Integrator Op-amp membangun tegangan hasil yg sebanding dengan amplitudo dan durasi frekuwensi input. Penguat operasional (Op-amp) dapat digunakan menjadi bagian berdasarkan penguat umpan pulang positif atau negatif atau sebagai rangkaian jenis Penambah atau Pengurang menggunakan hanya resistansi murni pada ke dua input dan loop umpan pulang.
Namun bagaimana bila kita mengganti elemen umpan balik murni resistif ( R? ) dari penguat inverting ke yang menurut reaktansi tergantung frekuensi, ( X ) elemen kompleks jenis, misalnya Kapasitor, C. Apa yg akan sebagai dampak pada tegangan output Op-amp pada rentang frekuensinya.
Dengan mengganti resistansi umpan balik ini dengan kapasitor, kami sekarang memiliki Jaringan RC yang terhubung melintasi jalur umpan balik Op-amp yang menghasilkan jenis lain dari rangkaian Op-amp yang biasa disebut rangkaian Op-amp Integrator seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Rangkaian Integrator Op-amp
Seperti namanya, Integrator Op-amp adalah sebuah rangkaian penguat operasional (Op-amp) yang menjalankan operasi matematika Integrasi, yaitu kita bisa membuat output merespon perubahan tegangan input dari waktu ke waktu karena dalam integrator Op-amp ini akan menghasilkan tegangan output yang sebanding dengan integral dari tegangan input.
Dengan istilah lain besarnya sinyal hasil dipengaruhi sang lamanya ketika tegangan hadir dalam inputnya saat arus melalui loop umpan-balik mengisi atau melepaskan kapasitor lantaran umpan kembali negatif yg diharapkan terjadi melalui kapasitor.
Ketika tegangan langkah, Vin pertama-kali diterapkan pada input penguat terintegrasi, kapasitor C yg nir terisi daya tahan sangat mini dan bertindak sedikit contohnya hubung singkat yang memungkinkan arus maksimum mengalir melalui hambatan input, Rin lantaran perbedaan potensial terdapat dalam antara 2 plat.
Tidak ada arus yang mengalir ke input penguat dan titik X adalah virtual earth yang menghasilkan output nol. Sebagai impedansi dari kapasitor pada titik sangat rendah, rasio gain dari XC/RIN juga sangat kecil memberikan gain tegangan keseluruhan kurang dari satu, (rangkaian tegangan follower).
Sebagai kapasitor feedback, C mulai mengisi daya lantaran efek tegangan input, impedansinya Xc perlahan-lahan meningkat secara proporsional memakai laju pengisiannya. Kapasitor mengisi memakai kecepatan yg dipengaruhi sang konstanta waktu RC, ( ? ) berdasarkan Jaringan RC seri. Umpan kembali negatif memaksa Op-amp buat membentuk tegangan output yg mempertahankan virtual earth dalam input Inverting op-amp.
Lantaran kapasitor dihubungkan antara input inverting Op-amp (yg adalah potensial earth) & output Op-amp (yang negatif), tegangan potensial, Vc yg dikembangkan melintasi kapasitor perlahan-lahan semakin tinggi sebagai akibatnya menyebabkan arus pengisian menurun lantaran impedansi peningkatan kapasitor. Ini membangun rasio peningkatan Xc/Rin yang menghasilkan tegangan hasil ramp yg meningkat secara linear yang terus meningkat sampai kapasitor terisi penuh.
Pada titik ini kapasitor bertindak sebagai rangkaian terbuka, menghalangi aliran arus DC. Rasio kapasitor feedback ke resistor input ( XC/RIN ) sekarang tidak terbatas menghasilkan gain yang tak terbatas.
Hasil berdasarkan gain tinggi ini (seperti dengan gain loop terbuka Op-amp), adalah bahwa hasil menurut penguat masuk ke saturasi misalnya yang ditunjukkan pada bawah ini. (Kejenuhan terjadi ketika tegangan output dari penguat berayun dengan kuat ke satu rel suplpy tegangan atau yang lain menggunakan sedikit atau tanpa kendali pada antaranya).
Tingkat dalam mana tegangan hasil semakin tinggi (laju perubahan) dipengaruhi oleh nilai pelawan dan kapasitor,
Jika kita menerapkan sinyal input yang terus berubah seperti gelombang persegi ke input Penguat Integrator maka kapasitor akan mengisi dan melepaskan sebagai respon terhadap perubahan dalam sinyal input.
Ini menghasilkan sinyal output berupa gelombang gigi gergaji yang output-nya dipengaruhi oleh konstanta waktu RC dari kombinasi resistor/kapasitor karena pada frekuensi yang lebih tinggi, kapasitor memiliki lebih sedikit waktu untuk mengisi penuh. Jenis rangkaian ini juga dikenal sebagai Ramp Generator dan fungsi transfer diberikan di bawah ini.
Integrator Op-amp Ramp Generator
Kita tahu dari prinsip pertama bahwa tegangan pada plat sebuah kapasitor adalah sama dengan muatan pada kapasitor dibagi dengan kapasitansi memberikan Q/C. Kemudian tegangan pada kapasitor adalah output Vout karena: -Vout = Q/C. Jika kapasitor sedang mengisi dan mengosongkan, laju pengisian tegangan melintasi kapasitor diberikan sebagai:
Tetapi dQ/dt adalah arus listrik dan karena tegangan simpul integrasi Op-amp pada terminal input invertingnya adalah nol, X = 0, arus input I (in) mengalir melalui resistor input, Rin diberikan sebagai:
Arus yang mengalir melalui kapasitor feedback C diberikan sebagai:
Dengan asumsi bahwa impedansi input Op-amp tidak terbatas (Op-amp ideal), tidak ada arus yang mengalir ke terminal Op-amp. Oleh karena itu, persamaan nodal pada terminal input inverting diberikan sebagai:
Dari mana kita mendapatkan output tegangan ideal untuk Integrator Op-amp sebagai:
Untuk menyederhanakan matematika, ini juga dapat ditulis ulang sebagai:
Dimana: ω = 2πƒ dan tegangan output Vout adalah konstan 1/RC kali integral dari tegangan input Vin sehubungan dengan waktu. Tanda minus ( - ) menunjukkan pergeseran fasa 180° karena sinyal input terhubung langsung ke terminal input inverting op-amp.
AC atau Integrator Op-amp Berkelanjutan
Jika kita mengubah sinyal input gelombang persegi di atas menjadi gelombang sinus dengan frekuensi yang bervariasi, Integrator Op-amp berkinerja kurang seperti integrator dan mulai berperilaku lebih seperti "Low Pass Filter" yang aktif, melewati sinyal frekuensi rendah sambil melemahkan (atenuasi) tinggi frekuensi.Pada 0Hz atau DC, kapasitor bertindak seperti rangkaian terbuka yang memblokir tegangan umpan balik yang menghasilkan umpan balik negatif yang sangat sedikit dari output kembali ke input penguat. Kemudian hanya dengan kapasitor feedback, C, penguat secara efektif dihubungkan sebagai penguat loop terbuka normal yang memiliki gain loop terbuka sangat tinggi yang menghasilkan tegangan output jenuh/saturasi.
Rangkaian ini menghubungkan resistansi bernilai tinggi secara paralel dengan kapasitor pengisian dan pemakaian yang terus menerus. Penambahan resistor feedback ini, R2 melintasi kapasitor, C memberikan karakteristik rangkaian penguat inverting dengan gain loop tertutup terbatas R2/R1.
Hasilnya adalah pada frekuensi yang sangat rendah rangkaian bertindak sebagai integrator standar, sedangkan pada frekuensi yang lebih tinggi kapasitor lebih pendek dari resistor feedback, R2 karena efek Reaktansi Kapasitif mengurangi gain amplifier.
Integrator Op-amp AC dengan Kontrol Gain DC
Berbeda dengan penguat integrator DC di atas yang tegangan outputnya kapan saja akan menjadi bagian integral dari suatu gelombang sehingga ketika inputnya adalah gelombang persegi, bentuk gelombang output akan berbentuk segitiga. Untuk integrator AC, input gelombang sinusoidal akan menghasilkan gelombang sinus lain sebagai output yang akan 90° out-of-fase dengan input menghasilkan gelombang kosinus.
Lebih jauh lagi, ketika input berbentuk gelombang segitiga, output juga berbentuk gelombang sinusoidal. Ini kemudian membentuk dasar Low Pass Filter Aktif seperti yang terlihat sebelumnya dalam tutorial bagian Filterdengan frekuensi sudut yang diberikan sebagai.
Dalam tutorial berikutnya tentang Penguat Operasional (Op-amp), kita akan melihat jenis lain dari rangkaian Op-amp yang merupakan kebalikan atau pelengkap dari rangkaian Integrator Op-amp di atas yang disebut Penguat Differensiator Op-amp.
Seperti namanya, penguat pembeda menghasilkan sinyal output yang merupakan operasi pembedaan secara matematis, yaitu menghasilkan output tegangan yang sebanding dengan laju perubahan tegangan input dan arus yang mengalir melalui kapasitor input.
0 Komentar