Membalik penguat operasional

Op-Amp (Penguat Operasional) adalah tulang punggung elektronik Analog. Penguat operasional adalah komponen elektronik berpasangan DC yang memperkuat Tegangan dari input diferensial menggunakan umpan balik resistor. Op-Amps populer karena keserbagunaannya karena dapat dikonfigurasi dengan banyak cara dan dapat digunakan dalam berbagai aspek. Rangkaian op-amp terdiri dari beberapa variabel seperti bandwidth, impedansi masukan, dan keluaran, margin keuntungan, dll. Kelas op-amp yang berbeda memiliki spesifikasi yang berbeda tergantung pada variabel tersebut. Ada banyak op-amp yang tersedia dalam paket integrated circuit (IC) yang berbeda, beberapa op-amp ic memiliki dua atau lebih op-amp dalam satu paket. LM358, LM741, LM386 adalah beberapa IC Op-amp yang umum digunakan. Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentang Op-amp dengan mengikuti bagian sirkuit Op-amp kami.

Sebuah op-amp memiliki dua pin masukan diferensial dan satu pin keluaran bersama dengan pin daya. Kedua pin input diferensial tersebut adalah pin pembalik atau pin Negatif dan Non-pembalik atau Positif. Sebuah op-amp memperkuat perbedaan tegangan antara dua pin input ini dan memberikan output yang diperkuat melalui pin Vout atau outputnya.

Tergantung pada jenis inputnya, op-amp dapat diklasifikasikan sebagai Amplifier Pembalik atau Amplifier Non-pembalik. Dalam tutorial op-amp Non-pembalik sebelumnya, kita telah melihat bagaimana menggunakan penguat dalam konfigurasi non-pembalik. Dalam tutorial ini, kita akan belajar bagaimana menggunakan op-amp dalam konfigurasi pembalik.

Membalik Konfigurasi Penguat Operasional

Disebut Penguat Pembalik karena op-amp mengubah sudut fase sinyal output tepat 180 derajat keluar fase sehubungan dengan sinyal input. Sama seperti sebelumnya, kami menggunakan dua resistor eksternal untuk membuat rangkaian umpan balik dan membuat rangkaian loop tertutup di seluruh penguat.

Pada konfigurasi Non-inverting, kami memberikan umpan balik positif di seluruh amplifier, tetapi untuk konfigurasi inverting, kami menghasilkan umpan balik negatif di seluruh rangkaian Op-amp.

Mari kita lihat diagram koneksi untuk konfigurasi op-amp pembalik

Dalam op-amp pembalik di atas, kita dapat melihat R1 dan R2 memberikan umpan balik yang diperlukan di seluruh rangkaian Op-amp. The R2 Resistor adalah sinyal input resistor, dan R1 resistor adalah resistor umpan balik. Rangkaian umpan balik ini memaksa tegangan input diferensial hampir nol.

Umpan balik dihubungkan melintasi terminal negatif op-amp dan terminal positif dihubungkan melintasi tanah. Potensial tegangan pada input pembalik sama dengan potensial tegangan input non-pembalik. Jadi, di seluruh input non-pembalik, titik penjumlahan Bumi Virtual dibuat, yang memiliki potensi yang sama dengan tanah atau Bumi. Op-amp akan bertindak sebagai penguat diferensial.

Jadi, dalam kasus op-amp pembalik, tidak ada arus yang mengalir ke terminal input, juga Tegangan input sama dengan tegangan umpan balik di dua resistor karena keduanya merupakan sumber ground virtual umum. Karena adanya pembumian virtual, resistansi masukan op-amp sama dengan resistor masukan op-amp yaitu R2. R2 ini memiliki hubungan dengan gain loop tertutup dan gain dapat diatur dengan rasio resistor eksternal yang digunakan sebagai umpan balik.

Karena tidak ada aliran arus di terminal input dan tegangan input diferensial adalah nol, Kita dapat menghitung gain loop tertutup dari op amp. Pelajari lebih lanjut tentang Op-amp consturction dan cara kerjanya dengan mengikuti link.

Keuntungan dari Pembalikan Op-amp

Pada gambar di atas, dua resistor R2 dan R1 ditampilkan, yang merupakan resistor umpan balik pembagi tegangan yang digunakan bersama dengan op-amp pembalik. R1 adalah resistor Umpan Balik (Rf) dan R2 adalah resistor masukan (Rin). Jika kita menghitung arus yang mengalir melalui resistor maka-

i = (Vin - Vout) / (Rin (R2) - Rf (R1))

Karena Dout adalah titik tengah pembagi, jadi kita bisa menyimpulkan

Seperti yang kami jelaskan sebelumnya, karena virtual ground atau titik penjumlahan node yang sama, tegangan umpan balik adalah 0, Dout = 0. Jadi,

Jadi, rumus penguat pembalik untuk gain loop tertutup adalah

Penguatan (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin)

Jadi, dari rumus ini, kita mendapatkan salah satu dari empat variabel saat tiga variabel lainnya tersedia. Kalkulator Penguatan Op-amp dapat digunakan untuk menghitung penguatan dari op-amp pembalik.

Seperti yang kita lihat tanda negatif dalam rumus, output akan keluar dari fase 180 derajat berbeda dengan fase sinyal input.

Contoh Praktis Pembalik Amplifier

Pada gambar di atas, konfigurasi op-amp ditunjukkan, di mana dua resistor umpan balik memberikan umpan balik yang diperlukan dalam op-amp. Resistor R2 yang merupakan resistor masukan dan R1 adalah resistor umpan balik. Resistor input R2 yang memiliki nilai resistansi 1K ohm dan resistor umpan balik R1 memiliki nilai resistansi 10k ohm. Kami akan menghitung keuntungan pembalik dari op-amp. Umpan balik diberikan di terminal negatif dan terminal positif dihubungkan dengan ground.

Rumus untuk membalikkan penguatan dari rangkaian op-amp-

Penguatan (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin)

Di sirkuit di atas Rf = R1 = 10k dan Rin = R2 = 1k

Jadi, Penguatan (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin) Penguatan (Av) = (Vout / Vin) = - (10k / 1k)

Jadi gain akan menjadi -10 kali dan output akan 180 derajat keluar dari fase.

Sekarang, jika kita meningkatkan gain op-amp menjadi -20 kali lipat, berapakah nilai resistor umpan balik jika resistor masukannya sama? Begitu, Dapatkan = -20 dan Rin = R2 = 1k. -20 = - (R1 / 1k) R1 = 20k

Jadi, jika kita meningkatkan nilai 10k menjadi 20k, penguatan op-amp akan menjadi -20 kali.

Kita dapat meningkatkan penguatan op-amp dengan mengubah rasio resistor, namun tidak disarankan untuk menggunakan resistansi yang lebih rendah seperti Rin atau R2. Karena nilai resistansi yang lebih rendah menurunkan impedansi input dan membuat beban ke sinyal input. Dalam kasus tipikal nilai dari 4.7k hingga 10k digunakan untuk resistor masukan.

Ketika gain tinggi membutuhkan dan kita harus memastikan impedansi tinggi pada input, kita harus meningkatkan nilai resistor umpan balik. Tetapi juga tidak disarankan untuk menggunakan resistor bernilai sangat tinggi di Rf. Resistor umpan balik yang lebih tinggi memberikan margin keuntungan yang tidak stabil dan tidak dapat menjadi pilihan yang layak untuk operasi terkait bandwidth terbatas. Nilai tipikal 100k atau sedikit lebih dari yang digunakan dalam resistor umpan balik.

Kita juga perlu memeriksa bandwidth rangkaian op-amp untuk operasi yang andal pada gain tinggi.

Penguat Penjumlah atau Sirkuit Op Amp Adder

Sebuah op-amp pembalik dapat digunakan di berbagai tempat seperti Op amp Penguat Jumlah. Salah satu aplikasi penting dari op-amp pembalik adalah penguat penjumlahan atau virtual earth mixer.

Pada gambar di atas, mixer bumi virtual atau penguat penjumlahan ditampilkan di mana op-amp terbalik mencampurkan beberapa sinyal berbeda di terminal pembalik itu. Input penguat pembalik secara virtual berada pada potensi bumi yang menyediakan aplikasi terkait mixer yang sangat baik dalam pekerjaan terkait pencampuran audio.

Seperti yang dapat kita lihat, sinyal yang berbeda ditambahkan bersama di terminal negatif menggunakan resistor input yang berbeda. Tidak ada batasan jumlah input sinyal yang berbeda dapat ditambahkan. Keuntungan dari setiap port sinyal yang berbeda ditentukan oleh rasio resistor umpan balik R2 dan resistor masukan dari saluran tertentu.

Pelajari juga lebih lanjut tentang aplikasi op-amp dengan mengikuti berbagai rangkaian berbasis op-amp. Konfigurasi op-amp pembalik ini juga digunakan di berbagai filter seperti active low pass filter atau active high pass filter.

Sirkuit Penguat Trans-Impedansi

Penggunaan lain dari penguat pembalik Op amp adalah menggunakan penguat sebagai Penguat Trans-Impedansi.

Dalam rangkaian seperti itu, Op-amp mengubah arus masukan yang sangat rendah menjadi tegangan keluaran yang sesuai. Jadi, penguat Trans-Impedansi mengubah arus menjadi tegangan.

Ini dapat mengubah arus dari Fotodioda, Akselerometer, atau sensor lain yang menghasilkan arus rendah dan menggunakan penguat trans-impedansi arus dapat diubah menjadi tegangan.

Pada gambar di atas, sebuah op-amp terbalik digunakan untuk membuat Penguat Trans-Impedansi yang mengubah arus yang berasal dari foto-dioda menjadi tegangan. Penguat memberikan impedansi rendah melintasi fotodioda dan menciptakan isolasi dari tegangan keluaran op-amp.

Pada rangkaian di atas, hanya satu resistor umpan balik yang digunakan. R1 adalah resistor umpan balik bernilai tinggi. Kita dapat mengubah penguatan dengan mengubah nilai resistor R1 ini. Penguatan op-amp yang tinggi menggunakan kondisi stabil dimana arus fotodioda sama dengan arus umpan balik yang melalui resistor R1.

Karena kami tidak memberikan bias eksternal pada foto-dioda, tegangan offset masukan dari fotodioda sangat rendah, yang menghasilkan penguatan tegangan besar tanpa tegangan offset keluaran. Arus foto-dioda akan diubah menjadi tegangan keluaran tinggi.

Aplikasi lain dari op-amp pembalik adalah -

Pengalih fase
Integrator
Dalam pekerjaan terkait signal balancing
Mixer RF linier
Berbagai sensor menggunakan op-amp pembalik untuk keluaran.