Apa Penguat Operasional?
Amplifier operasional adalah blok bangunan dasar Sirkuit elektronik analog . Mereka adalah perangkat linier dengan semua properti penguat DC. Kita dapat menggunakan resistor atau kapasitor eksternal untuk Op Amp adalah banyak cara berbeda untuk membuatnya berbagai bentuk penguatan seperti penguat Pembalik, Penguat non-pembalik, Pengikut tegangan, Pembanding, Penguat Diferensial, Penguat penjumlah, Integrator dll. OPAMP mungkin tunggal, dual, quad, dll. OPAMP seperti CA3130, CA3140, TL0 71, LM311 dll memiliki kinerja yang sangat baik dengan arus dan tegangan input yang sangat rendah. Op Amp yang ideal memiliki tiga terminal penting selain terminal lainnya. Terminal masukan adalah masukan pembalik dan masukan non pembalik. Terminal ketiga adalah keluaran yang dapat tenggelam dan sumber arus dan tegangan. Sinyal keluaran adalah penguatan penguat dikalikan dengan nilai sinyal masukan.
5 karakter ideal dari sebuah Op Amp:
1. Penguatan Loop Terbuka
Penguatan loop terbuka adalah penguatan Op Amp tanpa umpan balik positif atau negatif. OP Amp yang ideal harus memiliki penguatan loop terbuka tak terbatas tetapi biasanya berkisar antara 20.000 dan 2, 00000.
2. Impedansi masukan
Ini adalah rasio tegangan input ke arus input. Ini harus tidak terbatas tanpa kebocoran arus dari suplai ke input. Tetapi akan ada beberapa kebocoran arus Pico ampere di sebagian besar Op Amps.
3. Impedansi keluaran
Op Amp yang ideal harus memiliki impedansi keluaran nol tanpa hambatan internal. Sehingga dapat mensuplai arus penuh ke beban yang terhubung ke output.
4. Lebar pita
Op Amp yang ideal harus memiliki respons frekuensi tak terbatas sehingga dapat memperkuat frekuensi apa pun dari sinyal DC ke frekuensi AC tertinggi. Tetapi kebanyakan Op Amps memiliki bandwidth yang terbatas.
5. Offset
Output dari Op Amp harus nol jika perbedaan tegangan antara input adalah nol. Tetapi di sebagian besar Op Amps, output tidak akan nol ketika mati tetapi akan ada tegangan menit darinya.
Konfigurasi Pin OPAMP:
Dalam Op Amp tipikal akan ada 8 pin. Ini adalah
Pin1 - Offset Null
Pin2 - Membalik masukan INV
Pin3 - Input non-pembalik Non-INV
Pin4 - Tanah- Pasokan negatif
Pin5 - Offset Null
Pin6 - Keluaran
Pin7 - Pasokan positif
Pin8 - Strobe
4 jenis keuntungan di OPAMP:
Penguatan tegangan - Tegangan masuk dan tegangan keluar
Penguatan saat ini - Arus masuk dan Arus keluar
Transkonduktansi - Tegangan masuk dan arus keluar
Resistansi trans - Arus masuk dan tegangan keluar
Cara Kerja Penguat Operasional:
Di sini kami menggunakan penguat operasional LM358. Biasanya input non-inverting harus diberikan ke biasing dan input inverting adalah penguat nyata yang menghubungkan ini ke umpan balik 60k resister dari output ke input. Dan resister 10k dihubungkan secara seri dengan kapasitor dan supply gelombang sinus 1V diberikan ke rangkaian, sekarang kita akan melihat bagaimana gain akan diatur oleh R2 / R1 = 60k / 10k = 6 gain, maka outputnya adalah 6V . Jika kita mengubah gain sebesar 40 maka outputnya adalah 4V gelombang sinus.
Video tentang Kerja Penguat Operasional
Biasanya, ini adalah penguat catu daya ganda, mudah dikonfigurasi ke catu daya tunggal dengan menggunakan jaringan penahan. Dalam hal ini, resister R3 dan R4 menempatkan tegangan setengah dari tegangan suplai melintasi input non-pembalik yang menyebabkan tegangan output juga menjadi setengah dari tegangan suplai membentuk semacam resistor tegangan bias R3 dan R4 dapat berupa nilai apa pun dari 1k hingga 100k tetapi dalam semua kasus keduanya harus sama. Kapasitor tambahan 1 F telah ditambahkan ke input non-pembalik untuk mengurangi kebisingan yang disebabkan oleh konfigurasi. Penggunaan kapasitor kopling untuk input dan output diperlukan untuk konfigurasi ini.
3 aplikasi OPAMP:
1. Amplifikasi
Sinyal keluaran yang diperkuat dari Op Amp adalah perbedaan antara dua sinyal masukan.
Diagram yang ditunjukkan di atas adalah koneksi sederhana Op Amp. Jika kedua input disuplai dengan tegangan yang sama, maka Op Amp akan mengambil selisih antara kedua tegangan tersebut dan akan menjadi 0. Op Amp akan mengalikannya dengan penguatannya 1.000.000 sehingga tegangan keluarannya adalah 0. Ketika 2 volt adalah diberikan ke satu input dan 1 volt di yang lain, maka Op Amp akan mengambil perbedaannya dan mengalikan dengan gain. Yaitu 1 volt x 1.000.000. Namun gain ini sangat tinggi sehingga untuk mengurangi gain tersebut biasanya dilakukan feedback dari keluaran ke masukan melalui resistor.
Pembalik Amplifier:
Rangkaian yang ditunjukkan di atas adalah penguat pembalik dengan input Non pembalik yang terhubung ke ground. Dua resistor R1 dan R2 dihubungkan di sirkuit sedemikian rupa sehingga R1 memberi makan sinyal input sementara R2 mengembalikan output ke input Pembalik. Di sini, ketika sinyal input positif, output akan menjadi negatif dan sebaliknya. Perubahan tegangan pada output relatif terhadap input tergantung pada rasio resistor R1 dan R2. R1 dipilih sebagai 1K dan R2 sebagai 10K. Jika input menerima 1 volt, maka akan ada arus 1 mA melalui R1 dan output harus menjadi - 10 volt untuk memasok arus 1 mA melalui R2 dan untuk mempertahankan tegangan nol pada input Pembalik. Oleh karena itu penguatan tegangan adalah R2 / R1. Yaitu 10K / 1K = 10
Amplifier Non-pembalik:
Rangkaian yang ditunjukkan di atas adalah penguat Non inverting. Di sini input Non pembalik menerima sinyal sedangkan input Pembalik terhubung antara R2 dan R1. Ketika sinyal input bergerak baik positif atau negatif, output akan berada dalam fase dan menjaga tegangan pada input pembalik sama dengan input non-pembalik. Keuntungan tegangan dalam hal ini akan selalu lebih tinggi dari 1 jadi (1 + R2 / R1).
dua. Pengikut Tegangan
Rangkaian di atas adalah pengikut tegangan. Di sini ia memberikan impedansi masukan tinggi, impedansi keluaran rendah. Ketika tegangan masukan berubah, keluaran dan masukan pembalik akan berubah sama.
3. Pembanding
Penguat operasional membandingkan tegangan yang diterapkan pada satu input dengan tegangan yang diterapkan pada input lainnya. Perbedaan apa pun antara tegangan yang kecil akan membuat op-amp menjadi jenuh. Ketika tegangan yang disuplai ke kedua input memiliki besaran dan polaritas yang sama, maka output op-amp adalah 0Volts.
Komparator menghasilkan tegangan keluaran terbatas yang dapat dengan mudah dihubungkan dengan logika digital, meskipun kompatibilitasnya perlu diverifikasi.
Video tentang Penguat Operasional sebagai Diagram Sirkuit Komparator
Di sini kami memiliki op-amp yang digunakan sebagai komparator dengan terminal pembalik dan non-pembalik dan menghubungkan beberapa pembagi potensial dan meteran padanya dan voltmeter pada output dan LED ke hasil. Rumus dasar untuk pembanding adalah ketika '+' lebih dari '-' maka outputnya tinggi (satu), jika tidak outputnya nol. Ketika tegangan pada input negatif berada di bawah tegangan referensi, outputnya tinggi dan ketika input negatif berada di atas tegangan pada positif, output menjadi rendah.
3 Persyaratan untuk OPAMP:
1. Offset Nulling
Sebagian besar OPAMP memiliki tegangan Offset pada keluarannya meskipun tegangan masukannya sama. Untuk membuat keluaran ke tegangan nol, metode offset nulling digunakan. Di sebagian besar Op-Amps terdapat offset kecil karena sifat bawaannya dan hasil dari ketidakcocokan dalam pengaturan bias input. Jadi tegangan keluaran kecil tersedia pada keluaran beberapa Op-amp meskipun sinyal masukannya nol. Kelemahan ini dapat diperbaiki dengan memberikan tegangan offset kecil ke input. Ini dikenal sebagai tegangan Input Offset. Untuk menghapus atau Null the Offset, kebanyakan Op-Amps memiliki dua pin untuk mengaktifkan offset nulling. Untuk ini, Pot atau Preset dengan nilai tipikal 100K harus dihubungkan antara pin 1 dan 5 dengan Penghapus ke tanah. Dengan mengatur preset, output dapat diatur pada tegangan Nol.
dua. Kompensasi Strobing atau Fase
Op-Amps terkadang menjadi tidak stabil dan untuk membuatnya stabil untuk seluruh pita frekuensi, Cap biasanya dihubungkan antara Strobe pin 8 dan pin1. Biasanya kapasitor cakram 47pF ditambahkan untuk kompensasi fase sehingga OpAmp akan tetap stabil. Ini paling penting jika OpAmp digunakan sebagai Amplifier sensitif.
3. Umpan balik
Seperti yang Anda ketahui, Op-Amp memiliki amplifikasi yang sangat tinggi biasanya sekitar 1.000,00 kali lipat. Misalkan Op-Amp memiliki 10.000 gain, maka Op-Amp akan memperkuat perbedaan tegangan pada masukan Non pembalik (V +) dan masukan Pembalik (V-). Jadi tegangan keluaran V keluar
10.000 x (V + - V-)
Dalam diagram, sinyal diterapkan ke masukan Non pembalik dan masukan Pembalik dihubungkan ke keluaran. Jadi V + = V in dan V- = Vout. Oleh karena itu Vout = 10.000 x (Vin - Vout). Oleh karena itu tegangan keluaran hampir sama dengan tegangan masukan.
Sekarang mari kita lihat cara kerja Umpan Balik. Cukup menambahkan resistor antara input pembalik dan output akan sangat mengurangi keuntungan. Dengan mengambil sebagian kecil dari tegangan keluaran ke masukan pembalik dapat mengurangi amplifikasi secara signifikan.
Sesuai persamaan sebelumnya, V out = 10.000 x (V + - V-). Tetapi di sini resistor umpan balik ditambahkan. Jadi disini V + adalah Vin dan V- adalah R1.R1 + R2 x V keluar. Oleh karena itu V out adalah 10.000 x (Vin - R1.R1 + R2xVout). Jadi V keluar = R1 + R2.R1x Vin
Umpan Balik Negatif:
Di sini, output dari Op-Amp dihubungkan ke input Pembalikan (-), sehingga output diumpankan kembali ke input untuk mencapai kesetimbangan. Dengan demikian sinyal masukan pada masukan Non Pembalik (+) akan direfleksikan pada keluaran. Op-amp dengan umpan balik negatif akan mendorong outputnya ke level yang diperlukan dan karenanya perbedaan tegangan antara input pembalik dan non-pembalik akan hampir nol.
Kritik yang baik:
Di sini tegangan keluaran diumpankan kembali ke masukan Non pembalik (+). Sinyal input diumpankan ke input Pembalikan. Dalam desain umpan balik positif, jika input Pembalik dihubungkan ke ground, maka tegangan keluaran dari Op-amp akan tergantung pada besarnya dan polaritas tegangan pada input Non pembalik. Ketika tegangan input positif, maka output Op-Amp akan positif dan tegangan positif ini akan diumpankan ke input Non-pembalik sehingga menghasilkan output positif penuh. Jika tegangan input negatif, maka kondisinya akan terbalik.
Aplikasi Penguat Operasional - Preamplifier Audio
Filter dan pra-amplifier:
Power amplifier akan muncul setelah pre-amplifier dan sebelum speaker. Pemutar CD dan DVD modern tidak membutuhkan pra-amplifier. Mereka membutuhkan kontrol volume dan pemilih sumber. Dengan menggunakan kontrol switching dan volume pasif kita dapat menghindari pre-amplifier.
Mari kita bahas tentang penguat daya Audio
Penguat daya adalah komponen yang dapat menggerakkan pengeras suara dengan mengubah sinyal level rendah menjadi sinyal besar. Pekerjaan power amplifier adalah menghasilkan tegangan yang relatif tinggi dan arus yang tinggi. Biasanya kisaran penguatan tegangan antara 20 hingga 30. Penguat daya memiliki resistansi keluaran yang sangat rendah.
Spesifikasi Audio Power Amplifier
- Daya keluaran maksimum:
Tegangan keluaran tidak tergantung pada beban, baik untuk sinyal kecil maupun besar. Tegangan yang diberikan yang diterapkan ke beban menyebabkan dua kali jumlah arus. Oleh karena itu, dua kali jumlah daya yang akan dikirim. Peringkat daya adalah daya gelombang sinus rata-rata kontinu sehingga daya dapat diukur dengan menggunakan gelombang sinus yang tegangan RMSnya diukur dalam basis jangka panjang.
- Respon frekuensi:
Respons frekuensi harus memperluas pita audio penuh 20 Hz hingga 20 KHz. Toleransi terhadap respon frekuensi adalah ± 3db. Cara konvensional untuk menentukan bandwidth adalah penguat turun sebesar 3db dari nominal 0db.
- Kebisingan:
Penguat daya harus menghasilkan kebisingan rendah ketika penguat daya digunakan dengan frekuensi tinggi. Parameter kebisingan mungkin berbobot atau tidak berbobot. Noise tak berbobot akan ditentukan pada bandwidth 20 KHz. Berdasarkan spesifikasi noise tertimbang sensitivitas telinga akan dipertimbangkan. Pengukuran noise berbobot cenderung mereduksi noise pada frekuensi yang lebih tinggi sehingga pengukuran noise berbobot lebih baik daripada pengukuran noise tidak berbobot.
- Distorsi:
Distorsi harmonik total adalah distorsi umum yang biasanya ditentukan pada frekuensi yang berbeda. Ini akan ditentukan pada tingkat daya yang diberikan dengan impedansi beban penggerak penguat daya.
