Umpan Balik Positif

Seperti yang telah kita lihat, umpan balik negatif adalah prinsip yang sangat berguna ketika diterapkan pada penguat operasional. Inilah yang memungkinkan kita untuk membuat semua rangkaian praktis ini, mampu secara tepat mengatur penguatan, laju, dan parameter penting lainnya hanya dengan beberapa perubahan nilai resistor. Umpan balik negatif membuat semua sirkuit ini stabil dan mengoreksi sendiri.

Prinsip dasar umpan balik negatif adalah output cenderung bergerak ke arah yang menciptakan kondisi keseimbangan (balance). Dalam rangkaian op-amp tanpa umpan balik, tidak ada mekanisme korektif, dan tegangan output akan jenuh dengan jumlah tegangan diferensial terkecil yang diterapkan di antara input. Hasilnya adalah pembanding:

Dengan umpan balik negatif (tegangan output "diberi umpan balik" entah bagaimana ke input pembalik), rangkaian cenderung mencegah dirinya dari mengarahkan output ke saturasi penuh. Sebaliknya, tegangan output hanya mendorong setinggi atau serendah yang diperlukan untuk menyeimbangkan tegangan dua input:

Apakah output langsung diumpankan kembali ke input pembalik (-) atau digabungkan melalui satu set komponen, efeknya sama:penguatan tegangan diferensial yang sangat tinggi dari op-amp akan "dijinakkan" dan rangkaian akan merespons sesuai dengan perintah "loop" umpan balik yang menghubungkan output ke input pembalik.

Bagaimana Umpan Balik Positif Bekerja di Op-Amp?

Jenis umpan balik lainnya, yaitu umpan balik positif , juga menemukan aplikasi di sirkuit op-amp. Tidak seperti umpan balik negatif, di mana tegangan output "diumpankan kembali" ke input pembalik (-), dengan umpan balik positif, tegangan output entah bagaimana dialihkan kembali ke input non-pembalik (+). Dalam bentuknya yang paling sederhana, kita dapat menghubungkan seutas kabel lurus dari output ke input noninverting dan melihat apa yang terjadi:

Input pembalik tetap terputus dari loop umpan balik, dan bebas untuk menerima tegangan eksternal. Mari kita lihat apa yang terjadi jika kita membumikan input pembalik:

Dengan input pembalik dibumikan (dipertahankan pada nol volt), tegangan output akan ditentukan oleh besarnya dan polaritas tegangan pada input non-pembalik. Jika tegangan itu positif, op-amp akan menggerakkan outputnya positif juga, mengumpankan tegangan positif itu kembali ke input noninverting, yang akan menghasilkan saturasi output positif penuh. Di sisi lain, jika tegangan pada input non-pembalik mulai negatif, output op-amp akan bergerak ke arah negatif, diumpankan kembali ke input non-pembalik dan menghasilkan saturasi negatif penuh.

Apa yang kita miliki di sini adalah sirkuit yang outputnya bistable :stabil di salah satu dari dua keadaan (jenuh positif atau jenuh negatif). Setelah mencapai salah satu keadaan jenuh itu, ia akan cenderung tetap dalam keadaan itu, tidak berubah. Apa yang diperlukan untuk membuatnya beralih status adalah tegangan yang ditempatkan pada input pembalik (-) dengan polaritas yang sama, tetapi dengan magnitudo yang sedikit lebih besar. Sebagai contoh, jika rangkaian kita jenuh pada tegangan output +12 volt, maka akan dibutuhkan tegangan input pada input pembalik minimal +12 volt agar output berubah. Ketika berubah, itu akan jenuh sepenuhnya negatif.

Bagaimana Umpan Balik Positif Berguna?

Sebuah op-amp dengan umpan balik positif cenderung tetap dalam keadaan keluaran apa pun yang sudah ada. Op-amp "terkunci" di antara salah satu dari dua keadaan, positif jenuh atau negatif jenuh. Secara teknis, ini dikenal sebagai histerisis .

Histeresis dapat menjadi properti yang berguna untuk dimiliki oleh rangkaian komparator. Seperti yang telah kita lihat sebelumnya, komparator dapat digunakan untuk menghasilkan gelombang persegi dari segala jenis input gelombang ramping (gelombang sinus, gelombang segitiga, gelombang gigi gergaji, dll.). Jika bentuk gelombang AC yang masuk bebas noise (yaitu, bentuk gelombang "murni"), komparator sederhana akan berfungsi dengan baik.

Namun, jika ada anomali dalam bentuk gelombang seperti harmonik atau "lonjakan" yang menyebabkan tegangan naik dan turun secara signifikan dalam rentang waktu satu siklus, output komparator mungkin beralih status secara tidak terduga:

Setiap kali ada transisi melalui level tegangan referensi, tidak peduli seberapa kecil transisi itu, output komparator akan beralih status, menghasilkan gelombang persegi dengan "gangguan".

Jika kita menambahkan sedikit umpan balik positif ke rangkaian komparator, kita akan memasukkan histeresis ke dalam output. Histeresis ini akan menyebabkan keluaran tetap pada keadaan saat ini kecuali tegangan masukan AC mengalami mayor perubahan besarnya.

Apa yang dibuat oleh resistor umpan balik ini adalah referensi ganda untuk rangkaian komparator. Tegangan yang diberikan pada input noninverting (+) sebagai referensi yang dibandingkan dengan tegangan AC yang masuk berubah tergantung pada nilai tegangan output op-amp. Ketika output op-amp positif jenuh, tegangan referensi pada input non-pembalik akan lebih positif dari sebelumnya. Sebaliknya, ketika output op-amp dalam keadaan jenuh negatif, tegangan referensi pada input noninverting akan lebih negatif dari sebelumnya. Hasilnya lebih mudah dipahami pada grafik:

Ketika output op-amp jenuh positif, tegangan referensi atas berlaku, dan output tidak akan turun ke tingkat saturasi negatif kecuali input AC naik di atas tingkat referensi atas itu. Sebaliknya, ketika output op-amp jenuh negatif, tegangan referensi yang lebih rendah berlaku, dan output tidak akan naik ke tingkat saturasi positif kecuali input AC turun di bawah tingkat referensi yang lebih rendah. Hasilnya adalah output gelombang persegi yang bersih lagi, meskipun sejumlah besar distorsi pada sinyal input AC. Agar "kesalahan" menyebabkan komparator beralih dari satu keadaan ke keadaan lain, itu harus setidaknya sebesar (tinggi) sebagai perbedaan antara tingkat tegangan referensi atas dan bawah, dan pada titik waktu yang tepat. untuk melewati kedua level tersebut.

Aplikasi lain dari umpan balik positif dalam rangkaian op-amp adalah dalam konstruksi rangkaian osilator. Sebuah osilator adalah perangkat yang menghasilkan tegangan keluaran bolak-balik (AC), atau setidaknya berdenyut. Secara teknis, ini dikenal sebagai stabil perangkat:tidak memiliki keadaan keluaran yang stabil (tidak ada keseimbangan sama sekali). Osilator adalah perangkat yang sangat berguna, dan mudah dibuat hanya dengan op-amp dan beberapa komponen eksternal.

Ketika output positif jenuh, V_ref akan menjadi positif, dan kapasitor akan mengisi ke arah positif. Saat V_jalan melebihi V_ref dengan margin terkecil, output akan jenuh negatif, dan kapasitor akan mengisi daya dalam arah yang berlawanan (polaritas). Osilasi terjadi karena umpan balik positif seketika dan umpan balik negatif tertunda (melalui konstanta waktu RC). Frekuensi osilator ini dapat disesuaikan dengan memvariasikan ukuran komponen apa pun.

TINJAUAN:

• Umpan balik negatif menciptakan kondisi ekuilibrium (keseimbangan). Umpan balik positif menciptakan kondisi histerisis (kecenderungan untuk "menempel" di salah satu dari dua kondisi ekstrem).
• Sebuah osilator adalah perangkat yang menghasilkan tegangan keluaran bolak-balik atau berdenyut.

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Sirkuit OpAmp Umpan Balik Positif