Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012 Sensor Cahaya Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012 Sensor-Transduser TEUM@2012

Pengkondisi Sinyal dengan Operational Amplifier (Op amp) POKOK BAHASAN Review Sensor Cahaya Pengkondisi Sinyal dengan Operational Amplifier (Op amp) Panduan Perancangan Sensor-Transduser TEUM@2012

Fotovoltaic (Solar Cell/Fotocell) Berfungsi untuk mengubah sinar matahari menjadi arus listrik DC. Tegangan yang dihasilkan sebanding dengan intensitas cahaya yang mengenai permukaan solar cell. Semakin kuat sinar matahari tegangan dan arus listrik DC yang dihasilkan semakin besar. Simbol Solar Cell: Bahan pembuat solar cell adalah silicon, cadmium sullphide, gallium arsenide dan selenium.

Aplikasi Sensor Solar Cell

Sensor LDR (Fotoconductiv families)

LDR (Light Dependent Reisistor) Nilai resistansi pada LDR : Ada cahaya resistansinya = rendah Tidak ada cahaya resistansinya = besar

Aplikasi Sensor Cahaya LDR Q1 : Transistor BC107 atau BC 547 VR1 : Potensio 100 Kohm RL1 : Relay 9 Volt R2 : 47 Kohm BL1 : Lampu taman R1 : 1K Aplication in Robotic Sensor-Transduser TEUM@2012

OPERATIONAL AMPLIFIER (OP AMP) Penguat membalik Penguat tak membalik Penguat penyangga Penguat menjumlah Rangkaian Penguat Diferensial Dasar Rangkaian Penguat Instrumentasi. Sensor-Transduser TEUM@2012

Sensor-Transduser TEUM@2012 Penguat Membalik Arus pada resistor Ri: Arus ini sama dengan arus yang mengalir pada resistor Rf, oleh karena itu tegangan keluaran Vo: Sensor-Transduser TEUM@2012

Sensor-Transduser TEUM@2012 Penguat Tak Membalik I Arus yang mengalir pada resistor Ri sama dengan yang mengalir pada resistor Rf, yaitu: Tegangan keluaran Vo: Sensor-Transduser TEUM@2012

Penguat Penyangga (Pengikut Tegangan) Vo = Vi Sensor-Transduser TEUM@2012

Sensor-Transduser TEUM@2012 Penguat Menjumlah Sensor-Transduser TEUM@2012

Rangkaian Penguat Diferensial Dasar Tegangan keluaran: 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. Sensor-Transduser TEUM@2012

Rangkaian Penguat Instrumentasi Sensor-Transduser TEUM@2012

Sensor-Transduser TEUM@2012 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. Sensor-Transduser TEUM@2012

Sensor-Transduser TEUM@2012 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). Sensor-Transduser TEUM@2012

Sensor-Transduser TEUM@2012 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. Sensor-Transduser TEUM@2012

Sensor-Transduser TEUM@2012 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. Sensor-Transduser TEUM@2012

Sensor-Transduser TEUM@2012 Contoh 1 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 Sensor-Transduser TEUM@2012

Sensor-Transduser TEUM@2012 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 Sensor-Transduser TEUM@2012

Sensor-Transduser TEUM@2012 Tegangan 0,02 V dapat diperoleh dari rangkaian pembagi tegangan. Rangkaian yang dimaksudkan diperlihatkan dalam gambar berikut: Sensor-Transduser TEUM@2012

Sensor-Transduser TEUM@2012 Contoh 2. 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. Sensor-Transduser TEUM@2012

Sensor-Transduser TEUM@2012 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. Sensor-Transduser TEUM@2012

Sensor-Transduser TEUM@2012 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. Sensor-Transduser TEUM@2012

Sensor-Transduser TEUM@2012 - 15V - 4,6152 V Sensor-Transduser TEUM@2012

Sensor-Transduser TEUM@2012 Terima Kasih Sekian Semoga Sukses Sensor-Transduser TEUM@2012