Penguat INSTRUMENTASI

Penguat INSTRUMENTASI

            Penguat yang paling banyak digunakan untuk pengukuran, instrumentasi, atau pengendalian adalah penguat instrumentasi. Penguat ini dirancang dengan beberapa op-amp dan tahanan presisi, yang membuat rangkaiannya sangat stabil dan berguna bilamana ketelian merupakan hal yang sangat penting. Sekarang ini terdapat banyak rangkaian terpadu dan versi-versi modul yang tersedia dalam praktek-praktek tunggal. Sayangnya paket-paket ini relatif mahal. Tetapi bila yang diperlukan adalah penampilan dan presisi, maka harga tersebut cukup memadai, karena penampilannya tidak dapat ditandingi oleh rata-rata op-amp.[3]

            Penguat instrumentasi adalah salah satu dari penguat-penguat yang paling bermanfaat, cermat, dan serbaguna yang ada pada saat ini. Penguat ini dibuat dari tiga penguat dan tujuh tahanan, seperti terlihat pada Gambar 2.3.1 dibawah. [3]

 

Gambar 2.3.1 Penguat Instrumentasi

Untuk menyederhanakan analisis rangkaiannya, catatlah saja bahwa penguat instrumentasi sesungguhnya dibuat dengan menghubungkan sebuah penguat tersangga seperti Gambar 2.3.2 dibawah :[3]

 

Gambar 2.3.2 Penguat tersangga

ke penguat diferensial dasar seperti Gambar 2.3.3 dibawah:

 

Gambar 2.3.3 Penguat diferensial dasar

           

Op-amp ke tiga dan empat hambatan yang sama membentuk sebuah penguat defernsial dengan gain sebesar 1 kali. Yang harus digandengkan hanyalah tahanan- tahanan R saja. Tahanan yang disiapkan R’ dapat diubah-ubah untuk menyeimbangkan setiap teganagn mode bersama, seperti terlihat pada gambar dibawah. Hanya ada satu tahanan, aR, yang digunakan untuk menyetel gain sesuai dengan persamaan :[3]

  

Di mana a = aR/R

1 diterapkan ke masukan (+) nya dan E2 ke masukan (-) nya. VO sebanding dengan perbedaan antara tegangan-tegangan masukan.[3]

 

Ciri-ciri penguat instrumentasi diringkaskan sebagai berikut :[3]

1.         Gain tegangannya, dari masukkan diferensial (E1-E2) ke keluaran berujung tunggal, disetel oleh satu tahanan.

2.         Resistansi masukan dari kedua masukannya sangat tinggi dan tak berubah jika gainnya berubah.

3.         VO tidak tergantung pada tegangan bersama E1 maupun E2 (tegangan mode bersama, melainkan hanya pada perbedaan keduanya.

 

2.4       analog ke digital konverter

Pada dasarnya pengubah analog ke digital menerapkan rangkaian pembanding yang membandingkan suatu tegangan yang tidak diketahui terhadap sebuah tegangan referensi dan menunjukkan yang mana dari kedua tegangan tersebut lebih besar.[4]

Ada berbagai macam metode yang digunakan yaitu  metode simultan, metode pencacah, metode kontinyu, dan yang paling sering digunakan yaitu metode pendekatan berturut-turut karena memiliki waktu konversi yang lebih cepat.[4]

Pengubah analog ke digital jenis pendekatan berturut-turut (Successive Aproximation Analog to Digital Converter) membandingkan masukan analog terhadap sebuah tegangan referensi dari pengubah digital ke analog yang berulang-ulang dibagi menjadi dua bagian, proses ini digambarkan sebagai berikut:[4]

 

 

Gambar 2.4.1

Operasi pengubah analog ke digital metode pendekatan berturut-turut

 

Metode pendekatan berturut-turut sedikit lebih rumit daripada metode-metode yang lain, karena ia memerlukan sebuah register pengontrol khusus untuk membuka pulsa-pulsa ke bit pertama, kemudian ke bit kedua dan seterusnya. Akan tetapi biaya tambahan untuk register pengontrol ini adalah kecil, sehingga pengubah dapat menangani sinyal-sinyal kontinyu dan tidak kontinyu dengan resolusi yang besar dan kecil pada kecepatan yang tinggi.[4]

Resolusi pengubah analog ke digital didefenisikan sebagai jumlah bit pada keluaran unit jenis biner. Pengubah analog ke digital dengan keluaran biner memiliki resolusi 4, 6, 8, 10, 12, 14 dan 16 bit. Kesalahan kecil yang muncul pada saat menggunakan biner bebas melangkah untuk menunjukkan tegangan analog kontinyu yang disebut Quantizing Errors.[4]

Pengubah analog ke digital 16 bit lebih akurat dari unit 4 bit karena pengubah ini membagi masukan atau tegangan acuan menjadi langkah-langkah bebas yang lebih kecil. Contohnya, setiap langkah pada pengubah analog ke digital 4 bit dapat menjadi 1/15 tegangan masukan (24-1=15). Ini merupakan resolusi sebesar 6,7% (1/15 X 100 = 6,7%). Meskipun demikian, pengubah analog ke digital 8 bit mempunyai sistem penambah yang lebih baik. Unit 8 bit mempunyai langkah bebas sebanyak 255 (28-1=255). Berarti besar resolusinya adalah 0,39% (1/255 X 100 = 0,39%). Unit 8 bit mempunyai resolusi yang lebih baik atau akurat dibanding pengubah analog ke digital 4 bit.[4]

            Gambar 2.4.2 menggambarkan ADC0804 yang dihubungkan ke AT89C51, lengkap dengan rangkaian osilator yang dibentuk dengan C1, C2 dan kristal 12 MHz, dan rangkaian reset yang dibentuk dengan C3 dan R1. Catu Daya untuk ADC0804 merupakan catu daya standar bagi rangkaian digital, yakni +5 Volt.[5]

            ADC0804 memerlukan sinyal denyut untuk bekerja, sinyal denyut ini bisa diumpan dari luar ADC0804, tapi bisa bisa pula dibangkitkan sendiri oleh ADC0804. Dalam Gambar 2.4.2 rangkaian denyut tersebut dibangkitkan lewat bantuan resistor R2 (terhubung pada kaki 19 dan 4) dan kapasitor C4 (terhubung antara kaki 19 dan ground).[5]

Waktu yang diperlukan konversi tegangan analog menjadi besaran digital, sekitar 64 periode dari sinyal denyut di atas, dengan demikian makin tinggi frekuensi sinyal denyut tadi makin cepat pula waktu konversi. Frekuensi sinyal denyut tersebut tidak boleh lebih dari 1460 KHz, dan umumnya cukup dipakai 640 KHz.[5]

            Berlainan dengan DAC0800, ADC0804 adalah IC yang siap dihubungkan ke saluran-data sistem mikroprosesor, sehingga rangkaian dalam Gambar 2.4.2 ADC0804 dihubungkan lewat P0 yang difungsikan sebagai saluran-data. [5]

            Untuk keperluan ini sinyal-sinyal pengendali ADC0804 dipilih sinyal WR* (kaki 16 AT89C51) yang dihubungkan ke WR* (kaki 3 ADC0804), sinyal RD* (kaki 17 AT89C51) yang dihubungkan ke RD* (kaki 2 ADC0804). Sinyal WR* dan RD* dari AT89C51 merupakan sinyal pengendali saluran-data, yang dipakai saat AT89C51 bekerja dengan memori-data ekternal.[5]

Sinyal INTR* (kaki 5 ADC0804) dihubungkan ke INT0* (kaki 12 AT89C51), dipakai untuk memberitahu AT89C51 saat ADC0804 sudah selesai konversi data analog.[5]

 

Gambar 2.4.2 Hubungan AT89C51 dengan ADC0804

            Dalam rangkaian Gambar 2.4.2, ADC0804 menunggu perintah dari AT89C51 untuk mulai melakukan konversi tegangan analog, perintah ini berupa perubahan tegangan dari ‘1’ menjadi ‘0’ pada WR* (kaki 3 ADC0804). Hal ini dilakukan dengan instruksi MOVX @R0,A, yakni perintah menuliskan data ke memori-data eksternal yang di-sinkron-kan dengan sinyal WR* (kaki 16 AT89C51) menjadi ‘0’ sesaat.[5]

            Setelah menerima perintah tersebut, ADC0804 mulai melakukan konversi yang memerlukan waktu sekitar 64 periode sinyal denyut pada kaki CLK (kaki 4 ADC0804). Selesai konversi, ADC0804 me-‘nol’-kan INTR* (kaki 5 ADC0804), sinyal ini diterima AT89C51 lewat INT0* (kaki 12 AT89C51). AT89C51 menunggu sinyal INTR* dari ADC0804 dengan instruksi JB INT0,$.[5]

            Berikutnya AT89C51 mengambil data hasil konversi ADC0804 dengan intruksi MOVX A,@R0. Instruksi ini merupakan instruksi untuk mengambil data dari memori-data ekternal, dalam melaksanakan instruksi ini MCS51 membuat RD* (kaki 17 AT89C51) sesaat menjadi ‘0’, sinyal ini diterima ADC0804 lewat kaki 2 yang mengakibatkan penyangga (tristate buffer) pada DB0 .. DB7 (kaki 18 sampai 11 ADC0804) mem-‘buka’, sehingga data hasil konversi ADC0804 bisa diambil AT89C51 lewat P0.0 .. P0.7.[5]

            Dalam pembahasan di atas, R0 hanya sekedar dipinjam untuk melaksanakan instruksi-instruksi memori-data ekternal, MOVX A,@R0 maupun MOVX @R0,A, nilai dari R0 tidak berpengaruh, mengingat dalam rangkaian Gambar 2.4.2 pada saluran-data hanya dipasang ADC0804 saja, tidak ada peralatan digital lainnya.[5]

            Program pendek untuk melakukan hal hal tersebut di atas, dengan demikian bisa dituliskan sebagai berikut :[5]

01: ReadADC0804:

02:     MOVX @R0,A

03:     JB   INT0,*

04:     MOVX A,@R0

05:     RET

Penguat INSTRUMENTASI | Moch Wahib Dariyadi | 4.5

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *