Tranduser dan Sensor “Sensor Signal Conditioning” soal • Low pass filter terdiri dari Resistor...
Transcript of Tranduser dan Sensor “Sensor Signal Conditioning” soal • Low pass filter terdiri dari Resistor...
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