Op-Amp, Penguat Tegangan. Dengan dukungan beberapa komponen eksternal, merupakan Rangkaian Aktif, sanggup melaksanakan operasi matematis seperti.
Penjumlahan, Pengurangan, Perkalian, Pembagian, Diferensiasi serta Integrasi.
Operational Amplifier Ideal
Masing-masing elemen rangkaian ini, menyerupai umpan balik negatif serta positif, impesertasi, linearitas, penguatan, serta efisiensi dipakai dengan tujuan meningkatkan performa penguat menuju tujuan pembuatan penguat ideal.
Penguat yg IDEAL
• Memiliki Lebar Pita yg tak terbatas.
• Memiliki Gain yg sangat tinggi, sanggup dengan gampang dikontrol.
• Tanpa Distorsi.
• Memiliki Rasio Sinyal terhadap kebisingan yg sangat tinggi.
• Praktis dikonversi untuk melaksanakan fungsi penguat yg berbeda.
• Murah.
Disamping Parameter
➽ Impesertasi Masukan yg sangat tinggi
➽ Impesertasi Keluaran nol ohm
➽ Gain tinggi yg tak terbatas
➽ Lebar Pita tak terhingga
Parameter penting
➽ Input Impesertace (Zin)
➽ Input Bias Current (Iin)
➽ Large Signal Voltage Gain (Av)
➽ Output Impesertace (Zout)
Paket IC Tunggal, Ganda atau Quad Op-Amp dalam satu perangkat tunggal.
Op-Amplifier umum dipakai serta proyek yakni Standar Industri μA-741.
Pin2 – Inverting Input (INV)
Pin3 – Non-Inverting Input (Non-INV)
Pin4 – Ground- Negative Supply
Pin5 – Offset Null
Pin6 – Output
Pin7 – Positive Supply
Pin8 – Strobe
Aturan Op-Amp
Op-Amp Ideal, ketika dipakai dengan umpan balik, beroperasi dengan cara yg sanggup diprediksi oleh beberapa hukum dasar, disebut "Aturan Emas".
1. Voltage Rule
Output Op-Amp akan berubah sesuai keperluan untuk menjaga dua tegangan Input Identik. Jika ada sinyal input atau tegangan mencoba menciptakan Input berbeda, Output Op-Amp berubah dalam polaritas berlawanan ke Input, melalui Loop Umpan Balik, menjaga perbedaan antara dua Input pada 0V.
2. Current Rule
Impesertasi Input sangat tinggi, tidak ada arus yg mengalir ke Input. Op-Amp Ideal dipakai untuk menciptakan operasi dari dua rangkaian penguat tegangan lebih gampang dipahami. Perbedaan kecil antara Op-Amp Ideal.
Karakter Ideal Op-Amp
Tak Terbatas - Memperkuat Sinyal Input serta Gain Loop yg lebih terbuka mempunyai makin bagus. Adalah Gain dari Op-Amp tanpa Umpan Balik Positif atau Negatif, Gain menso tidak terbatas, Nilai Real berkisar 20.000 - 200.000.
Tak Terbatas - Rasio Tegangan Input ke arus masukan serta diasumsikan tidak terbatas untuk mencegah arus mengalir dari sumber pasokan ke rangkaian masukan penguat (Iin = 0). Op-Amp riil mempunyai masukan arus bocor dari beberapa pico-amp sampai beberapa milli-amp.
Nol - Ideal diasumsikan Nol sebagai sumber tegangan internal tepat tanpa kendala internal sehingga sanggup memasok arus yg dibutuhkan untuk beban. Hambatan Internal efektif di seri dengan beban sehingga mengurangi tegangan output. Op-amp aktual mempunyai Impesertasi Output dalam rentang 100-20kΩ.
Tak Terbatas - Memiliki Respons Frekuensi tak terbatas serta memperkuat Sinyal Frekuensi dari DC ke frekuensi AC tertinggi sehingga diasumsikan mempunyai Bandwidth tak terbatas. Op-Amp nyata, Bandwidth dibatasi oleh Gain-Bandwidth (GB), sama dengan frekuensi di mana penguatan menso kesatuan.
5. Offset Voltage (Vio)
Nol - Output Penguat menso Nol ketika perbedaan tegangan antara Input Pembalik serta Non-Pembalik = Nol, sama atau ketika kedua Input dibumikan. Op-amp aktual mempunyai sejumlah Tegangan Offset Output.
6. Zero Common-Mode Gain
= Infinite Common Mode-Rejection Ratio (CMMR)
7. Zero Noise
Supply Voltage
Dua jenis pasokan dipakai untuk Op-Amp, pasokan Ganda serta Tunggal.
➤ Pasokan Ganda (+VS serta -VS) dalam kisaran +-12 sampai +-18V
➤ Pasokan Tunggal (+VS serta Gnd) dalam kisaran +18V sampai Gnd
Memungkinkan Nol perbedaan antara terminal input untuk menghasilkan Output 0V serta sinyal output mengayun baik Positif maupun Negatif terhadap tanah.
Frequency Response
Ideal Respon Frekuensinya harus tidak terbatas, akan memperkuat frekuensi secara merata. Penguat mudah sulit / mustahil dicapai, tetapi Op-Amp mempunyai bandwidth yg sangat lebar serta gampang variabel.
Respon Frekuensi Op-Amp (LMC660), yg menegaskan bahwa Gain Loop Terbuka (Tanpa Umpan Balik) pada Frekuensi yg sangat rendah.
Istilah "Close-Loop", Loop yg dibuat oleh Umpan-Maju serta Umpan-Balik. Jalur umpan-maju dibuat oleh Op-Amp, Jalur umpan-balik dibuat oleh Resistor umpan balik R2.
Open Loop Voltage Gain
Jika Loop rusak, Loop yakni "OPEN".
LMC660 mempunyai Gain Tegangan Loop terbuka sekitar 126dB (Gain tegangan hampir 2 juta), Frekuensi di atas beberapa Hz, Gain mulai turun dengan cepat pada 20dB, pada 1.4MHz Gain berkurang menso 0dB, kenaikan tegangan x1.
Closed Loop Voltage Gain
Keuntungan besar dari Op-Amp berkurang dengan menerapkan jumlah Umpan Balik Negatif. Cara ini Respons dapat dicapai, memanjang dari DC (0Hz) ke Frekuensi sampai 1MHz, manfaat dari pengurangan kebisingan serta distorsi.
Garis putus-putus berwarna biru memperlihatkan respons op amp dengan umpan balik negatif. Gain telah dikurangi menso 20dB, Gain Tegangan Loop Tertutup (Acl) dari x10, menghasilkan respon datar dari 0Hz sampai sekitar 140kHz.
Large Signal Voltage Gain
Gain Tegangan sinyal besar dikutip dalam preferensi ke Gain Tegangan Loop Terbuka. Gain tegangan loop terbuka yg diukur pada DC dengan amplifier yg menghasilkan output tegangan besar (hanya kurang dari maksimum), biasanya dikutip dalam V / mV.
Gain Bandwidth Product
Karena Gain Loop Tertutup serta Bandwidth sinyal kecil pada Op-Amp sangat terkait, parameter 'Gain Bandwidth Product' digunakan untuk menggambar kan kombinasi kegunaan serta bandwidth yg makin bagus.
Grafik Respon Frekuensi Loop Terbuka, semua titik Gain Tegangan x Bandwidth = 1,4 juta (Hz). Contoh, Bandwidth 140kHz x gain tegangan 10 menawarkan Gain Bandwidth Product.
Produk Bandwidth Gain berlaku untuk sinyal kecil, tetapi ketika sinyal AC besar dilibatkan, terutama sinyal dengan tepi naik serta turun yg cepat, bandwidth sanggup dikurangi oleh Slew Rate. Maka Bandwidth Daya menso lebih Relevan.
Maximum Differential Input
Tegangan Maksimum sanggup diterapkan antara dua input, beberapa perangkat sanggup sama dengan tegangan suplai, tetapi yg lain sangat kurang.
Input Resistance
Hambatan melihat ke terminal Input dengan penguat beroperasi tanpa Umpan Balik (Loop Terbuka). Resistensi Perangkat
➽ BIPOLAR berada di kisaran 1MΩ sampai 10MΩ
➽ FET serta CMOS, jauh lebih tinggi, berkisar sampai 1012Ω atau lebih.
Input Offset Current
Arus yg mengalir ke dua input idealnya keduanya Nol, tetapi untuk op amp praktis, meskipun arus input masih sangat kecil. Arus yg tidak sama menjadikan tegangan yg berbeda pada input, serta ketika perbedaan kecil dalam tegangan dipersenjatai, menjadikan output menso nol dari nol.
Untuk mengatasi imbas ini, Input Offset Voltage sanggup diterapkan di antara input untuk memperbaiki tegangan output ke nol. Nilai khas untuk op amp bipolar yakni ± 1mV berkisar sampai 15mV untuk tipe FET.
Temperature Coefficients
Arus Offset Masukan serta Tegangan Offset Masukan dipengaruhi oleh perubahan suhu, serta cenderung melayg lebih tinggi alasannya yakni suhu meningkat. Koefisien suhu arus offset masukan diukur dalam nA atau pA / ° C sementara koefisien temperatur tegangan offset masukan biasanya diukur dalam µV / ° C.
Slew Rate
Menggambarkan seberapa cepat tegangan output berubah sebagai respons terhadap perubahan eksklusif tegangan pada input. Semakin tinggi nilainya (dalam V/µs) laju perubahan arah, semakin cepat output sanggup berubah serta semakin gampang sanggup mereunitsi Sinyal Frekuensi Tinggi.
Jika ayunan tegangan terbesar serta frekuensi tertinggi dari sinyal diketahui, laju perubahan tegangan minimum yg dibutuhkan untuk op amp sanggup dihitung dengan memakai rumus:
Dimana
f = frekuensi sinyal tertinggi (Hz)
Vpk = tegangan puncak maksimum dari sinyal.
Power Bandwidth
Laju Perubahan dihitung untuk sinyal besar menso sama atau lebih besar dari laju perubahan amplifier, ‘Pembatasan Kecepatan Pembesaran’ mulai terso, menjadikan berkurangnya penguatan serta distorsi sinyal.
Frekuensi tertinggi sanggup dipakai untuk memperkuat sinyal amplitudo penuh sebelum ‘Pembatasan Kecepatan Slew’ yakni batas frekuensi tertinggi dari Bandwidth Daya.
Contoh.
Op-Amp yg beroperasi dari pasokan ± 15V, bandwidth daya akan ditetapkan sebagai rentang frekuensi di mana ayunan ± 10V sanggup diukur pada output dengan distorsi harmonik total kurang dari 5%.
1. Amplification
6. Zero Common-Mode Gain
= Infinite Common Mode-Rejection Ratio (CMMR)
7. Zero Noise
Parameter Op-Amp
Supply Voltage
Dua jenis pasokan dipakai untuk Op-Amp, pasokan Ganda serta Tunggal.
➤ Pasokan Ganda (+VS serta -VS) dalam kisaran +-12 sampai +-18V
➤ Pasokan Tunggal (+VS serta Gnd) dalam kisaran +18V sampai Gnd
Memungkinkan Nol perbedaan antara terminal input untuk menghasilkan Output 0V serta sinyal output mengayun baik Positif maupun Negatif terhadap tanah.
Frequency Response
Ideal Respon Frekuensinya harus tidak terbatas, akan memperkuat frekuensi secara merata. Penguat mudah sulit / mustahil dicapai, tetapi Op-Amp mempunyai bandwidth yg sangat lebar serta gampang variabel.
Respon Frekuensi Loop Terbuka
Operational Amplifier Ideal
Gain (Aol) = Vout / Vin = -Aop
LMC660 mempunyai Gain Tegangan Loop terbuka sekitar 126dB (Gain tegangan hampir 2 juta), Frekuensi di atas beberapa Hz, Gain mulai turun dengan cepat pada 20dB, pada 1.4MHz Gain berkurang menso 0dB, kenaikan tegangan x1.
Closed Loop Voltage Gain
Gain Tegangan rangkaian terbuka dari penguat pembalik.
Gain (Acl) = Vout / Vin = - R2 / R1
Garis putus-putus berwarna biru memperlihatkan respons op amp dengan umpan balik negatif. Gain telah dikurangi menso 20dB, Gain Tegangan Loop Tertutup (Acl) dari x10, menghasilkan respon datar dari 0Hz sampai sekitar 140kHz.
Large Signal Voltage Gain
Gain Tegangan sinyal besar dikutip dalam preferensi ke Gain Tegangan Loop Terbuka. Gain tegangan loop terbuka yg diukur pada DC dengan amplifier yg menghasilkan output tegangan besar (hanya kurang dari maksimum), biasanya dikutip dalam V / mV.
Gain Bandwidth Product
Karena Gain Loop Tertutup serta Bandwidth sinyal kecil pada Op-Amp sangat terkait, parameter 'Gain Bandwidth Product' digunakan untuk menggambar kan kombinasi kegunaan serta bandwidth yg makin bagus.
Grafik Respon Frekuensi Loop Terbuka, semua titik Gain Tegangan x Bandwidth = 1,4 juta (Hz). Contoh, Bandwidth 140kHz x gain tegangan 10 menawarkan Gain Bandwidth Product.
10 x 140kHz = 1,4 MHz
Produk Bandwidth Gain berlaku untuk sinyal kecil, tetapi ketika sinyal AC besar dilibatkan, terutama sinyal dengan tepi naik serta turun yg cepat, bandwidth sanggup dikurangi oleh Slew Rate. Maka Bandwidth Daya menso lebih Relevan.
Maximum Differential Input
Tegangan Maksimum sanggup diterapkan antara dua input, beberapa perangkat sanggup sama dengan tegangan suplai, tetapi yg lain sangat kurang.
Input Resistance
Hambatan melihat ke terminal Input dengan penguat beroperasi tanpa Umpan Balik (Loop Terbuka). Resistensi Perangkat
➽ BIPOLAR berada di kisaran 1MΩ sampai 10MΩ
➽ FET serta CMOS, jauh lebih tinggi, berkisar sampai 1012Ω atau lebih.
Input Offset Current
Arus yg mengalir ke dua input idealnya keduanya Nol, tetapi untuk op amp praktis, meskipun arus input masih sangat kecil. Arus yg tidak sama menjadikan tegangan yg berbeda pada input, serta ketika perbedaan kecil dalam tegangan dipersenjatai, menjadikan output menso nol dari nol.
Untuk mengatasi imbas ini, Input Offset Voltage sanggup diterapkan di antara input untuk memperbaiki tegangan output ke nol. Nilai khas untuk op amp bipolar yakni ± 1mV berkisar sampai 15mV untuk tipe FET.
Temperature Coefficients
Arus Offset Masukan serta Tegangan Offset Masukan dipengaruhi oleh perubahan suhu, serta cenderung melayg lebih tinggi alasannya yakni suhu meningkat. Koefisien suhu arus offset masukan diukur dalam nA atau pA / ° C sementara koefisien temperatur tegangan offset masukan biasanya diukur dalam µV / ° C.
Slew Rate
Menggambarkan seberapa cepat tegangan output berubah sebagai respons terhadap perubahan eksklusif tegangan pada input. Semakin tinggi nilainya (dalam V/µs) laju perubahan arah, semakin cepat output sanggup berubah serta semakin gampang sanggup mereunitsi Sinyal Frekuensi Tinggi.
Jika ayunan tegangan terbesar serta frekuensi tertinggi dari sinyal diketahui, laju perubahan tegangan minimum yg dibutuhkan untuk op amp sanggup dihitung dengan memakai rumus:
f = frekuensi sinyal tertinggi (Hz)
Vpk = tegangan puncak maksimum dari sinyal.
Power Bandwidth
Laju Perubahan dihitung untuk sinyal besar menso sama atau lebih besar dari laju perubahan amplifier, ‘Pembatasan Kecepatan Pembesaran’ mulai terso, menjadikan berkurangnya penguatan serta distorsi sinyal.
Frekuensi tertinggi sanggup dipakai untuk memperkuat sinyal amplitudo penuh sebelum ‘Pembatasan Kecepatan Slew’ yakni batas frekuensi tertinggi dari Bandwidth Daya.
Contoh.
Op-Amp yg beroperasi dari pasokan ± 15V, bandwidth daya akan ditetapkan sebagai rentang frekuensi di mana ayunan ± 10V sanggup diukur pada output dengan distorsi harmonik total kurang dari 5%.
Aplikasi Op-Amp
Koneksi sederhana Op-Amp. Jika kedua Input disediakan dengan tegangan yg sama, maka Op-Amp akan mengambil perbedaan antara dua voltase serta itu akan menso 0.
Ketika 2 volt diberikan ke satu input serta 1 volt di yg lain, maka Op Amp akan mengambil perbedaannya serta berkembang biak dengan gain. Yaitu 1 volt x 1.000.000. Tetapi gain ini sangat tinggi sehingga untuk mengurangi gain, umpan balik dari output ke input biasanya dilakukan melalui Resistor.
1.1. Inverting Amplifier
Dua Resistor Rin serta Rf terhubung dalam rangkaian sehingga Rin menawarkan sinyal input sementara Rf mengembalikan output ke input pembalikan. Ketika sinyal input Positif kesudahannya akan Negatif serta sebaliknya.
Perubahan tegangan pada output relatif terhadap input tergantung pada rasio resistor Rin serta Rf. Dipilih Rin=1K serta Rf=10K. Jika input mendapatkan 1 volt, maka akan ada arus 1 mA melalui Rin serta output menso -10 volt untuk mensuplai arus 1 mA melalui Rf serta mempertahankan tegangan Nol pada masukan Pembalik. Gain Tegangan yakni Rf / Rin. Adalah 10K / 1K = 10
1.2. Non-inverting Amplifier
Menerima sinyal ketika input pembalik terhubung antara Rf serta Rin.
Ketika Sinyal Input bergerak Positif atau Negatif, Output akan berada dalam fase serta menyimpan tegangan pada input pembalik sama dengan input Non inverting. Kenaikan tegangan akan lebih tinggi dari 1 sehingga (1 + R2 / R1).
2. Voltage Follower
Menyediakan Impesertasi Input yg tinggi, Impesertasi keluaran yg rendah.
Ketika tegangan input berubah,
Output serta input pembalik akan berubah secara merata.
3. Comparator
Membandingkan tegangan yg diterapkan pada satu input ke tegangan yg diterapkan pada input lainnya. Setiap perbedaan antara tegangan yg pernah ada jikalau drive kecil op-amp menso Saturasi.
Kesimpulan Operational Amplifier
Operasional Amplifier Dasar tidak mencoba untuk menjaga perbedaan potensial masukan nol, umpan balik negatif tidak. Jika umpan balik negatif tidak ada, serta tegangan input diterapkan, output akan berada pada Tegangan Jenuh (Ideal nya tidak terbatas).
Operasional Amplifier hanyalah penguat tegangan diferensial dengan input impesertasi tak terbatas, penguatan tak terhingga serta Impesertasi Keluaran Nol (Ideal nya).
jika menerapkan tegangan pada input (dengan terminal positif pada potensial yg lebih tinggi), maka output harus tidak terbatas (Ideal nya).
Tanpa umpan balik, Output jenuh.
Jika Vin> Vref (terminal positif) maka output jenuh ke arah positif,
Yang lain dalam arah negatif.
Aplikasi Penguat Operasional
Preamplifier Audio
Filter serta Pre-Amplifierpenguat
Power Amplifier akan tiba sesudah pre-amplifier serta sebelum speaker. CD serta DVD tidak perlu pra-penguat. Butuh kontrol volume serta pemilih sumber. Kontrol switching serta volume pasif, sanggup menghindari pre-amplifier.
Penguat Daya yakni komponen yg sanggup menggerakkan pengeras bunyi dengan mengubah sinyal tingkat rendah menso sinyal besar.
Penguat Daya menghasilkan tegangan yg relatif tinggi serta arus yg tinggi.
Rentang Gain tegangan berada di antara 20 sampai 30.
Penguat daya mempunyai resistansi keluaran yg sangat rendah.
Spesifikasi Audio Power Amplifier
➤ Daya Output Maksimum:
Tegangan Output tidak bergantung pada beban, untuk sinyal kecil atau besar. Tegangan yg diberikan pada beban menjadikan dua kali jumlah arus.
Peringkat Daya, Daya gelombang sinus rata-rata terus menerus sehingga daya sanggup diukur dengan memakai gelombang sinus yg tegangan RMS diukur pada basis jangka panjang.
➤ Tanggapan Frekuensi:
Respons Frekuensi memperpanjang pita audio penuh 20 Hz sampai 20 KHz. Toleransi terhadap respons frekuensi yakni ± 3db. Cara konvensional untuk memilih bandwidth yakni penguat turun dengan 3db dari 0db nominal.
➤ Kebisingan:
Harus menghasilkan derau rendah ketika penguat daya dipakai dengan frekuensi tinggi. Parameter kebisingan sanggup ditimbang atau tidak berbobot. Suara tanpa bobot akan ditentukan lebih dari 20 KHz-bandwidth.
Spesifikasi Noise berbobot sensitivitas indera pendengaran dipertimbangkan. Pengukuran kebisingan berbobot cenderung melemahkan kebisingan pada frekuensi yg lebih tinggi maka pengukuran kebisingan berbobot cukup baik daripada pengukuran kebisingan tidak berbobot.
Distorsi Harmonik Total yakni distorsi umum yg biasanya ditentukan pada frekuensi yg berbeda. Akan ditentukan pada tingkat daya yg diberikan dengan Impesertasi mengemudi power amplifier mengemudi.
[ Avionics Knowledge ] - [ The Computer Networking ]
