Ringkasan Dasar Rangkaian Operasi Penguat Op-Amp

Kita dapat menyimpulkan  tentang Penguat Operasional dengan ringkasan berikut dari berbagai jenis Rangkaian Operasional Amplifier dan konfigurasinya dibahas di seluruh bagian artikel  ini.

Kondisi Op Amp Secara Umum

• • Operasional Amplifier , atau Op-amp seperti yang paling sering disebut, adalah penguat yang ideal dengan Gain Bandwidth tak terbatas dan bila digunakan dalam modus Open-loop dengan sumber arus dan tegangan DC dengan keuntungan khas lebih dari 100.000, atau 100dB.
• • Pembentukan Op-amp dasarnya adalah perangkat 3-terminal, 2-masukan dan 1-output, (tidak termasuk sambungan catu daya listrik).
• • Sebuah Amplifier Operasional beroperasi dari dua masukan / input baik positif / non inverting  (  + V  ) dan negatif / inverting (  -V  ), atau mereka dapat beroperasi dari DC suplai tegangan tunggal, yang hanya masuk pada salah satu masukannya.
• • Dua hukum utama yang terkait dengan penguat operasional adalah bahwa memiliki impedansi tak terbatas masukan, (  Z ∞ ) maka akan menghasilkan " Tidak ada arus yang mengalir ke salah satu dari dua input "dan nol tegangan offset masukan" V1 = V2 ".
• • Sebuah penguat operasional juga memiliki impedansi keluaran nol, (  Z = 0  ).
• • Op-amp dapat membaca perbedaan tegangan antara sinyal tegangan yang diberikan ke dua terminal masukan mereka dan kemudian kalikan dengan beberapa faktor penguatan / Gain yang telah ditentukan, (  Ao  ).
• • Gain ini, (  Ao  ) sering disebut sebagai amplifier "Open loop Gain".
• • Menutup loop terbuka dengan menghubungkan resistif atau komponen reaktif antara output dan satu terminal input dari op-amp sangat mengurangi dan mengontrol ini gain loop terbuka.
• • Op-amp dapat dihubungkan ke dalam dua konfigurasi dasar, Pembalik dan Non-pembalik.

Rangkaian Dasar Op Amp

• Pada rangkaian penguat inverting, umpan balik negatif , adalah tegangan akan kembali dalam "anti-fase" (membalik) ke input gain keseluruhan amplifier berkurang.
• Pada rangkaian penguat non inverting, umpan balik positif , adalah tegangan akan kembali dalam "Phase" (tak membalik) dengan input gain keseluruhan penguat meningkat.
• Dengan menghubungkan output langsung kembali ke terminal input negatif tanpa menggunakan resistor, 100% umpan balik dicapai menghasilkan Voltage Follower (buffer) rangkaian dengan gain konstan 1 (Unity).
• Mengubah resistor umpan balik tetap (  Rƒ  ) dengan sebuah Potentiometer, akan memiliki Adjustable Gain, yakni besarnya penguatan dapat di kontrol. 

Operasional Amplifier Gain

• Keuntungan Open-loop yang disebut Gain Bandwidth Product, atau (GBP) bisa sangat tinggi dan merupakan ukuran seberapa baik sebuah penguat.
• Sangat tinggi GBP membuat rangkaian penguat operasional yang tidak stabil sebagai sinyal input volt mikro menyebabkan tegangan output untuk berayun menjadi jenuh (saturasi,  mendekati nilai tegangan catu daya).
• Dengan menggunakan resistor umpan balik yang sesuai, (  Rƒ  ) keuntungan keseluruhan penguat dapat dikendalikan secara akurat.

Penguat Diferensial dan Summing 

• Dengan menambahkan lebih banyak resistor masukan baik pembalik atau non-pembalik input dari rangkaian penguat penjumlah (Adders Amplifier) atau Summers dapat dibuat.
• Pengikut tegangan op-amp dapat ditambahkan ke input dari Differential amplifier untuk menghasilkan impedansi tinggi amplifier Instrumentasi.
• Penguat deferensial Differential Amplifier menghasilkan output yang sebanding dengan perbedaan antara 2 masukan tegangan.

Diferensiator dan Integrator Amplifier 

• Integrator Amplifier menghasilkan output yang merupakan operasi matematika integrasi.
• Diferensiator Amplifier menghasilkan output yang merupakan operasi matematika diferensiasi.
• Baik Integrator dan Diferensiator Amplifier memiliki resistor dan kapasitor terhubung di op-amp dan dipengaruhi oleh nya RC waktu yang konstan.
• Dalam bentuk dasar mereka, Diferensiator Amplifier menderita ketidakstabilan dan kebisingan tapi komponen tambahan dapat ditambahkan untuk mengurangi gain loop tertutup secara keseluruhan.

Demikian sedikit ringkasan mengenai macam macam rangkaian pada operasi Op Amp. 

Aplikasi Op Amp ke 5 : Adder Amplifier

Adder Amplifier atau Penguat penjumlah Tegangan  adalah sirkuit yang sangat fleksibel berdasarkan standar Rangkaian Penguat Membalik / Inverting Ampllifier. Seperti namanya, yang "penguat penjumlah tegangan" dapat digunakan untuk menggabungkan atau menjumlahkan tegangan yang masuk  pada beberapa input Masukan menjadi tegangan output tunggal.

Kita melihat sebelumnya Rangkaian  penguat pembalik bahwa penguat pembalik memiliki tegangan input tunggal, (Vin) diterapkan pada terminal masukan pembalik (inverting). Jika kita menambahkan resistor masukan ke input dengan masing-masing sama nilainya dengan input resistor asli (Rin) kita akan mendapatkan rangkaian penguat operasional lain yang disebut "menjumlahkan inverter" atau "penjumlah tegangan" seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Tegangan output, (Vout) sekarang menjadi sebanding dengan jumlah tegangan input, V1 , V2 , V3 dst...  Kemudian kita dapat memodifikasi persamaan asli untuk penguat pembalik untuk memperhitungkan ini masukan baru adalah :

Namun, jika semua impedansi masukan, (Rin) adalah sama nilainya, kita dapat menyederhanakan persamaan di atas untuk memberikan tegangan output:

Penjumlahan Amplifier Persamaan

Kita sekarang memiliki rangkaian penguat operasional yang akan memperkuat masing-masing tegangan input individu dan menghasilkan sinyal tegangan output yang sebanding dengan aljabar "SUM" dari tiga masukan individual tegangan V 1 , V 2 dan V 3 . Kita juga dapat menambahkan lebih banyak masukan jika diperlukan sebagai resistance masing-masing masing-masing input individual "lihat ini", Rin sebagai satu-satunya impedansi masukan.

Hal ini karena sinyal masukan secara efektif terisolasi satu sama lain dengan "bumi virtual" simpul pada masukan pembalik op-amp. Sebuah tambahan tegangan langsung juga dapat diperoleh ketika semua hambatan yang timbul dari nilai yang sama dan Rƒ sama dengan Rin .

Scaling menjumlahkan Amplifier dapat dibuat jika resistor masukan individu "TIDAK" sama. Kemudian persamaan harus dimodifikasi untuk:

Untuk membuat matematika itu sedikit lebih mudah, kita dapat mengatur ulang rumus di atas untuk membuat resistor umpan balik RF subjek persamaan memberikan tegangan output sebagai:

Hal ini memungkinkan tegangan output untuk dapat dengan mudah dihitung jika lebih resistor masukan yang terhubung ke amplifier masukan terminal pembalik. Impedansi input dari masing-masing saluran individu adalah nilai resistor masukan masing-masing, yaitu, R 1 , R 2 , R 3 ... dst. 

Adder Amplifier adalah sirkuit yang sangat fleksibel memang, memungkinkan kita untuk membuat secara efektif dengan menambahkan  bersama beberapa sinyal masukan individual. Jika resistor input, R 1 , R 2 , R 3 dst, semua sama, dengan gain yang membalik. Namun, jika resistor input memiliki nilai yang berbeda dengan "skala menjumlahkan amplifier" maka akan memberikan jumlah tertimbang dari sinyal input.

Penjumlahan Amplifier Contoh No1

Cari tegangan output pada rangkaian berikut ini

Dengan menggunakan rumus yang sebelumnya dapat diketahui besar penguatan  (gain) dari rangkaian :

kita sekarang dapat menggantikan nilai-nilai resistor dalam rangkaian sebagai berikut,

kita tahu bahwa tegangan output adalah jumlah dari dua sinyal masukan diperkuat dan dihitung sebagai:

maka tegangan output dari rangkaian di atas diberikan sebagai -45 mV dan negatif sebagai yang penguat pembalik.

Aplikasi Rangkaian Penguat Penjumlah 

Jadi apa yang bisa kita gunakan untuk rangkaian penguat penjumlah ?. 

Jika resistensi masukan dari rangkaian  penguat penjumlah terhubung ke potensiometer sinyal input individu dapat dicampur bersama-sama dengan jumlah yang bervariasi. Misalnya, mengukur suhu, Anda bisa menambahkan tegangan offset negatif untuk membuat tegangan output atau menampilkan membaca "0" pada titik beku atau menghasilkan mixer audio untuk menambahkan atau mencampur bentuk gelombang bersama-sama individual (suara) dari saluran sumber yang berbeda (vokal, instrumen, dll) sebelum mengirim mereka dikombinasikan untuk penguat audio.

Penjumlahan Amplifier Audio Mixer

Aplikasi lain yang berguna dari Penguat penjumlah  adalah sebagai tertimbang jumlah digital-to-analog converter. Jika resistor input, Rin dari penjumlahan penguat ganda nilai untuk setiap masukan, misalnya, 1kΩ, 2kΩ, 4kΩ, 8kΩ, 16kΩ, dll, maka tegangan logis digital, baik tingkat logika "0" atau tingkat logika " 1 "pada input ini akan menghasilkan output yang merupakan jumlah tertimbang dari input digital. Perhatikan rangkaian di bawah ini.

Digital to Analog Converter

Tentu saja ini adalah contoh sederhana. Dalam DAC penjumlahan ini rangkaian penguat, jumlah bit individu yang membentuk kata input data, dan dalam contoh ini 4-bit, pada akhirnya akan menentukan langkah tegangan output sebagai persentase dari tegangan output analog skala penuh. Juga, akurasi output analog skala penuh ini tergantung pada tingkat tegangan dari input bit yang konsisten 0V untuk "0" dan konsisten 5V untuk "1" serta akurasi dari nilai resistansi yang digunakan untuk resistor input, Rin .

Untungnya untuk mengatasi kesalahan ini, setidaknya pada bagian kami, tersedia secara komersial Digital-Analog dan Analog ke-perangkat digital sudah tersedia dengan jaringan tangga resistor yang sangat akurat yang sudah built-in.

Dalam artikel berikutnya tentang Penguat Operasional, kita akan memeriksa efek dari tegangan output, Vout ketika tegangan sinyal terhubung ke input pembalik dan input non-pembalik pada saat yang sama untuk menghasilkan jenis umum lain dari rangkaian penguat operasional disebut Amplifier Diferensial yang dapat digunakan untuk "mengurangi" tegangan hadir pada inputnya.

Sumber : 

http://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_4.html

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