Op-Amp Sederhana

BAGIAN DAN BAHAN

• Dua baterai 6 volt
• Empat transistor NPN—disarankan model 2N2222 atau 2N3403 (Katalog Radio Shack # 276-1617 adalah paket lima belas transistor NPN yang ideal untuk eksperimen ini dan eksperimen lainnya)
• Dua transistor PNP—disarankan model 2N2907 atau 2N3906 (Katalog Radio Shack # 276-1604 adalah paket lima belas transistor PNP yang ideal untuk eksperimen ini dan eksperimen lainnya)
• Dua potensiometer 10 kΩ, putaran tunggal, lancip linier (Katalog Radio Shack # 271-1715)
• Satu resistor 270 kΩ
• Tiga resistor 100 kΩ
• Satu resistor 10 kΩ

REFERENSI SILANG

pelajaran Dalam Rangkaian Listrik , Volume 3, bab 4:“Transistor Sambungan Bipolar” Pelajaran Dalam Rangkaian Listrik , Volume 3, bab 8:“Penguat Operasional”

TUJUAN PEMBELAJARAN

• Desain rangkaian penguat diferensial menggunakan cermin arus.
• Efek umpan balik negatif pada penguat diferensial gain tinggi.

DIAGRAM SKEMATIK

ILUSTRASI

INSTRUKSI

Desain sirkuit ini meningkatkan penguat diferensial yang ditunjukkan sebelumnya. Daripada menggunakan resistor untuk menjatuhkan tegangan di rangkaian pasangan diferensial, satu set cermin arus digunakan sebagai gantinya, hasilnya adalah penguatan tegangan yang lebih tinggi dan kinerja yang lebih dapat diprediksi.

Dengan penguatan tegangan yang lebih tinggi, rangkaian ini dapat berfungsi sebagai penguat operasional yang berfungsi atau op-amp . Op-amp membentuk dasar dari banyak sirkuit semikonduktor analog modern, jadi memahami cara kerja internal penguat operasional adalah penting.

Transistor PNP Q₁ dan T₂ membentuk cermin arus yang mencoba untuk menjaga arus terbagi secara merata melalui dua transistor pasangan diferensial Q₃ dan T₄ . Transistor NPN Q₅ dan T₆ bentuk cermin lain saat ini, atur total arus pasangan diferensial pada tingkat yang telah ditentukan oleh resistor R_prg .

Ukur tegangan keluaran (tegangan pada kolektor Q₄ sehubungan dengan ground) karena tegangan input bervariasi. Perhatikan bagaimana kedua potensiometer memiliki efek yang berbeda pada tegangan output:satu input cenderung mengarahkan tegangan output ke arah yang sama (non-pembalik), sedangkan yang lain cenderung mendorong tegangan output ke arah yang berlawanan (pembalik).

Anda akan melihat bahwa tegangan output paling responsif terhadap perubahan input ketika dua sinyal input hampir sama satu sama lain.

Setelah respons diferensial rangkaian terbukti (tegangan output bertransisi tajam dari satu level ekstrem ke level ekstrem lainnya ketika satu input disesuaikan di atas dan di bawah level tegangan input lainnya), Anda siap menggunakan rangkaian ini sebagai op-amp nyata. Rangkaian op-amp sederhana yang disebut pengikut tegangan adalah konfigurasi yang baik untuk dicoba terlebih dahulu.

Untuk membuat rangkaian pengikut tegangan, hubungkan langsung keluaran penguat ke masukan pembaliknya. Ini berarti menghubungkan terminal kolektor dan basis Q₄ bersama-sama, dan membuang potensiometer "pembalik":

Perhatikan simbol segitiga op-amp yang ditunjukkan pada diagram skema bawah. Input pembalik dan non-pembalik masing-masing ditunjuk dengan simbol (-) dan (+), dengan terminal output di puncak kanan.

Kawat umpan balik yang menghubungkan output ke input pembalik ditunjukkan dengan warna merah pada diagram di atas. Sebagai pengikut tegangan, tegangan output harus "mengikuti" tegangan input sangat dekat, menyimpang tidak lebih dari beberapa ratus volt.

Ini adalah rangkaian pengikut yang jauh lebih tepat daripada transistor pengumpul umum tunggal, yang dijelaskan dalam percobaan sebelumnya! Rangkaian op-amp yang lebih kompleks disebut penguat non-pembalik , dan menggunakan sepasang resistor dalam loop umpan balik untuk “mengumpan balik” sebagian kecil dari tegangan output ke input pembalik, menyebabkan amplifier mengeluarkan tegangan yang sama dengan beberapa kelipatan tegangan pada input non-pembalik.

Jika kita menggunakan dua resistor dengan nilai yang sama, tegangan umpan balik akan menjadi 1/2 dari tegangan output, menyebabkan tegangan output menjadi dua kali tegangan pada input noninverting. Jadi, kami memiliki penguat tegangan dengan penguatan yang tepat sebesar 2:

Saat Anda menguji rangkaian penguat non-pembalik ini, Anda mungkin melihat sedikit perbedaan antara tegangan output dan input. Menurut nilai resistor umpan balik, penguatan tegangan harus tepat 2.

Namun, Anda mungkin melihat penyimpangan dalam urutan beberapa ratus volt antara apa tegangan output dan apa yang seharusnya. Penyimpangan ini disebabkan ketidaksempurnaan rangkaian penguat diferensial dan mungkin sangat berkurang jika kita menambahkan lebih banyak tahap amplifikasi untuk meningkatkan penguatan tegangan diferensial.

Namun, salah satu cara untuk memaksimalkan presisi rangkaian yang ada adalah dengan mengubah resistansi R_prg . Resistor ini mengatur titik kontrol cermin arus bawah, dan dengan demikian mempengaruhi banyak parameter kinerja op-amp.

Coba substitusikan nilai resistansi perbedaan, mulai dari 10 kΩ hingga 1 MΩ. Jangan gunakan resistansi kurang dari 10 kΩ, karena jika tidak, transistor cermin saat ini dapat mulai menjadi terlalu panas dan "melarikan diri" secara termal.

Beberapa penguat operasional yang tersedia dalam unit yang dikemas sebelumnya menyediakan cara bagi pengguna untuk "memprogram" cermin arus pasangan diferensial yang sama dan disebut dapat diprogram op-amp. Sebagian besar op-amp tidak dapat diprogram dan memiliki titik kontrol cermin arus internal yang ditetapkan oleh resistansi internal, dipangkas ke nilai yang tepat di pabrik.