1. Op-amp yang ideal
SAAT INI - 1. Op-amp yang ideal
PREVIOUS- Pengantar Operasional Ideal
Op-amp yang ideal
Bagian ini menggunakan a sistem pendekatan untuk menyajikan dasar-dasar Penguat Operasional Ideal. Karena itu, kami menganggap op-amp sebagai blok dengan terminal input dan output. Kami saat ini tidak peduli dengan masing-masing perangkat elektronik dalam op-amp.
Op-amp adalah penguat yang sering ditenagai oleh tegangan suplai positif dan negatif. Ini memungkinkan tegangan output untuk mengayunkan baik potensial di atas dan di bawah tanah. Op-amp menemukan aplikasi luas dalam banyak sistem elektronik linier.
Nama penguat operasional berasal dari salah satu penggunaan asli sirkuit op-amp; untuk melakukan matematika operasi di komputer analog. Aplikasi tradisional ini akan dibahas kemudian dalam bab ini. Op-amp awal menggunakan input pembalik tunggal. Perubahan tegangan positif pada input menyebabkan perubahan negatif pada output.
Oleh karena itu, untuk memahami pengoperasian op-amp, perlu terlebih dahulu mengenal konsep sumber yang dikendalikan (tergantung) karena mereka membentuk dasar dari model op-amp.
Sumber Ketergantungan 1.1
Sumber tergantung (atau dikendalikan) menghasilkan tegangan atau arus yang nilainya ditentukan oleh tegangan atau arus yang ada di lokasi lain di sirkuit. Sebaliknya, perangkat pasif menghasilkan tegangan atau arus yang nilainya ditentukan oleh tegangan atau arus yang ada di lokasi yang sama di sirkuit. Sumber tegangan dan sumber arus independen dan dependen adalah elemen aktif. Artinya, mereka mampu memberikan daya ke beberapa perangkat eksternal. Elemen pasif tidak mampu menghasilkan daya, meskipun mereka dapat menyimpan energi untuk pengiriman di lain waktu, seperti halnya dengan kapasitor dan induktor.
Gambar di bawah ini mengilustrasikan konfigurasi rangkaian yang setara dari perangkat penguatan yang sering digunakan dalam analisis rangkaian. Yang paling kanan
resistor adalah beban. Kami akan menemukan tegangan dan penguatan arus sistem ini. Gain tegangan, Av didefinisikan sebagai rasio tegangan output ke tegangan input. Demikian pula, gain saat ini, Ai adalah rasio arus keluaran ke arus input.
Gambar 1- Sirkuit ekivalen perangkat penguatan solid-state
Arus input adalah:
Arus dalam resistor kedua, i1, ditemukan langsung dari hukum Ohm:
(2)
Tegangan output kemudian diberikan oleh:
(3)
Dalam Persamaan (3), ‖ menunjukkan kombinasi paralel resistor. Arus keluaran ditemukan langsung dari hukum Ohm.
(4)
Keuntungan tegangan dan arus kemudian ditemukan dengan membentuk rasio:
(5)
(6)
1.2 Sirkuit Setara Penguat Operasional
Gambar 2- Penguat operasional dan sirkuit setara
Fgambarkan 2 (A) menyajikan simbol untuk penguat operasional, dan Gambar 2 (b) menunjukkan sirkuit yang setara. Terminal input adalah v+ dan v-. Terminal keluaran adalah vdi luar. Koneksi catu daya ada di +V, -V dan terminal pentanahan. Koneksi catu daya sering dihilangkan dari gambar skematik. Nilai tegangan output dibatasi oleh +V dan -V karena ini adalah tegangan paling positif dan negatif di rangkaian.
Model berisi sumber tegangan dependen yang tegangannya tergantung pada perbedaan tegangan input v+ dan v-. Dua terminal input dikenal sebagai non-pembalik dan pembalik input masing-masing. Idealnya, output dari amplifier tidak tergantung pada besarnya dua voltase input, tetapi hanya pada perbedaan di antara mereka. Kami mendefinisikan tegangan input diferensial, vd, sebagai perbedaannya,
(7)
Tegangan output sebanding dengan tegangan input diferensial, dan kami menetapkan rasio sebagai gain loop terbuka, G. Dengan demikian, tegangan output adalah
(8)
Sebagai contoh, input dari 
(E biasanya amplitudo kecil) diterapkan pada input non-pembalik dengan terminal pembalik dibumikan, menghasilkan 
pada output. Ketika sinyal sumber yang sama diterapkan ke input pembalik dengan terminal non-pembalik di-ground, outputnya adalah 
.
Impedansi input op-amp ditampilkan sebagai hambatan pada Gambar 2 (b).
Impedansi output diwakili dalam gambar sebagai resistansi, Ro.
Penguat operasional yang ideal ditandai sebagai berikut:
Ini biasanya merupakan perkiraan yang baik untuk parameter op-amp nyata. Parameter khas op-amp nyata adalah:
Oleh karena itu, menggunakan op-amp yang ideal untuk memperkirakan op-amp yang sebenarnya merupakan penyederhanaan yang berharga untuk analisis rangkaian.
Mari kita menjelajahi implikasi dari gain loop terbuka menjadi tak terbatas. Jika kita menulis ulang Persamaan (8) 
sebagai berikut:
(9)
dan biarkan G mendekati tak terhingga, kita melihat itu
(10)
Persamaan (10) dihasilkan dengan mengamati bahwa tegangan keluaran tidak dapat tak terbatas. Nilai tegangan output dibatasi oleh nilai catu daya positif dan negatif. Persamaan (10) menunjukkan bahwa tegangan pada dua terminal adalah sama:
(11)
Oleh karena itu, persamaan persamaan (11) membuat kita mengatakan ada hubungan pendek virtual antara terminal input.
Karena resistansi input op-amp ideal tidak terbatas, arus ke setiap input, terminal pembalik dan terminal non-pembalik, adalah nol.
Ketika op-amp nyata digunakan dalam mode amplifikasi linier, penguatannya sangat besar, dan Persamaan (11) adalah pendekatan yang baik. Namun, beberapa aplikasi untuk op-amp nyata menggunakan perangkat dalam mode non-linear. Perkiraan Persamaan (11) tidak valid untuk rangkaian ini.
Walaupun op-amp praktis memiliki penguatan voltase tinggi, gain ini bervariasi sesuai frekuensinya. Karena alasan ini, op-amp biasanya tidak digunakan dalam bentuk yang ditunjukkan pada Gambar 2 (a). Konfigurasi ini dikenal sebagai loop terbuka karena tidak ada umpan balik dari output ke input. Kita melihat kemudian bahwa, sementara konfigurasi loop terbuka berguna untuk aplikasi pembanding, konfigurasi yang lebih umum untuk aplikasi linier adalah sirkuit loop tertutup dengan umpan balik.
Elemen eksternal digunakan untuk "memberi umpan balik" sebagian dari sinyal keluaran ke masukan. Jika elemen umpan balik ditempatkan di antara keluaran dan masukan pembalik, penguatan loop tertutup berkurang karena sebagian keluaran dikurangi dari masukan. Kita akan melihat nanti bahwa umpan balik tidak hanya menurunkan penguatan keseluruhan, tetapi juga membuat penguatan itu kurang sensitif terhadap nilai G. Dengan umpan balik, penguatan loop tertutup lebih bergantung pada elemen rangkaian umpan balik, dan lebih sedikit pada operasi dasar. gain tegangan amp, G. Faktanya, gain loop tertutup pada dasarnya tidak bergantung pada nilai G-itu hanya bergantung pada nilai-nilai elemen rangkaian eksternal.
Gambar (3) menggambarkan rangkaian op-amp umpan balik negatif satu tahap.
Gambar 3 - Op-amp pembalik
Oleh karena itu, kami akan menganalisis rangkaian ini di bagian selanjutnya. Untuk saat ini, perhatikan bahwa satu resistor, RF, digunakan untuk menghubungkan tegangan output, vdi luar ke input pembalik, v-.
Resistor lain, Ra terhubung dari input pembalik, v-, ke tegangan input, va. Sebuah resistor ketiga, R ditempatkan di antara input dan pembumian non-pembalik.
Sirkuit yang menggunakan op-amp, resistor, dan kapasitor dapat dikonfigurasikan untuk melakukan banyak operasi yang bermanfaat seperti menjumlahkan, mengurangi, mengintegrasikan, membedakan, memfilter, membandingkan, dan memperkuat.
1.3 Metode Analisis
Kami menganalisis rangkaian menggunakan dua sifat op-amp ideal yang penting:
- Tegangan antara v+ dan v- adalah nol, atau v+ = v-.
- Arus ke dalam keduanya v+ dan v- terminal adalah nol.
Pengamatan sederhana ini mengarah pada prosedur untuk menganalisis setiap rangkaian op-amp yang ideal sebagai berikut:
- Tulis persamaan node hukum Kirchhoff saat ini di terminal non-pembalik, v+.
- Tulis persamaan node hukum Kirchhoff saat ini di terminal pembalik, v-.
- set v+ = v- dan selesaikan untuk mendapatkan loop tertutup yang diinginkan.
Saat menerapkan hukum Kirchhoff, ingatlah bahwa arus masuk ke keduanya v+ dan v- terminal adalah nol.