FUNGSI DAN KARAKTERISTIK PENGUAT OPERASIONAL OPERASI ONAL (OP AMP) AMP) Penguat Peng uat ope operas rasiona ionall ata atau u opop-amp amp adal adalah ah ran rangkai gkaian an ele elektr ktroni onik k yan yang g dir diranca ancang ng dan dikemas secara khusus sehingga dengan menambahkan komponen luar sedikit saja dapat dipakai untuk berbagal keperluan. Hingga kini, op-amp yang dibuat dan komponen-komponen diskrit dan dikemas dalam rangkaian tersebut masih dirasakan begitu mahal oleh para insinyur atau teknisi yang pernah menggunakannya. Namun, kini dengan teknologi rangkaian terpadu (IC) yang telah ditingkatkan, ditingkatkan, op-amp dalam bentuk kemasan IC menja menjadi di jauh lebih murah dan amat luas pemakaiannya. Pada mul mulany anyaa opop-amp amp dig digunak unakan an unt untuk uk ran rangkai gkaian an per perhit hitung ungan an anal analog, og, ran rangkai gkaian an pengaturan dan instrumentasi. ungsi utamanya adalah untuk melakukan operasi linier matematika (tegangan dan arus), integrasi dan penguatan. !ini op-amp dapat dijumpai di mana saja, d"lam berbagai bidang# reproduksi suara, sistem sis tem kom komuni unikas kasi, i, sis sistem tem peng pengola olahan han dig digita ital, l, ele elektr ktroni onik k kom komers ersial ial,, dan dan,, ane aneka ka mac macam am perangkat hobyist. $alam $al am kon% kon%igu iguras rasiny inyaa kit kitaa akan mene menemuk mukan an opop-amp amp deng dengan an mas masuka ukan n dan kel keluar uaran an tunggal tun ggal,, mas masuka ukan n dan kel keluar uaran an di% di%ere erensi nsial, al, ata atau u mas masuka ukan n di% di%ere erensi nsial al dan kel keluar uaran an tun tunggal ggal.. !on%igurasi terakhir ini banyak digunakan dalam industri elektronika. !on%lgurasi ini juga akan dipakai sebagai kerangka landasan dalam modul ini. &etiap orang ora ng yan yang g ter terlib libat at dal dalam am ele elektr ktroni onika ka mau tak mau har harus us mem memaham ahamii kegu kegunaan naan opop-amp amp,, mengetahui karakteristiknya, mampu mengenali kon%igurasi dasar rangkaian op-amp dan mampu bekerjasama dengannya.
'P'!'H P-'P I*+ p-amp IC adalah peranti solid-state yang mampu mengindera dan memperkuat sinyal masukan baik $C maupun 'C. p-amp IC yang khas terdiri atas tiga rangkaian dasar, yakni penguat di%erensial impedansi masukan tinggi, penguat tegangan penguatan tinggi, dan penguat keluaran impedansi rendah (biasanya pengikut emiter push-pull).
Penguat Diferensial Sebagai Dasar Penguat Oerasi!nal
Penguat di%erensial adalah suatu penguat yang bekerja dengan memperkuat sinyal yang merupakan selisih dari kedua masukannya. erikut ini adalah gambar skema dari penguat di%erensial sederhana#
Penguat di%erensial tersebut menggunakan komponen * (ipolar unction *ransistor) yang identik / sama persis sebagai penguat. pengua t. Pada penguat di%erensial terdapat dua sinyal masukan (input) yaitu 01 dan 02. $alam kondisi ideal, apabila kedua masukan identik (0id 3 4), maka keluaran 0od 3 4. Hal ini disebabkan karena I1 3 I2 sehingga IC1 3 IC2 dan I51 3 I52. !arena itu tegangan keluaran (0C1 dan 0C2) harganya sama sehingga 0od 0od 3 4. 'pabila terdapat perbedaan antara sinyal 01 dan 02, maka 0id 3 01 6 02. Hal ini akan menyebab meny ebabkan kan ter terjad jadiny inyaa per perbeda bedaan an ant antara ara I1 dan I2 I2.. $eng $engan an beg begitu itu har harga ga IC1 ber berbeda beda dengan IC2, sehingga harga 0od 0od meningkat sesuai sesuai dengan besar penguatan pe nguatan *ransistor. *ransistor. +ntu +n tuk k me memp mper erbes besar ar pen pengu guat atan an da dapa patt di digu guna nakan kan du duaa ti ting ngka katt pe pengu nguat at di di%e %ere rens nsia iall (casca (ca scade). de). !el !eluar uaran an peng penguat uat di% di%ere erensi nsial al dih dihubu ubungka ngkan n den dengan gan mas masukan ukan pen penguat guat di% di%ere erensi nsial al tingka ti ngkatan tan ber beriku ikutny tnya. a. $en $engan gan begi begitu tu bes besar ar peng penguat uatan an tot total al ('d ('d)) adal adalah ah has hasil il kal kalii ant antara ara penguatan penguat di%erensial pertama (0d1) dan penguatan penguat di%erensial kedua (0d2). $alam penerapannya, penerapannya, penguat di%erensial di%erensial lebih disukai apabila hanya memiliki satu keluaran. keluar an. adi yang diguankan adalah tegangan antara satu keluaran dan bumi (ground). (ground). +ntuk dapat dap at men menghas ghasilk ilkan an sat satu u kel keluara uaran n yan yang g teg teganga anganny nnyaa ter terhad hadap ap bum bumii (gr (ground ound)) sam samaa den dengan gan
tegangan antara dua keluaran (0od), maka salah satu keluaran dari penguat di%erensial tingkat kedua di hubungkan dengan suatu pengikut emitor (emitter %ollo7er). +ntu +n tuk k me memp mper erol oleh eh ki kine nerj rjaa yan yang g le lebi bih h bai baik, k, ma maka ka ke kelu luar aran an dar darii pen pengi gikut kut em emit iter er dihubungkan dihubu ngkan dengan suatu kon%igurasi kon%igurasi yang diseb disebut ut dengan totem-pole. totem-pole. $engan menggunakan kon%igurasi ini, maka tegangan keluaran 8 dapat berayun secara positi% hingga mendekati harga 0CC dan dapat berayun secara negati% hingga mendekati harga 055. 'pabil 'pa bilaa sel seluru uruh h ran rangkai gkaian an tel telah ah dih dihubun ubungkan gkan,, mak makaa ren rengka gkaian ian ter terseb sebut ut sud sudah ah dapa dapatt dikatakan dikata kan sebagai penguat operas operasional ional (per (perationa ationall 'mp 'mpli%i li%ier er (p 'mp)). Penjel Penjelasan asan lebih lanjut mengenai hal ini akan dilakukan pada sub bab berikut. Perhatikan, la9imnya op-amp, memerlukan catu positi% dan catu negati%. !arena catunya demi de miki kian an,,
tega te gang ngan an ke kelu luar aran anny nyaa
dapa da patt
bera be rayu yun n
posi po siti ti%%
atau at au ne nega gati ti%%
terh te rhad adap ap bu bumi mi..
!arakteristik op-amp yang terpenting adalah# •
•
Impeda Imp edansi nsi mas masukan ukan ama amatt ti tinggi nggi,, seh sehing ingga ga aru aruss mas masukan ukan pra prakti ktiss dap dapat at dia diabaik baikan. an. Penguatan lup terbuka - amat tinggi. Impedansi keluaran amat rendah, sehingga keluaran penguat tidak terpengaruh oleh pembebanan. erikut ini adalah karakteristik dari p 'mp ideal#
•
Penguatan tegangan lingkar terbuka (open-loop :oltage gain) '0; '0; 3 <
•
*egangan *e gangan o%set keluaran (output o%%set :oltage) 0 3 4
•
Hambatan masukan (input resistance) =I 3 <
•
Hambatan keluaran (output resistance) = 3 4
•
;ebar pita (band 7idth) > 3 <
•
>aktu >a ktu tanggapan (respon time) 3 4 detik
•
!arakteristik tidak berubah dengan suhu !ondisi ideal tersebut hanya merupakan kondisi teoritis tidak mungkin dapat dicapai
dalam kondisi praktis. *etapi para pembuat p 'mp berusaha untuk membuat p 'mp yang
memiliki karakteristik mendekati kondisi-kondisi di atas. !arena itu sebuah p 'mp yang baik harus memiliki karakteristik yang mendekati kondisi ideal.
&imbol op-amp standar /dinyatakan dengan sebuah segitiga, seperti tampak pada ?ambar diat di atas as..
*erm rmin inal al-t -term ermin inal al ma masu sukan kan ada pa pada da ba bagi gian an at atas as se segi giti tiga ga.. a asu suka kan n
memb me mbal alik ik
dinyatakan dengan tanda minus (-). *egangan $C atau 'C yang dikenakan pada masukan ini akan digeser %asanya 1@4 derajat pada keluaran. asukan tak membalik dinyatakan dengan tanda plus (A). *egangan $C atau 'C yang diberikan pada masukan ini akan se%asa dengan, keluaran. *erminal keluaran diperlihatkan pada bagian puncak segitiga. *erm rmin inal al-t -ter ermi minal nal ca catu tu da dan n kak kakii-kak kakii la lain inny nyaa un untu tuk k kom kompe pens nsas asii %r %rek ekue uens nsii at atau au pengaturan nol diperlihatkan pada sisi atas dan sisi ba7ah segitiga. !aki-kaki ini tidak selalu dipe di perl rliiha hatk tkan an
dallam da
diag di agrram
ske kem mat atis is,,
tap apii
seca se carra
impl im pliisit
suda su dah h
diny di nyat atak akan an..
Hubunga Hub ungan n day dayaa mud mudah ah dip dipaham ahami, i, hubu hubungan ngan-hu -hubung bungan an kaki lai lainnya nnya bel belum um ten tentu. tu. ter terpaka pakaii semuanya. *ipe op-amp atau nomor produk berada di tengah-tengah segitiga. =angkaian umum yang bukan menunjukkan op-amp khusus memiliki simbol-simbol '1, '2, '2, dan seterusnya, atau P-1, P-2, dan seterusnya. eskipun kita dapat menggunakan op-amp tanpa mengetahui secara tepat apa yang terjad ter jadii di dal dalamn amnya, ya, tet tetapi api aka akan n leb lebih ih bai baik k bil bilaa kar karakt akteri eristi stik k ker kerjany janyaa kit kitaa paha pahami mi deng dengan an mempelajari rangkaian internalnya.
?ambar diatas diatas menunj menunjukkan ukkan diagram skematis skematis IC op-amp B1 yang populer. p-amp p-amp lainnyaa tak berbeda. =esistor dan kapasi lainny kapasitor tor diusahakan sedikit mungkin dalam perancangan IC ini dan kalau mungkin digunakan transistor. !apasitor kopling tidak dipakai di sini sehingga rangkaian dapat memperkuat sinyal $C sebagai seb agaiman manaa sin sinyal yal 'C 'C.. !apa !apasit sitor or D4 p yan yang g dip diperl erliha ihatka tkan n aka akan n mem memberi berikan kan kom kompens pensasi asi %rekuensi internal, kelak akan dibicarakan pula dalam bab ini. p-amp pada dasarnya terdiri atas tiga tahapan# penguat di%erensial impedansi masukan tinggi,, penguat tegangan berpenguatan tinggi berpenguatan tingg tinggii dengan penggeser le:el (seh (sehingga ingga keluaran dapat berayun positi% atau negatio, dan penguat keluaran impedansi rendah.
EEEEE
+N?&I P-'P
M!"e l!! terbu#a
Idealnya, penguatan op-amp adalah tak berhingga, namun kenyataannya penguatan opamp hanya mencapai kurang lebih 244.444 dalam modus lup terbuka. $alam keadaan demikian tidak ada umpan balik dari keluaran menuju masukan dan penguatan tegangan (':) maksimum, sebagaimana diperlihatkan dalam ?ambar diba7ah ini.
$alam rangkaian praktisnya, adanya perbedaan tegangan sedikit saja pada masukanmasukannya akan menyebabkan tegangan keluaran berayun menuju le:el maksimum catu. *egangan maksimum keluaran kurang lebih F4 G tegangan catu, karena. ada jatuh tegangan internal pada op-amp. (;ihat ?ambar skematik dari op amp B1 diatasdan perhatikan komponen 1, =F, =14, dan 24). !eluaran dikatakan berada dalani keadaan saturasi (jenuh), dan dapat dinyatakan (salah satu) sebagai A 0sat atau -0sat. &ebagai contoh, rangkaian op-amp dalam modus lup terbuka dengan catu ( 1 0 akan menghasilkan ayunan keluaran antara -1D, 0 sampai A1D, 0.
$engan tipe rangkaian seperti ini op-amp amat tidak stabil, keluaran akan 4 0 untuk selisih masukan 4 0 juga,tapi bila ada sedikit beda tegangan pada masukannya, maka keluaran akan berada pada salah satu dari kedua le:el tegangan di atas. odus lup terbuka terutama dijumpai pada rangkaian pembanding tegangan dan rangkaian detektor le:el.
M!"e l!! tertutu
!eserbagunaan op-amp dibuktikan dalam penerapannya pada berbagai tipe rangkaian dalam modus lup tertutup, seperti diperlihatkan dalam ?ambar diba7ah ini.
!omponen luar digunakan untuk memberikan umpan balik keluaran pada masukan membalik. +mpan balik akan menstabilkan rangkaian pada umumnya dan menurunkan derau. Penguatan tegangan (':) akan lebih kecil daripada (J) penguatan maksimum.dalam modus
lup
terbuka.
M!"e enguatan ter#!ntr!l
Penguatan lup tertutup harus dapat dikendalikan pada satu nilai tertentu dalam rangkaian praktis. $engan menambahkan sebuah resistor =in pada masukan membalik seperti pada diba7ah ini, penguatan op-amp dapat diatur.
Perbandingan resistansi = terhaadap =in menentukan penguatan tegangan rangkaian dan besarya dapat dihitung dengan rumus #
=% ': 3 KKKK =in
tanda minus menunjukkan bah7a op-amp merupakan. !on%igurasi membalik tanda ini diabaikan dalam perhitungan misalkan =in 3 14 k( dan = 3 144 k( tegangan masukan 4,41 0 akan menghasilkan tegangan keluaran 4,1 0. ila = ini diubah menjadi 1 k( maka ', bertambah menjadi 144. !ini tegangan masukan sebesar 4,41 0 akan menghasilkan tegangan keluaran 10. M!"e enguatan satu
ila = dan =in sama besar, maka ': sama dengan 1, atau penguatannya satu.Hubungan langsung dari keluaran menuju masukan juga menghasilkan penguatan satu, seperti terlihat pada ?ambar diba7ah ini.
$alam kon%igurasi tak membalik ini, tegangan keluaran. sama dengan tegangan masukan dan ':, sama dengan A 1. erbagai tipe penguatan ini akan digunakan dalam rangkaian rangkaian dasar selanjutnya dalam artikel ini untuk lebih memperjelas 'nda akan %ungsi-%ungsi op-amp.
&alah satu %ungsi yang penting untuk diingat adalah hubungan polaritas masukan terhadap keluaran. *egasnya, dikatakan bah7a bila masukan membalik lebih positi% dibandingkan dengan masukan tak membalik, maka keluaran akan negati%. $emikian pula, jika masukan membalik lebih negati% dibandingkan dengan masukan tak membalik, maka keluaran akan positi%. ?ambar di ba7ah ini menunjukkan %ungsi yang penting ini, dengan .masukan tak membalik dibumikan atau nol :olt.
EEEEEEE
!'='!*5=I&*I! $'N P'='5*5= P-'P
ika 'nda paham akan karakteristik dan parameter peranti elektronik, tentunya akan lebih mudah bagi 'nda untuk memahami penggunaannya dalam rangkaian. $engan.mengetahui apaapa yang bisa diharapkan . dari sebuah op-amp, 'nda akan dibantu dalam merancang dan memperbaiki rangkaian yang menggunakan op-amp. Pasal ini akan menjelaskan in%ormasi-in%orimasi yang bertalian dengan karakteristik dan prameter op amp yang dipakai dalam rangkaian pada umumnya. Impedansi masukkan Idealnya impedansi masukkan op amp adalah tak terhingga, namun dalam kenyataannya hanya mencapai 1 ( atau lebih, berberapa op amp khusus ada yang memiliki impedansi masukkan 144 (semakin tinggi impendansi masukkan semaikin baik penampilan op amp tersebut, pada %rekuensi tinggi kapasitansi masukkan op amp banyak berpengaruh la9imnya kapasitansi ini kurang dari 2 p, bila sebuah terminal masukkan op amp dibumikan.
I$e"ansi Keluaran
Idealnya, impedansi keluaran adalah nol. !enyataannya, berbeda beda untuk setiap opamp. Impedansi keluaran ber:ariasi antara 2 sampai ribuan ohm. +ntuk kebanyakan pemakaian, impedansi keluaran dianggap nol, sehingga op-amp akan dianggap ber%ungsi sebagai sumber tegangan yang mampu memberikan arus dari berbagai macam beban. $engan impedansi masukan yang tinggi dan impedansi keluaran yang rendah op-amp akan berperan sebagai peranti penyesuai impedansi.
Arus %ias Masu#an
&ecara teoritis impedansi masukan tak berhingga. besarnya, sehingga seharusnya tak ada arus masukan. Namun, akan ada sedikit arus masukan, pada khususnya dalam ordo pikoampere sampai mikroampere. Harga rata-rata kedua arus ini dikenal sebagai arus bias masukan. 'rus ini dapat menggoyahkan kestabilan op-amp, sehingga mempengaruhi keluaran. Pada umumnya makin rendah arus bias masukan, kian rendah pula kelabilannya. p-amp yang menggunakan transistor e%ek medan (5*) pada masukan-masukannya memiliki arus bias masukan terendah.
Tegangan Offset Keluaran
*egangan o%%set keluaran (tegangan kesalahan) disebabkan oleh arus bias masukan. ila tegangan kedua masukan sama besar, keluaran op-amp akan nol :olt. Namun jarang ditemukan kejadian seperti ini, sehingga pada keluarannya akan ada sedikit tegangan. !eadaan seperti ini dapat diatasi dengan teknik penolan o%%set, yaitu dengan menambahkan arus atau tegangan o%%set masukan.
Arus Offset Masu#an
!edua arus masukan seharusnya sama besar sehingga tegangan keluarn nol. *api ini tidak mungkin, karena itu harus ditambahkan arus o%%set masukan untuk menjaga supaya keluaran tetap nol :olt. $engan perkataan lain, untuk. memperoleh keluaran nol :olt, sebuah masukan mungkin menarik arui lebih besar daripada lainnya. 'rus o%%set ini dapat mencapai 24 m'.
Tegangan Offset Masu#an
idealnya, tegangan keluaran op-amp nol manakala tegangan kedua masukan nol. Namun, berkenaan dengan penguatan op-amp yang tinggi, adanya sedikit ketakseimbangan dalam rangkaian akan mengakibatkan munculnya tegangan keluaran. $engan memberikan sedikit tegangan o%%set pada sebuah masukannya, tegangan keluaran dapat dinolkan kembali.
Pen!lan Offset
'da bermacam-macam cara pemberian tegangan o%%set masukan untuk menolkan kembali tegangan keluaran. Pabrik-pabrik op-amp telah memasukkan hal ini ke dalam perhitungan dan dalam. lembaran data mereka telah diberikan rekomendasi terbaik untuk opamp-op-amp tertentu. ?ambar diba7ah ini menunjukkan cara menolkan op-amp yang khas. *erminal-lerminal
o%%set
nol
telah
diperlihatkan
dalam
?ambar
sebelumnya.
Prosedur berikut menjelaskan urutan kerja penolan tegangan keluaran. Pastikan bah7a rangkaian telah dilengkapi dengan komponenkomponen yang dihutuhkan, termasuk rangkaian penolan. (=angkaian penolan biasanya tidak ditunjukkan dalam diagram skematisnya). Perkecil sinyal masukan sampai nol. ila resistor masukan seri kira-kira 1G lebih tinggi daripada impedansi sumber sinyal, tak perlu diapa-apakan lagi keadaan ini. ila resistor seri sama atau lebih kecil daripada impedansi sumber, gantilah setiap sumber =esistor pengatur tegangan-o%%set dengan resistor yang sepadan dengan impedansinya. Hubungkan beban pada terminal keluaran.asukan catu $C dan tunggulah beberapa menit agar rangkaian mantap keadaannya. Hubungkan sebuah :oltmeter yang peka (mampu memberikan pembacaan beberapa mili:olt) atau siloskop yang dikopel $C pada beban untuk
membaca tegangan keluLaran (0out). Putarlah resistor :ariabel sampai 0out terbaca nol. ;epaskan setiap komponen tambahan pada masukan dan hubungkan kembali masukan-masukan sumber, pastikan tidak menyentuh resistor pengatur tegangan o%%set, karena dapat mengubah nilainya.
Pengaru& Te$eratur
Perubahan temperatur mempengaruhi semua peranti solid state, tak terkecuali op-amp. =angkaian $C yang menggunakan op-amp cenderung lebih rentan terhadap pengaruh ini dibandingkan rangkaian 'C. Perubahan temperatur dapat menyebabkan perubahan arus o%%set dan tegangan o%%set, inilah yang disebut geseran. $ri%t yang disebabkan oleh temperatur akan mengganggu setiap ketakseimbangan op-amp yang telah diatur sebelumnya, akibatnya pada keluaran akan terjadi kesalahan.
K!$ensasi Fre#uensi
!arena penguatan op-amp yang tinggi dan adanya pergeseran %asa antar rangkaian internal, maka pada %rekuensi tinggi tertentu sebagian sinyal keluaran akan diumpankan kembali ke dalam masukan, sehingga terjadi osilasi. *idak jarang orang menambahkan kapasitor kompensasi pada op-amp, entah secara internal maupun eksternal, tujuannya adalah untuk mencegah osilasi ini dengan jalan menurunkan penguatan op-amp ketika %rekuensi dinaikkan.
La'u Lantingan
;aju lantingan atau sle7 rate adalah laju perubahan maksimum tegangan keluaran opamp. ;aju ini dinyatakan sebagai#
Perubahan laju tegangan keluar g 3 KKKKKK66666666666666666KK
Perubahan 7aktu
p-amp B1 serba guna memiliki laju lantingan 4, 0/(s, yang berarti tegangan keluaran maksimum dapat berubah 4, 0 dalam I (s. !apasitansi membatasi kemampuan MpelantinganM ini dan keluaran akan mengalami penundaan setelah diumpankan masukan, seperti yang diperlihatkan dalam ?ambar B. ;ebih kerap lagi, kapasitor kompensasi %rekuensi, entah internal maupun eksternal, menyebabkan pembatasan kemampuan laju lantingan di dalam op amp
Pada %rekuensi-%rekuensi tinggi atau pada laju perubahan sinyal yang tinggi, pembatasanlaju lantingan lebih sering terjadi. ;aju lantingan adalah parameter penampilan -sinyal besar. iasanya laju lantingan dinyatakan pada penguatan satu. p-amp dengan laju lantingan lebih tinggi memiliki lebar-jalur yang lebih besar.
Tanggaan
Fre#uensi
Penguatan
!a$ turun
terhadap
kenaikan %rekuensi.
Penguatan yang.diberikan pabrik biasanya dinyatakan pada nol Hert9 atau $C. ?ambar @ menunjukkan kur:a penguatan tegangan terhadap tanggapan %rekuensi. $alam modus lup terbuka, penguatan turun amat cepat sejalan dengan peningkatan %rekuensi. ila %rekuensi naik 14 kali maka penguatan turun menjadi 1/14 kalinya. *itik breako:er terjadi pada B4,BG penguatan maksimum. ;a9imnya lebar-jalur dinyatakan pada titik di mana penguatan turun B4,BG dari skala maksimumnya. !arena itu, lebar-jalur lup terbuka sekitar 14 H9 untuk contoh ini. +ntungnya, op-amp biasanya memerlukan umpan balik yang si%atnya degenerati% dalam rangkaian-rangkaian penguat. +mpan balik inilah yang memperlebar jalur rangkaian. +ntuk penguatan lup tertutup sebesar 144, lebar-jalur meningkat sampai kira-kira 144 kH9. ila
penguatan diturunkan menjadi l4, lebar-jalur akan melebar menjadi 144 kH9, *itik penguatan satu terjadi pada 1 H9, titik ini disebut %rekuensi penguatan satu. rekuensi penguatan satu merupakan titik acuan, pada titik inilah kebanyakan op-amp dinyatakan oleh pabriknya. Perkalian Penguatan ;ebar jalur Perkalian penguatan lebar-jalur atau gain-band7idth product (?P) sama saja dengan %rekuensi penguatan satu. &i%at ini tidak hanya memberitahu kita akan %rekuensi atas yang berman%aat, tetapi juga memungkinkan kita menentukan lebar-jalur lebar jalur %rekuensi) pada suatu nilai penguatan yang diketahui. &ebagai contoh lihat ?ambar diba7ah yang menunjukkan kur:a tanggapan %rekuensi untuk op-amp yang dikompensasi %rekuensi, seperti B1), bila 'nda mengalikan penguatan dan lebar-jalur dari suatu rangkaian tertentu, hasil yang diperoleh akan sama dengan %rekuensi penguatan satu#
penguatan dan lebar-jalur dari suatu rangkaian tertentu, hasil yang diperoleh akan sama dengan %rekuensi penguatan satu#
?P 3 penguatan lebar-jalur 3 %rekuensi penguatan satu 3 144 14 kH9 3 1444444 H9 (1 H9) atau ?P 3 14 144 kH9 3 1444444 H9 (1 H9)
!arena itu bila kita ingin mengetahui batas atas %rekuensi atau lebar jalur suatu rangkaian dengan penguatan sebesar 144, tinggal kita bagi saja %rekuensi penguatan satu dengan penguatannya#
rekuensi penguatan satu
;ebar jalur 3 KKKKKK66666666666666
Penguatan
1444444 >
3 KKKK 3 14 !h9 144
Derau
&ebagaimana rangkaian elektronika lainnya, op-amp juga peka terhadap derau. $erau luar dijangkitkan oleh peranti listrik atau berasal dari derau ba7aan komponen-komponen elektronik (resistor, kapasitor, dan sebagainya) yang beroperasi dalam daerah %rekuensi dari 4,41 H9 sampai beberapa H9. $erau luar ini dapat ditindas asalkan rangkaian dirakit dengan benar. $erau internal opamp ditimbulkan oleh komponen-komponen internal, arus bias, dan juga dri%t. $erau-derau ini ikut diperkuat oleh op-amp, sebagaimana halnya tegangan o%%set dan tegangan sinyal. Penguatan derau dinyatakan dalam
penguatan derau 3 1 A =/=in
$erau internal dapat diperkecil dengan menggunakan resistor masukan seri dan resistor umpan bahk sekecil mungkin yang masih memenuhi persyaratan rangkaian. Pemintasan resistor umpan balik dengan sebuah kapasitor kecil (D p) juga akan menurunkan penguatan derau pada %rekuensi-%rekuensi tinggi.
Perban"ingan Pen!la#an M!"us Se#utu (MAR * !$$!n M!"e Re'e+ti!n Rati!)
C== adalah suatu si%at yang bertalian dengan penguat di%erensial. ila tegangantegangan yang sama %asanya diumpankan ke dalam masukan-masukan penguat, keluaran akan nol. Hanya perbedaan tegangan pada masukan yang akan menghasilkan keluaran. &ebagai contoh, sinyal 1424 H9 diberikan pada masukan membalik op-amp, seperti terlibat pada ?ambar
diba7ah ini. rekuensi yang sama diberikan pada masukan tak membalik tapi %asanya berbeda 1@4 derajat.
Ini adalah sinyal di%erensial. *api, sinyal 1424 H9 tadi telah tercemari oleh derau jala-jala O4 H9. &inyal O4 H9 ini se%asa pada kedua masukannya dan menyatakan sinyal modus sekutu. Penguat di%erensial cenderung menolak sinyal modus sekutu O4 H9 ini sambil menguatkan sinyal di%erensial 1424 H9. !emampuan suatu op-amp untuk memperkuat sin:al di%erensial sambil menindas sinyal modus sekutu disebut perbandingan penolakan modus sekutu (C==). Perbandingan ini dinyatakan dalam #
'd C== 3 KKKK 'cm
$engan 'd adalah penguatan di%erensial dan 'cm adalah penguatan modus sekutu. C== biasanya dinyatakan dalam desibel, dan tinggi nilainya kian baik tingkat penolakannya.
Perlin"ungan ,ubung Sing#at
p-amp dapat menjangkitkan arus yang membahayakan bila keluarannya terhubung singkat ke bumi, A0c atau -0c, dari catu, kecuali bila dilengkapi perlindungan hubung singkat. *ransistor 1 yang diperlihatkan dalam ?ambar skema op amp B1 adalah peranti pembatas arus yang memberikan perlindungan ini. !ebanyakan tipe op-amp belakangan ini dilengkapi dengan pelindung hubung singkat semacam ini, namun tipe-tipe lama belum dilengkapi.
Pe$batasan Listri#
&eperti juga peranti-peranti solid state yang lain, op-amp memiliki kendala-kendala listrik yang tak boleh dilanggar, agar mereka bekerja dengan benar dan tidak terjadi perusakan. !endala ini biasanya disebut dengan tari% maksimum absolut. Catu daya Q 0. *egangan maksimum yang masih aman yang boleh dikenakan pada peranti, termasuk catu positi% dan negati%. $isipasi daya. esarnya panas yang masih aman yang dapat dilepaskan oleh peranti untuk suatu pengoperasian yang kontinyu dalam selang 7aktu yang diberikan *egangan masukan di%erensial. *egangan masukan dalam batas aman yang boleh diberikan di antara kedua masukan tanpa *egangan masukan. *egangan maksimum- yang masih dapat diberikan di antara terminal-terminal masukan dan bumi. esarnya tegangan masukan ini tak boleh melampaui tegangan catu (biasanya 1 0). ;ama hubung singkat keluaran. &elang 7aktu op-amp dapat bertahan terhadap, hubung singkat langsung dari terminal keluaran ke bumi atau ke terminal catu. lainnya. !isar temperatur pengoperasian. $aerah temperatur di mana opamp akan bekerja sesuai dengan spesi%ikasi yang diberikan. Peranti komersial bekerja pda 4 6 B4oC, peranti industri bekerja pada -2 6 @ o C, dan peranti militer bekerja pada - 6 12o C. !isar temperatur penyimpanan. atas-batas temperatur penyimpanan yang masih aman, la9imnya -O 6 14o C. *emperatur kaki. *emperatur di mana peranti dapat bertahan dalarn selang 7aktu tertentu. ketika proses penyolderan kaki-kaki terminal sedang berlangsung. *ari% ini biasanya D44o C untuk selang 7aktu 14- - O4 detik.
&elanjutnya kita akan mengulas dasar operasi dan aplikasi rangkaian op amp.
Analisa Ali#asi OA$ #e - "an . / Penguat In0erting "an N!n In0erting
Pada kesempatan kali ini saya akan sedikit membahas salah satu %ungsi rangkaian p'mp sebagai penguat in:erting dan non in:erting. &ebelum kita menganalisa rangkaian lebih lanjut, sebaiknya kita pahami dulu tentang R?;$5N =+;5S pada karakteristik p-'mp ideal, yaitu # Perbedaan selisih tegangan pada masukan in:erting (:-) dan masukan non in:erting (:A) adalah N;, atau dapat kita rumuskan #
0(1) 2 0() * 3 atau 0(1) * 0()
T
'rus yang mengalir pada masukan p-'mp adalah N;, atau dapat kita rumuskan #
I(1) * I() * 3
-4
Rang#aian Penguat In0erting
=angkaian penguat in:erting merupakan rangkaian penguat pembalik dengan impedansi masukan sangat rendah. =angkaian dasar penguat in:erting adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar 1, dimana sinyal masukannya dibuat melalui input in:erting :(-), melalui =1 dan terdapat =2 sebagai umpan balik yang masuk pada masukan in:erting :(-). &edangkan masukan non in:erting :(A) dihubungkan langsung ke ground. erikut ini adalah gambar rangkaian penguat in:erting.
!arena Input non-in:erting pada rangkaian ini dihubungkan ke ground, maka
:(A) 3 4. $an :(-) 3 4 !arena :(A) dan :(-) nilainya 3 4 namun tidak terhubung langsung ke ground, input op-amp :(-) pada rangkaian ini dinamakan virtual ground . +ntuk mempermudah analisa kita dapat membuat rangkaian eki:alennya seperti pada gambar 2 berikut ini.
$engan %akta ini, dapat dihitung tegangan pada hambatan resistor = 1 dan tegangan pada hambatan resistor = 2 adalah # *egangan jepit pada =1 adalah # 0=1 3 0in 6 :(-)
karena :(-) 3 4, maka #
0=1 3 0in *egangan jepit pada =2 adalah # 0=2 3 :(-) - 0out
karena :(-) 3 4, maka #
0=2 3 - 0out &esuai dengan hukum arus kircho% rangkaian tersebut mempunyai persamaan arus # I1 A I2 3 I!arena I- 3 4 maka # I1 3 I2.
..............(1)
I1 3 0in - :(-) / =1 I1 3 0in - 4 / =1 I1 3 0in /=1.
.............(2)
I2 3 :(-) - 0out / =2 I2 3 4 - 0out / =2 I2 3 - 0out / =2 .............(D) &elanjutnya masukan persamaan 2 dan D pada persamaan 1. aka didapatkan # 0in / =1 3 - 0out / =2 =1. 0out 3 - 0in / =2
5!ut * 5in R. 6 R- .................()
$ari persamaan kita dapatkan besarnya penguatan tegangan (':) adalah # A0 * R. 6 R- * 5!ut 6 5in................()
Impedansi rangkaian in:erting dide%enisikan sebagai impedansi input dari sinyal masukan terhadap ground. !arena input in:erting :(-) pada rangkaian ini diketahui adalah 4 (virtual ground ) maka impendasi rangkaian ini tentu saja adalah Uin 3 = 1.
$ilihat dari persamaan (). !ita dapat menyimpulkan bah7a penguatan yang terjadi pada rangkaian penguat in:erting bisa lebih kecil dari 1. 'tau ': J 1, jika nilai =2 lebih kecil dari pada
nilai
=1.
$an nilai penguatan ': V 1 apabila nilai =2 lebih besar dari pada =1. .4
Rang#aian Penguat N!n In0erting
=angkain ini dapat digunakan untuk memperkuat isyarat 'C maupun $C dengan keluaran yang tetap se%ase dengan masukan. Impedansi masukan dari rangkaian ini berharga sangat tinggi dengan nilai sekitar
144
>. $engan isyarat masukan dikenakan
pada terminal
masukan noninverting :(A), besarnya penguatan tegangan tergantung pada harga =1dan
=2 yang dipasang. asukan :(A) dapat disebut juga sebagai 0irtual ?round. +ntuk menganalisa rangkaian penguat op-amp non in:erting, caranya sama seperti menganalisa rangkaian in:erting. =angkaian penguat non in:erting dapat kita lihat pada gambar D berikut ini.
!arena golden rule menyatakan # :(A) - :(-) 3 4 aka :(A) 3 0in 3 :(-) ?ambar rangkaian eki:alenya dapat kita lihat pada gambar berikut ini.
*egangan jepit pada =1 adalah # 0=1 3 0in
*egangan jepit pada =2 adalah # 0=2 3 0out 6 :(-) dimana :(-) 3 0in maka #
0=2 3 0out - 0in &ekarang kita menganalisa besaran arus, sesuai dengan bunyi golden rule pada p-'mp #
I(A) 3 I(-) 3 4 &esuai dengan hukum arus kircho% rangkaian tersebut mempunyai persamaan arus # I1 3 I2 A I(-) I1 3 I2 A 4 aka # I1 3 I2..............(1) I1 3 0in / =1 ..............(2) I2 3
0out - 0in / =2 ...........(D)
&elanjutnya masukan persamaan 2 dan D pada persamaan 1. aka didapatkan # 0in / =1 3 0out - 0in / =2 =1. 0out - 0in 3 0in. =2 0out - 0in 3 0in. =2 / =1 0out 3 0in. =2 / =1 A 0in
5!ut * - 1 R. 6R- 4 5in ...................()
aka dengan demikian kita dapat tentukan besarnya penguatan rangkaian non in:erting adalah # A0 * - 1 R. 6 R- * 5!ut 6 5in............()
$ari persamaan () kita dapat menyimpulkan bah7a penguatan tegangan pada rangkaian penguat non in:erting adalah selalu lebih besar dari 1.
3.
Buffer
$apat disebut juga sebagai pengikut tegangan (:oltage %ollo7er). =angkaian u%%er p amp digambarkan sebagai berikut.
Pengikut tegangan biasanya dide%inisikan sebagai rangkaian dengan penguatan satu. $iantara masukan dan keluaran terdapat isolasi impedansi. !eluaran dari op amp terhubung pada masukan in:erting dan tegangan masukan dihubungkan pada masukan non in:erting. Hambatan umpan balik sama dengan nol sehingga besarnya penguatan adalah #
$engan masukan non in:erting, rangkaian ini memiliki impedansi masukan yang amat tinggi serta impedansi keluaran yang amat rendah. !euntungan ini menjadi sangat ideal untuk penyangga. u%%er adalah sirkuit yang sangat berguna , karena membantu untuk mengatasi banyak masalah impedansi . Impedansi input bu%%er op - amp sangat tinggi # dekat hingga tak terbatas . $an output impedansi sangat rendah # hanya beberapa ohm . Ini berarti kita dapat menggunakan bu%%er untuk membantu rantai bersama sub-sirkuit secara bertahap tanpa kha7atir tentang masalah impedansi. u%%er memberikan man%aat serupa dari pengikut emitor kita melihat dengan transistor, tetapi cenderung bekerja lebih idealnya . u%%er dengan input membalik
Penyangga negati:e sering diperlukan dalam pemakaian khusus. =angkaian penyangga %ase terbalik ditunjukan pada ?ambar diatas. !arena =in sama dengan =% maka rumus penguatan sebagai berikut#
!elemahan dari rangkaian ini adalah amat berkurangnya impedansi masukan (impedansi masukan rendah).
74
Penguat Differential (Differential A$lifier)
&ejauh ini kita hanya menggunakan salah satu masukan penguat operasional untuk terhubung ke ampli%ier, baik menggunakan MpembalikM atau Mnon- pembalikM terminal input untuk memperkuat sinyal input tunggal dengan input lain yang terhubung ke tanah. *api kita juga bisa menghubungkan sinyal untuk kedua input pada saat yang sama memproduksi jenis lain yang umum dari rangkaian penguat operasional disebut 'mpli%ier $i%erensial . Pada dasarnya, seperti yang kita lihat di tutorial pertama tentang penguat operasional , semua op -amp M$i%%erential 'mpli%ierM karena kon%igurasi masukan mereka . *api 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 M Perbedaan M antara dua sinyal tegangan input 01 dan 02. !emudian penguat di%erensial memperkuat perbedaan antara dua tegangan membuat jenis rangkaian penguat operasional yang Pengurang tidak seperti penjumlahan penguat yang menambahkan atau merangkum bersama tegangan input. enis rangkaian penguat operasional umumnya dikenal sebagai $i%%erential 'mpli%ier kon%igurasi dan ditunjukkan di ba7ah ini #
$engan menghubungkan setiap input masukan ke tanah 40 kita dapat menggunakan superposisi untuk memecahkan tegangan keluaran 0out. !emudian %ungsi trans%er untuk $i%%erential 'mpli%ier rangkaian diberikan sebagai #
di%erensial %ungsi trans%er penguat !etika resistor, =1 3 =2 dan =D 3 = %ungsi trans%er di atas untuk penguat di%erensial dapat disederhanakan dengan ekspresi berikut #
$i%erensial 'mpli%ier Persamaan
ika semua resistor semua nilai ohmik sama, yaitu # =1 3 =2 3 =D 3 = maka rangkaian akan menjadi +nity ?ain $i%%erential 'mpli%ier dan gain tegangan dari penguat akan persis satu atau kesatuan. !emudian ekspresi keluaran hanya akan 0out 3 02 - 01. uga mencatat bah7a
jika 01 masukan lebih tinggi dari 02 masukan jumlah tegangan ouput akan negati% , dan jika 02 lebih tinggi dari 01 , tegangan jumlah output akan positi% . $i%%erential 'mpli%ier sirkuit adalah rangkaian op - amp sangat berguna dan dengan menambahkan resistor lebih secara paralel dengan resistor =1 dan =D masukan , sirkuit yang dihasilkan dapat dibuat untuk salah satu M*ambahM atau M!urangiM tegangan diterapkan untuk input masing-masing. &alah satu cara yang paling umum untuk melakukan ini adalah untuk menghubungkan Mresisti% ridgeM biasa disebut embatan >heatstone ke input dari penguat seperti yang ditunjukkan di ba7ah ini .
ridge 'mpli%ier
$i%erensial ridge 'mpli%ier Circuit &tandar $i%erensial 'mpli%ier sirkuit sekarang menjadi pembanding tegangan di%erensial oleh MembandingkanM satu tegangan input yang lain. isalnya, dengan menghubungkan satu input untuk re%erensi tegangan tetap mengatur p ada satu kaki dari jaringan jembatan resisti% dan lainnya ke salah satu M*ermistorM atau MCahaya *anggungan =esistorM rangkaian penguat dapat digunakan untuk mendeteksi baik rendah atau tinggi tingkat suhu atau cahaya sebagai tegangan output menjadi %ungsi linear dari perubahan di leg akti% dari jembatan resisti% dan ini ditunjukkan di ba7ah ini .
Cahaya eralih 'cti:ated
Cahaya 'cti:ated $i%%erential 'mpli%ier erikut rangkaian di atas bertindak sebagai saklar diakti%kan cahaya yang mengubah output relay baik MNM atau MM sebagai tingkat cahaya yang terdeteksi oleh ;$= resistor melebihi atau berada di ba7ah nilai yang telah ditetapkan di 02 ditentukan oleh posisi 0=1. &ebuah re%erensi tegangan tetap diterapkan pada input pembalik terminal 01 melalui =1 tegangan jaringan pembagi =2 dan :ariabel tegangan (sebanding dengan tingkat cahaya) diterapkan pada non -pembalik terminal input 02. Hal ini juga memungkinkan untuk mendeteksi suhu menggunakan jenis sirkuit hanya dengan mengganti *anggungan =esistor Cahaya (;$=) dengan termistor. $engan bertukar posisi 0=1 dan ;$=, sirkuit dapat digunakan untuk mendeteksi baik terang atau gelap , atau panas atau dingin dengan menggunakan termistor . &alah satu keterbatasan utama dari jenis ampli%ier desain adalah bah7a impedansi input yang lebih rendah dibandingkan dengan kon%igurasi penguat operasional lainnya , misalnya, (input tunggal berakhir ) non - pembalik penguat . &etiap 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 . &alah satu cara untuk mengatasi masalah ini adalah dengan menambahkan +nity ?ain Amplifier Buffer seperti pengikut tegangan terlihat pada tutorial sebelumnya untuk masingmasing resistor masukan. Hal ini kemudian memberi kita sebuah rangkaian penguat di%erensial dengan impedansi masukan yang sangat tinggi dan impedansi output yang rendah karena hanya terdiri dari dua bu%%er non-pembalik dan satu penguat di%erensial . Hal ini kemudian menjadi dasar bagi sebagian besar M Instrumentasi 'mpli%ier M .
Instru$entasi A$lifier
Penguat Instrumentasi (op - amp) adalah penguat di%erensial mempunyai keuntungan yang sangat tinggi yang memiliki impedansi masukan yang tinggi dan output berakhir tunggal. Instrumentasi ampli%ier terutama digunakan untuk memperkuat sinyal di%erensial sangat kecil dari pengukur regangan , termokopel atau perangkat penginderaan saat dalam sistem kontrol motor . *idak seperti penguat operasional standar di mana gain loop tertutup mereka ditentukan oleh umpan balik resisti% eksternal yang terhubung antara terminal output mereka dan satu terminal input, baik positi% atau negati%, Minstrumentasi ampli%ierM memiliki resistor umpan balik internal yang e%ekti% terisolasi dari terminal input sebagai sinyal input diterapkan di dua input di%erensial, 01 dan 02 . Instrumentasi ampli%ier juga memiliki rasio penolakan mode umum yang sangat baik, C== (output nol ketika 01 3 02 ) jauh di atas 144d di $C. &ebuah contoh khas dari op-amp penguat instrumentasi tiga dengan impedansi masukan yang tinggi (Uin) diberikan di ba7ah ini #
*inggi Impedansi Input Instrumentasi 'mpli%ier
$ua ampli%ier non-pembalik membentuk tahap masukan di%erensial bertindak sebagai penguat penyangga dengan keuntungan sebesar - 1 .R.6R- untuk sinyal masukan di%erensial dan gain untuk sinyal masukan modus umum. !arena ampli%ier '1 dan '2 loop tertutup penguat
umpan balik negati%, kita bisa mengharapkan tegangan pada 0a menjadi sama dengan tegangan 01 masukan. $emikian juga, tegangan pada 0b untuk menjadi sama dengan nilai pada 02 .
&ebagai op-amp tidak mengambil arus pada terminal input mereka (:irtual bumi), arus yang sama harus mengalir melalui tiga jaringan resistor =2 , =1 dan =2 terhubung di output opamp. Ini berarti kemudian bah7a tegangan pada ujung atas =1 akan sama dengan 01 dan tegangan pada ujung ba7ah =1 untuk menjadi sama dengan 02 . Ini menghasilkan jatuh tegangan resistor =1 yang sama dengan perbedaan tegangan antara input 01 dan 02, tegangan input di%erensial, karena tegangan di persimpangan penjumlahan masing-masing penguat, 0a dan 0b adalah sama dengan tegangan diterapkan pada input positi%. Namun, jika tegangan mode umum diterapkan pada ampli%ier input, tegangan pada setiap sisi =1 akan sama, dan tidak ada arus akan mengalir melalui resistor ini. !arena tidak ada arus mengalir melalui =1 (atau, karena itu, baik melalui resistor =2, ampli%ier '1 dan '2 akan beroperasi sebagai gain pengikut (bu%%er). !arena tegangan input pada output dari ampli%ier '1 dan '2 muncul di%erensial seluruh jaringan tiga resistor, gain di%erensial sirkuit dapat di:ariasikan dengan hanya mengubah nilai =1 . *egangan output dari di%erensial op-amp 'D bertindak sebagai pengurang seorang, hanya perbedaan antara dua input ( 02 - 01 ) dan yang diperkuat oleh keuntungan dari 'D yang mungkin salah satu, kesatuan, (dengan asumsi bah7a =D 3 =). !emudian kita memiliki ekspresi umum untuk keuntungan tegangan keseluruhan dari penguat instrumentasi sirkuit sebagai #
Persamaan penguat instrumentasi
$alam tutorial berikutnya tentang Penguat perasional, kita ak an memeriksa e%ek dari tegangan output, 0out ketika resistor umpan balik diganti dengan reaktansi bergantung pada %rekuensi dalam bentuk kapasitansi . Penambahan umpan balik ini kapasitansi menghasilkan rangkaian penguat operasional non-linear disebut 'mpli%ier engintegrasikan .
4. Penguat Differential &ejauh ini kita hanya menggunakan salah satu masukan penguat operasional untuk terhubung ke ampli%ier, baik menggunakan MpembalikM atau Mnon- pembalikM terminal input untuk memperkuat sinyal input tunggal dengan input lain yang terhubung ke tanah. *api kita juga bisa menghubungkan sinyal untuk kedua input pada saat yang sama memproduksi jenis lain yang umum dari rangkaian penguat operasional disebut 'mpli%ier $i%erensial . Pada dasarnya, seperti yang kita lihat di tutorial pertama tentang penguat operasional , semua op -amp M$i%%erential 'mpli%ierM karena kon%igurasi masukan mereka . *api 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 M Perbedaan M antara dua sinyal tegangan input 01 dan 02. !emudian penguat di%erensial memperkuat perbedaan antara dua tegangan membuat jenis rangkaian penguat operasional yang Pengurang tidak seperti penjumlahan penguat yang menambahkan atau merangkum bersama tegangan input. enis rangkaian penguat operasional umumnya dikenal sebagai $i%%erential 'mpli%ier kon%igurasi dan ditunjukkan di ba7ah ini #
$engan menghubungkan setiap input masukan ke tanah 40 kita dapat menggunakan superposisi untuk memecahkan tegangan keluaran 0out. !emudian %ungsi trans%er untuk $i%%erential 'mpli%ier rangkaian diberikan sebagai #
di%erensial %ungsi trans%er penguat !etika resistor, =1 3 =2 dan =D 3 = %ungsi trans%er di atas untuk penguat di%erensial dapat disederhanakan dengan ekspresi berikut #
$i%erensial 'mpli%ier Persamaan
ika semua resistor semua nilai ohmik sama, yaitu # =1 3 =2 3 =D 3 = maka rangkaian akan menjadi +nity ?ain $i%%erential 'mpli%ier dan gain tegangan dari penguat akan persis satu atau kesatuan. !emudian ekspresi keluaran hanya akan 0out 3 02 - 01. uga mencatat bah7a
jika 01 masukan lebih tinggi dari 02 masukan jumlah tegangan ouput akan negati% , dan jika 02 lebih tinggi dari 01 , tegangan jumlah output akan positi% .
$i%%erential 'mpli%ier sirkuit adalah rangkaian op - amp sangat berguna dan dengan menambahkan resistor lebih secara paralel dengan resistor =1 dan =D masukan , sirkuit yang dihasilkan dapat dibuat untuk salah satu M*ambahM atau M!urangiM tegangan diterapkan untuk input masing-masing. &alah satu cara yang paling umum untuk melakukan ini adalah untuk menghubungkan Mresisti% ridgeM biasa disebut embatan >heatstone ke input dari penguat seperti
yang
ditunjukkan
di
ba7ah
ini
.
ridge 'mpli%ier
$i%erensial ridge 'mpli%ier Circuit &tandar $i%erensial 'mpli%ier sirkuit sekarang menjadi pembanding tegangan di%erensial oleh MembandingkanM satu tegangan input yang lain. isalnya, dengan menghubungkan satu input untuk re%erensi tegangan tetap mengatur pada satu kaki dari jaringan jembatan resisti% dan lainnya ke salah satu M*ermistorM atau MCahaya *anggungan =esistorM rangkaian penguat dapat digunakan untuk mendeteksi baik rendah atau tinggi tingkat suhu atau cahaya sebagai tegangan output menjadi %ungsi linear dari perubahan di leg akti% dari jembatan resisti% dan ini ditunjukkan di ba7ah ini .
Cahaya eralih 'cti:ated
Cahaya 'cti:ated $i%%erential 'mpli%ier
erikut rangkaian di atas bertindak sebagai saklar diakti%kan cahaya yang mengubah output relay baik MNM atau MM sebagai tingkat cahaya yang terdeteksi oleh ;$= resistor melebihi atau berada di ba7ah nilai yang telah ditetapkan di 02 ditentukan oleh posisi 0=1. &ebuah re%erensi tegangan tetap diterapkan pada input pembalik terminal 01 melalui =1 tegangan jaringan pembagi =2 dan :ariabel tegangan (sebanding dengan tingkat cahaya) diterapkan pada non -pembalik terminal input 02. Hal ini juga memungkinkan untuk mendeteksi suhu menggunakan jenis sirkuit hanya dengan mengganti *anggungan =esistor Cahaya (;$=) dengan termistor. $engan bertukar posisi 0=1 dan ;$=, sirkuit dapat digunakan untuk mendeteksi baik terang atau gelap , atau panas atau dingin dengan menggunakan termistor . &alah satu keterbatasan utama dari jenis ampli%ier desain adalah bah7a impedansi input yang lebih rendah dibandingkan dengan kon%igurasi penguat operasional lainnya , misalnya, (input tunggal berakhir ) non - pembalik penguat . &etiap 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 . &alah satu cara untuk mengatasi masalah ini adalah dengan menambahkan +nity ?ain Amplifier Buffer seperti pengikut tegangan terlihat pada tutorial sebelumnya untuk masingmasing resistor masukan. Hal ini kemudian memberi kita sebuah rangkaian penguat di%erensial dengan impedansi masukan yang sangat tinggi dan impedansi output yang rendah karena hanya terdiri dari dua bu%%er non-pembalik dan satu penguat di%erensial . Hal ini kemudian menjadi dasar bagi sebagian besar M Instrumentasi 'mpli%ier M .
Instru$entasi A$lifier
Penguat Instrumentasi (op - amp) adalah penguat di%erensial mempunyai keuntungan yang sangat tinggi yang memiliki impedansi masukan yang tinggi dan output berakhir tunggal. Instrumentasi ampli%ier terutama digunakan untuk memperkuat sinyal di%erensial sangat kecil dari pengukur regangan , termokopel atau perangkat penginderaan saat dalam sistem kontrol motor . *idak seperti penguat operasional standar di mana gain loop tertutup mereka ditentukan oleh umpan balik resisti% eksternal yang terhubung an tara terminal output mereka dan satu terminal input, baik positi% atau negati%, Minstrumentasi ampli%ierM memiliki resistor umpan balik internal yang e%ekti% terisolasi dari terminal input sebagai sinyal input diterapkan di dua input di%erensial, 01 dan 02 . Instrumentasi ampli%ier juga memiliki rasio penolakan mode umum yang sangat baik, C== (output nol ketika 01 3 02 ) jauh di atas 144d di $C. &ebuah contoh khas dari op-amp penguat instrumentasi tiga dengan impedansi masukan yang tinggi (Uin) diberikan di ba7ah ini #
*inggi Impedansi Input Instrumentasi 'mpli%ier
$ua ampli%ier non-pembalik membentuk tahap masukan di%erensial bertindak sebagai penguat penyangga dengan keuntungan sebesar - 1 .R.6R- untuk sinyal masukan di%erensial dan gain untuk sinyal masukan modus umum. !arena ampli%ier '1 dan '2 loop tertutup penguat umpan balik negati%, kita bisa mengharapkan tegangan pada 0a menjadi sama dengan tegangan 01 masukan. $emikian juga, tegangan pada 0b untuk menjadi sama dengan nilai pada 02 . &ebagai op-amp tidak mengambil arus pada terminal input mereka (:irtual bumi), arus yang sama harus mengalir melalui tiga jaringan resistor =2 , =1 dan =2 terhubung di output opamp. Ini berarti kemudian bah7a tegangan pada ujung atas =1 akan sama dengan 01 dan tegangan pada ujung ba7ah =1 untuk menjadi sama dengan 02 . Ini menghasilkan jatuh tegangan resistor =1 yang sama dengan perbedaan tegangan antara input 01 dan 02, tegangan input di%erensial, karena tegangan di persimpangan penjumlahan masing-masing penguat, 0a dan 0b adalah sama dengan tegangan diterapkan pada input positi%. Namun, jika tegangan mode umum diterapkan pada ampli%ier input, tegangan pada setiap sisi =1 akan sama, dan tidak ada arus akan mengalir melalui resistor ini. !arena tidak ada arus mengalir melalui =1 (atau, karena itu, baik melalui resistor =2, ampli%ier '1 dan '2 akan beroperasi sebagai gain pengikut (bu%%er). !arena tegangan input pada output dari ampli%ier '1 dan '2 muncul di%erensial seluruh jaringan tiga resistor, gain di%erensial sirkuit dapat di:ariasikan dengan hanya mengubah nilai =1 . *egangan output dari di%erensial op-amp 'D bertindak sebagai pengurang seorang, hanya perbedaan antara dua input ( 02 - 01 ) dan yang diperkuat oleh keuntungan dari 'D yang mungkin salah satu, kesatuan, (dengan asumsi bah7a =D 3 =). !emudian kita memiliki ekspresi umum untuk keuntungan tegangan keseluruhan dari penguat instrumentasi sirkuit sebagai #
Persamaan penguat instrumentasi
$alam tutorial berikutnya tentang Penguat perasional, kita ak an memeriksa e%ek dari tegangan output, 0out ketika resistor umpan balik diganti dengan reaktansi bergantung pada %rekuensi dalam bentuk kapasitansi . Penambahan umpan balik ini kapasitansi menghasilkan rangkaian penguat operasional non-linear disebut 'mpli%ier engintegrasikan .
5 : Adder Amplifier Adder Amplifer atau Penguat penjumlah Tegangan adalah sirkuit yang sangat eksibel berdasarkan standar Rangkaian Penguat Membalik / Inverting Ampllifer. Seperti namanya yang !penguat penjumlah tegangan! dapat digunakan untuk menggabungkan atau menjumlahkan tegangan yang masuk pada beberapa input Masukan menjadi tegangan "utput tunggal. !ita melihat sebelumnya =angkaian
penguat pembalik bah7a penguat pembalik
memiliki tegangan input tunggal, (0in) diterapkan pada terminal masukan pembalik (in:erting). ika kita menambahkan resistor masukan ke input dengan masing-masing sama nilainya dengan input resistor asli (=in) kita akan mendapatkan rangkaian penguat operasional lain yang disebut Mmenjumlahkan inverter" atau Mpenjumlah teganganM seperti yang ditunjukkan di ba7ah ini.
*egangan output, (0out) sekarang menjadi sebanding dengan jumlah tegangan input, 01 , 02 , 0D dst... !emudian kita dapat memodi%ikasi persamaan asli untuk penguat pembalik untuk memperhitungkan ini masukan baru adalah #
Namun,
jika
semua
impedansi
masukan,
(=in)
adalah
sama
nilainya,
kita
dapat
menyederhanakan persamaan di atas untuk memberikan tegangan output#
Penjumlahan Amplifer Persamaan
!ita sekarang memiliki rangkaian penguat operasional yang akan memperkuat masingmasing tegangan input indi:idu dan menghasilkan sinyal tegangan output yang sebanding dengan aljabar M&+M dari tiga masukan indi:idual tegangan 0 1 , 0 2 dan 0 D . !ita juga dapat menambahkan lebih banyak masukan jika diperlukan sebagai resistance masing-masing masingmasing input indi:idual Mlihat iniM, =in sebagai satu-satunya impedansi masukan. Hal ini karena sinyal masukan secara e%ekti% terisolasi satu sama lain dengan Mbumi :irtualM simpul pada masukan pembalik op-amp. &ebuah tambahan tegangan langsung juga dapat diperoleh ketika semua hambatan yang timbul dari nilai yang sama dan =W sama dengan =in . S+aling $en'u$la&#an A$lifier dapat dibuat jika resistor masukan indi:idu M*I$'!M
sama. !emudian persamaan harus dimodi%ikasi untuk#
+ntuk membuat matematika itu sedikit lebih mudah, kita dapat mengatur ulang rumus di atas untuk membuat resistor umpan balik = subjek persamaan memberikan tegangan output sebagai#
Hal ini memungkinkan tegangan output untuk dapat dengan mudah dihitung jika lebih resistor masukan yang terhubung ke ampli%ier masukan terminal pembalik. Impedansi input dari masing-masing saluran indi:idu adalah nilai resistor masukan masing-masing, yaitu, = 1 , = 2 , = D ... dst. 'dder 'mpli%ier adalah sirkuit yang sangat %leksibel memang, memungkinkan kita untuk membuat
secara
indi:idual. ika
e%ekti% resistor
dengan
menambahkan
input, = 1 , = 2 , = D dst,
bersama semua
beberapa sama,
sinyal
dengan
masukan
gain
yang
membalik. Namun, jika resistor input memiliki nilai yang berbeda dengan Mskala menjumlahkan ampli%ierM maka akan memberikan jumlah tertimbang dari sinyal input.
Pen'u$la&an A$lifier !nt!& N!-
Cari tegangan output pada rangkaian berikut ini
$engan menggunakan rumus yang sebelumnya dapat diketahui besar penguatan (gain) dari rangkaian #
kita sekarang dapat menggantikan nilai-nilai resistor dalam rangkaian sebagai berikut,
kita tahu bah7a tegangan output adalah jumlah dari dua sinyal masukan diperkuat dan dihitung sebagai#
maka tegangan output dari rangkaian di atas diberikan sebagai 78 $5 dan negati% sebagai yang penguat pembalik.
Ali#asi Rang#aian Penguat Pen'u$la&
adi apa yang bisa kita gunakan untuk rangkaian penguat penjumlah . ika resistensi masukan dari rangkaian penguat penjumlah terhubung ke potensiometer sinyal input indi:idu dapat dicampur bersama-sama dengan jumlah yang ber:ariasi. isalnya, mengukur suhu, 'nda bisa menambahkan tegangan o%%set negati% untuk membuat tegangan output atau menampilkan membaca M4M pada titik beku atau menghasilkan mier audio untuk
menambahkan atau mencampur bentuk gelombang bersama-sama indi:idual (suara) dari saluran sumber yang berbeda (:okal, instrumen, dll) sebelum mengirim mereka dikombinasikan untuk penguat audio.
Penjumlahan Amplifer Audi" Mi#er
'plikasi lain yang berguna dari Penguat penjumlah adalah sebagai tertimbang jumlah digital-to-analog con:erter. ika resistor input, =in dari penjumlahan penguat ganda nilai untuk setiap masukan, misalnya, 1kX, 2kX, kX, @kX, 1OkX, dll, maka tegangan logis digital, baik tingkat logika M4M atau tingkat logika M 1 Mpada input ini akan menghasilkan output yang merupakan jumlah tertimbang dari input digital. Perhatikan rangkaian di ba7ah ini.
$igital t" Anal"g %"nverter
*entu saja ini adalah contoh sederhana. $alam $'C penjumlahan ini rangkaian penguat, jumlah bit indi:idu yang membentuk kata input data, dan dalam contoh ini -bit, pada akhirnya akan menentukan langkah tegangan output sebagai persentase dari tegangan output analog skala penuh. uga, akurasi output analog skala penuh ini tergantung pada tingkat tegangan dari input
bit yang konsisten 40 untuk M4M dan konsisten 0 untuk M1M serta akurasi dari nilai resistansi yang digunakan untuk resistor input, =in . +ntungnya untuk mengatasi kesalahan ini, setidaknya pada bagian kami, tersedia secara komersial $igital-'nalog dan 'nalog ke-perangkat digital sudah tersedia dengan jaringan tangga resistor yang sangat akurat yang sudah built-in. $alam artikel berikutnya tentang Penguat perasional, kita akan memeriksa e%ek dari tegangan output, 0out ketika tegangan sinyal terhubung ke input pembalik dan input non pembalik pada saat yang sama untuk menghasilkan jenis umum lain dari rangkaian penguat operasional disebut A$lifier Diferensial yang dapat digunakan untuk MmengurangiM tegangan hadir pada inputnya.
& ' I(T)*RAT+R AMP,I-I)R Tut"rial sebelumnya kita telah melihat rangkaian yang menunjukkan bagaimana penguat "perasi"nal dapat digunakan sebagai bagian dari penguat umpan balik p"siti atau negati atau sebagai penambah atau jenis subtrat"r 0pengurang1 yang hanya menggunakan resistensi murni baik dalam input dan umpan balik. Tapi bagaimana jika kita mengubah resisti murni 0 R2 1 sebagai elemen umpan balik dari sebuah penguat pembalik dengan sebuah rekuensi impedansi 0 3 1 digunakan jenis elemen yang k"mpleks seperti kapasit"r % . Apakah yang akan menjadi eek pada tegangan "utput selama rentang rekuensi tertentu. $engan mengganti resistensi umpan balik ini dengan kapasitor kita sekarang memiliki 9aringan R terhubung di operasional ampli%ier jalur umpan balik, terbentuk
maka akan
jenis lain dari rangkaian penguat operasional yang biasa disebut Oa$
Integrat!r sirkuit seperti yang ditunjukkan di ba7ah ini.
+p4amp Integrat"r %iruit
&eperti namanya, para Oa$ Integrat!r adalah rangkaian penguat operasional yang melakukan operasi matematika dari Integrasi , yaitu kita dapat menyebabkan output untuk menanggapi perubahan tegangan input dari 7aktu ke 7aktu, sebagai integrator op-amp menghasilkan tegangan output yang sebanding dengan integral dari tegangan input . $alam kata lain besarnya sinyal output ditentukan oleh lamanya 7aktu tegangan hadir pada input sebagai arus melalui umpan balik atau dibuang kapasitor sebagai umpan balik negati% yang diperlukan terjadi melalui kapasitor. !etika tegangan 0in diterapkan pada masukan dari sebuah penguat mengintegrasikan, kapasitor bermuatan C memiliki sangat sedikit perla7anan dan bertindak sedikit seperti sebuah sirkuit pendek yang memungkinkan arus maksimum mengalir melalui resistor input, =in sebagai beda potensial ada antara dua piring. *idak ada arus yang mengalir ke dalam ampli%ier masukan dan titik 8adalah bumi maya menghasilkan keluaran nol. &ebagai impedansi kapasitor pada saat ini sangat rendah, rasio keuntungan 8c / =in juga sangat kecil memberikan gain tegangan keseluruhan kurang dari satu, (rangkaian pengikut tegangan). &ebagai umpan balik kapasitor, C mulai mengisi karena pengaruh dari tegangan input, impedansi 8c perlahan-lahan
meningkat
seiring
dengan
laju
arus
kapasitor.
Nilai
kapasitansi kapasitor sampai pada tingkat yang ditentukan oleh 7aktu =C konstan, ( Y ) dari
jaringan seri =C. +mpan balik negati% memaksa op-amp untuk menghasilkan tegangan output yang memelihara bumi :irtual di pembalik masukan op-amp. !arena kapasitor terhubung antara in:erting input op-amp (yang berada pada potensial bumi) dan output op-amp (yang negati%), tegangan potensial, 0cdikembangkan di kapasitor perlahan-lahan meningkat menyebabkan arus pengisian menurun sebagai impedansi kapasitor meningkat. Hal ini menyebabkan rasio 8c / =in meningkat menghasilkan peningkatan linear ramp tegangan output yang terus meningkat hingga kapasitor terisi penuh. Pada titik ini kapasitor bertindak sebagai rangkaian terbuka, memblokir setiap aliran yang lebih dari arus $C. =asio umpan balik kapasitor untuk masukan resistor ( 8c / =in ) kini tak terbatas menghasilkan keuntungan yang tak terbatas. Hasil keuntungan ini tinggi (mirip dengan op-amp gain loop terbuka), adalah bah7a output dari penguat masuk ke saturasi seperti yang ditunjukkan di ba7ah ini. (&aturasi terjadi ketika tegangan keluaran dari penguat ayunan besar besaran untuk satu rel suplai tegangan atau yang lain dengan sedikit atau tidak ada kontrol di antara).
*ingkat di mana output meningkat tegangan (laju perubahan) ditentukan oleh nilai resistor dan kapasitor, M 7aktu =C konstan M. $engan mengubah ini=C nilai konstanta 7aktu, baik dengan mengubah nilai kapasitor, C atau =esistor tersebut, = , 7aktu di mana dibutuhkan tegangan output untuk mencapai kejenuhan juga dapat diubah misalnya.
ika kita menerapkan sinyal input terus berubah seperti gelombang persegi ke input dari sebuah Integrat!r A$lifier maka kapasitor akan mengisi dan debit dalam menanggapi perubahan dalam sinyal input. Hal ini menyebabkan sinyal output adalah bah7a dari bentuk gelombang gigi gergaji yang %rekuensi tergantung pada =C 7aktu yang konstan dari kombinasi resistor / kapasitor. enis sirkuit ini juga dikenal sebagai Generat!r Ra$ dan %ungsi trans%er diberikan di ba7ah ini.
+p4amp Integrat"r Ramp *enerat"r
!ita tahu dari kepala sekolah pertama bah7a tegangan pada pelat sebuah kapasitor adalah sama dengan muatan pada kapasitor dibagi dengan kapasitansi memberikan / C . !emudian tegangan kapasitor adalah output 0out karena itu# -0out 3 / C . ika kapasitor pengisian dan pemakaian, tingkat biaya dari tegangan kapasitor diberikan sebagai#
*api d / dt adalah arus listrik dan karena tegangan simpul dari mengintegrasikan opamp pada terminal input pembalik adalah nol, 8 3 4 , arus masukan I (in)yang mengalir melalui resistor input, =in diberikan sebagai#
'rus yang mengalir melalui kapasitor umpan balik Cdiberikan sebagai#
$engan asumsi bah7a impedansi input dari op-amp adalah tak terbatas (ideal op-amp), tidak ada arus yang mengalir ke terminal op-amp. leh karena itu, persamaan nodal pada terminal masukan pembalik diberikan sebagai#
$ari mana kita memperoleh output tegangan ideal untuk Oa$ Integrat!r sebagai#
+ntuk menyederhanakan matematika yang sedikit, ini juga bisa ditulis ulang sebagai#
$imana Z 3 2[W dan tegangan keluaran 0out adalah konstanta 1/=C kali integral dari tegangan input 0interhadap 7aktu. *anda minus ( - ) menunjukkan 1@4 opergeseran %asa karena sinyal input terhubung langsung ke terminal masukan pembalik op op-amp.
'C atau berkelanjutan p-amp Integrator ika kita mengubah sinyal input gelombang persegi di atas dengan sebuah gelombang sinus %rekuensi mem:ariasikan Oa$ Integrat!r melakukan kurang seperti integrator dan mulai berperilaku lebih seperti akti% M;o7 Pass ilterM, le7at sinyal %rekuensi rendah, sementara pelemahan tinggi %rekuensi. Pada 4H9 atau $C, kapasitor bertindak seperti sebuah sirkuit terbuka memblokir tegangan umpan balik yang mengakibatkan umpan balik negati% sangat sedikit dari output kembali ke input penguat. !emudian hanya dengan umpan balik kapasitor, C , penguat secara e%ekti% terhubung sebagai loop terbuka ampli%ier biasa yang memiliki gain loop terbuka sangat tinggi sehingga tegangan output jenuh. &irkuit ini menghubungkan resistensi bernilai tinggi secara p aralel dengan terus pengisian dan
pemakaian
kapasitor. Penambahan
resistor
umpan
balik
ini, = 2pada
kapasitor, C memberikan rangkaian karakteristik dari sebuah penguat pembalik dengan gain loop tertutup terbatas = 2 / = 1 . Hasilnya adalah pada %rekuensi sangat rendah sirkuit bertindak sebagai integrator standar, sementara pada %rekuensi yang lebih tinggi celana pendek kapasitor keluar resistor umpan balik, = 2 karena e%ek dari reaktansi kapasiti% mengurangi gain ampli%ier.
A% +p4amp Integrat"r dengan $% *ain %"ntr"l
erbeda dengan $C integrator ampli%ier di atas yang tegangan output pada setiap saat akan menjadi integral dari gelombang sehingga ketika input adalah gelombang persegi, gelombang keluaran akan segitiga.+ntuk integrator 'C, bentuk gelombang input sinusoidal akan menghasilkan gelombang sinus lain sebagai output yang akan F4 o out-o%-%ase dengan input menghasilkan gelombang kosinus. ;ebih lanjut, ketika input segitiga, gelombang keluaran juga sinusoidal. Hal ini kemudian membentuk dasar dariA+ti0e L!: Pass Filter seperti yang terlihat sebelumnya di tutorial bagian %ilter dengan %rekuensi sudut diberikan sebagai.
$alam tutorial berikutnya tentang Penguat perasional, kita akan melihat jenis lain dari rangkaian penguat operasional yang merupakan kebalikan atau komplemen dari Oa$ Integrat!r rangkaian di atas disebut Diferensiat!r A$lifier . &eperti namanya, penguat
pembeda menghasilkan sinyal output yang merupakan operasi matematika di%erensiasi, yang itu menghasilkan tegangan output yang sebanding dengan tegangan input yang rate-o%-perubahan dan arus yang mengalir melalui input kapasitor.
5. $)-)R)(SIAT+R AMP,I-I)R Dasar Oa$
Diferensiat!r sir#uit
a"ala&
#ebali#an
"engan
;ang
a"a
a"a Integrat!r A$lifier sir#uit ;ang #ita $eli&at "i tut!rial sebelu$n;a4 Di sini< !sisi #aasit!r "an resist!r tela& terbali# "an se#arang rea#tansi< =+ter&ubung #e ter$inal inut "ari enguat e$bali# se$entara resist!r< R> $e$bentu# ele$en u$an bali# negatif "i seluru& enguat !erasi!nal seerti biasa4
&irkuit ini melakukan operasi matematika Diferensiasi , yang itu M menghasilkan tegangan output yang berbanding lurus dengan tegangan input yang rate-of-perubahan yang berkenaan dengan waktu M. $engan kata lain lebih cepat atau lebih besar perubahan ke sinyal tegangan input, semakin besar arus input, semakin besar akan menjadi perubahan tegangan output dalam menanggapi, menjadi lebih dari sebuah MspikeM dalam bentuk. &eperti
dengan
rangkaian
integrator,
kami
memiliki
resistor
dan
kapasitor
membentuk aringan =C di seluruh penguat operasional dan reaktansi ( 8c ) dari kapasitor memainkan peran utama dalam kinerja sebuah Oa$ Diferensiat!r .
+p4amp $ierensiat"r %iruit
&inyal input untuk pembeda yang diterapkan pada kapasitor. lok kapasitor konten $C sehingga tidak ada arus ke titik penjumlahan penguat, 8 menghasilkan nol tegangan output. !apasitor hanya memungkinkan tipe 'C perubahan tegangan input untuk mele7ati dan %rekuensi yang tergantung pada laju perubahan sinyal input. Pada %rekuensi rendah reaktansi kapasitor adalah MtinggiM menghasilkan keuntungan rendah ( =W / 8c ) dan tegangan output yang rendah dari op-amp. Pada %rekuensi tinggi reaktansi kapasitor jauh lebih rendah menghasilkan keuntungan yang lebih tinggi dan tegangan output yang lebih tinggi dari penguat pembeda. Namun, pada %rekuensi tinggi sirkuit pembeda op-amp menjadi tidak stabil dan akan mulai berosilasi. Hal ini terutama karena e%ek orde pertama, yang menentukan respons %rekuensi dari rangkaian op-amp menyebabkan respon orde kedua yang, pada %rekuensi tinggi memberikan
tegangan output jauh lebih tinggi dari apa yang diharapkan. +ntuk menghindari hal ini gain %rekuensi tinggi rangkaian perlu dikurangi dengan menambahkan nilai kecil tambahan kapasitor di resistor umpan balik =W . k, beberapa matematika untuk menjelaskan apa yang terjadi\. !arena tegangan simpul dari penguat operasional pada terminal input pembalik adalah nol, arus,i mengalir melalui kapasitor akan diberikan sebagai#
uatan pada kapasitor sama dengan !apasitansi *egangan pada kapasitor
*ingkat perubahan biaya ini
tapi d / dt adalah arus kapasitor i
dari mana kita memiliki output tegangan yang ideal untuk pembeda op-amp diberikan sebagai#
leh karena itu, tegangan keluaran 0out adalah konstanta -=W.C kali turunan dari tegangan input 0interhadap 7aktu. *anda minus menunjukkan 1@4 o pergeseran %asa karena sinyal input terhubung ke pembalik terminal masukan penguat operasional.
&atu titik terakhir menyebutkan, Oa$ Diferensiat!r sirkuit dalam bentuk dasarnya memiliki dua kelemahan utama dibandingkan dengan sirkuit integrator sebelumnya. &atu adalah bah7a ia menderita ketidakstabilan pada %rekuensi tinggi seperti yang disebutkan di atas, dan yang lainnya adalah bah7a input capaciti:e membuatnya sangat rentan terhadap sinyal noise acak dan kebisingan atau harmonik hadir dalam rangkaian sumber akan diperkuat lebih dari sinyal input itu sendiri. Hal ini karena output sebanding dengan kemiringan tegangan input sehingga beberapa cara membatasi band7idth untuk mencapai stabilitas loop tertutup diperlukan
+p4amp $ierensiat"r 6entuk gel"mbang ika kita menerapkan sinyal terus berubah seperti &]uare-7a:e, &egitiga atau gelombang sinus jenis sinyal ke input dari rangkaian pembeda penguat sinyal output yang dihasilkan akan berubah dan yang bentuknya akhir tergantung pada =C 7aktu yang konstan dari =esistor yang / Capacitor kombinasi.
