Penguat Operasional IdealPenguat Operasional , atau Op - amp karena mereka lebih sering disebut , adalah salah satu blok bangunan dasar dari Analog Sirkuit Elektronik . Penguat operasional adalah perangkat linier yang memiliki semua sifat-sifat yang diperlukan untuk amplifikasi DC hampir ideal dan karena itu digunakan secara ekstensif dalam pengkondisian sinyal , penyaringan atau untuk melakukan operasi matematika seperti menambah, mengurangi , integrasi dan diferensiasi .
Sebuah Amplifier Operasional yang ideal pada dasarnya adalah perangkat tiga terminal yang terdiri dari dua input impedansi tinggi , salah satu yang disebut Input Pembalik , ditandai dengan negatif atau "minus " tanda , ( - ) dan yang lain disebut Input Non - pembalik , ditandai dengan tanda positif atau " plus" ( + ) .
Terminal ketiga merupakan port output op - amp yang dapat baik tenggelam dan sumber baik tegangan atau arus. Dalam penguat operasional linear , sinyal output adalah faktor amplifikasi , yang dikenal sebagai amplifier gain ( A ) dikalikan dengan nilai sinyal input dan tergantung pada sifat dari sinyal-sinyal input dan output , bisa ada empat klasifikasi yang berbeda dari operasional gain amplifier .
Tegangan - Tegangan "input " dan Tegangan " output "
Current - Current " input " dan " output "
Transkonduktansi - Voltage " diinput " dan " output "
Transresistance - Current "input" dan Tegangan " output "
Karena sebagian besar sirkuit yang berhubungan dengan penguat operasional adalah penguat tegangan , kita akan membatasi tutorial di bagian ini untuk tegangan amplifier saja, ( Vin dan Vout ) .
Sinyal output diperkuat dari Operasional Amplifier adalah perbedaan antara dua sinyal yang diterapkan pada dua input . Dengan kata lain sinyal output adalah sinyal diferensial antara dua input dan 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 . Kedua 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 MasukanDifferential Amplifier
Rangkaian 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 . Jadi sebagai bias maju transistor , TR1 meningkat , bias maju transistor TR2 berkurang dan sebaliknya . Kemudian jika kedua transistor sangat cocok , arus yang mengalir melalui resistor emitor umum , Re akan tetap konstan .
Seperti sinyal input , sinyal output juga seimbang dan karena kolektor tegangan baik ayunan dalam arah yang berlawanan ( anti - fase ) atau dalam arah yang sama ( in- phase ) sinyal tegangan output, yang diambil dari antara dua kolektor , dengan asumsi sirkuit seimbang sempurna nol perbedaan antara dua tegangan kolektor . Hal ini dikenal sebagai Common Mode Operasi dengan gain mode umum dari penguat menjadi gain output ketika input adalah nol .
Penguat Operasional Ideal juga memiliki satu output (meskipun ada yang dengan output diferensial tambahan ) dari impedansi rendah yang dirujuk ke terminal kesamaan dan harus mengabaikan sinyal modus umum yaitu, jika sinyal identik diterapkan untuk kedua pembalik dan input non - pembalik harus ada ada perubahan output . Namun, dalam amplifier nyata selalu ada beberapa variasi dan rasio perubahan untuk tegangan output berkaitan dengan perubahan dalam common mode input tegangan disebut Common mode Penolakan Rasio atau CMRR .
Penguat Operasional sendiri memiliki loop terbuka DC gain yang sangat tinggi dan dengan menerapkan beberapa bentuk Tanggapan Negatif kita dapat menghasilkan suatu rangkaian penguat operasional yang memiliki karakteristik gain yang sangat tepat yang tergantung hanya pada umpan balik yang digunakan . Penguat operasional hanya merespon perbedaan antara tegangan pada kedua terminal input , umum dikenal sebagai " Differential Input Voltage " dan bukan potensi bersama mereka . Kemudian jika potensi tegangan yang sama diterapkan untuk kedua terminal output yang dihasilkan akan menjadi nol . Sebuah Amplifier gain Operasional umumnya dikenal sebagai Open Loop Gain Diferensial , dan diberi simbol ( Ao ) .Circuit setara untuk Penguat Operasional Ideal
penguat operasional yang ideal
Op- amp Karakteristik yang IdealPARAMETER ideal KARAKTERISTIKOpen
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 yang ideal gain akan terbatas tetapi nilai
riil khas berkisar dari sekitar 20.000 sampai 200.000 .Impedansi masukan , ( Zin ) Tak terbatas - Input impedansi adalah rasio input tegangan masukan saat ini dan dianggap tak terbatas untuk mencegah arus yang mengalir dari sumber pasokan ke dalam amplifier masukan sirkuit ( Iin = 0 ) . Nyata op - amp memiliki masukan kebocoran arus dari beberapa pico - amp untuk beberapa mili - amp .
Impedansi output , ( Zout ) Nol - Output impedansi dari penguat operasional yang ideal diasumsikan nol bertindak sebagai sumber tegangan internal yang sempurna tanpa resistansi internal sehingga dapat pasokan 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 di kisaran 100 - 20Ω .
Bandwidth , ( BW ) tak terbatas - Sebuah penguat operasional yang ideal memiliki respon frekuensi yang tak terbatas dan dapat memperkuat sinyal frekuensi dari DC ke AC frekuensi tertinggi sehingga oleh karena itu diasumsikan memiliki bandwidth yang tak terbatas . Dengan op - amp nyata , bandwidth dibatasi oleh produk - Gain Bandwidth ( GB ) , yang sama dengan frekuensi dimana gain amplifier menjadi kesatuan .
Offset Voltage , ( Vio ) Nol - penguatan 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 ini " ideal " karakteristik di atas , kita dapat melihat bahwa resistansi input tak terbatas , sehingga tidak ada arus mengalir ke salah satu terminal input ( "aturan saat ini " ) dan bahwa diferensial masukan tegangan offset adalah nol ( "aturan tegangan " ) . 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, Penguat Operasional nyata seperti yang umum tersedia uA741 , misalnya tidak memiliki keuntungan yang tak terbatas atau bandwidth tapi memiliki khas " Open Loop Gain " yang didefinisikan sebagai amplifikasi amplifier keluaran tanpa sinyal umpan balik eksternal yang terhubung ke dan untuk khas penguat operasional adalah sekitar 100dB di DC ( nol Hz ) . Gain Output ini menurun secara linear dengan frekuensi turun ke " Unity Gain " atau 1 , pada sekitar 1MHz dan ini ditunjukkan dalam kurva respon gain loop terbuka berikut .Loop terbuka Curve Frequency Response
Loop terbuka Respon Frekuensi
Dari kurva respon frekuensi 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 Gain Bandwidth Product atau GBP .
Oleh karena itu , GBP = Gain x Bandwidth atau A x BW .
Sebagai contoh, dari grafik di atas gain dari penguat di 100kHz = 20dB atau 10 , maka
GBP = 100.000 Hz x 10 = 1.000.000 .
Demikian pula , keuntungan pada 1kHz = 60dB atau 1000 , oleh karena itu
GBP = 1,000 x 1,000 = 1.000.000 . Sama! .
Tegangan Gain ( A ) dari penguat dapat ditemukan dengan menggunakan rumus berikut :
gain tegangan
dan di Decibel atau ( dB ) diberikan sebagai :
dB gainSebuah Amplifier Bandwidth Operasional
Frekuensi Curve Response
Di sini kita telah menggunakan garis 40dB sebagai contoh . The- 3dB atau 70,7 % dari Vmax bawah titik dari kurva respon frekuensi diberikan sebagai 37dB . Mengambil garis di sampai memotong 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 hal ini 1MHz tertentu .Contoh No1 .
Dengan menggunakan rumus 20 log ( A ) , kita dapat menghitung bandwidth dari penguat sebagai :
37 = 20 log A Oleh karena itu , A = anti - log ( 37 ÷ 20 ) = 70,8
GBP ÷ A = Bandwidth , oleh karena itu, 1.000.000 ÷ 70,8 = 14124 Hz , atau 14kHz
Kemudian bandwidth penguat pada gain 40dB diberikan sebagai 14kHz seperti sebelumnya diperkirakan dari grafik .Contoh No2 .
Jika gain dari penguat operasional berkurang setengahnya mengatakan 20dB dalam kurva respon frekuensi di atas, - 3dB titik sekarang akan berada di 17dB . Hal ini kemudian akan memberikan penguat operasional gain keseluruhan 7.08 , oleh karena itu 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 pada titik 40dB . Oleh karena itu dapat dilihat bahwa dengan mengurangi keseluruhan " gain loop terbuka " dari sebuah penguat operasional bandwidth-nya meningkat dan sebaliknya . Dengan kata lain, sebuah amplifier operasional bandwidth sebanding dengan gain . Juga, ini - 3dB titik umumnya dikenal sebagai " setengah power point " , sebagai daya output dari penguat adalah setengah nilai maksimum pada nilai ini .Amplifier Operasional Ringkasan
Kita tahu sekarang bahwa amplifier operasional adalah keuntungan yang sangat tinggi DC penguat diferensial yang menggunakan satu atau lebih jaringan umpan balik eksternal untuk mengendalikan 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 , Pembalik , Non - Pembalik , Voltage Follower , menyimpulkan , Diferensial , Integrator dan jenis Diferensiator amplifier .Operasional Amplifier Simbol
GB. Op - amp Symbol
Sebuah Amplifier Operasional " ideal" atau sempurna adalah perangkat dengan karakteristik khusus tertentu seperti tak terbatas gain loop terbuka Ao , resistansi masukan tak terbatas Rin , keluaran nol resistensi Rout , terbatas bandwith 0 sampai ∞ dan offset nol (output adalah persis nol ketika masukan adalah nol ) .
Ada jumlah yang sangat besar dari operasional amplifier IC tersedia untuk memenuhi setiap aplikasi mungkin dari bipolar standar , presisi , kecepatan tinggi , kebisingan rendah , tegangan tinggi , dll baik konfigurasi standar atau dengan transistor JFET intern . 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 standar industri μA - 741 .
uA741 Amplifier Operasional
Dalam
tutorial berikutnya tentang Penguat Operasional , kita akan menggunakan
umpan balik negatif terhubung sekitar op - amp untuk menghasilkan
standar sirkuit loop tertutup penguat disebut sirkuit Pembalik Amplifier
yang menghasilkan sinyal output yang 180o " out-of - fase " dengan input.macam-macam op-am
PENGUAT INVERTINGRangkaian untuk penguat inverting adalah seperti yang ditunjukkan Gambar 1. Penguat
ini memiliki ciri khusus yaitu sinyal keluaran memiliki beda fasa sebesar 180 derajat
.Gambar 1. Rangkaian Penguat Inverting
Penguatan rangkaian penguat inverting adalah berdasar pada persamaan berikut:
Vout = -Vin(R2/R1)
PENGUAT NON-INVERTING
Penguat noninverting memiliki ciri khusus yaitu sinyal output adalah sefasa dengan
sinyal masukan. Rangkaian ini ditunjukkan oleh Gambar 2.
Gambar 2. Rangkaian Penguat Non-Inverting. Penguatan dari rangkaian penguat jenis ini adalah berdasar pada persamaan berikut:
Vout = Vin((R1+R2)/R1)
PENGUAT PENJUMLAH
Penguat penjumlah memiliki ciri khusus yaitu sinyal keluaran merupakan hasil
penguatan dari penjumlahan sinyal masukannya. Pada bagian ini dicontohkan penguat
penjumlah berdasarkan rangkaian penguat inverting. Sehingga sinyal keluaran adalah berbeda
fasa sebesar 180 derajat. Rangkaian ini ditunjukkan oleh Gambar 3.
Gambar 3. Rangkaian Penguat Penjumlah
Penguatan dari rangkaian ini dihitung menggunakan persamaan berikut:
Vout = (-Vin1(R5/R1))+(-Vin2(R5/R2))+(-Vin3(R5/R3))
