Ponco Siwindarto-TEUB PENGKONDISI SINYAL (2) Ponco Siwindarto-TEUB

Ponco Siwindarto-TEUB TUJUAN Setelah menyelesaikan perkuliahan ini peserta mampu: Menggunakan rumus-rumus dalam rangkaian elektronika untuk menganalisis rangkaian pengkondisi sinyal aktif Menggunakan kaidah, hukum, dan rumus dalam rangkaian elektronika untuk merancang rangkaian pengkondisi sinyal aktif Ponco Siwindarto-TEUB

Operational Amplifier (Op amp) Panduan Perancangan. POKOK BAHASAN Operational Amplifier (Op amp) Panduan Perancangan. Ponco Siwindarto-TEUB

OPERATIONAL AMPLIFIER (OP AMP) Rangkaian Penguat Dasar Rangkaian Penguat Diferensial Konverter Tegangan ke Arus. Ponco Siwindarto-TEUB

RANGKAIAN PENGUAT DASAR Penguat membalik Penguat tak membalik Penguat penyangga Penguat menjumlah. Ponco Siwindarto-TEUB

Ponco Siwindarto-TEUB Penguat Membalik Arus pada resistor Ri: Arus ini sama dengan arus yang mengalir pada resistor Rf, oleh karena itu tegangan keluaran Vo: Ponco Siwindarto-TEUB

Ponco Siwindarto-TEUB Penguat Tak Membalik I Arus yang mengalir pada resistor Ri sama dengan yang mengalir pada resistor Rf, yaitu: Tegangan keluaran Vo: Ponco Siwindarto-TEUB

Penguat Penyangga (Pengikut Tegangan) Vo = Vi Ponco Siwindarto-TEUB

Ponco Siwindarto-TEUB Penguat Menjumlah (PR). Ponco Siwindarto-TEUB

RANGKAIAN PENGUAT DIFERENSIAL Rangkaian Penguat Diferensial Dasar Rangkaian Penguat Instrumentasi. Ponco Siwindarto-TEUB

Rangkaian Penguat Diferensial Dasar Tegangan keluaran: (PR) Mampu menyingkirkan tegangan masukan mode bersama (common mode), yang dinyatakan sebagai CMRR (Common Mode Rejection Ratio). Ponco Siwindarto-TEUB

Ponco Siwindarto-TEUB CMR = 20 log (CMRR) dB A = penguatan mode diferensial ACM = penguatan mode common Kelemahan: Impedansi masukannya rendah Impedansi masukan pada kedua terminal masukannya tidak sama Pengubahan penguatan sulit dilakukan. Ponco Siwindarto-TEUB

Rangkaian Penguat Instrumentasi (PR). Ponco Siwindarto-TEUB

Ponco Siwindarto-TEUB Contoh 2.8 Sebuah sensor menghasilkan tegangan keluaran dalam kisaran 20 sampai dengan 250 mV. Buatlah rangkaian yang mengkondisikan tegangan tersebut menjadi dalam kisaran 0 sampai dengan 5 V (linier), dan rangkaian tersebut harus mempunyai impedansi masukan yang tinggi. Penyelesaian : Karena hubungan antara keluaran dan masukan rangkaian tersebut linier, maka hubungan tersebut dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan garis lurus : Vout = mVi + Vo dengan: m = kemiringan garis, yang menyatakan penguatan Vo = tegangan ofset keluaran Untuk nilai keluaran 0 dan 5 volt diperoleh persamaan : 0 = m (0,02) + Vo 5 = m (0,25) + Vo Ponco Siwindarto-TEUB

Ponco Siwindarto-TEUB Dari kedua persamaan ini, kalau diselesaikan secara serentak maka akan diperoleh nilai m = 21,7 dan Vo = - 0,434 V sehingga persamaannya menjadi : Vout = 21,7 (Vin-0,02) yang merupakan persamaan penguat diferensial. Karena disyaratkan impedansi masukannya harus tinggi, maka digunakan penguat instrumentasi. Misalkan dipilih nilai R2 = R3 = 1kW dan R1 = 100 kW, sehingga RG dapat diperoleh sebesar: RG = 9662 W Ponco Siwindarto-TEUB

Ponco Siwindarto-TEUB Tegangan 0,02 V dapat diperoleh dari rangkaian pembagi tegangan. Rangkaian yang dimaksudkan diperlihatkan dalam gambar berikut: Ponco Siwindarto-TEUB

Konverter Tegangan ke Arus Dari gambar tersebut bila dipenuhi nilai-nilai : R1(R3+R5) = R2R4 Maka arus beban akan dapat dinyatakan oleh : (PR). Ponco Siwindarto-TEUB

Ponco Siwindarto-TEUB Nilai maksimum resistansi beban diberikan oleh : dengan: Rml = resistansi beban maksimum Vsat = tegangan saturasi opamp Im = arus maksimum (PR) Ponco Siwindarto-TEUB

Ponco Siwindarto-TEUB PANDUAN PERANCANGAN Definisikan tujuan pengukuran Parameter. Apa jenis variabel yang diukur (tekanan, suhu, aliran, level, tegangan, arus, resistansi, dsb) Kisaran. Bagaimanakah kisaran pengukurannya (10 sampai 200 oC, 45 sampai 85 psi, 2 sampai 4 V, dsb) Akurasi. Seberapa besarkah akurasi yang diinginkan (5% FS, 3% dari pembacaan, dsb) Linieritas. Haruskah keluaran pengukurannya linier Noise. Bagaimana level dan spektrum frekuensi noise di lingkungan pengukuran. Ponco Siwindarto-TEUB

Ponco Siwindarto-TEUB Pilih sensor yang digunakan (bila dimungkinkan) Parameter. Apa jenis keluaran sensor (resistansi, tegangan, dsb.) Fungsi alih. Bagaimana hubungan antara keluaran sensor dan variabel yang diukur (linier, grafik, persamaan, akurasi, dsb.) Tanggapan waktu. Bagaimana tanggapan waktu sensor (konstanta waktu order- pertama, order-kedua, frekuensi) Kisaran. Bagaimana kisaran keluaran parameter sensor untuk kisaran pengukuran yang diberikan Daya. Bagaimana spesifikasi daya sensor (maksimum disipasi resistif, penarikan arus, dsb). Ponco Siwindarto-TEUB

Ponco Siwindarto-TEUB Rancang Pengkondisi Sinyal Analog (P/S) Parameter. Apa jenis keluaran yang diinginkan (tegangan, arus, frekuensi) Kisaran. Bagaimana kisaran parameter keluaran yang diinginkan (0 sampai 5 volt, 4 sampai 20 mA, 5 sampai 10 kHz, dsb.) Impedansi masukan. Berapa impedansi P/S yang harus diberikan kepada sumber sinyal masukan Impedansi keluaran. Berapa impedansi keluaran P/S yang harus ditawarkan kepada rangkaian beban keluaran. Ponco Siwindarto-TEUB

Ponco Siwindarto-TEUB Beberapa catatan yang perlu diperhatikan Bila masukannya berupa suatu perubahan resistansi dan harus digunakan rangkaian jembatan atau pembagi tegangan, maka pertimbangkanlah pengaruh ketidaklinieran tegangan keluaran terhadap resistansi, dan pengaruh arus yang mengaliri sensor resistif Untuk perancangan dengan opamp, pendekatan perancangan yang paling mudah adalah dengan membuat persamaan keluaran-masukan. Dari persamaan ini akan terlihat dengan jelas, jenis rangkaian yang dapat digunakan. Persamaan ini menyatakan fungsi alih statik P/S Perhatikan selalu kemungkinan pembebanan sumber tegangan oleh P/S karena dapat menimbulkan kesalahan. Ponco Siwindarto-TEUB

Ponco Siwindarto-TEUB Contoh 2.11 Sebuah sensor mengeluarkan tegangan yang berkisar antara –2,4 V sampai -1,1 V. Untuk interface ke ADC, diperlukan untuk mengubah tegangan tersebut menjadi dalam kisaran 0 sampai 2,5 V. Rancanglah sebuah rangkaian pengkondisi sinyal untuk keperluan tersebut. Ponco Siwindarto-TEUB

Ponco Siwindarto-TEUB Penyelesaian Dalam soal ini tidak ada informasi tentang variabel yang diukur, lingkungan pengukuran, ataupun sensornya Permasalahannya hanyalah pengkonversian kisaran tegangan Impedansi sumbernya juga tidak diketahui, maka akan lebih baik kalau dianggap bahwa nilainya tinggi, dan kemudian dirancang sistem yang berimpedansi masukan tinggi. Ponco Siwindarto-TEUB

Ponco Siwindarto-TEUB Rangkaian yang diperlukan dapat diperoleh dari persamaan yang menyatakan hubungan keluaran-masukan sebagai berikut : Vout = mVin + Vo Dari spesifikasi yang diketahui, maka dapat diperoleh : 0 = m (-2,4) + Vo 2,5 = m (-1,1) + Vo Jika kedua persamaan ini kita selesaikan secara serentak, maka akan diperoleh m = 1,923 dan Vo = 4,6152 V, sehingga diperoleh persamaan fungsi alihnya : Vout = 1,923 Vin + 4,6152. Ponco Siwindarto-TEUB

Ponco Siwindarto-TEUB - 15V - 4,6152 V Ponco Siwindarto-TEUB

Ponco Siwindarto-TEUB TUGAS 3 Buktikan / turunkan persamaan-persamaan yang diberi tanda Kerjakan dengan ditulis tangan, dan dikumpulkan pada pertemuan berikutnya. (PR) Ponco Siwindarto-TEUB