Op - Amp (Operational Amplifier)

SEJARAH PERKEMBANGAN OP-AMP

Pengembangan rangkaian terpadu IC luar telah ada sejak tahun 1960, pertama telah dikembangkan pada “ chip “ silikon tunggal. Rangkaian terpadu itu merupakan susunan antara transidtor, dioda sebagai penguat beda dan pasangna Darlington. Kemudian tahun 1963 industri semikonduktor Fairchild

memperkenalkan IC OP-AMP pertama kali µA 702, yang mana merupakan pengembangan IC OP-AMP yang lain sebelumnya, dimana tegangan sumber ( Catu Daya ) dibuat tidak sama yaitu + UCC = + 12 V dan - UEE = - 6 V, dan resistor inputnya rendah sekali yaitu ( 40 KW ) dan gain tegangan ( 3600 V/V ).

IC tipe µA702 ini tidak direspon oleh industri- industri lain karena tidak universal.
Tahun 1965 Fairchild memperkenalkan IC MA709 merupakan kelanjutan sebagai tandingan dari µA702. Dengan banyak kekhususan tipe µA709 mempunyai tegangan sumber yang simetris yaitu + UCC = 15 V dan –
UEE = -15 V,resistan input yang lebih tinggi ( 400 KW ) dan gain tegangan yang lebih tinggi pula (45.000 V/v). IC µA709 merupakan IC linear pertama yang cukup baik saat itu dan tidak dilupakan dalam sejarah dan merupakan generasi OP-AMP yang pertama kali. Generasi yang pertama OP-AMP dari Motorola yaitu MC1537. Beberapa hal kekurangan OP-AMP generasi pertama yaitu :
1. Tidak adanya proteksi hubung singkat. Karena OP-AMP sangat rawan terhadap hubung singkat ke ground, maka seharusnya proteksi ini penting.
2. Suatu kemungkinan problem “ latch up “. Tegangan output dapat di “ latch up “ sampai pada beberapa harga yang karena kesalahan dari perubahan inputnya.
3. Memerlukan Jaringan frekuensi eksternal sebagai kompensasi

 ( dua kapasitor danresistor) untuk operasi yang stabil.
Selanjutnya tahun 1968 teknologi OP-AMP dikembangkan oleh Fairchild dengan IC µA741 yang telah dilengkapi proteksi hubung singkat , stabil, resistor input yang lebih tinggi ( 2 MW ), gain tegangan yang ekstrim ( 200.000 V/V ) dan kemampuan offset null ( zerro offset ). OP-AMP 741 termasuk generasi kedua dan IC yang lain juga termasuk OP-AMP generasi kedua yaitu LM101, LM307, µA748 dani MC1558 merupakan OP-AMP yang berfungsi secara umum sebagaimana LM307. Untuk tipe – tipe OP-AMP yang khusus seperti mengalami peningkatan dari segii kegunaan atau fungsinya seperti : LM318 (dengan kecepatan tinggi sekitar 15 MHZ). Lebar band kecil dengan “ slew rate “ 50 V/µS. IC µA 771 merupakan OP-AMP dengan input bias arus yang rendah yaitu 200 pA dan “ slew rate “ yang tinggi 13 V/µS. Lalu µA714 yaitu IC OP AMP yang presisi dengan noise rendah (1,3 µA/10C), offset tegangan yang rendah ( 75 µV ), offset arus yang rendah ( 2,8 nA ). Tipe IC OP-AMP lain yaitu µA791 merupakan OP-AMP sebagai penguat daya (Power Amplifier) dengan kemampuan arus output 1A. Dan IC OP-AMP µA776 adalah OP-AMP yang multi guna bisa diprogram. Generasi – generasi yang akhir inilah yang banyak dijumpai dalam pameran – pameran untuk pemakaian – pemakaian khusus. IC linear dalam pengembangannya tidak cukup hanya disitu saja bahkan sudah dibuat blok – blok sesuai keperluan seperti untuk keperluan
konsumen (audio, radio dan TV), termasuk keperluan industri seperti (timer, regulator dan lain-lainnya). Bahkan belakangan ini dikembangkan OP-AMP dengan teknologi BI - FET dan “ laser trimming “. Karena dengan teknologi BI - FET lebar band bisa ditekan dan “ slew rate “ cepat, bersama ini pula bias
arus rendah dan offset input arus rendah. Contoh tipe OP-AMP BI – FET LF351, dan LF353 dengan input bias ( 200 pA ) dan offset arus ( 100 pA ), bandwidth gain unity yang besar ( 4 MHZ ), dan “ slew rate “ yang cepat (13V/MS ) dan ditambah lagi pin kaki – kakinya sama dengan IC µA741 (yang ganda) dan IC MC1458).

Industri Motorola melanjutkan pengembangan OP-AMP dengan teknologi “ trimming dan BI-FET “ ( disingkat TRIMFET ) untuk memperoleh kepresisian karakteristik input dengan harga yang rendah, ontoh MC34001 / MC34002 / MC34004 masing – masing adalah OP-AMP tunggal, ganda dan berjumlah empat (guard)

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 differensiatordanintegrator.

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-ampideal
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 penguatanyangterukur(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+ & 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.

   Jenis Op - Amp

IC ( Integrated Circuit ) dibedakan kedalam “ Digital “ dan “ Analog “, IC Analog biasanya termasuk dari bagian IC linear. IC ini merupakan rangkaian integrasi kumpulan dari beberapa komponen aktip diskrit seperti transistor, Dioda atau FET dan lain – lainnya serta komponen pasip seperti resistor, kapasitor dan lain-lainnya. IC linar biasanya digunakan sebagai penguat, filter, pengali frekuensi ( Frequency Multiplier ) serta modulator yang biasanya memerlukan komponen dari luar agar sempurna seperti kapasitor, resistor dan lain-lainnya. Mayoritas IC linear adalah OP-AMP, yang biasanya digunakan sebagai penguat, filter aktip, integrator dan differensiator serta untuk aplikasi – aplikasi lainnya.
Sedangkan OP-AMP yang untuk keperluan rangkaian khusus seperti aplikasi komparator, regulator tegangan supply dan fungsi – fungsi khusus yang lainnya termasuk penguat daya besar.

Beberapa fungsi IC linear yang umum dan khusus akan diberikan lengkap beserta contohnya, termasuk kode produksi sampai ke bentuk model kemasannya.

Jenis IC linear berdasarkan fungsi dan fabrikasi
IC linear atau analog yang fungsinya umum biasanya digunakan pada rangkaian – rangkaian integrator, differensiator, penguat penjumlah ( summing amplifier ) atau yang lainnya. Contoh IC yang umum adalah LM / µA741 atau tipe 351. Disisi lain untuk IC linear yang khusus ( special ) biasanya hanya digunakan pada aplikasi-aplikasi khusus, contoh untuk tipe LM380 hanya bisa digunakan pada aplikasi penguat audio ( audio amplifier ). Tipe seri IC linear mempunyai pengertian yang berbeda sesuai dengan fabrikasi atau pabrik pembuat IC tersebut.

 Di Amerika saja sekitar 30 industri memproduksi IC sebanyak 1 ( satu ) juta lebih setiap tahunnya. Masing-masing industri mempunyai kode – kode tertentu dan tanda-tanda khusus untuk penomorannya. Berikut ini diberikan tipe dan inisial serta penomoran dan kode produksi IC linear yang beredar di pasar elektronikaselamaini :

Selain industri pembuat IC linear tersebut masih banyak lagi seperti Mitsubishi, Hitachi, Matsushita, Sony, Sharp, Sanyo, dan lain-lainnya. Untuk mengenal pengertian kode dan inisial ini diberi contoh 1 (satu ) IC linear yang umum diproduksi oleh beberapa industri :

* LM741 : IC OP-AMP 741 diproduksi National Semiconductor
* MC17141 : IC OP-AMP 741 diproduksi Motorola
* CA3741 : IC OP-AMP 741 diproduksi R C A
* SN52741 : IC OP-AMP 741 diproduksi Texas Instruments
* N5741 : IC OP-AMP 741 diproduksi Signetics

Dari tipe diatas dapat dijelaskan bahwa angka tiga digit terakhir masing industri IC menyatakan tipe Op-AMP yaitu 741, dan semua industri membuat dengan spesifikasi yang sama yaitu internasional. Untuk mendapatkan informasi yang banyak dan khusus biasanya pembuat IC selalu menyertakan pembuatan buku data ( data book ) sebagai referensi atau petunjuk. Beberapa IC linear mempunyai kemampuan dan kelompok yang berbeda – beda, seperti kelas A, C, E, S dan SC. SebagaicontohIC741,
741A, 741C, 741E, 741S dan 741SC semuanya adalah OP-AMP, namun biasanya dibedakan tentang temperatur operasi. Contoh untuk OP-AMP keperluan militer mempunyai suhu sekitar – 550C s/d. 1250C, sedangkan OPAMP komersial mempunyai range temperatur 00C s/d. 750C danrange

temperatur OP-AMP industri – 400C s/d. +850C. Disisi lain untuk 741A dan 741E merupakan improvisasi dari tipe 741 dan 741C, yang masing – masing mempunyaispesifikasiyanglebih.IC
741Cdan 741E merupakan IC yang identik dengan 741 dan 741A dengan range temperatur 00C s/d. 750C, namun range temperatur 741C dan 741E sekitar – 550C s/d. 1250C. Sedangkan IC 741S dan 741SC adalah OP-AMP tipe militer dan komersial yang masing – masing dengan pengubah rate
tegangan output per unit waktu lebih tinggi ( higher slew rate ) dibandingkan tipe 741dan741C.

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.

Bentuk kemasan
Ada 3 ( tiga ) macam bentuk kemasan IC linear yaitu

* Bentuk kemasan datar ( Flat pack )
* Bentuk kemasan logam / transistor ( Metal or transistor pack )
* Bentuk kemasan sisi gari ganda ( Dual-in-line pack )

    operational Amplifier atau di singkat op-amp merupakan salah satu komponen analog yang popular digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. Aplikasi op-amp popular yang paling sering dibuat antara lain adalah rangkaian inverter, non-inverter, integrator dan differensiator. Pada pokok bahasan kali ini akan dipaparkan beberapa aplikasi op-amp yang paling dasar, dimana rangkaian feedback (umpan balik) negatif  memegang peranan penting. Secara umum, umpanbalik positif akan menghasilkan osilasi sedangkan umpanbalik negatif menghasilkan penguatan yang dapat terukur.  

Inverting amplifier

Rangkaian dasar penguat inverting adalah 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, umpanbalik negatif di bangun melalui resistor R2.

gambar 1 : penguat inverter

Input non-inverting pada rangkaian ini dihubungkan ke ground, atau v₊ = 0. Dengan mengingat dan menimbang aturan 1 (lihat aturan 1), maka akan dipenuhi v_- = v₊ = 0. Karena nilainya = 0 namun tidak terhubung langsung ke ground, input op-amp v_- pada rangkaian ini dinamakan virtual ground. Dengan fakta ini, dapat dihitung tegangan jepit pada R1 adalah v_in – v_- = v_in dan tegangan jepit pada reistor R₂ adalah v_out – v_- = v_out. Kemudian dengan menggunakan aturan 2, di ketahui bahwa :

i_in + i_out = i_- = 0, karena menurut aturan 2, arus masukan op-amp adalah 0.

i_in + i_out = v_in/R₁ + v_out/R₂ = 0

Selanjutnya

v_out/R₂ = - v_in/R₁ .... atau

v_out/v_in = - R₂/R₁

Jika penguatan G didefenisikan sebagai perbandingan tegangan keluaran terhadap tegangan masukan, maka dapat ditulis 

Impedansi rangkaian inverting didefenisikan sebagai impedansi input dari sinyal masukan terhadap ground. Karena input inverting (-) pada rangkaian ini diketahui adalah 0 (virtual ground) maka impendasi rangkaian ini tentu saja adalah Z_in = R₁.

Non-Inverting amplifier  

Prinsip utama rangkaian penguat non-inverting adalah seperti yang diperlihatkan pada gambar 2 berikut ini. Seperti namanya, penguat ini memiliki masukan yang dibuat melalui input non-inverting. Dengan demikian tegangan keluaran rangkaian ini akan satu fasa dengan tegangan inputnya. Untuk menganalisa rangkaian penguat op-amp non inverting, caranya sama seperti menganalisa rangkaian inverting. 

Dengan menggunakan aturan 1 dan aturan 2, kita uraikan dulu beberapa fakta yang ada, antara lain :

v_in = v₊

v₊ = v_-  = v_in ..... lihat aturan 1.

Dari sini ketahui tegangan jepit pada R₂ adalah v_out – v_- = v_out – v_in, atau i_out = (v_out-v_in)/R₂. Lalu tegangan jepit pada R₁ adalah v_- = v_in, yang berarti arus i_R1 = v_in/R₁.

Hukum kirchkof pada titik input inverting merupakan fakta yang mengatakan bahwa :

  i_out + i_(-) = i_R1

Aturan 2 mengatakan bahwa i_(-) = 0 dan jika disubsitusi ke rumus yang sebelumnya, maka diperoleh 

 i_out = i_R1 dan Jika ditulis dengan tegangan jepit masing-masing maka diperoleh 

 (v_out – v_in)/R₂ = v_in/R₁ yang kemudian dapat disederhanakan menjadi :

v_out = v_in (1 + R₂/R₁) 

Jika penguatan G adalah perbandingan tegangan keluaran terhadap tegangan masukan, maka didapat penguatan op-amp non-inverting :

Integrator  

Opamp bisa juga digunakan untuk membuat rangkaian-rangkaian dengan respons frekuensi, misalnya rangkaian penapis (filter). Salah satu contohnya adalah rangkaian integrator seperti yang ditunjukkan pada gambar 3. Rangkaian dasar sebuah integrator adalah rangkaian op-amp inverting, hanya saja  rangkaian umpanbaliknya (feedback) bukan resistor melainkan menggunakan capasitor C. 

gambar 3 : integrator

Mari kita coba menganalisa rangkaian ini. Prinsipnya sama dengan menganalisa rangkaian op-amp inverting. Dengan menggunakan 2 aturan op-amp (golden rule) maka pada titik inverting akan didapat hubungan matematis :

i_in = (v_in – v_-)/R = v_in/R , dimana v_- = 0 (aturan1)

i_out =  -C d(v_out – v_-)/dt = -C dv_out/dt;  v_- = 0

i_in = i_out ; (aturan 2)

Maka jika disubtisusi, akan diperoleh persamaan :

i_in = i_out = v_in/R = -C dv_out/dt, atau dengan kata lain

Dari sinilah nama rangkaian ini diambil, karena secara matematis tegangan keluaran rangkaian ini merupakan fungsi integral dari tegangan input. Sesuai dengan nama penemunya, rangkaian yang demikian dinamakan juga rangkaian Miller Integral. Aplikasi yang paling populer menggunakan rangkaian integrator adalah rangkaian pembangkit sinyal segitiga dari inputnya yang berupa sinyal kotak.

Dengan analisa rangkaian integral serta notasi Fourier, dimana 

     f = 1/t dan   

penguatan integrator tersebut dapat disederhanakan dengan rumus

 

Sebenarnya rumus ini dapat diperoleh dengan cara lain, yaitu dengan mengingat rumus dasar penguatan opamp inverting

G =  - R₂/R₁. Pada rangkaian integrator (gambar 3) tersebut diketahui

 

Dengan demikian dapat diperoleh penguatan integrator tersebut seperti persamaan (5)  atau agar terlihat respons frekuensinya dapat juga ditulis dengan

Karena respons frekuensinya yang demikian, rangkain integrator ini merupakan dasar dari low pass filter. Terlihat dari rumus tersebut secara matematis, penguatan akan semakin kecil (meredam) jika frekuensi sinyal input semakin besar.

Pada prakteknya, rangkaian feedback integrator mesti diparalel dengan sebuah resistor dengan nilai misalnya 10 kali nilai R atau satu besaran tertentu yang diinginkan. Ketika inputnya berupa sinyal dc (frekuensi = 0), kapasitor akan berupa saklar terbuka. Jika tanpa resistor feedback  seketika itu juga outputnya akan saturasi sebab rangkaian umpanbalik op-amp  menjadi open loop (penguatan open loop opamp ideal tidak berhingga atau sangat besar). Nilai resistor feedback sebesar 10R akan selalu menjamin output offset voltage (offset tegangan keluaran) sebesar 10x sampai pada suatu frekuensi cutoff tertentu.

Differensiator
 

Kalau komponen C pada rangkaian penguat inverting di tempatkan di depan, maka akan diperoleh rangkaian differensiator seperti pada gambar 4. Dengan analisa yang sama seperti rangkaian integrator, akan diperoleh persamaan penguatannya :

Rumus ini secara matematis menunjukkan bahwa tegangan keluaran v_out pada rangkaian ini adalah differensiasi dari tegangan input v_in. Contoh praktis dari hubungan matematis ini adalah  jika tegangan input berupa sinyal segitiga, maka outputnya akan mengahasilkan sinyal kotak.

gambar 4 : differensiator

Bentuk rangkain differensiator adalah mirip dengan rangkaian inverting. Sehingga jika berangkat dari rumus penguat inverting 

  G = -R₂/R₁ 

dan pada rangkaian differensiator diketahui :

maka jika besaran ini disubtitusikan akan didapat rumus penguat differensiator

  

Dari hubungan ini terlihat sistem akan meloloskan frekuensi tinggi (high pass filter), dimana besar penguatan berbanding lurus dengan frekuensi. Namun demikian, sistem seperti ini akan menguatkan noise yang umumnya berfrekuensi tinggi. Untuk praktisnya, rangkain ini dibuat dengan penguatan dc sebesar 1 (unity gain). Biasanya kapasitor diseri dengan sebuah resistor yang nilainya sama dengan R. Dengan cara ini akan diperoleh penguatan 1 (unity gain) pada nilai frekuensi cutofftertentu.

Rangkaian Pembangkit Gelombang Kotak

Pembangkit gelombang kotak termasuk dalam keluarga osilator yang disebut sebagai multivibrator. Tepatnya, pembangkit ini dikatakan sebagai multivibrator astabil atau multivibrator bergerak bebas (freerunning), karena keluaran terus menerus berubah keadaannya (tinggi dan rendah) tanpa adanya masukan. Pada Gambar 1. berikut diperlihatkan sebuah pembangkit gelombang kotak dasar.

                          Rangkaian Pembangkit Gelombang Kotak Dasar

Ada dua buah lintasan umpan balik untuk rangkaian ini. Lintasan pertama datang dari keluaran menuju masukan membalik (inverter), pada lintasan ini terdapat sebuah resistor umpan balik dan sebuah kapasitor yang dibumikan. Kombinasi RC ini menentukan frekuensi kerja pembangkit. Lintasan kedua datang dari keluaran menuju masukan tak membalik (non inverter) dan terdiri atas dua buah resistor.

 Resistor-resistor ini membentuk pembagi tegangan yang memberikan tegangan  acuan (Vref) pada masukan tak membalik. Bila resistor-resistor ini dipilih sehingga R3 86% dari R2, frekuensi pembangkit dapat didekati dengan rumus sederhana berikut :

f out = 1 / 2RIC

Dengan jaringan pembagi tegangan R2 dan R3 memberikan Vref pada masukan tak membalik, rangkaian berperilaku seperti detector level tegangan.

Tegangan Kapasitor dengan Tegangan Keluaran

Rangkaian Pembangkit Gelombang Kotak

Sebagai contoh, bila pada rangkaian ini diberikan daya, kapasitor akan mengisi lewat R1 sampai mencapai Vout. Keluaran op-amp akan + Vsat, dan Vref pada masukan tak membalik akan berada pada tegangan positif, VT. Bila tegangan kapasitor melebihi +VT keluaran op-amp akan beralih keadaan yaitu menuju – Vsat.

 Kini Vref pada masukan tak membalik berada pada tegangan ambang negatif, – VT. Sebaliknya kini kapasitor mulai mengisi dalam arah yang berlawanan menuju – Vsat. Ketika tegangan kapasitor turun di bawah – VT, keluaran op-amp kembali pada keadaan semula dan Vout kembali pada Vsat. Satu siklus telah terpenuhi, lalu proses akan berulang lagi.

Gambar 2. memperlihatkan aksi tengangan kapasitor (Vc) dan tegangan keluaran op-amp (Vout). Tegangan ambang +VT dan –VT ditentukan oleh resistor pembagi tegangan R2 dan R3 dan dinyatakan dalam

Untuk membuat sebuah pembangkit gelombang kotak dengan gelombang uji 1 kHz, ambil R1 10 KW, C = 0,05 μF, R2 = 100 KW, dan R3 = 86 KW.

Frekuensi keluaran diperiksa melalui :

fout = 1 / (2(10×103)(0,05×10-6))

fout = 1 / 2(0,5×10-3)

fout = 1 / 1×10-3

fout = 1 KHz

Bila +Vsat dan – Vsat sama dengan +13,5V dan – 13,5V, maka amplitudo tegangan ambang adalah :
+VT = 0,46 (+13,5 V)
= +6,21

dan
-VT = 0,46 (-13,5 V)
= -6,21

Karena itu, tegangan ambang antar puncak VH adalah
VH (pp) = (+VT) – ( – VT)
= +6,21 – ( – 6,21)
= 12,42 V

Atau dengan perkataan lain VH dua kali +VT atau dua kali –VT .
VH(pp) = 2 (+VT) atau 2 ( – VT)

Berikut adalah sedikit cara untuk menghitung penguat beberapa fungsi pada Op-amp.

1. Penguat pembalik (Inverting amplifier)

Untuk menghitung besar penguatannya adalah :
Av = Vo / Vi = Rf / Ri
Keterangan :
Av = Penguatan amplifier
Vo = Tegangan keluaran
Vi = Tegangan masukan
Rf = Resistor
Ri = Resistor input
Besar penguatannya bernilai negatif disini maksudnya adalah nilai sudut fasenya yang berkebalikan dengan masukannya.

2. Penguat tak membalik (non inverting amplifier)

Nilai penguatannya adalah :
Av = Vo / Vi = 1 + ( Rf / Ri )
Keterangan :
Av = Penguatan amplifier
Vo = Tegangan keluaran
Vi = Tegangan masukan
Rf = Resistor
Ri = Resistor input

DME

PRINSIP DASAR DME

DME adalah sebuah alat navigasi  untuk mengukur jarak dari base transponder dengan pesawat. Jarak yang di berikan adalah sudut miring antara pesawat dan transmiter dari DME ini dan bukan jarak sesungguhnya antara pesawat dan DME.

DME bekerja pada range frekuensi UHF 962 – 1213 Mhz. yang mana pancarannya tidak tergantung pada keaadaan cuaca dan pola pancarnya secara line of sight.

DME pada pesawat terdiri dari transmiter dan receiver UHF yang disebut dengan INTEROGATOR dan DME pada ground station disebut TRANSPONDER

TRANSPONDER

Transponder berfungsi sebagai pendeteksi sinyal pertanyaan dari interogerator. Sinyal yang diterima kemudian dikodekan dan diproses. Hal ini dapat dilakukan dikarenakan transponder mempunyai rangkaian encoding dan decoding. Sehingga transponder  hanya dapat dipicu oleh pasangan pulsa yang diterima yang mempunyai durasi dan jeda yang sama (match) dengan frekuensi signal interogerator. Selanjutnya di pancarkan kembali sebagai sinyal jawaban ke interogerator.

         Pengukuran jarak yang dilakukan dengan membandingkan lama pengiriman sinyal pertanyaan sampai menerima sinyal jawaban dilakukan sangat singkat. Kecepatan sinyal pancaran yang dihasilkan mendekati kecepatan cahaya ( 3.10⁸  m/s ) , sehingga pesawat dianggap  diam sewaktu mengirim sinyal pertanyaan sampai menerima sinyal jawaban . Keakuratan jarak yang di hasilkan sekitar 0,2 % dari jarak yang sesungguhnya atau berkisar lebih kurang 120 meter .

Ada beberapa sinyal yang dipancarkan oleh transponder, yaitu;

1.Signal Identifikasi

   Signal ini dipancarkan dengan kode morse tiap 30 detik. Signal ini berfungsi untuk memberikan informasi lokasi Bandara kepada pesawat. Pada Bandara Polonia signal identifikasi yang dipancarkan yaitu MDN. merupakan audio tone sebesar 1350 Hz yang dipancarkan dalam bentuk kode morse. Jika DME colocated DVOR maka kode identifikasinya dikontrol dari DVOR, sedangkan jika berdiri sendiri atau yang colocated dengan DVOR itu rusak maka kode identifikasinya berasal dari DME itu sendiri. Perbandingan Waktu pancar kode ident antara DVOR dengan DME adalah 3 : 1.

2.Signal reply

     Signal ini dipancarkan oleh transponder apabila menerima signal interogator, dengan mode yang sama tetapi frekuensi berbeda, berdasarkan frekuensi kerja transponder DME tersebut. Selisih dari frekunsi interogasi dengan frekuensi replay sebesar 63 MHz. Lamanya waktu antara signal interogasi dengan signal reply (delay time) sebesar 50 µs.

3.Signal squitter

      Pulsa ini dipancarkan setiap saat. Pulsa ini merupakan pulsa membawa dari pulsa reply dan akan tetap dipancarkan secara random walaupun transpoder tidak menerima pulsa interrogator. Apabila  transponder tidak menerima pulsa interrogator dan tidak sedang memancar pulsa Ident, pulsa squiter akan terpancar tanpa membawa muatan ( ident maupun reply ). Pulsa ini diambil kembali kemudian diberikan ke AGC ( Automtic Gain Control ) yang berfungsi untuk mengatur power generator pulsa squitter.

INTEROGERATOR

Interogerator merupakan sebuah pemancar radar yang mengirimkan pasangan pulsa dan memicu sebuah transponder. Sistem ini biasanya dikombinasikan dalam satu unit dengan alat penjawab, yang menerima sinyal balasan dari transponder dan menghasilkan output yang sesuai. Hal ini disebut juga dengan interrogator-transmiter.

BLOCK DIAGRAM DME

Prinsip kerja DME adalah pesawat memberikan pertanyaan berupa kode yang terdapat pada interogator pesawat yang akan dikirimkan pada transponder. Pertanyaan dari interogator pada pesawat tersebut kemudian mentriger (memicu) transponder untuk mengirimkan pulsa jawaban pada pesawat dengan frekuensi yang berbeda. Pesawat mengetahui jarak dari transponder berdasarkan perbedaan waktu antara sinyal yang dikirim oleh pesawat dengan sinyal yang diterima dipesawat dan kemudian di nyatakan dalam nautical miles.

BAB II

TYPE DME

TYPE DME ADA 3 :

          1.DME/N (Narrow)

          2.DME/P (Precision)

          3.DME/W (Wide)

1.DME/N

Berfungsi  memberikan layanan operasional yang di butuhkan untuk enroute.

a.Akurasi Transponder

Pada pengukuran jarak dari 0 (nol) sampai 370 km (200 NM) dari transponder, toleransi keakuratan tidak boleh lebih besar dari 460 m (0.25 NM) ditambah 1.25 % dari jarak pengukuran.

b. Frekuensi Pengulangan Pulsa Interogerator

Frekuensi pengulangan pulsa pada interogerator (Pulse Repetition Frequency) rata-rata tidak akan melebihi 30 pasang pulsa/sekon. Frekuensi pengulangan ini dapat dimaksimalkan hingga 150 pasang pulsa/sekon. Namun bila setelah 150 pasang pulsa/sekon telah dipancarkan, interogerator tetap tidak memperoleh indikasi pengukuran, frekuensi pengulangan akan menjadi  60 pasang pulsa/sekon sampai pencarian berhasil. Namun bila setelah 30 detik masa pencarian tidak juga berhasil, maka frekuensi pengulangan tidak akan memancarkan lebih dari 30 pasang pulsa/sekon.

2.DME/P

Adalah dasar pengukuran jarak secara tepat  pada MLS.DME type ini mempunyai 2 type mode:

a.     final approach (FA) mode

merupakan kondisi cara kerja DME/P yang mendukung operasi penerbangan pada final approach dan wilayah runway.

b.    Initial approach (IA) mode

Kondisi dimana DME/P dapat mendukung operasi penerbangan yang mana berhubungan dengan DME/N.

3.DME/W

Mempunyai fungsi yang sama seperti DME/N.namun ,DME/N dan DME /W mempunyai perbedaan dalam karakteristik, dalam hal bentuk spektrum pola pancar. Dimana pola pancar DME/W lebih lebar dibanding DME/N.

MODE DME

DME mempunyai 4 mode, yaitu mode W, mode X, mode Y, dan mode Z. Mode adalah sebuah metode pengkodean transmisi DME dengan jeda waktu antar pasangan pulsa sehingga tiap-tiap frekuensi dapat digunakan lebih dari sekali.Mode W sama dengan mode X dan mode Y sama dengan mode Z. Sehingga dapat dikatakan bahwa dalam  pengaplikasiannya hanya terdapat 2 mode. Di indonesia yang dipakai adalah mode x, seperti halnya pada bandara polonia medan.

1.Mode X

·       Pasangan pulsa terpisah 12 micro second

·       Lebar pulsa adalah 3,5 micro second.

     2.Mode Y

·       Pasangan pulsa terpisah sejauh 36 micro second untuk interogasi dan 30 micro second untuk transponder.

·       Lebar  pulsa adalah 3,5 micro second.

BAB III

PENEMPATAN DME

Penempatan DME dapat digabungkan pemasangannya dengan ILS, MLS, dan VOR untuk suatu tujuan tertentu. Ketika pesawat memilih frekuensi VOR atau ILS suatu bandara, maka pesawat tersebut secara otomatis juga akan mendapatkan frekuensi dari DME.

a.     DME yang colocated dengan VOR disebut DME high power sebab power outputnya sebesar 1000 watt.

b.    DME yang colocated dengan Glide Slope ILS disebut DME low power sebab power outputnya sebesar 100 watt.

STANDAR TEKNIS PENEMPATAN

a. Antena DME dapat ditempatkan pada tiang antena sinyal reference VOR ataupun tower antenna Glide Path ILS (Gambar a dan Gambar b).

b. Penempatan peralatan DME menjadi satu ruangan dengan VOR atau Glide Path ILS.

c. Bilamana penempatan antena DME dibuat tiang tersendiri, dgn ketentuannya:

1)  DME untuk VOR ditempatkan pada tepi counterpoise peralatan VOR,(Gambar a).

2) Tiang DME untuk ILS ditempatkan pada lokasi di samping luar antena Glide Path dengan jarak sekitar 5m  dan berada satu garis yang tegak lurus dengan centerline runway. (Gambar b)

Kondisi lahan dan lingkungan yang telah memenuhi persyaratan untuk penempatan VOR atau Glide Path ILS, dapat  telah memenuhi persyaratan untuk peralatan DME.