Penguat Membalik Arus pada resistor Ri Arus ini

Penguat Membalik • Arus pada resistor Ri: Arus ini sama dengan arus yang mengalir pada resistor Rf, oleh karena itu tegangan keluaran Vo: 1

Penguat Tak Membalik I Arus yang mengalir pada resistor Ri sama dengan yang mengalir pada resistor Rf, yaitu: Tegangan keluaran Vo: 2

Penguat Penyangga (Pengikut Tegangan) Vo = Vi 3

Penguat Menjumlah (PR). 4

Rangkaian Penguat Diferensial Dasar • Tegangan keluaran: (PR) • Mampu menyingkirkan tegangan masukan mode bersama (common mode), yang dinyatakan sebagai CMRR (Common Mode Rejection Ratio). 5

CMR = 20 log (CMRR) d. B A = penguatan mode diferensial ACM = penguatan mode common Kelemahan: • Impedansi masukannya rendah • Impedansi masukan pada kedua terminal masukannya tidak sama • Pengubahan penguatan sulit dilakukan. 6

Rangkaian Penguat Instrumentasi (PR). 7

Contoh 2. 8 Sebuah sensor menghasilkan tegangan keluaran dalam kisaran 20 sampai dengan 250 m. V. 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 = m. Vi + Vo dengan: m = kemiringan garis, yang menyatakan penguatan Vo = tegangan ofset keluaran Untuk nilai keluaran 0 dan 5 volt diperoleh persamaan : 0 = m (0, 02) + Vo 5 = m (0, 25) + Vo 8

• 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 R 2 = R 3 = 1 k. W dan R 1 = 100 k. W, sehingga RG dapat diperoleh sebesar: RG = 9662 W 9

Tegangan 0, 02 V dapat diperoleh dari rangkaian pembagi tegangan. Rangkaian yang dimaksudkan diperlihatkan dalam gambar berikut: 10

Konverter Tegangan ke Arus Dari gambar tersebut bila dipenuhi nilai-nilai : R 1(R 3+R 5) = R 2 R 4 Maka arus beban akan dapat dinyatakan oleh : (PR). Ponco Siwindarto-TEUB 11

• Nilai maksimum resistansi beban diberikan oleh : (PR) dengan: Rml = resistansi beban maksimum Vsat = tegangan saturasi opamp Im = arus maksimum 12

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 o. C, 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. 13

• 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, orderkedua, frekuensi) – Kisaran. Bagaimana kisaran keluaran parameter sensor untuk kisaran pengukuran yang diberikan – Daya. Bagaimana spesifikasi daya sensor (maksimum disipasi resistif, penarikan arus, dsb). 14

• 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 m. A, 5 sampai 10 k. Hz, 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. 15

• 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. Ponco Siwindarto-TEUB 16

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. 17

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. 18

• Rangkaian yang diperlukan dapat diperoleh dari persamaan yang menyatakan hubungan keluaran-masukan sebagai berikut : Vout = m. Vin + 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. 19

- 15 V - 4, 6152 V 20