Materi 5.docx

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Penyediaan sarana komunikasi nirkabel banyak mendapatkan kendala. Pada jaringan nirkabel setiap pengiriman sinyal selalu terjadi gangguan yang mempengaruhi kinerja dan menurunnya kualitas sinyal yang diterima. Gangguan yang sering terjadi disebabkan oleh fading. Fading terjadi karena adanya bermacam-macam penghalang dalam lintasan sinyal yang mempengaruhi dan menurunnya kinerja serta merusak sinyal transmisi informasi yang dikirim ke penerima. Pengaruh fading tersebut dapat berupa path-loss, penyerapan sinyal, pemantulan sinyal, pemecahan sinyal, dan pembelokan sinyal (Alfian dkk, 2016). Disini sinyal itu sendiri artinya adalah sebuah variable yang mengandung atau berisi suatu jenis informasi yang dapat dtampilkan atau diproses. Kebanyakan sinyal bentuk asalnya adalah analog yang bervariasi secara kontinyu dalam waktu. Banyak orang memprosesnya dalam bentuk digital supaya noise interferensinya dapat dihilangkan pengaruhnya, atau untuk mendapatkan spectrum dari data yang ada atau untuk mentransformasikan sinyal dalam bentuk yang lebih bermanfaat. 1.2 Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah dalam makalah ini: 1. Apakah sumber pengukuran kesalahan? 2. Bagaimana teknik/cara mengurangi kesalahan pengukuran? 3. Apakah proses signal itu? 4. Bagaimanakah penyaringan signal analog? 5. Bagaimanakah pemrosesan sinyal analog dan sinyal digital? 1.3 Manfaat Mampu menyelesaikan permasalahan terkait masalah sinyal, dapat menjelaskan perbedaan sinyal waktu kontinyu dengan sinyal waktu diskrit, serta dapat menjelaskan pemrosesan sinyal baik analog maupun digital.

BAB II PEMBAHASAN

Oleh: ERVIANI RUSMAN (H021171304) II.1 Sumber Pengukuran Kesalahan (NOISE) Berdasarkan analisis sumber kesalahan yang muncul selama proses pengukuran mengenali nilai variabel fisik dan menghasilkan sinyal output. Namun, kesalahan lebih lanjut sering dibuat dalam sistem pengukuran ketika sinyal listrik dari sensor pengukuran dan transduser rusak oleh kebisingan yang diinduksi. Kebisingan yang diinduksi ini muncul baik di dalam rangkaian pengukuran itu sendiri dan juga selama transmisi sinyal pengukuran ke titik-titik jauh. Tujuan ketika merancang sistem pengukuran adalah untuk sejauh mungkin mengurangi level tegangan noise yang diinduksi. Namun, biasanya tidak mungkin untuk menghilangkan semua noise seperti itu, dan pemrosesan sinyal harus diterapkan untuk menangani semua noise yang tersisa. Tegangan noise dapat ada dalam mode serial atau bentuk mode umum. Tegangan noise mode serial bekerja secara seri dengan tegangan output dari sensor pengukuran atau transduser, yang dapat menyebabkan kesalahan signifikan dalam sinyal pengukuran output. Sejauh mana noise mode noise merusak sinyal pengukuran diukur dengan kuantitas yang dikenal sebagai rasio sinyal-terhadap-noise. Ini didefinisikan sebagai (Morris, 2001): 𝑉

𝑆𝑖𝑔𝑛𝑎𝑙 𝑡𝑜 𝑛𝑜𝑖𝑠𝑒 𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 = 20 𝑙𝑜𝑔10 (𝑉𝑠 ) 𝑛

(2.1)

Dimana Vs adalah tingkat tegangan rata-rata dari sinyal dan Vn adalah tingkat tegangan rata-rata dari kebisingan. Dalam kasus tegangan noise, nilai kuadrat ratarata akar digunakan sebagai rata-rata Common mode noise voltages kurang baik, karena menyebabkan potensial kedua sisi rangkaian sinyal dinaikkan oleh tingkat yang sama, dan dengan demikian tingkat pengukuran keluaran tidak berubah. Namun, tegangan noise mode umum (common mode noise voltage) harus dipertimbangkan dengan hati-hati, karena mereka dapat dikonversi menjadi tegangan mode seri dalam keadaan tertentu Noise dapat dihasilkan dari sumber

baik eksternal maupun internal ke sistem pengukuran. Kebisingan yang dihasilkan dari sumber eksternal muncul dalam sistem pengukuran karena sejumlah alasan yang mencakup kedekatannya dengan peralatan dan kabel bertenaga listrik (menyebabkan kebisingan di frekuensi listrik), kedekatan dengan rangkaian pencahayaan fluoresens (menyebabkan kebisingan pada dua kali frekuensi listrik), kedekatan dengan peralatan yang beroperasi pada frekuensi audio dan radio (menyebabkan kebisingan pada frekuensi yang sesuai), beralih dari rangkaian dcand terdekat, dan pelepasan korona (keduanya yang terakhir menyebabkan lonjakan dan transien yang diinduksi). Noise internal termasuk potensial termoelektrik, noise tembakan, dan potensial akibat aksi elektrokimia (Morris, 2001). II.1.1 Kopling Induktif

Gambar II.1 Kopling induktif (Sumber: Morris,2001, Measurement and Instrumentation Principles 3th Edition halaman 74) Mekanisme primer yang digunakan perangkat eksternal seperti kabel dan peralatan utama, penerangan fluoresen dan rangkaian yang beroperasi pada frekuensi audio atau radio menghasilkan kebisingan melalui kopling induktif . Jika kabel pembawa sinyal dekat dengan kabel atau peralatan eksternal tersebut, induktansi mutual M yang signifikan dapat ada di antara mereka, seperti yang ditunjukkan pada gambar II.1 , dan ini dapat menghasilkan mode tegangan noise beberapa millivolt yang diberikan oleh 𝑉𝑛 = 𝑀𝐼 ,̇ dimana 𝐼 ̇ adalah tingkat perubahan arus di rangkaian listrik (Morris, 2001). II.1.2 Kopling Kapasitif (Elektrostatik) Kopling kapasitif, juga dikenal sebagai kopling elektrostatik, juga dapat terjadi antara kabel sinyal dalam rangkaian pengukuran dan konduktor pembawa listrik terdekat.

Gambar II.2 Kopling kapasitif (Sumber: Morris,2001, Measurement and Instrumentation Principles 3th Edition halaman 74) Besarnya kapasitansi antara setiap kabel sinyal dan konduktor listrik diwakili oleh kuantitas C1 dan C2 pada gambar II.2. Selain kapasitansi ini, kapasitansi juga dapat ada antara kabel sinyal dan bumi, diwakili oleh C3 dan C4 pada gambar. Dapat ditunjukkan bahwa tegangan mode noise deret Vn adalah nol jika kapasitansi kopling seimbang sempurna, yaitu jika C1, C2, dan C3, C4. Namun, keseimbangan yang tepat tidak mungkin dalam praktek, karena kabel sinyal tidak lurus sempurna, menyebabkan jarak dan dengan demikian kapasitansi ke kabel listrik dan ke bumi bervariasi. Dengan demikian, beberapa tegangan deret mode seri yang disebabkan oleh kapasitif biasanya ada (Morris, 2001). II.1.3 Kebisingan Karena Beberapa Pembumian Sejauh mungkin, rangkaian sinyal pengukuran diisolasi dari pembumian. Namun, jalur kebocoran sering terjadi antara kabel sinyal rangkaian pengukuran dan pembumian di kedua ujung sumber (sensor) dan juga ujung beban (alat ukur). Ini tidak menyebabkan masalah selama potensial bumi di kedua ujungnya sama. Namun, adalah umum untuk menemukan bahwa mesin dan peralatan lain yang membawa arus besar terhubung ke bidang bumi yang sama. Ini dapat menyebabkan potensial bervariasi antara titik-titik yang berbeda pada bidang bumi. Situasi ini, yang dikenal sebagai beberapa pembumian, dapat menyebabkan tegangan noise mode seri dalam rangkaian pengukuran (Morris, 2001). II.1.4 Kebisingan Dalam Bentuk Transien Tegangan Ketika motor dan peralatan listrik lainnya (baik AC dan DC) dinyalakan dan dimatikan, perubahan besar konsumsi daya tiba-tiba terjadi dalam sistem pasokan listrik. Ini dapat menyebabkan transien tegangan di rangkaian pengukuran yang terhubung ke catu daya yang sama. Tegangan noise seperti itu besarnya besar tetapi durasinya singkat. Pelepasan korona juga dapat menyebabkan transien

tegangan pada catu daya listrik. Ini terjadi ketika udara di sekitar tegangan tinggi DC, rangkaian menjadi terionisasi dan dibuang ke bumi (ke arah bawah atau ground) secara acak (Morris, 2001). II.1.5 Potensial Termoelektrik Setiap kali logam dari dua jenis yang berbeda dihubungkan bersama, potensial termoelektrik (kadang-kadang disebut termal) diperoleh hasil sesuai dengan suhu sambungan. Ini dikenal sebagai efek termoelektrik dan merupakan prinsip

fisik

dimana

termokopel

pengukur

suhu

beroperasi.

Potensial

termoelektrik seperti itu hanya beberapa milivolt dalam magnitudo dan efeknya hanya signifikan ketika sinyal output tegangan tipikal dari sistem pengukuran memiliki magnitudo yang sama. Salah satu situasi seperti itu adalah dimana satu alat ukur digunakan untuk memantau output dari beberapa termokopel yang mengukur suhu pada titik yang berbeda dalam sistem kontrol proses. Ini membutuhkan sarana untuk secara otomatis mengalihkan output dari masing-masing termokopel ke alat ukur secara bergantian. Reed relays nikel-besi dengan tembaga yang menghubungkan anataran umumnya digunakan untuk menyediakan fungsi switching ini. Hal ini memperkenalkan efek termokopel berkekuatan 40V𝜇/℃ antara relai dan antaran penghubung tembaga. Tidak ada masalah jika kedua ujung reed relay berada pada suhu yang sama karena dengan demikian potensial termoelektrik akan sama dan berlawanan sehingga batal. Namun, ada beberapa contoh yang direkam dimana karena kurangnya kesadaran akan masalah, desain yang buruk telah menghasilkan dua ujung reed relay berada pada suhu yang berbeda dan menyebabkan potensial termoelektrik bersih. Kesalahan serius yang diperkenalkan ini jelas. Untuk perbedaan suhu antara kedua ujungnya hanya 2°C, potensial termoelektrik adalah 80V, yang sangat besar dibandingkan dengan tingkat keluaran termokopel tipikal 400𝜇V (Morris, 2001). II.1.6 Shot Noise Suara tembakan (shot noise) terjadi pada transistor, rangkaian terpadu, dan perangkat semikonduktor lainnya. Terdiri dari fluktuasi acak dalam laju perpindahan pembawa melintasi persimpangan dalam perangkat tersebut.

II.1.7 Potensial Elektrokimia Ini adalah potensial yang muncul dalam sistem pengukuran akibat elektrokimia. tindakan. Sendi atau sambungan yang disolder dengan buruk adalah sumber kesalahan yang umum (Morris, 2001). Oleh: SAFRULLAH (H021171021) II.2 Teknik-teknik untuk Mengurangi Noise pada Pengukuran Mencegah lebih baik daripada mengobati, dan banyak yang dapat dilakukan untuk mengurangi tingkatan noise instrumen dengan mengambil langkah-langkah yang tepat saat mendesain sistem pengukuran (Morris, 2001). II.2.1 Lokasi dan Desain Kabel-kabel Sinyal Baik induktasi diri maupun kapasistansi antara kabel sinyal dan kabel lain berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kabel tersebut. Dengan demikian, noise akibat hubungan kapasitif dan induktif dapat diminimalisir dengan memastikan bahwa kawat-kawat sinyal ditaruh pada posisi yang sejauh mungkin dari sumber noise. Jarak pisah minimum sebesar 0,3 m sangat esensial dan jarak pisah yang dianjurkan adalah 1 m. Noise akibat hubungan induktif juga sangat berkurang apabila setiap pasangan kawat/kabel sinyal saling dililitkan satu sama lain. Desain seperti ini disebut sebagai twisted pair dan digambarkan pada gambar berikut (Morris, 2001).

Gambar II.3 Twisted Pair (Morris, 2001). II.2.2 Pentanahan Noise akibat banyak tanah dapat dihindari dengan latihan pentanahan yang baik. Secara khusus, hal ini bermakna memisahkan pentanahan untuk kabel/kawat sinyal

dan

pentanahan

untuk

peralatan

arus

tinggi.

Latihan

yang

direkomendasikan adalah untuk meng-install empat rangkaian pentanahan yang

tertutup secara lengkap yaitu power earth, logic earth, analogue earth dan safety earth (Morris, 2001). II.2.3 Perlindungan Perlindungan terdiri atas pembungkusan kabel/kawat sinyal dalam sebuah pelindung logam yang ditanahkan dimana logam ini terisolasi secara elektrik dari kabel atau kawat sinyal tadi. Pelindung ini harus ditanahkan pada satu titik saja, dianjurkan pada bagian ujung sumber sinyal. Pelindung yang terdiri atas paduan logam akan menghilangkan sekitar 85% noise akibat hubungan kapasitif, sementara lembaran logam berlapis dapat menghilangkan hampir semua noise. Kabel-kabel yang dilindungi oleh pelindung seperti ini biasanya juga dibuat dalam bentuk lilitan twisted pair sehingga disaat bersamaan juga melindungi terhadap noise induksi akibat medan elektromagnet disekitarnya (Morris, 2001). II.3 Pengatar Pemrosesan Sinyal Sinyal dapat dideskripsikan dalam domain waktu atau dalam domain frekuensi. Domain waktu merupakan tempat dimana sebuah peristiwa atau kejadian, misalnya perubahan dalam amplitudo, diukur terhadap waktu. Semua sinyal arus bolak-balik amplitudonya berubah terhadap periode waktu tertentu. Beberapa sinyal berbentuk periodik, yang berarti bahwa pola variasi yang sama berulang-ulang. Sinyal diukur dan ditampilkan domain waktu oleh sebuah osiloskop. Domain frekuensi merupakan tempat dimana amplitudo sinyal yang diukur relatif terhadap frekuensinya. Sebuah spektrum analisator digunakan untuk menampilkan amplitudo sepanjang rentang frekuensi (Winder, 2002). Pemrosesan sinyal berkaitan dengan peningkatan kualitas hasil pembacaan atau sinyal pada keluaran dari sebuah sistem pengukuran, dan salah satu tujuan utamanya adalah untuk mengurangi semua noise yang ada pada sinyal pengukuran yang tidak tereliminasi oleh desain sistem pengukuran yang teliti. Bagaimanapun juga, pemrosesan sinyal melakukan banyak fungsi lain selain untuk mengatasi noise, dan prosedur eksak yang digunakan bergantung pada sifat bahan sinyal keluaran dari sebuah transduser pengukuran (Morris, 2001). Sejak dulu, pemrosesan sinyal dilakukan dengan menggunakan teknik analog dengan menggunakan teknik analog dengan menggunakan berbagai

rangkaian elektronik. Namun demikian, karena perkembangan komputer digital dalam beberapa tahun terkahi bermakna bahwa pemrosesan sinyal juga telah mulai

dikerjakan

secara

digital,

menggunakan

modul

software

untuk

mengondisikan data pengukuran masukan (Morris, 2001). II.4 Penyaringan Sinyal Analog Kemampuan kerja sebuah desain sistem elektronik dapat ditentukan dari sebagaimana bagusnya kerja komponen penyaringnya. Pendeteksian sinyal yang diinginkan bisa saja jadi mustahil jika sinyal yang tidak diinginkan dan noise tidak cukup dihilangkan dengan penyaringan. Rangkaian penyaring mengizinkan sebagian sinyal untuk lewat namun menghentikan sebagian yang lain. Rangkaian penyaring mengizinkan beberapa frekuensi sinyal masuk pada terminal masukan dan keluar melalui terminal keluaran dengan sedikit atau bahkan tidak ada pengurangan sinyal (Winder, 2002). Rangkaian penyaring analog ada pada hampir semua peralatan elektronik. Beberapa diantaranya merupakan peralatan yang cukup dikenal yaitu radio, televisi, dan sistem suara. Peralatan pengujian seperti spektrum analisator dan sinyal generator juga membutuhkan penyaring. Bahkan ketika sinyal dikonversi ke bentuk digital menggunakan pengonversi analog ke digital, penyaring analog juga biasanya digunakan untuk mencegah pemalsuan. Komputer menggunakan penyaring; untuk mengurangi emisi EMI (electro-magnetic interference) dari sumber dayanya, untuk menghaluskan keluaran catu daya mode berganti: untuk membatasi lebar pita video sinyal yang ingin ditampilkan (Winder, 2002). Penyaringan

sinyal

terdiri

atas

pemrosesan

sebuah

sinyal

untuk

menghilangkan sebagian lebar frekuensi yang ada di dalamnya. Pita frekuensi yang dihilangkan bisa saja pada ujung frekuensi rendah sebuah frekensi spektrum, pada ujung frekuensi tinggi, pada kedua ujung atau pada bagian tengah spektrum. Penyaring yang melakukan semua operasi tersebut dikenal sebagai penyaring lolos rendah, penyaring lolos tinggi, penyaring band-pass dan penyaring bandstop (Morris, 2001). Pada mayoritas situasi pengukuran, besaran fisika yang diukur memiliki nilai yang baik itu konstan atau berubah perlahan terhadap waktu. Dalam kondisi

seperti itu, tipe gangguan sinyal yang paling umum merupakan noise komponenkomponen frekuensi tinggi, dan tipe elemn pemrosesan sinyal yang dibutuhkan untuk kasus ini adalah penyaring lolos rendah. Dalam beberapa kasus, sinyal yang diukur memiliki frekuensi yang tinggi, misalnya saat getaran mekanis yang dimonitori, dan pemrosesan sinyal yang dibutuhkan adalah penggunaan penyaring lolos tinggi untuk mengatenuasi noise komponen-komponen frekuensi rendah. Penyaring band-stop dapat digunakan saat sebuah pengukuran sinyal terganggu oleh noise pada frekuensi tertentu. Noise seperti ini sering kali disebabkan getaran mekanis atau karena rangkaian pengukuran berdekatan dengan perangkat elektronik lainnya. Penyaring analog ada dalam dua bentuk, yaitu pasif dan aktif (Morris, 2001). II.4.1 Rangkaian Penyaring Analog Pasif Rangkaian penyaring analog pasif yang paling sederhana hanya terdiri atas resistor dan kapasitor. Namun, rangkaian seperti ini hanya menghasilkan efek penyaringan yang halus. Hal ini bagus untuk rangkaian seperti pengontrol suara pada penerima gelombang radio tetapi tidak cocok untuk kebanyakan kebutuhan pemrosesan sinyal yang dibutuhkan dalam hampir semua aplikasi (Morris, 2001). II.4.2 Rangkaian Penyaring Analog Aktif Pada rangkaian penyaring analog pasif terdapat dua kesulitan utama, yaitu memperoleh induktor dengan resistansi rendah dan memperoleh penyelarasan yang sesuai antara sumber sinyal dan beban yang melalui bagian penyaring. Masalah lebih lanjut adalah induktor yang diperlukan oleh rangkaian penyaring pasif tidak praktis dan relatif mahal. Penyaring aktif mengatasi semua masalah tersebut dan jauh lebih luas digunakan saat ini dibanding penyaring pasif (Morris, 2001). Komponen utama dari sebuah rangkaian penyaring aktif adalah elektronik penguat. Karakteristik penyaring didefinisikan oleh masukan penguat dan komponen umpan balikk yang terdiri atas resistor dan kapasitor, tanpa induktor. Fakta bahwa karakteristik yang dibutuhkan dapat diperoleh hanya dengan resistor dan kapasitor, tanpa membutuhkan induktor, merupakan keuntungan khusus penyaring jenis ini (Morris, 2001).

Oleh: FADILLAH (H021171004) II. 5 Operasi Dasar Pemrosesan Sinyal Analog Sinyal adalah besaran yang berubah dalam waktu atau dalam ruang dan membawa sesuatu informasi. Suatau sinyal mempunyai beberapa informasi yang dapat diamati, misalnya amplitude, frekuensi, perbedaaan fase dan gangguan akibat noise. Pengolahan sinyal adalah suatu operasi matematik yang dilakukan terhadap suatu sinyal sehingga diperoleh informasi berguna. Sistem didefinisikan sebagai pemroses sinyal. Sistem biasanya dilukiskan sebagai sebuah kotak yang memiliki dua panah mempresentasikan sinyal. Panah masuk adalah sebuah masukan yang akan diproses, sedangkan panah keluar mempresentasikan sinyal hasil pemrosesan. Ada bebarapa operasi dasar sinyal yang berlaku unutk sinyal waktu kontinu dan sinyal waktu diskrit, yaitu sebagai berikut. II.5.1 Amplifikasi Sinyal Amplifikasi (penguatan) sinyal dilakukan ketika level sinyal tipikal output dari transduser pengukuran dianggap terlalu rendah. Amplifikasi dengan cara analog dilakukan oleh penguat operasional. Ini biasanya diperlukan untuk input yang memiliki impedansi tinggi sehingga efek pembebanannya pada sinyal output transduser diminimalkan. Di beberapa keadaan, seperti ketika memperkuat sinyal keluaran dari akselerometer dan beberapa detektor optik, amplifier juga harus memiliki respons frekuensi tinggi, untuk menghindari distorsi pembacaan keluaran (Morris, 2001). Penguat operasional adalah perangkat elektronik yang memiliki dua terminal input dan satu terminal keluaran, dua input yang dikenal sebagai input pembalik (inverting) dan input non-inverting. Ketika terhubung seperti yang ditunjukkan pada Gambar II.4 Sinyal mentah (tidak diproses) Vi terhubung ke input pembalik melalui resistor R1 dan input non-inverting dihubungkan ke pentanahan. Jalur umpan balik disediakan dari terminal output melalui resistor R2 ke terminal input pembalik. Dengan asumsi karakteristik penguat operasional yang ideal, sinyal yang diproses V0 pada terminal keluaran kemudian dihubungkan dengan voltase Vi pada terminal input yaitu:

Gambar II.4 Operasi penguat yang terhubung untuk amplifikasi sinyal (Sumber: Morris,2001, Measurement and Instrumentation Principles hh.87) 𝑉0 =

𝑅2 𝑉𝑖 𝑅1

(2.2)

Oleh karena itu, jumlah amplifikasi sinyal ditentukan oleh nilai relatif dari R1 dan R2. Rasio ini antara R1 dan R2 dalam konfigurasi amplifier yang dikenal sebagai penguat amplifier atau gain loop tertutup (Morris, 2001). Instrumentaion amplifier Penguat instrumentasi adalah suatu penguat untai tertutup (closed loop) dengan masukan diferensial dan penguatannya dapat diatur tanpa mempengaruhi perbandingan penolakan modus bersama (Common Mode Rejection Ratio). Amplifier instrumentasi memiliki penguatan tegangan yang besar, CMRR tinggi, offset input rendah, drift suhu rendah, dan impedansi input tinggi. Untuk beberapa aplikasi yang membutuhkan amplifikasi sinyal dengan tingkat sangat rendah, jenis penguat khusus yang dikenal sebagai penguat instrumentasi (Malvino dan Bates, 2016). Gambar tersebut terdiri dari sebuah sirkuit yang memiliki tiga amplifier operasional standar, seperti yang ditunjukkan pada gambar II.5. Keuntungan dari penguat instrumentasi dibandingkan dengan penguat operasional standar adalah impedansi masukan diferensial jauh lebih tinggi. Karena itu, kemampuan penolakan mode umum jauh lebih baik.

Gambar II.5 Penguat Instrumentasi (Morris, 2001)

Ini berarti bahwa, jika pasangan kawat bengkok digunakan untuk menghubungkan transduser ke input diferensial dari penguat, setiap suara yang diinduksi akan mencemari setiap kawat secara sama dan akan ditolak (Morris, 2001). II.5.2 Signal Attenuation Atenuasi adalah proses pelemahan dari sinyal input, sehingga sinyal output akan lebih lemah. Pelemahan sinyal biasanya terjadi karena sinyal merambat pada suatu medium. Pelemahan sinyal juga bisa menggunakan suatu komponen atau perangkat elektronik yang disebut Atenuator. Salah satu metode pelemahan sinyal dengan cara analog adalah dengan menggunakan potensiometer yang terhubung dalam rangkaian pembagi tegangan, seperti yang ditunjukkan pada gambar II.6 untuk penggeser potensiometer, posisikan jarak x di sepanjang elemen resistensi dari panjang total L, tingkat tegangan dari sinyal yang diproses V0 berkaitan dengan tingkat tegangan sinyal Vi 𝑉0 =

𝑥𝑉𝑖 𝐿

(2.3)

Gambar II.6 potensiometer pada tegangan dividing circuit (Morris, 2001). potensiometer tidak sesuai sebagai attenuator sinyal ketika diikuti oleh perangkat atau sirkuit dengan impedansi yang relatif rendah, karena memuat sirkuit potensiometer dan mendistorsi input-output. Dalam kasus seperti itu, penguat operasional digunakan sebagai attenuator sebagai gantinya. Ini terhubung dengan cara yang sama seperti amplifier yang ditunjukkan pada gambar II.4, kecuali bahwa R1 dipilih lebih besar dari R2. Penggunaan penguat operasional sebagai perangkat pelemahan adalah solusi yang lebih mahal daripada menggunakan potensiometer, tetapi, selain relatif tidak terpengaruh oleh sirkuit yang terhubung ke outputnya, ia memiliki keunggulan lebih lanjut dalam hal ukurannya yang kecil dan konsumsi daya yang rendah (Morris, 2001).

II.5.3 Differential amplification Gambar II.7 menunjukkan konfigurasi penguat umum yang digunakan untuk memperkuat perbedaan kecil yang mungkin ada antara dua sinyal tegangan VA dan VB. Ini dapat mewakili, misalnya, tekanan kedua sisi dari alat penyumbat yang dimasukkan ke dalam pipa untuk mengukur laju aliran volume cairan yang mengalir melaluinya.

Gambar II.7 penguat operasional terhubung di mode amolifikasi diferensial (Morris, 2001). Tegangan output V0 diberikan oleh: 𝑉0 =

𝑅3 𝑅1

(𝑉𝐵 − 𝑉𝐴 )

(2.4)

Penguat diferensial juga sangat berguna untuk menghilangkan tegangan noise mode umum. Misalkan VA dan VB pada gambar II.7 adalah kabel sinyal yang ditampilkan sehingga VA = +Vs volt dan VB = 0 volt. Mari kita asumsikan bahwa kumpulan pengukuran telah rusak oleh tegangan noise mode umum Vn sedemikian sehingga tegangan pada +Vs dan kabel sinyal 0 V menjadi (Vs + Vn) dan (Vn). Input untuk penguat V1 dan V2 dan dapat ditulis sebagai: 𝑉1 =

𝑅3 𝑅1

(𝑉𝑠 − 𝑉𝑛 ) ;

𝑉2 =

𝑅4 𝑅2

𝑅

𝑉0 = 𝑉2 ( 1 + 𝑅3) − 𝑉1

(𝑉 ) ; +𝑅4 𝑛

1

Karenanya: 𝑅4 𝑅3 𝑅3 (𝑉 + 𝑉𝑛 ) 𝑉0 = ( 𝑉𝑛 ) (1 + ) − 𝑅2 +𝑅4 𝑅1 𝑅1 𝑆 𝑅4 𝑅3 𝑅4 𝑅3 (𝑉 + 𝑉𝑛 ) = 𝑉𝑛 ( + )− 𝑅2 +𝑅4 𝑅1 (𝑅2 +𝑅4 ) 𝑅1 𝑆

=(

𝑅4 (1+𝑅3 /𝑅1 ) 𝑅2 (1+𝑅4 /𝑅2 )

−

𝑅3 𝑅1

)−

𝑅3

𝑉) 𝑅1 𝑠

(2.5)

Jika nilai resistansi dipilih dengan hati-hati seperti R4/R2 = R3/R1, lalu persamaan 2.5 dan tegangan noise Vn telah dilepas (Morris, 2001): 𝑉0 = −

𝑅3 𝑉 𝑅1 𝑆

II.5.4 Signal linearitation Linierisasi bisa dihasilkan oleh sebuah amplifier yang penguatnya sebuah fungsi level tegangan untuk melinierkan semua variasi tegangan input ke tegangan output. Sebuah contoh sering terjadi pada sebuah transduser dimana outputnya adalah eksponensial berkenaan dengan variabel dinamik. Beberapa jenis transduser yang digunakan dalam alat ukur memiliki output yang merupakan fungsi non-linear dari kuantitas yang diukur. Dalam banyak kasus, sinyal non-linear ini dapat dikonversi menjadi sinyal linear dengan konfigurasi penguat operasional khusus yang memiliki hubungan non-linear yang sama dan berlawanan antara terminal input dan output penguat. Sebagai contoh, transduser intensitas cahaya biasanya memiliki hubungan eksponensial antara sinyal output dan intensitas cahaya input, yaitu (Morris, 2001): 𝑉0 = 𝐾𝑒 −𝛼𝑄

(2.6)

di mana Q adalah intensitas cahaya, V0 adalah level tegangan dari sinyal output, K dan 𝛼 adalah konstanta. Jika dioda ditempatkan di jalur umpan balik antara input dan terminal keluaran dari amplifier seperti yang ditunjukkan pada gambar II.8, hubungan antara tegangan output amplifier V0 dan tegangan input V1 diberikan oleh: 𝑉0 = 𝐶𝑙𝑜𝑔𝑒 (𝑉1 )

(2.7)

Gambar II.8 operasional amplifier yang terhubung untuk sinyal linerisasi (Morris, 2001).

Jika output transduser cahaya dengan karakteristik yang diberikan oleh persamaan (2.7) dikondisikan oleh amplifier karakteristik yang diberikan oleh persamaan (2.6), level tegangan dari proses sinyal diberikan dengan: 𝑉0 = 𝐶𝑙𝑜𝑔𝑒 (𝐾) − (𝛼𝐶𝑄)

(2.8)

Persamaan (2.8) menunjukkan bahwa sinyal keluaran sekarang bervariasi secara linear dengan intensitas cahaya Q tetapi dengan offset 𝐶𝑙𝑜𝑔𝑒 (𝐾). Offset ini biasanya akan dihapus oleh pengkondisian sinyal lebih lanjut (Morris, 2001). II.5.5 Penghapusan Bias (Zero drift) Terkadang karena sifat transduser pengukuran itu sendiri atau sebagian hasil dari operasi pengkondisian sinyal lainnya, bias (zero drift) ada dalam sinyal keluaran. Ini dapat dinyatakan secara matematis untuk kuanstitas fisik x dengan sinyal pengukuran y (Morris, 2001): y = Kx + C

(2.9)

dimana C mewakili bias pada sinyal keluaran yang perlu dihilangkan dengan pemrosesan sinyal. Rangkaian penghapusan bias yang ditunjukkan pada gambar II.9 yang merupakan penguat diferensial dimana potensiometer digunakan untuk menghasilkan tegangan variabel Vp sama dengan bias pada tegangan input Vi. tindakan amplifikasi diferensial dengan demikian menghilangkan bias. Pada rangkaian, untuk R1 = R2 dan R3 = R4. Keluaran V0 yaitu : 𝑉0 = (𝑅3 /𝑅1 )(𝑉𝑝 − 𝑉𝑖 )

(2.10)

Gambar II.9 Bias Removal Circuit (Morris, 2001). di mana Vi adalah sinyal yang tidak memproses sinyal y sama dengan (Kx + C) dan Vp adalah tegangan output dari potensiometer yang dipasok oleh tegangan refereansi Vref yang d ujung, yang diatur sedemikian rupa sehingga Vp=C, mengsubtitusikan nilai untuk Vi dan Vp ke dalam persamaan 2.10 dan merujuk kuantitas kembali ke persamaan 2.9 :

y = K’x dimana konstanta K’ terkaiat dengan K menutut K’ = -K(R3/R1), sudah jelas bahwa hubungan garis lurus sekarang berada antara sinyal pengukuran y dan kuantitas yang diukur x. dengan demikian, bias yang tidak diinginkan telah di hapus.(Morris, 2001). Oleh: WIMANJA KOMBONGAN SAMPERURA (H021171511) II.5.6 Penambahan sinyal Mekanisme yang paling umum untuk menjumlahkan dua atau lebih sinyal input adalah penggunaan penguat operasional yang terhubung dalam mode inversi sinyal, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. . Untuk tegangan sinyal input V1, V2 dan V3, tegangan output V0 diberikan oleh (Morris, 2001): V0 = -(V1 + V2 + V3)

Gambar II.10 Amplifier operasional terhubung untuk penambahan sinyal. (sumber: Morris, 2001) II.5.7 Penggandaan sinyal Perhatian penuh harus dilakukan ketika memilih pengganda sinyal karena, sementara ada banyak sirkuit untuk mengalikan dua sinyal analog secara bersama, kebanyakan adalah kuadran jenis yang hanya berfungsi untuk sinyal polaritas tunggal, yaitu positif atau keduanya negatif. Skema semacam itu tidak cocok untuk pemrosesan sinyal analog umum, di mana sinyal yang akan dikalikan dari perubahan polaritas. Untuk pemrosesan sinyal analog, diperlukan pengali empat kuadran. Dua bentuk pengali seperti ini mudah didapat, pengali efek Hall dan translinear pengganda (Morries, 2001).

Oleh: RESMY AULYAH RAUF (H21115512) II.6

BAB III KESIMPULAN

Adapun kesimpulan dari makalah ini: 1. Sumber kesalahan yang muncul selama proses pengukuran mengenali nilaivariabel fisik dan menghasilkan sinyal output. Namun, kesalahan lebih lanjut sering dibuat dalam sistem pengukuran ketika sinyal listrik dari sensor pengukuran dan transduser rusak oleh kebisingan yang diinduksi.

2. Mencegah lebih baik daripada mengobati, dan banyak yang dapat dilakukan untuk mengurangi tingkatan noise instrumen dengan mengambil langkahlangkah yang tepat saat mendesain sistem pengukuran seperti lokasi dan desain kabel sinyal, perlindungan kabel sinyal serta pentahanan. 3. Pemrosesan sinyal berkaitan dengan peningkatan kualitas hasil pembacaan atau sinyal pada keluaran dari sebuah sistem pengukuran, dan salah satu tujuan utamanya adalah untuk mengurangi semua noise yang ada pada sinyal pengukuran yang tidak tereliminasi oleh desain sistem pengukuran yang teliti. 4. Penyaringan

sinyal

terdiri

atas

pemrosesan

sebuah

sinyal

untuk

menghilangkan sebagian lebar frekuensi yang ada di dalamnya. Penyaring analog ada dalam dua bentuk, yaitu pasif dan aktif. 5. Ada bebarapa operasi dasar sinyal yang berlaku untuk pemrosesan sinyal analog yang dibuat dari perangkat dan rangkaian khusus lain yang bertujuan untuk manipulasi sinyal yaitu amplifikasi sinyal, sinyal attenuation, amplifikasi diferensial, linearisasi sinyal, integrase sinyal, tegangan pengikut (pre-amplifier), voltage comparator.

DAFTAR PUSTAKA

A. Malvino dan D. Bates. 2016. Electronic Principles. McGraw-Hill Education. New York. A. S. Morris. 2001. Measurement & Instrumentation Instrumentation Principles. Butterworth Heinemann.

Alfian., Nasaruddin. Dan R. Muharar. “Analisi Kinerja Jaringan Kooperatif Multihop Relay Berbasis Protokol Amplify-Quantize and Forward (AQF)”. Jurnal Online Teknik Elektro. Vol.1 No.1: 11-18. 2016. Winder, S. 2002. Analogue and Digital Filter Design 2nd Edition. USA: Elsevier Science