Dasar-dasar Amplifier operasional
Resistor dan kapasitor,
Penguat Operasional ,
atau lebih sering disebut Op-amp ,
salah satu blok bangunan dasar dari Analog Sirkuit Elektronik.
Amplifier operasional adalah
perangkat linier yang memiliki semua sifat yang diperlukan
untuk hampir ideal DC amplifikasi
dan karena itu digunakan secara luas dalam pengkondisian sinyal,
penyaringan
atau untuk melakukan operasi matematika
seperti menambah, mengurangi, integrasi dan diferensiasi.
Sebuah Amplifier Operasional ,
atau op-amp untuk jangka pendek,
pada dasarnya merupakan suatu perangkat tegangan
dirancang untuk memperkuat
digunakan dengan komponen umpan balik eksternal
seperti resistor dan kapasitor
antara terminal output dan input.
Komponen umpan balik ini menentukan fungsi yang dihasilkan
atau "operasi" dari amplifier
dan berdasarkan konfigurasi umpan balik yang berbeda
apakah resistif, kapasitif atau keduanya,
penguat dapat melakukan berbagai operasi yang berbeda,
sehingga menimbulkan namanya dari "Operasional Amplifier".
Sebuah Amplifier Operasional pada dasarnya adalah perangkat tiga terminal
yang terdiri dari dua input impedansi tinggi,
salah satu yang disebut
Masukan Pembalikan ,
ditandai dengan negatif atau "minus" tanda, ( - )
dan yang lainnya disebut Masukan Non-pembalik ,
ditandai dengan positif atau "plus" tanda ( + ).
Terminal ketiga mewakili Operasional Amplifier output port yang baik
dapat tenggelam
dan sumber
baik tegangan
atau arus.
Dalam penguat operasional linear,
sinyal output adalah faktor amplifikasi,
dikenal sebagai gain amplifier ( A ) dikalikan dengan nilai sinyal input
dan tergantung pada sifat dari sinyal input dan output ini,
bisa ada empat klasifikasi yang berbeda dari operasional amplifier gain.
Tegangan - tegangan "masuk" dan tegangan "keluar"
Saat - saat "masuk" dan saat ini "keluar"
Transkonduktansi - Voltage "masuk" dan sekarang "keluar"
Transresistance - Lancar "pada" dan Voltage "keluar"
Karena
sebagian besar sirkuit berurusan dengan amplifier operasional amplifier tegangan,
kita akan membatasi tutorial di bagian ini untuk tegangan amplifier saja,
(Vin dan Vout).
Sinyal tegangan output dari Amplifier operasional adalah
selisih antara sinyal yang diterapkan untuk dua input individu.
Dengan kata lain,
sinyal output op-amp adalah
perbedaan antara dua sinyal masukan sebagai tahap input Amplifier Operasional
sebenarnya penguat diferensial seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Differential Amplifier
Sirkuit di bawah ini menunjukkan bentuk umum dari penguat diferensial
dengan dua input ditandai V1 dan V2 .
Dua transistor identik TR1 dan TR2
keduanya bias pada titik operasi yang sama
dengan emitter mereka terhubung bersama-sama
dan kembali ke common rail, -Vee dengan cara resistor Re .
Differential Amplifier
Sirkuit yang beroperasi dari pasokan ganda + Vcc dan -Vee
yang menjamin pasokan konstan.
Tegangan yang muncul pada output,
Vout dari penguat adalah
perbedaan antara dua sinyal masukan sebagai dua input dasar dalam anti-fase satu sama lain.
Sehingga bias transistor maju,
TR1 meningkat,
bias transistor maju
TR2 berkurang
dan sebaliknya.
Kemudian jika dua transistor yang sangat cocok,
arus yang mengalir melalui resistor emitor umum,
Re akan tetap konstan.
Re akan tetap konstan.
Seperti sinyal input,
sinyal output juga seimbang
dan sejak kolektor tegangan
baik ayunan di arah yang berlawanan (anti-fase)
atau dalam arah yang sama (di-fase)
sinyal tegangan output,
diambil dari antara dua kolektor adalah,
dengan asumsi sirkuit seimbang sempurna perbedaan nol antara dua tegangan kolektor.
Hal ini dikenal sebagai mode umum Operasi
dengan gain mode umum dari
penguat menjadi gain output ketika input adalah nol.
Penguat operasional juga memiliki satu output
(meskipun ada yang dengan output diferensial tambahan)
dari impedansi rendah yang direferensikan ke terminal kesamaan
dan harus mengabaikan sinyal modus umum yaitu,
jika sinyal yang identik diterapkan baik pembalik dan non-pembalik
masukan harus ada ada perubahan output.
Namun,
dalam amplifier nyata
selalu ada beberapa variasi dan rasio perubahan
tegangan output berkaitan dengan perubahan tegangan input
mode umum disebut Ratio Modus Penolakan umum atau CMRR .
Penguat operasional sendiri memiliki loop terbuka
sangat tinggi DC gain
dan dengan menerapkan beberapa bentuk Tanggapan Negatif
kita dapat menghasilkan rangkaian penguat operasional
yang memiliki karakteristik gain
kita dapat menghasilkan rangkaian penguat operasional
yang memiliki karakteristik gain
yang sangat tepat
yang tergantung hanya pada umpan balik yang digunakan.
Perhatikan
bahwa istilah "loop terbuka" berarti
bahwa tidak ada komponen umpan balik digunakan sekitar amplifier
sehingga jalur umpan balik atau lingkaran terbuka.
Penguat operasional hanya merespon perbedaan antara tegangan pada dua terminal input,
umumnya dikenal sebagai " Differential Input Voltage "
dan tidak potensial bersama mereka.
Kemudian
jika potensi tegangan yang sama diterapkan untuk kedua terminal
output yang dihasilkan
output yang dihasilkan
akan menjadi nol.
Sebuah Amplifier gain Operasional umumnya dikenal sebagai
open loop Diferensial Gain ,
open loop Diferensial Gain ,
dan diberi simbol ( A o ).
Setara Circuit of Amplifier Operasional Ideal
Op-amp Parameter dan Karakteristik Idealised
Terbuka Loop Gain, (Avo)
Tak terbatas -
Fungsi utama dari sebuah penguat operasional adalah
untuk memperkuat sinyal input dan loop lebih terbuka
mendapatkan itu lebih baik.
Gain loop terbuka adalah gain dari op-amp tanpa umpan balik positif atau negatif
dan untuk penguat seperti gain akan menjadi tak terbatas
tapi khas nilai real berkisar dari sekitar 20.000 menjadi 200.000.
Impedansi masukan, (Z di )
Tak terbatas -
Masukan impedansi adalah rasio tegangan input
untuk masukan saat ini
dan dianggap tak terbatas untuk mencegah arus yang mengalir
dari sumber pasokan ke dalam sirkuit amplifier input ( Iin = 0 ).
Nyata op-amp memiliki masukan kebocoran arus
dari beberapa pico-amp untuk beberapa mili-amp.
Impedansi, (Z keluar )
Nol -
Output impedansi penguat operasional yang ideal diasumsikan nol
bertindak sebagai sumber tegangan internal
yang sempurna tanpa hambatan internal
sehingga dapat menyediakan sebanyak saat ini
yang diperlukan untuk beban.
Resistansi internal ini secara efektif dalam seri dengan beban
sehingga mengurangi tegangan output yang tersedia untuk beban.
Nyata op-amp memiliki impedansi output dalam kisaran 100-20kΩ.
Bandwidth, (BW)
Tak terbatas -
Sebuah penguat operasional ideal memiliki respon frekuensi yang tak terbatas
dan dapat memperkuat sinyal frekuensi dari DC ke frekuensi AC tertinggi
sehingga
oleh karena itu diasumsikan memiliki bandwidth yang tak terbatas.
Dengan nyata op-amp,
bandwidth dibatasi oleh produk Gain-Bandwidth (GB),
yang sama dengan frekuensi mana gain amplifier menjadi kesatuan.
Offset Voltage, (V io )
Nol -
amplifier keluaran akan menjadi nol
ketika
perbedaan tegangan antara pembalik
dan input non-pembalik adalah nol,
sama atau ketika
kedua input didasarkan.
Nyata op-amp memiliki beberapa jumlah output tegangan offset.
Dari karakteristik "ideal" di atas,
kita dapat melihat
bahwa resistansi masukan
tak terbatas,
sehingga
tidak ada arus mengalir ke terminal
baik masukan ( "aturan saat ini")
dan bahwa masukan diferensial tegangan offset adalah nol ( "tegangan aturan").
Hal ini penting
untuk diingat dua sifat ini
karena mereka akan membantu kita memahami cara kerja Amplifier Operasional
berkaitan dengan analisis dan desain sirkuit op-amp.
Namun,
sebenarnya Penguat Operasional seperti yang umum tersedia uA741 ,
misalnya tidak memiliki keuntungan yang tak terbatas
atau bandwidth
tapi memiliki khas "Open Loop Gain"
yang didefinisikan sebagai amplifikasi output amplifier tanpa sinyal masukan eksternal
yang terhubung ke dan untuk khas penguat operasional adalah sekitar 100dB di DC (nol Hz).
Gain output ini menurun secara linear dengan frekuensi ke "Unity Gain" atau 1,
pada sekitar 1MHz
dan ini ditunjukkan dalam kurva loop terbuka gain respon berikut.
Loop terbuka Curve Respon Frekuensi
Dari kurva respon frekuensi ini
kita dapat melihat
bahwa produk dari gain terhadap frekuensi konstan
pada setiap titik sepanjang kurva.
Juga bahwa gain (0dB) frekuensi
juga menentukan gain
dari penguat pada setiap titik sepanjang kurva.
Konstan ini umumnya dikenal sebagai
Bandwidth Product Gain atau GBP .
Karena itu:
GBP = Gain x Bandwidth atau A x BW .
Misalnya,
dari grafik di atas
gain dari amplifier di 100kHz diberikan sebagai 20dB atau 10,
maka produk gain bandwidth yang dihitung sebagai:
GBP = A x BW = 10 x 100,000Hz = 1.000.000 .
Demikian pula,
penguat operasional mendapatkan di 1kHz = 60dB atau 1000,
oleh karena itu GBP diberikan sebagai:
GBP = A x BW = 1.000 x 1,000Hz = 1.000.000 . Hal yang sama! .
The Voltage Gain ( A V ) dari penguat operasional
dapat ditemukan dengan menggunakan rumus berikut:
dan di Decibel atau ( dB ) diberikan sebagai:
Sebuah Amplifier Bandwidth Operasional
Amplifier operasional bandwidth adalah
rentang frekuensi di mana gain tegangan dari penguat di atas 70,7% atau 3dB
(di mana 0dB adalah maksimum)
dari nilai output maksimum
seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Di sini kita telah menggunakan garis 40dB
sebagai contoh.
3dB atau 70,7% dari Vmax bawah titik dari kurva respon frekuensi
diberikan sebagai 37dB .
Mengambil garis sampai bersimpangan
dengan kurva GBP utama
memberi kita titik frekuensi tepat di atas garis 10 kHz
pada sekitar 12 sampai 15kHz.
Kita sekarang dapat menghitung ini lebih akurat
seperti yang kita sudah tahu
GBP penguat,
dalam kasus 1MHz khusus ini.
Operasional Amplifier Contoh No1.
Menggunakan rumus 20 log (A) , kita dapat menghitung bandwidth dari amplifier sebagai:
37 = 20 log A karena itu, A = anti-log (37 ÷ 20) = 70,8
GBP ÷ A = Bandwidth, oleh karena itu, 1.000.000 ÷ 70,8 = 14,124Hz, atau 14kHz
Maka
bandwidth penguat pada keuntungan dari 40dB
diberikan sebagai 14kHz
sebagaimana yang diperkirakan sebelumnya dari grafik.
Operasional Amplifier Contoh No2.
Jika gain dari penguat operasional berkurang setengahnya
mengatakan 20dB dalam kurva respon frekuensi di atas,
titik-3dB sekarang akan berada di 17dB.
Hal ini kemudian akan
memberikan penguat operasional gain keseluruhan 7.08, karena A = 7.08 .
Jika kita menggunakan rumus yang sama seperti di atas,
keuntungan baru ini akan memberi kita bandwidth sekitar 141.2kHz ,
sepuluh kali lebih dari frekuensi yang diberikan pada titik 40dB.
Oleh karena itu dapat dilihat
bahwa dengan mengurangi keseluruhan "gain loop terbuka"
dari sebuah penguat operasional bandwidth meningkat
dan sebaliknya.
Dengan kata lain,
sebuah amplifier operasional bandwidth berbanding terbalik dengan gain, ( A 1 / α BW ).
Juga, titik sudut 3dB frekuensi ini umumnya dikenal sebagai "setengah power point",
sebagai daya output dari penguat adalah
setengah nilai maksimumnya seperti yang ditunjukkan:
Penguat Operasional Ringkasan
Sekarang kita tahu
bahwa amplifier operasional adalah gain DC penguat diferensial yang sangat tinggi
yang menggunakan satu atau lebih jaringan umpan balik eksternal
untuk mengontrol respon dan karakteristik.
Kita dapat menghubungkan resistor eksternal atau kapasitor untuk op-amp
dalam sejumlah cara yang berbeda
untuk membentuk dasar "membangun Block" sirkuit
seperti, inverting,
non-inverting,
Voltage Follower,
menjumlahkan,
Diferensial,
Integrator
dan jenis Diferensiator amplifier.
Op-amp Symbol
"Ideal" atau sempurna Operasional Amplifier adalah
perangkat dengan karakteristik khusus tertentu
seperti tak terbatas gain loop terbuka Ao ,
resistansi masukan tak terbatas Rin ,
keluaran nol resistensi Rout ,
tak terbatas bandwidth yang 0 untuk ∞ dan offset nol
(output persis nol ketika masukan adalah nol).
Ada jumlah yang sangat besar dari penguat operasional IC yang tersedia
untuk memenuhi setiap aplikasi
yang mungkin dari bipolar standar,
presisi,
kecepatan tinggi,
rendah kebisingan,
tegangan tinggi, dll,
baik konfigurasi standar atau dengan transistor Junction FET internal.
Penguat operasional tersedia dalam paket IC
baik tunggal, dual atau quad op-amp dalam satu perangkat tunggal.
Yang paling umum tersedia
dan digunakan semua penguat operasional dalam kit elektronik dasar dan proyek adalah
0 komentar:
Posting Komentar
Catatan: Hanya anggota dari blog ini yang dapat mengirim komentar.