05. operational amplifier

20
Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan DASAR RANGKAIAN LISTRIK Ali Sadiyoko, S.T., M.T. Faisal Wahab, S.Pd., M.T. FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO KONSENTRASI MEKATRONIKA 2016

Upload: ali-sadiyoko

Post on 24-Jan-2017

113 views

Category:

Education


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: 05. operational amplifier

Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan

DASAR RANGKAIAN LISTRIK

Ali Sadiyoko, S.T., M.T. Faisal Wahab, S.Pd., M.T.

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO KONSENTRASI MEKATRONIKA

2016

Page 2: 05. operational amplifier

Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan

Topik 5 Operational Amplifier

โ€ข Gelombang Sinusoidal

โ€ข Pengantar

โ€ข Ideal Op-Amp

โ€ข Inverter Op-Amp

โ€ข Non-Inverter Op-Amp

โ€ข Summing Op-Amp

โ€ข Diferensial Op-Amp

โ€ข Cascade Op-Amp

Page 3: 05. operational amplifier

Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan

Gelombang Sinusoidal

Dimana : A = Amplituda ๐œ” = 2๐œ‹๐‘“ = ๐‘“๐‘Ÿ๐‘’๐‘˜๐‘ข๐‘’๐‘›๐‘ ๐‘– ๐‘ ๐‘ข๐‘‘๐‘ข๐‘ก

๐‘“ =1

๐‘‡= ๐‘“๐‘Ÿ๐‘’๐‘˜๐‘ข๐‘’๐‘›๐‘ ๐‘–

๐‘ก = ๐‘ ๐‘Ž๐‘ก๐‘ข๐‘Ž๐‘› ๐‘‘๐‘’๐‘ก๐‘–๐‘˜

T

A

๐œ‹ ๐œ”๐‘ก 2๐œ‹ ๐œ‹

2

3๐œ‹

2

)2

(sin tT

Ay

)(sin tAy

)2(sin tfAy

A

Page 4: 05. operational amplifier

Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan

Gambarkan Sinyal sinusoidal y= 2 sin (6280t)

Jawab : Amplitudo A = 2 perioda

๐œ” =2๐œ‹

๐‘‡

๐‘‡ =2๐œ‹

๐œ”=

2๐‘ฅ3,14

6280= 0.001 ๐‘ 

frekuensi ๐œ” = 2๐œ‹๐‘“

๐‘“ =๐œ”

2๐œ‹=

6280

2๐‘ฅ3.14= 1000 ๐ป๐‘ง/1๐‘˜๐ป๐‘ง

Page 5: 05. operational amplifier

Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan

Gain(A)

๐‘‰๐‘ 

๐‘…๐‘ 

๐‘‰๐‘™

+

โˆ’

Op-Amp

๐‘ฝ๐’ = ๐‘จ๐‘ฝ๐’”

Tegangan output ๐‘‰๐‘™ adalah penguatan dari Tegangan sumber ๐‘‰๐‘ 

Amplifier Load Source

Page 6: 05. operational amplifier

Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan

+

-๐‘ฃ๐‘ 

๐‘…๐‘ 

๐‘…๐‘–๐‘› ๐ด๐‘ฃ๐‘–๐‘›

๐‘…๐‘œ๐‘ข๐‘ก

+

โˆ’

๐‘ฃ๐‘–๐‘›

๐‘ฃ๐‘–๐‘› =๐‘…๐‘–๐‘›

๐‘…๐‘  + ๐‘…๐‘–๐‘›๐‘ฃ๐‘  ๐‘ฃ๐‘™ =

๐‘…๐‘™

๐‘…๐‘œ๐‘ข๐‘ก + ๐‘…๐‘™๐ด๐‘ฃ๐‘–๐‘›

+

โˆ’

๐‘ฃ๐‘™

๐’—๐’Š๐’ = ๐’—๐’” Idealnya ๐’—๐’ = ๐‘จ๐’—๐’Š๐’

๐’—๐’ = ๐‘จ ๐’—๐’”

๐‘…๐‘™

๐‘…๐‘–๐‘›= โˆž (open loop)

๐‘…๐‘œ๐‘ข๐‘ก = 0 (close loop)

Page 7: 05. operational amplifier

Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan

+

-๐‘…๐‘–๐‘›

๐ด๐‘ฃ๐‘–๐‘›

๐‘…๐‘œ๐‘ข๐‘ก

+

โˆ’

๐‘ฃ๐‘–๐‘›

๐‘ฃ๐‘

๐‘ฃ๐‘›

Karakteristik Ideal Op-Amp 1. ๐‘…๐‘–๐‘›= โˆž, (open circuit) 2. ๐‘…๐‘œ = 0, (short circuit) 3. ๐ด = โˆž,

๐‘ฃ๐‘ = ๐‘ฃ๐‘›

๐‘–๐‘ = ๐‘–๐‘› = 0

๐‘–๐‘

๐‘–๐‘›

Circuit Model

๐‘ฃ๐‘–๐‘› = ๐‘ฃ๐‘ โˆ’ ๐‘ฃ๐‘›

Dengan gain ๐ด = โˆž, sedangkan

๐‘ฃ๐‘๐‘ dibatasi 24 V, Maka, ๐‘ฃ๐‘๐‘

๐ด= 0

Pada Op-Amp ideal ๐‘…๐‘–๐‘›= โˆž sehingga arus yang masuk ๐‘ฃ๐‘ dan ๐‘ฃ๐‘› dianggap nol

๐‘ฃ๐‘œ

Page 8: 05. operational amplifier

Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan

+

-

๐‘ฃ๐‘ 

๐‘…๐‘ 

๐‘…๐‘“

+

โˆ’

๐‘ฃ๐‘œ ๐‘ฃ๐‘

๐‘ฃ๐‘›

Inverting Amplifier

Circuit Model

๐‘ฃ๐‘ 

๐‘…๐‘ 

๐‘…๐‘“

+

โˆ’

๐‘ฃ๐‘œ

๐‘ฃ๐‘

๐‘ฃ๐‘›

Tentukan close loop voltage

gain ๐ด =๐‘‰๐‘œ

๐‘‰๐‘  !

๐ด๐‘ฃ๐‘–๐‘›

+

โˆ’

๐‘ฃ๐‘–๐‘› ๐‘…๐‘–๐‘›

๐‘…๐‘œ๐‘ข๐‘ก

Page 9: 05. operational amplifier

Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan

+

-Terminal non-inversi dihubungkan ke ground, sehingga ๐‘ฃ๐‘ = 0 maka

๐‘ฃ๐‘ = ๐‘ฃ๐‘› = 0 dan

๐‘ฃ๐‘ 

๐‘…๐‘ 

๐‘…๐‘“

+

โˆ’

๐‘ฃ๐‘œ

๐‘ฃ๐‘

๐‘ฃ๐‘›

๐‘ฃ๐‘  โˆ’ ๐‘ฃ๐‘›

๐‘…๐‘ โˆ’

๐‘ฃ๐‘› โˆ’ ๐‘ฃ๐‘œ

๐‘…๐‘“โˆ’ ๐‘–๐‘› = 0

๐‘ฃ๐‘  โˆ’ ๐‘ฃ๐‘›

๐‘…๐‘ =

๐‘ฃ๐‘› โˆ’ ๐‘ฃ๐‘œ

๐‘…๐‘“

๐‘ฃ๐‘ ๐‘…๐‘“ โˆ’ ๐‘ฃ๐‘›๐‘…๐‘“ = ๐‘ฃ๐‘›๐‘…๐‘  โˆ’ ๐‘ฃ๐‘œ๐‘…๐‘ 

๐‘ฃ๐‘ ๐‘…๐‘“ = ๐‘ฃ๐‘›(๐‘…๐‘  + ๐‘…๐‘“) โˆ’ ๐‘ฃ๐‘œ๐‘…๐‘ 

karena ๐‘ฃ๐‘› = 0

๐‘ฃ๐‘ ๐‘…๐‘“ = โˆ’ ๐‘ฃ๐‘œ๐‘…๐‘ 

๐‘ฃ๐‘œ

๐‘ฃ๐‘ = โˆ’

๐‘…๐‘“

๐‘…๐‘ 

๐ด =๐‘ฃ๐‘œ

๐‘ฃ๐‘ = โˆ’

๐‘…๐‘“

๐‘…๐‘ 

Tentukan close loop

voltage gain ๐ด =๐‘ฃ๐‘œ

๐‘ฃ๐‘  !

Inverting Amplifier

KCL di node ๐‘ฃ๐‘›: ๐‘–1 โˆ’ ๐‘–2 โˆ’ ๐‘–๐‘› = 0

๐‘–๐‘ = ๐‘–๐‘› = 0

๐‘–๐‘

๐‘–๐‘›

๐ด๐‘ฃ๐‘–๐‘›

+ โˆ’ ๐‘–1

+ โˆ’ ๐‘–2

Page 10: 05. operational amplifier

Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan

๐‘ฃ๐‘  = 0.5

10ฮฉ

+

โˆ’

๐‘ฃ๐‘œ ๐‘ฃ๐‘

๐‘ฃ๐‘›

Contoh Inverting Amplifier

25ฮฉ

1. Tentukan ๐‘ฃ๐‘œ 2. Tentukan arus i

๐‘ฃ๐‘œ = โˆ’๐‘…๐‘“

๐‘…๐‘ ๐‘ฃ๐‘ 

๐‘ฃ๐‘œ = โˆ’25

100.5

๐‘ฃ๐‘œ = โˆ’1.25

+ โˆ’ ๐‘–

๐‘– =๐‘ฃ๐‘– โˆ’ ๐‘ฃ๐‘›

๐‘…๐‘ 

๐‘– =0.5 โˆ’ 0

10

๐‘– = 0.05 ๐ด

Page 11: 05. operational amplifier

Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan

๐‘ฃ๐‘ 

๐‘…๐‘ 

๐‘…๐‘“

+

โˆ’

๐‘ฃ๐‘œ

๐‘ฃ๐‘

๐‘ฃ๐‘›

Tentukan close loop voltage

gain ๐ด =๐‘ฃ๐‘œ

๐‘ฃ๐‘  !

0 โˆ’ ๐‘ฃ๐‘›

๐‘…๐‘ โˆ’

๐‘ฃ๐‘› โˆ’ ๐‘ฃ๐‘œ

๐‘…๐‘“โˆ’ ๐‘–๐‘› = 0

โˆ’๐‘ฃ๐‘›

๐‘…๐‘ =

๐‘ฃ๐‘› โˆ’ ๐‘ฃ๐‘œ

๐‘…๐‘“

โˆ’๐‘ฃ๐‘ ๐‘…๐‘“ = ๐‘ฃ๐‘ ๐‘…๐‘  โˆ’ ๐‘ฃ๐‘œ๐‘…๐‘ 

๐‘ฃ๐‘œ

๐‘ฃ๐‘ =

๐‘…๐‘“ + ๐‘…๐‘ 

๐‘…๐‘ 

๐‘ฃ๐‘ (๐‘…๐‘“ + ๐‘…๐‘ ) = ๐‘ฃ๐‘œ๐‘…๐‘ 

Non-Inverting Amplifier

Terminal non-inversi dihubungkan ke sumber, sehingga ๐‘ฃ๐‘ = ๐‘ฃ๐‘  maka ๐‘ฃ๐‘ = ๐‘ฃ๐‘› = ๐‘ฃ๐‘ 

Op-amp ideal ๐‘–๐‘ = ๐‘–๐‘› = 0

โˆ’๐‘ฃ๐‘ 

๐‘…๐‘ =

๐‘ฃ๐‘  โˆ’ ๐‘ฃ๐‘œ

๐‘…๐‘“ dan ๐‘ฃ๐‘ = ๐‘ฃ๐‘› = ๐‘ฃ๐‘ 

๐‘–๐‘›

๐‘–1

๐‘–2

Page 12: 05. operational amplifier

Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan

Tentukan close loop voltage

gain ๐ด =๐‘ฃ๐‘œ

๐‘ฃ๐‘  !

0 โˆ’ ๐‘ฃ๐‘›

๐‘…๐‘ โˆ’

๐‘ฃ๐‘› โˆ’ ๐‘ฃ๐‘œ

๐‘…๐‘“โˆ’ ๐‘–๐‘› = 0

โˆ’๐‘ฃ๐‘›

๐‘…๐‘ =

๐‘ฃ๐‘› โˆ’ ๐‘ฃ๐‘œ

๐‘…๐‘“

โˆ’๐‘ฃ๐‘ ๐‘…๐‘“ = ๐‘ฃ๐‘ ๐‘…๐‘  โˆ’ ๐‘ฃ๐‘œ๐‘…๐‘ 

๐‘ฃ๐‘œ

๐‘ฃ๐‘ =

๐‘…๐‘“ + ๐‘…๐‘ 

๐‘…๐‘ 

๐‘ฃ๐‘ (๐‘…๐‘“ + ๐‘…๐‘ ) = ๐‘ฃ๐‘œ๐‘…๐‘ 

Non-Inverting Amplifier

Terminal non-inversi dihubungkan ke sumber, sehingga ๐‘ฃ๐‘ = ๐‘ฃ๐‘  maka ๐‘ฃ๐‘ = ๐‘ฃ๐‘› = ๐‘ฃ๐‘ 

Op-amp ideal ๐‘–๐‘ = ๐‘–๐‘› = 0

โˆ’๐‘ฃ๐‘ 

๐‘…๐‘ =

๐‘ฃ๐‘  โˆ’ ๐‘ฃ๐‘œ

๐‘…๐‘“ dan ๐‘ฃ๐‘ = ๐‘ฃ๐‘› = ๐‘ฃ๐‘ 

๐‘…๐‘ 

๐‘…๐‘“

๐‘ฃ๐‘

๐‘ฃ๐‘›

+

โˆ’ ๐‘ฃ๐‘œ

Page 13: 05. operational amplifier

Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan

Contoh non-Inverting Amplifier

6๐‘‰

4ฮฉ

10ฮฉ

+

โˆ’

๐‘ฃ๐‘œ ๐‘ฃ๐‘

๐‘ฃ๐‘›

4๐‘‰

6 โˆ’ ๐‘ฃ๐‘›

๐‘…๐‘ โˆ’

๐‘ฃ๐‘› โˆ’ ๐‘ฃ๐‘œ

๐‘…๐‘“โˆ’ ๐‘–๐‘› = 0

Karena ๐‘ฃ๐‘ = ๐‘ฃ๐‘› = ๐‘ฃ๐‘  dan ๐‘–๐‘ = ๐‘–๐‘› = 0

6 โˆ’ 4

4โˆ’

4 โˆ’ ๐‘ฃ๐‘œ

10โˆ’ 0 = 0

6 โˆ’ 4

4=

4 โˆ’ ๐‘ฃ๐‘œ

10

2

4=

4 โˆ’ ๐‘ฃ๐‘œ

10

5 = 4 โˆ’ ๐‘ฃ๐‘œ

๐‘ฃ๐‘œ = โˆ’1

1. Tentukan ๐‘ฃ๐‘œ

KCL di node ๐‘ฃ๐‘›

Page 14: 05. operational amplifier

Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan

๐‘ฃ๐‘ 

+

โˆ’

๐‘ฃ๐‘œ

๐‘ฃ๐‘

๐‘ฃ๐‘›

Buffer Amplifier

Terminal non-inversi (๐‘ฃ๐‘) dihubungkan ke sumber,

sehingga ๐’—๐’‘= ๐’—๐’ maka ๐’—๐’‘ = ๐’—๐’ = ๐’—๐’”

Dan terminal ๐‘ฃ๐‘› terhubung langsung dengan ๐‘ฃ๐‘  ๐‘ฃ๐‘› = ๐‘ฃ๐‘  Sehingga ๐’—๐’‘ = ๐’—๐’ = ๐’—๐’” = ๐’—๐’

Jadi gain loop tertutupnya adalah 1.

Page 15: 05. operational amplifier

Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan

Summing Amplifier ๐‘ฃ1

๐‘…1 ๐‘…๐‘“

+

โˆ’

๐‘ฃ๐‘œ ๐‘ฃ๐‘

๐‘ฃ๐‘› ๐‘ฃ2

๐‘ฃ3

๐‘…2

๐‘…3

๐‘–1 + ๐‘–2 + ๐‘–3 โˆ’ ๐‘– = 0

๐‘–1

๐‘–2

๐‘–3

๐‘–

๐‘ฃ1 โˆ’ ๐‘ฃ๐‘›

๐‘…1+

๐‘ฃ2 โˆ’ ๐‘ฃ๐‘›

๐‘…2+

๐‘ฃ3 โˆ’ ๐‘ฃ๐‘›

๐‘…3=

๐‘ฃ๐‘› โˆ’ ๐‘ฃ๐‘œ

๐‘…๐‘“

๐‘ฃ1

๐‘…1+

๐‘ฃ2

๐‘…2+

๐‘ฃ3

๐‘…3=

โˆ’๐‘ฃ๐‘œ

๐‘…๐‘“

โˆ’๐‘…๐‘“

๐‘…1๐‘ฃ1 +

๐‘…๐‘“

๐‘…2๐‘ฃ2 +

๐‘…๐‘“

๐‘…3๐‘ฃ3 = ๐‘ฃ๐‘œ

Terminal non-inversi dihubungkan ke ground, sehingga ๐‘ฃ๐‘ = 0 maka ๐‘ฃ๐‘ = ๐‘ฃ๐‘› = 0

KCL di node ๐‘ฃ๐‘›

Page 16: 05. operational amplifier

Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan

2 ๐‘‰

5ฮฉ 10 ฮฉ

+

โˆ’

๐‘ฃ๐‘œ ๐‘ฃ๐‘

๐‘ฃ๐‘›

1 ๐‘‰

2.5ฮฉ

๐‘–1

๐‘–2

Contoh Summing Amplifier

2 ฮฉ

โˆ’10

52 +

10

2,51 = ๐‘ฃ๐‘œ

โˆ’ 4 + 4 = ๐‘ฃ๐‘œ

1. Tentukan ๐‘ฃ๐‘œ 2. Tentukan ๐‘–๐‘œ

โˆ’8 = ๐‘ฃ๐‘œ

๐‘–๐‘œ =๐‘ฃ๐‘œ โˆ’ 0

10+

๐‘ฃ๐‘œ โˆ’ 0

2

๐‘–๐‘œ = โˆ’8

10โˆ’

8

2

๐‘–๐‘œ = โˆ’0.8 โˆ’ 4

๐‘–๐‘œ = โˆ’4.8 ๐ด

1. Mentukan ๐‘ฃ๐‘œ

1. Mentukan ๐‘–๐‘œ

๐‘–0

Page 17: 05. operational amplifier

Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan

Difference Amplifier

๐‘‰1

๐‘…1

๐‘…4

+

โˆ’

๐‘‰๐‘œ ๐‘‰๐‘

๐‘‰๐‘›

๐‘‰2

๐‘…2

๐‘…3

๐‘–1

๐‘–2

Page 18: 05. operational amplifier

Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan

๐‘‰๐‘œ =๐‘…2 + ๐‘…1

๐‘…1๐‘‰๐‘› โˆ’

๐‘…2

๐‘…1๐‘‰1

karena ๐‘‰๐‘ = ๐‘‰๐‘›

๐‘‰๐‘œ =๐‘…2 + ๐‘…1

๐‘…1

๐‘…4

๐‘…3 + ๐‘…4๐‘‰2 โˆ’

๐‘…2

๐‘…1๐‘‰1

๐‘‰๐‘ =๐‘…4

๐‘…3 + ๐‘…4๐‘‰2

๐‘‰2 โˆ’ ๐‘‰๐‘

๐‘…3=

๐‘‰๐‘

๐‘…4

๐‘‰2๐‘…4 โˆ’ ๐‘‰๐‘๐‘…4 = ๐‘‰๐‘๐‘…3

๐‘‰2๐‘…4 = ๐‘‰๐‘๐‘…3 + ๐‘‰๐‘๐‘…4

๐‘‰2๐‘…4 = ๐‘‰๐‘(๐‘…3 + ๐‘…4)

๐‘‰๐‘ =๐‘…4

๐‘…3 + ๐‘…4๐‘‰2

KCL di node ๐‘ฃ๐‘

๐‘‰1 โˆ’ ๐‘‰๐‘›

๐‘…1=

๐‘‰๐‘› โˆ’ ๐‘‰๐‘œ

๐‘…2

๐‘‰1๐‘…2 โˆ’ ๐‘‰๐‘›๐‘…2 = ๐‘‰๐‘›๐‘…1 โˆ’ ๐‘‰๐‘œ๐‘…1

๐‘‰๐‘œ๐‘…1 = ๐‘‰๐‘› ๐‘…2 + ๐‘…1 โˆ’ ๐‘‰1๐‘…2

๐‘‰๐‘œ =๐‘…2 + ๐‘…1

๐‘…1๐‘‰๐‘› โˆ’

๐‘…2

๐‘…1๐‘‰1

KCL di node ๐‘ฃ๐‘›

Page 19: 05. operational amplifier

Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan

Cascaded Op Amp Circuits

๐‘‰๐‘ 

๐‘…๐‘  ๐‘…๐‘“

+

โˆ’

๐‘‰๐‘œ

๐‘‰๐‘

๐‘‰๐‘›

๐‘‰๐‘

๐‘‰๐‘›

๐‘…๐‘  ๐‘…๐‘“

๐‘‰๐‘ 

๐‘…๐‘ 

๐‘…๐‘“

+

โˆ’

๐‘‰๐‘œ ๐‘‰๐‘

๐‘‰๐‘›

๐‘‰๐‘

๐‘‰๐‘› ๐‘…๐‘ 

๐‘…๐‘“

Inverting Amplifier

Non-Inverting Amplifier

Page 20: 05. operational amplifier

Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan

20mV

3 12

+

โˆ’

๐‘‰๐‘œ

๐‘‰๐‘

๐‘‰๐‘›

๐‘‰๐‘

๐‘‰๐‘›

4 10

Op-amp pertama Op-amp kedua

๐‘ฃ๐‘œ =12 + 3

320

๐‘ฃ๐‘œ = 100๐‘š๐‘‰

๐‘ฃ๐‘œ =10 + 4

4100

๐‘ฃ๐‘œ = 350๐‘š๐‘‰