Penguat Inverting Op-Amp
Namun, gain yang sangat tinggi ini tidak ada gunanya bagi kami karena membuat penguat tidak stabil dan sulit dikendalikan karena sinyal input terkecil, hanya beberapa mikro-volt, (μV) akan cukup untuk menyebabkan tegangan output jenuh dan berayun ke arah satu atau yang lain dari rel supply tegangan yang kehilangan kontrol penuh atas output.
Karena gain Loop-Terbuka DC dari Op-amp sangat tinggi, oleh karena itu kami dapat kehilangan sebagian dari gain tinggi ini dengan menghubungkan resistor yang sesuai di penguat dari terminal output kembali ke terminal input Inverting untuk mengurangi dan mengendalikan gain keseluruhan penguat. Ini kemudian menghasilkan dan efek yang umumnya dikenal sebagai Umpan Balik (feedback) Negatif, dan dengan demikian menghasilkan sistem berbasis Op-amp yang sangat stabil.
Umpa-balik Negatif adalah proses “Umpan-balik (feedback)” sebagian kecil dari sinyal output kembali ke input, tetapi untuk membuat umpan balik negatif, kita harus memasukkannya kembali ke terminal negatif atau “input Inverting” Op-amp menggunakan eksternal Resistor feedback disebut Rƒ. Koneksi umpan balik antara output dan terminal input Inverting ini memaksa tegangan input diferensial menuju nol.
Efek ini menghasilkan sistem Loop-Tertutup ke Penguat yang menghasilkan gain dari Penguat yang sekarang disebut Gain Closed-Loop. Kemudian penguat Inverting loop tertutup menggunakan umpan balik negatif untuk secara akurat mengontrol gain Penguat secara keseluruhan, tetapi dengan biaya dalam pengurangan gain Penguat.
Umpan balik negatif ini menghasilkan terminal input Inverting yang memiliki sinyal yang berbeda di atasnya daripada tegangan input aktual karena akan menjadi jumlah dari tegangan input ditambah tegangan umpan balik negatif yang memberikan label atau istilah dari Titik Penjumlahan. Karena itu kita harus memisahkan sinyal input nyata dari input Inverting dengan menggunakan Resistor Input, Rin.
Karena kita tidak menggunakan input non-Inverting positif ini terhubung ke terminal bersama atau terminal tegangan nol seperti yang ditunjukkan di bawah ini, tetapi efek rangkaian umpan balik loop tertutup ini menghasilkan potensi tegangan pada input Inverting sama dengan di input non-Inverting yang menghasilkan titik penjumlahan Virtual Earth karena akan memiliki potensi yang sama dengan input referensi yang di ground-kan. Dengan kata lain, op-amp menjadi “penguat diferensial”.
Konfigurasi Op-amp Inverting
Dalam rangkaian Penguat Inverting ini, Op-amp dihubungkan dengan umpan balik untuk menghasilkan operasi loop tertutup. Ketika berhadapan dengan Op-amp ada dua aturan yang sangat penting untuk diingat tentang Op-amp Inverting, ini adalah: "Tidak ada arus mengalir ke terminal input" dan bahwa "V1 selalu sama dengan V2". Namun, di rangkaian Op-amp dunia nyata kedua aturan ini sedikit rusak.
Ini karena persimpangan input dan sinyal umpan balik ( X ) memiliki potensi yang sama dengan input positif ( + ) yang berada pada nol volt atau ground, persimpangan adalah "Virtual Earth". Karena simpul virtual earth ini, resistansi input penguat sama dengan nilai resistor input, Rin dan gain loop tertutup dari Penguat Inverting dapat diatur oleh rasio dari dua resistor eksternal.
Kami mengatakan di atas bahwa ada dua aturan yang sangat penting untuk diingat tentang Penguat Inverting atau Op-amp apa pun dan ini.
- Tidak Arus Mengalir ke Terminal Input
- Tegangan Input Diferensial Nol karena V1 = V2 = 0 (Virtual Earth)
Arus ( i ) mengalir melalui jaringan resistor seperti yang ditunjukkan.
Kemudian, Gain tegangan Loop-tertutup dari Penguat Inverting diberikan sebagai.
dan ini dapat dialihkan untuk memberikan Vout sebagai:
Persamaan untuk tegangan output Vout juga menunjukkan bahwa rangkaian bersifat linear untuk gain Penguat tetap seperti Vout = Vin x Gain. Properti ini dapat sangat berguna untuk mengubah sinyal sensor yang lebih kecil ke tegangan yang jauh lebih besar.
Aplikasi lain yang berguna dari penguat inverting adalah dari rangkaian "penguat transresistansi". Sebuah Penguat Transresistansi juga dikenal sebagai "Penguat transimpedansi", pada dasarnya adalah konverter arus-ke-tegangan (Arus "in" dan Tegangan "out").
Mereka dapat digunakan dalam aplikasi berdaya rendah untuk mengubah arus sangat kecil yang dihasilkan oleh photodioda atau perangkat photo-detektor dll, menjadi tegangan output yang dapat digunakan yang sebanding dengan arus input seperti yang ditunjukkan.
Rangkaian Penguat Transresistansi
Rangkaian sederhana yang diaktifkan-cahaya di atas, mengubah arus yang dihasilkan oleh photodioda menjadi tegangan. Resistor umpan balik Rƒ mengatur titik tegangan operasi pada input Inverting dan mengontrol jumlah output. Tegangan output diberikan sebagai Vout = Is x Rƒ. Oleh karena itu, tegangan output sebanding dengan jumlah arus input yang dihasilkan oleh photodioda.
Contoh: Penguat Op-amp Inverting No.1
Temukan gain loop tertutup dari rangkaian penguat Inverting berikut.
Rin = 10kΩ dan Rƒ = 100kΩ
Oleh karena itu, gain loop tertutup dari rangkaian penguat inverting di atas diberikan -10 atau 20dB (20log(10)).
Contoh: Penguat Op-amp Inverting No.2
Gain dari rangkaian asli akan ditingkatkan menjadi 40 (32dB), temukan nilai-nilai baru dari resistor yang diperlukan.
Dengan asumsi bahwa Resistor input akan tetap pada nilai yang sama dengan 10KΩ, maka dengan mengatur ulang rumus gain tegangan loop tertutup kita dapat menemukan nilai baru yang diperlukan untuk resistor umpan balik Rƒ.
Gain = Rƒ / Rin
oleh karena itu, Rƒ = Gain x Rin
Rƒ = 40 x 10.000
Rƒ = 400.000 atau 400KΩ
Nilai-nilai baru resistor yang diperlukan agar rangkaian memiliki gain sebesar 40 adalah:
Rin = 10KΩ dan Rƒ = 400KΩ
Rumus diatas juga bisa disusun ulang untuk memberikan nilai baru Rin, menjaga nilai Rƒ yang sama.
Satu poin terakhir yang perlu diperhatikan tentang konfigurasi Penguat Inverting untuk Op-amp, jika dua resistor memiliki nilai yang sama, Rin = Rƒ maka gain penguat akan -1 menghasilkan bentuk komplementer dari tegangan input pada outputnya sebagai Vout = -Vin. Jenis konfigurasi penguat inverting ini umumnya disebut Unity Gain Inverter dari sekadar Inverting Buffer.
Dalam tutorial berikutnya tentang Penguat Operasional (Op-amp), kami akan menganalisis pelengkap rangkaian Penguat Inverting Op-amp yang disebut Penguat Non-Inverting yang menghasilkan sinyal output yang “in-phase” atau di luar-fasa dengan input.