Memahami dan Merancang Penguat Instrumentasi

Apa Itu Penguat Instrumentasi?

Penguat instrumentasi memberikan insinyur kemampuan untuk menyesuaikan gain rangkaian dengan mengubah hanya satu resistor, berbeda dengan penguat diferensial konvensional yang memerlukan banyak perubahan resistor. Dibangun pada fondasi penguat diferensial, ia menambahkan satu resistor yang dapat disesuaikan yang membuka kemudahan ini.

Bagaimana Rangkaian Bekerja

Desain ini menggabungkan tahap diferensial yang dibuffer dengan tiga resistor tambahan yang menghubungkan dua bagian buffer. Semua resistor sama kecuali R_gain.

Umpan balik negatif di op-amp kiri atas memaksa tegangan di titik 1 (atas R_gain) untuk cocok dengan V_1, sementara op-amp bawah mengunci tegangan di titik 2 (bawah R_gain) ke V_2. Ini menciptakan penurunan tegangan di seluruh R_gain sama dengan selisih antara V_1 dan V_2. Karena arus input op-amp dapat diabaikan, arus yang sama mengalir melalui dua resistor yang berdekatan dengan R_gain, menghasilkan penurunan tegangan antara titik 3 dan 4 yang diberikan oleh:

Penguat diferensial standar di kanan kemudian memperkuat penurunan ini dengan faktor satu—asalkan resistor di sekitarnya sama.

Menggunakan Penguat Instrumentasi?

Meskipun tata letaknya terlihat kompleks, konfigurasi ini menawarkan dua manfaat utama:

• Impedansi input yang sangat tinggi di V_1 dan V_2, karena masing-masing terhubung langsung ke input non-terbalik op-ampnya.
• Penyesuaian gain sederhana dengan satu resistor melalui R_gain.

Mengubah ulang aljabar menghasilkan ekspresi gain tegangan keseluruhan:

Dalam praktiknya, mengubah hanya R_gain sudah cukup untuk mengubah gain diferensial. Meskipun menyesuaikan resistor lain juga dapat menyesuaikan gain, hal itu akan memerlukan perubahan yang sempurna yang seimbang untuk menjaga simetri rangkaian. Perhatikan bahwa menyetel R_gain ke tak terbuka (sirkuit terbuka) menghasilkan gain minimum 1.

Kesimpulan Utama

• Penguat instrumentasi menyediakan impedansi input tinggi dan kontrol gain yang mudah melalui satu resistor, membuatnya ideal untuk rangkaian pengukuran presisi.

Baca Lebih Lanjut

• Lembar Kerja Rangkaian Op-Amp Penjumlahan dan Pengurangan