Op Amp adalah singkatan dari Operational Amplifier atau penguat operational, IC op amp adalah op amp yang dirangkai terpadu dalam sebuah chip IC.
Penguat operasional pertama kali digunakan pada tahun 1930-an sebagai dasar komputer analog. Karena sirkuit terintegrasi (IC) belum dikenal pada saat itu (sebelum transistor ditemukan), versi paling awal dibuat dengan menggunakan tabung (vacum). Konsep dasarnya adalah memiliki penguat dengan input diferensial. Alan Blumlein yang mematenkan sirkuit yang sekarang kita sebut Long Tailed Pair (LTP) pada tahun 1936. Tujuan akhirnya adalah sirkuit yang operasinya hanya dikontrol oleh komponen feedback (umpan balik) eksternal. Biasanya, opamp awal ini dapat menambah dan mengurangi, dan ini adalah fungsi penting hingga hari ini (bahkan dalam audio). Salah satu opamp komersial paling awal adalah K2-W yang dibuat oleh George A Philbrick Researches (GAP / R), yang menggunakan sepasang tabung 12AX7, sebuah Differential Input Stage dan Cathode Follower Output. Untuk informasi lebih lanjut tentang sejarah awal opamps, lihat di Artikel Rod Elliott .
Dengan munculnya IC dan teknik produksi massal, opamp menjadi sangat populer. Dan artikel ini fokus pada aplikasi audio.
Rumus Penting
Sebelumnya kita perlu mengetahui hukum Ohm dan turunannya. Hukum Ohm sangat penting untuk elektronika, dan dengan sedikit lebih banyak lagi dimungkinkan untuk mendapatkan sebagian besar rumus berbasis resistansi lainnya. Hukum Ohm menyatakan bahwa potensial 1 Volt melalui resistansi 1 Ohm akan mengalirkan arus sebesar 1 Ampere.
R = V / I ... di mana R adalah resistansi, V adalah tegangan dan I adalah arus, atau ...
I = V / R ... atau ...
V = I × R
Kita juga akan menggunakan rumus untuk reaktansi induktif dan reaktansi kapasitif, serta menghitung respon frekuensi dan beberapa desain filter.
Kita akan melihat referensi ke 'level sesaat' x 'volt AC'. Tegangan AC memiliki tegangan sesaat (Vt), adalah tegangan yang ada pada saat itu.
Aturan Dasar Opamps
# 1 Sebuah opamp akan mencoba membuat kedua input tegangan yang sama persis (melalui jalur umpan balik negatif)
# 2 Jika tidak dapat melakukannya, output akan mengasumsikan polaritas input paling positif
- # 1 Sebuah opamp akan mencoba membuat kedua input tegangan yang sama persis
Ketika sebuah opamp dioperasikan dalam mode liniernya, rangkaian feedback negatif akan menyebabkan tegangan muncul pada input inverting(-in) yang ( hampir ) persis sama dengan input non-inverting(+ in). Setiap perubahan tegangan pada salah satu terminal direfleksikan oleh perubahan output yang menyebabkan lebih banyak atau lebih sedikit arus mengalir di sirkuit feedback untuk memulihkan keseimbangan. Untuk feedback negatif, harus ada perlawanan antara output dan input (inverting) . Biasanya akan ada resistor kedua dari input inverting untuk mengatur penguatan rangkaian. Resistor ini dapat terhubung ke ground atau digunakan sebagai input. - # 2 Jika Aturan #1 tidak dapat dipenuhi, output akan mengasumsikan polaritas input paling positif
Ada juga opamp mode non-linier, yang juga dapat terjadi jika output tidak dapat mengayunkan voltase cukup cepat (dikenal sebagai pembatasan laju perubahan tegangan). Dalam kasus ini, jika (in +) menjadi yang paling positif, maka output akan berayun positif (pada kecepatan maksimum, alias Slew Rate). Jika (in -) lebih positif, output akan berayun negatif.
Kondisi ini biasanya hasil dari tidak adanya feedback (negatif) , di mana output opamp dihubungkan (melalui resistor) ke pin input non-inverting . Feedback positif bukanlah persyaratan untuk Aturan # 2, itu sepenuhnya opsional, tergantung pada apa yang ingin dicapai oleh desainer.
Kita akan sangat mudah memahami hampir semua jenis op ampjika kita memahami aturan ini. Bahkan sirkuit yang menggunakan transistor eksternal akan mematuhi aturan ini.
Beberapa Informasi Penting Opamp
Sebelum kita membahas sirkuit itu sendiri, kita perlu melihat beberapa parameter yang akan kita temui, cara menerapkan daya dan melewati rel suplai, dan sebagainya. Ada banyak parameter yang akan kita lihat di datasheet, dan ini akan dibahas lebih rinci nanti, di artikel yang lain.
Konfigurasi
Op Amp hadir dalam berbagai konfigurasi, tetapi yang paling umum adalah
- Single - satu opamp dalam paket 8 pin DIL (Dual In Line) atau SOP
- Dual - Dua opamp terpisah, hanya berbagi pin catu daya - biasanya dalam DIL 8 pin atau SOP
- Quad - Empat opamp terpisah, sekali lagi berbagi catu daya - paling sering dalam DIL atau SOP 14 pin
Hampir semua opamp menggunakan pinout yang sama, dan ini didirikan oleh µA741 untuk single opamp, dan dual opamp seperti LM1458 mengatur tahap untuk opamp lain yang mengikutinya. Banyak Quad op amp menggunakan pinout yang sama juga, dan ini memungkinkan orang untuk menukar opamp dengan yang 'lebih baik' untuk waktu yang sangat lama. Style dan dimensi yang tersedia tersedia di datasheet untuk opamp yang ingin Anda gunakan.
Namun ada juga op amp yang tidak mengikuti standardisasi pin out ini! Tapi sangat jarang dan itu tidak akan kita bahas di sini.
Gambar di atas menunjukkan koneksi standar untuk opamp single, dual, dan quad, tetapi perlu diketahui bahwa pin yang tersisa pada op amp umum terkadang dapat digunakan selain yang ditampilkan. Koneksi tambahan yang tersedia paling sering:
- Offset Null - digunakan untuk mengatur amplifier untuk memastikan bahwa transistor input seimbang sempurna, sehingga tanpa sinyal input, ada output nol volt. Ini penting untuk rangkaian penguat DC.
- Kompensasi - Beberapa opamp single tidak memiliki kapasitor kompensasi frekuensi bawaan, dan ini dihubungkan secara eksternal. Hal ini memungkinkan perancang lebih bebas, dan kinerja frekuensi tinggi opamp dapat dioptimalkan untuk tujuan tertentu.
Anda mungkin pernah melihat koneksi ini digunakan dengan cara yang tidak umum, yang mungkin untuk mendapatkan bandwidth yang lebih besar daripada yang biasanya tersedia, atau mungkin hanya agar perancang dapat menunjukkan seberapa pintar dia. Dan sekalilagi, hal ini tidak akan kami bahas.
Beberapa opamp dikompensasikan untuk beberapa gain minimum yang ditentukan. Misalnya, NE5534 (single opamp) stabil dengan gain 3x (10dB) atau lebih tanpa menambahkan kapasitor kompensasi. Jika penguatan yang diperlukan kurang dari tiga, kompensasi eksternal diperlukan untuk mencegah osilasi.
Power Suplay (PSU)
Kebanyakan opamp akan beroperasi dengan maksimum 36V antar terminal suplai. Karena ini adalah maksimum absolut, dan yang paling umum adalah menggunakan ± 12V hingga ± 15V. Ada juga yang membutuhkan PSU lebih dari yang tertulis tadi dan ada juga yang membutuhkan lebih rendah, jadi silahkan lihat datasheet dari pabriknya. Banyak juga yang dirancang untuk operasi 5V (atau ± 2.5V) dan ini akan mati jika diberi tegangan yang lebih besar.
Karena pin out hampir selalu sama, Gambar di atas akan dapat diterapkan dalam banyak kasus, tetapi seperti yang dikatakan sebelumnya "Jangan terlalu mengandalkannya!". Jika ragu, lihatlah datasheet.
Power Supply Rejection Ratio
PSRR (Power Supply Rejection Ratio) dari sebuah opamp adalah ukuran jumlah noise catu daya, yang lolos ke sinyal output. Sebagian besar datasheet memberikan hasil pengujian untuk pengukuran ini.
Bypassing
Selalu disarankan agar PSU di-bypass dengan kapasitor. Bypass harus selalu menggunakan kapasitor dengan kinerja frekuensi tinggi yang baik, dan kapasitor keramik multilayer (monolitik) adalah yang terbaik dalam hal ini. Ini memastikan bahwa semua trace induktansi 'dinetralkan' dengan benar, dan membantu mencegah osilasi. Jika ini terjadi dengan op amp High Speed (HS), biasanya terjadi di wilayah MHz, dan mungkin sangat sulit dilihat pada osiloskop.
Tanda dari osilasi adalah distorsi yang tidak bisa dijelaskan, yang secara misterius menghilang (atau muncul) saat Anda menyentuh opamp atau komponen di sekitarnya (bukan ground).
Ada sebuah klaim telah dibuat-buat, katanya Bypassing PSU ini akan merusak suara, atau kapasitor keramik tidak boleh digunakan dalam audio, dan bahkan kapasitor bernilai tinggi (> 1μF) memperlambat suara. Namun ada yang mengatakan klaim ini tidak benar dan katanya klaim seperti ini harus benar-benar diabaikan - mereka tidak memiliki dasar apapun.
Perhatikan bahwa bypassing saja tidak cukup untuk memastikan stabilitas dalam semua kondisi. Layout PCB yang tidak baik juga dapat menimbulkan masalah, dan seringkali perlu ekstra hati-hati dengan layout tersebut untuk menghindari masalah yang bisa sangat sulit dilacak. Anda akan tahu bahwa Anda memiliki layout atau bypass yang bermasalah jika opamp lambat berfungsi dengan baik, tetapi opamp lebih cepat berosilasi atau menyebabkan dering parah pada sinyal transien (termasuk gelombang persegi). Kesalahan umum adalah menghilangkan resistor keluaran (biasanya 100 ohm) untuk mengisolasi keluaran opamp dari beban kapasitif seperti kabel koaksial (termasuk interkoneksi RCA standar).
Opamp yang Tidak Digunakan
Akan ada kalanya Anda menggunakan dual opamp tetapi hanya membutuhkan satu bagian, atau quad op amp tetapi hanya menggunakan tiga op amp. Meskipun opamp yang tidak digunakan dapat dibiarkan terputus, hal ini tidak dianggap sebagai praktik desain yang baik. Dalam beberapa kasus, ada kemungkinan bahwa opamp yang tidak terhubung dapat menyebabkan kesalahan sirkuit, jadi harus terhubung sehingga tidak dapat menyebabkan masalah.
Yang paling mudah adalah dengan menggabungkan output yang tidak digunakan ke input inverting, dan menghubungkan input non-inverting ke ground.
Rujukan : Elliott Sound Products