1

TUJUAN

Setelah menyelesaikan perkuliahan ini

peserta mampu:

Menggunakan rumus-rumus dalam

rangkaian elektronika untuk menganalisis

rangkaian pengkondisi sinyal pasif

Menggunakan kaidah, hukum, dan

rumus dalam rangkaian elektronika untuk

merancang rangkaian pengkondisi sinyal

pasif

2

POKOK BAHASAN

Prinsip Pengkondisian Sinyal

Rangkaian Pasif

Operational Amplifier (Op amp)

Panduan Perancangan

Tugas.

PRINSIP PENGKONDISIAN

SINYAL

Pengubahan Level Sinyal

Linierisasi

Konversi

Filter dan Penyesuaian Impedansi

Konsep Pembebanan.

../3 PENGKONDISI SINYAL ANALOG 2.ppt../3%20PENGKONDISI%20SINYAL%20ANALOG%202.ppt

3

Pengubahan Level Sinyal

Penguatan

Peredaman

Pertimbangan dalam pemilihan penguat:

Impedansi masukan yang ditawarkan

kepada sensor (atau elemen lain yang

berfungsi sebagai masukan)

Tanggapan frekuensi penguat.

Linierisasi

Tujuan: untuk mendapatkan keluaran yang berubah secara linier terhadap variabel masukan meskipun keluaran sensornya tidak linier

Rangkaian linierisasi sulit dirancang, dan biasanya bekerja hanya dalam batas yang sempit

Cara linierisasi alternatif: secara perangkat lunak.

4

Konversi

Untuk mengkonversi suatu jenis perubahan

listrik ke jenis perubahan listrik yang lain

Transmisi Sinyal: konversi tegangan ke arus.

Standard: 4 sampai 20 mA

Interface Digital: konversi sinyal analog ke data

digital (ADC). Biasanya memerlukan pengaturan

level sinyal analog agar sesuai dengan masukan

yang diperlukan oleh ADC.

Filter dan Penyesuai Impedansi

Sinyal yang diperlukan sering bercampur

dengan sinyal yang tidak diinginkan (noise).

Perlu filter yang sesuai, yaitu LPF,HPF, notch

filter, atau gabungan dari filter-filter tersebut

Penyesuaian impedansi kadang diperlukan,

yaitu apabila impedansi internal transduser atau

impedansi saluran dapat menyebabkan

terjadinya suatu kesalahan dalam pengukuran

suatu variabel.

5

Contoh 2.1

Sebuah penguat mengeluarkan tegangan sepuluh kali tegangan terminal masukannya, dan mempunyai resistansi masukan sebesar 10 kW. Sebuah sensor mengeluarkan tegangan yang sebanding suhu dengan fungsi alih 20 mV/oC. Sensor tersebut mempunyai resistansi keluaran sebesar 5 kW. Apaila suhu yang diukur sebesar 50 oC, berapakah tegangan keluaran penguat tersebut ?

Penyelesaian

Tegangan sensor

dalam keadaan tanpa

beban diperoleh dari

fungsi alih :

Gain = 10

Vo

20 mV/oCT

VT

Vin

VCCmVV ooT 0,150/20 Tegangan keluaran penguat :

VVVV ino 100,11010

6

Konsep Pembebanan

Adanya pengaruh pembebanan pada

suatu rangkaian oleh rangkaian lain dapat

menyebabkan terjadinya ketidakpastian

dalam amplituda tegangan.

dengan : Vy = tegangan beban

Vx = tegangan sensor dengan rangkaian terbuka

Rx = impedansi internal sensor

RL = impedansi beban.

Vx

Rx

RLVy

x

)1.2(

1

xL

Lx

xL

xx

xL

xxxy

RR

RV

RR

RV

RR

RVVV

7

Lanjutan Contoh 2.1

Tegangan yang sebenarnya muncul pada terminal masukan penguat adalah :

T10 k

Gain = 10

Vo

VT

5 k

Vin

dengan Vin = 0,67 VT dimana VT = 1 volt (perhitungan

contoh sebelumnya) maka besarnya tegangan

keluaran penguat adalah :

TTin Vkk

kVV 67,0

510

10

WW

W

VVVo 7,667,010

RANGKAIAN PASIF

Rangkaian Pembagi Tegangan

Rangkaian Jembatan

Filter RC.

8

Rangkaian Pembagi Tegangan

Rangkaian pembagi tegangan

digunakan untuk mengkonversi

perubahan resistansi menjadi

perubahan tegangan

Vs

R1

R2

VD

)2.2(21

2

RR

VRV SD

dengan : VS = tegangan catu

R1, R2 = resistansi pembagi tegangan.

(PR)

Karakteristik Rangkaian Pembagi Tegangan:

Perubahan VD terhadap R1 maupun R2tidaklah 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.

9

Rangkaian Jembatan Wheatstone

Rangkaian jembatan digunakan untuk

mengkonversi perubahan impedansi

menjadi perubahan tegangan, terutama

untuk fraksi perubahan yang kecil

Keluarannya dapat dibuat berubah di

sekitar nol, sehingga penguatan dapat

digunakan untuk memperbesar level sinyal

(guna meningkatkan sensitivitas terhadap

perubahan impedansi).

dengan : Va = potensial

titik a terhadap titik c

Vb = potensial titik b

terhadap titik c

)3.2(ba VVV

)4.2(31

3

RR

VRVa

)5.2(

42

4

RR

VRVb

)7.2())(( 4231

4123

42

4

31

3

RRRR

RRRRV

RR

VR

RR

VRV

V akan sama dengan nol (setimbang) bila:

).8.2(4123 RRRR

10

Filter RC

Filter RC Lolos rendah (LPF)

Filter RC Lolos Tinggi (HPF)

Contoh Perancangan

Pertimbangan Praktis.

Filter RC lolos rendah (LPF)

Perbandingan tegangan

keluaran dan masukan:V

o

R

CVi

)12.2(

1

1

21

2

C

i

o

ff

V

V

fC = frekuensi kritis, yaitu frekuensi dimana

perbandingan antara tegangan keluaran dan

tegangan masukan sama dengan 0,707:

)13.2(2

1

RCfC

____

_____

(PR)

(PR).

11

Tanggapan LPF

Filter RC Lolos Tinggi (HPF) Perbandingan antara tegangan

keluaran dan masukan:V

oR

C

Vi

)14.2(

/1

/2/12

C

C

i

O

ff

ff

V

V

Tanggapan HPF:

______

(PR)

12

Contoh 2.1

Pulsa untuk sebuah motor step dikirimkan

pada frekuensi 2000 Hz. Pulsa ini

mengandung noise dengan frekuensi 60

Hz. Rancanglah sebuah filter yang

meredam frekuensi noise 60 Hz, tetapi

redamannya terhadap pulsa-pulsa untuk

motor step tidak boleh melebihi 3 dB.

Penyelesaian Contoh 2.1P(dB) = 20 log (Vo/Vi)

Redaman 3 dB pada pulsa berarti bahwa P = -3 dB.

Oleh karena itu ,

P(dB) = 20 log (Vo/Vi) = -3

Vo/Vi = 10-3/20 = 0,707

Dari Persamaan 2.14, untuk frekuensi f = 2000 Hz:

Hzf

f

f

ff

ff

V

V

C

C

C

C

C

i

O

2000

707,0/20001

/2000

707,0/1

/

2/12

2/12

(PR)

13

Misalkan C = 0,01 mF, maka dengan

menggunakan Persamaan (2.13):

W

kR

R

957,7

)1001,0(2

12000

6

Jadi dengan nilai C sebesar 0,01 mF maka

nilai R yang diperlukan adalah sebesar

7,957 kW.

Pengaruh filter pada noise 60 Hz diperoleh dengan menggunakan Persamaan (2.14), untuk frekuensi f = 60 Hz

03,0

2000/601

2000/60/

2/12

iO VV

Jadi, dapat dilihat bahwa hanya 3 % dari

noise 60 Hz yang tersisa, dengan kata lain

telah teredam sebesar 97 %.

14

Contoh 2.2

Suatu sinyal pengukuran mempunyai

frekuensi < 1kHz, dan mengandung noise

dengan frekuensi 1 MHz

Rancanglah sebuah filter yang meredam

noise tersebut menjadi 1 %

Bagaimana pengaruh filter tersebut

terhadap sinyal pengukuran pada frekuensi

maksimumnya (1 kHz).

Penyelesaian Contoh 2.2

Dengan menggunakan Persamaan (2.12)

diperoleh frekuensi kritis sebagai berikut :

212111

01,0

CfMHz

kHzfC 10

Misalkan digunakan C = 0,01 mF, maka

diperoleh :

W k

kHzFR 59,1

1001,02

1

m

15

Untuk melihat pengaruh filter terhadap sinyal

1 kHz, dapat digunakan Persamaan (2.12) :

995,0

1,01

12/12

i

O

V

V

Jadi sinyal pengukuran pada frekuensi

maksimumnya hanya teredam sebesar 0,5 %.

Pertimbangan Praktis

Untuk merancang filter, perlu diperhatikan :

Setelah frekuensi kritis ditentukan, nilai-nilai R dan C dapat dipilih yang memenuhi Persamaan (2.13) dengan memperhatikan :

Hindari pemilihan nilai resistansi yang terlalu kecil / kapasitor yang terlalu besar karena akan menarik arus yang besar. Pada umumnya digunakan resistansi dalam kisaran kW ke atas, dan kapasitor dalam kisaran mF ke bawah

Seringkali nilai frekuensi kritis yang eksak tidaklah penting, tetapi jika memang diperlukan eksak, biasanya lebih mudah memilih kapasitor lebih dulu baru kemudian resistansinya disesuaikan dengan menggunakan resistor trimmer.

16

Pertimbangan Praktis

Impedansi masukan dan keluaran efektif filter ada kemungkinan berpengaruh terhadap rangkaian sebelum dan sesudah rangkaian filter.Karena itu bilamana perlu dapat digunakan suatu pengikut tegangan

Dua filter dengan frekuensi kritis yang sama dapat dikaskade untuk meningkatkan ketajaman tanggapan, dengan memperhatikan bahwa impedansi keluaran filter pertama harus jauh lebih kecil dibanding impedansi masukan filter kedua, guna menghindari pengaruh pembebanan.

TUGAS 2

Buktikan / turunkan persamaan-persamaan

yang diberi tanda .

Kerjakan dengan ditulis tangan,

dikumpulkan pada pertemuan berikutnya.

(PR)

17