DIFFERENTIAL AND COMMON-MODE OPERATION

DIFFERENTIAL INPUTS

Bila input terpisah diterapkan pada op-amp, perbedaan sinyal yang dihasilkan adalah perbedaan antara kedua input. (persamaan 1)

COMMON INPUTS
            Bila kedua sinyal input sama, elemen sinyal yang umum karena kedua input tersebut dapat didefinisikan sebagai rata-rata dari jumlah dua sinyal. (persamaan 2)

OUTPUT VOLTAGE 

karena setiap sinyal yang diterapkan pada op-amp pada umumnya memiliki komponen in-phase dan out-of-phase, output yang dihasilkan dapat dinyatakan sebagai : (persamaan 3)

Vd : beda tegangan yang diberikan dari pers 1 

Vc : tegangan umum yang diberikan dari pers 2

Ad : perbedaan gain penguat

Ac : gain penguat mode umum

Masukan polaritas yang berlawanan (opposite polarity inputs)

Jika opposite polarity inputs yang diterapkan pada op-amp berlawanan dengan sinyal,

Vi1 = -Vi2 = Vs , perbedaan tegangan yang dihasilkan adalah :

sedangkan tegangan umum yang dihasilkan adalah :

sehingga menghasilkan tegangan output :

Ini menunjukkan bahwa ketika input adalah sinyal berlawanan yang ideal (tidak ada elemen yang sama), output adalah gain diferensial kali dua kali dari sinyal masukan yang diterapkan pada salah satu input.

Masukan polaritas yang sama (same polarity inputs)

jika input polaritas yang sama diterapkan pada op-amp, Vi1 = Vi2 = Vs  , beda tegangan yang dihasilkan adalah :

sedangkan tegangan umum yang dihasilkan adalah :

sehingga tegangan keluaran yang dihasilkan adalah :

Ini menunjukkan bahwa ketika input adalah sinyal fase ideal (tidak ada perbedaan sinyal), output adalah mode umum yang menghasilkan sinyal masukan, Vs , sehingga hanya operasi mode umum yang terjadi.

Penolakan mode umum (common-mode rejection)

Solusi di atas memberikan hubungan yang bisa digunakan untuk mengukur Ad dan Ac di rangkaian op-amp.

1. Untuk mengukur  Ad = set Vi1 = -Vi2 = Vs = 0,5 V , sehingga:

Dengan kondisi ini, tegangan outputnya adalah :

Dengan demikian, mengatur tegangan masukan : Vi1 = -Vi2 = 0,5 V menghasilkan tegangan keluaran secara numerik sama dengan nilai Ad

2. Untuk mengukur Ac = set Vi1 = Vi2 = Vs =  1 V sehingga :

Dengan kondisi ini, tegangan outputnya adalah :

 Dengan demikian, pengaturan tegangan input Vi1 = Vi2 = 1 V menghasilkan tegangan output secara numerik sama dengan nilai Ac

Rasio penolakan mode umum (common-mode rejection ratio)

Setelah memperoleh Ad dan Ac (seperti dalam prosedur pengukuran yang dibahas di atas), sekarang kita dapat menghitung nilai untuk common-mode rejection ratio (CMRR) yang didefinisikan dengan persamaan berikut : (persamaan 4)

Nilai CMRR juga dapat dinyatakan dalam istilah logaritma sebagai : (persamaan 5)

Kita bisa mengekspresikan tegangan output dalam hal nilai CMRR sebagai berikut:

menggunakan persamaan  4, kita bisa menulis di atas sebagai : (Persamaan 6)

Persamaan 6 menunjukkan bahwa untuk nilai CMRR yang besar, tegangan keluaran sebagian besar disebabkan oleh perbedaan sinyal, dengan komponen common-mode berkurang. 

CONTOH :

Tentukan tegangan keluaran op-amp untuk tegangan masukan Vi1 = 150 µV ,
 Vi2 = 140  µV . maka penguat sebagai gain perbedaan  Ad = 4000 dan nilai CMRR adalah ?
(a) 100
(b) 10^5

Penyelesaian :