ANALOG SIGNAL ANALOG SIGNAL CONDITIONING CONDITIONING By By Mohammad Mohammad Khoirul Khoirul Effendi Effendi Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e w w w . d o c u - t r a c k . c o m
44
Embed
ANALOG SIGNAL CONDITIONING - share.its.ac.idshare.its.ac.id/pluginfile.php/772/mod_resource/content/1/_BAB_II_ANALOG_SIGNAL... · tegangan dengan cara merubah besar impedansi yang
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
ANALOG SIGNAL ANALOG SIGNAL CONDITIONINGCONDITIONING
ByByMohammad Mohammad KhoirulKhoirul EffendiEffendi
Signal conditioning Signal conditioning didefinisikandidefinisikan sebagaisebagaisuatusuatu operasioperasi untukuntuk mengubahmengubah signalsignal--signal signal hiduphidup keke dalamdalam bentukbentuk lain lain sehinggasehingga signalsignal--signal signal tersebuttersebut sesuaisesuaiketikaketika dihubungkandihubungkan dengandengan elemenelemen lain lain dalamdalam suatusuatu prosesproses kontrolkontrol looploop
MisMis sebuahsebuah sensor sensor dengandengan output 0.2 Volt output 0.2 Volt -- 0.6 Volt. 0.6 Volt. TetapiTetapi equipment yang equipment yang menerimamenerima output sensor output sensor tersebuttersebut hanyahanya hanyahanya bisabisa menerimamenerima sinyalsinyaltegangantegangan dengandengan range range sebesarsebesar 0 Volt 0 Volt –– 5 Volt. 5 Volt. MakaMaka suatusuatu ASC ASC diperlukandiperlukan untukuntuk menjembatanimenjembatani ketidaksesuaianketidaksesuaian iniini..
Output sensorOutput sensor 0,2 V0,2 V 0,6 V0,6 V zero shiftzero shiftSunstainingSunstaining 0.2 V0.2 V 0.2 V0.2 V
Output sensorOutput sensor 0 V0 V 0.4 V0.4 V amplificationamplificationMultiplyMultiply 12.5 V12.5 V 12.5 V12.5 V
Output sensorOutput sensor 0 V0 V 5 V attenuation 5 V attenuation adalahadalah kebalikankebalikan daridari amplificationamplification
SalahSalah satusatu halhal yang yang menjadimenjadi perhatianperhatian dalamdalamanalog signal conditioning analog signal conditioning adalahadalah pembebananpembebanansatusatu sirkuitsirkuit terhadapterhadap sirkuitsirkuit lainyalainya. Hal . Hal iniinimenyebabkanmenyebabkan ketidakketidak tahuantahuan besarbesar teganganteganganketikaketika melewatimelewati prosesproses pengukuranpengukuran. .
PASSIVE CIRCUITSPASSIVE CIRCUITSSebuahSebuah sirkuitsirkuit pasifpasif terdiriterdiri atasatas resistor, resistor, induktorinduktor dandancapasitorcapasitor seringsering kali kali digunakandigunakan untukuntuk mengeliminasimengeliminasigangguangangguan frekuensifrekuensi baikbaik yang yang rendahrendah maupunmaupun yang yang tinggitinggitanpatanpa merubahmerubah signal signal informasiinformasi yang yang diharapkandiharapkan
BRIDGE CIRCUITSKomponen ini bisa digunakan untuk menghasilkan perubahan output tegangan dengan cara merubah besar impedansi yang ada. Komponenini sangat berguna ketika perubahan impedansinya sangat kecil.
Keuntungan menggunakan bridge circuitsa. Dapat disesain sedemikian rupa sehingga
tegangan outputnya bervariasi di sekitarnilai 0 (nol).
b. Mempresisikan pengukuran statis darisebuah impedansi
BRIDGE APPLICATIONKegunaan utama dari bridge circuits didalam modern proses kontrol signal conditioning adalah merubah variasihambatan ke dalam variasi tegangan yang kemudian variasi tegangan ini akan diinterface dengan ADC atau sistem lainya.
Jika output sensor linear dengan input, maka output dari bridge circuit adalah non-linear.
Tetapi bila variansi dari hambatan kecildan terpusat pada null value, makaketidak linieran ini akan bernilai kecil pula.
Band pass filters adalah komponen yang menghalangi frekuensi di bawah dan diatas limit, serta membiarkan lewat freku-ensi signal yang mempunyai harga dian-tara batas atas dan batas bawah.
Band reject filters adalah komponen yang menghalangi frekuensi signal yang mem-punyai harga diantara batas atas danbatas bawah. Serta membiarkan lewatfrekuensi signal yang mempunyai hargadiatas batas atas dan dibawah batas bawah.
•• ii(+)(+), i, i((--)) : Currents into the amplifier on the inverting and : Currents into the amplifier on the inverting and noninvertingnoninvertinglines lines respectivelyrespectively
•• vvidid : The input voltage from inverting to non: The input voltage from inverting to non--inverting inputsinverting inputs•• +V+VSS , , --VVSS : DC source voltages, usually +15V and : DC source voltages, usually +15V and ––15V15V•• RRii : The input resistance, ideally infinity: The input resistance, ideally infinity•• A : The gain of the amplifier. Ideally very high, in the 1x10A : The gain of the amplifier. Ideally very high, in the 1x101010 range.range.•• RROO: The output resistance, ideally zero: The output resistance, ideally zero•• vvOO: The output voltage; : The output voltage; vvOO = = AAOLOLvvidid where Awhere AOLOL is the openis the open--loop loop
Karakteristik op amp dapat dijabarkan sebagai berikutSebuah sirkuit yang tersusun atas beberapa resistor, transistor, dioda, dankapasitor.Mempunyai 2 inputan, yakni inputan inverting dan inputan non-invertingOp-amp ideal memiliki open loop gain yang tak terhingga besarnya, sehingga menyebabkan op-amp tidak stabil dan penguatanya tidak terukur. Oleh karena itu diperlukan negatif feedback.Range tegangan input lebih kecil dari 1 milivolt, sebaliknya tegangansaturasinya mencapai 10 volt.Input impedansinya tinggi / tak terbatas (biasanya melebihi 1 M ) sebaliknya keluaran impedansinya sangat rendah biasanya lebih kecil dari100 )Arus input pada tiap masukkanya adalah 0.Impedance outputnya nol
Fungsi :1. Untuk merubah suatu impedance (signal) ke dalam bentuk lain2. Penguatan3. Atau operasi lainya yang kesemuanya dilakukan oleh IC (integrated circuit)
Op amps mempunyai 2 supply power, yakni V+ dan V-. Gambar b menunjukkanhubungan antara perbedaan tegangan yang masuk yang dinamakan differential input votage dengan tegangan tegangan output yang terjadi. Jika V2 – V1 > 0 maka V out yang terjadi akan bernilai negatif demilian pula sebaliknya. Inilah alasan mengapa V2dinamakan terminal inverting, sedangkan pada V1 dinamakan terminal non inverting.
Di daerah sempit pada gambar yang diberi label V, dimana terjadi tegangan saturasiyang bernilai negatif sampai positif. Umumnya pada daerah tersebut tegangan saturasiyang terjadi bernilai 10 Volt sedangkan differential output voltage yang terjadi dalamskala mikrovolt. Maka terjadi slope /peningkatan tegangan yang sangat curam yakni100.000 Volt V / V outyang tejadi
Pada gambar di atas dimana kaki tegangan positif di ground, maka taganganoutput yang keluar bernilai negatif. Pada summing point jika tidak ada feed back dan terminal + di ground, maka jika Vin > 0, maka output saturasinya bernilainegatif, sedangkan apabila Vin < 0, maka output saturasinya bernilai positif.
Ada dua aturan penting dalam melakukan Ada dua aturan penting dalam melakukan analisa rangkaian opanalisa rangkaian op--amp berdasarkan amp berdasarkan karakteristik opkarakteristik op--amp ideal. Aturan ini dalam amp ideal. Aturan ini dalam beberapa literatur dinamakan beberapa literatur dinamakan golden rulegolden rule, yaitu :, yaitu :
1.1. tegangan antara input v+ dan vtegangan antara input v+ dan v-- adalah nol (v+ adalah nol (v+ --vv-- = 0 atau v+ = v= 0 atau v+ = v-- ) )
Parameter yang digunakan dalam menganalisa op-amps non ideal adalah sbb:1. Open loop gain yang terbatas. Gain didefinisikan sebagai slope dari transfer
fungsi tegangan.
2. Input impedansi yang terbatas. Sehingga ketika tegangan masuk melalui ke2 terminalnya, maka akan ada arus yang terjadi.
3. Output impedansinya tidak bernilai nol. Realnya pada output op amps mempunyai hambatan walaupun hanya beberapa ohm saja.
KOMPENSASI DARI ARUS OFFSETKOMPENSASI DARI ARUS OFFSET
Untuk mengatasi input offset maka dipasang hambatan yang besarnya samaantara terminal positif dan negatif. Dimana pemasangan antara ke duahambatan tersebut pararel satu sama lain
CONTOH PRODUK OP AMPSCONTOH PRODUK OP AMPSSaat ini banyak terdapat tipe-tipe op-amp dengan karakterisktik yang spesifik.
Op-amp standard type 741 dalam kemasan IC DIP 8 pin sudah dibuat sejak tahun1960-an. Untuk tipe yang sama, tiap pabrikan mengeluarkan seri IC dengan insial atau nama yang berbeda. Misalnya dikenal MC1741 dari motorola, LM741 buatanNational Semiconductor, SN741 dari Texas Instrument dan lain sebagainya. Ter-gantung dari teknologi pembuatan dan desain IC-nya, karakteristik satu op-amp dapat berbeda dengan op-amp lain. Tabel-1 menunjukkan beberapa parameter op-amp yang penting beserta nilai idealnya dan juga contoh real dari parameter LM714.
Pada dasarnya sirkuit ini merubah tegangan masuk dengan impedansiyang tinggi, menjadi tegangan output dengan impedansi yang rendah . Input impedansi yang masuk pada dasarnya adalah impedansi dari op amp itu sendiri, yang nilainya lebih besar dari 100 M . Arus keluaranyadibatasi oleh sirkuit pendek dalam op amp itu sendiri, sehingga impedansikeluarannya lebih kecil dari 100 .
INVERTING AMPLIFIERSInput non-inverting pada rangkaian ini dihubungkan ke ground, atau v+ = 0. Dengan mengingat dan menimbang aturan 1 (lihat aturan 1), maka akandipenuhi v- = v+ = 0. Karena nilainya = 0 namun tidak terhubung langsungke ground, input op-amp v- pada rangkaian ini dinamakan virtual ground. Dengan fakta ini, dapat dihitung tegangan jepit pada R1 adalah vin – v- = vindan tegangan jepit pada reistor R2 adalah vout – v- = vout. Kemudian denganmenggunakan aturan 2, di ketahui bahwa :iin + iout = i- = 0, karena menurutaturan 2, arus masukan op-amp adalah 0.iin + iout = vin/R1 + vout/R2 = 0
Selanjutnyavout/R2 = - vin/R1 .... atauvout/vin = - R2/R1Jika penguatan G didefenisikan sebagai perbandingan tegangan keluaranterhadap tegangan masukan, maka dapat ditulis …(1)Impedansi rangkaian inverting didefenisikan sebagai impedansi input dari sinyalmasukan terhadap ground. Karena input inverting (-) pada rangkaian ini diketahuiadalah 0 (virtual ground) maka impendasi rangkaian ini tentu saja adalah Zin = R1.
Dengan menggunakan aturan 1 dan aturan 2, kita uraikan dulu beberapa faktayang ada, antara lain :vin = v+v+ = v- = vin ..... lihat aturan 1.
Dari sini ketahui tegangan jepit pada R2 adalah vout – v- = vout – vin, atau iout = (vout-vin)/R2. Lalu tegangan jepit pada R1 adalah v- = vin, yang berarti arusiR1 = vin/R1.
Hukum kirchkof pada titik input inverting merupakan fakta yang mengatakan bahwa : iout + i(-) = iR1Aturan 2 mengatakan bahwa i(-) = 0 dan jika disubsitusi ke rumus yang sebelum-nya, maka diperoleh iout = iR1 dan Jika ditulis dengan tegangan jepit masing-masing maka diperoleh (vout – vin)/R2 = vin/R1 yang kemudian dapat disederha-nakan menjadi :vout = vin (1 + R2/R1)Jika penguatan G adalah perbandingan tegangan keluaran terhadap tegangan masukan, maka didapat penguatan op-amp non-inverting :
DifferentiatorBentuk rangkain differensiator adalah mirip dengan rangkaian inverting. Sehinggajika berangkat dari rumus penguat inverting G = -R2/R1dan pada rangkaian differensiator diketahui :
maka jika besaran ini disubtitusikan akan didapat rumus penguat differensiator
Dari hubungan ini terlihat sistem akan meloloskan frekuensi tinggi (high pass filter), dimana besar penguatan berbanding lurus dengan frekuensi. Namun demikian, sistem seperti ini akan menguatkan noise yang umumnya berfrekuensi tinggi. Untuk praktisnya, rangkain ini dibuat dengan penguatan dc sebesar 1 (unity gain). Biasanya kapasitor diseri dengan sebuah resistor yang nilainya sama dengan R. Dengan cara ini akan diperoleh penguatan 1 (unity gain) pada nilai frekuensi cutoff tertentu.