Sinyal dari sensor dapat memiliki rentang tegangan besar, rentangan tegangan kecil ataupun tegangan negatif dan positif. ADC pada mikroprosesor umumnya hanya dapat menerima input tegangan positif dengan rentang tegangan terbatas. Untuk itu sinyal dari sensor perlu diperkuat/diperlemah, dan digeser supaya tepat dengan rentang tegangan ADC.
Daftar Isi
Skema Rangkaian
Berikut ini contoh rangkaian untuk melakukan pengkondisian sinyal tersebut.
Dasar Teori
Rangkaian ini terdiri dari 3 bagian:
- inverting amplifier
- buffer amplifier
- summing amplifier
Inverting amplifier
Komponen IC1 berfungsi sebagai inverting amplifier. Menguatkan input dan membalik polaritasnya.
Berikut ini bentuk dasar rangkaian inverting 
Buffer amplifier
Detail dan rumus-rumus terkait dapat dipelajar di Inverting Amplifier
Komponen IC2 berfungsi sebagai buffer
Summing amplifier
Detail dan rumus-rumus buffer amplifier dapat dipelajari di Buffer Amplifier
Komponen IC3 berfungsi sebagai summing amplifier / adder / penjumlah.
Detail dan rumus-rumus summing amplifier dapat dipelajari di Summing Amplifier
Cara Kerja
Cara kerja rangkaian adalah sebagai berikut
Rangkaian ini terdiri dari 3 buah op-amp. Op-amp yang digunakan adalah LM358. Power supply plus minus 12 volt, dari DC to DC converter.
IC1 berfungsi sebagai penguat/peredam inverting. Penguatan/peredaman dapat diatur dengan menggunakan potensiometer VR1. Total penguatan/redaman dapat dihitung berdasarkan nilai R1 dan VR1.
Tegangan untuk menggeser naik-turun tegangan dihasilkan oleh VR2. Pada contoh ini sumber tegangan menggunakan power supply -12 volt. Jika diinginkan ketelitian lebih tinggi, sumber tegangan dapat menggukan dioda zener atau sumber tegangan referensi yang lebih baik. Pada contoh ini tegangan penggeser adalah negatif, karena hanya diperlukan penaikan tegangan Jika diinginkan juga penurunan tegangan, maka tegangan referensi yang diperlukan adalah plus minus 12 volt.
IC2 berfungsi sebagai buffer dari VR2. Jika tidak ada IC2, resistansi dari VR2 dapat mempengaruhi penguatan summing amplifier, karena resistansi dari VR2 akan diseri dengan R3.
Sinyal hasil penguatan/peredaman dan sinyal penggeseran dijumlahkan dengan menggunakan IC3. IC3 dikonfigurasikan sebagai op-amp penjumlah inverting.
Pada contoh ini semua resistor yang digunakan sama, 1k ohm untuk memudahkan pembuatan dan perhitungan.
Untuk lebih amannya , pada bagian output perlu dipasang dioda clamp, supaya tegangan output tidak melebihi batas maksimum dan minimum ADC pada mikrokontroler.
Foto Alat
Pada percobaan ini, digunakan sinyal dengan frekuensi 50 Hz dan tegangan amplitudo 1 volt.
Sumber sinyal dengan generator sinyal GW Instek AFG-2012.
Pengukuran sinyal dengan Osiloskop GW Instek GDS-1152-U
Implementasi rangkaian dengan breadboard, sebagai berikut:
Foto Sinyal
Berikut ini contoh sinyal yang dihasilkan.
Pertama-tama sinyal dengan penggeseran tanpa penguatan.
Sinyal input pada kanal 1, dengan warna kuning. Sinyal output pada kanal 2, dengan warna biru.
Berikut ini sinyal yang diredam, dan digeser naik ke positif.
Berikut ini sinyal dengan penguatan dan penggeseran naik.
Arduino Nano memerlukan tegangan ADC antara 0~5 volt atau 0~1,1 volt, tergantung setting tegangan referensi ADC tersebut. Arduino Nano KW biasanya tegangan VCC nya adalah kurang dari 5 volt, sekitar 4,6 volt. Untuk itu perlu tegangan input ADC antara 0 ~ 4 volt. Berikut ini contoh sinyal (biru) yang sudah cocok untuk rentang tersebut.
Output dari op-amp dibatasi oleh tegangan supply. Percobaan berikut menunjukkan apa yang terjadi jika output mengalami saturasi.
Output (warna biru) mengalami saturasi di 7.12 volt. Tegangan supply positif yang dipakai adalah 9 volt. Datasheet LM358 menunjukkan bahwa LM358 memiliki ‘voltage output swing to rail’ sebesar 1.35 volt sampai 1,61 volt tergantung arus output. Hasil pengukuran menunjukkan jarak antara output ke VCC adalah 1,88 volt, masih di sekitar angka yang ditunjukkan di datasheet LM358.
Referensi
- Summing Amplifier
- Design of a flexible analog signal conditioning circuit for DSP-based systems.
- Datasheet LM358
- Wikipedia: Summing Amplifier
- Wikipedia: Inverting Amplifier
- Wikipedia: Buffer Amplifier