OP AMP

1. BAB III
PENGUAT OPERASI
Penguat Operasi (Operational Amplifier) yang sering di singkat op-amp adalah penguat
yang mempunyai penguatan yang sangat tinggi dengan tanggapan frekuensi yang datar dari
DC sampai daerah frekuensi tinggi, yang berguling turun dengan kemiringan 6 dB per oktaf
atau 20 dB per dekade. Dewasa ini, penguatan operasi menampakkan wujudnya dalam bentuk
rangkaian terintegrasi (Integrated Circuit), yang disebut IC.
Secara garis besar, rangkaian terintegrasi atau IC dapat di bagi menjadi 2, yakni IC
linier dan IC digital. IC linier berisi rangkaian penguat. Nama linier hanya cara lain untuk
menyatakan istilah “Pengaturan” (regulating), Contoh: IC 741.keluaran dari rangkaian
sebanding dengan perubahan sinyal masukannya. IC linier misal: op-amp, penguat video,
penguat audio, pembanding tegangan, regulator tegangan, dsb. Sedang IC digital berisi
rangkaian tipe switch atau saklar. Keluaran dari rangkaian tipe saklar ini akan berubah
dengan sangat cepat.
A. Ciri-ciri Pokok Penguat Operasi:
1. Impedansi masukan sangat tinggi, sehingga hanya mengalir arus yang sangat kecil
pada masukannya, yang berarti tidak membebani sinyal masukan.
2. Penguatan pada ikal terbuka (open loop gain) sangat tinggi. Kondisi ini sangat
bermanfaat untuk menguatkan sinyal yang sangat kecil.
3. Impedansi keluaran sangat rendah, sehingga sangat sedikit dipengaruhi oleh
rangkaian bebannya, artinya penguat dapat dibebani dengan sembarang harga
resistansi tanpa mempengaruhi tegangan keluaran op-amp.
Gambar 1. Diagram blok dasar op-amp

2. Dipasaran IC op-amp tersedia 4 macam kemasan yakni bentuk kemasan TO metal,
kemasan datar (flat pack), kemasan standar DIL atau DIP (dual in line atau dual in pack) kaki
14 dan DIL atau DIP kaki 8. Sementara dalam satu kemasan ada yang memuat satu op=amp
dua, atau empat.
Gambar 2. IC op-amp DIL (dual in line)
B. Terminal-terminal Op-amp
1. Terminal masukan
Om-amp mempunyai 2 terminal masukan yang masing-masing bertanda (-) dan
(+). Kedua masukan ini disebut terminal masukan diferensial, karena tegangan
keluaran Vo bergantung pada perbedaan tegangan antara kedua terminal masukan
tersebut. Jika terminal masukan (-) mendapat tegangan lebih positip dari pada terminal
masukan (+) maka keluaran Vo negatif, jika terminal masukan (-) lebih negatif dari
pada terminal masukan (+) maka Vo positif. Jadi polaritas tegangan pada terminal
masukan (-). Oleh sebab itu terminal masukan (-) ini dikenal dengan masukan yang
membalik (Inverting Input) V (-). Dan sebalik terminal masukan (+) disebut terminal
masukan yang tidak membalik (Non-Inverting) V (+).
2. Terminal keluaran
Meskipun op-amp mempunyai 2 terminal masukan, ia hanya mempunyai satu
terminal keluaran. Ujung terminal ini dihubung ke beban. Beban (RL) dari op-amp
dihubungkan dengan terminal keluaran dan ground (GND).
3. Terminal suplay daya
Terminal-terminal op-amp yang harus dihubungkan ke catu daya agar op-amp
dapat bekerja ditandai dengan (+) V dan (-) V. Terminal (+) dihubungkan ke sumber
tegangan positif, sedang terminal (-) dihubungkan ke sumber tegangan negatif. Ini
berlaku jika op-amp memang dimaksudkan untuk digunakan dengan sistem suplai tiga
polaritas (+), (-) dan (0). Jika op-amp hendak digunakan dengan sistem catu daya yang
mempunyai dua polaritas (+) dan (0) atau (GND), maka terminal negatif op-amp

3. dihubung ke (0) atau (GND). Penggunaan sistem catu daya jenis ini menyebabkan
terminal keluaran op-amp akan berada setengah tergangan suplai (1/2 VCC) pada saat
tidak ada perbedaan tegangan diantara kedua terminal masukannya. Harus diingat pula
bahwa ada op-amp yang hanya dapat dioperasikan pada tegangan positip dan GND
saja sehingga dioperasikan pada tegangan tiga polaritas, akan merusak op-amp.
4. Terminal kompensasi
Tidak semua op-amp mempunyai terminal kompensasi. Terminal kopensasi ini
biasanya dua buah, digunakan untuk menangani masalah off set karena watak op-amp
yang tidak sesuai dengan kondisi idealnya.
Gambar 3. Lambang Op-amp
C. Op-amp Sebagai Penanding (Comparator)
Gambar 4. Op-amp dengan pengaut terbuka
Gambar 5. Skema dasar komparator

4. Vo → +V -Volt jika Vin > Vref
Vo → -V +Volt jika Vin < Vref
Prinsip kerja op-amp sebagai penanding (comparator). Tegangan referensi tidak
selalu 0 V (GND) tetapi dapat pada tegangan dengan nilai tertentu. Juga tidak harus bahwa
tegangan referensi dipasang pada masukan inverting. Dapar saja tegangan referensi pada
masukan non inverting sementara Vin pada masukan inverting, sebab pada prinsipnya
komparator adalah membandingkan tegangan masukan dengan tegangan referensi yang
telah ditentukan. Ciri komparator adalah bekerja tanpa umpan balik, jadi dengan kondisi
pengutan penuh atau penguatan terbuka (open loop gain). Teganga referensi fungsinya
untuk membandingkan tegangan yang satu denga teganga yang lainya.
D. Kaidah Persamaan Dasar Pada Penguat Operasi
Prinsip pokok yang harus diingat dalam menganalisis kerja atau menjabarkan rumus-
rumus op-amp adalah membuat persamaan yang mengacu pada kondisi tegangan pada
terminal inverting sama dengan tegangan pada terminal non-inverting. Maka jika tegangan
pada terminal non-inverting dihubung ke GND baik secara langsung maupun melalui
resistor maka otomatis persamaan yang disusun pada loop inverting juga sama dengan 0V.
Dengan kata lain tidak ada perbedaan tegangan antara terminal inverting sama non-
inverting, atau VD = 0 Volt.
Gambar 6. Penguat non inverting dgn pembagi tegangan pada masukannya
Persamaan pada V(+) (Non Inverting) → V(+) = (R3/ R4+R3). Vin (Non Inverting)
Persamaan pada V(-) (Inverting) → V(-) = (R1/ R1+R2). Vo
Persamaan umum yang berlaku pada op-amp adalah V(+) = V(-) → Vd = 0

5. V(-) =
Gambar 7. Penjumlah inverting
Sesuai persamaan V(+) = V(-) → Vd = 0 ; karena V(+) = 0, maka V(-) =0 ; persamaan
bentuk akhir menjadi:
Vo = ;
Dengan mengunakan cara lain yakni Hk. Kirchoof arus, jumlah arus yang datang
pada suatu titik sama dengan jumlah arus yang pergi: maka jika V1 dan V2 positip
diperoleh I1 + I2 = I3. Karena V(+) = 0 dan V(-) = 0 maka:
I1 = sedang I3 mengalir menuju keluaran
sehingga ; I3 =
Vo = ;
E. Penguat yang Membalik (inverting ampifier)
Rangkaian penguat yang membalik atau penguat inverting adalah seperti yang
terlihat di bawah:

6. Gambar 8. Penguat inverting
Disebut penguat inverting karena setiap saat polaritas keluaran selalu berlawanan
dengan polaritas masukannya. Dengan mengacu pada kaidah persamaan dasar op-amp,
diperoleh persamaan penguatan inverting sebagai berikut:
Av = ;
Tanda (-) memperlihatkan bahwa polaritas Vo berkebalikan dengan Vin. Sementara
arus yang mengalir pada beban RL adalah IL = ;
Arus yang dikeluarkan oleh op-amp adalah arus beban ditambah arus yang mengalir
pada R2, jadi Io = IL + I2. Harga maksimum dari Io ditentukan oleh op-ampnya, biasanya
sekitar 5 sampai 10 mA.
F. Penguat yang Tak Membalik (non inverting amplifier)
Rangkaian penguat yang tak membalik atau penguat non inverting adalah seperti
yang terlihat di bawah:
Gambar 9. Penguat non inverting

7. Arah arus I1, I2, dan IL adalah jika Vin dimasuki sumber sinyal dengan polaritas
positif. Jika sumber sinyal berpolaritas negatip, arah masing-masing arus tinggal dibalik
saja. Penguatanya dapat dihitung dengan mengasumsikan Vd = 0 sehingga kedua
masukannya berada pada potensial yang sama. Maka dapat dimengerti bahwa Vin sama
dengan tegangan pada masukan inverting. Maka penguatan tegangannya adalah:
Av =
Av =
Arus beban IL = ;
Arus yang dikeluarkan op-amp adalah Io = IL + I2, sedang ( I2 = I1 )
G. Pengikut Tegangan (Voltage Follower)
Rangkaian op-amp sebagai pengikut tegangan adalah seperti yang terlihat di bawah:
Gambar 10. Rangkaian pengikut tegangan
Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa rangkaian pengikut tegangan menerapkan
umpan balik langsung tanpa menggunakan resistor antara keluaran dengan masukan
inverting. Karena Vo dihubungkan ke masukan inverting secara langsung, maka Vo = Vin
(karena Vd = 0). Penguatannya menjadi : Av =
Arus pada gambar adalah pada kondisi tegangan masukan Vin berpolaritas positip.
Jika polaritas Vin negatip, arah dari masing-masing arus akan berbalik. Arus yang di
kelusrkan op-amp : Io = I + IL ; karena Vo = Vin dan Vd = ), maka I = 0 ; dengan
demikian Io = IL.

8. Pengikut tegangan ini digunakan sebagai penyangga (buffer), atau sebagai
transformator impedansi yang akan “menyangga” beban yang berimpedansi rendah
sehingga beban tersebut dapat dihubungkan dengan suatu penguat tegangan tanpa
“memberati” penguat tersebut, yang dapat mempengaruhi/menurunkan kinerja penguat.
Bagaimana impedansi masukan pengikut tegangan ini menjadi tinggi sehingga dapat
digunakan sebagai penyangga dijelaskan sebagai berikut:
Gambar 11. Analisa Impedansi masukan pd pengikut tegangan
Lihat gambar diatas, dimisalkan Vo berubah sehingga berharga +1V. Jika Ao adlah
besarnya penguatan pada loop terbuka, maka besarnya Vo + 1 V tadi tentu disebabkan
pleh perbedaan tegangan di antara masukan inverting dengan masukan non inverting. Dari
sini Vin tentulah 1V + atau Vin = (1 +
Kemudian kita anggap saja antara terminal masukan inverting dengan non inverting
ada impedansi sebesar Z maka arus yang mengalir pada Zin adalah: Iin = Ampere
Impedansi masukan efektif rangkaian dengan umpan balik adalah tegangan masukan
rangkaian tersebut dibagi arus masukannya. Karena ditambah tegangan masukan
rangkaian = (1 + Ampere ; maka :
Zin = ; Zin =

9. Misal dari persamaan diatas mempunyai impedansi msukan sebesar 100K dan
pengguatan ikal terbuka Ao = 100.000, maka impedansi masukannya akan menjadi :
Z (Ao + 1) = 100K (100.000 + 1) = 10 M ; ternyata impedansi masukan dari
rangkaian pengikut tegangan ini memang tinggi. Apabila pada rangkaian Analisa
Impedansi masukan pd pengikut tegangan dipasang resistansi antara masukan non
inverting dengan GND misalnya saja sebesar 100K, maka impedansi masukan rangkaian
akan merupakan harga paralel antara 10 M dengan 100 K 10 → M // 100K = 99 K. Dari
sini dapat disimpulkan bahwa impedansi masukan rangkaian mendekati harga R yang
dipasang antara terminal masukan dengan GND.
H. Penguat Penjumlah (Summing Amplifier)
Pada penguat penjumlah yang membalik, selama masukan inverting dihubung ke
GND maka gambarnya seperti berikut:
Gambar 12. Penguat penjumlah yang membalik
Persamaannya menjadi adalah:
Vo = - RF ( )
Jika dibuat R1 = R2 = R3 = Rn = R maka
Vo2 = -
Pada penguat penjumlah yang tak membalik seperti gambar berikut:

10. Gambar 13. Penguat penjumlah yang tak membalik
Tegangan pada titik S adalah sama dengan tegangan pada titik A (Vd = 0) yang
besarnya:
Iin1 = ; Iin2 = ; Iin3 =
Arus pada titik S adalah jumlah dari Iin1 + Iin2 + Iin3 = + +
Apabila dibuat R1 = R2 = R3, maka arus pada titik S menjadi :
Dengan sendirinya, tegangan pada titik S ini akan = Iin 1 . R + Iin 2 . R + Iin 3 . R ; atau
Vin 1 + Vin 2 + Vin 3 ; karena Vd = 0 tegangan pada titik S ini sama dengan tegangan pada
titik A sehingga:
Vin 1 + Vin 2 + Vin 3 =
Maka Vo = (Vin 1 + Vin 2 + Vin 3) ( ) atau Vo = (Vin 1 + Vin 2 + Vin 3) ( )
I. Penguat Pengurang (Subtracting Amplifier)
Penguat pengurang dimaksudkan untuk digunakan mengurangkan dua buah
tegangan. Rangkaian adalah terlihat seperti gambar berikut:

11. Gambar 14. Op-amp sebagai penguat pengurang
Dengan mengacu pada kaidah persamaan dasar op-amp, jika dibuat R1 = R2 = R3 =
RF diperoleh hubungan tegangan Vo dengan kedua Vin : Vo = Vin2 – Vin1.
J. Integrator
Suatu rangkaian integrator akan menambah secara terus menerus suatu besaran yang
diukur selama satu periode waktu. Bentuk gelombang keluarannya sebanding dengan
interval waktu dari sinyal masukan. Rangakaian integrator ditunjukan seperti gambar
berikut:
Gambar 15. Prinsip dasar Rangkaian Integrator
Suatu resistor masukan Rin dipasang pada masukan inverting dan sebuah
kondensator CF dihubungkan antara terminal masukan inverting dengan terminal keluaran
sebagai umpan balik. Apabila suatu tegangan DC positip (+V) dipasang pada Vin, maka
keluaran Vo akan meluncur ke negatip secara linier dengan fungsi waktu. Grafik dibawah
mentakan tegangan Vo sebagai fungsi waktu jika Vin positip. Bahkan saat tegangan
masukan pada nol volt (Vin = 0), adanya arus panjar yang kecil pada terminal masukan
(disebabkan oleh sistem rangkaian di dalam op-amp itu sendiri) yang tak dapat dihindari,
akan menyebabkan kapasitor CF terisi sampai keluaran Vo mencapai tegangan jenuhnya
(tegangan maksimum yakni 1 atau 2 V mendekati tegangan catunya).

12. Gambar 16. Keluaran rangkaian integrator
Kondisi ini mengakibatkan rangkaian tidak bisa dimanfaatkan. Untuk mengatasi hal
ini, dalam praktek biasanya dilakukan pemasangan resistansi yang bernilai besar, paralel
dengan CF.
Pada rangakain integrator sepanjang Vin konstan, persamaan V untuk menghitung
Vo dapat dilakukan sebagai berikut: tegangan pada ujung-ujung kapasitor adalah muatan
Q dibagi kapasitansinya C ; V = Q / C. Sedang jumlah muatan Q sama dengan arus
pengisian I dikalikan waktu t ; Q = I . t . dalam suatu periode waktu, jumlah muatan Q
merupakan bentuk integral dari elemen waktu t (artinya dapat dibagi menjadi elemen
waktu (dt) yang sangat kecil, dengan demikian jumlah elemen waktu dari arus pengisian
dengan cara perhitungan integral) sehingga menjadi : q sama dengan integral dengan batas
0 sampai t dari dalam dt.
q =
Karena masukan non-inverting bertegangan nol dan Vd = tegangan pada ujung
kapasitor CF (V) praktis sama dengan –Vo , maka :
V = q / c = - Vo
- Vo = q / c =
Vo =
Dari persamaan diatas dapat diketahui bahwa Vo merupakan integral dari tegangan
masukan Vin terhadap waktu. Itulah sebabnya mengapa rangkaiannya disebut rangkaian
integrator.

13. K. Diferensiator
Apabila pada rangkaian integrator kedudukan kapasitor dengan resistor saling
dipertukarkan, terbentuklah rangkaian diferensiator seperti gambar di bawah:
Gambar 17. Rangkaian diferensiator
Pada rangkaian diferensiator, tegangan keluaran sebanding dengan tingkat
perubahan tegangan masukan. Analisa untuk mendapatkan persamaan Vo sebagai fungsi
dari Vin adalah sebagai berikut : tegangan pada ujung-ujung kapasitor adalah V = q/ C ;
karena Vd = 0, maka tegangan pada ujung-ujung kapasitor cin adalah Vin = q / Cin.
Pada harga kapasitansi yang tetap, apabila tegangan Vin berubah per satuan waktu
yang kecil (dt) maka muatan q juga berubah per satuan waktu, sehingga persamaan dapat
ditulis dalam bentuk diferensial:
= ; → ; sehingga atau Iin = Cin .
Karena Vd = 0, serta masukan non inverting dihubung ke GND, maka pada gambar
17 diatas dipandang dari Vo besar arus iF akan sama dengan – Vo dibagi RF. Arus IF ini
besarnya sama dengan Iin. Dari sini dapat ditulis persamaan IF = Iin,
sehingga : ; Vo = - RF Cin
Dari persamaan diatas dapat diketahui bahwa Vo merupakan diferensiasi Vin
terhadap waktu, oleh sebab itulah rangkaian diatas disebut rangkaian diferensiator.
L. Penguat Instrumentasi
Penguat pengurang atau penguat diferensial mempunyai keterbatasan, diantaranya
ialah:
- Resistansi masukan rendah, padahal dalam praktek penguat diferensial yang
dibutuhkan seringkali yang beresistansi tinggi.

14. - Penguatan kurang besar. Jika penguatannya diperbesarb dengan memperbesar
resistor umpan balik RF, maka dapat menyebabakan tegangan offset keluaran
DC yang berlebihan yang disebabkan oleh arus offset masukan.
Keterbatasan penguat diferensial atau penguat pengurang dapat diatasi dengan
penguat instrumentasi seperti gambar dibawah ini:
Gambar 18. Penguat instrumentasi
Penguata instruentasi mempunyai ciri-ciri antara lain:
- Resistansi masukan tinggi, terutama jika menggunakan penguat operasi yang
menggunakan FET (transistor efek medan) pada masukannya. Resistansi tinggi
ini juga didapat karena rangkaian ini menggunakan konfigurasi non inverting
pada kedua masukannya.
- Mempunyai CMMR (common mode rejection ratio) tinggi karena menggunakan
dua konfigurasi non inverting yang mempunyai satu common fedback resistor
Ra.
- Mempunyai penguatan tinggi karena menggunakan dua tinggkat penguat.
Dari gambar 18, diatas jika Vb dihubung ke GND, maka Vb secara praktis akan
nol sehingga tegangan keluaran (Voa) sebesar: Va (Ra + Rb) / Ra. Sebalinya, op-amp
yang dibagian bawah (op-amp 2) akan bertindak sebagai penguat inverting dengan
tegangan keluaran Vob = -Va.Rb/Ra.
Demikian juga apabila Va yang dihubungkan ke GND, maka kondisinya akan
berkebalikan dengan kondisi di atas yakni op-amp 2 akan bertindak sebagai penguat non
inverting dengan tegangan keluaran Vob = Vb (Ra + Rb)/ Ra, sedangkan op-amp bagian
atas (op-amp 1), ganti berfungsi sebagai penguat inverting dengan tegangan keluaran
sebesar Voa = (-Vb.Rb) / Ra. Karena pengutan bersifat linier, maka perbedaan tegangan
pada keluaran op-amp1 dengan op-amp2 (Voa dan Vob) akan sama saja apabila tak

15. satupun dari terminal masukan op-amp dihubung ke GND. Oleh sebab itu, penguatan pada
tingkat pertama ini sebesar:
A1 =
Penguatan pada tingkat kedua (op-amp 3) adalah sama halnya dengan penguat
pengurangan atau penguat diferensial. Sehingga penguatan pada tingkat kedua ini adalah:
A2 = Rd/ Rc. Dengan demikian, penguatan keseluruhan adalah A1.A2 = A
A =
Tegangan keluaran:
Vo =
M. Op- amp Sebagai Multivibrator
Rangkaian multivibrator dibagi menjadi tiga kategori yakni: Bistable multivibrator
(multivibrator bistabil atau flip-flop), Monostable multivibrator (multivibrator
monostabil), dan Astable multivibrator (multivibrator tak stabil).
1. Multivibrator Bistabil
Gambar 19. Op-amp sebagai multivibrator bistabil
Tegangan non-inverting merupakan bagian dari tegangan keluaran (+) : . Vo

16. Gambar 20. Hubungan Vo dan Vin dari gambar Op-amp sebagai multivibrator bistabil
2. Multivibrator Monostabil
Gambar 21. Op-amp sebagai multivibrator monobistabil
Karena tegangan masukan non-inverting merupakan bagian dari tegangan keluaran
(+) : . Vo
Gambar 22. Hubungan Vin (picu) dengan Vo
Lama periode waktu tak stabil (dalam detik) dapat dihitung melalui persamaan:
T = R4 . C1 Ln

17. Gambar 23. Op-amp sebagai multivibrator monobistabil dengan Vref (-)
Gambar 24. Hubungan Vin (picu) dengan Vo
Lama periode waktu tak stabil (dalam detik) dapat dihitung melalui persamaan:
T = R1 . C1 Ln
3. Multivibrator Tak Stabil

18. Gambar 25. Op-amp sebagai multivibrator tak bistabil
Periode gelombang (T1 + T2) apabila tegangan negatif sama dengan jenuh positif
dapat di hitung melalui persamaan: T = T1 + T2 = 2 R3 .C Ln
Gambar 26. Hubungan keluaran Vo dengan Teg pd terminal inverting dan non inverting

19. Latihan Soal
1. Dari gambar di bawah ini jika R1 = R2 = R3 = 10K, RF = 10 K dan RL = 10K,
V1 = +1V, V2 = -0,5 V; V3 = -2 V, berapa Vo nya?
2. Dari gambar di bawah ini jika R1 = 10K, R2 = 15K, R3 = 60K, RL = 10K, RF
= 50K sedangkan Vin1 = +2V, Vin2 = -2V. Berapa Vo nya jika tegangan
catunya +15V dan –15V.
3. Dari gambar di bawah ini jika R1 = 10K, R2 = 20K, R3 = 50K, RL = 10K, RF
= 60K sedangkan Vin1 = +5 V, Vin2 = -5 V. Berapa Vo nya jika tegangan
catunya +15V dan –15V.
4. Dari gambar di bawah ini , jika masukan inverting diberi tegangan tetap +3V,
masukan non inverting diberi tegangan sinus 8 Volt Vpp, gambarkan bentuk
gelombangnya?

20. 5. Dari gambar di bawa ini, hitung besar Vo jika R1 = R2 = R3 = R4 = 100K,
tegangan masukan -8 V, jika tegangan catunya +15V dan –15V.
6. Tentukan sinyal ouput (Vo1) dan (Vo2) dari rangkaian berikut:
7. Tentukan sinyal output (Vo) dari rangkaian berikut:

21. 8. Tentukan sinyal output (Vo) dari rangkaian berikut:
9. Dengan menggunakan Op-amp ideal dan resistor seperti gambar di bawah,
tentukan output (Vo) rangkaian tersebut untuk RP = min dan RP = maks.