PENGKONDISI-SINYAL-2

Ponco Siwindarto-TEUB

Kumpulkan tugas yang diberikan pada pertemuan yang lalu


TUJUANSetelah 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


POKOK BAHASANOperational Amplifier (Op amp)Panduan Perancangan.


OPERATIONAL AMPLIFIER(OP AMP)Rangkaian Penguat Dasar Rangkaian Penguat DiferensialKonverter Tegangan ke Arus.


RANGKAIAN PENGUAT DASARPenguat membalikPenguat tak membalikPenguat penyanggaPenguat menjumlah.


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


Penguat Tak MembalikArus yang mengalir pada resistor Ri sama dengan yang mengalir pada resistor Rf, yaitu:Tegangan keluaran Vo:I


Penguat Penyangga (Pengikut Tegangan)Vo = Vi


Penguat Menjumlah(PR).


RANGKAIAN PENGUAT DIFERENSIALRangkaian Penguat Diferensial DasarRangkaian Penguat Instrumentasi.


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


CMR = 20 log (CMRR) dB A = penguatan mode diferensial ACM = penguatan mode common Kelemahan:Impedansi masukannya rendahImpedansi masukan pada kedua terminal masukannya tidak samaPengubahan penguatan sulit dilakukan.


Rangkaian Penguat Instrumentasi(PR).


Contoh 2.8Sebuah 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 + Vodengan: m = kemiringan garis, yang menyatakan penguatanVo = tegangan ofset keluaranUntuk nilai keluaran 0 dan 5 volt diperoleh persamaan : 0 = m (0,02) + Vo 5 = m (0,25) + Vo


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


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


R3

Vout

R2

R2

R3

+

-

0,02 V

1 K

1 K

+

+

-

R1100 K

R1100 K

RG= 9662 W

-

Vin

680 W

6,2V

30,9 kW

100 W

1 K

1 K

12V

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


Nilai maksimum resistansi beban diberikan oleh :

dengan: Rml = resistansi beban maksimum Vsat = tegangan saturasi opamp Im = arus maksimum (PR)


PANDUAN PERANCANGANDefinisikan tujuan pengukuranParameter. 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 linierNoise. Bagaimana level dan spektrum frekuensi noise di lingkungan pengukuran.


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 diberikanDaya. Bagaimana spesifikasi daya sensor (maksimum disipasi resistif, penarikan arus, dsb).


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 masukanImpedansi keluaran. Berapa impedansi keluaran P/S yang harus ditawarkan kepada rangkaian beban keluaran.


Beberapa catatan yang perlu diperhatikanBila 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 resistifUntuk 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/SPerhatikan selalu kemungkinan pembebanan sumber tegangan oleh P/S karena dapat menimbulkan kesalahan.


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.


PenyelesaianDalam soal ini tidak ada informasi tentang variabel yang diukur, lingkungan pengukuran, ataupun sensornyaPermasalahannya hanyalah pengkonversian kisaran teganganImpedansi sumbernya juga tidak diketahui, maka akan lebih baik kalau dianggap bahwa nilainya tinggi, dan kemudian dirancang sistem yang berimpedansi masukan tinggi.


Rangkaian yang diperlukan dapat diperoleh dari persamaan yang menyatakan hubungan keluaran-masukan sebagai berikut :Vout = mVin + VoDari 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.


- 15V- 4,6152 V


TUGAS 3Buktikan / turunkan persamaan-persamaan yang diberi tandaKerjakan dengan ditulis tangan, dan dikumpulkan pada pertemuan berikutnya.(PR)


Documents

PENGKONDISI-SINYAL-2