pertemuan ke 8 selasa, 16 oktober 2012
Post on 14-Mar-2016
70 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Sensor-Transduser TEUM@20121
Pertemuan ke 8Selasa, 16 Oktober 2012
Sensor-Transduser TEUM@2012 2
POKOK BAHASAN
•Review Sensor Cahaya•Pengkondisi Sinyal dengan
Operational Amplifier (Op amp)•Panduan Perancangan
Fotovoltaic (Solar Cell/Fotocell)
Berfungsi untuk mengubah sinar matahari menjadi arus listrik DC. Tegangan yang dihasilkan sebanding dengan intensitas cahaya yang mengenai permukaan solar cell. Semakin kuat sinar matahari tegangan dan arus listrik DC yang dihasilkan semakin besar. Simbol Solar Cell:
Bahan pembuat solar cell adalah silicon, cadmium sullphide, gallium arsenide dan selenium.
Aplikasi Sensor Solar Cell
Sensor LDR6 (Fotoconductiv families)
LDR (Light Dependent Reisistor)
LDR (Light Dependent Resistor)
Nilai resistansi pada LDR : Ada cahaya resistansinya = rendah
Tidak ada cahaya resistansinya = besar
Aplikasi Sensor Cahaya
Sensor-Transduser TEUM@2012 9
•LDR •Q1 : Transistor BC107 atau BC 547 •VR1 : Potensio 100 Kohm •RL1 : Relay 9 Volt •R2 : 47 Kohm •BL1 : Lampu taman •R1 : 1K
Aplication in Robotic
Sensor-Transduser TEUM@2012 10
OPERATIONAL AMPLIFIER(OP AMP)
• Penguat membalik• Penguat tak membalik• Penguat penyangga• Penguat menjumlah
• Rangkaian Penguat Diferensial Dasar• Rangkaian Penguat Instrumentasi.
Sensor-Transduser TEUM@2012 11
Penguat MembalikRfRi
+
-
Vi
Vo
ii
fO V
RR
V
• Arus pada resistor Ri:
i
ii RVI
Arus ini sama dengan arus yang mengalir pada resistor Rf, oleh karena itu tegangan keluaran Vo:
Sensor-Transduser TEUM@2012 12
Penguat Tak MembalikRfRi
+
-
Vi
VoArus yang mengalir pada resistor Ri sama dengan yang mengalir pada resistor Rf, yaitu:
ii
f
i
ififiO V
RR
RVRRIRRV
1)()(
i
i
RVI
Tegangan keluaran Vo:
I
Sensor-Transduser TEUM@2012 13
Penguat Penyangga (Pengikut Tegangan)
+
-
VoVi
Vo = Vi
Sensor-Transduser TEUM@2012 14
Penguat MenjumlahR2R1
R3
+
-
V2
V1
Vo
2
3
21
1
2 VRRV
RRVO
Sensor-Transduser TEUM@201215
Rangkaian Penguat Diferensial DasarR2R1
R1
R2
+
-Vout
V1
V2
121
2 VVRRVout
• 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.
Sensor-Transduser TEUM@2012 16
Rangkaian Penguat Instrumentasi
Vout
R3R2
R2+
-
R1
R1
RG
+
+
-
-
R3
V1
V2
122
3121 VVRR
RRVG
out
Sensor-Transduser TEUM@2012 17
PANDUAN PERANCANGAN• Definisikan tujuan pengukuran
– Parameter. 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 linier
– Noise. Bagaimana level dan spektrum frekuensi noise di lingkungan pengukuran.
Sensor-Transduser TEUM@2012 18
• 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 diberikan
– Daya. Bagaimana spesifikasi daya sensor (maksimum disipasi resistif, penarikan arus, dsb).
Sensor-Transduser TEUM@2012 19
• 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 masukan
– Impedansi keluaran. Berapa impedansi keluaran P/S yang harus ditawarkan kepada rangkaian beban keluaran.
Sensor-Transduser TEUM@2012 20
• Beberapa catatan yang perlu diperhatikan– Bila 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 resistif
– Untuk 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/S
– Perhatikan selalu kemungkinan pembebanan sumber tegangan oleh P/S karena dapat menimbulkan kesalahan.
Sensor-Transduser TEUM@2012 21
Contoh 1Sebuah 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 penguatan
Vo = tegangan ofset keluaranUntuk nilai keluaran 0 dan 5 volt diperoleh persamaan :
0 = m (0,02) + Vo 5 = m (0,25) + Vo
Sensor-Transduser TEUM@2012 22
• 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 = 1k dan R1 = 100 k, sehingga RG dapat diperoleh sebesar:
RG = 9662
Sensor-Transduser TEUM@2012 23
R3R2
R2
+
-
R1100 K
R1100 K
RG= 9662
+
+
-
-
R3
Vout
Vin
680
30,9 k
100
12V
0,02 V
1 K
1 K
1 K
1 K
6,2V
Tegangan 0,02 V dapat diperoleh dari rangkaian pembagi tegangan. Rangkaian yang dimaksudkan diperlihatkan dalam gambar berikut:
Sensor-Transduser TEUM@2012 24
Contoh 2.
• 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.
Sensor-Transduser TEUM@2012 25
Penyelesaian• Dalam soal ini tidak ada informasi tentang
variabel yang diukur, lingkungan pengukuran, ataupun sensornya
• Permasalahannya hanyalah pengkonversian kisaran tegangan
• Impedansi sumbernya juga tidak diketahui, maka akan lebih baik kalau dianggap bahwa nilainya tinggi, dan kemudian dirancang sistem yang berimpedansi masukan tinggi.
Sensor-Transduser TEUM@2012 26
• Rangkaian yang diperlukan dapat diperoleh dari persamaan yang menyatakan hubungan keluaran-masukan sebagai berikut :
Vout = mVin + Vo• Dari 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.
Sensor-Transduser TEUM@2012 27
- 15V
- 4,6152 V
Sensor-Transduser TEUM@2012 28
top related