05. operational amplifier
TRANSCRIPT
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
Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan
Topik 5 Operational Amplifier
โข Gelombang Sinusoidal
โข Pengantar
โข Ideal Op-Amp
โข Inverter Op-Amp
โข Non-Inverter Op-Amp
โข Summing Op-Amp
โข Diferensial Op-Amp
โข Cascade Op-Amp
Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan
Gelombang Sinusoidal
Dimana : A = Amplituda ๐ = 2๐๐ = ๐๐๐๐๐ข๐๐๐ ๐ ๐ ๐ข๐๐ข๐ก
๐ =1
๐= ๐๐๐๐๐ข๐๐๐ ๐
๐ก = ๐ ๐๐ก๐ข๐๐ ๐๐๐ก๐๐
T
A
๐ ๐๐ก 2๐ ๐
2
3๐
2
)2
(sin tT
Ay
)(sin tAy
)2(sin tfAy
A
Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan
Gambarkan Sinyal sinusoidal y= 2 sin (6280t)
Jawab : Amplitudo A = 2 perioda
๐ =2๐
๐
๐ =2๐
๐=
2๐ฅ3,14
6280= 0.001 ๐
frekuensi ๐ = 2๐๐
๐ =๐
2๐=
6280
2๐ฅ3.14= 1000 ๐ป๐ง/1๐๐ป๐ง
Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan
Gain(A)
๐๐
๐ ๐
๐๐
+
โ
Op-Amp
๐ฝ๐ = ๐จ๐ฝ๐
Tegangan output ๐๐ adalah penguatan dari Tegangan sumber ๐๐
Amplifier Load Source
Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan
+
-๐ฃ๐
๐ ๐
๐ ๐๐ ๐ด๐ฃ๐๐
๐ ๐๐ข๐ก
+
โ
๐ฃ๐๐
๐ฃ๐๐ =๐ ๐๐
๐ ๐ + ๐ ๐๐๐ฃ๐ ๐ฃ๐ =
๐ ๐
๐ ๐๐ข๐ก + ๐ ๐๐ด๐ฃ๐๐
+
โ
๐ฃ๐
๐๐๐ = ๐๐ Idealnya ๐๐ = ๐จ๐๐๐
๐๐ = ๐จ ๐๐
๐ ๐
๐ ๐๐= โ (open loop)
๐ ๐๐ข๐ก = 0 (close loop)
Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan
+
-๐ ๐๐
๐ด๐ฃ๐๐
๐ ๐๐ข๐ก
+
โ
๐ฃ๐๐
๐ฃ๐
๐ฃ๐
Karakteristik Ideal Op-Amp 1. ๐ ๐๐= โ, (open circuit) 2. ๐ ๐ = 0, (short circuit) 3. ๐ด = โ,
๐ฃ๐ = ๐ฃ๐
๐๐ = ๐๐ = 0
๐๐
๐๐
Circuit Model
๐ฃ๐๐ = ๐ฃ๐ โ ๐ฃ๐
Dengan gain ๐ด = โ, sedangkan
๐ฃ๐๐ dibatasi 24 V, Maka, ๐ฃ๐๐
๐ด= 0
Pada Op-Amp ideal ๐ ๐๐= โ sehingga arus yang masuk ๐ฃ๐ dan ๐ฃ๐ dianggap nol
๐ฃ๐
Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan
+
-
๐ฃ๐
๐ ๐
๐ ๐
+
โ
๐ฃ๐ ๐ฃ๐
๐ฃ๐
Inverting Amplifier
Circuit Model
๐ฃ๐
๐ ๐
๐ ๐
+
โ
๐ฃ๐
๐ฃ๐
๐ฃ๐
Tentukan close loop voltage
gain ๐ด =๐๐
๐๐ !
๐ด๐ฃ๐๐
+
โ
๐ฃ๐๐ ๐ ๐๐
๐ ๐๐ข๐ก
Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan
+
-Terminal non-inversi dihubungkan ke ground, sehingga ๐ฃ๐ = 0 maka
๐ฃ๐ = ๐ฃ๐ = 0 dan
๐ฃ๐
๐ ๐
๐ ๐
+
โ
๐ฃ๐
๐ฃ๐
๐ฃ๐
๐ฃ๐ โ ๐ฃ๐
๐ ๐ โ
๐ฃ๐ โ ๐ฃ๐
๐ ๐โ ๐๐ = 0
๐ฃ๐ โ ๐ฃ๐
๐ ๐ =
๐ฃ๐ โ ๐ฃ๐
๐ ๐
๐ฃ๐ ๐ ๐ โ ๐ฃ๐๐ ๐ = ๐ฃ๐๐ ๐ โ ๐ฃ๐๐ ๐
๐ฃ๐ ๐ ๐ = ๐ฃ๐(๐ ๐ + ๐ ๐) โ ๐ฃ๐๐ ๐
karena ๐ฃ๐ = 0
๐ฃ๐ ๐ ๐ = โ ๐ฃ๐๐ ๐
๐ฃ๐
๐ฃ๐ = โ
๐ ๐
๐ ๐
๐ด =๐ฃ๐
๐ฃ๐ = โ
๐ ๐
๐ ๐
Tentukan close loop
voltage gain ๐ด =๐ฃ๐
๐ฃ๐ !
Inverting Amplifier
KCL di node ๐ฃ๐: ๐1 โ ๐2 โ ๐๐ = 0
๐๐ = ๐๐ = 0
๐๐
๐๐
๐ด๐ฃ๐๐
+ โ ๐1
+ โ ๐2
Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan
๐ฃ๐ = 0.5
10ฮฉ
+
โ
๐ฃ๐ ๐ฃ๐
๐ฃ๐
Contoh Inverting Amplifier
25ฮฉ
1. Tentukan ๐ฃ๐ 2. Tentukan arus i
๐ฃ๐ = โ๐ ๐
๐ ๐ ๐ฃ๐
๐ฃ๐ = โ25
100.5
๐ฃ๐ = โ1.25
+ โ ๐
๐ =๐ฃ๐ โ ๐ฃ๐
๐ ๐
๐ =0.5 โ 0
10
๐ = 0.05 ๐ด
Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan
๐ฃ๐
๐ ๐
๐ ๐
+
โ
๐ฃ๐
๐ฃ๐
๐ฃ๐
Tentukan close loop voltage
gain ๐ด =๐ฃ๐
๐ฃ๐ !
0 โ ๐ฃ๐
๐ ๐ โ
๐ฃ๐ โ ๐ฃ๐
๐ ๐โ ๐๐ = 0
โ๐ฃ๐
๐ ๐ =
๐ฃ๐ โ ๐ฃ๐
๐ ๐
โ๐ฃ๐ ๐ ๐ = ๐ฃ๐ ๐ ๐ โ ๐ฃ๐๐ ๐
๐ฃ๐
๐ฃ๐ =
๐ ๐ + ๐ ๐
๐ ๐
๐ฃ๐ (๐ ๐ + ๐ ๐ ) = ๐ฃ๐๐ ๐
Non-Inverting Amplifier
Terminal non-inversi dihubungkan ke sumber, sehingga ๐ฃ๐ = ๐ฃ๐ maka ๐ฃ๐ = ๐ฃ๐ = ๐ฃ๐
Op-amp ideal ๐๐ = ๐๐ = 0
โ๐ฃ๐
๐ ๐ =
๐ฃ๐ โ ๐ฃ๐
๐ ๐ dan ๐ฃ๐ = ๐ฃ๐ = ๐ฃ๐
๐๐
๐1
๐2
Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan
Tentukan close loop voltage
gain ๐ด =๐ฃ๐
๐ฃ๐ !
0 โ ๐ฃ๐
๐ ๐ โ
๐ฃ๐ โ ๐ฃ๐
๐ ๐โ ๐๐ = 0
โ๐ฃ๐
๐ ๐ =
๐ฃ๐ โ ๐ฃ๐
๐ ๐
โ๐ฃ๐ ๐ ๐ = ๐ฃ๐ ๐ ๐ โ ๐ฃ๐๐ ๐
๐ฃ๐
๐ฃ๐ =
๐ ๐ + ๐ ๐
๐ ๐
๐ฃ๐ (๐ ๐ + ๐ ๐ ) = ๐ฃ๐๐ ๐
Non-Inverting Amplifier
Terminal non-inversi dihubungkan ke sumber, sehingga ๐ฃ๐ = ๐ฃ๐ maka ๐ฃ๐ = ๐ฃ๐ = ๐ฃ๐
Op-amp ideal ๐๐ = ๐๐ = 0
โ๐ฃ๐
๐ ๐ =
๐ฃ๐ โ ๐ฃ๐
๐ ๐ dan ๐ฃ๐ = ๐ฃ๐ = ๐ฃ๐
๐ ๐
๐ ๐
๐ฃ๐
๐ฃ๐
+
โ ๐ฃ๐
Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan
Contoh non-Inverting Amplifier
6๐
4ฮฉ
10ฮฉ
+
โ
๐ฃ๐ ๐ฃ๐
๐ฃ๐
4๐
6 โ ๐ฃ๐
๐ ๐ โ
๐ฃ๐ โ ๐ฃ๐
๐ ๐โ ๐๐ = 0
Karena ๐ฃ๐ = ๐ฃ๐ = ๐ฃ๐ dan ๐๐ = ๐๐ = 0
6 โ 4
4โ
4 โ ๐ฃ๐
10โ 0 = 0
6 โ 4
4=
4 โ ๐ฃ๐
10
2
4=
4 โ ๐ฃ๐
10
5 = 4 โ ๐ฃ๐
๐ฃ๐ = โ1
1. Tentukan ๐ฃ๐
KCL di node ๐ฃ๐
Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan
๐ฃ๐
+
โ
๐ฃ๐
๐ฃ๐
๐ฃ๐
Buffer Amplifier
Terminal non-inversi (๐ฃ๐) dihubungkan ke sumber,
sehingga ๐๐= ๐๐ maka ๐๐ = ๐๐ = ๐๐
Dan terminal ๐ฃ๐ terhubung langsung dengan ๐ฃ๐ ๐ฃ๐ = ๐ฃ๐ Sehingga ๐๐ = ๐๐ = ๐๐ = ๐๐
Jadi gain loop tertutupnya adalah 1.
Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan
Summing Amplifier ๐ฃ1
๐ 1 ๐ ๐
+
โ
๐ฃ๐ ๐ฃ๐
๐ฃ๐ ๐ฃ2
๐ฃ3
๐ 2
๐ 3
๐1 + ๐2 + ๐3 โ ๐ = 0
๐1
๐2
๐3
๐
๐ฃ1 โ ๐ฃ๐
๐ 1+
๐ฃ2 โ ๐ฃ๐
๐ 2+
๐ฃ3 โ ๐ฃ๐
๐ 3=
๐ฃ๐ โ ๐ฃ๐
๐ ๐
๐ฃ1
๐ 1+
๐ฃ2
๐ 2+
๐ฃ3
๐ 3=
โ๐ฃ๐
๐ ๐
โ๐ ๐
๐ 1๐ฃ1 +
๐ ๐
๐ 2๐ฃ2 +
๐ ๐
๐ 3๐ฃ3 = ๐ฃ๐
Terminal non-inversi dihubungkan ke ground, sehingga ๐ฃ๐ = 0 maka ๐ฃ๐ = ๐ฃ๐ = 0
KCL di node ๐ฃ๐
Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan
2 ๐
5ฮฉ 10 ฮฉ
+
โ
๐ฃ๐ ๐ฃ๐
๐ฃ๐
1 ๐
2.5ฮฉ
๐1
๐2
Contoh Summing Amplifier
2 ฮฉ
โ10
52 +
10
2,51 = ๐ฃ๐
โ 4 + 4 = ๐ฃ๐
1. Tentukan ๐ฃ๐ 2. Tentukan ๐๐
โ8 = ๐ฃ๐
๐๐ =๐ฃ๐ โ 0
10+
๐ฃ๐ โ 0
2
๐๐ = โ8
10โ
8
2
๐๐ = โ0.8 โ 4
๐๐ = โ4.8 ๐ด
1. Mentukan ๐ฃ๐
1. Mentukan ๐๐
๐0
Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan
Difference Amplifier
๐1
๐ 1
๐ 4
+
โ
๐๐ ๐๐
๐๐
๐2
๐ 2
๐ 3
๐1
๐2
Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan
๐๐ =๐ 2 + ๐ 1
๐ 1๐๐ โ
๐ 2
๐ 1๐1
karena ๐๐ = ๐๐
๐๐ =๐ 2 + ๐ 1
๐ 1
๐ 4
๐ 3 + ๐ 4๐2 โ
๐ 2
๐ 1๐1
๐๐ =๐ 4
๐ 3 + ๐ 4๐2
๐2 โ ๐๐
๐ 3=
๐๐
๐ 4
๐2๐ 4 โ ๐๐๐ 4 = ๐๐๐ 3
๐2๐ 4 = ๐๐๐ 3 + ๐๐๐ 4
๐2๐ 4 = ๐๐(๐ 3 + ๐ 4)
๐๐ =๐ 4
๐ 3 + ๐ 4๐2
KCL di node ๐ฃ๐
๐1 โ ๐๐
๐ 1=
๐๐ โ ๐๐
๐ 2
๐1๐ 2 โ ๐๐๐ 2 = ๐๐๐ 1 โ ๐๐๐ 1
๐๐๐ 1 = ๐๐ ๐ 2 + ๐ 1 โ ๐1๐ 2
๐๐ =๐ 2 + ๐ 1
๐ 1๐๐ โ
๐ 2
๐ 1๐1
KCL di node ๐ฃ๐
Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan
Cascaded Op Amp Circuits
๐๐
๐ ๐ ๐ ๐
+
โ
๐๐
๐๐
๐๐
๐๐
๐๐
๐ ๐ ๐ ๐
๐๐
๐ ๐
๐ ๐
+
โ
๐๐ ๐๐
๐๐
๐๐
๐๐ ๐ ๐
๐ ๐
Inverting Amplifier
Non-Inverting Amplifier
Program Studi Teknik Elektro Konsentrasi Mekatronika Universitas Katolik Parahyangan
20mV
3 12
+
โ
๐๐
๐๐
๐๐
๐๐
๐๐
4 10
Op-amp pertama Op-amp kedua
๐ฃ๐ =12 + 3
320
๐ฃ๐ = 100๐๐
๐ฃ๐ =10 + 4
4100
๐ฃ๐ = 350๐๐