Penguat Diferensial dan Ujung Tunggal

Untuk kemudahan menggambar diagram sirkuit yang kompleks, amplifier elektronik sering dilambangkan dengan bentuk segitiga sederhana, di mana komponen internal tidak diwakili secara individual. Simbologi ini sangat berguna untuk kasus-kasus di mana konstruksi penguat tidak relevan dengan fungsi yang lebih besar dari rangkaian keseluruhan, dan ini layak untuk dibiasakan:

Koneksi +V dan -V menunjukkan sisi positif dan negatif dari catu daya DC, masing-masing. Koneksi tegangan input dan output ditampilkan sebagai konduktor tunggal, karena diasumsikan bahwa semua tegangan sinyal direferensikan ke koneksi umum dalam rangkaian yang disebut ground . Seringkali (tetapi tidak selalu!), salah satu kutub catu daya DC, baik positif maupun negatif, adalah titik referensi arde itu. Rangkaian penguat praktis (menunjukkan sumber tegangan input, resistansi beban, dan catu daya) mungkin terlihat seperti ini:

Fungsi Rangkaian Amplifier

Tanpa harus menganalisis desain transistor sebenarnya dari amplifier, Anda dapat dengan mudah melihat fungsi keseluruhan rangkaian:untuk mengambil sinyal input (V_di ), perkuat, dan dorong tahanan beban (R_beban ). Untuk melengkapi skema di atas, sebaiknya tentukan penguatan penguat tersebut (A_V , A_Saya , A_P ) dan titik Q (bias) untuk setiap analisis matematis yang diperlukan.

Jika diperlukan penguat untuk dapat mengeluarkan tegangan AC yang sebenarnya (membalikkan polaritas) ke beban, catu daya DC split dapat digunakan, di mana titik ground secara elektrik "berpusat" antara +V dan -V. Terkadang konfigurasi catu daya terpisah disebut sebagai ganda catu daya.

Penguat masih disuplai dengan 30 volt secara keseluruhan, tetapi dengan catu daya DC tegangan split , tegangan keluaran melintasi resistor beban sekarang dapat berayun dari maksimum teoritis +15 volt ke -15 volt, bukannya +30 volt ke 0 volt. Ini adalah cara mudah untuk mendapatkan output arus bolak-balik (AC) yang sebenarnya dari amplifier tanpa menggunakan kopling kapasitif atau induktif (transformator) pada output. Amplitudo puncak-ke-puncak output amplifier ini antara cutoff dan saturasi tetap tidak berubah.

Penguat Diferensial

Dengan menandakan penguat transistor dalam rangkaian yang lebih besar dengan simbol segitiga, kami memudahkan tugas mempelajari dan menganalisis penguat dan rangkaian yang lebih kompleks. Salah satu jenis penguat yang lebih kompleks yang akan kita pelajari disebut penguat diferensial . Tidak seperti amplifier biasa, yang memperkuat sinyal input tunggal (sering disebut single-ended amplifier), amplifier diferensial memperkuat perbedaan tegangan antara dua sinyal input. Menggunakan simbol penguat segitiga yang disederhanakan, penguat diferensial terlihat seperti ini:

Dua kabel input dapat dilihat di sisi kiri simbol penguat segitiga, kabel output di sisi kanan, dan kabel catu daya +V dan -V di atas dan bawah. Seperti contoh lainnya, semua tegangan direferensikan ke titik ground sirkuit. Perhatikan bahwa salah satu lead input ditandai dengan (-) dan yang lainnya ditandai dengan (+). Karena penguat diferensial memperkuat perbedaan tegangan antara dua input, setiap input mempengaruhi tegangan output dengan cara yang berlawanan. Perhatikan tabel tegangan input/output berikut untuk penguat diferensial dengan penguatan tegangan 4:

Tegangan yang semakin positif pada input (+) cenderung mendorong tegangan output yang lebih positif, dan tegangan yang semakin positif pada input (-) cenderung mendorong tegangan output yang lebih negatif. Demikian juga, tegangan yang semakin negatif pada input (+) cenderung mendorong output negatif juga, dan tegangan yang semakin negatif pada input (-) melakukan hal yang sebaliknya. Karena hubungan antara input dan polaritas ini, input (-) biasanya disebut sebagai pembalik input dan (+) sebagai noninverting memasukkan. Mungkin bermanfaat untuk menganggap penguat diferensial sebagai sumber tegangan variabel yang dikendalikan oleh voltmeter sensitif, seperti:

Ingatlah bahwa ilustrasi di atas hanyalah sebuah model untuk membantu dalam memahami perilaku penguat diferensial. Ini bukan skema realistis dari desain sebenarnya. Simbol "G" mewakili galvanometer, gerakan voltmeter yang sensitif. Potensiometer yang terhubung antara +V dan -V memberikan tegangan variabel pada pin output (dengan mengacu pada satu sisi catu daya DC), tegangan variabel yang ditetapkan oleh pembacaan galvanometer. Harus dipahami bahwa setiap beban yang ditenagai oleh output penguat diferensial mendapatkan arusnya dari sumber daya DC (baterai), bukan sinyal input. Sinyal input (ke galvanometer) hanya mengendalikan hasil. Konsep ini pada awalnya mungkin membingungkan bagi siswa yang baru mengenal amplifier. Dengan semua polaritas dan tanda polaritas (- dan +) ini, mudah untuk menjadi bingung dan tidak tahu seperti apa output dari penguat diferensial. Untuk mengatasi potensi kebingungan ini, berikut aturan sederhana yang perlu diingat:

Hubungan Polaritas Input dan Output

Ketika polaritas diferensial tegangan sesuai dengan tanda untuk input pembalik dan non-pembalik, output akan positif. Ketika polaritas tegangan diferensial berbenturan dengan tanda input, output akan negatif. Ini memiliki beberapa kesamaan dengan tanda matematika yang ditampilkan oleh voltmeter digital berdasarkan polaritas tegangan input. Kabel tes merah voltmeter (sering disebut kabel "positif" karena warna merah sering dikaitkan dengan sisi positif catu daya di kabel elektronik) lebih positif daripada hitam, meteran akan menampilkan angka tegangan positif, dan sebaliknya:

Sama seperti voltmeter hanya akan menampilkan tegangan antara dua sadapan ujinya, penguat diferensial yang ideal hanya memperkuat perbedaan potensial antara dua koneksi inputnya, bukan tegangan antara salah satu koneksi tersebut dan ground. Polaritas keluaran penguat diferensial, seperti indikasi bertanda voltmeter digital, bergantung pada polaritas relatif tegangan diferensial antara dua sambungan masukan.

Penggunaan Penguat Diferensial

Jika tegangan input ke penguat ini mewakili besaran matematis (seperti halnya dalam sirkuit komputer analog), atau pengukuran proses fisik (seperti halnya dalam sirkuit instrumentasi elektronik analog), Anda dapat melihat bagaimana perangkat seperti penguat diferensial dapat sangat berguna. Kita bisa menggunakannya untuk membandingkan dua kuantitas untuk melihat mana yang lebih besar (dengan polaritas tegangan keluaran), atau mungkin kita bisa membandingkan perbedaan antara dua kuantitas (seperti tingkat cairan dalam dua tangki) dan menandai alarm (berdasarkan pada nilai absolut dari output penguat) jika perbedaannya menjadi terlalu besar. Dalam rangkaian kontrol otomatis dasar, kuantitas yang dikontrol (disebut variabel proses ) dibandingkan dengan nilai target (disebut setpoint ), dan keputusan dibuat tentang bagaimana bertindak berdasarkan perbedaan antara dua nilai ini. Langkah pertama dalam mengendalikan skema semacam itu secara elektronik adalah dengan memperkuat perbedaan antara variabel proses dan setpoint dengan penguat diferensial. Dalam desain pengontrol sederhana, output penguat diferensial ini dapat langsung digunakan untuk menggerakkan elemen kontrol akhir (seperti katup) dan menjaga proses tetap mendekati setpoint.

TINJAUAN:

• Simbol "singkatan" untuk penguat elektronik adalah segitiga, ujung lebar menandakan sisi input dan ujung sempit menandakan output. Saluran catu daya sering dihilangkan dalam gambar untuk kesederhanaan.
• Untuk memfasilitasi keluaran AC yang sebenarnya dari sebuah amplifier, kita dapat menggunakan apa yang disebut dengan split atau ganda catu daya, dengan dua sumber tegangan DC dihubungkan secara seri dengan titik tengah diarde, memberikan tegangan positif ke ground (+V) dan tegangan negatif ke ground (-V). Catu daya split seperti ini sering digunakan dalam rangkaian penguat diferensial.
• Kebanyakan amplifier memiliki satu input dan satu output. Penguat diferensial memiliki dua input dan satu output, sinyal output sebanding dengan perbedaan sinyal antara dua input.
• Keluaran tegangan penguat diferensial ditentukan oleh persamaan berikut:V_keluar =A_V (V_noninv - V_inv )

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Penguat Operasional Dasar