Apa itu Penguat Instrumentasi? Diagram Rangkaian, Kelebihan, dan Aplikasi
Sebuah penguat instrumentasi atau instrumentasi amplifier adalah salah satu jenis IC (integrated circuit), terutama digunakan untuk memperkuat sinyal. Penguat ini berada di bawah keluarga penguat diferensial karena meningkatkan kesenjangan antara dua input.
Fungsi utama dari penguat (amplifier) ini adalah untuk mengurangi kelebihan noise yang dipilih oleh rangkaian. Kapasitas untuk menolak kebisingan sudah biasa bagi setiap pin IC yang dikenal sebagai CMRR (rasio penolakan mode-umum).
Penguat instrumentasi IC merupakan komponen penting dalam merancang rangkaian karena karakteristiknya seperti CMRR tinggi, gain loop terbuka tinggi, drift rendah serta rendah DC offset, dll
Output akhir penguat instrumentasi Vout adalah perbedaan yang diperkuat dari sinyal input yang diterapkan pada terminal input Op-amp 3. Biarkan output Op-amp 1 dan Op-amp 2 masing-masing menjadi Vo1 dan Vo2.
Kemudian, Vout = (R3/R2) (Vo1-Vo2)
Lihatlah pada tahap input penguat instrumentasi seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Penguat instrumentasi derivasi dibahas di bawah.
Potensi pada simpul A adalah tegangan input V1. Karenanya potensi pada simpul B juga V1, dari konsep pendek virtual. Dengan demikian, potensi pada simpul G juga V1.
Potensi pada simpul D adalah tegangan input V2. Karenanya potensi pada simpul C juga V2, dari virtual pendek. Dengan demikian, potensi pada simpul H juga V2.
Cara kerja penguat instrumentasi adalah, Idealnya arus ke Op-amp tahap input adalah nol. Oleh karena itu arus I melalui resistor R1, Rgain, dan R1 tetap sama.
Menerapkan hukum Ohm antara node E dan F,
I = (Vo1-Vo2)/(R1 + Rgain + R1) ………………………. (1)
I = (Vo1-Vo2)/(2R1 + Rgain)
Karena tidak ada arus yang mengalir ke input Op-amp 1 & 2, arus I antara node G dan H dapat diberikan sebagai,
I = (VG-VH)/Rgain = (V1-V2)/Rgain ………………………. (2)
Menyamakan persamaan 1 dan 2,
(Vo1-Vo2)/(2R1 + Rgain) = (V1-V2)/Rgain
(Vo1-Vo2) = (2R1 + Rgain) (V1-V2)/Rgain ………………………. (3)
Output dari perbedaan penguat diberikan sebagai,
Vout = (R3/R2) (Vo1-Vo2)
Oleh karena itu, (Vo1 - Vo2) = (R2/R3) Vout
Mengganti nilai (Vo1 - Vo2) nilai dalam persamaan 3, kita dapatkan
(R2/R3) Vout = (2R1 + Rgain) (V1-V2)/Rgain
yaitu Vout = (R3/R2) {(2R1 + Rgain)/Rgain} (V1-V2)
Persamaan di atas memberikan tegangan output dari penguat instrumentasi.
Gain keseluruhan amplifier diberikan oleh istilah (R3/R2) {(2R1 + Rgain)/Rgain}.
Gain tegangan keseluruhan dari penguat instrumentasi dapat dikontrol dengan menyesuaikan nilai resistor Rgain.
Redaman sinyal mode umum untuk penguat instrumentasi disediakan oleh perbedaan penguat
Fungsi utama dari penguat (amplifier) ini adalah untuk mengurangi kelebihan noise yang dipilih oleh rangkaian. Kapasitas untuk menolak kebisingan sudah biasa bagi setiap pin IC yang dikenal sebagai CMRR (rasio penolakan mode-umum).
Penguat instrumentasi IC merupakan komponen penting dalam merancang rangkaian karena karakteristiknya seperti CMRR tinggi, gain loop terbuka tinggi, drift rendah serta rendah DC offset, dll
Apa itu Penguat Instrumentasi?
Penguat instrumentasi digunakan untuk memperkuat sinyal tingkat sangat rendah, menolak kebisingan dan sinyal gangguan. Contohnya bisa berupa detak jantung, tekanan darah, suhu, gempa bumi dan sebagainya. Oleh karena itu, karakteristik penting dari penguat instrumentasi yang baik adalah sebagai berikut.- Input ke penguat instrumentasi akan memiliki energi sinyal yang sangat rendah. Oleh karena itu penguat instrumentasi harus memiliki gain tinggi dan harus akurat.
- Gain harus mudah disesuaikan dengan menggunakan kontrol tunggal.
- Itu harus memiliki Impedansi Input Tinggi dan Impedansi Output Rendah untuk mencegah pemuatan.
- Penguat Instrumentasi harus memiliki CMRR Tinggi karena output transduser biasanya akan berisi sinyal mode umum seperti kebisingan ketika ditransmisikan melalui kabel panjang.
- Itu juga harus memiliki Tingkat Pembakaran Tinggi untuk menangani waktu kenaikan tajam peristiwa dan memberikan ayunan tegangan output maksimum yang tidak terdistorsi.
Penguat Instrumentasi menggunakan Op Amp
Penguat instrumentasi menggunakan rangkaian Op-amp (penguat amplifier) ditampilkan di bawah. Op-amp 1 & 2 adalah Op-amp non-inverting dan op-amp 3 adalah perbedaan penguat. Ketiga Op-amp ini bersama-sama membentuk penguat instrumentasi.Output akhir penguat instrumentasi Vout adalah perbedaan yang diperkuat dari sinyal input yang diterapkan pada terminal input Op-amp 3. Biarkan output Op-amp 1 dan Op-amp 2 masing-masing menjadi Vo1 dan Vo2.
Kemudian, Vout = (R3/R2) (Vo1-Vo2)
Lihatlah pada tahap input penguat instrumentasi seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Penguat instrumentasi derivasi dibahas di bawah.
Potensi pada simpul A adalah tegangan input V1. Karenanya potensi pada simpul B juga V1, dari konsep pendek virtual. Dengan demikian, potensi pada simpul G juga V1.
Potensi pada simpul D adalah tegangan input V2. Karenanya potensi pada simpul C juga V2, dari virtual pendek. Dengan demikian, potensi pada simpul H juga V2.
Cara kerja penguat instrumentasi adalah, Idealnya arus ke Op-amp tahap input adalah nol. Oleh karena itu arus I melalui resistor R1, Rgain, dan R1 tetap sama.
Menerapkan hukum Ohm antara node E dan F,
I = (Vo1-Vo2)/(R1 + Rgain + R1) ………………………. (1)
I = (Vo1-Vo2)/(2R1 + Rgain)
Karena tidak ada arus yang mengalir ke input Op-amp 1 & 2, arus I antara node G dan H dapat diberikan sebagai,
I = (VG-VH)/Rgain = (V1-V2)/Rgain ………………………. (2)
Menyamakan persamaan 1 dan 2,
(Vo1-Vo2)/(2R1 + Rgain) = (V1-V2)/Rgain
(Vo1-Vo2) = (2R1 + Rgain) (V1-V2)/Rgain ………………………. (3)
Output dari perbedaan penguat diberikan sebagai,
Vout = (R3/R2) (Vo1-Vo2)
Oleh karena itu, (Vo1 - Vo2) = (R2/R3) Vout
Mengganti nilai (Vo1 - Vo2) nilai dalam persamaan 3, kita dapatkan
(R2/R3) Vout = (2R1 + Rgain) (V1-V2)/Rgain
yaitu Vout = (R3/R2) {(2R1 + Rgain)/Rgain} (V1-V2)
Persamaan di atas memberikan tegangan output dari penguat instrumentasi.
Gain keseluruhan amplifier diberikan oleh istilah (R3/R2) {(2R1 + Rgain)/Rgain}.
Gain tegangan keseluruhan dari penguat instrumentasi dapat dikontrol dengan menyesuaikan nilai resistor Rgain.
Redaman sinyal mode umum untuk penguat instrumentasi disediakan oleh perbedaan penguat
Kelebihan dari Penguat Instrumentasi
Kelebihan dari penguat instrumentasi meliputi berikut ini.- Kelebihan dari rangkaian penguat instrumentasi tiga Op-amp dapat dengan mudah divariasikan dengan menyesuaikan nilai hanya satu Rgain resistor.
- Gain dari penguat (amplifier) hanya tergantung pada resistor eksternal yang digunakan.
- Impedansi input sangat tinggi karena konfigurasi pengikut emiter dari amplifier 1 dan 2
- Impedansi output dari penguat instrumentasi sangat rendah karena perbedaan penguat3.
- CMRR pada Op-amp 3 sangat tinggi dan hampir semua sinyal mode umum akan ditolak.
Aplikasi Penguat Instrumentasi
Aplikasi dari penguat instrumentasi meliputi berikut ini.- Penguat (Amplifier) ini terutama melibatkan di mana keakuratan perolehan diferensial tinggi diperlukan, kekuatan harus dipertahankan di lingkungan yang bising, serta di mana ada sinyal mode umum yang besar. Beberapa aplikasi adalah
- Penguat instrumentasi digunakan dalam akuisisi data dari transduser output daya kecil seperti termokopel, pengukur regangan, pengukuran jembatan Wheatstone, dll.
- Penguat (Amplifier) ini digunakan dalam navigasi, medis, radar, dll.
- Penguat (Amplifier) ini digunakan untuk meningkatkan rasio S/N ( sinyal terhadap noise ) dalam aplikasi audio seperti sinyal audio dengan amplitudo rendah.
- Penguat (Amplifier) ini digunakan untuk pencitraan serta akuisisi data video dalam pengkondisian sinyal berkecepatan tinggi.
- Penguat (Amplifier) digunakan dalam sistem kabel RF untuk amplifikasi sinyal frekuensi tinggi.
Perbedaan antara Op-amp (Penguat Operasional) dan Penguat Instrumentasi
- Perbedaan utama antara Op-amp dan penguat instrumentasi adalah sebagai berikut.
- Sebuah Op-amp (penguat operasional) adalah salah satu jenis rangkaian terpadu
- Penguat instrumentasi adalah salah satu jenis penguat diferensial
- Penguat instrumentasi dapat dibangun dengan tiga Op-amp.
- Penguat diferensial dapat dibangun dengan Op-amp tunggal.
- Tegangan output dari penguat diferensial akan terpengaruh karena resistor mismatch
- Penguat instrumentasi menawarkan penguatan dengan resistor tunggal pada fasa primernya yang tidak memerlukan pencocokan resistor.