10.7 Op-Amp Specifications-Frequency Parameters (Fig. 10.48)

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

Maximum Signal Frequency

1. Pendahuluan [Kembali]

Penguat operasional (op-amp) adalah komponen fundamental dalam berbagai aplikasi sistem elektronika analog. Salah satu konfigurasi paling umum dari op-amp adalah penguat inverting, yang digunakan untuk memperkuat sinyal dengan membalik fasa output terhadap input. Dalam sistem sinyal AC berfrekuensi tinggi, performa op-amp sangat dipengaruhi oleh parameter dinamisnya, terutama slew rate. Slew rate menunjukkan kemampuan maksimum op-amp dalam merespons perubahan cepat tegangan output. Studi ini menganalisis keterbatasan tersebut melalui rangkaian penguat inverting yang diberi sinyal sinusoidal, guna menentukan frekuensi maksimum sinyal masukan yang dapat diterima tanpa distorsi akibat keterbatasan slew rate.

2. Tujuan [Kembali]

1. Menentukan frekuensi maksimum sinyal masukan sinusoidal yang dapat dikuatkan tanpa menyebabkan distorsi akibat keterbatasan slew rate op-amp.

2. Menganalisis kinerja op-amp dalam konfigurasi inverting amplifier, khususnya dalam aplikasi sinyal AC berfrekuensi tinggi.

3. Memahami pengaruh amplitudo dan frekuensi sinyal terhadap bentuk gelombang output yang dihasilkan.

3. Alat dan Bahan [Kembali]

1. Function Generator

Function Generator adalah alat yang digunakan untuk menghasilkan berbagai bentuk gelombang sinus, kotak, segitiga, dan lain-lain dengan frekuensi dan amplitudo yang bisa diatur.

2. Op Amp

Op-amp (operational amplifier) adalah komponen elektronik analog yang berfungsi sebagai penguat tegangan. Komponen ini memiliki dua terminal input, yaitu input non-inverting (+) dan input inverting (−), serta satu terminal output. Beberapa konfigurasi umum op-amp meliputi inverting amplifier (input diberikan ke terminal inverting, output berbanding terbalik dengan input), non-inverting amplifier (input ke terminal non-inverting, output searah dengan input), dan voltage follower (output langsung mengikuti input tanpa penguatan).

3. Resistor

Resistor adalah komponen elektronik pasif yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran arus listrik dalam suatu rangkaian, komponen ini digunakan untuk mengatur arus, membagi tegangan, melindungi komponen lain dari arus berlebih, dan sebagai bagian dari filter, pengatur waktu, atau pembentuk sinyal. Nilai hambatan resistor ditentukan oleh kode warna atau ditulis langsung pada bodinya

4. Ground

Ground dalam sebuah rangkaian elektronik adalah titik referensi tegangan nol volt yang digunakan sebagai acuan untuk semua tegangan lainnya dalam rangkaian. Ground bukan berarti harus terhubung secara fisik ke bumi, tapi bisa berarti titik nol secara konseptual atau fungsional di dalam sistem.

5. Power Supply

Power supply adalah perangkat atau rangkaian yang berfungsi untuk menyediakan energi listrik kepada komponen atau sistem elektronik. Secara umum, power supply dapat dibagi menjadi dua jenis utama, yaitu DC power supply yang menghasilkan arus searah (direct current), dan AC power supply yang menghasilkan arus bolak-balik (alternating current).

6. Oscilloscope

Berguna untuk melihat sinyal atau gelombang input dan output yang dihasilkan.

4. Dasar Teori [Kembali]

1. Nilai maksimum absolut

Nilai maksimum absolut memberikan informasi tentang tegangan terbesar yang bisa digunakan, seberapa besar rentang sinyal input yang dapat diterima, serta berapa banyak daya yang dapat diproses oleh IC ini tanpa merusak perangkat.

2. Karakteristik Elektrik

Karakteristik elektrik menggambarkan perilaku dan kinerja op-amp dalam kondisi operasi normal. Karakteristik ini biasanya mencakup beberapa parameter,

a. Vio (Tegangan Offset Input)

Merupakan selisih tegangan antara terminal input op-amp ketika output seharusnya nol.Nilai tipikal adalah 1 mV, tetapi dalam kondisi terburuk bisa mencapai hingga 6 mV.Tegangan offset output bergantung pada rangkaian yang digunakan, dan nilai maksimum pada kondisi terburuk harus digunakan dalam perhitungan.

b. Iio (Arus Offset Input)

Merupakan arus kecil yang diperlukan untuk menyebabkan tegangan offset input. Nilai tipikal adalah 20 nA, tetapi pada kondisi terburuk bisa mencapai 200 nA.

Masih banyak lagi karakteristik elektrik yang bisa dilihat pada tabel berikut

A. Karakteristik Frekuensi Op-Amp

Op-amp dirancang sebagai penguat dengan gain tinggi dan bandwidth lebar. Namun, pengoperasian seperti ini dapat menyebabkan ketidakstabilan (osilasi) akibat umpan balik positif. Untuk menanggulanginya, op-amp dilengkapi dengan kompensasi internal, yang menyebabkan penurunan gain seiring bertambahnya frekuensi, dikenal sebagai roll-off (umumnya 20 dB/dekade atau 6 dB/oktaf).

Meskipun op-amp memiliki open-loop gain (AVD) yang sangat tinggi, dalam praktiknya, digunakan resistor umpan balik untuk membentuk closed-loop gain (ACL) yang lebih kecil dan stabil. Penggunaan umpan balik ini memberikan beberapa keuntungan.

1. Gain lebih stabil dan presisi.

2. Impedansi input meningkat.

3 Impedansi output menurun.

4. Respons frekuensi meningkat.

B. Gain–Bandwidth

Karena kompensasi internal, gain op-amp menurun dengan bertambahnya frekuensi.

Grafik gain vs. frekuensi (seperti gambar) menunjukkan AVD (gain dc) besar di frekuensi rendah. Saat frekuensi naik, gain turun hingga mencapai 1, yang disebut bandwidth unity-gain (B1 atau f1).

Cut-off frequency (fC) adalah titik di mana gain turun 3 dB (sekitar 0,707 AVD).Hubungan antara f1 dan fC adalah bagian dari karakteristik gain–bandwidth op-amp.

C. Slew Rate dan Frekuensi Maksimum

Slew rate (SR) menyatakan seberapa cepat tegangan output op-amp dapat berubah dalam waktu tertentu. Jika input berubah lebih cepat dari kemampuan SR, output akan mengalami distorsi atau kliping. Frekuensi maksimum kerja op-amp ditentukan oleh dua faktor: bandwidth (BW) dan slew rate (SR).