Op-Amp memiliki banyak sekali fungsi, salah satunya sebagai penguat Differensial. Penguat differensial merupakan penguat yang berfungsi untuk menguatkan hasil operasi pengurangan terhadap dua sinyal masukan yang diberikan. Penguat differensial juga sering disebut sebagai penguat substractor. Pada penguat differensial, sinyal tidak diberikan pada salah satu input Op-Amp melainkan pada kedua input Op-Amp. Berikut rangkaian penguat differensial dapat dilihat pada Gambar 5.46.

Gambar 5.46 Rangkaian Penguat Differensial

Analisis Rangkaian Penguat Differensial

- ) Analisis Rangkaian Penguat Differensial saat V1 dihubung singkat dengan Ground

Pada penguat differensial, sinyal dimasukkan pada kedua input Op-Amp, oleh karena itu untuk mempermudah analisis rangkaian penguat differensial perlu diterapkan teori superposisi dengan asumsi setiap sumber bekerja sendiri tanpa pengaruh sumber yang lain. Dengan demikian, untuk analisis rangkaian menggunakan sumber tegangan V₂, maka sumber tegangan V₁ harus dihubung singkat dengan Ground. Kemudian terapkan hukum Kirchoff arus pada titik cabang A dan B serta asumsi I+ = I- = 0, sehingga gambar rangkaian penguat differensial menjadi seperti Gambar 5.47.

Gambar 5.47 Analisis Rangkaian Penguat Differensial dengan V₁ dihubung singkat dengan Ground

Dari Gambar 5.47 didapatkan persamaan arus yang mengalir pada titik cabang A, sebagai berikut:

Persamaan 1 :

I_f = I_g

Dengan menggunakan teori tegangan titik simpul, persamaan (1) dapat dijabarkan menjadi:

Persamaan 2 :

Karena V+ = V_B dan V- = V_A , serta asumsi nilai V+ = V- maka dapat dituliskan nilai V_B = V_A. Sehingga persamaan (2) menjadi:

Persamaan 3 :

Dengan menyederhanakan persamaan (3), dapat diperoleh persamaan tegangan keluaran dari penguat differensial ketika V₁ dihubung singkat dengan Ground:

Persamaan 4 :

Karena nilai dari V_B belum diketahui, maka nilai V_B perlu dicari terlebih dahulu. Nilai dari V_B dapat diperoleh dengan menerapkan rumus pembagi tegangan pada R₂ dan R_g.

Persamaan 5 :

Dengan mensubtitusikan persamaan (5) ke dalam persamaan (4). Didapatkan persamaan tegangan keluaran dari penguat differensial ketika V₁ dihubung singkat dengan Ground:

Persamaan 6 :

- ) Analisis Rangkaian Penguat Differensial saat V₂ dihubung singkat dengan Ground

Setelah diketahui persamaan tegangan keluaran pada sumber tegangan V₂, sekarang waktunya mencari persamaan tegangan keluaran pada sumber tegangan V₁, dengan cara menghubung singkat sumber tegangan V₂ dengan Ground. Kemudian terapkan hukum Kirchoff arus pada titik cabang A dan B serta asumsi I+ = I- = 0, sehingga gambar rangkaian penguat differensial menjadi seperti Gambar 5.48.

Gambar 5.48 Analisis Rangkaian Penguat Differensial dengan V₂ dihubung singkat dengan Ground

Karena V₂ dihubung singkat dengan Ground dan asumsi I+ = I- = 0 maka pada titik cabang B tidak terdapat aliran arus (V_B = 0), sehingga analisis rangkaian hanya dilakukan pada titik cabang A. Dari Gambar 5.48 didapatkan persamaan arus yang mengalir pada titik cabang A, sebagai berikut:

Persamaan 7 :

I₁ = I_f

Dengan menggunakan teori tegangan titik simpul, persamaan (7) dapat dijabarkan menjadi:

Persamaan 8 :

Karena V+ = V_B = 0 dan V- = V_A , serta asumsi nilai V+ = V- maka dapat dituliskan nilai V_A = 0. Sehingga persamaan (8) menjadi:

Persamaan 9 :

Dengan menyederhanakan persamaan (9), dapat diperoleh persamaan tegangan keluaran dari penguat differensial ketika V2 dihubung singkat dengan Ground:

Persamaan 10 :

- ) Analisis Akhir Rangkaian Penguat Differensial

Setelah diketahui persamaan tegangan keluaran dari sumber V₁ dan V₂, maka selanjutnya mencari nilai tegangan keluaran total dari penguat differensial, dengan cara menjumlahkan persamaan (6) dan (10):

Persamaan 11 :

Jika nilai R1 = R2 dan Rf = Rg, maka persamaan (11) dapat disederhanakan menjadi:

Persamaan 12 :

Kesimpulan

Penguat differensial merupakan penguat yang berfungsi untuk menguatkan hasil operasi pengurangan terhadap dua sinyal masukan yang diberikan.

Dalam menganalisis rangkaian Op-Amp sebagai penguat terdapat dua aturan penting yaitu: (a) Perbedaan tegangan antara kedua masukan Op-Amp adalah nol. (b) Arus yang mengalir pada kedua masukan Op-Amp adalah nol.

Gambar 5.49 Rangkaian Percobaan Penguat Differensial

Video:

referensi: