergantung dari R-feedback dan R-input. Penguatan minimumnya = 1.
4. Penguat Differensiator
Dimanfaatkan untuk menemukan selisih dari dua tegangan yang telah dikalikan dengan konstanta tertentu.
5. Rangkaian Penguat Penjumlah (Summing Amplifier)
Untuk menjumlahkan beberapa tegangan pada input.
6. Penguat Integrator (Integrator Amplifier)
Bekerja dengan melakukan integrasi tegangan input terhadap waktu. Integrator juga bisa dianggap sebagai tapis (filter) lolos-tinggi (high-pass). Selain itu bisa dimanfaatkan untuk rangkaian tapis aktif (active filter).
7. Sebagai Diferensiator
Untuk mendiferensiasikan sinyal hasil pembalikan terhadap waktu. Diferensiator dapat dibuat dari integrator dengan menggunakan induktor sebagai pengganti kapasitor. Namun sayangnya harga induktor cukup tinggi dan juga bentuknya yang besar jadi mengganggu.
Diferensiator bisa dipandang sebagai tapis lolos-rendah (low-pass filter) serta dapat dimanfaatkan sebagai tapis aktif (active filter).
Kesimpulan
Op-Amp Operational Amplifier merupakan perangkat elektronik yang fungsinya untuk memberikan penguatan operasional. Bentuk umumnya adalah rangkaian IC. Di dalamnya, perangkat ini terdiri dari berbagai komponen lain yang terhubung dengan baik agar menghasilkan penguatan yang tinggi.
Kemampuannya sebagai penguat sinyal membuat perangkat ini kerap digunakan di dalam berbagai komponen yang berhubungan dengan listrik. Sebuah penemuan yang sangat menguntungkan kerja manusia secara umum.
