Op amp o Operational Amplifier

Isa-isa 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 nang napakalito. Ang kanyang panloob na circuit ay binubuo ng maraming transistors, FETs at resistors. Lahat ito ay nakakupkop sa napakaliit na lugar. Kaya, ito ay inilipat sa isang maliit na package at magagamit sa anyo ng Integrated Circuit (IC). Ang terminong Op Amp ay ginagamit upang tukuyin ang isang amplifier na maaaring i-configure upang gumawa ng iba't ibang operasyon tulad ng amplification, subtraction, differentiation, addition, integration, atbp. Isang halimbawa nito ang napakapopular na IC 741.

Ang simbolo at ang kanyang aktwal na 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 op-amp ay may dalawang input terminals at isang output terminal. Ang op-amp ay may din dalawang voltage supply terminals tulad ng nakita 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 ilalapat natin ang isang input signal sa inverting terminal (-) ang amplified output signal ay 180o out of phase sa ilalim ng ilalapat na input signal. Kung ilalapat natin ang isang input signal sa non-inverting terminal (+) ang output signal na makukuha ay in phase, i.e. walang phase shift sa ilalapat na input signal.

Power Supply para sa Operational Amplifier

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

Pangunahing Pagsasagawa 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 pa sa non-inverting terminal, ang ideal op-amp ay lalaking-laki ang pagkakaiba ng dalawang ilalapat na input signals. Tinatawag natin ang pagkakaiba 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.
Tama ang pagsasabing mula sa itaas na ang output ay hindi zero kung at kung lamang ang differential input voltage ay hindi zero (V1 at V2 ay hindi equal), at ang output ay 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-laki ang isang maliit na ilalapat na differential input voltage sa isang napakataas na halaga.
Gayunpaman, totoo rin na kung ilalapat natin ang maliit na differential input voltage, ang operational amplifier ay lalaking-laki ito sa isang considerable value ngunit ang significant value sa output ay hindi maaaring lumampas sa supply voltage ng op-amp. Kaya, hindi ito nasisira ang batas ng conservation of energy.

Closed Loop Operation

Ang nabanggit na operasyon ng op-amp ay para sa open-loop i.e. without a feedback. Introduce natin ang feedback sa closed loop configuration. Ang feedback path ay nagpapasa ng output signal sa input. Kaya, sa inputs, naroroon ang dalawang signals nang sabay-sabay. Isa sa kanila ay ang orihinal na ilalapat na signal, at ang iba pa 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 nagpapasa 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 nagpapasa ng bahagi ng signal mula sa output terminal pabalik sa inverting (-) terminal. Ginagamit ang negative feedback sa op-amps na ginagamit bilang amplifiers. Bawat uri ng feedback, negative o positive, may kanya-kanyang mga benepisyo at di-benepisyo.

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

Ideal Op-Amp Characteristics

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