3. Op-amp Khas

Op-amp Khas

Kebanyakan amplifier operasional dirancang dan dibangun sesuai dengan diagram blok yang ditunjukkan pada Gambar 8.

Op-amp Khas

Gambar 8 - Konfigurasi khas sebuah op-amp

Penguat diferensial dan tahap penguatan tegangan adalah satu-satunya tahap yang memberikan penguatan tegangan. Penguat diferensial juga menyediakan CMRR yang sangat penting dalam op-amp. Output dari penguat diferensial sering dihubungkan ke pengikut emitor dengan resistor emitor besar sehingga memberikan beban impedansi tinggi ke penguat diferensial untuk mendapatkan gain yang tinggi. Ingat bahwa amplifier common-emitor high-gain menderita impedansi input yang jauh lebih rendah daripada amplifier CE gain moderat. Ini kemudian memungkinkan penggunaan penguat CE gain tinggi untuk memberikan penguatan tambahan. Op-amp linear langsung digabungkan untuk memberikan ac mendapatkan. Ini juga menghilangkan kebutuhan kapasitor kopling yang terlalu besar untuk ditempatkan pada chip IC. Pengalih level diperlukan untuk memastikan bahwa sinyal output tidak memilikinya dc mengimbangi. Op-amp dapat dimodelkan dengan sangat akurat oleh simulasi rangkaian. Kami akan mendemonstrasikan ini menggunakan simulasi sirkuit online TINACloud.

Kemasan 3.1

Sirkuit op-amp dikemas dalam paket IC standar, termasuk kaleng, paket dual-in-line (DIP), dan paket rata. Masing-masing paket memiliki setidaknya delapan pin atau koneksi. Mereka diilustrasikan dalam Gambar 9, 10, dan 11.

 

Op-amp Khas

Gambar 9 - Koneksi op-amp untuk paket kaleng (tampilan atas)

Op-amp Khas

Gambar 10 - Sambungan Op-amp DIP 14-pin (Tampak Atas)

Op-amp Khas

Gambar 11 - Koneksi op-amp untuk paket datar 10-pin (Tampilan atas)

 

 

 

 

 

 

 

Ketika membangun sirkuit, penting untuk mengidentifikasi berbagai lead dengan benar (mereka biasanya tidak diberi nomor). Angka-angka menggambarkan lokasi pin 1. Dalam bisa paket dari Gambar 9, pin 1 diidentifikasi sebagai pin pertama di sebelah kiri tab, dan pin diberi nomor secara berurutan berlawanan arah jarum jam dari atas. Dalam paket dual-in-line Gambar 10, bagian atas paket memiliki lekukan untuk menemukan pin 1, dan pin diberi nomor di sebelah kiri dan atas di sebelah kanan. Perhatikan bahwa lebih dari satu op-amp (biasanya 2 atau 4) dikemas dalam satu DIP.

Dalam majalah paket datar Gambar 11, pin 1 diidentifikasi oleh sebuah titik dan pin diberi nomor seperti pada DIP.

Persyaratan Daya 3.2

Banyak op-amp membutuhkan sumber tegangan negatif dan positif. Sumber tegangan tipikal berkisar dari ± 5 V hingga ± 25 V. Gambar 12 menunjukkan koneksi catu daya khas ke op-amp.

Ayunan tegangan output maksimum dibatasi oleh dc tegangan yang disuplai ke op-amp. Beberapa penguat operasional dapat dioperasikan dari sumber tegangan tunggal. Spesifikasi pabrikan menentukan batas operasi dalam kasus di mana op-amp hanya menggunakan satu catu daya.

Op-amp, op-amp yang khas

Gambar 12 - Koneksi catu daya

Ayunan tegangan output maksimum dibatasi oleh dc tegangan yang disuplai ke op-amp. Beberapa penguat operasional dapat dioperasikan dari sumber tegangan tunggal. Spesifikasi pabrikan menentukan batas operasi dalam kasus di mana op-amp hanya menggunakan satu catu daya.

3.3 Op-amp 741

Op-amp μA741 diilustrasikan dalam rangkaian ekivalen pada Gambar 13. Sudah diproduksi sejak 1966 oleh sebagian besar produsen IC, dan meskipun ada banyak kemajuan sejak diperkenalkan, 741 masih banyak digunakan.

penguat operasional, op-amp tipikal

Gambar 13 - 741 op-amp

Op-amp 741 memiliki kompensasi internal yang mengacu pada jaringan RC yang menyebabkan respons amplitudo frekuensi tinggi jatuh. Karena amplifier memiliki gain tinggi (sesuai urutan 104 untuk 105 pada frekuensi rendah) dan karena kapasitansi parasit dalam transistor memungkinkan umpan balik parasit, op-amp akan menjadi tidak stabil dan berosilasi jika bukan karena kompensasi internal. Dua amplifier perbedaan bertingkat menggerakkan penguat daya simetri komplementer melalui penguat tegangan lainnya.

741 op-amp terdiri dari tiga tahap: penguat diferensial input, penguat gain tinggi ujung tunggal, dan penguat buffer output. Sirkuit lain yang penting untuk operasinya adalah level shifter untuk menggeser dc tingkat sinyal sehingga output dapat mengayunkan positif dan negatif, sirkuit bias untuk memberikan arus referensi ke berbagai amplifier, dan sirkuit yang melindungi op-amp dari hubung singkat pada output. 741 dikompensasi secara internal melalui jaringan kapasitor-resistor on-chip.

Op-amp semakin ditingkatkan dengan menambahkan lebih banyak tahap amplifikasi, mengisolasi rangkaian input, dan menambahkan lebih banyak pengikut emitor pada output untuk mengurangi impedansi output. Peningkatan lainnya menghasilkan peningkatan CMRR, impedansi input yang lebih tinggi, respons frekuensi yang lebih luas, penurunan impedansi output, dan peningkatan daya.

Sirkuit Bias

Beberapa sumber konstan dapat dilihat pada op-amp 741 pada Gambar 13. Transistor Q8 dan Q9 adalah sumber saat ini untuk IEE penguat diferensial yang dibentuk oleh Q1, Q2, Q3, dan Q4. Transistor Q5, Q6, dan Q7, adalah beban aktif yang menggantikan RC resistor penguat diferensial. Transistor Q10, Q11, dan Q12 membentuk jaringan bias untuk sumber arus penguat diferensial. Transistor Q10 dan Q11 membentuk sumber arus Widlar untuk jaringan bias ini dengan transistor lain yang bertindak sebagai cermin saat ini.

Perlindungan Sirkuit Pendek

Sirkuit 741 mencakup sejumlah transistor yang biasanya terputus dan melakukan hanya jika ada arus besar pada output. Bias pada transistor keluaran kemudian diubah untuk mengurangi arus ini ke tingkat yang dapat diterima. Dalam rangkaian Gambar 13, jaringan perlindungan hubung singkat ini terdiri dari transistor Q15 dan Q22 dan resistor R11.

Tahap Input

Tahap input dari op-amp 741 diperlukan untuk memberikan penguatan tegangan, level shifting, dan output penguat diferensial tunggal. Kompleksitas sirkuit menyebabkan kesalahan tegangan offset yang besar. Berbeda dengan ini, amplifier diferensial yang dimuat resistor standar menyebabkan kesalahan tegangan offset lebih sedikit. Namun, penguat standar memiliki gain terbatas yang berarti bahwa lebih banyak tahapan akan diperlukan untuk mencapai amplifikasi yang diinginkan. Amplifier diferensial yang dimuat-resistor digunakan dalam op-amp yang memiliki tegangan lebih kecil daripada 741.

BJT yang digunakan pada tahap input membutuhkan arus bias yang besar, memperkenalkan masalah arus offset. Untuk mengurangi kesalahan offset saat ini, tipe op-amp lainnya menggunakan MOSFET pada tahap input.

Tahap input 741 adalah penguat diferensial dengan beban aktif yang dibentuk oleh transistor Q5, Q6, dan Q7 dan resistor R1, R2, dan R3. Sirkuit ini menyediakan beban resistansi tinggi dan mengubah sinyal dari diferensial ke ujung tunggal tanpa degradasi penguatan atau rasio penolakan mode umum. Keluaran tunggal diambil dari pengumpul Q6. Level level shifter input terdiri dari lateral pnp transistor, Q3 dan Q4, yang terhubung dalam konfigurasi common-base.

Penggunaan transistor lateral, Q3 dan Q4, menghasilkan keuntungan tambahan. Mereka membantu melindungi transistor input, Q1 dan Q2, terhadap gangguan sambungan basis-emitor. Persimpangan basis emitor dari npn Transistor akan rusak ketika bias balik melebihi tentang 7 V. Kerusakan transistor lateral tidak terjadi sampai bias balik melebihi tentang 50 V. Karena transistor dalam seri dengan Q1 dan Q2, tegangan gangguan pada sirkuit input meningkat.

Tahap Menengah

Tahap perantara di sebagian besar op-amp memberikan penguatan tinggi melalui beberapa amplifier. Dalam 741, output ujung tunggal dari tahap pertama terhubung ke basis Q16 yang ada dalam konfigurasi pengikut emitor. Ini memberikan impedansi input tinggi ke tahap input yang meminimalkan pemuatan. Tahap menengah juga terdiri dari transistor Q16 dan Q17, dan resistor R8 dan R9. Output dari tahap menengah diambil dari pengumpul Q17, dan diberikan kepada Q14 melalui pembagi fase. Kapasitor dalam 741 digunakan untuk kompensasi frekuensi yang dibahas dalam bab-bab selanjutnya dari teks ini.

Tahap Output

Tahap keluaran op-amp diperlukan untuk memberikan penguatan arus tinggi ke impedansi keluaran rendah. Kebanyakan op-amp menggunakan tahap keluaran simetri komplementer untuk meningkatkan efisiensi tanpa mengorbankan penguatan arus. Efisiensi maksimum yang dapat dicapai untuk simetri komplementer, penguat kelas B adalah 78%. Penguat output ujung tunggal memiliki efisiensi maksimum hanya 25%. Beberapa op-amp menggunakan simetri komplementer pasangan Darlington untuk meningkatkan kemampuan keluarannya. Tahap keluaran simetri komplementer dalam 741 terdiri dari Q14 dan Q20.

Resistor kecil, R6 dan R7, berikan batasan arus pada output. Pasangan Darlington, Q18 dan Q19, digunakan sebagai pengganti dioda pada tahap output simetri komplementer yang dioda-kompensasi seperti yang dijelaskan dalam Bab 8. Pengaturan pasangan Darlington lebih disukai daripada dua transistor yang terhubung sebagai dioda karena dapat dibuat di daerah yang lebih kecil. Sumber arus yang menggantikan resistor bias dalam rangkaian simetri komplementer direalisasikan oleh satu bagian transistor Q13. Transistor Q22, Q23, dan Q24 adalah bagian dari pengaturan level shifter yang memastikan bahwa tegangan output terpusat di sekitar sumbu nol.

CURRENT - 3. Op amp tipikal