pertemuan ke 8 selasa, 16 oktober 2012

28
Sensor-Transduser TEUM@2012 1 Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012

Upload: jorjanna-gomez

Post on 14-Mar-2016

70 views

Category:

Documents


7 download

DESCRIPTION

Sensor Cahaya. Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012. POKOK BAHASAN. Review Sensor Cahaya Pengkondisi Sinyal dengan Operational Amplifier (Op amp) Panduan Perancangan. Fotovoltaic ( Solar Cell/ Fotocell ). - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012

Sensor-Transduser TEUM@20121

Pertemuan ke 8Selasa, 16 Oktober 2012

Page 2: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012

Sensor-Transduser TEUM@2012 2

POKOK BAHASAN

•Review Sensor Cahaya•Pengkondisi Sinyal dengan

Operational Amplifier (Op amp)•Panduan Perancangan

Page 3: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012
Page 4: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012

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.

Page 5: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012

Aplikasi Sensor Solar Cell

Page 6: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012

Sensor LDR6 (Fotoconductiv families)

Page 7: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012

LDR (Light Dependent Reisistor)

LDR (Light Dependent Resistor)

Nilai resistansi pada LDR : Ada cahaya resistansinya = rendah

Tidak ada cahaya resistansinya = besar

Page 8: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012
Page 9: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012

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

Page 10: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012

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.

Page 11: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012

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:

Page 12: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012

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

Page 13: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012

Sensor-Transduser TEUM@2012 13

Penguat Penyangga (Pengikut Tegangan)

+

-

VoVi

Vo = Vi

Page 14: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012

Sensor-Transduser TEUM@2012 14

Penguat MenjumlahR2R1

R3

+

-

V2

V1

Vo

2

3

21

1

2 VRRV

RRVO

Page 15: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012

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.

Page 16: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012

Sensor-Transduser TEUM@2012 16

Rangkaian Penguat Instrumentasi

Vout

R3R2

R2+

-

R1

R1

RG

+

+

-

-

R3

V1

V2

122

3121 VVRR

RRVG

out

Page 17: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012

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.

Page 18: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012

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).

Page 19: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012

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.

Page 20: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012

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.

Page 21: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012

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

Page 22: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012

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

Page 23: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012

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:

Page 24: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012

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.

Page 25: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012

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.

Page 26: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012

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.

Page 27: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012

Sensor-Transduser TEUM@2012 27

- 15V

- 4,6152 V

Page 28: Pertemuan ke 8 Selasa, 16 Oktober 2012

Sensor-Transduser TEUM@2012 28