Download analog signal conditioning

F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
W
N
O
y
bu
to
k
lic
c u -tr a c k
ANALOG SIGNAL
CONDITIONING
By
Mohammad Khoirul Effendi
.d o
o
.c
m
C
m
w
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
W
N
O
y
bu
to
k
lic
c u -tr a c k
m
Inverting amp
Non inverting
amplifier
Principles of analog
Signal conditioning
Differential
Instrument. amp
Voltage to current
converter
Concept of loading
Analog signal
conditioning
Divider circuits
Op amp circuits
In instrumentation
Passive circuits
Current to voltage
converter
integrator
RC Filters
differentiator
Op amp
characteristic
Op amp
specification
.c
Voltage follower
convertions
Bridge circuits
c u -tr a c k
Introduction
Linearization
Filtering and Impedance matching
.d o
o
.c
Signal level and
Bias change
C
m
w
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
!
PD
Linearization
Operational
amplifiers
Design guide
lines
F -X C h a n ge
W
N
O
y
bu
to
k
lic
w
.d o
m
PENDAHULUAN
o
m
o
.c
C
W
N
O
y
bu
to
k
lic
C
c u -tr a c k
w
w
.d o
w
w
w
F -X C h a n ge
!
PD
!
PD
c u -tr a c k
Signal conditioning didefinisikan sebagai
suatu operasi untuk mengubah signalsignal hidup ke dalam bentuk lain
sehingga signal-signal tersebut sesuai
ketika dihubungkan dengan elemen lain
dalam suatu proses kontrol loop
.c
Signal level and bias change
liniearization
Signal conditioning
convertions
Filtering and impedance matching
Concept of loading
!
W
N
O
y
bu
to
k
w
.d o
m
PENGELOMPOKAN
SIGNAL CONDITIONING
o
m
o
.c
F -X C h a n ge
lic
W
N
O
y
bu
to
k
lic
C
c u -tr a c k
w
w
.d o
w
w
w
PD
C
F -X C h a n ge
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
a.
b.
W
N
O
y
bu
to
.d o
m
w
o
m
o
.c
C
lic
SIGNAL LEVEL AND BIAS
CHANGE
k
W
N
O
y
bu
to
k
lic
C
c u -tr a c k
w
w
.d o
w
w
w
F -X C h a n ge
!
PD
!
PD
c u -tr a c k
Dalam hal ini siganal conditioning berperan sebagai
Penyesuai suatu level/harga.
Pembuat nilai nol (bias/zero value) dari beberapa tegangan yang
menggambarkan sebuah variabel di dalam proses.
Mis sebuah sensor dengan output 0.2 Volt - 0.6 Volt. Tetapi equipment yang
menerima output sensor tersebut hanya hanya bisa menerima sinyal
tegangan dengan range sebesar 0 Volt – 5 Volt. Maka suatu ASC
diperlukan untuk menjembatani ketidaksesuaian ini.
Output sensor
Sunstaining
0,2 V
0.2 V
0,6 V
0.2 V
zero shift
Output sensor
Multiply
0V
12.5 V
0.4 V
12.5 V
amplification
Output sensor
0V
5V
attenuation adalah kebalikan dari amplification
.c
Seperti kita ketahui bahwa ada hubungan
ketergantungan antara output dari sensor
dengan keterbatasan peralatan dalam
menerima output dari sensor seperi pada
contoh diatas.
Proses linearisasi ini perlu dilakukan karena
beberapa alasan diantaranya
1. Keterbatasan desain proses control
dalam menggambarkan hubungan antara
output sensor dengan peralatan yang
menerima sinyal dari sensor.
2. Menghasilkan output yang berubah
secara
linier
dengan
berubahnya
beberapa macam variabel, sekalipun
output yang dihasilkan sensor tidak linier.
!
W
N
O
y
bu
to
k
w
.d o
m
LINEARIZATION
o
m
o
.c
F -X C h a n ge
lic
W
N
O
y
bu
to
k
lic
C
c u -tr a c k
w
w
.d o
w
w
w
PD
C
F -X C h a n ge
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
Signal transmission
convertions
Digital interface
W
N
O
y
bu
to
k
lic
w
.d o
m
CONVERTIONS
o
m
o
.c
C
W
N
O
y
bu
to
k
lic
C
c u -tr a c k
w
w
.d o
w
w
w
F -X C h a n ge
!
PD
!
PD
c u -tr a c k
.c
Seringkali sinyal elektris yang keluar dari
sensor harus diubah untuk menghindari
gangguan selama proses transfer.
Seperti halnya apabila output yang
keluar dari sensor berupa hambatan,
maka akan ada perubahan nilai
hambatan tersebut ketika ada pengaruh
dinamik variabel seperti panas dll (ada
hubungan antara panas dengan besar
hambatan). Oleh karena itu seringkali
sinyal output diubah ke dalam bentuk
lain seperti tegangan dan arus yang
relatif lebih tahan terhadap gangguan
dinamik variabel
Dalam hal ini ASC berfungsi sebagai
penghubung antara sensor dengan
peralatan penerima sinyal dari sensor
sehingga sinyal yang dikeluarkan sensor
dapat langsung diolah peralatan tersebut
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
.c
.d o
W
N
O
y
bu
c u -tr a c k
Gain
Tool to
filtering
And
impedance
matcing
Aktive sircuit
Feed back
divider circuits
Passive circuit
Low pass RC filters
High pass RC filters
bridge circuits
Band pass RC filters
RC filters
Band reject RC filters
Dalam industri sering kali terdapat sinyal kuat yang
menyebabkan terganggunya pentransmian sinyal
antar elemen dalam proses kontrol
frekuensi
pengganggu sebesar 60Hz yang dihasilkan ketika
motor di jalankan secara transient.
filter pasif
(yang tersusun atas resistor, kapasitor, dan induktor)
atau filter aktif (gain dan feedback)
m
o
m
w
o
c u -tr a c k
C
lic
k
to
W
N
O
y
bu
to
C
lic
k
FILTERING AND IMPEDANCE MATCHING
w
w
.d o
w
w
w
!
PD
!
PD
.c
F -X C h a n ge
W
N
O
y
bu
to
k
lic
w
.d o
m
CONCEPT OF LOADING
o
m
o
.c
C
W
N
O
y
bu
to
k
lic
C
c u -tr a c k
w
w
.d o
w
w
w
F -X C h a n ge
!
PD
!
PD
c u -tr a c k
Salah satu hal yang menjadi perhatian dalam
analog signal conditioning adalah pembebanan
satu sirkuit terhadap sirkuit lainya. Hal ini
menyebabkan ketidak tahuan besar tegangan
ketika melewati proses pengukuran.
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
W
N
O
y
bu
to
k
lic
.d o
m
PASSIVE CIRCUITS
w
o
.c
C
m
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
!
PD
c u -tr a c k
Sebuah sirkuit pasif terdiri atas resistor, induktor dan
capasitor sering kali digunakan untuk mengeliminasi
gangguan frekuensi baik yang rendah maupun yang tinggi
tanpa merubah signal informasi yang diharapkan
divider circuits
Passive circuits
bridge circuits
Low pass RC filters
High pass RC filters
RC filters
Band pass RC filters
Band reject RC filters
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
W
N
O
y
bu
to
k
.d o
m
w
o
m
o
.c
lic
k
to
bu
y
DIVIDER CIRCUITS
lic
C
c u -tr a c k
w
w
.d o
w
w
w
C
N
O
W
!
PD
!
PD
c u -tr a c k
.c
Komponen ini bisa digunakan untuk menghasilkan perubahan output
tegangan dengan cara merubah besar resistansi yang ada
Beberapa hal yang harus diperhatikan ketika menggunakan divider circuits
a. Perubahan besar VD terhadap R1 maupun R2 adalah
tidak linier.
b. Output impedansi efektiv dari divider adalah pararel
dengan kombinasi R1 dan R2, maka efek loading
harus diperhitungkan
c. Terjadi pembangkitan daya ketika arus melewati ke2 resistor dan daya masukan dari sensor.
VD
R2 V S
R1 R2
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
W
N
O
y
bu
to
k
lic
.d o
m
BRIDGE CIRCUITS
w
o
.c
C
m
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
!
PD
c u -tr a c k
.c
Komponen ini bisa digunakan untuk menghasilkan perubahan output
tegangan dengan cara merubah besar impedansi yang ada. Komponen
ini sangat berguna ketika perubahan impedansinya sangat kecil.
Keuntungan menggunakan bridge circuits
a. Dapat disesain sedemikian rupa sehingga
tegangan outputnya bervariasi di sekitar
nilai 0 (nol).
b. Mempresisikan pengukuran statis dari
sebuah impedansi
Va
V
V R3
R1 R3
V R3
R1 R3
V R4
R2 R 4
Vb
V
V R4
R2 R4
V
R3 R2
R1 R3
R1 R4
R 2 R4
!
W
N
O
y
bu
to
k
.d o
m
w
o
m
o
.c
F -X C h a n ge
lic
W
N
O
y
bu
to
k
lic
C
c u -tr a c k
w
w
.d o
GALVANOMETER DETECTOR ON
BRIDGE CIRCUIT
w
w
w
PD
C
F -X C h a n ge
!
PD
c u -tr a c k
Alasan penggunaan galvanometer sbg null detector pada
bridge circuit dikarenakan karena perbedaan perhitungan.
Hal ini disebabkan karena jeleknya pendeteksi resistansi,
dan dan juga karena perlunya menentukan offset current
pada bridge circuit tersebut. Maka perlu suatu modifikasi
perumusan apabila bridge circuit tidak bisa dalam keadaan
null.
.c
!
W
N
O
y
bu
to
k
w
.d o
m
BRIDGE RESOLUTION
o
m
o
.c
F -X C h a n ge
lic
W
N
O
y
bu
to
k
lic
C
c u -tr a c k
w
w
.d o
w
w
w
PD
C
F -X C h a n ge
!
PD
c u -tr a c k
Resolusi dari bridge circuit adalah kemampuan dari bridge circuit itu
sendiri untuk mendeteksi adanya bridge offset.
.c
!
W
N
O
y
bu
to
k
.d o
m
w
o
m
o
.c
F -X C h a n ge
lic
W
N
O
y
bu
to
k
lic
C
c u -tr a c k
w
w
.d o
w
w
w
BRIDGE CIRCUITS LEAD
COMPENSATION
PD
C
F -X C h a n ge
!
PD
c u -tr a c k
Pada banyal proses kontrol seringkali sensor yang mengindikasikan
perubahan hambatan jauh terpisah dari bridge circuit. Hal ini
menyebabkan terjadinya perbedaan sinyal/ hambatan yang dihasilkan
oleh sensor karena pengaruh frekuensi, temperatur, tegangan, serta
uap bahan-bahan kimia. Tetapi apabila kita merancang sebuah cirkuit
seperti di atas. Apabila terjadi perubahan pada kawat (2) maka secara
otomatis akan terjadi juga perubahan pada kawat (1) karena kawat (1)
dan kawat (2) ditempatkan pada lingkungan yang sama. Sehingga
pada akhirnya efek dari sinyal pengganggu dapat teratasi.
.c
E = ac offset voltage
E = sine wave excitation voltage
Z1, Z2, Z3, Z4 = bridge impedances
Zero offset voltage E = 0, maka Z3 x Z2 = Z1 x Z4
!
W
N
O
y
bu
to
.d o
m
w
o
m
o
Dimana
k
W
N
O
y
bu
to
k
.c
F -X C h a n ge
lic
AC BRIDGES
lic
C
c u -tr a c k
w
w
.d o
w
w
w
PD
C
F -X C h a n ge
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
W
N
O
y
bu
to
k
lic
w
.d o
m
BRIDGE APPLICATION
o
.c
C
m
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
!
PD
c u -tr a c k
Kegunaan utama dari bridge circuits di
dalam modern proses kontrol signal
conditioning adalah merubah variasi
hambatan ke dalam variasi tegangan yang
kemudian variasi tegangan ini akan di
interface dengan ADC atau sistem lainya.
Jika output sensor linear dengan input,
maka output dari bridge circuit adalah nonlinear.
Tetapi bila variansi dari hambatan kecil
dan terpusat pada null value, maka
ketidak linieran ini akan bernilai kecil pula.
.c
Vout
Vin
!
W
N
O
y
bu
to
k
w
.d o
m
LOW PASS RC FILTERS
o
m
o
.c
F -X C h a n ge
lic
W
N
O
y
bu
to
k
lic
C
c u -tr a c k
w
w
.d o
w
w
w
PD
C
F -X C h a n ge
!
PD
c u -tr a c k
1
1
fc
f
fc
2
0.5
1
2 RC
Low pass RC filter adalah suatu
komponen yang menghalangi
signal dengan frekuensi tinggi,
dan membiarkan lewat signal
dengan frekuensi rendah
.c
!
W
N
O
y
bu
to
k
w
.d o
m
HIGH PASS RC FILTERS
o
m
o
.c
F -X C h a n ge
lic
W
N
O
y
bu
to
k
lic
C
c u -tr a c k
w
w
.d o
w
w
w
PD
C
F -X C h a n ge
!
PD
c u -tr a c k
f
fc
Vout
Vin
1
f
fc
2
0.5
High pass RC filter adalah suatu
komponen yang menghalangi signal dengan frekuensi rendah, dan
membiarkan lewat signal dengan
frekuensi tinggi
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
W
N
O
y
k
lic
.d o
m
w
o
BAND FILTERS
to
bu
.c
C
m
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
!
PD
c u -tr a c k
.c
Band pass filters adalah komponen yang
menghalangi frekuensi di bawah dan di
atas limit, serta membiarkan lewat frekuensi signal yang mempunyai harga diantara batas atas dan batas bawah.
Band reject filters adalah komponen yang
menghalangi frekuensi signal yang mempunyai harga diantara batas atas dan
batas bawah. Serta membiarkan lewat
frekuensi signal yang mempunyai harga
diatas batas atas dan dibawah batas bawah.
PD
F -X C h a n ge
OPERATIONAL AMPLIFIER
W
N
O
y
bu
to
k
lic
c u -tr a c k
.d o
o
.c
m
C
m
w
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
F -X C h a n ge
!
PD
c u -tr a c k
.c
+VS
Inverting
_
i(-)
vid
Noninverting
RO
Ri
A
-VS
i(+)
Output
vO = Advid
+
• i(+), i(-) : Currents into the amplifier on the inverting and noninverting
lines
respectively
• vid : The input voltage from inverting to nonnon-inverting inputs
• +VS , -VS : DC source voltages, usually +15V and –15V
• Ri : The input resistance, ideally infinity
• A : The gain of the amplifier. Ideally very high, in the 1x1010 range.
• RO: The output resistance, ideally zero
• vO: The output voltage; vO = AOLvid where AOL is the openopen-loop
voltage gain
F -X C h a n ge
W
N
O
y
bu
to
.d o
m
w
o
m
o
.c
C
lic
KARAKTERISTIK OP AMP
k
W
N
O
y
bu
to
k
lic
C
c u -tr a c k
w
w
.d o
w
w
w
F -X C h a n ge
!
PD
!
PD
c u -tr a c k
Fungsi :
1. Untuk merubah suatu impedance (signal) ke dalam bentuk lain
2. Penguatan
3. Atau operasi lainya yang kesemuanya dilakukan oleh IC (integrated circuit)
yang dinamakan op amps (operational amplifiers)
Karakteristik op amp dapat dijabarkan sebagai berikut
Sebuah sirkuit yang tersusun atas beberapa resistor, transistor, dioda, dan
kapasitor.
Mempunyai 2 inputan, yakni inputan inverting dan inputan non-inverting
Op-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 tegangan
saturasinya mencapai 10 volt.
Input impedansinya tinggi / tak terbatas (biasanya melebihi 1 M )
sebaliknya keluaran impedansinya sangat rendah biasanya lebih kecil dari
100 )
Arus input pada tiap masukkanya adalah 0.
Impedance outputnya nol
.c
!
W
N
O
y
bu
to
k
.d o
m
w
o
m
o
.c
F -X C h a n ge
lic
W
N
O
y
bu
to
k
lic
C
c u -tr a c k
w
w
.d o
w
w
w
KARAKTERISTIK OP AMPS
PD
C
F -X C h a n ge
!
PD
c u -tr a c k
.c
Op amps mempunyai 2 supply power, yakni V+ dan V-. Gambar b menunjukkan
hubungan 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 V2
dinamakan terminal inverting, sedangkan pada V1 dinamakan terminal non inverting.
Di daerah sempit pada gambar yang diberi label V, dimana terjadi tegangan saturasi
yang bernilai negatif sampai positif. Umumnya pada daerah tersebut tegangan saturasi
yang terjadi bernilai 10 Volt sedangkan differential output voltage yang terjadi dalam
skala mikrovolt. Maka terjadi slope /peningkatan tegangan yang sangat curam yakni
100.000 Volt V / V outyang tejadi
!
W
N
O
y
bu
to
k
.d o
m
w
o
m
o
.c
F -X C h a n ge
lic
W
N
O
y
bu
to
k
lic
C
c u -tr a c k
w
w
.d o
w
w
w
IDEAL OP AMPS
PD
C
F -X C h a n ge
!
PD
c u -tr a c k
Pada gambar di atas dimana kaki tegangan positif di ground, maka tagangan
output yang keluar bernilai negatif. Pada summing point jika tidak ada feed back
dan terminal + di ground, maka jika Vin > 0, maka output saturasinya bernilai
negatif, sedangkan apabila Vin < 0, maka output saturasinya bernilai positif.
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
W
N
O
y
bu
to
k
GOLDEN RULE OF OP-AMPS
lic
c u -tr a c k
.d o
m
w
o
.c
C
m
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
!
PD
c u -tr a c k
Ada dua aturan penting dalam melakukan
analisa
rangkaian
op-amp
berdasarkan
karakteristik op-amp ideal. Aturan ini dalam
beberapa literatur dinamakan golden rule, yaitu :
1. tegangan antara input v+ dan v- adalah nol (v+ v- = 0 atau v+ = v- )
2. Arus pada input Op-amp adalah nol (i+ = i- = 0)
.c
F -X C h a n ge
W
N
O
y
bu
to
k
lic
w
.d o
m
NON IDEAL OP AMPS
o
m
o
.c
C
W
N
O
y
bu
to
k
lic
C
c u -tr a c k
w
w
.d o
w
w
w
F -X C h a n ge
!
PD
!
PD
c u -tr a c k
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.
A
Vout
(V2 V1 )
2Vsat
V
2. Input impedansi yang terbatas. Sehingga ketika tegangan masuk melalui ke
2 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.
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
W
N
O
y
bu
to
.c
1.
2.
3.
4.
5.
Input offset voltage
Input offset current
Input bias current
Slew rate
Unity gain frequency bandwidth
.d o
c u -tr a c k
m
o
m
c u -tr a c k
C
lic
k
OP AMP SPECIFICATIONS
w
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
!
PD
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
W
y
bu
to
k
.d o
c u -tr a c k
Untuk mengatasi input offset maka dipasang hambatan yang besarnya sama
antara terminal positif dan negatif. Dimana pemasangan antara ke dua
hambatan tersebut pararel satu sama lain
o
w
m
lic
.c
C
m
o
C
lic
k
to
bu
y
N
O
KOMPENSASI DARI ARUS OFFSET
c u -tr a c k
w
w
.d o
w
w
w
N
O
W
!
PD
!
PD
.c
!
W
N
O
y
bu
to
k
w
.d o
m
KOMPENSASI DARI TEGANGAN
OFFSET
o
m
o
.c
F -X C h a n ge
lic
W
N
O
y
bu
to
k
lic
C
c u -tr a c k
w
w
.d o
w
w
w
PD
C
F -X C h a n ge
!
PD
c u -tr a c k
Untuk mengatasi tegangan offset ini maka ada 2 cara yang bisa dilakukan
1. Memasang variabel resisitor pada ke dua terminal op amps dan variabel
resistor tersebut di set sehingga offset voltage tidak terjadi.
2. Memasang tegangan bias yang dapat mengkompensasi tegangan offset
yang terjadi
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
W
N
O
y
bu
to
.d o
m
w
o
.c
C
lic
k
CONTOH PRODUK OP AMPS
m
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
!
PD
c u -tr a c k
.c
Saat 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 tahun
1960-an. Untuk tipe yang sama, tiap pabrikan mengeluarkan seri IC dengan insial
atau nama yang berbeda. Misalnya dikenal MC1741 dari motorola, LM741 buatan
National Semiconductor, SN741 dari Texas Instrument dan lain sebagainya. Tergantung dari teknologi pembuatan dan desain IC-nya, karakteristik satu op-amp
dapat berbeda dengan op-amp lain. Tabel-1 menunjukkan beberapa parameter opamp yang penting beserta nilai idealnya dan juga contoh real dari parameter LM714.
Voltage follower
Inverting amplifiers
Non inverting amplifiers
Differential instrumentation amplifiers
Voltage to current converter
Op amp circuits
Current to voltage converters
integrator
differentiator
Linearization
!
W
N
O
y
bu
to
k
w
.d o
m
SIKUIT OP AMP DALAM
PERALATAN
o
m
o
.c
F -X C h a n ge
lic
W
N
O
y
bu
to
k
lic
C
c u -tr a c k
w
w
.d o
w
w
w
PD
C
F -X C h a n ge
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
W
N
O
y
bu
to
k
lic
.d o
m
VOLTAGE FOLLOWER
w
o
.c
C
m
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
!
PD
c u -tr a c k
Pada dasarnya sirkuit ini merubah tegangan masuk dengan impedansi
yang 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 keluaranya
dibatasi oleh sirkuit pendek dalam op amp itu sendiri, sehingga impedansi
keluarannya lebih kecil dari 100 .
.c
!
W
N
O
y
bu
to
k
.d o
m
w
o
m
o
.c
F -X C h a n ge
lic
W
N
O
y
bu
to
k
lic
C
c u -tr a c k
w
w
.d o
INVERTING AMPLIFIERS
w
w
w
PD
C
F -X C h a n ge
!
PD
c u -tr a c k
Input non-inverting pada rangkaian ini dihubungkan ke ground, atau v+ = 0.
Dengan mengingat dan menimbang aturan 1 (lihat aturan 1), maka akan
dipenuhi v- = v+ = 0. Karena nilainya = 0 namun tidak terhubung langsung
ke ground, input op-amp v- pada rangkaian ini dinamakan virtual ground.
Dengan fakta ini, dapat dihitung tegangan jepit pada R1 adalah vin – v- = vin
dan tegangan jepit pada reistor R2 adalah vout – v- = vout. Kemudian dengan
menggunakan aturan 2, di ketahui bahwa :iin + iout = i- = 0, karena menurut
aturan 2, arus masukan op-amp adalah 0.
iin + iout = vin/R1 + vout/R2 = 0
Selanjutnya
vout/R2 = - vin/R1 .... atau
vout/vin = - R2/R1
Jika penguatan G didefenisikan sebagai perbandingan tegangan keluaran
terhadap tegangan masukan, maka dapat ditulis …(1)
Impedansi rangkaian inverting didefenisikan sebagai impedansi input dari sinyal
masukan terhadap ground. Karena input inverting (-) pada rangkaian ini diketahui
adalah 0 (virtual ground) maka impendasi rangkaian ini tentu saja adalah Zin = R1.
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
INVERTING AMPLIFIER
SUMMING AMPLIFIER
V1
V2
Vout
R2
Vin
R1
Vout
R2
V1
R1
R2
V2
R3
W
N
O
y
bu
to
k
lic
.d o
m
INVERTING AMPLIFIERS
w
o
.c
C
m
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
!
PD
c u -tr a c k
.c
!
W
N
O
y
bu
to
k
w
.d o
m
NON INVERTING AMPLIFIERS
o
m
o
.c
F -X C h a n ge
lic
W
N
O
y
bu
to
k
lic
C
c u -tr a c k
w
w
.d o
w
w
w
PD
C
F -X C h a n ge
!
PD
c u -tr a c k
Dengan menggunakan aturan 1 dan aturan 2, kita uraikan dulu beberapa fakta
yang 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 arus
iR1 = vin/R1.
Hukum kirchkof pada titik input inverting merupakan fakta yang mengatakan
bahwa : iout + i(-) = iR1
Aturan 2 mengatakan bahwa i(-) = 0 dan jika disubsitusi ke rumus yang sebelumnya, maka diperoleh iout = iR1 dan Jika ditulis dengan tegangan jepit masingmasing maka diperoleh (vout – vin)/R2 = vin/R1 yang kemudian dapat disederhanakan menjadi :vout = vin (1 + R2/R1)
Jika penguatan G adalah perbandingan tegangan keluaran terhadap tegangan
masukan, maka didapat penguatan op-amp non-inverting :
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
bu
y
N
O
W
Vout
R2
V2 V1
R1
.d o
c u -tr a c k
m
w
.c
o
m
c u -tr a c k
C
lic
k
to
DIFFERENTIAL INSTRUMENTATION
AMPLIFIERS
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
!
PD
.c
I out
R1 ( R3
R2
R1 R3
R5 )
R2
k
to
bu
y
N
O
W
!
VOLTAGE TO CURRENT
CONVERTER
Vin
R4
.d o
m
w
o
m
o
.c
F -X C h a n ge
lic
W
N
O
y
bu
to
k
lic
C
c u -tr a c k
w
w
.d o
w
w
w
PD
C
F -X C h a n ge
!
PD
c u -tr a c k
.c
!
W
N
O
y
bu
to
k
w
.d o
m
CURRENT TO VOLTAGE
CONVERTER
o
m
o
.c
F -X C h a n ge
lic
W
N
O
y
bu
to
k
lic
C
c u -tr a c k
w
w
.d o
w
w
w
PD
C
F -X C h a n ge
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
W
1
Vin dt
RC
k
to
bu
y
N
O
Vout
lic
.d o
m
INTEGRATOR
w
o
.c
C
m
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
!
PD
c u -tr a c k
.c
!
W
N
O
y
bu
to
k
w
.d o
m
Differentiator
o
m
o
.c
F -X C h a n ge
lic
W
N
O
y
bu
to
k
lic
C
c u -tr a c k
w
w
.d o
w
w
w
PD
C
F -X C h a n ge
!
PD
c u -tr a c k
.c
Bentuk rangkain differensiator adalah mirip dengan rangkaian inverting. Sehingga
jika berangkat dari rumus penguat inverting
G = -R2/R1
dan 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.
dV
Vout
RC in
dt
k
to
bu
y
N
O
W
!
LINEARIZATION
.d o
m
w
o
m
o
.c
F -X C h a n ge
lic
W
N
O
y
bu
to
k
lic
C
c u -tr a c k
w
w
.d o
w
w
w
PD
C
F -X C h a n ge
!
PD
c u -tr a c k
Vin
V
, dimana G in adalah fungsi non linier
R
R
dari tegangan input [pada kenyataanya merupakan
kebalikan dari fungsi I(Vout )]
Vin
G
Vout
1
log c (Vin )
1
log e (I o R)
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
c u -tr a c k
parameter
range
akurasi
Mendefinisikan sasaran
pengukuran
Time response
linierarisasi
noise
Transfer fungsi
Memilih sensor
range
power
parameter
Mendesain ASC
Penggunaan
divider/bridge
range
Input impedance
Catatan dalam ASC
Output impedance
Op amp circuits
Persamaan output
Terhadap input
Efek loading
k
to
bu
y
N
O
W
START
.d o
m
w
parameter
lic
ALUR DALAM MERANCANG ASC
(ANALOG SIGNAL CONDITIONING)
o
.c
C
m
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
W
N
O
y
bu
to
k
lic
w
.d o
m
CONTOH SOAL 1
o
m
o
.c
C
W
N
O
y
bu
to
k
lic
C
c u -tr a c k
w
w
.d o
w
w
w
F -X C h a n ge
!
PD
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X C h a n ge
F -X C h a n ge
W
N
O
y
bu
to
k
lic
c u -tr a c k
.d o
m
w
o
.c
C
m
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
!
PD
c u -tr a c k
.c