Penguat Isolasi : Prinsip Kerja dan Aplikasi
Sebuah penguat isolasi atau unity gain amplifier menyediakan isolasi dari satu fraksi rangkaian ke fraksi lain. Jadi, daya tidak dapat ditarik, digunakan, dan terbuang dalam rangkaian. Fungsi utama penguat (amplifier) ini adalah untuk meningkatkan sinyal.
Sinyal input yang sama dari Op-amp (penguat operasional) dikeluarkan persis dari Op-amp sebagai sinyal output. Penguat ini digunakan untuk memberikan battier keamanan listrik serta isolasi. Penguat ini melindungi pasien dari arus yang keluar.
Mereka memecahkan kontinuitas ohmik sinyal listrik antara input & output dan catu daya terisolasi dapat disediakan untuk input dan output. Jadi, sinyal tingkat rendah dapat diperkuat.
Apa itu Penguat Isolasi?
Penguat isolasi dapat didefinisikan sebagai, penguat yang tidak memiliki kontak konduktif antara bagian input dan output. Akibatnya, penguat ini memberikan isolasi ohmik di antara terminal input daya & output daya dari penguat.
Isolasi ini harus memiliki lebih sedikit kebocoran serta sejumlah besar tegangan gangguan dielektrik. Nilai-nilai Resistor dan Kapasitor khas penguat di antara terminal input & output adalah resistor harus memiliki 10 Tera Ohm dan kapasitor harus memiliki 10 picofarad.
Penguat isolasi sering digunakan ketika ada perbedaan tegangan mode-umum yang sangat besar antara sisi input & output. Dalam penguat ini, rangkaian ohmik tidak ada dari input ground ke output ground.
Metode Desain Penguat Isolasi
Ada tiga jenis metode desain yang digunakan dalam penguat isolasi yang meliputi berikut ini.
• Isolasi Transformator
• Isolasi Optik
• Isolasi Kapasitif
Isolasi Transformator
Jenis isolasi ini menggunakan dua sinyal seperti PWM (modulasi lebar pulsa) atau frekuensi yang dimodulasi. Secara internal, penguat ini mencakup 20 KHz Osilator, Penyearah, Filter, dan Transformator untuk memberikan supply ke setiap tahap yang terisolasi.
• Penyearah digunakan sebagai input ke Op-amp utama.
• Transformator menautkan persediaan (supply).
• Osilator digunakan sebagai input ke Op-amp sekunder.
• LPF (low pass filter) digunakan untuk melepaskan komponen frekuensi lain.
Kelebihan isolasi transformator terutama mencakup CMRR tinggi, linieritas, dan akurasi. Aplikasi isolasi transformator terutama meliputi medis, nuklir, dan industri.
Isolasi Optik
Dalam isolasi ini, sinyal l dapat diubah dari sinyal biologis ke sinyal cahaya dengan LED untuk proses lebih lanjut. Dalam hal ini, rangkaian pasien adalah rangkaian input sedangkan rangkaian output dapat dibentuk oleh photo transistor. Rangkaian ini dioperasikan dengan baterai. Rangkaian input daya mengubah sinyal menjadi cahaya dan juga rangkaian output daya mengubah cahaya kembali ke sinyal.
Kelebihan isolasi optik terutama meliputi;
• Dengan menggunakan ini kita dapat memperoleh amplitudo dan frekuensi asli.
• Menghubungkan secara optik tanpa perlu modulator atau demodulator.
• Ini meningkatkan keamanan pasien.
Aplikasi isolasi transformator terutama mencakup kontrol proses dalam industri, akuisisi data, pengukuran biomedis, pemantauan pasien, elemen antarmuka, peralatan uji, pengendalian SCR , dll.
Isolasi Kapasitif
• Ini menggunakan modulasi frekuensi dan pengkodean digital tegangan input.
• Tegangan input dapat diubah menjadi muatan relatif di atas kapasitor yang diaktifkan.
• Ini termasuk rangkaian seperti modulator serta demodulator.
• Sinyal dikirim melalui penghalang kapasitif diferensial.
• Untuk kedua belah pihak, diberikan secara terpisah.
Kelebihan dari isolasi kapasitif terutama meliputi;
• Isolasi ini dapat digunakan untuk menghilangkan suara riak
• Ini digunakan untuk sistem analog
• Ini termasuk linearitas dan stabilitas gain tinggi.
• Ini memberikan kekebalan tinggi terhadap suara magnetik
• Dengan menggunakan ini, kebisingan dapat dihindari.
Aplikasi isolasi kapasitif terutama mencakup akuisisi data, elemen antarmuka, pemantauan pasien, EEG, dan EKG.
Fitur Penguat Isolasi
Fitur utama dari penguat isolasi terutama meliputi yang berikut.
• Sumber tegangan
• Supply arus
• Suhu Operasional
Supply tegangan penguat terutama mengacu pada kisaran sumber tegangan. Supply arus adalah jumlah arus yang diambil dari sumber catu daya karena dihubungkan dengan penguat. Suhu operasi penguat adalah nilai khusus suhu sekitar.
Penguat isolasi ini menggunakan metode yang berbeda untuk mengurangi distorsi & non-linearitas sinyal besar seperti menggunakan LOC (linear optocoupler ) untuk meningkatkan linearitas penguat pada rentang sinyal yang tepat. LOC ini mencakup LED input yang terhubung ke 2 - photodioda. Photodioda ini mengumpankan rangkaian input dan output.
Ketika mendesain penguat isolasi ini adalah tugas utama untuk mengurangi penyimpangan sinyal dan penguat isolasi sering memanas selama bekerja, maka supply arus dengan rangkaian akan berkurang.
Penguat isolasi ini biasanya dievaluasi berdasarkan ukuran, kinerja, dan biaya dengan kebutuhan teknis stabilitas, linieritas dan respon frekuensi tinggi dari sinyal. Perhatian utama saat merancang penguat isolasi ini termasuk tegangan tembus dan mengelola kebocoran.
Bagaimana Cara Mencapai Isolasi?
Ketika impedansi input Op-amp sangat tinggi maka isolasi dapat terjadi. Karena rangkaian ini termasuk impedansi input yang tinggi, maka arus menit dapat diambil dari rangkaian penguat. Menurut hukum Ohm, ketika resistansi tinggi, maka arus akan ditarik lebih sedikit dari catu daya.
Oleh karena itu, Op-amp tidak menarik arus yang signifikan dari sumber listrik. Jadi dalam prakteknya, tidak ada arus yang akan ditarik serta ditransfer dari satu bagian ke bagian lain dari rangkaian. Oleh karena itu, penguat ini berfungsi sebagai perangkat isolasi.
Ketika impedansi input Op-amp rendah maka ia menarik sejumlah besar arus. Hukum Ohm menyatakan bahwa, jika impedansi beban kurang memiliki resistansi, maka ia menarik arus besar oleh sumber daya sehingga gangguan tinggi dapat disebabkan, dan ini sangat berlawanan dengan isolasi. Di sini, penguat isolasi bekerja seperti penyangga dan mereka tidak memperkuat sinyal meskipun menyediakan untuk mengisolasi divisi rangkaian.
Aplikasi Penguat Isolasi
Penguat isolasi ini biasanya digunakan dalam aplikasi seperti pengkondisian sinyal. Ini dapat menggunakan berbagai penguat bipolar, CMOS, & penguat bipolar komplementer yang mencakup penguat, isolasi, penguat instrumentasi.
Karena beberapa perangkat bekerja dengan menggunakan sumber daya rendah, maka baterai. Memilih penguat isolasi untuk aplikasi yang berbeda terutama tergantung pada karakteristik tegangan supply penguat.
Jadi, ini semua tentang penguat Isolasi yang dapat digunakan untuk mengisolasi sinyal seperti input & output secara elektrik dengan kopling induktif. Penguat isolasi ini melindungi komponen listrik dan elektronik dari tegangan lebih pada aplikasi yang berbeda menggunakan banyak saluran.
