Rangkaian Pengkondisi Sinyal (penguat pembalik)

rangkaian pengkondisi sinyal (rangkaian inverting) 

· Pengkondisi sinyal

Bermacam-macam rangkaian pengkondisi sinyal (rangkaian penguat pembalik) transduser yang diperlukan untuk mantransformasi bermaca-macam variabel dinamik dalam sistem kontrol proses ke listrik analog menghasilkan bermacam-macam karakteristik sinyal resultan. Pengkondisi sinyal digunakan untuk mengkonversinya ke bentuk yang susuai  dengan interface dengan elemen-elemen yang lain dalam loop kontrol proses. pada konversi analog, dimana output dikondisikan pada sinyal analog.

Dimana mempunyai prinsip kerja daripada pengkondisi sinnyal adalah sebuah transduser mengukur suatu variabel dinamik dengan mengkonversinya kedalam sinyal elektrik. Untuk mengembangkan transduser seperti ini, banyak dipengaruhi oleh kondisi alam sehingga hanya ada beberapa tipe yang dapat digunakan untuk mendapatkan hasil yang sesuai.

            Efek pengkondisi sinyal sering dinyatakan dengan fungsi alihnya  (transfer function). Dengan istilah ini kita menghubungkan efek yang ditimbulkan dengan sinyal input. Jadi, sebuah amplifier sederhana mempunyai fungsi alih dari beberapa konstanta yang, ketika dikalikan dengan tegangan input, memberikan tegangan output.

Metode paling sederhana dari pengkondisi sinyal adalah pengubahan level sinyal. Contoh yang paling umum adalah untuk penguatkan atau pelemahkan level tegangan. Secara umum, aplikasi kontrol proses dihasilkan dalam variasi sinyal frekuensi rendah secara lambat dimana amplifier respon d-c atau frekuensi rendah bisa dipakai. Suatu faktor penting dalam pemilihan sebuah amplifier adalah impedansi input yang amplifier tawarkan kepada transduser (atau elemen-elemen lain yang menjadi input).

·      Op-Amp

Operasional amplifier (Op-Amp) adalah suatu penguat berpenguatan tinggi yang terintegrasi  dalam sebuah chip IC yang memiliki dua input inverting dan non-inverting dengan sebuah terminal output, dimana rangkaian umpan balik dapat ditambahkan untuk mengendalikan karakteristik tanggapan keseluruhan pada operasional amplifier (Op-Amp). Pada dasarnya operasional amplifier (Op-Amp) merupakan suatu penguat diferensial yang memiliki 2 input dan 1 output. Op-amp ini digunakan untuk membentuk fungsi-fungsi linier yang bermacam-mcam atau dapat juga digunakan untuk operasi-operasi tak linier, dan seringkali disebut sebagai rangkaian terpadu linier dasar. Penguat operasional (Op-Amp) merupakan komponen elektronika analog yang berfungsi sebagai amplifier multiguna dalam bentuk IC dan memiliki simbol sebagai berikut :

Gambar 1.1 symbol Op-amp

· Sensor Tekanan

Sensor Tekanan diciptakan untuk mengukur tekanan suatu zat yang memiliki tekanan sangat kecil sehingga sulit untuk diukur apabila menggunakan alat pengukur biasa. Dalam pelajaran Science, kita mengenal adanya alat pengukur untuk suatu benda. Seperti contoh thermometer sebagai alat untuk mengukur suhu, anemometer untuk mengukur kecepatan angin dan speedometer untuk mengukur kecepatan suatu benda. Tekanan yang dilambangkan dalam huruf (p) adalah satuan fisika untuk menyatakan gaya, yang dilamabangkan dengan (F) persatuan luas, yang dilambangkan dengan (A). Satuan tekanan sering digunakan untuk mengukur kekuatan atau tekanan dari unsur zat yaitu berupa cairan dan gas. Fungsi dari sensor tekanan sebenarnya adalah untuk mengubah tekanan menjadi induktasi.

Gambar 1.2 Sensor Tekanan

Sensor tekanan mempunyai prinsip kerja yang sedikit rumit. Pertama, perubahan tekanan pada kantung menyebabkan perubahan posisi inti kumparan sehingga menyebabkan perubahan induksi magnetic pada kumparan. Kumparan yang digunakan adalah kumparan CT ( center tap). Dengan demikian, apabla inti mengalami pergeseran, maka induktasi pada salah satu kumparan bertambah, namun menyebabkan kumparan yang lain berkurang. Untuk mengukur tekanan statis atau tinggi suatu cairan dapat ditentukan dengan rumus (P = d.g.h). Untuk keterangannya, (p) adalah tekanan statis (pascal) sementara (D) adalah kepadatan cairan (km/m3), lalu (G) adalah konstanta gravitasi ( 9,81 m/s2) dan (H) adalah tinggi cairan (M).

Prinsip kerja dari sensor tekanan itu sendiri adalah mengubah tegangan mekanik menjadi listrik. Kurang ketegangan didasarkan pada prinsip bahwa tahanan pengantar berubah dengan panjang dan luas penampang. Daya yang diberikan pada kawat itu sendiri menyebabkan kawat menjadi bengkok. Sehingga menyebabkan ukuran kawat berubah dan mengubah ketahananya. Ada beberapa fungsi lain dari sensor tekanan. Applikasi sensor tekanan adalah sebagai pemantau cuaca yang sering berubah-ubah. Digunakan dipesawat terbang untuk mengukur tekanan angina yang berada didalam band pesawat terbang, lalu yang terakhir adalah pengukur tekanan udara pada ruangan tertutup. Tiga fungsi ini adalah fungsi umum dari sendor tekanan yang sering ditemui oleh masyarakat namun masyarakat belum mengetahui cara kerja dari pengukur tekanan tersebut.

·      RANGKAIAN INVERTING OP-AMP

Rangkaian inverting adalah ragkaian op-amp dimana output dari op-amp akan berbeda phase terbalik dari inputan rangkaian penguat pembalik sinyal masukkan diberikan melalui sebuah resistor masukkan (Ri) yang dihubungkan secara seri terhadap masukkan pembalik (inverting input) yang disimbolkan dengan (-). sinyal keluaran penguat operasional pada rangkaian penguat pembalik (inverting amplifier) diumpan balikan melalui (Rf) kemasukkan yang sama.

Gambar 1.3 Op-amp Inverting

pada prinsip sebuah penguat operasional (operational amplifier) ideal memiliki impedansi masukan yang sangat besar hingga dinyatakan sebagai impedansi masukkan tak terhingga (infinite input impedance). kondisi penguat operasional yang memiliki impedansi masukkan tak terhingga tersebut menyebabkan tidak adanya arus yang melewati  masukkan membalik (inverting input) pada penguat opersional. keadaan tak berarus pada masukkan membalik tersebut membuat tegangan jatuh diantara masukkan membalik dan masukkan tak membalik bernilai 0Volt. kondisi tersebut menunjukan bahwa tegangan pada masukkan membalik adalah bernilai 0Volt karena kondisi masukkan tak membalik (non-inverting input) yang di hubungkan ke ground. kondisi masukkan membalik (inverting input) yang memiliki tegangan 0Volt tersebut dinyatakan sebagai ground semu (Virtual Ground).

Gambar 1.4 virtual ground pada Op-amp

Gambar 1.5 arah aliran arus

untuk mencari Vout maka rumus yang di perlukan adalah:

                                     

BAB II

PERANCANGAN ALAT

·         Gambar Bagan

gambar 2.1 Bagan Rangkaian pengkondisi sinyal

Diatas adalah gambar bagan  dari pengkondisi  sinyal yang saya buat dimana input saya terdiri dari sensor tekanan MPX100 kemudian dari input ke sistem pengkondisi sinyal yang terdiri dari du buah Op-amp inverting dan outputan berupa buzzer atau alaram.

·         Gambar Simulasi

Gambar 2.2 simulasi rangkaian

Gambar diatas adalah simulasi yang kami lakukan pada multism dengan menggunakan dua op-amp inverting agar outputannya bernilai positif dan kami menggunakan ic LM324  dan R1 menggunakan resistor 470 ohm sedangkan R2 menggunakan 2K8 ohm sesaui dengan perhitunga dan R3,R4 dibuat sama karena op-amp ke dua hanya untuk membalikkan phase. Berikut perhitungan untuk R1 dan R2 yang telah kami hitung :

Misal saya ingin tekanan sensor 50kp maka output tegangan dari sensor adalah 2V dan ingin ouputan dari rangkaian sebesar 12V

Maka :

0                          50kp

0                          2V

Maka :

            12 = m.2 + Voffset

             0 =  m.0 + Voffset     +

            12 = m.2 + 0

            m = 12/2 = 6

Kita tentukan R1 misal 470

Maka :

            R2 = 470 x 6

                 = 2820 atau dibulatkan menjadi 2k7 karena Resistor dipasaran tidak ada 2820

Jadi R1 = 470 ohm

        R2 = 2K7 ohm

        R3,R4 = 470 ohm (bebas asalkan sama nilainya)

        R5 = 1K

BAB III

LANGKAH PEMBUATAN

LANGKAH KERJA :

A.    Tahap merancang

1.      Rancanglah Op-amp sebagai sistem pengkondisi sinyal inverting.

2.      Carilah nilai dari pada R2 sesuai input yang diinginkan dan output yang diinginkan.

3.      Simulasikan dengan multism untuk memastikan perhitungan kita benar.

B.     Tahap Merakit

1.      Buatlah layout dari langkaian dahulu dengan deeptrace atau software lainnya.

Gambar 3.1 layout PCB

2.      Setelah itu print layout yang sudah selesai di buat pada kertas HVS atau sebagainya.

3.      Setelah itu fotocopy-kan layout tadi pada kertas gloosy

4.      Potong kertas gloosy yang sudah ada fotocopy-an dari layout sesuai ukuran

5.      Potong juga PCB  dengan penggaris dan cutter sesai dengan kebutuhan layout.

6.      Sablonkan gambar tadi pada PCB dengan bantuan strika.

7.      Stelah proses penyablonan selesai tracing lagi layout yang kurang bagus dengan menggunakan spidol permanent .

8.      Kemudian buat larutan ferrit setelah itu masukkan pcb pada larutan tersebut hingga pcb terlarut dan membentuk layout.

9.      Cuci PCB hingga bersih kemudian gosok dengan pasir hingga spidol ataupun tinta sablon hilang

10.  Bor pcb sesuai dengan layout

11.  Pasang komponen dan kabel pada layout pcb

12.  Solder kaki-kaki komponen dan rapikan dan pastikan sudah sesuai denga layout (tidak ada yang short )

C.     Tahap Pengetesan

1.      Siapkan Alat ukur dan power supply

2.      Hubungkan vcc denga power supply +12v

3.      Hubungkan Vee dengan -12 volt dan GND dengan GND

4.      Hubungkan Vin dengan tegangan 2V

5.      Ukur dengan Avo pada output rangakain jika keluar 12 atau sesuai dengan perhitungan berarti rangkaian sudah benar.