Pengikut Tegangan Presisi: Kuasai Umbal Balik Op-Amp untuk Pelacakan Sinyal Akurat
Bagian dan Bahan
- Operational amplifier: model 1458 atau 353 (Radio Shack catalog # 276-038 dan # 900-6298, masing-masing)
- Tiga baterai 6 volt
- Potensiometer linear-taper 10 kΩ (Radio Shack catalog # 271-1715)
Referensi Silang
Lessons In Electric Circuits, Volume 3, Bab 8: “Operational Amplifiers.”
Tujuan Pembelajaran
- Memonstrasikan cara mengonfigurasi op-amp sebagai pengikut tegangan.
- Menjelaskan peran umbal balik negatif dalam mencapai konfigurasi gain satuan.
- Merumuskan pendekatan pemecahan masalah sistematis untuk rangkaian op-amp.
Diagram Skematik
Ilustrasi
Instruksi
Dalam eksperimen sebelumnya kami menggunakan op-amp dalam konfigurasi open-loop, yang memberikan gain tegangan maksimum. Meskipun berguna untuk aplikasi penguat, ini dengan cepat memenuhi keluaran untuk masukan diferensial non-nol. Untuk menggunakan op-amp sebagai penguat yang benar dengan gain yang dapat diprediksi, kami memperkenalkan umbal balik negatif.
Dengan menghubungkan keluaran langsung ke masukan inverting (-), op-amp secara otomatis menyesuaikan keluaran sehingga tegangan masukan inverting cocok dengan masukan non-inverting (+). Dengan umbal balik langsung ini, rangkaian berperilaku sebagai pengikut tegangan—buffer gain satuan yang mereproduksi tegangan masukan di keluaran dengan presisi mikrovolt.
Ukuran tegangan di masukan non-inverting (antara masukan + dan ground) dan di keluaran (antara terminal keluaran dan ground). Saat Anda memutar potensiometer, amati keluaran melacak masukan dengan erat.
Untuk penilaian yang lebih langsung, tempatkan voltmeter di antara dua terminal masukan. Sepanjang sebagian besar rentang potensiometer, tegangan error akan kanis.
Saat potensiometer diatur ke ujung, Anda mungkin akan melihat error yang terukur, terutama dengan model 1458 atau 353. Op-amp ini tidak dapat mengoscilasi keluaran sepanjang rel suplai (+18 V dan 0 V). Biasanya mereka kurang sekitar 1–2 V, keterbatasan umum yang harus diperhitungkan desainer. Jika performa rail-to-rail diperlukan, pertimbangkan op-amp seperti 3130.
Pengikut tegangan sangat berharga ketika sinyal sumber memiliki impedansi tinggi dan tidak dapat mentoleransi loading. Meskipun gain tegangan adalah satuan, impedansi keluaran rendah dari pengikut memungkinkan sinyal untuk mendorong beban yang lebih berat tanpa distorsi.
Mereka juga berfungsi sebagai alat diagnostik praktis. Jika op-amp dalam rangkaian kompleks diduga gagal, ulirinya kembali sebagai pengikut tegangan sederhana. Op-amp yang sehat akan mereplikasi tegangan masukan dengan akurat; kegagalan melakukannya menunjukkan perangkat yang cacat.
Simulasi Komputer
Skematik dengan nomor node SPICE:
Netlist (salin yang berikut ke dalam file teks bernama voltage_follower.cir):
Voltage follower vinput 1 0 rbogus 1 0 1meg e1 2 0 1 2 999meg rload 2 0 10k .dc vinput 5 5 1 .print dc v(1,0) v(2,0) v(1,2) .end
Dalam model ini, op-amp direpresentasikan oleh sumber tegangan dependen (e1) dengan gain open-loop 999 MΩ. Resistor rbogus yang besar (1 MΩ) dan resistor beban (rload) menyediakan jalur DC yang diperlukan untuk SPICE konvergen.
Lembar Kerja Terkait
- Positive Feedback Op-Amp Circuits Worksheet
