Penguatan Open-Loop Op-Amp

Op-amp idealnya memiliki penguatan open-loop(AOL) yang tak terhingga. Namun pada prakteknya op-amp semisal LM741memiliki penguatan yang terhingga kira-kira 100.000 kali. Sebenarnya dengan penguatan yang sebesar ini, sistem penguatan op-amp menjadi tidak stabil. Input diferensial yang amat kecil saja sudah dapat membuat outputnya menjadisaturasi. Pada bab berikutnya akan dibahas bagaimana umpan balik bisa membuat sistem penguatan op-amp menjadi stabil.

A. Unity-Gain Frequency
Op-Amp ideal mestinya bisa bekerja pada frekuensi  berapa saja  mulai dari sinyal  dc sampai frekuensi giga Herzt. Parameter unity-gain  frequencymenjadi penting jika  op-amp  digunakan untuk aplikasi dengan frekuensi tertentu. ParameterAOL biasanya  adalah  penguatan op-amp pada sinyal DC.

Response penguatan  op-amp  menurun  seiring dengan menaiknya frekuenci sinyal input. Op-amp  LM741 misalnya  memiliki  unity-gain frequency sebesar 1MHz. Ini berarti penguatan  op-amp  akan menjadi 1  kali pada frekuensi 1 MHz. Jika perlu merancangaplikasi pada  frekeunsi tinggi,  maka pilihlah op-amp yang memiliki unity-gain frequency lebih tinggi.

B. Op-Amp Ideal
Op-Amp pada dasarnya adalah sebuah differential amplifier (penguat diferensial) yang memiliki dua masukan. Input (masukan) op-amp seperti yang telah dimaklumi ada yang dinamakan input inverting dan non-inverting. Op-amp deal memiliki open loop gain(penguatan loop terbuka) yang tak terhingga besarnya. Seperti misalnya op-amp LM741 yang sering digunakan oleh banyak praktisi elektronika, memiliki karakteristik tipikal open loop gain sebesar 10⁴~10⁵Penguatan yang sebesar ini membuat op-amp menjadi tidak stabil, dan penguatannya menjadi tidak terukur(infinite).

Disinilah peran rangkaian negative feedback (umpanbalik negatif) diperlukan, sehingga op-amp  dapat dirangkai menjadi aplikasi dengan nilai penguatanyang terukur(finite). Impedasi input op-amp ideal mestinya adalah tak terhingga, sehingga mestinya arus input pada tiap masukannya adalah 0.Sebagai perbandingan praktis, op-amp LM741 memiliki impedansi input Z_in = 10⁶Ohm. Nilai impedansi ini masih relatif sangat besar sehingga arus input op-amp LM741 mestinya sangat kecil.

Ada dua aturan penting dalam melakukan analisa rangkaian op-amp berdasarkan karakteristik op-amp ideal. Aturan ini dalam beberapa literatur dinamakan golden rule, yaitu :

Inilah dua aturan penting op-amp ideal yang digunakan untuk menganalisa rangkaian op-amp.

C. Inverting Amplifier
Rangkaian dasar penguat inverting seperti yang ditunjukkan pada gambar 1, dimana sinyal masukannya dibuat melalui input inverting. Seperti tersirat pada namanya, pembaca tentu sudah menduga bahwa fase keluaran dari penguat inverting ini akan selalu berbalikan dengan inputnya. Pada rangkaian ini, umpan balik negatif di bangun melalui resistor R2.

Gambar Penguat Inverter

Input non-inverting pada rangkaian inidihubungkan ke ground, atauv₊ = 0. Dengan aturan 1 (lihat aturan 1), maka akan dipenuhiv_– =v₊ = 0. Karena nilainya = 0 namun tidak terhubung langsung ke ground, input op-ampv_–pada rangkaian ini dinamakan virtual ground. Dengan fakta ini, dapat dihitung tegangan jepit pada R1 adalahv_in–v =vin dan tegangan jepit pada reistor R2 adalahv_out –v_– =v_out Kemudian dengan menggunakan aturan 2, di ketahui bahwa : i_in +i_out = I = 0, karena menurut aturan2, arus masukan op-amp adalah 0 i_in +i_out =v_in/R₁ +v_out/R₂ =0 Selanjutnya vout/R2 = -v_in/R1 atau v_out/v_in = -R2/R1