Operasional Amplifier (Op-Amp)

Operasional amplifier (Op-Amp) adalah suatu penguat berpenguatan tinggi yang terintegrasi  dalam sebuah chip IC yang memiliki dua input inverting dan non-inverting dengan sebuah terminal output, dimana rangkaian umpan balik dapat ditambahkan untuk mengendalikan karakteristik tanggapan keseluruhan pada operasional amplifier (Op-Amp). Pada dasarnya operasional amplifier (Op-Amp) merupakan suatu penguat diferensial yang memiliki 2 input dan 1 output.

Op-amp ini digunakan untuk membentuk fungsi-fungsi linier yang bermacam-mcam atau dapat juga digunakan untuk operasi-operasi tak linier, dan seringkali disebut sebagai rangkaian terpadu linier dasar. Penguat operasional (Op-Amp) merupakan komponen elektronika analog yang berfungsi sebagai amplifier multiguna dalam bentuk IC dan memiliki simbol sebagai berikut :



Simbol Operasional Amplifier 

Prinsip kerja sebuah operasional Amplifier (Op-Amp) adalah membandingkan nilai kedua input (input inverting dan input non-inverting), apabila kedua input bernilai sama maka output Op-amp tidak ada (nol) dan apabila terdapat perbedaan nilai input keduanya maka output Op-amp akan memberikan tegangan output. Operasional amplifier (Op-Amp) dibuat dari penguat diferensial dengan 2 input. Sebagai penguat operasional  ideal , operasional amplifier (Op-Amp) memiliki karakteristik sebagai berikut :

1. Impedansi Input (Zi) besar = ∞
2. Impedansi Output (Z0) kecil= 0
3. Penguatan Tegangan (Av) tinggi = ∞
4. Band Width respon frekuensi lebar = ∞
5. V0 = 0 apabila V1 = V2 dan tidak tergantung pada besarnya V1.

6. Karakteristik operasional amplifier (Op-Amp) tidak tergantung temperatur / suhu.

Rangkaian dasar operasional amplifier (Op-Amp) dibuat dari bipolar transistor (BJT) seperti terlihat pada gambar berikut.



Rangkaian Dasar Operasional Amplifier (Op-Amp) Penguat Diferensial

Pada penguat diferensial diatas terdapat dua sinyal masukan (input) yaitu V1 dan V2. Dalam kondisi ideal, apabila kedua masukan identik (Vid = 0), maka keluaran Vod = 0. Hal ini disebabkan karena IB1 = IB2 sehingga IC1 = IC2 dan IE1 = IE2. Karena itu tegangan keluaran (VC1 dan VC2) harganya sama sehingga Vod = 0.

Apabila terdapat perbedaan antara sinyal V1 dan V2, maka Vid = V1 – V2. Hal ini akan menyebabkan terjadinya perbedaan antara IB1 dan IB2. Dengan begitu harga IC1 berbeda dengan IC2, sehingga harga Vod meningkat sesuai sesuai dengan besar penguatan Transistor.

Untuk memperbesar penguatan dapat digunakan dua tingkat penguat diferensial (cascade). Keluaran penguat diferensial dihubungkan dengan masukan penguat diferensial tingkatan berikutnya. Dengan begitu besar penguatan total (Ad) adalah hasil kali antara penguatan penguat diferensial pertama (Vd1) dan penguatan penguat diferensial kedua (Vd2).

Mode operasi dari sebuah operasional amplifier (Op-Amp) dapat diset dalam beberapa mode penguatan sebagai berikut.

Mode Loop Terbuka

Pada mode loop terbuka besarnya penguatan tegangan adalah tak berhingga (∞), sehingga besarnya tegangan output hampir dan bisa dikatakan mendekati Vcc. Expresi matematika pada penuat operasional mode loop terbuka adalah.

Sehingga tegangan output ≈ Vcc.

Mode Loop Tertutup

Pada mode loop tertutup besarnya penguatan tegangan (Av) adalah besar tetapi tidak mecapai nilai maksimalnya dan dapat dituliskan sebagai berikut.

Mode Penguatan Terkendali

Pada mode operasi penguatan terkendali besarnya penguatan dari operasional amplifier (Op-Amp) dapat ditentukan dari nilai resistansi feedback dan input. Sehingga nilai penguatan tegangan (Av) pada mode operasi ini dapat dituliskan sebgai berikut.

Sehingga besarnya tegangan output adalah :

Mode Penguatan 1

Mode operasi penguatan 1 pada operasional amplifier (Op-Amp) sering disebut dengan istilah buffer (penyangga). Hal ini karena pada mode ini tidak terjadi penguatan tegangan (Av) bernilai 1. Konfigurasi ini berfungsi untuk memperkuat arus sinyal sehingga tidak drop pada saat diberikan beban terhadap sinyal input. Besarnya tegangan output (Vout) sama dengan tegangan input (Vin) karena penguatan tegangan (Av) operasional amplifier (Op-Amp)  bernilai 1.

Referensi :

1. http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/operasional-amplifier-op-amp/

Rangkaian Clamper

Rangkaian Clamper (penggeser) digunakan untuk menggeser suatu sinyal ke level dc yang lain. Untuk membuat rangkain Clamper minimal harus mempunyai sebuah kapasitor, dioda, dan resistor, disamping itu bisa pula ditambahkan sebuah baterai. Harga R dan C harus dipilih sedemikian rupa sehingga konstanta waktu RC cukup besar agar tidak terjadi pengosongan muatan yang cukup berarti saat dioda tidak menghantar. Dalam analisa ini dianggap didodanya adalah ideal.

Sebuah rangkaian clamper sederhana (tanpa baterai) terdiri atas sebuah R, D, dan C terlihat pada gambar berikut.

Gambar diatas adalah rangkaian clamper sederhana dengan gelombang kotak yang menjadi sinyal input rangkaian. Pada saat 0 – T/2 sinyal input adalah positip sebesar +V, sehingga Dioda menghantar (ON). Kapasitor mengisi muatan dengan cepat melalui tahanan dioda yang rendah (seperti hubung singkat, karena dioda ideal). Pada saat ini sinyal output pada R adalah nol seperti terlihat pada ilustrasi rangkaian clamper berikut.



Kemudian saat T/2 – T sinyal input berubah ke negatip, sehingga dioda tidak menghantar (OFF) (gmbar ilustrasi clamper dioda kondisi open). Kapasitor membuang muatan sangat lambat, karena RC dibuat cukup lama. Sehingga pengosongan tegangan ini tidak berarti dibanding dengan sinyal output. Sinyal output merupakan penjumlahan tegangan input -V dan tegangan pada kapasitor -V, yaitu sebesar -2V (gambar sinyal output clamper).

Terlihat pada gambar sinyal output clamper diatas bahwa sinyal output merupakan bentuk gelombang kotak (seperti gelombang input) yang level dc nya sudah bergeser kearah negatip sebesar -V. Besarnya penggeseran ini bisa divariasi dengan menambahkan sebuah baterai secara seri dengan dioda. Disamping itu arah penggeseran juga bisa dibuat kearah positip dengan cara membalik arah dioda.



Beberapa rangkaian clamper negatip dan positip dapat dilihat pada gambar contoh clamper positif dan negatif diatas.


Referensi :
1. http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/rangkaian-clamper-penggeser-sinyal/

Rangkaian Clipper

Rangkaian clipper (pemotong) berfungsi untuk memotong atau menghilangkan sebagian sinyal masukan yang berada di bawah atau di atas level tertentu. Contoh sederhana dari rangkaian clipper adalah penyearah setengah gelombang. Rangkaian ini memotong atau menghilangkan sebagian sinyal masukan di atas atau di bawah level nol. Rangkaian dasar dari sebuah clipper atau pemotong sinyal dapat menggunakan sebuah dioda.

Secara umum rangkaian clipper menggunakan dioda dapat digolongkan menjadi dua, yaitu: rangkaian clipper seri dan rangkaian clipper paralel. Rangkaian clipper seri berarti dioda berhubungan secara seri dengan beban, sedangkan clipper paralel berarti dioda dipasang paralel dengan beban. Sedangkan untuk masing-masing jenis tersebut dibagi menjadi clipper negatip (pemotong bagian negatip) dan clipper positip (pemotong bagian positip).



CLIPPER SERI

Poin-poin yang perlu diperhatikan dari rangkaian clipper seri dengan dioda adalah :

1. Dioda dan baterai sebagai rangkaian utama clipper dipasang secara seri dengan sumber sinyal.
2. Bila output rangkaian adalah katoda dioda, maka bagian positip dari sinyal input akan dilewatkan, dan bagian negatip akan dipotong (berarti clipper negatip).
3. Bila output rangkaian adalah anoda dioda, maka bagian negatip dari sinyal input akan dilewatkan, dan bagian positip akan dipotong (berarti clipper positip).
4. Besarnya clipping atau pemotongan sinyal adalah tegangan batrai + tegangan dioda (0,7 untuk Si, 0,3 untuk Ge atau Vz bila menggunakan dioda zener).

Rangkaian Clipper Seri Positif Dengan Dioda



Rangkaian Clipper Seri Negatif Dengan Dioda




CLIPPER PARALEL


Pada clipper dengan dioda tipe parallel ada beberapa poin sebagai berikut :

1. Dioda dan baterai sebagai rangkaian utama clipper dipasang secara paralel dengan jalur output rangkaian.
2. Bila output rangkaian parallel dengan katoda dioda, maka bagian positip dari sinyal input akan dilewatkan, dan bagian negatip akan dipotong (berarti clipper negatip).
3. Bila output rangkaian parallel dengan anoda dioda, maka bagian negatip dari sinyal input akan dilewatkan, dan bagian positip akan dipotong (berarti clipper positip).
4. Baterai dalam rangkaian cliper ini berfungsi untuk batas pemotongan atau level clipping.
5. Besarnya clipping atau pemotongan sinyal adalah tegangan batrai + tegangan dioda (0,7 untuk Si, 0,3 untuk Ge atau Vz bila menggunakan dioda zener).

Rangkaian Clipper Paralel Positif



Rangkaian Clipper Paralel Negatif



Referensi :
1. http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/rangkaian-dasar-clipper-pemotong-sinyal-dengan-dioda/

Dioda Zener

Dioda zener adalah salah satu jenis dioda yang memiliki sisi exsklusif pada daerah breakdownnya, sehingga dapat dimanfaatkan sebagai stabilizer atau pembatas tegangan. Struktur dioda zener hampir sama dengan dioda pada umumnya, hanya konsentrasi doping saja yang berbeda. Kurva karakteristik dioda zener juga sama seperti dioda pada umumnya, namun pada daerah breakdown dimana pada saat bias mundur mencapai tegangan breakdown maka arus dioda naik dengan cepat seperti pada gambar karakteristik dioda zener dibawah. Daerah breakdown inilah yang menjadi referensi untuk penerapan dari dioda zener. Sedangkan pada dioda biasa daerah breakdown meru[pakan daerah kritis yang harus dihindari dan tidak diperbolehkan pemberian tegangan mundur sampai pada daerah breakdown, karena bisa merusak dioda biasa.



Gambar Kurva Karakteristik Dioda Zener


Titik breakdown dari suatu dioda zener dapat dikontrol dengan memvariasi konsentrasi doping. Konsentrasi doping yang tinggi, akan meningkatkan jumlah pengotoran sehingga tegangan zenernya (Vz) akan kecil. Demikian juga sebaliknya, dengan konsentrasi doping yang rendah diperoleh Vz yang tinggi. Pada umumnya dioda zener dipasaran tersedia mulai dari Vz 1,8 V sampai 200 V, dengan kemampuan daya dari ¼ hingga 50 W.

Penerapan dioda zener yang paling penting adalah sebagai regulator atau stabilizer tegangan (voltage regulator). Rangkaian dasar stabilizer tegangan menggunakan dioda zener dapat dilihat pada gambar dibawah. Agar rangkaian ini dapat berfungsi dengan baik sebagai stabilizer tegangan, maka dioda zener harus bekerja pada daerah breakdown. Yaitu dengan memberikan tegangan sumber (Vi) harus lebih besar dari tegangan dioda zener (Vz).



Rangkaian Dasar Stabilizer Dengan Dioda Zener



Pada dioda zener terdapat nilai Izm (Arus zener maksimum) yang telah ditentukan ooleh pabrik dan arus zener tidak boleh melebihi Izm tersebut, karena akan mengakibatkan kerusakan pada dioda zener. RS adalah hambatan yang berfungsi sebagai pembatas arus untuk rangkaian stabilizer tegangan. Apabila tegangan Vi lebih tinggi dari Vz dan RL lebih besar dari RL minimum maka fungsi dari stabilizer tegangan pada dioda zener dapat bekerja, oleh karena itu RL harus lebih besar dari RLmin. RLmin dapat ditentukan pada saat VL = Vz sebagai berikut.

Nilai RLmin ini akan menjamin dioda zener bekerja secara konsisten. Bila zener sudah bekerja, berarti VL = Vz = konstan, dan dengan menganggap Vi tetap maka turun tegangan pada RS (VR) juga tetap, yaitu :

Sehingga arus yang mengalir pada RS dapat diketahui dengan :

Dan arus yang mengalir pada dioda zener dapat ditentukan dengan :

Referensi :

1. http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/dioda-zener/

Dioda

Dioda adalah komponen aktif yang memiliki dua kutub dan bersifat semikonduktor. Dioda juga bisa dialiri arus listrik ke satu arah dan menghambat arus dari arah sebaliknya. Dioda sebenarnya tidak memiliki karakter yang sempurna, melainkan memiliki karakter yang berhubungan dengan arus dan tegangan komplek yang tidak linier dan seringkali tergantung pada teknologi yang digunakan serta parameter penggunaannya.

Awal mulanya dioda adalah sebuah piranti kristal Cat’s Wahisker dan tabung hampa. Sedangkan pada saat ini, dioda sudah banyak dibuat dari bahan semikonduktor, contohnya : Silikon dan Germanium. Di karenakan pengembangannya yang dilakukan secara terpisah, dioda kristal (semikonduktor) lebih populer di bandingkan dengan dioda termionik. Dioda termionik pertama kali ditemukan oleh Frederick Guthrie pada tahun 1873, sedangkan dioda kristal ditemukan pada tahun 1874 oleh peneliti asal Jerman, Karl Ferdinand Braun.

Pengertian Dioda Termionik adalah piranti katub yang merupakan susunan elektroda di dalam sampul gelas. Bentuk pertama kali dari dioda termionik hampir sama dengan bola lampu pijar. Di dalam katub dioda termionik, arus listrik yang melalui filamen pemanas secara tidak langsung memanaskan katoda. Elektroda internal lainnya dilapisi dengan campuran barium dan strontium oksida yang merupakan oksida dari logam alkali tanah. Dari kegiatan tersebut menghasilkan pancaran termionik elektron ke ruang hampa. Walaupun demikian, elektron tidak dapat di pancarkan dengan mudah ke permukaan anoda yang tidak terpanasi ketika polaritas tegangan di balik.

Pengertian Dioda Semikondutor sebagian besar terdapat pada teknologi pertemuan P-N semikonduktor. Dioda P-N terdapat arus yang mengalir dari sisi Tipe-P (anoda) menuju sisi Tipe-N (katoda), akan tetapi tidak dapat mengalir ke arah sebaliknya. Dioda semikonduktor memiliki tipe lain yaitu dioda schottky yang di bentuk dari pertemuan antara logam dan semikonduktor sebagai ganti dari pertemuan P-N konvensional.

FUNGSI DIODA

Fungsi Dioda sangat berpengaruh penting didalam rangkaian elektronika. Karena dioda adalah komponen semikonduktor yang terdiri dari penyambung P-N. Dioda merupakan gabungan dari dua kata elektroda, yaitu anoda dan katoda. Sifat lain dari dioda adalah menghantarkan arus pada tegangan maju dan menghambat arus pada aliran tegangan balik. Selain itu, masih banyak lagi fungsi dioda lainnya, sebagai berikut :

Sebagai penyearah untuk komponen dioda bridge.

Sebagai penstabil tegangan pada komponen dioda zener.

Sebagai pengaman atau sekering.

Sebagai pemangkas atau pembuang level sinyal yang ada di atas atau bawah tegangan tertentu pada rangkaian clipper.

Sebagai penambah komponen DC didalam sinyal AC pada rangkaian clamper.

Sebagai pengganda tegangan.

Sebagai indikator untuk rangkaian LED (Light Emiting Diode).

Dapat digunakan sebagai sensor panas pada aplikasi rangkaian power amplifier.

Sebagai sensor cahaya pada komponen dioda photo.

Sebagai rangkaian VCO (Voltage Controlled Oscilator) pada komponen dioda varactor.

Secara keseluruhan dioda dapat kita contohkan sebagai katup, dimana katup tersebut akan terbuka pada saat air mengalir dari belakang menuju ke depan. Sedangkan katup akan menutup apabila ada dorongan aliran air dari depan katub. Simbol dioda digambarkan dengan anak panah yang diujungnya terdapat garis yang melintang. Cara kerja dioda dapat kita lihat dari simbolnya. Karena pada pangkal anak panah disebut sebagai anoda (P) dan pada ujung anak panah dapat disebut sebagai katoda (N).Pada umumnya, dioda terbuat dari bahan silikon yang sudah dibekali tegangan pemicu. Tegangan pemicu ini sangat diperlukan agar elektron bisa langsung mengisi hole melalui area depletin layer. Didalam komponen dioda tidak akan terjadi pemindahan elekrton hole dari P ke N maupun sebaliknya. Itu di sebabkan hole dan elektron akan tertarik ke arah kutub yang berlawanan. Bahkan lapisan depletion layer semakin besar dan menghalangi terjadinya arus.


PRINSIP KERJA DIODA
Prinsip kerja dioda pada umumnya adalah sebagai alat yang terbentuk dari beberapa bahan semikonduktor dengan muatan Anode (P) dan muatan Katode (N) yang biasanya terdiri dari geranium atau silikon yang digabungkan, dan muatan yang bertipe N merupakan bahan dengan kelebihan elektron, dan sebaliknya muatan bertipe P merupakan bahan dengan kekurangan satu elektron yang dipisahkan oleh depletion layer yang terjadi akibat keseimbangan kedua muatan tersebut, oleh karena itu dioda tersebut menghasilkan suatu hole yang berfungsi sebagai pembawa tegangan atau muatan sehingga terjadi perpindahan sekaligus pengaliran arus yang terjadi di hole tersebut yang menghasilkan tegangan arus searah atau biasa disebut dengan DC.Prinsip kerja dioda berbeda dengan prinsip atau teori elektron yang menyebutkan bahwa arus listrik yang terjadi dikarenakan oleh pergerakan elektron dari kutub positif menuju ke kutub negatif, tetapi dioda ini hanya mengalirkan arus satu arah saja, yaitu DC. Oleh karena jika dioda dialiri oleh tegangan P yang lebih besar dari muatan N, maka elektron yang terdapat pada muatan N akan mengalir ke muatan P yang disebut sebagai Forward Bias, bila terjadi sebaliknya, yaitu jika dioda tersebut dialiri dengan tegangan N yang lebih besar daripada tegangan P, maka elektron yang ada di dalamnya tidak akan bergerak, sehingga dioda tidak mengaliri muatan apapun, pada kondisi seperti ini sering disebut sebagai reverse bias.

Gambar Skema Prinsip Kerja Dioda

Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa prinsip kerja dioda merupakan salah satu alat yang sangat unik karena mampu memanipulasi muatan hingga menjadi muatan yang searah atau DC. Sambungan antara muatan anoda (P) dengan muatan katoda (N) dinamakan sebagai depletion layer (lapisan deplesi) dimana terjadi keseimbangan muatan elektron dan hole. Biasanya pada sisi P banyak terbentuk hole-hole yang siap menerima muatan elektron, sedangkan pada sisi N banyak elektron yang siap untuk membebaskan diri, dengan kata lain jika sisi P diberi muatan potensial yang lebih, maka elektron dari sisi N akan langsung mengisi setiap hole-hole yang ada di sisi P.

Referensi :

1. http://komponenelektronika.biz/pengertian-dioda.html

2. http://komponenelektronika.biz/fungsi-dioda.html

3. http://komponenelektronika.biz/prinsip-kerja-dioda-secara-umum.html