Tranduser dan Sensor “Sensor Signal

Pengkondisian Sinyal
Rudi Susanto
Tujuan Perkuliahan
• Mahasiswa dapat menjelasakan rangkaian
pengkondisi sinyal sensor
• Mahasiswa dapat menerapkan penggunaan
rangkaian pengkondisi sinyal sensor
Pendahuluan
• Sensor tidak dapat secara langsung dihubungkan
dengan perangkat yang merekam, memonitor atau
pemroses signal
• Hal ini disebabkan karena :
– Sinyal tidak sesuai
– Sinyal terlalu lemah
– Sinyal terdapat gangguan
• Oleh karena itu sinyal dari sensor harus dilakukan
perlakuan :
– Amplified
– Ubah dalam format yang sesuai
– Di bersihkan dari gangguan
Signal Conditioning ialah operasi untuk mengkonversi sinyal ke
dalam bentuk yang cocok untuk interface dengan elemen lain
dalam sistem kontrol.
Analog Signal Conditioning
• Perubahan Level Sinyal. Misalnya dengan menguatkan atau
melemahkan level tegangan. Faktor yang penting dalam
pemilihan amplifeier : Impedansi input.
• Linearisasi. Ada rangkaian analog yang berfungsi untuk
melinearkan sinyal.
• Konversi. ASC berfungsi untuk mengubah bentuk perubahan
elektris tertentu ke bentuk lain. Misalnya banyak sensor yang
menghasilkan perubahan resistansi akan diubah ke bentuk sinyal
arus atau tegangan melalui rangkaian jembatan.
• Filtering dan Impedance Matching. ASC berguna untuk
menghilangkan sinyal-sinyal yang tidak diinginkan pada frekuensi
tertentu. ASC juga berguna untuk menghilangkan error akibat
impedansi internal transducer atau impedansi line (kabel).
Rangkaian pembagi
• Digunakan untuk mengkonversi perubahan
resistansi menjadi perubahan tegangan
VS = tegangan catu
R1, R2 = resistansi pembagi tegangan
Baik R1 maupunR2 dapat berupa sensor, yang
resistansinya berubah terhadap variabel yang
diukur
Hal yang perlu diperhatikan dalam
Rangkaian Pembagi
• Perubahan VD terhadap R1 maupun R2 tidaklah 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
Contoh
• Rangkaian pembagi tegangan dalam Gambar berikut
mempunyai R1 = 10,0 kilo ohm dan VS = 5,00 V.
Misalkan R2 adalah sensor yang resistansinya
berubah dari 4,00 sampai 12,0 kilo ohm terhadap
suatu variabel dinamik. Berapa Nilai VD minimum dan
maksimum
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) adalah
rangkaian listrik yang digunakan untuk mengukur
nilai-nilai besaran listrik seperti resistansi (R) yang
merupakan kemampuan untuk menghambat arus
listrik; kapasitansi (C), yang merupakan kemampuan
untuk menyimpan muatan listrik; dan induktansi (L),
yang merupakan kemampuan untuk membuat arus
listrik yang menghasilkan medan magnet.
Rangkaian listrik jembatan
Mengukur resistansi suatu resistor
yang tidak diketahui
Prinsip jembatan Wheatstone pada
sensor resistif
Filter
• Bertujuan untuk menghilangkan sinyal noise yang tidak
diinginkan dengan menahan/ mengeblok kisaran frekuensi
tertentu.
Grafik bermacam macam filter
Low Pass RC Filter
• Low Pass RC Filter mengeblok frekuensi tinggi
dan 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 dan
meloloskan frekuensi tinggi
• Prinsip kerja dari filter high pass
adalah dengan memanfaatkan
karakteristik dasar komponen C dan
R,
• dimana C akan mudah melewatkan
sinyal AC sesuai dengan nilai reaktansi
kapasitifnya dan komponen R yang
lebih mudah melewatkan sinyal
dengan 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 aplikasi
rangkaian elektronika.
• Aplikasi op-amp yang paling sering dipakai antara
lain 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 pada
op-amp memegang peranan penting.
• Secara umum, umpanbalik positif akan menghasilkan osilasi
sedangkan umpanbalik negatif menghasilkan penguatan yang
dapat terukur.
Contoh penggunaan Op-Amp
• rangkaian ini jika di
implementasikan ke
masyarakat kita
dapat membuat
lampu penerangan
yang secara otomatis
akan menyala jika
hari sudah mulai
malam
Karakteristik Dasar Op-Amp
• Pada dasarnya Op-amp adalah sebuah differential amplifier
(penguat diferensial), yang mana memiliki 2 input masukan
yaitu input inverting (V-) dan input non-inverting(V+)
• Rangkaian dasar dari penguat diferensial dapat dilihat pada
gambar berikut
dapat diketahui tegangan
output (Vout) adalah Vout =
A(v1-v2) dengan A adalah
penguatan dari penguat
diferensial ini. Titik input v1
dikatakan sebagai input noniverting, sebab tegangan vout
satu phase dengan v1.
Sedangkan sebaliknya titik v2
dikatakan input inverting
sebab berlawanan phasa
dengan tengangan vout.
Penguat Membalik (Inverting)
Vi
Ri
Rf
• Arus pada resistor Ri:
Vi
Ii 
Ri
Vo
+
Arus ini sama dengan arus yang
mengalir pada resistor Rf, oleh
karena itu tegangan keluaran Vo:
VO  
Rf
Ri
Vi
Penguat Tak Membalik (non-inverting
Ri
I
Rf
Arus yang mengalir pada
resistor Ri sama dengan
yang mengalir pada resistor
Rf, yaitu:
V
I
i
Vi
Ri
Tegangan keluaran Vo:
Vo
+
VO  ( Ri  R f )  I
VO  ( Ri  R f )
 Rf
VO  1 
Ri

Vi
Ri

Vi

Penguat Penyangga / Buffer
Vo = Vi
-
+
Vi
Vo
Penguat Menjumlah
R1
R2
V1
R3
-
Vo
V2
+
 R2
R2 
VO   V1  V2 
R3 
 R1
Rangkaian Penguat Diferensial Dasar
R1
R2
V1
• Tegangan keluaran:
R2
V2  V1 
Vout 
R1
Vout
V2
R1
+
R2
• 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
V1
+
-
Vout
R1
 2 R1  R3 
 V2  V1 
 1 
RG  R2 

R2
R3
-
RG
Vout
R2
-
R1
+
R3
+
V2
Praktikum 1 Rangkaian Op-Amp
• Non inverting Amplifier : yaitu sebuah Op-Amp yang dirangkai
dengan konfigurasi closedloop seperti pada gambar dibawah
ini.
Isikan Tabel berikut
• Setelah merangkai gambar diatas dengan EWB,
kemudian lakukan langkah-langkah berikut :
a. Hubungkan Vin dengan Vin DC dan sambungkan
ke 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, apakah
sudah sesuai dengan rumus yang ada.
Terima Kasih