Tentang IC Op-Amp Untuk Audio, Persamaan Dan Karakter

Op-amp adalah kependekan dari Operational Amplifier(inggris). Adalah Penguat operasional dalam bentuk rangkaian terpadu(IC), merupakan perangkat linier yang ideal untuk amplifikasi DC. Baik perancang profesional maupun amatir kemungkinan sudah menambahkan op-amp ini kedalam rancangannya. Dalam penggunaannya, kita dapat menggunakan resistor eksternal atau kapasitor ke dalam rancangan yang menggunakan Op Amp.

Op-amp mudah diadaptasikan dan serbaguna untuk banyak rangkaian elektronik analog, Audio-video, regulator tegangan, konverter analog, dll. Juga ada banyak cara yang berbeda untuk membuatnya menjadi berbagai bentuk amplifikasi seperti penguat inverting/non inverting, voltage follower, comparator, penguat diferensial, dll.

Khusus dalam audio, op-amp bisa digunakan mulai dari power supply hingga driver amplifier karena memang audio pada dasarnya adalah sistem amplifikasi. Penggunaan Op-amp ini bisa sangat mempengaruhi kualitas audio termasuk kejernihan hingga noise yang bisa timbul, jadi sangat penting memahami karakteristik dan spesifikasi/fitur dari op-amp.

Op-amp bisa dalam bentuk single, dual, quad dll, namun yang ideal adalah yang memiliki tiga pin penting selain pin lainnya. Yaitu Pin input, adalah input inverting dan input non-inverting, dan yang ketiga adalah pin output yang bisa menurunkan sumber arus dan tegangan. Sinyal ouput adalah penguatan amplifier dikalikan dengan nilai sinyal input. Banyak sekali IC Op-amp yang beredar dari berbagai pabrikan dengan berbagai fitur dan karakteristik yang dimiliki, namun dalam artikel ini saya mencoba untuk membahas Op-amp yang paling umum untuk aplikasi audio dan karakteristiknya

Op-amp dan Persyaratan Desain Rangkaian

Dalam dunia audio, mungkin Anda sering mendengar bahwa mengganti satu IC op-amp tertentu dengan yang lainnya bisa mengubah karakterisitik suaranya. Memang bisa mengubah karakteristik audio, namun apakah nanti akan menjadi lebih baik atau buruk ini yang masih dipertanyakan. Jadi meskipun sebuah op-amp dikatakan memiliki kualitas audio yang lebih bagus atau kualitas super, namun belum tentu cocok untuk rangkaian yang sudah ada. Mengapa demikian? karena tiap op-amp memiliki persyaratan tertentu dalam rancangan elektronika. Ada sejumlah karakteristik dan parameter yang perlu diperhatikan, yaitu :

1. Jumlah channel/input

Satu op-amp bisa memiliki sejumlah channel di mana saja diantara pin 1 – pin 8, op amp paling umum memiliki 1, 2, atau 4 channel.

2. Gain

Gain op-amp mewakili seberapa lebih besar pada besarnya output daripada inputnya, karena ini faktor amplifikasinya. Ini biasanya didefinisikan sebagai open loop gain atau large signal voltage.

Gain lup terbuka (Open loop gain) didefinisikan gain dari op amp tanpa tegangan umpan balik positif atau negatif yang diterapkan. Gain dari op amp idealnya tidak terbatas, namun nilai riil tipikalnya berada pada kisaran sekitar 20.000 hingga 200.000.

Large signal voltage biasanya dilambangkan sebagai AVD, adalah perbandingan perubahan output untuk perubahan tegangan diferensial pada input. Diukur pada DC pada frekuensi rendah dengan penguat yang menghasilkan tegangan output yang besar. Biasanya dikutip dalam preferensi untuk open loop gain biasanya dalam V/mV.

3. Impedansi input(Input impedance)

Ini adalah perbandingan tegangan input ke arus input. Nilai ini idealnya tidak terbatas tetapi sebagian besar op-amp produksi sekarang memiliki nilai tipikal dalam urutan jutaan ohm. Impedansi input op-amp sangat diharapkan untuk mendapatkan semua tegangan dari input ke target tanpa kehilangan.

4. Impedansi keluaran (Output Impedance)

Ini adalah impedansi sinyal kecil antara pin output dan ground. Biasanya diseri dengan beban sehingga meningkatkan output yang tersedia untuk beban. Impedansi keluaran diasumsikan nol(0) untuk amplifikasi yang ideal, oleh karena itu nilainya harus kecil; namun pada kenyataanya impedansi keluaran berbeda-beda tiap op-amp dan nilanya bervariasi dari 25 ohm hingga ribuan. Dengan impedansi masukan yang tinggi dan impedansi keluaran yang rendah op-amp akan berperan sebaga penyesuai impedansi.

5. Tingkat Kebisingan(noise)

Op-amp memiliki sumber nois secara internal, yang biasanya diukur pada output dan direferensikan kembali ke input.

6. Bandwidth

Bandwidth op-amp adalah rentang frekuensi yang diizinkan dari sinyal input yang bisa diperbanyak. Op amp yang ideal memungkinkan semua frekuensi, karenanya bandwidth-nya tidak terbatas dan dapat memperkuat sinyal frekuensi apa pun dari DC ke frekuensi AC tertinggi.

Ini bukan dalam kasus untuk opamp praktis dimana yang terbatas pada rentang frekwensi tertentu dan tidak berkinerja baik di atas frekuensi tertentu.

Parameter Gain Bandwidth Product (GBP) sering digunakan untuk menggambarkan batas bandwidth op-amp sehubungan dengan gainnya. Ini sama dengan frekuensi di mana gain dari amplifier menjadi satu.

7. Nominal slew rate

Tingkat perubahan tegangan suatu op-amp adalah tingkat perubahan tegangan output yang disebabkan oleh langkah perubahan pada input. Ini diukur sebagai perubahan tegangan dalam waktu tertentu — biasanya V/μs atau V/ms. Idealnya, laju perubahan tegangan dari sebuah op amp harus tidak terbatas sehingga memungkinkan ouput adalah salinan dari input yang diperkuat tanpa distorsi apa pun. Dalam aplikasi nyata, semakin tinggi slew rate, maka semakin cepat perubahan output dan semakin mudah mereproduksi sinyal frekuensi tinggi.

8. Maximum offset stage

Ini adalah tegangan diferensial maksimum yang diperlukan pada input untuk mendapatkan output sebesar 0V. Idealnya nol ketika kedua input yang ke op-amp adalah nol, sehingga Maximum offset stage harus cukup kecil.

9. Maximum Supply Voltage

Kisaran tegangan operasi yang diizinkan dari op-amp harus dipertimbangkan, oleh karena itu tegangan suplai maksimum tidak boleh lebih.

Jadi yang harus diingat bahwa setiap aplikasi/penggunaan op-amp akan memiliki persyaratan desain yang berbeda, jadi pastikan untuk selalu mengingatnya saat Anda memilih op amp tertentu.

Dengan demikian tidak bisa begitu saja mengganti satu IC Op-amp dari suatu rangkaian dengan typer Op-amp lainnya tanpa mempertimbangkan persyaratannya seperti diatas. Jika komponen atau rangkaian pendukung tidak sesuai dengan persyaratannya dengan op-amp penganti maka hasilnya justru bisa menjadi lebih buruk meskipun op-amp pengganti memiliki spesifikasi yang baik. Jika ingin mengganti op-amp dengan yang lainnya maka harus mempertimbangkan desainnya juga. Jadi melihat datasheet dari pabrikan sangat penting untuk memilih op-amp tertentu terlepas dari fitur yang diinginkan.

Beberapa contoh type Op-amp yang paling umum dan mudah didapatkan khususnya untuk Audio.

JRC4558(Dual Op-amp)

JRC4558 adalah op-amp dual monolitik yang berkinerja tinggi. Gain tegangan tinggi (100 dB typ.), Impedansi input yang baik (5 MΩ typ.) Dan catu daya serbaguna (± 4 hingga 18 Volt).

 JRC4558 Fitur dan Spesifikasi

• Supply Voltage: ± 5V hingga ± 15V
• Bandwidth: 3MHz
• Jumlah penguatan: 2
• Jumlah Pin: 8
• Temperatur operasi maks: 70 ° C
• Suhu Operasional Min: 0 ° C
• Slew Rate: 1.7V / μs

Alternatif   : LM158, LM158A, LM358 , LM358A, LM2904, LM2904Q, LM4558 , LM747

Deskripsi singkat

JRC458 bisa digunakan dalam rangkaian yang menggunakan op-amp secara umum termasuk penguatan diferential, juga dirancang khusus untuk aplikasi seperti transduser amplifier, blok amplifikasi dc, yang lebih mudah diimplementasikan dalam sistem tegangan suplai tunggal. Hal ini misalnya bisa dioperasikan langsung dari tegangan 5V standar yang digunakan dalam elektronik digital tanpa tambahan pasokan -5V. Selain itu, dengan dual op-amp dari JRC458 ini bisa menjalankan dua fungsi yang berbeda pada saat yang sama dalam aplikasi. Terkenal di kalangan desainer elektronika karena murah dan kinerja yang baik.

Dalam penggunaannya untuk audio, JRC458 dikenal memiliki karakter suara bass yang besar namun boomy, vokal kurang bagus dan treeble kurang tajam. Jadi JRC458 menurut saya lebih cocok untuk rangkaian aplikasi pada audio seperti subwoofer filter.

NE5532 Low Noise (Dual Op-amp)

NE5532 adalah dual Low Noise Op-Amp 8-pin yang biasa digunakan sebagai penguat dalam rangkaian audio yang anti noise serta kapabilitas drive output yang tinggi. Op-Amp ini secara internal memiliki kompensasi untuk gain tinggi dengan bandwidth dengan ayunan output maksimal, distorsi yang rendah dan memiliki Slew rate yang tinggi.

NE5532 Fitur dan spesifikasi

• Dual Op-amp Low Noise
• Voltage supply: ± 3V hingga ± 20V
• DC oltage D : 50000
• Unity Gain Bandwidth: 10MHz
• Rasio CMRR: 100dB
• Slew Rate: 9V/us
• Ouput Swing Voltage P-P: 26V

Alternatif  : RC4588 , LM358 , LM4558 , NJM4560 , LM258

Deskripsi singkat

Op-amp NE5532 merupakan IC Audio amplifier low noise buatan IC Texas Instruments. Memiliki noise yang sangat rendah dengan kompensasi unity gain internal hingga 5000 sehingga membuatnya sering digunakan pada sirkit audio pre-amp. Karena low nois ini juga, IC NE5532 banyak disukai dalam rancangan pengkondisian sinyal audio yang sensitif.

Op-Amp ini juga memiliki rentang tegangan operasi rendah yaitu dari ± 3V hingga ± 20V sehingga dapat digunakan dalam berbagai rentang tegangan. Op-Amp juga dapat memiliki bandwidth yang lebar dan laju perubahan tegangan sehingga bisa digunakan dalam rangkaian pengatur frekuensi seperti tone control, equalizer sehingga memungkinkan untuk mengatur bass atau treble sinyal audio. Banyak yang mengatakan karakter suara flat, vokal bagus dan jernih namun kurang untuk nada rendah atau bass.

LM324 Quad Op-amp

LM324 fitur dan spesifikasi

• Terintegrasi dengan empat Op-Amp dalam satu
• Power supply range yang lebar,  single suppy – 3V hingga 32V;  dual supply- ± 1.5V hingga ± 16V
• Low supply current – 700uA
• single supply untuk 4 op-amp
• Suhu operasi lingkungan- 0˚C hingga 70˚C
• Temperatur pin solder – 260 ˚C selama 10 detik.

Op-amp setara : LM3900, LMC660, LM339, LT014, LM2900, LM324A, LM324E, LM324-N, LM324W

Deskripsi singkat

LM324 adalah IC op-amp Quad yang terintegrasi dengan empat op-amp yang berdiri sendiri yang disuplai catu daya biasa. Kisaran tegangan input diferensial bisa sama dengan rentang tegangan catu daya. Tegangan offset input standar sangat rendah yaitu 2mV. Temperatur operasi berkisar dari 0˚C hingga 70˚C pada ambient sedangkan suhu persimpangan maksimum bisa mencapai 150˚C. Secara umum, op-amp ini bisa melakukan operasi matematika.

Tegangan elektronik amplifier ini tersedia dengan high gain dengan input diferensial dan ouput tunggal. Perbedaan tegangan antara pin tegangan input sangat kurang dari tegangan output. Aplikasi Op-amp ini bisa digunakan sebagai komparator, osilator, amplifikasi, rectifier dll.

Bagaimana implementasi untuk audio? Banyak juga dipakai sebagai filter suara namun nois tinggi, detail suara kurang bagus dan treble kurang tajam.

TL072 Op-amp input JFET low noise

Fitur dan Spesifikasi TL072

• Memiliki konsumsi daya yang rendah, arus bias input dan arus offset
• Dilengkapi dengan proteksi hubung singkat
• Dual op-amp
• Impedansi input tinggi
• Kompensasi Frekuensi Internal
• Widw common mode (hingga VCC +) dan rentang tegangan diferensial
• Low Distortion of Harmonic  (normalnya 0,003%)
• Low noise
• Slew rate tinggi (normalnya 13 V/μs)
• Supply range 6 – 36v
• Memiliki durasi hubung singkat ouput tak terbatas
• Suhu simpan -65 hingga 150 ° C
• Suhu Operasional -40 hingga 125 ° C
• Normalnya Arus keluaran adalah 10mA

IC Op-amp Setara :  LM358 , NE5532, OPA827, LT1972, ADA4610-2

Deskripsi singkat

TL072 adalah Op-amp input JFET tegangan tinggi dengan nois rendah dan slew rate yang tinggi. Bias input dan arus Offset juga rendah. Merupakan IC dual Op-amp(dua op-amp dalam satu paket). Seri TL07x ini dibuat dengan THD dan nois rendah sehingga cocok untuk aplikasi yang membutuhkan akurasi tinggi misalnya pada aplikasi pre-amp audio. Pada aplikasi pre-amp Audio berarti untuk mendapatkan ouput audio dengan noise, interferensi, distorsi yang rendah, juga digunakan untuk mengontrol volume, bass, dan treble. IC ini memiliki dinamika suara yang baik .

LM741 Single Op-amp

Fitur dan Spesifikasi Op-Amp IC LM741

• LM741 adalah single op-amp (hanya memiliki satu op-amp dalam paket)
• Fitur roteksi hubung singkat dan kelebihan beban.
• Konsumsi daya rendah.
• Tidak diperlukan kompensasi frekuensi eksternal.
• Konsumsi daya minimum, normal dan maksimum ± 10v, ± 15v, dan ± 22v.
• Temperatur operasi -50 hingga 125 ˚C.
• Arus – 1,7 hingga 2,8mA.

IC Op-amp setara LM741 ; LM741A, LM741C, LM709C, LM201, MC1439, dan LM748

Deskripsi singkat

Op-amp LM741 adalah DC-coupled high gain yang cuma memiliki satu op-amp di dalamnya.Ini digunakan sebagai komparator yang membandingkan dua sinyal, sinyal inverting dan non-inverting. Fungsi utama IC ini adalah melakukan operasi matematika pada berbagai sirkit. LM741 memiliki gain yang besar yang umumnya digunakan sebagai amplifikasi DC, yang dapat beroperasi dengan tegangan catu daya tunggal atau ganda.

TL074 Quad op-amp

Fitur dan spesifikasi

• Op-Amp Quad JFET
• Tegangan operasi ganda: + 15V hingga -15V
• Tegangan operasi maksimum: 36V
• Bias input : 65pA
• Low Level Input Voltage : 0.8V (maks)
• Propagation Delay (Pd) / Transition time: 29 ns (max)
• Low input bias dan offset current
• Proteksi hubung singkat ouput

Alternatif LM741A , LM741C, LM709C, LM201, MC1439, dan LM748

Deskripsi singkat

TL074 adalah Op-amp Quad(empat op-amp dalam satu paket). Fitur utama yang membedakan TL074 adalah menggabungkan JFET tegangan tinggi dan transistor bipolar yang membantu transistor memiliki impedansi input yang sangat tinggi dan arus bias yang rendah. Op-Amp ini juga memiliki nois dan THD rendah yang menjadikannya sebagai pilihan ideal untuk audio pre-amp. Jadi jika Anda mencari IC Quad Op-Amp JFET maka IC ini mungkin bisa menjadi pilihan yang tepat untuk Anda.

Demikian tentang Op-amp (Operational Amplifier), IC Penguatan operasional yang banyak digunakan dalam rangkaian. Ada banyak sekali op-amp yang telah dibuat untuk berbagai macam kebutuhan aplikasi. Namun dalam artikel ini hanya disertakan beberapa op-amp yang paling umum dan mudah didapatkan dipasaran saja, yang khususnya  banyak digunakan untuk aplikasi audio dan audio pre-amp. Jika menginginkan informasi teknis yang lebih lengkap silakan dilihat pada PDF datasheet pabrikan yang sudah banyak beredar diinternet.