Pengantar Penguat Operasional: 7 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

Dalam Instruksi ini, saya akan memberikan pengantar Penguat Operasional, salah satu perangkat analog yang paling berguna. Perangkat ini dapat dikonfigurasi sebagai penguat non-pembalik atau pembalik, komparator, penguat tegangan, penguat penjumlahan, penguat instrumentasi, penyangga, filter aktif, osilator jembatan Wien ditambah banyak aplikasi lainnya. Opamp hadir dalam konfigurasi yang berbeda seperti DIP LM741 8 pin tunggal atau op amp quad LM324 14 pin yang ditunjukkan di atas. Ada juga tipe yang datang dalam varian pemasangan permukaan.

Langkah 1: Apa itu Penguat Operasional?

Penguat operasional yang juga dikenal sebagai op-amp, adalah penguat tegangan gain tinggi DC yang digabungkan, dimasukkan ke dalam chip IC. Mereka memiliki dua input (input diferensial) dan satu output. Mereka telah digunakan sebagai blok bangunan dalam elektronik analog sejak perangkat pertama keluar pada akhir 1960-an. Salah satu keindahan perangkat ini adalah mereka sangat menyederhanakan desain elektronik dengan sifat standarisasinya. Merancang amplifier dengan komponen diskrit melibatkan banyak penyesuaian karena perbedaan antara perangkat aktif. Jika semua amplifier dibuat dari cetakan silikon yang sama, semuanya dapat dibuat sama dan memiliki karakteristik yang sama. Saat mendesain dengan penguat operasional, penguatan spesifik untuk perangkat dapat diperoleh dengan memasang dua resistor eksternal dengan rasio resistansi tertentu. Misalnya, jika penguatan tegangan 100 diinginkan, resistor 100k dan resistor 1k dapat dimasukkan ke dalam rangkaian untuk mendapatkan rasio 100. Dengan menggunakan strategi ini, penguatannya sama setiap saat. Op-amp paling populer sepanjang masa adalah 741 yang telah ada sejak awal 70-an dan telah digunakan oleh generasi penghobi dalam segala hal mulai dari amplifier audio hingga catu daya. 741 tidak digunakan oleh industri selama bertahun-tahun karena op-amp yang lebih baik telah dikembangkan, tetapi mereka masih memiliki pengikut di kalangan penggemar dan mudah diperoleh. Perangkat pertama keluar dalam gaya paket inline ganda 8 pin atau kaleng logam melingkar. Kemudian, perangkat pemasangan permukaan menjadi tersedia. 741 dan op-amp lain dari transistor bipolar antiknya menggunakan perangkat yang menggunakan input transistor efek medan yang keluar kemudian. Input transistor efek medan mulai digunakan karena kebutuhan akan impedansi input yang lebih besar dan pengurasan arus yang lebih rendah.

Langkah 2: Penguat Non-Pembalik

Penguat non-pembalik adalah rangkaian pertama yang akan kita bahas. Pada diagram di atas, op amp dihubungkan dengan input menuju input positif dengan resistor umpan balik menuju input negatif. Rasio Rf terhadap Rg menentukan penguatan. Dalam kasus rangkaian di atas, penguatan tegangan adalah 10. Diagram di tengah batasan "dunia nyata" dari 741 op amp ketika gelombang persegi 10 kHz dimasukkan ke input tetapi keluar sebagai bentuk gelombang segitiga karena kecepatan switching perangkat yang terbatas. Ketika input diturunkan ke gelombang persegi 1 kHz, output meningkat dan lebih terlihat seperti gelombang persegi nyata. Pengukuran kemampuan op amp untuk mengikuti perubahan sinyal input dalam amplitudo disebut "Slew Rate" dan diukur dalam volt per mikrodetik. 741 memiliki peringkat yang sangat jinak pada 0,5 volt per mikrodetik. Op amp berkecepatan tinggi memiliki peringkat setinggi 5000 volt per mikrodetik meskipun yang khas seperti TL081 akan memiliki peringkat rata-rata 13 volt per mikrodetik.

Langkah 3: Penguat Pembalik

Opamp dapat dikonfigurasi sedemikian rupa sehingga bentuk gelombang negatif 1 volt dapat dibalik dan diperkuat untuk memberikan bentuk gelombang positif 10 volt. Kegunaan untuk konfigurasi ini bisa di mana saja perubahan fasa diperlukan seperti pada tahap driver amplifier transistor diskrit.

Langkah 4: Menggunakan Op Amp Sebagai Konverter Gelombang Persegi ke Gelombang Sinus

Rangkaian di atas akan mengubah gelombang persegi 1000 Hz menjadi gelombang sinus 1000 Hz. Ini dilakukan dengan menyaring semua komponen frekuensi (harmonik) di atas dan di bawah fundamental, yang merupakan gelombang sinus. Alih-alih menggunakan resistor di rangkaian umpan balik, kami menggunakan komponen selektif frekuensi (kapasitor) yang memberikan umpan balik negatif untuk membatalkan frekuensi yang tidak diinginkan. Diagram tengah menunjukkan rangkaian aktual yang disimulasikan dan bentuk gelombang yang dihasilkan. Diagram ketiga menunjukkan respons frekuensi rangkaian. Nama teknis dari rangkaian jenis ini adalah filter bandpass aktif. Ini memungkinkan hanya pita frekuensi yang sangat sempit untuk melewati tanpa dilemahkan.

Langkah 5: Menggunakan Op Amp Sebagai Pembanding

Ada chip khusus yang merupakan pembanding yang lebih baik, tetapi terkadang Anda mungkin tidak memilikinya, jadi selalu berguna untuk mengetahui cara membuat komparator dari opamp. Tinjauan singkat tentang apa itu komparator, pada dasarnya adalah opamp yang diatur sebagai penguat tanpa umpan balik, memungkinkan penguat beroperasi pada penguatan maksimumnya. Ketika satu input diikat ke tegangan tertentu seperti 3 volt yang ditunjukkan pada diagram, rangkaian akan memberikan output yang hampir mendekati tegangan rel maksimum ketika kedua input berada pada tegangan yang sama. Dalam kasus rangkaian di atas, gelombang sinus 1 kHz memberikan output ketika naik di atas 3 volt dan beralih lagi ketika gelombang sinus turun di bawah 3 volt. Komparator biasanya digunakan dalam (ADC) dan osilator relaksasi.

Langkah 6: Membangun Penguat Penjumlahan Dengan Opamp

Penguat penjumlahan di atas mengambil dua sinyal 1 kHz, satu dari 10 mV puncak ke puncak dan satu lagi dari 20 mV puncak ke puncak. Output yang dihasilkan adalah 60 mV puncak ke puncak. Karena ini adalah penguat pembalik, ia mengeluarkan sinyal fase yang berlawanan.

Penguat penjumlahan digunakan dalam mixer audio di mana input yang berbeda perlu ditambahkan bersama. Dengan memasukkan sinyal ke potensiometer, sinyal dapat divariasikan untuk memberikan output yang diinginkan.

Langkah 7: Mixer Audio Tiga Masukan

Sirkuit ini dapat digunakan untuk menggabungkan dua instrumen dan trek vokal, lebih banyak input dapat ditambahkan sesuai kebutuhan. Setiap level input dapat disesuaikan secara independen dengan potensiometer.