Penguat impedansi yang tinggi

Jenis-jenis Amplifier Impedansi Tinggi

Sebuah amplifier impedansi tinggi adalah amplifier yang memiliki impedansi input yang jauh lebih tinggi daripada impedansi output-nya. Impedansi pada dasarnya menentukan berapa banyak arus listrik yang dapat mengalir melalui suatu rangkaian. Impedansi tinggi berarti arus yang mengalir lebih sedikit, sedangkan impedansi rendah memungkinkan arus yang mengalir lebih banyak.

Terdapat banyak jenis amplifier impedansi tinggi, beberapa di antaranya dibahas di bawah ini:

Amplifier transimpedansi, yang sering disebut konverter arus-ke-tegangan, adalah rangkaian amplifier operasional yang mengubah arus input menjadi tegangan output yang proporsional. Amplifier ini memiliki impedansi input yang tinggi, yang memungkinkannya untuk mengukur arus dengan akurat. Penguatan amplifier transimpedansi ditentukan oleh resistor umpan balik. Amplifier ini digunakan dalam aplikasi di mana sinyal arus perlu diubah menjadi sinyal tegangan untuk diproses lebih lanjut atau diukur. Mereka biasa digunakan dalam sistem pemrosesan sinyal digital untuk mengubah sinyal output sensor atau fotodetektor menjadi level tegangan yang sesuai untuk tahap amplifikasi atau konversi analog-ke-digital berikutnya.

Amplifier arus dirancang untuk menguatkan arus sinyal sambil menjaga tegangan tetap konstan. Amplifier ini mengontrol level arus sinyal dalam suatu rangkaian, sehingga arus output memiliki magnitudo yang lebih signifikan daripada arus input. Penguatan arus menunjukkan rasio arus output terhadap arus input. Arus input dan output mengalir ke arah yang sama, tetapi tegangan menunjukkan potensi yang berbeda pada input dan output. Amplifier arus digunakan dalam rangkaian di mana level arus sinyal perlu ditingkatkan untuk menggerakkan beban atau berinteraksi dengan tahap rangkaian lainnya.

Amplifier instrumentasi digunakan untuk menguatkan sinyal level rendah dan sangat sensitif terhadap pengukuran sinyal yang tepat. Amplifier instrumentasi ini memiliki impedansi input yang sangat tinggi dan rasio penolakan mode umum yang sangat baik. Desain amplifier ini terdiri dari tiga op-amp dan enam konfigurasi resistor, yang dapat berupa R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = R6. Penguatan amplifier instrumentasi dapat dengan mudah diatur dengan mengubah nilai resistor. Amplifier instrumentasi sering digunakan dalam aplikasi sensor untuk mendapatkan pembacaan sinyal yang akurat dan bebas noise dari sensor karena kemampuannya untuk menolak noise dan interferensi.

Klasifikasi lain dari amplifier impedansi tinggi adalah amplifier tegangan, yang meningkatkan tegangan sambil menjaga arus dan daya tetap tidak berubah. Penguatan tegangan menunjukkan rasio tegangan output terhadap tegangan input. Tegangan input dan tegangan output memiliki potensi yang berbeda, tetapi arus berada di arah yang sama pada input dan output.

Amplifier operasional input impedansi tinggi memiliki impedansi input yang sangat tinggi dan impedansi output yang rendah. Tujuannya adalah untuk menghindari pemuatan rangkaian sebelumnya dan untuk berinteraksi antara dua rangkaian yang berbeda. Jenis amplifier ini menjadi lebih disukai daripada desain transistor tradisional karena kinerja tinggi dan biaya rendahnya. Mereka menawarkan linearitas yang sangat baik dan noise rendah pada rentang dinamis yang luas.

Fungsi dan Fitur

Peran utama amplifier impedansi tinggi adalah untuk menguatkan sinyal lemah tanpa membebani sumber sinyal. Amplifier ini menyediakan penguatan yang tinggi sambil menjaga impedansi input tetap sangat tinggi dan impedansi output tetap rendah. Ini memungkinkan amplifier untuk menerima sinyal yang terdistorsi dan bising dan menghasilkan versi yang bersih dan diperkuat. Ada berbagai fitur dari amplifier impedansi tinggi:

• Noise Rendah

  Amplifier noise rendah (LNA) meminimalkan noise tambahan dari amplifier untuk memastikan rasio sinyal-ke-noise (SNR) maksimum. Angka noise (NF) mencirikan kinerja noise dan menunjukkan berapa banyak degradasi SNR. Untuk mencapai kinerja noise rendah yang baik, diperlukan optimasi desain pada semua tahap amplifikasi. Amplifier umpan antena yang digunakan dalam penerima radio adalah contoh LNA.

• Tegangan

  Tegangan catu daya amplifier menentukan ayunan tegangan output maksimum. Amplifier dengan catu daya yang lebih tinggi dapat menggerakkan sinyal yang lebih besar tanpa distorsi. Hal ini penting dalam aplikasi di mana sinyal yang kuat ada, seperti dalam penerima siaran. Untuk peralatan portabel, amplifier yang bekerja dari tegangan baterai lebih mudah.

• Arus

  Kemampuan suplai arus amplifier menentukan berapa banyak beban yang dapat digerakkan tanpa distorsi. Amplifier headphone harus mampu menggerakkan arus ke beban impedansi rendah tanpa memperkenalkan distorsi atau pemotongan. Kemampuan drive arus tinggi berguna dalam aplikasi di mana beban besar akan diberi daya langsung dari tahap output amplifier.

• Suhu

  Koefisien suhu (TC) dan stabilitas penting untuk menjaga level sinyal yang konsisten dalam aplikasi instrumentasi. Amplifier dengan komponen TC rendah meminimalkan drift untuk memastikan pengukuran yang akurat. Jalur sinyal yang stabil sangat penting dalam sistem kontrol loop tertutup, di mana sinyal harus dijaga dalam batas yang ditentukan untuk pengoperasian yang valid.

• Rangkaian Terintegrasi

  Rangkaian terintegrasi (IC) dapat mengintegrasikan beberapa fungsi rangkaian ke dalam satu chip silikon. Desain terintegrasi mengurangi ukuran dan biaya peralatan elektronik. Kinerja dan keandalan yang lebih baik juga direalisasikan karena interkoneksi pendek antara komponen. Amplifier saat ini seringkali datang sebagai rangkaian terintegrasi.

• Amplifier Mikrofon

  Amplifier mikrofon (amp) meningkatkan sinyal lemah dari mikrofon ke level line. Amplifier ini menyediakan penguatan tinggi dengan noise dan distorsi rendah untuk memastikan kejelasan ucapan dan kualitas instrumen musik. Amp untuk mikrofon juga memiliki fitur seperti catu daya phantom dan rangkaian equalizer untuk meningkatkan output sinyal.

Penggunaan Amplifier Impedansi Tinggi

Amplifier dengan impedansi input tinggi memiliki banyak aplikasi di berbagai bidang, termasuk instrumentasi industri, penelitian ilmiah, dan bidang medis.

Penggunaan berikut menunjukkan betapa pentingnya amplifier ini dalam meningkatkan presisi dan memperluas pemrosesan sinyal:

• Pemantauan lingkungan: Amplifier ini dapat mendeteksi perubahan kecil dalam kondisi lingkungan. Mereka digunakan dalam sensor yang mengukur konsentrasi kimia, tekanan, kelembapan, dan suhu lingkungan.
• Otomasi industri: Amplifier impedansi tinggi memainkan peran penting dalam otomasi industri dan kontrol proses. Amplifier ini digunakan dalam sensor untuk memantau suhu, level fluida, tekanan, dan jumlah, antara lain. Sensor ini mengubah parameter fisik menjadi sinyal listrik yang dapat diproses oleh amplifier.
• Perangkat medis: Amplifier impedansi digunakan dalam berbagai perangkat medis. Elektroda mengandalkan amplifier ini untuk mengukur sinyal tubuh seperti impedansi, strain gauge, dan sensor tekanan untuk mengukur tekanan darah, sensor piezoresistif untuk mengukur tekanan darah, dan transduser ultrasonik untuk mengukur ketebalan jaringan.
• Fasilitas manufaktur menggunakan sensor tekanan dengan amplifier impedansi tinggi bawaan untuk mengukur dan memantau tekanan dalam sistem pneumatik dan hidrolik. Mereka juga dapat memverifikasi bahwa pengukuran analitik akurat saat melakukan pemrosesan kimia.
• Eksplorasi geofisika: Jenis amplifier ini dapat mengukur sinyal level rendah dari sensor geofisika yang memberikan informasi tentang sifat fisik bumi. Aplikasi dalam bidang ini termasuk memantau kondisi tanah dan tanah selama konstruksi, pemetaan geologi, dan mempelajari gelombang seismik untuk memahami aktivitas tektonik bumi.
• Penelitian ilmiah: Banyak ilmuwan menggunakan amplifier ini di laboratorium mereka untuk mendeteksi sinyal kecil dari sensor dan pengaturan eksperimental saat menyelidiki fenomena baru atau mengembangkan teknologi baru. Eksperimen dalam fisika, bioteknologi, nanoteknologi, dan mempelajari sifat listrik material biologis menggunakan amplifier impedansi untuk mendapatkan data yang akurat untuk analisis dan validasi sinyal.

Cara Memilih Amplifier Impedansi Tinggi

Amplifier impedansi dengan impedansi tinggi sangat penting dalam banyak sistem elektronik. Saat memilih peralatan untuk laboratorium atau tempat kerja, beberapa faktor penting yang perlu dipertimbangkan adalah:

• Spesifikasi yang dibutuhkan: Tujuan atau aplikasi amplifier menentukan spesifikasi mana yang dibutuhkan. Tegangan tinggi harus berada dalam amplifier yang digunakan untuk mendeteksi dan merekam sinyal lemah, mengukur noise yang dihasilkan. Amplifier yang digunakan dalam aplikasi audio harus mampu menghasilkan daya maksimum tanpa meningkatkan level noise.
• Loop tertutup vs loop terbuka: Amplifier operasional impedansi tinggi dapat berupa loop tertutup atau loop terbuka. Amplifier loop tertutup memiliki rangkaian umpan balik yang menghubungkan input dan output mereka. Umpan balik ini membantu mengontrol penguatan dan meningkatkan linearitas dan bandwidth. Amplifier loop terbuka, di sisi lain, tidak memiliki rangkaian umpan balik. Output mereka bergantung pada produk sinyal input dan faktor penguatan intrinsik. Meskipun amplifier loop terbuka sederhana dan hemat biaya, mereka kurang umum dalam sebagian besar aplikasi elektronik karena kontrol terbatas mereka atas penguatan dan output.
• Level noise: Noise dapat memengaruhi sensitivitas dan keakuratan sistem pengukuran. Saat memilih amplifier impedansi, memeriksa spesifikasi noise dan bagaimana hal itu memengaruhi kinerja sistem sangat penting. Amplifier dengan level noise rendah harus diprioritaskan.
• Rasio impedansi: Saat mengevaluasi amplifier, rasio impedansi, juga dikenal sebagai transformasi impedansi, adalah parameter penting. Ini dihitung menggunakan rumus Z1/Z2, di mana Z1 adalah impedansi input dan Z2 adalah impedansi output. Amplifier dengan rasio impedansi tinggi melemahkan sinyal lebih banyak daripada amplifier dengan rasio rendah. Rasio ini memengaruhi kondisi sinyal, kompatibilitas dengan peralatan lain, dan desain sistem.
• Impedansi input dan output: Pertimbangkan sumber yang akan diterima amplifier dari sinyal dan beban yang akan dikirimkan sinyalnya. Pilih amplifier yang nilai impedansi input dan output-nya kompatibel dengan dua titik ini.
• Penguatan: Penguatan adalah sejauh mana amplifier meningkatkan kekuatan sinyal. Penguatan dan impedansi sangat penting dalam memilih amplifier yang paling sesuai untuk aplikasi tertentu.
• Rentang frekuensi: Amplifier impedansi tinggi memiliki rentang frekuensi yang berbeda. Amplifier ini terhubung ke sinyal yang rentang frekuensinya dimulai dan berakhir dalam batas yang ditentukan.
• Kondisi lingkungan: Kondisi lingkungan dapat memengaruhi kinerja dan fungsi amplifier. Saat memilih amplifier, pertimbangkan kondisi di mana peralatan akan beroperasi.

T&J

T1. Apa peran amplifier impedansi tinggi?

J1. Tugasnya adalah untuk memperkuat sinyal tanpa mengubahnya. Amplifier ini bekerja lebih baik ketika sinyal lemah dan sangat dekat dengan tempat asalnya.

T2. Mengapa beberapa perangkat memerlukan amplifier dengan input impedansi tinggi?

J2. Beberapa perangkat memerlukan amplifier dengan input impedansi tinggi karena mereka membutuhkan amplifier yang tidak akan mengubah atau membebani sinyal output mereka. Ini memungkinkan sinyal-sinyal itu untuk mengirimkan informasi dengan benar.

T3. Apa artinya jika amplifier memiliki bandwidth 300 kHz?

J3. Jika amplifier memiliki bandwidth 300 kHz, itu berarti amplifier dapat menangani sinyal setinggi 300 kHz tanpa mengubahnya. Ini memungkinkan amplifier untuk bekerja dengan baik dengan sinyal yang memiliki frekuensi hingga jumlah tersebut.

T4. Apa pentingnya laju penyimpangan dalam amplifier?

J4. Pentingnya laju penyimpangan dalam amplifier adalah menunjukkan seberapa cepat amplifier dapat mengikuti atau mengubah tegangan sinyal. Laju yang cepat berarti sinyal tetap akurat, sedangkan laju yang lambat dapat mendistorsi sinyal.

T5. Mengapa beberapa amplifier memerlukan catu daya lebih besar dari +/- 12 volt?

J5. Beberapa amplifier memerlukan catu daya lebih besar dari +/- 12 volt untuk mendapatkan daya yang cukup untuk rangkaian mereka. Lebih banyak daya memungkinkan mereka untuk menghasilkan sinyal output yang lebih kuat dan menangani tegangan sinyal yang lebih besar tanpa distorsi.