Operational Amplifier ( OP-Amp)

Operational Amplifier atau di singkat op-amp merupakan salah satu komponen analog yang sering digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. Aplikasi op-amp yang paling sering dipakai antara lain adalah rangkaian inverter, non-inverter, integrator dan differensiator. Pada pokok bahasan kali ini akan dipaparkan beberapa aplikasi op-amp yang paling dasar, yaitu rangkaian penguat inverting, non-inverting differensiator dan integrator.

I. Pengertian Dasar Op-Amp
Operational Amplifier atau di singkat op-amp merupakan salah satu komponen analog yang sering digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. Aplikasi op-amp yang paling sering dipakai antara lain adalah rangkaian inverter, non-inverter, integrator dan differensiator. Pada pokok bahasan kali ini akan dipaparkan beberapa aplikasi op-amp yang paling dasar, yaitu rangkaian penguat inverting, non-inverting differensiator dan integrator.

Pada Op-Amp memiliki 2 rangkaian feedback (umpan balik) yaitu feedback negatif dan feedback positif dimana Feedback negatif pada op-amp memegang peranan penting. Secara umum, umpanbalik positif akan menghasilkan osilasi sedangkan umpanbalik negatif menghasilkan penguatan yang dapat terukur.

Op-amp ideal
Op-amp pada dasarnya adalah sebuah differential amplifier (penguat diferensial) yang memiliki dua masukan. Input (masukan) op-amp ada yang dinamakan input inverting dan non-inverting. Op-amp ideal 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 ~ 105. Penguatan 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 penguatan yang 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 Zin = 106 Ohm. 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 :

Aturan 1: Perbedaan tegangan antara input v+ dan v- adalah nol (v+ - v- = 0 atau v+ = v- )
Aturan 2: Arus pada input Op-amp adalah nol (i+ = i- = 0)

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

II. Karakteristik Dasar Op-Amp
Seperti yang telah disebutkan sebelumnya bahwa pada dasarnya Op-amp adalah sebuah differential amplifier (penguat diferensial), yang mana memiliki 2 input masukan yaitu input inverting (V-) dan input non-inverting(V+), Rangkaian dasar dari penguat diferensial dapat dilihat pada gambar 1 dibawah ini:
Gambar 1 : Penguat Diferensial
Pada rangkaian diatas, dapat diketahui tegangan output (Vout) adalah Vout = A(v1-v2) dengan A adalah penguatan dari penguat diferensial ini. Titik input v1 dikatakan sebagai input non-iverting, sebab tegangan vout satu phase dengan v1. Sedangkan sebaliknya titik v2 dikatakan input inverting sebab berlawanan phasa dengan tengangan vout.

Diagram Blok Op-amp
Op-amp di dalamnya terdiri dari beberapa bagian, yang pertama adalah penguat diferensial, lalu ada tahap penguatan (gain), selanjutnya ada rangkaian penggeser level (level shifter) dan kemudian penguat akhir yang biasanya dibuat dengan penguat push-pull kelas B. Gambar-2(a) berikut menunjukkan diagram dari op-amp yang terdiri dari beberapa bagian tersebut. gambar 2 (a) : Diagram Blok Op-Amp
gambar 2 (b) : Diagram Schematic Simbol Op-Amp
Simbol op-amp adalah seperti pada gambar 2 (b) dengan 2 input, non-inverting (+) dan input inverting (-). Umumnya op-amp bekerja dengan dual supply (+Vcc dan –Vee) namun banyak juga op-amp dibuat dengan single supply (Vcc – ground). Simbol rangkaian di dalam op-amp pada gambar 2 (b) adalah parameter umum dari sebuah op-amp. Rin adalah resitansi input yang nilai idealnya infinit (tak terhingga). Rout adalah resistansi output dan besar resistansi idealnya 0 (nol). Sedangkan AOL adalah nilai penguatan open loop dan nilai idealnya tak terhingga.

Saat ini banyak terdapat tipe-tipe op-amp dengan karakterisktik yang spesifik. Op-amp standard type 741 dalam kemasan IC DIP 8 pin. Untuk tipe yang sama, tiap pabrikan mengeluarkan seri IC dengan insial atau nama yang berbeda. Misalnya dikenal MC1741 dari motorola, LM741 buatan National Semiconductor, SN741 dari Texas Instrument dan lain sebagainya. Tergantung dari teknologi pembuatan dan desain IC-nya, karakteristik satu op-amp dapat berbeda dengan op-amp lain.

LDR (Light Dependent Resistor)

1.      PENGERTIAN LDR

                        LDR (Light Dependent Resistor), ialah jenis resistor yang berubah hambatannya karena pengaruh cahaya. Bila cahaya gelap nilai tahanannya semakin besar, sedangkan cahayanya terang nilainya menjadi semakin kecil.

                        LDR (Light Dependent Resistor) adalah jenis resistor yang biasa digunakan sebagai detector cahaya atau pengukur besaran konversi cahaya. Light Dependent Resistor, terdiri dari sebuah cakram semikonduktor yang mempunyai dua buah elekrtroda pada permukaannya.

                        Resistansi LDR berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya. Dalam keadaan gelap resistansi LDR sekitar 10 M  dan dalam keadaan terang sebesar 1 k  atau kurang. LDR terbuat dari bahan semikonduktor seperti cadmium sulfide. Dengan bahan ini energy dari cahaya yang jatuh menyebabkan lebih banyak muatan yang dilepas atau arus listrik meningkat. Artinya resistansi bahan telah mengalami penurunan.

                        LDR digunakan untuk mengubah energy cahaya menjadi energy listrik. Saklar cahaya otomatis dan alarm pencuri adalah beberapa contoh alat yang menggunakan LDR. Akan tetapi karena responnya terhadap cahaya cukup lambat, LDR tidak digunakan pada situasi di mana intensitas cahaya berubah secara drastis. Sensor ini akan berubah nilai hambatannya apabila ada perubahan tingkat kecerahan cahaya.

2.      PRINSIP KERJA LDR

                        Pada saat gelap atau cahaya redup, bahan dari cakram tersebut menghasilkan elektron bebas dengan jumlah yang relative kecil. Sehingga hanya ada sedikit elektron untuk mengangkut muatan elektrit. Artinya pada saat cahaya redup, LDR menjadi konduktor yang buruk, atau bisa disebut juga LDR memiliki resistansi yang besar pada saat gelap atau cahaya redup.

                        Pada saat cahaya terang, ada lebih banyak elektron yang lepas dari atom bahan semikonduktor tersebut. Sehingga akan lebih banyak elektron untuk mengangkut muatan elektrit. Artinya pada saat cahaya terang, LDR menjadi konduktor yang baik, atau bisa disebut juga LDR memiliki resistansi kecil pada saat cahaya terang. Penerapan laindari sensor LDR ini ialah alarm Pencuri.

                        Misalnya untuk rangkaian system alarm cahaya (menggunakan LDR) yang aktif ketika terdapat cahaya. Ketika kita akan mengatur kepekaan LDR (Light Dependent Resistor) dalam suatu rangkaian maka kita perlu menggunakan potensiometer. Kita atur letaknya agar ketika mendapat cahaya maka buzzer atau bell akan berbunyi dan ketika tidak mendapat cahaya maka buzzer atau bell tidak akan berbunyi.

Infra Red

-->

Infra merah (infra red) ialah sinar elektromagnet yang panjang gelombangnya lebih daripada cahaya nampak yaitu di antara 700 nm dan 1 mm. Sinar infra merah merupakan cahaya yang tidak tampak. Jika dilihat dengan dengan spektroskop cahaya maka radiasi cahaya infra merah akan nampak pada spectrum elektromagnet dengan panjang gelombang di atas panjang gelombang cahaya merah. Dengan panjang gelombang ini maka cahaya infra merah ini akan tidak tampak oleh mata namun radiasi panas yang ditimbulkannya masih terasa/dideteksi. Infra merah dapat dibedakan menjadi tiga daerah yakni:


* Near Infra Merah………………0.75 - 1.5 µm
* Mid Infra Merah..……………...1.50 - 10 µm
* Far Infra Merah……………….10 - 100 µm[wikipedia]

Sinar matahari Langsung terkandung 93 lumens per watt flux radian yang termasuk di dalamnya infrared (47%), cahaya tampak (46%), dan cahaya ultra violet ( 6%) .

Sinar infrared terdapat pada pada cahaya api,cahaya matahari, radiator kendaraan atau pantulan jalan aspal yang terkena panas.Saraf pada kulit kita dapat menginderai perbedaan suhu permukaan kulit ,namun kita tidak dapat merasakan sinar infrared.

Sinar infrared bahkan digunakan untuk memanaskan makanan.Misalnya pada restauran cepat saji.

Bagaimana prinsip kita memanfaatkan infrared untuk melihat benda?

Kita memanfaatkan detektor infra red setiap benda yang dipancarkan infra red akan memantulkan dan atau nyerap infra red sehingga detektor menangkap panjang gelombang yang berbeda sesuai suhu yang dikeluarkan benda.

"Karena sumber utama sinar infra red merupakan radiasi termal ataupun radiasi panas, setiap benda memiliki suhu panas tertentu bahkan yang kita kira tidak cukup panas untuk meradiasikan cahaya tampak dapat mengeluarkan energi dan terlihat pada infrared

Semakin panas sesuatu semakin dapat dia meradiasikan radiasi infrared".[nasa]

Inilah yang menjadi dasar pendeteksian suhu badan manusia dan pendeteksian sensor untuk mengidentifikasikan orang yang terserang firus flu burung atau flu babi di bandara-bandara internasional.

Banyak benda menyerap radiasi infra red namun ada juga yang memantulkan khususnya sinar near infrared, sinar near infra red tidak berhubungan dengan suhu bendanya kecuali benda tersebut sangat panas suhunya.

Infrared film (detector infrared) pada kamera dapat melihat object dibantu oleh cahaya matahari dan sumber cahaya lain yang mengeeluarkan sinar infra red darinya kemudian dipantulkan dan diserap oleh objek.Kita dapat mendapatkan warna objek dengan bantuan pantulan dan infrared yang diserap objek , warna dari objek adalah kombinasi dari warna merah biru , hijau (RGB) dan infra red.

Infra red dapat digunakan juga sebagai gelombang cariier yang dapat memperpanjang jarak batas penerimaan gelombang ,namun gelombang yang ditransmisikan harus line of sight (LOS) atau lurus infrared tidak dapat berbelok jika radius pancar vertikal sinar ter halang oleh suatu benda walaupun benda itu transparan. Teori ini kita aplikasikan pada modulasi gelombang digital pada remote tv.

Handphone saat ini telah diintegrasikan dengan perangkat infrared dan blue tooth untuk berkomunikasi dengan pc .

Contoh aplikasi nya yaitu pengiriman aplikasi handphone dari pc atau sebaliknya ,memberikan catatan nomor telpon dari pc yang sangat banyak sehingga tidak dapat disimpan di memory hp biasanya dipakai untuk membroadcast sms.

Apa perbedaan sinar infrared dengan blue tooth ?

pertama ,infrared menggunakan sinar untuk memancarkan sinyal ,seperti tv remote ,sedangkan blue tooth menggunakan frekuensi radio (RF) (2,4 GHz) untuk membroadcast sinyal.
kedua , infra red tidak dapat tembus benda yang menghalanginya untuk menjangkau receiver atau butuh pantulan ,karena sifatnya cahaya .Namun Bluetooth dapat menembus benda seperti dinding sejauh tidak memiliki skin depth yang tinggi.