Analisa Aplikasi OpAmp ke 1 dan 2 : Penguat Inverting dan Non Inverting

Pada kesempatan kali ini saya akan sedikit membahas salah satu fungsi rangkaian Op-Amp sebagai penguat inverting dan non inverting. Sebelum kita menganalisa rangkaian lebih lanjut, sebaiknya kita pahami dulu tentang “GOLDEN RULE” pada karakteristik Op-Amp ideal, yaitu :

·   Perbedaan selisih tegangan pada masukan inverting (v-) dan masukan non inverting (v+) adalah NOL, atau dapat kita rumuskan :

       v(+) – v(-) = 0   atau

       v(+) = v(-)

·    Arus yang mengalir pada masukan Op-Amp adalah NOL, atau dapat kita rumuskan :

       I(+) = I(-) = 0

1.      Rangkaian Penguat Inverting

Rangkaian penguat inverting merupakan rangkaian penguat pembalik dengan impedansi masukan sangat rendah. Rangkaian dasar penguat inverting adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar 1, dimana sinyal masukannya dibuat melalui input inverting v(-), melalui R1 dan terdapat R2 sebagai umpan balik yang masuk pada masukan inverting v(-). Sedangkan masukan non inverting v(+) dihubungkan langsung ke ground.

Berikut ini adalah gambar rangkaian penguat inverting. 

Karena Input non-inverting pada rangkaian ini dihubungkan ke ground, maka

v(+)  =  0.  Dan  v(-) = 0

Karena  v(+)  dan  v(-)  nilainya = 0  namun  tidak terhubung langsung ke ground, input op-amp v(-)  pada rangkaian ini dinamakan virtual ground.

Untuk mempermudah analisa kita dapat membuat rangkaian ekivalennya seperti pada gambar 2 berikut ini.

Dengan fakta ini, dapat dihitung tegangan pada hambatan resistor R₁ dan tegangan pada hambatan resistor R₂ adalah :

Tegangan jepit pada R1 adalah :

VR1 = Vin – v(-)           karena v(-) = 0, maka :

VR1 = Vin

Tegangan jepit pada R2 adalah :

VR2 = v(-)  - Vout         karena v(-) = 0, maka :

VR2 =  - Vout

Sesuai dengan hukum arus kirchof rangkaian tersebut mempunyai persamaan arus :

I1 + I2 = I-

Karena I- = 0 maka :

I1  =  I2.           ..............(1)

I1  =  Vin - v(-) / R1
I1  =  Vin - 0 / R1

I1  =  Vin  /R1.    .............(2)

I2  =  v(-)  -  Vout / R2
I2  =   0  -  Vout / R2

I2  = - Vout / R2   .............(3)

Selanjutnya masukan persamaan 2 dan 3 pada persamaan 1. Maka didapatkan :

Vin / R1  =  - Vout / R2
R1. Vout  =  - Vin / R2

Vout  = - Vin R2 / R1 .................(4)

Dari persamaan 4 kita dapatkan besarnya penguatan tegangan (Av) adalah :

Av  =  - R2 / R1 =  Vout / Vin................(5)

Impedansi rangkaian inverting didefenisikan sebagai impedansi input dari sinyal masukan terhadap ground. Karena input inverting v(-) pada rangkaian ini diketahui adalah 0  (virtual ground) maka impendasi rangkaian ini tentu saja adalah Z_in = R₁.

Dilihat dari persamaan (5). Kita dapat menyimpulkan bahwa penguatan yang terjadi pada rangkaian penguat inverting bisa lebih kecil dari 1. Atau Av < 1, jika nilai R2 lebih kecil dari pada nilai R1.

Dan nilai penguatan Av > 1 apabila nilai R2 lebih besar dari pada R1.

2.       Rangkaian Penguat Non Inverting

Rangkain ini dapat digunakan untuk memperkuat isyarat AC maupun DC dengan keluaran yang tetap sefase dengan masukan. Impedansi masukan dari rangkaian ini berharga sangat tinggi dengan nilai sekitar 100 MW. Dengan isyarat masukan dikenakan pada terminal masukan noninverting v(+), besarnya penguatan tegangan tergantung pada harga R1 dan R2  yang dipasang. Masukan v(+) dapat disebut juga sebagai Virtual Ground. Untuk menganalisa rangkaian penguat op-amp non inverting, caranya sama seperti menganalisa rangkaian inverting.

Rangkaian penguat non inverting dapat kita lihat pada gambar 3 berikut ini.

Karena golden rule menyatakan :

v(+)   -  v(-)  =  0

Maka

v(+)  = Vin  = v(-)

Gambar rangkaian ekivalenya dapat kita lihat pada gambar 4 berikut ini.

Tegangan jepit pada R1 adalah :

VR1 = Vin
      
Tegangan jepit pada R2 adalah :

VR2 = Vout – v(-)   dimana  v(-) = Vin   maka :

VR2 = Vout - Vin

Sekarang kita menganalisa besaran arus, sesuai dengan bunyi golden rule pada Op-Amp :

I(+)  =  I(-)  = 0

Sesuai dengan hukum arus kirchof rangkaian tersebut mempunyai persamaan arus :

I1  =  I2  +  I(-)

I1  =  I2  +  0

Maka :

I1  =  I2..............(1)

I1  =   Vin  /  R1  ..............(2)

I2   =    Vout  -  Vin  /  R2  ...........(3)

Selanjutnya masukan persamaan 2 dan 3 pada persamaan 1. Maka didapatkan :

Vin  /  R1  =  Vout  -  Vin /  R2
R1. Vout  -  Vin  =  Vin. R2
Vout - Vin  =  Vin. R2 / R1
Vout  =  Vin. R2 / R1  +  Vin

Vout =  1 + R2 /R1  .  Vin ...................(4)

Maka dengan demikian kita dapat tentukan besarnya penguatan rangkaian non inverting adalah :

 Av  = 1 + R2 / R1  = Vout / Vin............(5)

Dari persamaan (5) kita dapat menyimpulkan bahwa penguatan tegangan pada rangkaian penguat non inverting adalah selalu lebih besar dari 1.

Demikian sedikit tentang analisa rangkaian penguat inverting dan non inferting,  semoga bermanfaat.. 

Posted via Blogaway