RSS

Merancang Rangkaian Ber”Noise” Rendah Dengan Op-amp

10 Feb

Jenis-jenis noise bermacam-macam yaitu: White-noise, Pink-noise, Red-noise, Blue-noise, Violet-noise, Gray-noise, Green-noise. Namun tidak akan dibahas di sini definisinya.

Noise di sini adalah sinyal random yang dihasilkan oleh benda yang memiliki resistansi/tahanan dan komponen aktif seperti transistor, IC. Noise dalam dunia eletronik biasanya adalah Johnson noise dan shot noise, keduanya adalah jenis white-noise. Namun ada dua noise dalam elektronik yang tidak termasuk jenis white-noise yaitu noise 1/f (flicker) dan popcorn noise.

Johnson noise ditemukan oleh John B. Johnson dari Bell Labs pada tahun 1928. Johnson menyatakan bahwa:

vn = √ (4kTRB)

vn = tegangan rms noise

k = Boltzmann’s konstata sebesar 1.380662 x 10-23

R = resistansi/tahanan dalam Ohm

T = suhu dalam derajat Kelvin

B = lebar jalur frekuensi yang diukur dalam Herzt

Jadi semakin kecil resistansi semakin kecil pula Johnson noise –nya.

Johnson noise umumnya dinyatakan dalam bentuk tegangan. Tapi kadang-kadang juga dinyatakan dalam bentuk arus.

Arus listrik searah (DC) tidak mengalir seperti benda cair tapi aliran paket-paket elektron yang terputus-putus. Ini menimbulkan shot noise yang dinyatakan sebagai berikut:

in = √ (ZqIdcB)

in = arus rms noise

Z = impedansi

q = charge sebuah elektron sebesar 1.602 x 10-19 C

Idc = arus searah yang mengalir pada impedansi Z

B = lebar jalur frekuensi yang diukur dalam Herzt

Makin kecil impedansi dan makin kecil arus searah yang mengalir padanya, makin kecil shot noise –nya.

1/f noise dan popcorn noise disebabkan oleh tehnologi pembuatan komponen elektronik, bahan yang dipakai, prosesnya, dan sebagainya.

Penjumlahan sumber-sumber noise dinyatakan sebagai berikut:

Vn total = √ (Vn12 + Vn22 + …)

Noise pada op-amp adalah arus noise pada kaki non-inverting (in+), arus noise pada kaki inverting (in-) dan tegangan noise pada kaki inverting (vn) pada rangkaian diferensial di bawah ini.

 noise pada op-amp

Resistor-resistor pada rangkaian di atas juga menghasilkan Johnson noise, sehingga semua tegangan noise dijumlahkan akan menghasilkan total tegangan noise. Op-amp yang dibahas di sini adalah op-amp yang menerapkan umpan balik tegangan. Sedangkan op-amp dengan umpan balik arus, dalam implementasinya sedikit berbeda.

Biasanya pada datasheet op-amp disebut tegangan noise dan arus noise pada inputnya, yang dinyatakan dalam V/√Hz dan A/√Hz. Ada op-amp yang memang dirancang memiliki noise rendah. Op-amp dengan input transistor bipolar (BJT) umumnya tegangan noise rendah namun arus noise tinggi. Sedangkan op-amp dengan input transistor JFET umumnya tegangan noise tinggi dan arus noise rendah. Contoh op-amp yang noise-nya rendah adalah NE5532 dan NE5534 yang ada sejak tahun 80-an. Op-amp yang modern yang dirancang bernoise rendah umumnya noise-nya lebih rendah daripada NE5532 dan NE5534 tapi lebih mahal.

Dalam merancang rangkaian dengan op-amp, agar tegangan noise keluarannya rendah, maka:

 1.  Pilihlah op-amp yang ber-noise rendah.

2.    Jika impedansi masukan rendah gunakan op-amp dengan input transistor bipolar (BJT).

3.    Jika impedansi masukan tinggi gunakan op-amp dengan input transistor JFET.

4.      Gunakan resistor yang nilainya kecil. Namun semakin kecil resistor yang dihubungkan ke output dari op-amp semakin tinggi cacatnya. Kompromi dilakukan di sini.

5.      Paralel op-amp. Selain menurunkan noise juga memperbesar kemampuan arus keluran.

6.      Jika penguatan tinggi atau sinyal yang dikuatkan kecil sekali tegangannya, maka rangkaian perlu di sheilding atau diberi pelindung dari logam yang di-ground-kan. Tujuannya untuk meminimalkan interferensi dari sinyal-sinyal yang lain.

7.      Kaki-kaki input dari op-amp di guard /dilindungi dengan jalur tembaga di PCB nya. Jalur apa untuk melindunginya tergantung topologi rangkaiannya dan tidak akan di bahas di sini.

8.      Jika pelemahan tegangan terpaksa memakai resistor dengan nilai resistansi tinggi, ganti dengan buffer diikuti pembagi tegangan dengan resistor yang nilai resistansinya rendah. Namun biaya akan meningkat, dan cacat akan meningkat. Namun cacat pada op-amp sangat rendah dan bisa diabaikan. Kompromi dilakukan di sini.

9.      Jika memakai rangkaian inverting amplifier, usahakan memakai buffer di depannya sehingga bisa memakai resistor umpan balik yang resistansinya kecil.

Iklan
 
Tinggalkan komentar

Ditulis oleh pada 10 Februari 2014 in Audio, Uncategorized

 

Tag: , ,

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

 
%d blogger menyukai ini: