ELECTRICAL ENGINEERING

BAB XV
[menuju akhir]

15.5 INSTRUMENTATION CIRCUITS

[HOME]

DAFTAR ISI

1. Instrumentation Circuits

1. Instrumentation Circuits [KEMBALI]
1.1 Tujuan [KEMBALI]
  1. Mengetahui prinsip kerja dari rangkaian Instrumentation Circuits.
2. Mengetahui komponen rangkaian Instrumentation Circuits.

1.2 Komponen[KEMBALI]
  A. Resistor
Resistor adalah komponen listrik dua terminal pasif yang menerapkan hambatan listrik sebagai elemen rangkaian. Di sirkuit elektronik, resistor digunakan untuk mengurangi aliran arus, menyesuaikan level sinyal, membagi tegangan , membiasakan elemen aktif, dan mengakhiri saluran transmisi , di antara kegunaan lain. Resistor daya tinggi yang dapat menghilangkan banyak watt daya listrik sebagai panas, dapat digunakan sebagai bagian dari kontrol motor, dalam sistem distribusi daya, atau sebagai beban uji untuk generator.

B. Op-Amp

Operational Amplifier atau lebih dikenal dengan istilah Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas.

Pengertian Op-Amp (Operational Amplifier) dan Karakteristiknya

C. Generator AC

Generator arus bolak-balik berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik arus bolak-balik. Generator arus bolak-balik berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik arus bolak-balik. Generator Arus Bolak-balik sering disebut juga seabagai alternator, generator AC (alternating current), atau generator sinkron.

Alternator / Sinusoidal generator symbol

D. Ground

Ground adalah titik yang dianggap sebagai titik kembalinya arus listrik arus searah atau titik kembalinya sinyal bolak balik atau titik patokan (referensi) dari berbagai titik tegangan dan sinyal listrik di dalam rangkaian elektronika.

Pengertian dan Fungsi Grounding Listrik | Panduan Teknisi

E. Osciloscope

Osiloskop adalah alat ukur elektronika yang berfungsi memproyeksikan bentuk sinyal listrik agar dapat dilihat dan dipelajari. Osiloskop dilengkapi dengan tabung sinar katode. Peranti pemancar elektron memproyeksikan sorotan elektron ke layar tabung sinar katode. Sorotan elektron membekas pada layar. Suatu rangkaian khusus dalam osiloskop menyebabkan sorotan bergerak berulang-ulang dari kiri ke kanan.

1.3 Dasar Teori [KEMBALI]

Area aplikasi op-amp yang populer adalah di sirkuit instrumentasi seperti voltmeter ac atau ac. Beberapa rangkaian tipikal akan menunjukkan bagaimana op-amp dapat digunakan.

DC Millivoltmeter
Gambar 15.25 menunjukkan 741 op-amp yang digunakan sebagai penguat dasar dalam dc millivoltmeter. Amplifier menyediakan meter dengan impedansi input tinggi dan faktor skala yang hanya bergantung pada nilai dan akurasi resistor. Perhatikan bahwa pembacaan meter mewakili milivolt sinyal pada input rangkaian. Analisis rangkaian op-amp menyediakan fungsi transfer rangkaian.

Jadi, input 10 mV akan menghasilkan arus melalui meteran 1 mA. Jika input 5 mV, arus yang melalui meter akan 0,5 mA, yang merupakan defleksi setengah skala. Mengubah Rf ke 200 k, misalnya, akan menghasilkan faktor skala rangkaian

menunjukkan bahwa meteran sekarang membaca 5 mV, skala penuh. Harus diingat bahwa membangun millivoltmeter seperti itu membutuhkan pembelian op-amp, beberapa resistor, dioda, kapasitor, dan pergerakan meter.

AC Millivoltmeter

Contoh lain dari rangkaian instrumentasi adalah ac millivoltmeter yang ditunjukkan pada Gambar 15.26. Fungsi transfer sirkuit adalah

yang nampak sama dengan dc millivoltmeter, kecuali bahwa dalam hal ini sinyal yang ditangani adalah sinyal ac. Indikasi meter memberikan defleksi skala penuh untuk tegangan input ac 10 mV, sedangkan input ac 5 mV akan menghasilkan defleksi setengah skala dengan pembacaan meter ditafsirkan dalam unit millivolt.

Driver Tampilan

Gambar 15.27 menunjukkan sirkuit op-amp yang dapat digunakan untuk menggerakkan tampilan lampu atau tampilan LED. Ketika input noninverting ke sirkuit pada Gambar. 15.27a berjalan di atas input inverting, output di terminal 1 pergi ke level saturasi positif (dekat 5 V dalam contoh ini) dan lampu digerakkan ketika transistor Q1 melakukan. Seperti yang ditunjukkan dalam rangkaian, output op-amp memberikan 30 mA arus ke basis transistor Q1, yang kemudian menggerakkan 600 mA melalui transistor yang dipilih sesuai (dengan 20) mampu menangani jumlah arus itu. Gambar 15.27b menunjukkan sirkuit op-amp yang dapat memasok 20 mA untuk menggerakkan tampilan LED ketika input non-inversi menjadi positif dibandingkan dengan input inverting.

Amplifier Instrumentasi

Sirkuit yang menyediakan output berdasarkan perbedaan antara dua input (kali faktor skala) ditunjukkan pada Gambar. 15.28. Potensiometer disediakan untuk memungkinkan penyesuaian faktor skala rangkaian. Sementara tiga op-amp digunakan, IC op-amp quad-tunggal adalah semua yang diperlukan (selain komponen resistor). Tegangan output dapat ditunjukkan

1.4 Prinsip Kerja [KEMBALI]

Prinsip kerja penguat instrumentasi adalah memperkuat tegangan yang langsung berasal dari suatu sensor atau tranduser yang umumnya sangat kecil. Penguat ini terdiri dari penguat diferensial dan penguat penyangga. Besar penguatan dari penguat instrumentasi tergantung dari nilai hambatan resistor. Dengan merubah nilai Rg, penguatan yang dihasilkan dapat diatur sesuai kebutuhan.
Cara kerja penguat instrumentasi adalah, Idealnya arus ke Op-amp tahap input adalah nol. Oleh karena itu arus I melalui resistor R1, Rgain, dan R1 tetap sama.

Menerapkan hukum Ohm antara node E dan F,

I = (Vo1-Vo2)/(R1 + Rgain + R1) ………………………. (1)

I = (Vo1-Vo2)/(2R1 + Rgain)

Karena tidak ada arus yang mengalir ke input Op-amp 1 & 2, arus I antara node G dan H dapat diberikan sebagai,

I = (VG-VH)/Rgain = (V1-V2)/Rgain ………………………. (2)

Menyamakan persamaan 1 dan 2,

(Vo1-Vo2)/(2R1 + Rgain) = (V1-V2)/Rgain

(Vo1-Vo2) = (2R1 + Rgain) (V1-V2)/Rgain ………………………. (3)

Output dari perbedaan penguat diberikan sebagai,

Vout = (R3/R2) (Vo1-Vo2)

Oleh karena itu, (Vo1 - Vo2) = (R2/R3) Vout

Mengganti nilai (Vo1 - Vo2) nilai dalam persamaan 3, kita dapatkan

(R2/R3) Vout = (2R1 + Rgain) (V1-V2)/Rgain

yaitu Vout = (R3/R2) {(2R1 + Rgain)/Rgain} (V1-V2)

Persamaan di atas memberikan tegangan output dari penguat instrumentasi.
Gain keseluruhan amplifier diberikan oleh istilah (R3/R2) {(2R1 + Rgain)/Rgain}.
Gain tegangan keseluruhan dari penguat instrumentasi dapat dikontrol dengan menyesuaikan nilai resistor Rgain.
Redaman sinyal mode umum untuk penguat instrumentasi disediakan oleh perbedaan penguat.

1.5 Contoh Soal [KEMBALI]

1. Hitung ekspresi tegangan keluaran untuk rangkaian Gambar 15.29.