Pengkondisian Sinyal

Rudi Susanto

Tujuan Perkuliahan

• Mahasiswa dapat menjelasakan rangkaianpengkondisi sinyal sensor

• Mahasiswa dapat menerapkan penggunaanrangkaian pengkondisi sinyal sensor

Pendahuluan

• Sensor tidak dapat secara langsung dihubungkandengan perangkat yang merekam, memonitor ataupemroses signal

• Hal ini disebabkan karena :– Sinyal tidak sesuai– Sinyal terlalu lemah– Sinyal terdapat gangguan

• Oleh karena itu sinyal dari sensor harus dilakukanperlakuan :– Amplified– Ubah dalam format yang sesuai– Di bersihkan dari gangguan

Signal Conditioning ialah operasi untuk mengkonversi sinyal kedalam bentuk yang cocok untuk interface dengan elemen lain dalam sistem kontrol.

Analog Signal Conditioning

• Perubahan Level Sinyal. Misalnya dengan menguatkan ataumelemahkan level tegangan. Faktor yang penting dalampemilihan amplifeier : Impedansi input.

• Linearisasi. Ada rangkaian analog yang berfungsi untukmelinearkan sinyal.

• Konversi. ASC berfungsi untuk mengubah bentuk perubahanelektris tertentu ke bentuk lain. Misalnya banyak sensor yang menghasilkan perubahan resistansi akan diubah ke bentuk sinyalarus atau tegangan melalui rangkaian jembatan.

• Filtering dan Impedance Matching. ASC berguna untukmenghilangkan sinyal-sinyal yang tidak diinginkan pada frekuensitertentu. ASC juga berguna untuk menghilangkan error akibatimpedansi internal transducer atau impedansi line (kabel).

Rangkaian pembagi

• Digunakan untuk mengkonversi perubahanresistansi menjadi perubahan tegangan

VS = tegangan catuR1, R2 = resistansi pembagi tegangan

Baik R1 maupunR2 dapat berupa sensor, yang resistansinya berubah terhadap variabel yang diukur

Hal yang perlu diperhatikan dalamRangkaian Pembagi

• Perubahan VD terhadap R1 maupun R2 tidaklah linier

• Impedansi keluaran efektif rangkaian adalahkombinasi paralel R1 dan R2

• Karena arus mengalir melalui kedua resistor, makarating daya resistor maupun sensor harusdiperhatikan

Contoh

• Rangkaian pembagi tegangan dalam Gambar berikutmempunyai R1 = 10,0 kilo ohm dan VS = 5,00 V. Misalkan R2 adalah sensor yang resistansinyaberubah dari 4,00 sampai 12,0 kilo ohm terhadapsuatu variabel dinamik. Berapa Nilai VD minimum danmaksimum

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) adalahrangkaian listrik yang digunakan untuk mengukurnilai-nilai besaran listrik seperti resistansi (R) yang merupakan kemampuan untuk menghambat aruslistrik; kapasitansi (C), yang merupakan kemampuanuntuk menyimpan muatan listrik; dan induktansi (L), yang merupakan kemampuan untuk membuat aruslistrik yang menghasilkan medan magnet.

Rangkaian listrik jembatan

Mengukur resistansi suatu resistor yang tidak diketahui

Prinsip jembatan Wheatstone padasensor resistif

Filter

• Bertujuan untuk menghilangkan sinyal noise yang tidakdiinginkan dengan menahan/ mengeblok kisaran frekuensitertentu.

Grafik bermacam macam filter

Low Pass RC Filter

• Low Pass RC Filter mengeblok frekuensi tinggidan 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 danmeloloskan frekuensi tinggi

• Prinsip kerja dari filter high pass adalah dengan memanfaatkankarakteristik dasar komponen C danR,

• dimana C akan mudah melewatkansinyal AC sesuai dengan nilai reaktansikapasitifnya dan komponen R yang lebih mudah melewatkan sinyaldengan 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 aplikasirangkaian elektronika.

• Aplikasi op-amp yang paling sering dipakai antaralain 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 padaop-amp memegang peranan penting.

• Secara umum, umpanbalik positif akan menghasilkan osilasisedangkan umpanbalik negatif menghasilkan penguatan yang dapat terukur.

Contoh penggunaan Op-Amp• rangkaian ini jika di

implementasikan kemasyarakat kitadapat membuatlampu peneranganyang secara otomatisakan menyala jikahari sudah mulaimalam

Karakteristik Dasar Op-Amp• Pada dasarnya Op-amp adalah sebuah differential amplifier

(penguat diferensial), yang mana memiliki 2 input masukanyaitu input inverting (V-) dan input non-inverting(V+)

• Rangkaian dasar dari penguat diferensial dapat dilihat padagambar berikut

dapat diketahui teganganoutput (Vout) adalah Vout = A(v1-v2) dengan A adalahpenguatan dari penguatdiferensial ini. Titik input v1 dikatakan sebagai input non-iverting, sebab tegangan voutsatu phase dengan v1. Sedangkan sebaliknya titik v2 dikatakan input inverting sebab berlawanan phasadengan tengangan vout.

Penguat Membalik (Inverting)

RfRi

+

-

Vi

Vo

i

i

f

O VR

RV

• Arus pada resistor Ri:

i

ii

R

VI

Arus ini sama dengan arus yang

mengalir pada resistor Rf, oleh

karena itu tegangan keluaran Vo:

Penguat Tak Membalik (non-invertingRfRi

+

-

Vi

Vo

Arus yang mengalir pada

resistor Ri sama dengan

yang mengalir pada resistor

Rf, yaitu:

i

i

f

O

i

ifiO

fiO

VR

RV

R

VRRV

IRRV

1

)(

)(i

i

R

VI

Tegangan keluaran Vo:

I

Penguat Penyangga / Buffer

+

-

VoVi

Vo = Vi

Penguat MenjumlahR2R1

R3

+

-

V2

V1

Vo

2

3

21

1

2 VR

RV

R

RVO

Rangkaian Penguat Diferensial DasarR2R1

R1

R2

+

-Vout

V1

V2

12

1

2 VVR

RVout

• 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.

Rangkaian Penguat Instrumentasi

Vout

R3R2

R2

+

-

R1

R1

RG

+

+

-

-

R3

V1

V2

12

2

3121 VV

R

R

R

RV

G

out

Praktikum 1 Rangkaian Op-Amp

• Non inverting Amplifier : yaitu sebuah Op-Amp yang dirangkaidengan konfigurasi closedloop seperti pada gambar dibawahini.

Isikan Tabel berikut

• Setelah merangkai gambar diatas dengan EWB, kemudian lakukan langkah-langkah berikut :

a. Hubungkan Vin dengan Vin DC dan sambungkanke 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, apakahsudah sesuai dengan rumus yang ada.

Terima Kasih