Aplikasi Op Amp ke 4 : Penguat Differential

Differential Amplifier

        Sejauh ini kita hanya menggunakan salah satu masukan penguat operasional untuk terhubung ke amplifier, baik menggunakan "pembalik" atau "non- pembalik" terminal input untuk memperkuat sinyal input tunggal dengan input lain yang terhubung ke tanah. Tapi kita juga bisa menghubungkan sinyal untuk kedua input pada saat yang sama memproduksi jenis lain yang umum dari rangkaian penguat operasional disebut Amplifier Diferensial .

         Pada dasarnya, seperti yang kita lihat di tutorial pertama tentang penguat operasional , semua op -amp "Differential Amplifier" karena konfigurasi masukan mereka . Tapi dengan menghubungkan satu sinyal tegangan ke salah satu terminal input dan sinyal lain tegangan ke terminal input lain tegangan output yang dihasilkan akan sebanding dengan " Perbedaan " antara dua sinyal tegangan input V1 dan V2.

 Kemudian penguat diferensial memperkuat perbedaan antara dua tegangan membuat jenis rangkaian penguat operasional yang Pengurang tidak seperti penjumlahan penguat yang menambahkan atau merangkum bersama tegangan input. Jenis rangkaian penguat operasional umumnya dikenal sebagai Differential Amplifier konfigurasi dan ditunjukkan di bawah ini :

Dengan menghubungkan setiap input masukan ke tanah 0V kita dapat menggunakan superposisi untuk memecahkan tegangan keluaran Vout. Kemudian fungsi transfer untuk Differential Amplifier rangkaian diberikan sebagai :

diferensial fungsi transfer penguat

Ketika resistor, R1 = R2 dan R3 = R4 fungsi transfer di atas untuk penguat diferensial dapat disederhanakan dengan ekspresi berikut :

 Diferensial Amplifier Persamaan

Jika semua resistor semua nilai ohmik sama, yaitu : R1 = R2 = R3 = R4 maka rangkaian akan menjadi Unity Gain Differential Amplifier dan gain tegangan dari penguat akan persis satu atau kesatuan. Kemudian ekspresi keluaran hanya akan Vout = V2 - V1. Juga mencatat bahwa jika V1 masukan lebih tinggi dari V2 masukan jumlah tegangan ouput akan negatif , dan jika V2 lebih tinggi dari V1 , tegangan jumlah output akan positif .

Differential Amplifier sirkuit adalah rangkaian op - amp sangat berguna dan dengan menambahkan resistor lebih secara paralel dengan resistor R1 dan R3 masukan , sirkuit yang dihasilkan dapat dibuat untuk salah satu "Tambah" atau "Kurangi" tegangan diterapkan untuk input masing-masing. Salah satu cara yang paling umum untuk melakukan ini adalah untuk menghubungkan "resistif Bridge" biasa disebut Jembatan Wheatstone ke input dari penguat seperti yang ditunjukkan di bawah ini .

 Bridge Amplifier

Diferensial Bridge Amplifier Circuit

Standar Diferensial Amplifier sirkuit sekarang menjadi pembanding tegangan diferensial oleh "Membandingkan" satu tegangan input yang lain. Misalnya, dengan menghubungkan satu input untuk referensi tegangan tetap mengatur pada satu kaki dari jaringan jembatan resistif dan lainnya ke salah satu "Termistor" atau "Cahaya Tanggungan Resistor" rangkaian penguat dapat digunakan untuk mendeteksi baik rendah atau tinggi tingkat suhu atau cahaya sebagai tegangan output menjadi fungsi linear dari perubahan di leg aktif dari jembatan resistif dan ini ditunjukkan di bawah ini .

 Cahaya Beralih Activated

Cahaya Activated Differential Amplifier

Berikut rangkaian di atas bertindak sebagai saklar diaktifkan cahaya yang mengubah output relay baik "ON" atau "OFF" sebagai tingkat cahaya yang terdeteksi oleh LDR resistor melebihi atau berada di bawah nilai yang telah ditetapkan di V2 ditentukan oleh posisi VR1. 

Sebuah referensi tegangan tetap diterapkan pada input pembalik terminal V1 melalui R1 - tegangan jaringan pembagi R2 dan variabel tegangan (sebanding dengan tingkat cahaya) diterapkan pada non -pembalik terminal input V2. Hal ini juga memungkinkan untuk mendeteksi suhu menggunakan jenis sirkuit hanya dengan mengganti Tanggungan Resistor Cahaya (LDR) dengan termistor. Dengan bertukar posisi VR1 dan LDR, sirkuit dapat digunakan untuk mendeteksi baik terang atau gelap , atau panas atau dingin dengan menggunakan termistor .

 Salah satu keterbatasan utama dari jenis amplifier desain adalah bahwa impedansi input yang lebih rendah dibandingkan dengan konfigurasi penguat operasional lainnya , misalnya, (input tunggal berakhir ) non - pembalik penguat . Setiap sumber tegangan input memiliki untuk mendorong arus melalui resistansi masukan, yang memiliki impedansi keseluruhan kurang dibandingkan dengan op-amp masukan saja. Ini akan bagus untuk sumber impedansi rendah seperti jembatan rangkaian di atas, tapi tidak begitu baik untuk sumber impedansi tinggi .

Salah satu cara untuk mengatasi masalah ini adalah dengan menambahkan Unity Gain Amplifier Buffer seperti pengikut tegangan terlihat pada tutorial sebelumnya untuk masing-masing resistor masukan. Hal ini kemudian memberi kita sebuah rangkaian penguat diferensial dengan impedansi masukan yang sangat tinggi dan impedansi output yang rendah karena hanya terdiri dari dua buffer non-pembalik dan satu penguat diferensial . Hal ini kemudian menjadi dasar bagi sebagian besar " Instrumentasi Amplifier " .

Instrumentasi Amplifier

Penguat Instrumentasi (op - amp) adalah penguat diferensial mempunyai keuntungan yang sangat tinggi yang memiliki impedansi masukan yang tinggi dan output berakhir tunggal. Instrumentasi amplifier terutama digunakan untuk memperkuat sinyal diferensial sangat kecil dari pengukur regangan , termokopel atau perangkat penginderaan saat dalam sistem kontrol motor .

Tidak seperti penguat operasional standar di mana gain loop tertutup mereka ditentukan oleh umpan balik resistif eksternal yang terhubung antara terminal output mereka dan satu terminal input, baik positif atau negatif, "instrumentasi amplifier" memiliki resistor umpan balik internal yang efektif terisolasi dari terminal input sebagai sinyal input diterapkan di dua input diferensial, V1 dan V2 .

Instrumentasi amplifier juga memiliki rasio penolakan mode umum yang sangat baik, CMRR (output nol ketika V1 = V2 ) jauh di atas 100dB di DC. Sebuah contoh khas dari op-amp penguat instrumentasi tiga dengan impedansi masukan yang tinggi (Zin) diberikan di bawah ini :

Tinggi Impedansi Input Instrumentasi Amplifier

Dua amplifier non-pembalik membentuk tahap masukan diferensial bertindak sebagai penguat penyangga dengan keuntungan sebesar  1 + 2R2/R1 untuk sinyal masukan diferensial dan gain untuk sinyal masukan modus umum. Karena amplifier A1 dan A2 loop tertutup penguat umpan balik negatif, kita bisa mengharapkan tegangan pada Va menjadi sama dengan tegangan V1 masukan. Demikian juga, tegangan pada Vb untuk menjadi sama dengan nilai pada V2 .

Sebagai op-amp tidak mengambil arus pada terminal input mereka (virtual bumi), arus yang sama harus mengalir melalui tiga jaringan resistor R2 , R1 dan R2 terhubung di output op-amp. Ini berarti kemudian bahwa tegangan pada ujung atas R1 akan sama dengan V1 dan tegangan pada ujung bawah R1 untuk menjadi sama dengan V2 . Ini menghasilkan jatuh tegangan resistor R1 yang sama dengan perbedaan tegangan antara input V1 dan V2, tegangan input diferensial, karena tegangan di persimpangan penjumlahan masing-masing penguat, Va dan Vb adalah sama dengan tegangan diterapkan pada input positif.

Namun, jika tegangan mode umum diterapkan pada amplifier input, tegangan pada setiap sisi R1 ​​akan sama, dan tidak ada arus akan mengalir melalui resistor ini. Karena tidak ada arus mengalir melalui R1 (atau, karena itu, baik melalui resistor R2, amplifier A1 dan A2 akan beroperasi sebagai gain pengikut (buffer). Karena tegangan input pada output dari amplifier A1 dan A2 muncul diferensial seluruh jaringan tiga resistor, gain diferensial sirkuit dapat divariasikan dengan hanya mengubah nilai R1 .

Tegangan output dari diferensial op-amp A3 bertindak sebagai pengurang seorang, hanya perbedaan antara dua input ( V2 - V1 ) dan yang diperkuat oleh keuntungan dari A3 yang mungkin salah satu, kesatuan, (dengan asumsi bahwa R3 = R4). Kemudian kita memiliki ekspresi umum untuk keuntungan tegangan keseluruhan dari penguat instrumentasi sirkuit sebagai :

Persamaan penguat instrumentasi



Dalam tutorial berikutnya tentang Penguat Operasional, kita akan memeriksa efek dari tegangan output, Vout ketika resistor umpan balik diganti dengan reaktansi bergantung pada frekuensi dalam bentuk kapasitansi . Penambahan umpan balik ini kapasitansi menghasilkan rangkaian penguat operasional non-linear disebut Amplifier Mengintegrasikan .


Sumber :
http://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_5.html

http://rangkaianelektronika2.blogspot.com/2013/10/differential-op-amp.html