Penguat Differensiator

robotics-university.com | Penguat differensiator adalah “lawan” atau “kebalikan” dari penguat integrator. Konfigurasi untai op-amp penguat differensiator adalah sama dengan konfigurasi untai penguat inverting. Perbedaannya terletak pada komponen hambatan input Rin yang digunakan. Pada penguat inverting, komponen hambatan input adalah berupa resistor (Rin) sedangkan pada differensiator, komponen hambatan input-nya berupa kapasitor (C). Kapasitor disini merupakan komponen penghambat/isolasi berbasis pada frekuensi (Frequency Dependent Impedance) yang disimbolkan dengan huruf Z.

Seperti untai integrator, pada untai differensiator terdapat sebuah resistor dan kapasitor yang membentuk sebuah rangkaian RC yang dihubungkan dengan penguat operasional dan juga reaktansi (XC) dari kapasitor yang memegang peran penting dalam kinerja sebuah penguat differensiator. Konfigurasi untai penguat differensiator ditunjukkan seperti pada gambar 1.

Gambar 1. Untai penguat differensiator
(Sumber: http://www.electronics-tutorials.ws/)

Dengan memperhatikan gambar untai penguat differensiator di atas. Kapasitor akan menghambat semua sinyal arus masukan berfrekuensi rendah (DC) dan hanya meloloskan sinyal arus masukan yang berfrekuensi tinggi (AC).

Pada sinyal frekuensi rendah, rekatansi kapasitor (XC) akan bernilai ‘tinggi’ sehingga op-amp (pada untai penguat differensiator) akan menghasilkan penguatan yang lemah (RF/XC) dan tegangan output yang rendah.

Pada sinyal frekuensi tinggi, rekatansi kapasitor (XC) bernilai lebih ‘rendah’ sehingga penguat differensiator akan menghasilkan penguatan (gain) dan tegangan output yang lebih tinggi. Namun demikian, pada frekuensi tinggi sebuah untai differesiator akan menjadi tidak stabil dan akan mulai terjadi osilasi.

Untuk menghindari penguatan frekuensi tinggi dari kebutuhan untai, maka dapat dilakukan pengurangan frekuensi dengan menambahkan sebuah kapasitor (CF) tambahan bernilai kecil yang dirangkai parallel terhadap resistor feedback (RF). Lihat gambar 2.

Gambar 2. Modifikasi untai penguat differensiator
(Sumber: http://www.electronics-tutorials.ws/)

Berikut ini persamaan-persamaan yang akan memberikan gambaran secara matematis apa yang sebenarnya terjadi. Selama tegangan input pada terminal inverting (pada untai penguat differensiator) bernilai nol, arus input akan melalui kapasitor dengan nilai sebagai berikut.

…...………………....…(1)

Kemudian muatan kapasitor dapat dirumuskan sebagai berikut.


……………………………………..........................…(2)

Dimana:
Q : Muatan kapasitor (coulomb)
C : kapasitansi kapasitor
Vin : Tegangan input (Volt)

Rata-rata perubahan muatan dirumuskan dengan:

..........................………….............………...…....…(3)

Tetapi adalah arus kapasitor iin,

..…………….......…………………....…(4)

.…………………………........………....…(5)

Dari persamaan di atas, maka dapat dirumuskan pula besar tegangan output untuk penguat differensiator sebagai berikut:

..…………………...…................…(6)

Nilai tegangan output adalah konstan. Tanda minus (-) pada persamaan Vout menunjukkan adanya pergeseran sudut phase sebesar 180 derajat, hal ini terjadi karena sinyal input terhubung langsung dengan terminal input inverting op-amp.

Bentuk untai penguat differensiator adalah mirip dengan rangkaian untai penguat inverting. Sehingga jika berangkat dari rumus penguat inverting

……..……………….......................…(7)

dan pada rangkaian penguat differensiator diketahui :

……..………………................................…(8)

……..………………...........................................................…(9)

Jika besaran ini disubtitusikan pada persamaan (7), maka akan didapat rumus penguatan (gain) differensiator sebagai berikut:

……………….......…………………..…..(10)

Kekurangan Penguat Differensiator

• · Penguat differensiator pada frekuensi tinggi akan menjadi tidak stabil dan akan mulai terjadi osilasi.
• · Input kapasitif (C) membuat penguat differensiator rentan terkena sinyal-sinyal noise acak.

__________
Sumber pustaka:
Taufiq Dwi Septian Suyadhi, 2010, “Buku Pintar Robotika”, ANDI Offset, Yogyakarta
Thomas Sri widodo, 2002, “Elektronika Dasar”, Salemba Teknika, Jakarta
http://www.electronics-tutorials.ws/

Share on Google Plus

About Taufiq D.S. Suyadhi