3.4 Menganalisis karakteristik, parameter dan kegunaan penguat operasional
KARAKTERISTIK OPERATIONAL AMPLIFIER
Op-Amp, Penguat Tegangan. Dengan bantuan beberapa komponen eksternal, merupakan Rangkaian Aktif, dapat melakukan operasi matematis seperti.
Penjumlahan, Pengurangan, Perkalian, Pembagian, Diferensiasi dan Integrasi.
OPERATIONAL AMPLIFIER IDEAL
Masing-masing elemen rangkaian ini, seperti umpan balik negatif dan positif, impedansi, linearitas, penguatan, dan efisiensi digunakan dengan tujuan meningkatkan kinerja penguat menuju tujuan pembuatan penguat ideal.
Penguat yang IDEAL
• Memiliki Lebar Pita yang tak terbatas.
• Memiliki Gain yang sangat tinggi, dapat dengan mudah dikontrol.
• Tanpa Distorsi.
• Memiliki Rasio Sinyal terhadap kebisingan yang sangat tinggi.
• Mudah dikonversi untuk melakukan fungsi penguat yang berbeda.
• Murah.
Disamping Parameter
Penguat yang IDEAL
• Memiliki Lebar Pita yang tak terbatas.
• Memiliki Gain yang sangat tinggi, dapat dengan mudah dikontrol.
• Tanpa Distorsi.
• Memiliki Rasio Sinyal terhadap kebisingan yang sangat tinggi.
• Mudah dikonversi untuk melakukan fungsi penguat yang berbeda.
• Murah.
Disamping Parameter
- Impedansi Masukan yang sangat tinggi
- Impedansi Keluaran nol ohm
- Gain tinggi yang tak terbatas
- Lebar Pita tak terhingga
Parameter penting
- Input Impedance (Zin)
- Input Bias Current (Iin)
- Large Signal Voltage Gain (Av)
- Output Impedance (Zout)
Paket IC Tunggal, Ganda atau Quad Op-Amp dalam satu perangkat tunggal.
Op-Amplifier umum digunakan dan proyek adalah Standar Industri μA-741.
Pin1 – Offset Null
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 digunakan dengan umpan balik, beroperasi dengan cara yang dapat diprediksi oleh beberapa aturan dasar, disebut "Aturan Emas".
1. Voltage Rule
Output Op-Amp akan berubah sesuai kebutuhan untuk menjaga dua tegangan Input Identik. Jika ada sinyal input atau tegangan mencoba membuat 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
Impedansi Input sangat tinggi, tidak ada arus yang mengalir ke Input. Op-Amp Ideal digunakan untuk membuat operasi dari dua rangkaian penguat tegangan lebih mudah dipahami. Perbedaan kecil antara Op-Amp Ideal.
KARAKTER IDEAL OP-AMP
1. Open Loop Gain (Avo)
Tak Terbatas - Memperkuat Sinyal Input dan Gain Loop yang lebih terbuka memiliki lebih baik. Adalah Gain dari Op-Amp tanpa Umpan Balik Positif atau Negatif, Gain menjadi tidak terbatas, Nilai Real berkisar 20.000 - 200.000.
2. Input Impedance (Zin)Tak Terbatas - Rasio Tegangan Input ke arus masukan dan diasumsikan tidak terbatas untuk mencegah arus mengalir dari sumber pasokan ke rangkaian masukan penguat (Iin = 0). Op-Amp riil memiliki masukan arus bocor dari beberapa pico-amp hingga beberapa milli-amp.
3. Output Impedance (Zout)
Nol - Ideal diasumsikan Nol sebagai sumber tegangan internal sempurna tanpa hambatan internal sehingga dapat memasok arus yang diperlukan untuk beban. Hambatan Internal efektif di seri dengan beban sehingga mengurangi tegangan output. Op-amp nyata memiliki Impedansi Output dalam rentang 100-20kΩ.
Tak Terbatas - Memiliki Respons Frekuensi tak terbatas dan memperkuat Sinyal Frekuensi dari DC ke frekuensi AC tertinggi sehingga diasumsikan memiliki Bandwidth tak terbatas. Op-Amp nyata, Bandwidth dibatasi oleh Gain-Bandwidth (GB), sama dengan frekuensi di mana penguatan menjadi kesatuan.
5. Offset Voltage (Vio)
Nol - Output Penguat menjadi Nol ketika perbedaan tegangan antara Input Pembalik dan Non-Pembalik = Nol, sama atau ketika kedua Input dibumikan. Op-amp nyata memiliki sejumlah Tegangan Offset Output.
6. Zero Common-Mode Gain
= Infinite Common Mode-Rejection Ratio (CMMR)
7. Zero Noise
PARAMETER OP-AMP
Supply Voltage
Dua jenis pasokan digunakan untuk Op-Amp, pasokan Ganda dan Tunggal.
➤ Pasokan Ganda (+VS dan -VS) dalam kisaran +-12 hingga +-18V
➤ Pasokan Tunggal (+VS dan Gnd) dalam kisaran +18V hingga Gnd
Memungkinkan Nol perbedaan antara terminal input untuk menghasilkan Output 0V dan sinyal output mengayun baik Positif maupun Negatif terhadap tanah.
Frequency Response
Ideal Respon Frekuensinya harus tidak terbatas, akan memperkuat frekuensi secara merata. Penguat praktis sulit / tidak mungkin dicapai, tetapi Op-Amp memiliki bandwidth yang sangat lebar dan mudah variabel.
Dua jenis pasokan digunakan untuk Op-Amp, pasokan Ganda dan Tunggal.
➤ Pasokan Ganda (+VS dan -VS) dalam kisaran +-12 hingga +-18V
➤ Pasokan Tunggal (+VS dan Gnd) dalam kisaran +18V hingga Gnd
Memungkinkan Nol perbedaan antara terminal input untuk menghasilkan Output 0V dan sinyal output mengayun baik Positif maupun Negatif terhadap tanah.
Frequency Response
Ideal Respon Frekuensinya harus tidak terbatas, akan memperkuat frekuensi secara merata. Penguat praktis sulit / tidak mungkin dicapai, tetapi Op-Amp memiliki bandwidth yang sangat lebar dan mudah variabel.
Respon Frekuensi Loop Terbuka
Operational Amplifier Ideal
Istilah "Close-Loop", Loop yang dibentuk oleh Umpan-Maju dan Umpan-Balik. Jalur umpan-maju dibentuk oleh Op-Amp, Jalur umpan-balik dibentuk oleh Resistor umpan balik R2.
Open Loop Voltage Gain
Jika Loop rusak, Loop adalah "OPEN".
Gain (Aol) = Vout / Vin = -Aop
LMC660 memiliki 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 menjadi 0dB, kenaikan tegangan x1.
Closed Loop Voltage Gain
Gain Tegangan rangkaian terbuka dari penguat pembalik.
Gain (Acl) = Vout / Vin = - R2 / R1
Keuntungan besar dari Op-Amp berkurang dengan menerapkan jumlah Umpan Balik Negatif. Cara ini Respons dapat dicapai, memanjang dari DC (0Hz) ke Frekuensi hingga 1MHz, manfaat dari pengurangan kebisingan dan distorsi.
Garis putus-putus berwarna biru menunjukkan respons op amp dengan umpan balik negatif. Gain telah dikurangi menjadi 20dB, Gain Tegangan Loop Tertutup (Acl) dari x10, menghasilkan respon datar dari 0Hz hingga sekitar 140kHz.
Large Signal Voltage Gain
Gain Tegangan sinyal besar dikutip dalam preferensi ke Gain Tegangan Loop Terbuka. Gain tegangan loop terbuka yang diukur pada DC dengan amplifier yang menghasilkan output tegangan besar (hanya kurang dari maksimum), biasanya dikutip dalam V / mV.
Gain Bandwidth Product
Karena Gain Loop Tertutup dan Bandwidth sinyal kecil pada Op-Amp sangat terkait, parameter 'Gain Bandwidth Product' digunakan untuk menggambar kan kombinasi keuntungan dan bandwidth yang lebih baik.
Grafik Respon Frekuensi Loop Terbuka, semua titik Gain Tegangan x Bandwidth = 1,4 juta (Hz). Contoh, Bandwidth 140kHz x gain tegangan 10 memberikan 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 dan turun yang cepat, bandwidth dapat dikurangi oleh Slew Rate. Maka Bandwidth Daya menjadi lebih Relevan.
Maximum Differential Input
Tegangan Maksimum dapat diterapkan antara dua input, beberapa perangkat dapat sama dengan tegangan suplai, tetapi yang 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 hingga 10MΩ
- FET dan CMOS, jauh lebih tinggi, berkisar hingga 1012Ω atau lebih.
Input Offset Current
Arus yang mengalir ke dua input idealnya keduanya Nol, tetapi untuk op amp praktis, meskipun arus input masih sangat kecil. Arus yang tidak sama menyebabkan tegangan yang berbeda pada input, dan ketika perbedaan kecil dalam tegangan diperkuat, menyebabkan output menjadi nol dari nol.
Untuk mengatasi efek ini, Input Offset Voltage dapat diterapkan di antara input untuk memperbaiki tegangan output ke nol. Nilai khas untuk op amp bipolar adalah ± 1mV berkisar hingga 15mV untuk tipe FET.
Temperature Coefficients
Arus Offset Masukan dan Tegangan Offset Masukan dipengaruhi oleh perubahan suhu, dan cenderung melayang lebih tinggi karena 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 langsung tegangan pada input. Semakin tinggi nilainya (dalam V/µs) laju perubahan arah, semakin cepat output dapat berubah dan semakin mudah dapat mereproduksi Sinyal Frekuensi Tinggi.
Jika ayunan tegangan terbesar dan frekuensi tertinggi dari sinyal diketahui, laju perubahan tegangan minimum yang diperlukan untuk op amp dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
Dimana
f = frekuensi sinyal tertinggi (Hz)
Vpk = tegangan puncak maksimum dari sinyal.
Power Bandwidth
Laju Perubahan dihitung untuk sinyal besar menjadi sama atau lebih besar dari laju perubahan amplifier, ‘Pembatasan Kecepatan Pembesaran’ mulai terjadi, menyebabkan berkurangnya penguatan dan distorsi sinyal.
Frekuensi tertinggi dapat digunakan untuk memperkuat sinyal amplitudo penuh sebelum ‘Pembatasan Kecepatan Slew’ adalah batas frekuensi tertinggi dari Bandwidth Daya.
Contoh.
Op-Amp yang beroperasi dari pasokan ± 15V, bandwidth daya akan ditetapkan sebagai rentang frekuensi di mana ayunan ± 10V dapat diukur pada output dengan distorsi harmonik total kurang dari 5%.
Aplikasi Op-Amp
1. Amplification
1.1. Inverting Amplifier
Perubahan tegangan pada output relatif terhadap input tergantung pada rasio resistor Rin dan Rf. Dipilih Rin=1K dan Rf=10K. Jika input menerima 1 volt, maka akan ada arus 1 mA melalui Rin dan output menjadi -10 volt untuk mensuplai arus 1 mA melalui Rf dan mempertahankan tegangan Nol pada masukan Pembalik. Gain Tegangan adalah Rf / Rin. Adalah 10K / 1K = 10
Koneksi sederhana Op-Amp. Jika kedua Input disediakan dengan tegangan yang sama, maka Op-Amp akan mengambil perbedaan antara dua voltase dan itu akan menjadi 0.
Ketika 2 volt diberikan ke satu input dan 1 volt di yang lain, maka Op Amp akan mengambil perbedaannya dan 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 dan Rf terhubung dalam rangkaian sehingga Rin memberikan sinyal input sementara Rf mengembalikan output ke input pembalikan. Ketika sinyal input Positif hasilnya akan Negatif dan sebaliknya.
Perubahan tegangan pada output relatif terhadap input tergantung pada rasio resistor Rin dan Rf. Dipilih Rin=1K dan Rf=10K. Jika input menerima 1 volt, maka akan ada arus 1 mA melalui Rin dan output menjadi -10 volt untuk mensuplai arus 1 mA melalui Rf dan mempertahankan tegangan Nol pada masukan Pembalik. Gain Tegangan adalah Rf / Rin. Adalah 10K / 1K = 10
1. Non-inverting Amplifier
Ketika Sinyal Input bergerak Positif atau Negatif, Output akan berada dalam fase dan menyimpan tegangan pada input pembalik sama dengan input Non inverting. Kenaikan tegangan akan lebih tinggi dari 1 sehingga (1 + R2 / R1).
Menerima sinyal ketika input pembalik terhubung antara Rf dan Rin.
Ketika Sinyal Input bergerak Positif atau Negatif, Output akan berada dalam fase dan menyimpan tegangan pada input pembalik sama dengan input Non inverting. Kenaikan tegangan akan lebih tinggi dari 1 sehingga (1 + R2 / R1).
2. Voltage Follower
Ketika tegangan yang diberikan ke kedua input sama besarnya dan polaritasnya sama, maka output op-amp adalah 0Volts. Komparator menghasilkan voltase output terbatas yang dapat dengan mudah berinterferensi dengan logika digital, meskipun kompatibilitas perlu diverifikasi.
Operasional Amplifier hanyalah penguat tegangan diferensial dengan input impedansi tak terbatas, penguatan tak terhingga dan Impedansi Keluaran Nol (Ideal nya).
Filter dan Pre-Amplifierpenguat
Spesifikasi Audio Power Amplifier
➤ Daya Output Maksimum:
➤ Tanggapan Frekuensi:
➤ Kebisingan:
➤ Distorsi:
Menyediakan Impedansi Input yang tinggi, Impedansi keluaran yang rendah.
Ketika tegangan input berubah,
Output dan input pembalik akan berubah secara merata.
3. Comparator
Membandingkan tegangan yang diterapkan pada satu input ke tegangan yang diterapkan pada input lainnya. Setiap perbedaan antara tegangan yang pernah ada jika drive kecil op-amp menjadi Saturasi.
Ketika tegangan yang diberikan ke kedua input sama besarnya dan polaritasnya sama, maka output op-amp adalah 0Volts. Komparator menghasilkan voltase output terbatas yang dapat dengan mudah berinterferensi dengan logika digital, meskipun kompatibilitas perlu diverifikasi.
Kesimpulan Operational Amplifier
Operasional Amplifier Dasar tidak mencoba untuk menjaga perbedaan potensial masukan nol, umpan balik negatif tidak. Jika umpan balik negatif tidak ada, dan tegangan input diterapkan, output akan berada pada Tegangan Jenuh (Ideal nya tidak terbatas).
Operasional Amplifier hanyalah penguat tegangan diferensial dengan input impedansi tak terbatas, penguatan tak terhingga dan Impedansi Keluaran Nol (Ideal nya).
jika menerapkan tegangan pada input (dengan terminal positif pada potensial yang 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 dan Pre-Amplifierpenguat
Power Amplifier akan datang setelah pre-amplifier dan sebelum speaker. CD dan DVD tidak perlu pra-penguat. Butuh kontrol volume dan pemilih sumber. Kontrol switching dan volume pasif, dapat menghindari pre-amplifier.
Penguat Daya adalah komponen yang dapat menggerakkan pengeras suara dengan mengubah sinyal tingkat rendah menjadi sinyal besar.
Penguat Daya menghasilkan tegangan yang relatif tinggi dan arus yang tinggi.
Rentang Gain tegangan berada di antara 20 hingga 30.
Penguat daya memiliki resistansi keluaran yang sangat rendah.
Spesifikasi Audio Power Amplifier
➤ Daya Output Maksimum:
Tegangan Output tidak bergantung pada beban, untuk sinyal kecil atau besar. Tegangan yang diberikan pada beban menyebabkan dua kali jumlah arus.
Peringkat Daya, Daya gelombang sinus rata-rata terus menerus sehingga daya dapat diukur dengan menggunakan gelombang sinus yang tegangan RMS diukur pada basis jangka panjang.
➤ Tanggapan Frekuensi:
Respons Frekuensi memperpanjang pita audio penuh 20 Hz hingga 20 KHz. Toleransi terhadap respons frekuensi adalah ± 3db. Cara konvensional untuk menentukan bandwidth adalah penguat turun dengan 3db dari 0db nominal.
➤ Kebisingan:
Harus menghasilkan derau rendah saat penguat daya digunakan dengan frekuensi tinggi. Parameter kebisingan dapat ditimbang atau tidak berbobot. Suara tanpa bobot akan ditentukan lebih dari 20 KHz-bandwidth.
Spesifikasi Noise berbobot sensitivitas telinga dipertimbangkan. Pengukuran kebisingan berbobot cenderung melemahkan kebisingan pada frekuensi yang lebih tinggi maka pengukuran kebisingan berbobot cukup baik daripada pengukuran kebisingan tidak berbobot.
Distorsi Harmonik Total adalah distorsi umum yang biasanya ditentukan pada frekuensi yang berbeda. Akan ditentukan pada tingkat daya yang diberikan dengan Impedansi mengemudi power amplifier mengemudi.
4.4 Menguji karakteristik, parameter penguat operasional
-Praktik pengujian Op -Amp belum tersedia
link sumber ajar
- http://myelectronicnote.blogspot.com/
Komentar
Posting Komentar