Pengkondisian Sinyal Rudi Susanto
Tujuan Perkuliahan • Mahasiswa dapat menjelasakan rangkaian pengkondisi sinyal sensor • Mahasiswa dapat menerapkan penggunaan rangkaian pengkondisi sinyal sensor
Pendahuluan • Sensor tidak dapat secara langsung dihubungkan dengan perangkat yang merekam, memonitor atau pemroses signal • Hal ini disebabkan karena : – Sinyal tidak sesuai – Sinyal terlalu lemah – Sinyal terdapat gangguan
• Oleh karena itu sinyal dari sensor harus dilakukan perlakuan : – Amplified – Ubah dalam format yang sesuai – Di bersihkan dari gangguan
Signal Conditioning ialah operasi untuk mengkonversi sinyal ke dalam bentuk yang cocok untuk interface dengan elemen lain dalam sistem kontrol.
Analog Signal Conditioning • Perubahan Level Sinyal. Misalnya dengan menguatkan atau melemahkan level tegangan. Faktor yang penting dalam pemilihan amplifeier : Impedansi input. • Linearisasi. Ada rangkaian analog yang berfungsi untuk melinearkan sinyal. • Konversi. ASC berfungsi untuk mengubah bentuk perubahan elektris tertentu ke bentuk lain. Misalnya banyak sensor yang menghasilkan perubahan resistansi akan diubah ke bentuk sinyal arus atau tegangan melalui rangkaian jembatan. • Filtering dan Impedance Matching. ASC berguna untuk menghilangkan sinyal-sinyal yang tidak diinginkan pada frekuensi tertentu. ASC juga berguna untuk menghilangkan error akibat impedansi internal transducer atau impedansi line (kabel).
Rangkaian pembagi • Digunakan untuk mengkonversi perubahan resistansi menjadi perubahan tegangan VS = tegangan catu R1, R2 = resistansi pembagi tegangan
Baik R1 maupunR2 dapat berupa sensor, yang resistansinya berubah terhadap variabel yang diukur
Hal yang perlu diperhatikan dalam Rangkaian Pembagi • Perubahan VD terhadap R1 maupun R2 tidaklah linier • Impedansi keluaran efektif rangkaian adalah kombinasi paralel R1 dan R2 • Karena arus mengalir melalui kedua resistor, maka rating daya resistor maupun sensor harus diperhatikan
Contoh • Rangkaian pembagi tegangan dalam Gambar berikut mempunyai R1 = 10,0 kilo ohm dan VS = 5,00 V. Misalkan R2 adalah sensor yang resistansinya berubah dari 4,00 sampai 12,0 kilo ohm terhadap suatu variabel dinamik. Berapa Nilai VD minimum dan maksimum
Jawab • R2 = 4 Kohm
• R2 = 12 Kohm
Jadi tegangan rangkaian pembagi tegangan tersebut berubah dari 1,43 V ke 2,73 V
Rangkaian Jembatan • Rangkaian Listrik Jembatan (Electrical Bridge) adalah rangkaian listrik yang digunakan untuk mengukur nilai-nilai besaran listrik seperti resistansi (R) yang merupakan kemampuan untuk menghambat arus listrik; kapasitansi (C), yang merupakan kemampuan untuk menyimpan muatan listrik; dan induktansi (L), yang merupakan kemampuan untuk membuat arus listrik yang menghasilkan medan magnet.
Rangkaian listrik jembatan
Mengukur resistansi suatu resistor yang tidak diketahui
Prinsip jembatan Wheatstone pada sensor resistif
Filter • Bertujuan untuk menghilangkan sinyal noise yang tidak diinginkan dengan menahan/ mengeblok kisaran frekuensi tertentu.
Grafik bermacam macam filter
Low Pass RC Filter • Low Pass RC Filter mengeblok frekuensi tinggi dan melewatkan frekuensi rendah.
Persamaan
Capacitive Reactance
Contoh soal • Low pass filter terdiri dari Resistor dengan nilai 4K7ohm dirangkai dengan kapasitor dengan nilai 47nF. Tegangan yang digunakan adalah 10 V. Hitung tegangan outputnya jika filter bekerja pada frekuensi 100Hz • Jawab
Simulasi dengan EWB
High Pass RC Filter • Memblok frekuensi rendah dan meloloskan frekuensi tinggi • Prinsip kerja dari filter high pass adalah dengan memanfaatkan karakteristik dasar komponen C dan R, • dimana C akan mudah melewatkan sinyal AC sesuai dengan nilai reaktansi kapasitifnya dan komponen R yang lebih mudah melewatkan sinyal dengan frekuensi yang rendah.
Persamaan
Simulasi dengan EWB
Op-Amp • Operational Amplifier atau di singkat op-amp merupakan salah satu komponen analog yang sering digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. • Aplikasi op-amp yang paling sering dipakai antara lain adalah : – – – –
rangkaian inverter, non-inverter, integrator dan differensiator
Op-Amp • Memiliki 2 rangkaian feedback (umpan balik) yaitu feedback negatif dan feedback positif dimana Feedback negatif pada op-amp memegang peranan penting. • Secara umum, umpanbalik positif akan menghasilkan osilasi sedangkan umpanbalik negatif menghasilkan penguatan yang dapat terukur.
Contoh penggunaan Op-Amp • rangkaian ini jika di implementasikan ke masyarakat kita dapat membuat lampu penerangan yang secara otomatis akan menyala jika hari sudah mulai malam
Karakteristik Dasar Op-Amp • Pada dasarnya Op-amp adalah sebuah differential amplifier (penguat diferensial), yang mana memiliki 2 input masukan yaitu input inverting (V-) dan input non-inverting(V+) • Rangkaian dasar dari penguat diferensial dapat dilihat pada gambar berikut dapat diketahui tegangan output (Vout) adalah Vout = A(v1-v2) dengan A adalah penguatan dari penguat diferensial ini. Titik input v1 dikatakan sebagai input noniverting, sebab tegangan vout satu phase dengan v1. Sedangkan sebaliknya titik v2 dikatakan input inverting sebab berlawanan phasa dengan tengangan vout.
Penguat Membalik (Inverting) Vi
Ri
Rf
• Arus pada resistor Ri:
Vi Ii Ri
Vo
+
Arus ini sama dengan arus yang mengalir pada resistor Rf, oleh karena itu tegangan keluaran Vo:
VO
Rf Ri
Vi
Penguat Tak Membalik (non-inverting Ri
I
Rf
Arus yang mengalir pada resistor Ri sama dengan yang mengalir pada resistor Rf, yaitu: V
I
i
Vi
Ri
Tegangan keluaran Vo:
Vo
+
VO ( Ri R f ) I VO ( Ri R f ) Rf VO 1 Ri
Vi Ri
Vi
Penguat Penyangga / Buffer Vo = Vi -
+
Vi
Vo
Penguat Menjumlah R1
R2
V1
R3
-
Vo
V2 +
R2 R2 VO V1 V2 R3 R1
Rangkaian Penguat Diferensial Dasar R1
R2
V1
• Tegangan keluaran:
R2 V2 V1 Vout R1
Vout
V2
R1
+
R2
• Mampu menyingkirkan tegangan masukan mode bersama (common mode), yang dinyatakan sebagai CMRR (Common Mode Rejection Ratio).
Kelemahan: • Impedansi masukannya rendah • Impedansi masukan pada kedua terminal masukannya tidak sama • Pengubahan penguatan sulit dilakukan.
Rangkaian Penguat Instrumentasi V1
+
-
Vout R1
2 R1 R3 V2 V1 1 RG R2 R2
R3
-
RG
Vout
R2
-
R1
+
R3
+ V2
Praktikum 1 Rangkaian Op-Amp • Non inverting Amplifier : yaitu sebuah Op-Amp yang dirangkai dengan konfigurasi closedloop seperti pada gambar dibawah ini.
Isikan Tabel berikut
• Setelah merangkai gambar diatas dengan EWB, kemudian lakukan langkah-langkah berikut : a. Hubungkan Vin dengan Vin DC dan sambungkan ke CH1 pada Osiloskop. b. Hubungkan V out pada CH2 c. Gambar bentuk gelombang outputnya.
Praktikum 2 Rangkaian Op-Amp • Inverting Amplifier
Isikan Tabel berikut
Praktikum 3 Rangkaian Op-Amp • Konfigurasi Op-Amp sebagai Summing Amplifier
Lakukan langkah-langkah berikut : a. Hubungkan Vin 1 dan Vin 2 ke sumber dari Power Supply dan hubungkan juga ke CH1 pada Osiloskop. b. Hubungkan V out ke CH2 pada Osiloskop c. Lakukan pengamatan, perhitungan dan analisa, apakah sudah sesuai dengan rumus yang ada.
Terima Kasih
