2. Rangkaian Pengkondisi Sinyal 1
Dalam suatu pengukuran suhu digunakan sensor yang mempunyai sensitivitas sebesar S=10mV/oC. Suhu yang diukur berkisar antara 50oC sampai dengan 150 oC. Keluaran sensor akan diubah menjadi data digital menggunakan ADC 6 bit dengan tegangan referensi sebesar 5V.
a). Rancanglah rangkaian pengkondisi sinyal supaya diperoleh resolusi pengukuran suhu yang terbaik, dan berapa resolusi tersebut?
b). Rancanglah rangkaian pengkondisi sinyal supaya diperoleh resolusi pengukuran suhu sebesar 2oC
c). Berhubungan dengan soal (b), berapa nilai keluaran ADC dalam desimal bila suhu yang diukur bernilai 150oC?
Penyelesaian:
a). Sistem tersebut dapat digambarkan dalam bentuk blog diagram sebagai berikut:
Tegangan keluaran sensor pada nilai-nilai suhu minimum dan maksimum:
Untuk ADC 6 bit dengan tegangan referensi VR= 5V, membutuhkan tegangan masukan dalam rentang antara:
Resolusi pengukuran suhu terbaik dapat diperoleh bila ADC menerima masukan tegangan dalam rentang tersebut. Untuk itu diperlukan pengkonversian rentang tegangan keluaran sensor sedemikian rupa sehingga sesuai dengan rentang tegangan yang diperlukan oleh ADC. Pengkonversian rentang tegangan ini memerlukan suatu rangkaian pengkondisi sinyal.
Perancangan rangkaian pengkondisi sinyal yang paling mudah adalah dengan menentukan fungsi alihnya terlebih dahulu. Fungsi alih rangkaian pengkondisi sinyal ini dapat dinyatakan sebagai sebuah persamaan linier sebagai berikut:
dengan:
Vi = tegangan masukan ADC (yang sama dengan tegangan keluaran rangkaian pengkondisi sinyal)
VT = tegangan keluaran sensor (yang sama dengan tegangan masukan rangkaian pengkondisi sinyal)
A = slope (penguatan)
B = konstanta (tegangan offset)
Nilai A dan B dapat diperoleh dengan memasukkan nilai-nilai maksimum dan minimum pada keluaran sensor dan masukan ADC ke persamaan fungsi alih sehingga diperoleh:
Penyelesaian secara serentak pada Persamaan (1) dan (2) menghasilkan nilai-nilai:
Implementasi Persamaan (3) ke dalam rangkaian elektronik memerlukan:
- sebuah penguat (untuk suku pertama ruas kanan Persamaan (3) )
- sebuah tegangan konstan sebesar 2,4609375 V (untuk suku kedua)
- sebuah penguat penjumlah untuk menjumlahkan suku pertama dan suku kedua.
Rangkaian yang diperlukan adalah sebagai berikut:
Resolusi tegangan pada masukan ADC:
Resolusi tegangan pada masukan rangkaian pengkondisi sinyal:
Resolusi pada masukan sensor (sama dengan resolusi pengukuran suhu):
Resolusi tersebut dapat juga dihitung dengan cara sebagai berikut:
b). Resolusi suhu 2oC menghasilkan resolusi tegangan pada keluaran sensor sebesar:
Besarnya penguatan rangkaian pengkondisi sinyal:
Rangkaian pengkondisi sinyalnya serupa dengan dalam soal (a), tetapi dengan nilai-nilai resistansi dan tegangan offset yang disesuaikan dengan fungsi alih Persamaan (4).
c). Dari fungsi alih Persamaan (4):
Sebelumnya << Download Artikel (doc) >> Selanjutnya