Membuat Penguat Sinyal Untuk Sensor Agar Pembacaan Sensor Lebih Akurat (Op Amp)

mili Ampere
6 Februari 2020 14:39
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Mengolah sinyal analog terkadang menantang, tidak seperti sinyal digital dari sensor yang sudah jadi. Untuk sensor sudah jadi dengan output digital memang relatif mudah, tinggal baca saja nilai yang dikeluarkan sensor maka nilainya sudah cukup stabil.

Berbeda ceritanya dengan sensor analog, yang belum ada modul yang mengeluarkan sinyal digital. Di sini tantangannyan terkadang keluaran sensor kurang stabil atau bahkan terlalu kecil untuk dibaca oleh mikrokontroler.

Nah, untuk tulisan kali ini saya akan coba menjelaskan dan mempraktekkan bagaimana cara membuat penguat sinyal sesederhana mungkin agar keluaran sebuah sensor analog bisa dibaca dengan lebih baik. Selain bisa dibaca, menguatkan sinyal analog sensor bisa berarti menaikkan ketelitian pembacaan variabel sensor tersebut.

Apa Yang Dimaksud Menaikkan Ketelitian Pembacaan Sensor?

Agar mudah menerangkan bagian ini, saya akan ambil contoh yang mudah yaitu sensor suhu LM35. Sensor suhu ini bisa mengeluarkan sinyal 10mV per derjat celcius. Artinya jika suhu yang terbaca 30 derajat celcius maka dia mengeluarkan sinyal analog atau tegangan sebesar 300mV.

Nah jika kita ambil sebagai contoh akan membaca sensor tersebut menggunakan arduino UNO yang mempunyai resolusi ADC 10 bit atau 1024 maka bisa kita dapatkan sebuah perhitungan yang sederhana.

Tegangan maksimal pembacaan ADC arduino standar jika tidak menggunakan referensi eksternal adalah 5V atau 5000mV. maka jika resolusi ADC adalah 1024 maka bisa kita dapatkan nilai dari perhitungan :

5000/1024 = 4,88 yang dibulatkan jadi 4.

Jadi arduino hanya mempunyai ketelitian 4mV. Tiap kenaikan 4mV arduino UNO baru bisa membaca 1 ADC. Sedangkan bila dibawah nilai tersebut belum terbaca.

Nah kalau kita sambungkan dengan pembahasan sensor di atas tadi, bahwa kenaikan sensor suhu LM35 sebanyak 10mV tiap kenaikan 1 derajat akan mengakibatkan pembacaan ADC hanya naik sekitar 2 ketika suhu naik 1 derajat. Artinya kurang lebih ketelitian pembacaan suhu menggunakan sensor LM35 yang langsung tersambung di ADC sekitar 0,5 derajat celcius.

Agar ketelitian pembacaan ADC bisa naik, maka salah satu cara yang bisa kita lakukan adalh menaikkan sinyal keluaran sensor suhu LM35 tersebut. Misal yang tadinya 10mV per derajat celcius kita naikkan jadi 110mV per derajat celcius. Maka ketelitian akan naik jadi 11 kali.

Bagaimana Cara Menaikkan Tegangan Keluaran Sensor

Sampailah kita pada pembahasan inti dari tulisan ini. Menaikkan atau mengalikan tegangan atau keluaran sensor analog bisa kita lakukan dengan menggunakan Operasional Amplifier atau biasa disingkat dengan istilah Op-Amp.

Op-Amp mempunyai beberapa jenis seperti penguat tak membalik dan penguat membalik. Untuk tulisan kita kali ini, kita akan menggunakan penguat tak membalik atau biasa istilahnya adalah non inverting amplifier.

Skema rangkaiannya adalah seperti berikut ini:

Skema penguatan non inverting

Rumus yang sederhana dan mudah diingat dari penguat tak membalik adalah sebagai berikut :

Jadi apabila kita menginginkan pengalian input menjadi 11 kali maka cukup kita gunakan resistor yang tepat pada Rf dan Rin. Sebagai contoh kita bisa menggunakan Rf = 10k dan Rin = 1k. Maka penguatan (A) menjadi sebesar 11 kali.

Praktik Menggunakan Op Amp

Ada banyak IC op amp yang beredar di pasaran. Dari yang bagus sampai yang biasa saja. Untuk praktik kali ini saya akan menggunakan Op-Amp yang mudah digunakan, murah harganya dan mudah didapatkan di toko komponen elektronik. Yaitu IC LM358. IC Op-Amp LM358 ini mempunyai dual channel, jadi satu IC bisa untuk menguatkan 2 input secara bersamaan. Dan salah satu kemudahannya adalah IC ini tidak memerlukan dual input power untuk mengoperasikannya.

Berikut adalah gambar skema penguatan sinyal sensor suhu LM35 dengan op amp LM358 :

skema lm35 dengan penguatan lm358
skema lm35 dengan penguatan lm358

Untuk praktik pembuatannya, agar mudah saya langsung menggunakan arduino sebagai sumber tegangannya sekaligus menyambungkan keluaran hasil penguatan ke arduino. Jika kamu tidak ingin menyambungkannya ke arduino pun tidak masalah, bisa langsung kamu ukur outputnya (pin 1 IC LM358 dan ground).

Untuk Mengikut praktik ini, kamu membutuhkan beberapa komponen berikut ini :

  • Sensor Suhu LM35 (atau sensor analog lain yang ingin dikuatkan)
  • IC LM358
  • Resistor 10k
  • Resistor 1k
  • Breadboard
  • Sumber tegangan (atau bisa menggunakan arduino)

Berikut ini gambar praktik rangkaian pada breadboardnya :

Percobaan penguatan LM35 dengan LM358 di breadboard

Jika kamu sudah mencoba, pastikan semua wiring/pengkabelan sudah pas dan sesuai dengan gambar di atas maupun skema. Cek kembali beberapa kali sampai yakin.

Sekarang output dari LM358 harusnya sudah 11 kali lebih besar dari output sensor suhu LM358. Jadi misal suhu ruangan 35 derajat celcius. Maka output LM358 yang masuk ke arduino adalah sebesar 35*10*11 = 3850mV atau 3,85V.

Selanjutnya jika kamu belum tahu bagaimana membuat program arduinonya untuk membaca sensor suhu LM35 kamu bisa membuka tutorial saya yang lain yaitu : menggunakan sensor suhu lm35 dengan arduino. Namun jangan lupa untuk mengganti rumusnya ditambahkan dengan dibagi 11 hasil akhirnya, karena sudah kita kuatkan 11 kali menggunakan op amp.

Selamat mencoba, kalau ada pertanyaan bisa tinggalkan komentar di sini 🙂

PC


  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •