Umpan balik negatif dan syarat hubung singkat virtual

Persamaan loop terbuka

Op-amp umpan balik tegangan dapat didekati pada DC oleh $V_o=A(V_+-V_-)$ selama keluaran tetap dalam rentang yang diizinkan. Penguatan loop terbuka besar berarti masukan diferensial kecil dapat memerintahkan keluaran besar. Itu tidak berarti masukannya otomatis sama. Arus bias masukan dan batasan common-mode juga ada dalam perangkat nyata.

Umpan balik negatif mengembalikan perubahan keluaran ke masukan pembalik sehingga mengurangi kesalahan diferensial. Untuk loop umpan balik linear stabil dengan penguatan memadai dan ruang ayunan keluaran, V− menjadi dekat dengan V+. Ini pendekatan “hubung singkat virtual”. Tidak ada kabel yang menghubung singkat kedua masukan, dan kondisi ini gagal saat keluaran tersaturasi, masukan melebihi rentang common-mode, atau loop tidak stabil.

Contoh penguatan berhingga

Dalam pengikut tegangan, hubungkan keluaran langsung ke V− dan terapkan Vin ke V+. Maka $V_o=A(V_{in}-V_o)$, sehingga penguatan A/(1+A). Dengan A = 100000 dan Vin = 1 V, keluaran 0.999990 V dan masukan diferensial sekitar 10 μV. Hasil dekat dengan 1 V karena loop dapat mengoreksi kesalahan, bukan karena persamaan masukan loop terbuka menghilang.

Jika rentang keluaran yang diizinkan diasumsikan 0.2–3.1 V pada catu 3.3 V, permintaan keluaran pengikut 3.2 V melanggar asumsi. Prediksi kesalahan kecil tidak valid. Batas ini merupakan nilai pendidikan; komponen nyata yang dipilih memerlukan kondisi datasheet, beban keluaran, dan suhu.

Periksa arah umpan balik

Bayangkan kenaikan keluaran kecil. Dalam pengikut, V− naik, selisih masukan turun, dan keluaran yang diperintahkan bergerak turun. Itulah umpan balik negatif. Menghubungkan keluaran ke V+ justru dapat memperkuat kenaikan dan mengarah ke keadaan seperti komparator; aturan hubung singkat virtual tidak dapat memperbaiki topologi itu.

Sebelum menghitung penguatan resistor, gambarkan lintasan umpan balik dan identifikasi batas masukan serta keluaran. Lihat pembahasan penguatan dan bandwidth TI untuk perbedaan arsitektur penguat dan persyaratan kompensasi.