Penguat Non-Inverting Op-Amp

Konfigurasi dasar kedua dari rangkaian penguat operasional (Op-amp) adalah desain Penguat Non-Inverting. Dalam konfigurasi ini, sinyal tegangan input ( V_IN ) diterapkan langsung ke terminal input non-inverting ( + ) yang berarti bahwa gain output dari penguat menjadi "Positif" nilainya berbeda dengan rangkaian "Penguat Inverting Op-amp" yang kita lihat di tutorial sebelumnya yang nilainya naik negatif. Hasil dari ini adalah bahwa sinyal output "in-phase" dengan sinyal input.

Kontrol umpan balik (feedback) dari penguat non-inverting dicapai dengan menerapkan sebagian kecil dari sinyal tegangan output kembali ke terminal input Inverting ( - ) melalui jaringan pembagi tegangan Rƒ - R2, yang kembali menghasilkan Umpan balik Negatif.

Konfigurasi loop tertutup ini menghasilkan rangkaian Op-amp non-inverting dengan stabilitas yang sangat baik, impedansi input sangat tinggi, Rin mendekati tak terhingga, karena tidak ada arus yang mengalir ke terminal input positif, (kondisi ideal) dan impedansi output rendah, Rout seperti yang ditunjukkan di bawah.

Konfigurasi Penguat Non-Inverting Op-amp

Dalam tutorial Penguat Op-amp Inverting sebelumnya, kami mengatakan bahwa untuk Op-amp yang ideal "Tidak ada arus mengalir ke terminal input" dari penguat dan bahwa "V1 selalu sama dengan V2". Ini karena persimpangan input dan sinyal umpan balik ( V1 ) berada pada potensial yang sama.

Dengan kata lain persimpangan adalah titik penjumlahan “virtual earth”. Karena simpul virtual earth ini resistor, Rƒ dan R2 membentuk jaringan pembagi potensial sederhana di penguat non-inverting dengan gain tegangan dari rangkaian yang ditentukan oleh rasio R2 dan Rƒ seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Jaringan Pembagi Tegangan atau Beda Potensial Setara (ekuivalen)

Kemudian menggunakan rumus untuk menghitung tegangan output dari jaringan Pembagi tegangan atau Beda potensial, kita dapat menghitung gain tegangan loop tertutup ( A_V ) dari Penguat Non-Inverting sebagai berikut:

Kemudian gain tegangan loop tertutup dari Penguat Non-Inverting akan diberikan sebagai:

Kita dapat melihat dari persamaan di atas, bahwa gain Loop Tertutup keseluruhan dari penguat non-inverting akan selalu lebih besar tetapi tidak pernah kurang dari satu (kesatuan), sifatnya positif dan ditentukan oleh rasio nilai Rƒ dan R2.

Jika nilai resistor feedback Rƒ adalah nol, gain penguat akan sama dengan satu (unity). Jika resistor R2 adalah nol gain akan mendekati tak terhingga, namun dalam prakteknya akan terbatas pada Op-amp Loop Terbuka gain diferensial, ( A_O ).

Kita dapat dengan mudah mengubah konfigurasi penguat inverting menjadi konfigurasi penguat non-Inverting hanya dengan mengubah koneksi input seperti yang ditunjukkan.

Tegangan Follower (Unity Gain Buffer)

Jika kita membuat resistor feedback, Rƒ sama dengan nol, ( Rƒ = 0 ), dan Resistor R2 sama dengan tak terhingga, ( R2 = ∞ ), maka rangkaian akan memiliki gain tetap "1" karena semua tegangan output akan menjadi hadir pada terminal input Inverting (umpan balik negatif). Ini kemudian akan menghasilkan jenis khusus dari rangkaian penguat non-Inverting yang disebut Voltage Follower atau juga disebut "buffer gain unity".

Karena sinyal input terhubung langsung ke input Penguat Non-Inverting, sinyal output tidak terbalik sehingga tegangan output sama dengan tegangan input, Vout = Vin. Ini kemudian membuat rangkaian tegangan follower ideal sebagai rangkaian Gain Buffer karena sifat isolasi.

Keuntungan dari unity gain voltage follower adalah dapat digunakan ketika pencocokan impedansi atau isolasi rangkaian lebih penting daripada penguatan karena mempertahankan tegangan sinyal. Impedansi input dari rangkaian tegangan follower sangat tinggi, biasanya di atas 1MΩ karena sama dengan resistansi input Op-amp dikalikan gainnya ( Rin x A_O ). Impedansi outputnya juga sangat rendah karena diasumsikan kondisi op-amp yang ideal.

Tegangan Follower Non-Inverting

Dalam konfigurasi rangkaian non-inverting ini, impedansi input Rin telah meningkat hingga tak terbatas dan impedansi umpan balik Rƒ berkurang menjadi nol. Output terhubung langsung kembali ke input Inverting negatif sehingga umpan baliknya adalah 100% dan Vin persis sama dengan Vout yang memberinya gain tetap sebesar 1 atau satu. Karena tegangan input Vin diterapkan pada input non-inverting, gain dari penguat diberikan sebagai:

Karena tidak ada arus yang mengalir ke terminal input non-inverting, impedansi input tidak terbatas (Op-amp ideal) dan juga tidak ada arus yang mengalir melalui loop umpan-balik sehingga nilai resistansi dapat ditempatkan dalam loop umpan-balik tanpa mempengaruhi karakteristik rangkaian. karena tidak ada tegangan yang hilang di atasnya, nol arus mengalir, penurunan tegangan nol, kehilangan daya nol.

Karena arus input nol memberikan daya input nol, tegangan follower dapat memberikan gain daya yang besar. Namun dalam sebagian besar rangkaian gain buffer nyata, resistor nilai rendah (biasanya 1 kΩ) diperlukan untuk mengurangi arus kebocoran input offset, dan juga jika Penguat Operasional (Op-amp) merupakan tipe umpan balik arus.

Tegangan follower atau buffer gain satu adalah tipe khusus dan sangat berguna dari rangkaian penguat non-inverting yang biasanya digunakan dalam elektronik untuk rangkaian terisolasi satu sama lain terutama dalam variabel status tingkat tinggi atau filter aktif tipe Sallen-Key untuk memisahkan satu filter panggung dari yang lain. IC buffer digital khas yang tersedia adalah 74LS125 Quad 3-state buffer atau 74LS244 Octal buffer yang lebih umum.74LS244 Buffer octal.

Satu pemikiran terakhir, penguatan tegangan loop tertutup dari rangkaian tegangan follower adalah "1" atau Satu. Gain tegangan loop terbuka dari Op-amp tanpa umpan balik adalah Infinite (tak-terhingga).

Kemudian dengan memilih komponen umpan balik (feedback) dengan hati-hati kita dapat mengontrol jumlah perolehan yang dihasilkan oleh Op-amp non-Inverting di mana saja dari satu hingga tak terhingga.

Sejauh ini kami telah menganalisis rangkaian penguat Inverting dan non-Inverting yang hanya memiliki satu sinyal input, Vin.

Dalam tutorial berikutnya tentang Penguat Operasional (Op-amp), kita akan memeriksa efek dari tegangan output, Vout dengan menghubungkan lebih banyak input ke Penguat. Ini kemudian menghasilkan jenis umum dari rangkaian Op-amp yang disebut Penguat Penjumlah (Summing ) yang dapat digunakan untuk "menambah" bersama tegangan yang ada pada inputnya.