Dasar-dasar IC 741 (Penguat Operasional) | Sirkuit Bekerja | Karakteristik

PENGANTAR:

Penguat operasional banyak digunakan di amplifier audio kami, di dalam komputer (yaitu, DAC dan ADC dll), penguat instrumentasi (yaitu, digunakan dalam industri untuk penginderaan), komparator, osilator, filter, penguat log dan Antilog, V-I dan I-V konverter, integrator, pembeda, generator gelombang dalam 555 timer, dll.

Pernahkah Anda berpikir apa yang pada dasarnya ada di dalam sebuah op-amp (IC 741)? , bagaimana dikonfigurasi untuk melakukan berbagai fungsi seperti yang disebutkan di atas dan apa karakteristiknya. Semoga artikel ini dapat memberikan pengetahuan dasar tentang penguat operasional.

Sesuai namanya OPERASIONAL AMPLIFIER, apa yang akan Anda pikirkan tentang kata OPERASIONAL?. Jika Anda berpikir tentang operasi matematika maka Anda benar. Ini adalah perangkat yang awalnya dirancang untuk melakukan operasi matematika (yaitu, penambahan, pengurangan, integrasi dan diferensiasi) dan untuk menangani sinyal analog. Dengan penambahan komponen eksternal yang sesuai, op-amp modern dapat digunakan untuk berbagai aplikasi seperti yang disebutkan di atas. Ini juga dapat digunakan untuk memperkuat sinyal AC dan DC, kata AMPLIFIER  mengacu pada peningkatan kekuatan sinyal.

Ini adalah penguat gain sangat tinggi yang terdiri dari penguat diferensial, terdiri dari penerjemah level dan tahap keluaran. OP-amp pada dasarnya adalah konfigurasi transistor dengan nilai resistor yang sesuai.

MAINKAN TINJAUAN SINGKAT TENTANG IC 741:

Pada tahun 1965, Fairchild memperkenalkan uA709 yang merupakan op-amp generasi pertama. Ini memiliki beberapa kelemahan, yang membutuhkan komponen eksternal untuk perlindungannya. Kerugiannya adalah:tidak ada perlindungan hubung singkat, masalah latch-up, masalah kompensasi frekuensi yang memerlukan komponen eksternal (yaitu, 2 kapasitor dan resistor).

Pada tahun 1968, Fairchild memperkenalkan uA741 sebuah properti kompensasi internal. Tidak seperti uA709, ia tidak memiliki masalah latch-up, terlindung dari korsleting, dan stabilitas frekuensi. uA741 juga dikenal sebagai op-amp generasi kedua.

IDENTIFIKASI IC DAN KONFIGURASI PIN IC 741

Karena saat ini banyak pabrikan yang memproduksi 741 op-amp. Bagaimana kita bisa mengidentifikasi 741 op-amp yang diproduksi oleh pabrikan tertentu. Banyak op-amp diidentifikasi dengan menggunakan kode ID tujuh karakter. Untuk misalnya

Pertama, awalan mengidentifikasi produsen tertentu. Kedua, penanda yang memberi tahu kita dua hal ( (i) angka tiga digit mengidentifikasi jenis op-amp.  (ii) huruf terakhir menunjukkan suhu operasi op-amp tertentu). Ketiga, sufiks menunjukkan jenis paket.   

Pin 7 dan pin 4 digunakan sebagai pin suplai, pada pin 7 suplai positif dihubungkan dan pada pin  4 suplai negatif dihubungkan. Ini memiliki dua input (yaitu, satu adalah pin input pembalik 2 dan yang lainnya adalah pin input non-pembalik 3). Pin 1 dan pin 5 adalah pin null offset, potensiometer (nilai tipikal 10k) dihubungkan antara terminal ini untuk mengatur output menjadi nol. Pin 8 tidak memiliki koneksi dengan sirkuit internal op-amp, dibuat untuk mengisi penuh IC paket 8-pin standar.

SIRKUIT INTERNAL OP-AMP IC741:

Pada dasarnya, IC op-amp transistor bipolar 741 terdiri dari 20 transistor BJT. Sekarang untuk memahami sirkuit internal, mari kita bagi sirkuit menjadi blok yang berbeda.

1. Blok yang diberi garis biru terdiri dari penguat diferensial.
2. Blok yang diberi garis merah terdiri dari cermin saat ini.
3. Blok yang diuraikan dalam warna magenta, terdiri dari penguat kelas A (yaitu penguat tegangan)
4. Blok yang diuraikan dalam warna hijau dan cyan terdiri dari penerjemah level dan penguat keluaran (yaitu penguat kelas AB).

Sekarang mari kita pahami masing-masing blok:

Penguat diferensial pertama-tama terdiri dari pengikut emitor NPN Q1 &Q2 yang cocok yang memberikan impedansi input tinggi dan memberikan penguatan, kedua, transistor PNP Q3 &Q4 basis umum yang cocok yang digunakan untuk menggerakkan beban aktif Q7, Q5, dan Q6. Q5 dan Q6 adalah pasangan yang cocok dan menjalankan fungsi penguat diferensial untuk sinyal input nol offset. Arus Q5 &Q6 dikendalikan dengan memvariasikan pot 10k yang terhubung antara pin input 1&5. Transistor Q1&Q3 mengalir secara seri dan Q2&Q4 juga mengalir yang memberikan gain tinggi ketika input diterapkan pada terminal inputnya. Penguat diferensial juga memiliki kemampuan untuk menolak sinyal umum (yaitu, suara yang umum di kedua terminal input).

Cermin saat ini terdiri dari (Q8-Q9) dan (Q12-Q13) dikonfigurasi sebagai cermin Wilson saat ini. Sedangkan, transistor Q10-Q11 dikonfigurasi sebagai cermin arus yang lebih lebar, cermin arus ini mempertahankan arus diam konstan ke sirkuit untuk operasi yang stabil.

Penguat kelas A terdiri dari dua transistor NPN Q15&Q19 yang dikonfigurasi sebagai pasangan Darlington dan memberikan penguatan tegangan, transistor Q22 digunakan untuk mencegah arus berlebih yang diberikan ke Q20 (yaitu, transistor sink yang menerima arus dari pasangan kolektor umum Darlington) .

Transistor Q16 bersama dengan resistor 4.5k dan 7.5k (dikenal sebagai voltage level shifter), rangkaian ini digunakan untuk mencegah sinyal keluaran dari distorsi. Sekarang penguat pada tahap keluaran dalam penguat kelas AB (terdiri dari Q14, Q17&Q20). Q14 &Q20 adalah penguat AB kelas gratis yang memberikan impedansi keluaran menjadi (biasanya 50-75 Ohm)  dan memberikan penguatan arus. Sedangkan Q17 membatasi arus pada output.

Arus dari cermin arus (Q8 dan Q9) dibagi menjadi penguat diferensial yang terdiri dari (Q1-Q3) &(Q2-Q4). Sekarang arus dari transistor basis umum (Q3&Q4) dijumlahkan dengan arus cermin arus yang lebih lebar (Q10&Q11), Q7 digunakan untuk menggerakkan Q5 dan Q6. Arus diam diatur di Q16 dan Q19 diatur karena cermin arus Wilson (Q12&Q13). Nilai 30pF digunakan untuk kompensasi frekuensi.

KONFIGURASI  OP-AMP(IC 741):

Dua konfigurasi utama op-amp

1) Konfigurasi loop terbuka:dalam konfigurasi ini 741IC dapat digunakan sebagai penguat gain yang sangat tinggi. Dalam loop terbuka, gain idealnya tak terbatas sehingga output akan jenuh baik dalam tegangan suplai positif atau dalam tegangan suplai negatif. Sistem loop terbuka ini memiliki tiga konfigurasi dasar:

a) AMPLIFIER DIFERENSIAL:
b) INVERTING AMPLIFIER:
c) AMPLIFIER NON-INVERTING:

2) Konfigurasi close-loop:dalam konfigurasi ini, dihubungkan sebagai pengaturan umpan balik negatif. Jaringan umpan balik melalui resistor (yaitu, komponen pasif)

a) NON-INVERTING AMPLIFIER: input diterapkan pada terminal input non-invert. Gain dapat dihitung dengan menggunakan nilai resistor. Rf adalah resistor umpan balik.

Av=1 + (Rf / R1)

b) INVERTING AMPLIFIER:input diterapkan pada terminal pembalik.

       Av=– (Rf / R1)

c) DIFFERENTIAL AMPLIFIER:dalam input ini diterapkan pada kedua input, yang akan memperkuat perbedaan antara kedua input.

Av=

d) VOLTAGE FOLLOWER:Ini adalah pengaturan menggunakan penguat non-pembalik, dalam hal ini alih-alih memberikan umpan balik melalui resistor, kami akan mempersingkat umpan balik Rf dan membuka R1. Gain dari rangkaian umpan balik akan dikurangi menjadi (Av=1), digunakan sebagai buffer. Dalam hal ini, output sama dengan input. Misalnya, digunakan dalam penguat instrumentasi, untuk mengambil sinyal yang sangat kecil (yaitu, dalam mV) dari transduser.

KARAKTERISTIK IC 741(OP-AMP):

1) INPUT BIAS CURRENT:

Karena op-amp terdiri dari transistor BJT, penguat diferensial yang membutuhkan arus bias dc untuk operasi yang stabil. Nilai arus bias dc diam yang ditarik oleh op-amp disebut peringkat arus bias input penguat.

uA741 ratingnya antara 80nA(tipikal) hingga 500nA(maksimum). Arus bias masukan adalah rata-rata dari dua arus basis masukan.

I(bias) =​​ ( I(b1) + I(b2)  ) / 2

2) MASUKAN OFFSET SAAT INI:

Perbedaan antara arus ke terminal input pembalik dan non-pembalik disebut sebagai arus offset input. Ini memberitahu kita seberapa besar satu arus dari yang lain. 741 biasanya memiliki 20nA dari arus ini.

Lebih kecil arus offset lebih baik op-amp.

I(b1)=non-pembalik  arus terminal masukan

I(b2)=arus terminal masukan inerting

Saya(io)=| I(b1) – I(b2)  |

3) TEGANGAN OFFSET INPUT:

Tegangan ini diterapkan antara dua terminal input untuk membuat output op-amp menjadi nol. 741 memiliki tegangan offset masukan terburuk sebesar 5mV.

4) TINGKAT SLEW:

Slew rate mengidentifikasi berapa banyak frekuensi maksimum pada input yang diterapkan untuk mencegah output dari distorsi. 741 memiliki laju perubahan tegangan khas 0,5 volt per mikrodetik (V/us). Ini diukur dengan menerapkan pulsa menggunakan generator fungsi pada input saat menghubungkan saluran osiloskop pada input dan output (set osiloskop pada mode ganda). Ini adalah parameter yang sangat penting.

5) Beban keluaran:

Ini membutuhkan beban pada output yang lebih besar dari 2k Ohm. Ini memiliki impedansi input sekitar 2Megaohm, dan impedansi output di antara (50-75) Ohm. Penguatan loop terbukanya sekitar 200.000 untuk frekuensi yang lebih rendah.

RESPONS FREKUENSI:

Dalam loop terbuka, op-amp 741 memiliki penguatan yang sangat tinggi, respons ini tidak terlalu baik. Untuk meningkatkan gain, kami menerapkan jaringan umpan balik negatif, dengan menerapkan jaringan umpan balik negatif, gain mulai turun cukup drastis, dengan menerapkan lebih banyak umpan balik negatif, bandwidth menjadi lebih lebar. (bandwidth dirujuk  ke rentang frekuensi yang akan didukung op-amp).