Rekayasa Instrumentasi: Rangkaian Zero Span

Rangkaian zero-span

Rangkaian zero-span yang dibuat adalah rangkaian yang terdiri dari gabungan rangkaian summer dan operational amplifier inverting seperti yang tampak pada gambar diatas. Rangkaian zero-span yang dibuat adalah rangkaian yang berguna untuk mengkondisikan tegangan masukan sebesar 1 – 6 Volt sehingga tegangan keluaran minimumnya menjadi 0 V dan maksimumnya sebesar 5 V. Nilai V₁ pada rangkaian merupakan tegangan masukan sebesar 12 Volt yang diatur dengan potensiometer sehingga tegangan masukan dapat diatur sesuai dengan yang diinginkan. Untuk menghasilkan tegangan keluaran yang diinginkan, variable yang harus ditentukan nilainya adalah resistansi. Dalam rangkaian ini menggunakan resistansi potensiometer sebesar 10 kohm.  Tegangan V2 yang digunakan sebesar -5 Volt seri dengan resistansi 5,6 kohm. Kedua tegangan masukan tersebut berada pada kaki inverting.

Analisa pertama ditinjau pada rangkaian summer dengan menggunakan persamaan:

                                      (1.1)

Untuk menghasilkan tegangan keluaran Vout₂ = 0, nilai Vout₁ dapat diset menjadi bernilai nol, sehingga Vout₂-nya juga bernilai nol. Dengan Vout₁ = 0 V, V₁ = 1 V, dan V₂ = 5 V, persamaan (1.1) menjadi

                                               (1.2)

                                                   (1.3)

                                                                                                                (1.4)

Dari persamaan (1.4) didapat perbandingan nilai resistansi R₁:R₂ = 1:5, sehingga harga resistor R₁ yang digunakan adalah 1 kohm dan harga resistor R₂ yang digunakan adalah 5 kohm. Karena nilai Vout₁ yang bernilai nol juga akan menyebabkan  Vout₂ bernilai nol, maka rangkaian operational amplifier inverting tidak perlu ditinjau untuk menentukan nilai resistansinya.

Untuk menghasilkan nilai tegangan keluaran 5 volt dengan tegangan masukan 6 Volt, maka analisa dilakukan pada rangkaian summer dan rangkaian operational amplifier inverting. Pada rangkaian summer, dengan tegangan masukan (V₁) sebesar 6 Volt, tegangan referensi (V₂) sebesar -5 Volt, R₁ = 1 kohm, dan R₂ = 5 kohm, serta R_f1 = 1 kohm, maka persamaan (1.1) menjadi

                                         (1.5)

                                         (1.6)

                                          (1.7)

dengan,

                                         (1.8)

maka dengan mensubstitusi persamaan (1.7) ke dalam persamaan (1.8) dengan Vout₂ = 5 Volt, persamaan (1.8) menjadi

                                        (1.9)

                                         (1.10)

Dari persamaan (1.10) didapat perbandingan nilai resistansi R_f2:R₃ = 1:1, sehingga harga resistor R_f2 yang digunakan adalah 1 kohm dan harga resistor R₃ yang digunakan adalah 1 kohm. Jadi untuk membuat rangkaian zero-span dari rangkaian summer dan operational amplifier inverting dengan tegangan masukan 1 – 6 Volt dan tegangan keluaran minimum menjadi 0 Volt dan tegangan keluaran maksimum menjadi 5 Volt, dibutuhkan:

·         V₂ (V_ref) = -5 V

·         R₁ = 1 kohm

·         R₂ = 5 kohm

·         R_f1 = 1 kohm

·         R_f2 = 1 kohm

·         R₃ = 1 kohm