Operasyonal na Amplipyer

Ang operational amplifier o op amp ay isang DC coupled voltage amplifier na may napakataas na voltage gain.

Ang op amp ay pangunahing isang multistage amplifier kung saan ang maraming amplifier stages ay konektado sa bawat isa nang napakalito. Ang internal circuit nito ay binubuo ng maraming transistors, FETs, at resistors. Lahat ng ito ay nagsisilbing napakaliit na espasyo. Kaya, ito ay inilagay sa isang maliit na pakete at available sa anyo ng Integrated Circuit (IC). Ang terminong Op Amp ay ginagamit para tukuyin ang isang amplifier na maaaring ikonfigure upang gumawa ng iba't ibang operasyon tulad ng amplification, subtraction, differentiation, addition, integration, atbp. Isang halimbawa nito ay ang napakapopular na IC 741.

Ang simbolo at ang aktwal nitong hitsura sa anyo ng IC ay ipinapakita sa ibaba. Ang simbolo ay lumilitaw bilang isang arrowhead na nagpapahiwatig na ang signal ay umuusbong mula output patungo sa input.

Mga Terminal ng Input at Output ng Operational Amplifier

Ang isang op-amp ay may dalawang input terminals at isang output terminal. Ang op-amp ay may dalawang voltage supply terminals din, tulad ng nakikita sa itaas. Ang dalawang input terminals ay bumubuo ng differential input. Tinatawag natin ang terminal na may negative (-) sign bilang inverting terminal at ang terminal na may positive (+) sign bilang non-inverting terminal ng operational amplifier. Kung maglalagay tayo ng isang input signal sa inverting terminal (-), ang amplified output signal ay 180o out of phase sa kaugnayan ng naapply na input signal. Kung maglalagay tayo ng isang input signal sa non-inverting terminal (+), ang output signal na makukuha ay in phase, i.e. walang phase shift sa kaugnayan ng input signal.

Power Supply para sa Operational Amplifier

Tulad ng nakikita sa circuit symbol sa itaas, ito ay may dalawang input power supply terminals +VCC at –VCC. Para sa pag-operate ng isang op-amp, mahalaga ang dual polarity DC supply. Sa dual polarity supply, kinokonekta natin ang +VCC sa positive DC supply at ang –VCC terminal sa negative DC supply. Gayunpaman, ilang op-amps ay maaari ring mag-operate sa single polarity supply. Tandaan na walang common ground terminal sa mga op-amps, kaya ang ground ay kailangang itatag nang panlabas.

Pangunahing Paggana ng Op-Amp

Open Loop Operation ng Operational Amplifier

Tulad ng nabanggit sa itaas, ang op-amp ay may differential input at single ended output. Kaya, kung ilalapat natin ang dalawang signals, isa sa inverting at isa sa non-inverting terminal, ang ideal op-amp ay lalaking ang pagkakaiba sa pagitan ng dalawang naapply na input signals. Tinatawag natin ang pagkakaiba sa pagitan ng dalawang input signals bilang differential input voltage. Ang equation sa ibaba ay nagbibigay ng output ng operational amplifier.Kung saan, VOUT ang voltage sa output terminal ng op-amp. AOL ang open-loop gain para sa ibinigay na op-amp at ito ay constant (ideally). Para sa IC 741, AOL ay 2 x 105.
V1 ang voltage sa non-inverting terminal.
V2 ang voltage sa inverting terminal.
(V1 – V2) ang differential input voltage.
Narito, malinaw na ang output ay hindi zero kung at kung lamang ang differential input voltage ay hindi zero (V1 at V2 ay hindi equal), at magiging zero kung pareho ang V1 at V2. Tandaan na ito ay isang ideal na kondisyon, praktikal na may maliit na imbalances sa op-amp. Ang open-loop gain ng op-amp ay napakataas. Kaya, ang open loop operational amplifier ay lalaking ang maliit na naapply na differential input voltage sa napakataas na halaga.
Dagdag pa, totoo rin na kung ilalapat natin ang maliit na differential input voltage, ang operational amplifier ay lalaking ito sa considerable value ngunit ang significant value sa output ay hindi maaaring lumampas sa supply voltage ng op-amp. Kaya hindi ito lumalabag sa batas ng conservation of energy.

Closed Loop Operation

Ang nabanggit na operasyon ng op-amp ay para sa open-loop, i.e. without feedback. Ipinapakilala namin ang feedback sa closed loop configuration. Ang feedback path na ito ay nagpapadala ng output signal sa input. Kaya, sa inputs, may dalawang signals na kasabay na naroroon. Isa sa kanila ang orihinal na naapply na signal, at ang isa ay ang feedback signal. Ang equation sa ibaba ay nagpapakita ng output ng closed loop op-amp.Kung saan VOUT ang voltage sa output terminal ng op-amp. ACL ang closed loop gain. Ang feedback circuit na konektado sa op-amp ang nagdetermina ng closed loop gain ACL. VD = (V1 – V2) ang differential input voltage. Tinatawag natin ang feedback bilang positive kung ang feedback path ay nagpapadala ng signal mula sa output terminal pabalik sa non-inverting (+) terminal. Ginagamit ang positive feedback sa oscillators. Ang feedback ay negative kung ang feedback path ay nagpapadala ng bahagi ng signal mula sa output terminal pabalik sa inverting (-) terminal. Ginagamit ang negative feedback sa mga op-amps na ginagamit bilang amplifiers. Bawat uri ng feedback, negative o positive, ay may kanyang mga advantages at disadvantages.

Positive Feedback ⇒ Oscillator
Negative Feedback ⇒ Amplifier
Ang itaas na paliwanag ay ang pinakabasic na pangunahing paggana ng operational amplifiers.

Ideal Op-Amp Characteristics

Ang ideal op-amp ay dapat mayroong sumusunod na characteristics: