Umpan Balik Terbagi

Jika kita menambahkan pembagi tegangan ke kabel umpan balik negatif sehingga hanya sebagian kecil dari tegangan output yang diumpankan kembali ke input pembalik, bukan jumlah penuh, tegangan output akan menjadi kelipatan dari tegangan input (harap diingat bahwa koneksi catu daya ke op-amp telah dihilangkan sekali lagi demi kesederhanaan):

Jika R₁ dan R₂ keduanya sama dan V_di adalah 6 volt, op-amp akan mengeluarkan tegangan apa pun yang diperlukan untuk menjatuhkan 6 volt melintasi R1 (untuk membuat tegangan input pembalik sama dengan 6 volt, juga, menjaga perbedaan tegangan antara dua input sama dengan nol). Dengan pembagi tegangan R1 dan R2 2:1, ini akan membutuhkan 12 volt pada output op-amp untuk menyelesaikannya.

Cara lain untuk menganalisis rangkaian ini adalah memulai dengan menghitung besar dan arah arus yang melalui R₁ , mengetahui tegangan di kedua sisi (dan oleh karena itu, dengan pengurangan, tegangan melintasi R₁ ), dan R₁ resistensi. Karena ruas kiri R₁ terhubung ke ground (0 volt) dan sisi kanan berada pada potensial 6 volt (karena umpan balik negatif yang menahan titik tersebut sama dengan V_di ), kita dapat melihat bahwa kita memiliki 6 volt pada R₁ . Ini memberi kita 6 mA arus melalui R₁ dari kanan ke kiri. Karena kita tahu bahwa kedua input op-amp memiliki impedansi yang sangat tinggi, kita dapat dengan aman berasumsi bahwa mereka tidak akan menambah atau mengurangi arus apa pun melalui pembagi. Dengan kata lain, kita dapat memperlakukan R₁ dan R₂ sebagai seri satu sama lain:arus yang mengalir melalui R₁ harus sama dengan R₂ . Mengetahui arus melalui R₂ dan hambatan R₂ , kita dapat menghitung tegangan pada R₂ (6 volt), dan polaritasnya. Menghitung tegangan dari ground (0 volt) ke sisi kanan R₂ , kita sampai pada 12 volt pada output.

Setelah memeriksa ilustrasi terakhir, orang mungkin bertanya-tanya, “ke mana perginya arus 6 mA itu?” Karena tegangan keluaran positif, arus mengalir dari sisi positif catu daya DC, melalui pin keluaran op amp, melalui R₂ , melalui R₁ , ke tanah. Menggunakan model detektor/potensiometer nol dari op-amp, jalur saat ini terlihat seperti ini:

Sumber sinyal 6 volt tidak harus mensuplai arus apa pun untuk rangkaian:ia hanya memerintahkan op-amp untuk menyeimbangkan tegangan antara pin input pembalik (-) dan non-pembalik (+), dan dengan demikian menghasilkan tegangan output yang dua kali input karena efek pembagian dari dua resistor 1 kΩ.

Kita dapat mengubah penguatan tegangan rangkaian ini, secara keseluruhan, hanya dengan menyesuaikan nilai R₁ dan R₂ (mengubah rasio tegangan output yang diumpankan kembali ke input pembalik). Keuntungan dapat dihitung dengan rumus berikut:

Perhatikan bahwa penguatan tegangan untuk desain rangkaian penguat ini tidak boleh kurang dari 1. Jika kita menurunkan R₂ ke nilai nol ohm, rangkaian kami pada dasarnya akan identik dengan pengikut tegangan, dengan output terhubung langsung ke input pembalik. Karena pengikut tegangan memiliki penguatan 1, ini menetapkan batas penguatan yang lebih rendah dari penguat non-pembalik. Namun, keuntungan dapat ditingkatkan jauh melampaui 1, dengan meningkatkan R₂ sebanding dengan R₁ .

Perhatikan juga bahwa polaritas keluaran sesuai dengan masukan, seperti halnya dengan pengikut tegangan. Tegangan input positif menghasilkan tegangan output positif, dan sebaliknya (sehubungan dengan ground). Untuk alasan ini, rangkaian ini disebut sebagai penguat non-pembalik .

Relevansi Penguatan Diferensial Op-Amp terhadap Tegangan dan Arus dalam Rangkaian

Seperti halnya pengikut tegangan, kita melihat bahwa penguatan diferensial op-amp tidak relevan, asalkan sangat tinggi. Tegangan dan arus dalam rangkaian ini hampir tidak akan berubah sama sekali jika penguatan tegangan op-amp adalah 250.000, bukan 200.000. Ini sangat kontras dengan desain rangkaian penguat transistor tunggal, di mana Beta dari masing-masing transistor sangat memengaruhi perolehan penguat secara keseluruhan. Dengan umpan balik negatif, kami memiliki sistem koreksi diri yang menguatkan tegangan sesuai dengan rasio yang ditetapkan oleh resistor umpan balik, bukan penguatan internal op-amp.

Menghasilkan Tegangan Keluaran dan Penguatan dengan Tegangan Masukan pada Masukan Pembalik

Mari kita lihat apa yang terjadi jika kita mempertahankan umpan balik negatif melalui pembagi tegangan, tetapi menerapkan tegangan input di lokasi yang berbeda:

Dengan membumikan input non-pembalik, umpan balik negatif dari output berusaha menahan tegangan input pembalik pada 0 volt, juga. Untuk alasan ini, input pembalik disebut di sirkuit ini sebagai tanah virtual , ditahan pada potensial arde (0 volt) oleh umpan balik, namun tidak terhubung langsung ke arde (secara elektrik bersama). Tegangan input kali ini diterapkan ke ujung kiri pembagi tegangan (R₁ =R₂ =1 kΩ lagi), sehingga tegangan output harus berayun ke -6 volt untuk menyeimbangkan tengah pada potensial ground (0 volt). Menggunakan teknik yang sama dengan penguat non-pembalik, kita dapat menganalisis operasi rangkaian ini dengan menentukan besaran dan arah arus, dimulai dengan R₁ , dan melanjutkan untuk menentukan tegangan keluaran.

Kita dapat mengubah penguatan tegangan keseluruhan dari rangkaian ini, secara keseluruhan, hanya dengan menyesuaikan nilai R₁ dan R₂ (mengubah rasio tegangan output yang diumpankan kembali ke input pembalik). Keuntungan dapat dihitung dengan rumus berikut:

Perhatikan bahwa penguatan tegangan sirkuit ini bisa kurang dari 1, hanya bergantung pada rasio R₂ ke R₁ . Perhatikan juga bahwa tegangan keluaran selalu berlawanan dengan polaritas tegangan masukan. Tegangan input positif menghasilkan tegangan output negatif, dan sebaliknya (sehubungan dengan ground). Untuk alasan ini, rangkaian ini disebut sebagai penguat pembalik . Terkadang, rumus penguatan berisi tanda negatif (sebelum R₂ /R₁ fraksi) untuk mencerminkan pembalikan polaritas ini.

Kedua rangkaian penguat yang baru saja kita selidiki ini berfungsi untuk mengalikan atau membagi besarnya sinyal tegangan input. Ini persis bagaimana operasi matematika perkalian dan pembagian biasanya ditangani di sirkuit komputer analog.

TINJAUAN:

• Dengan menghubungkan input pembalik (-) dari op-amp langsung ke output, kita mendapatkan umpan balik negatif, yang memberi kita pengikut tegangan sirkuit. Dengan menghubungkan umpan balik negatif melalui pembagi tegangan resistif (mengumpankan kembali fraksi dari tegangan keluaran ke masukan pembalik), tegangan keluaran menjadi kelipatan dari tegangan input.
• Sebuah rangkaian op-amp umpan balik negatif dengan sinyal input menuju ke input non-pembalik (+) disebut penguat non-pembalik . Tegangan keluaran akan memiliki polaritas yang sama dengan masukan. Gain tegangan diberikan oleh persamaan berikut:AV =(R₂ /R₁ ) + 1
• Sebuah rangkaian op-amp umpan balik negatif dengan sinyal input menuju ke “bawah” pembagi tegangan resistif, dengan input non-pembalik (+) diarde, disebut penguat pembalik . Tegangan keluarannya akan berlawanan dengan polaritas masukan. Gain tegangan diberikan oleh persamaan berikut:A_V =-R₂ /R₁