3. “operasi yang dilakukan pada sinyal untuk
merubah bentuknya ke suatu bentuk yang sesuai
untuk dihubungkan dengan elemen - elemen lain
di dalam proses kendali”
berdasarkan bentuk sinyalnya, signal
conditioning dibagi atas :
⚫ Analog signal conditioning
⚫ Digital signal conditioning
SIGNAL CONDITIONING
4. ANALOG SIGNAL CONDITIONING
OBJECTIVE INSTRUCTIONAL
1. Cara pengkondisian sinyal digital
2. Desain aplikasi Jembatan Wheatstone
3. Analisis RC Filter
4. Untai pengkondisi sinyal dengan op amp
5. Desain pengkondisi sinyal untuk
konversi berbagai variasi tegangan
6. Karakteristik beban untuk konfigurasi
untai op amp
5. MACAM - MACAM PENGKONDISIAN SINYAL
PERUBAHAN TINGKAT SINYAL
Merupakan pengkondisi sinyal yang paling sederhana
: - melemahkan atau menguatkan sinyal suara
- menaikkan/ menurunkan tegangan
KONVERSI
Melakukan konversi satu jenis variasi elektrik ke bentuk lain
: - merubah resistansi ke bentuk tegangan atau arus
Diperlukan rangkaian untuk konversi sbg jembatan ( bridge )
Dapat juga dalam bentuk konversi bentuk sinyal, discrete ke
analog atau sebaliknya.
LINEARISASI
Merubah sinyal dari tak linear menjadi sinyal linear
6. MACAM–MACAM PENGKONDISIAN SINYAL
FILTER
⚫ Misal : low pass filter, high pass , dll..
⚫ Tujuan : menyesuaikan dengan kebutuhan piranti selanjutnya
karena adanya masukkan yang tdk diinginkan
⚫ Contoh : fase transien dari start motor menyebabkan adanya
detak / pulsa yang tak diinginkan
⚫ Penyaringan dpt menggunakan filter pasif dengan R, L, dan C
atau dapat menggunakan filter aktif dengan gain dan umpan
balik.
7. MACAM–MACAM PENGKONDISIAN SINYAL
PENYESUAI IMPEDANSI ( impedance match )
⚫ Impedansi dari transducer dapat mempengaruhi impedansi saat
pengukuran, sehingga perlu dilakukan penyesuaian.
⚫ Konsep Pembebanan
Dalam suatu rangkaian yang saling berhubungan dapat dimungkinkan
rangkaian selanjutnya dapat menjadi beban dari rangkaian sebelumnya.
Hal ini akan mempengaruhi pengkondisian sinyal
Rx
Vx Vy
Elements
+
−
=
x
L
x
x
y
R
R
R
V
V 1
RL
8. CARA PENGKONDISIAN SINYAL
1. Passive circuit
1. Untai Pembagi ( divider circuit)
2. Untai Jembatan (bridge circuit)
2. Operational Amplifier
1. Pengikut tegangan ( voltage follower)
2. Inverting Amplifier
3. Differential Instrumentation Amplifier
4. Volatge to current converter
5. Current to voltage converter
9. PASSIVE CIRCUIT / UNTAI PASIF
R1
R2
Vs
VD
UNTAI PEMBAGI
Sering digunakan untuk melakukan konversi variasi resistansi
ke tegangan
2
1
2
R
R
V
R
V s
D
+
=
10. UNTAI JEMBATAN
3
1
3
R
R
VR
Va
+
=
JEMBATAN WHEATSTONE
•Jaringan ini digunakan pada aplikasi pengkondisian sinyal di mana
suatu sensor merubah resistansi dengan proses variabel.
•Analisa awal : asumsikan impedansi detektor adalah tak terhingga.
•Dalam hal ini beda-potensial ΔV antara poin a dan b, adalah :
ΔV = Va – Vb
Dimana Va = potensial titik a dengan berkenaan dengan c
Vb = potensial titik b dengan berkenaan dengan c
a
b
R1
R2
R3
R4
V
D
4
2
4
R
R
VR
Vb
+
=
11. 4
2
4
3
1
3
R
R
VR
R
R
VR
V
+
−
+
=
( ) ( )
4
2
3
1
4
1
2
3
R
R
R
R
R
R
R
R
V
V
+
+
−
=
Agar delta V sama dengan nol maka nilai
R3R2 – R1R4 =0
Maka
R3R2 = R1R4
PERSAMAAN PADA JEMBATAN WHEATSTONE
a
b
R1
R2
R3
R4
V
D
14. GALVANOMETER DETECTOR
Penggunaan suatu galvanometer
sebagai detektor null
Perbedaan :
⚫ Resistan dari detektor rendah
⚫ Offset untai jembatan diganti
dengan offset arus
)
)(
( 4
2
3
1
4
1
2
3
R
R
R
R
R
R
R
R
V
VTh
+
+
−
=
Resistansi Thevenin ditemukan dengan
menggantikan tegangan sumber
dengan hambatan dalamnya dan
menghitung resistansi antara terminal a
dan b jaringan itu
Cara menentukan offset arus :
Mencari ekuivalen untai
thevenin.Tegangan Thevenin adalah
perbedaan tegangan sirkuit terbuka
antara titik a dan b dari sirkit.
4
2
4
2
3
1
3
1
R
R
R
R
R
R
R
R
RTh
+
+
+
=
G
Th
Th
G
R
R
V
I
+
=
16. Lead compensation
R4
R1
R3
R2
V
D
a b
PROSES
Kabel 1
Kabel 2
Kabel 3
Pada suatu proses kontrol,
dimungkinkan sensor diletakkan
pada lokasi yang jauh dari ruang
kendali ( dalam hal ini sebagai
sensor digunakan resistor ). Ternyata
hal ini akan menyebabkan perubahan
resistan yang mewakili perubahan
pada proses manjadi tidak tepat lagi
karena adanya efek pemanasan kabel
sambungan, penambahan resistan
kabel , perubahan suhu, chemical
process,dll).
Untuk mengatasi hal tersebut digunakan lead compensation dimana memfungsikan R3
juga sebagai sensor yang mengkompensasi perubahan dari lingkungan dengan
perubahan besar R3
19. MODIFIKASI DARI JEMBATAN WHEATSTONE
Jembatan Penyeimbang Arus ( Current Balance Bridge )
⚫ Merupakan antisipasi dari kelemahan jembatan wheatstone yang
tidak dapat dengan cepat me reset ( null detection ) nilai
resistor yang digunakan sebagai sensor saat proses
berlangsung. Dengan metode ini dapat diperoleh keadaan self
nulling
⚫ Metode ini menggunakan arus null jembatan dengan suatu loop
tertutup. Pada R4 ditambahkan secara seri R5 ( R4 >> R5 ).
23. Jembatan arus bolak balik ( ac bridge )
Konsep jembatan pada bagian ini dapat diterapkan dengan mencocokkan
impedansi secara umum, seperti halnya ke resistansi. Analisa dan perilaku
jembatan pada dasarnya sama. Tetapi impedansinya menggantikan resistansi.
( )( )
4
2
3
1
4
1
2
3
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
E
E
+
+
−
=
4
1
2
3 Z
Z
Z
Z =
24. Filter RC
FUNGSI DAN TUJUAN
Untuk menghapus noise yang diakibatkan dari pengukuran sinyal. Sering
diperlukan sirkit yang menghalangi frekuensi tertentu atau ikatan-ikatan
frekuensi
“Sirkuit ini dinamakan filter yang dapat dibangun dari resistor dan
kapasitor tunggal”
Jenis Filter
- Low pass filter ( pelewat rendah )
Disebut tapis pelewat-rendah karena menghalangi frekuensi tinggi dan
melewatkan frekuensi rendah
- High pass filter ( pelewat tinggi )
Disebut tapis pelewat-tinggi karena menghalangi frekuensi rendah dan
melewatkan frekuensi tinggi
27. HIGH PASS FILTER
High Pass Filter
2
1
2
1
+
=
c
in
out
f
f
fc
f
V
V )
/
(
Voltage ratio
28.
29. OPERATIONAL AMPLIFIER
Operational Amplifier disebut juga penguat operasional yang
merupakan penguat differensial yang mempunyai perolehan
yang tinggi. Istilah penguat operasional digunakan pertama kali
untuk penguat dc untuk membentuk operasi penjumlahan,
pengurangan, integral dan differensial dalam komputer analog.
Selain itu dapat juga digunakan sebagai pengatur tegangan, filter
aktif, instrumentasi, ADC dan DAC, dll.
Penggunaan op amp yang akan dibahas disini adalah :
1. Ideal op amp ( non inverting dan inverting amp )
2. Op amp sebagai voltage follower
3. Op amp sebagai summing amplifier
4. Differential instrumentation amplifier
5. Voltage to current converter
6. Current to voltage converter
30. OPERATIONAL AMPLIFIER
TINJAUAN SECARA UMUM
LAMBANG DALAM RANGKAIAN
V1-V2
Vsat
-Vsat
⚫ Non Inverting Amplifier
1. Tegangan V1 > V2, V1-V2 bernilai
positif, sehingga Vsaturasi positif.
Jika V1-V2 bernilai negatif, ( V2>V1)
maka Vsaturasi juga bernilai negatif
2. Impedans antar inputnya bernilai
infinite
3. Impedans pada outputnya zero
31. Ideal Op Amp
R2
R1
Vin
I1
I2
Is= 0
Inverting Amplifier
Resistor R2 digunakan untuk balikan
keluaran pada masukan dari op amp,
dan R1 menghubungkan voltase
masukan pada titik yang sama
Koneksi yang umum disebut summing
junction / summing junction.
Dapat kita lihat bahwa dengan tanpa
umpan balik dan terminal + di ground,
maka Vin (+) mengasilkan Vsat (-) dan
Vin (-) menghasilkan Vsat (+)
•Tegangan pada summing point adalah sama dengan tegangan terminal (+) = 0
•Tidak ada arus mengalir diantara terminal input karena impedans dianggap
infinite
32. INVERTING OP AMP
0
2
1 =
+ I
I
0
2
1
=
+
R
V
R
V out
in
Jumlah arus mengalir pada summing point adalah = 0
Karena tegangan summing point = 0, sesuai hukum Ohm maka :
in
out V
R
R
V
1
2
−
=
Sirkuit diatas menghasilkan R2/R1 dengan fase yang digeser sebesar 180o.
Dengan nilai R2 < R1 maka rangkaian diatas berfungsi dsebagai attenuator
33. PENGGUNAAN OP AMP
Voltage Follower
Rangkaian ini mempunyai
perolehan sebesar 1 ( dimana
Vin = Vo ). Yang terjadi adalah
perubahan impedans, pada
tegangan input punya
impedans yang tinggi, tetapi
pada tegangan keluaran
impedansnya menjadi rendah
dimana tidak terjadi
perubahan tegangan.
35. contoh
Buatlah rangkaian menggunakan op amp yang
memenuhi : 3,4Vin +5 = Vout
Salah satu model penyelesaian
Hasil pada op amp pertama masih
bernilai negatif, op amp kedua
berfungsi untuk membalik tanda
Perhatikan pada pemilihan nilai
resistor, nilai yang besar dipilih
untuk menjaga arus pad kisaran
miliampere
36. NON INVERTING AMP
0
2
1 =
+ I
I
0
2
1
=
−
+
R
V
V
R
V out
in
in
in
out V
R
R
V )
1
(
1
2
+
=
37. PENGGUNAAN OP AMP
Differential Amplifier
Untuk memperoleh gain antara
selisih dua input tegangan
digunakan differential amplifier.
Pada op amp biasa tegangan
keluaran biasanya direernsikan ke
ground
( )
1
2
2
1
V
V
R
R
Vout −
=
38. PENGGUNAAN OP AMP
Instrumentation amplifier
Penguat diferensial dengan impedans masukan tinggi dan impedans
keluaran rendah memberi amplifier instrumentasi yang khusus
( )( )
( )
1
2
1
0
3
1
2
1
V
V
R
R
R
R
V −
+
=
39. contoh
Sebuah untai jembatan dengan nilai R4 bervariasi dari 100 s.d 102
ohm,jelaskan bagaimana penggunaan instrumentation amp untuk
memperoleh gain output antara 0 s.d 2,5 volt.
Diketahui :
R1 : 100 K ohm R2 = R3 : 1 K ohm R4 : 100 s.d 102 ohm, pada saat R4 = 100 maka
selisih tegangan bernilai nol, saat R4 bernilai 102 maka :
mV
V
Vb
Va
V
75
,
24
)
102
100
102
100
100
100
(
5
)
(
−
=
+
−
+
=
−
=
Tanda negatif menunjukkan Vb > Va
40. Rangkaian instrumentation amp
Untuk memperoleh output 2,5 volt pada saat R4 bernilai 102 ohm,
maka diperlukan gain sebesar ( 2,5 / 2,475 ) = 101 kali
2000
)
1000
1000
)(
200000
1
(
101
=
+
=
G
G
R
R
Agar tidak terbalik polaritasnya,
Va dihubungkan ke V1,
Vb dihubungkan ke V2
41. PENGGUNAAN OP AMP
Voltage to Current Converter
i
V
R
R
R
I
3
1
2
=
( )
5
4
3
3
5
4
1
R
R
R
R
I
V
R
R
R m
sat
m
+
+
−
+
=
Rml = maximum load resistance < Vsat/ Im
Im = maximum current
