32
Keterangan:
Cx : Nilai Kapasitansi Pengukuran (F)
V04 : Keluaran DC dari Low Pass filter LPF (V)
Cf : Kapasitor Umpan Balik (F) A : Amplitudo Gelombang Maukan AV : Faktor Penguatan amplifier
α : Penyimpangan Phase (sudut) Rf : Resistor Umpan Balik (Ω)
Dari persamaan 43 inilah didapatkan Cx’ nilai kapasitansi perhitungan terhadap tegangan keluaran yang didapatkan.
III. METODOLOGI PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian alat pengukur kapasitansi berbasis phase-sensitive demodulation
(PSD) ini akan dilakukan mulai bulan Januar 2015 sampai selesai bertempat di Laboratorium Terpadu Teknik Elektro.
B. Alat dan Bahan Penelitian 1. Alat
Alat yang dibutuhkan untuk melakukan simulasi dan percobaan :
a. Satu buah komputer terinstal OrCAD Cadence, Matlab dan Arduino. b. Satu buah Osiloskop.
c. Satu buah project board. d. Multimeter.
e. Solder, Penyedot dan timah.
f. Alat kerja mekanik (tang potong pinset dan lain-lain)
2. Bahan
Bahan yang dibutuhkan untuk melakukan percobaan : a. Arduino Uno R3
b. Dua buah IC AD827. c. Satu buah IC AD633.
34
d. Satu buah IC AD817.
e. Kapasitor 22pF, 1pF, 2pF, 4pF, 7pF, 3,9nF, 1uF dan 100pF masing- masing satu buah. Dua buah 220pF. Delapan buah kapasitor 100nF. f. Resistor 500Ω, 2kΩ dan 22kΩ masing-masing satu buah. Tiga buah
1kΩ.
g. Dua buah resistor Variabel 1kΩ dan satu buah 500Ω. h. PCB
i. Kabel Coaxial.
j. Tiga pasang Connector Coaxial.
k. Kabel Penghubung secukupnya.
C. Langkah Kerja Penelitian
Sesuai diagram blok penelitian pada gambar 3.1 langkah kerja penelitian akan dilakukan dalam lima tahapan utama:
1. Simulasi.
2. Analisis Hasil Simulasi. 3. Eksperimen.
4. Perbandingan Simulasi dan Eksperimen.
35 Mulai Persiapan: Literatur, Software simulasi, Komponen Eksperimen Simulasi CV- Converter+inverting Pengambilan Data 1pF - 15pF kenaikan 1pF Ya Tidak 2 Pengambilan Data 10fF - 15pF kenaikan 10fF 2 Simulasi Analog Multiplier Simulasi Low-Pass Filter 1 1 Tidak Ya Eksperimen CV- Converter+inverting Selesai Pembuatan Laporan Simulasi perbaikan sudut dengan All-
Pass Filter Sukses Pengolahan Data: Daerah Kerja, Kelinieran, Sensitivitas, MAE Eksperimen Analog Multiplier Eksperimen Perbaikan sudut dengan All-Pass Filter Sukses Perbandingan Simulasi dan Eksperimen
Uji Coba Alat Pada Sensor ECVT Simulasi DDS Ad9850 Eksperimen Low- Pass Filter (LPF) Eksperimen DDS AD9850 Pengambilan Data Hasil Uji Coba
3
3
Gambar 3.1. Diagram blok penelitian.
1. Simulasi
OrCAD Cadence dipilih sebagai software simulasi untuk perancangan alat pengukur kapasitansi berbasis PSD. OrCAD Cadence memiliki banyak kelengkapan untuk melakukan perancangan perangkat elektronika. Capture dan PSpice yang akan digunakan salah satunya. Hasil yang diperoleh pun sangat mendekati nilai asli. Dapat juga sisimulasikan berdasarkan kondisi termal. Langkah dalam melakukan simulasi adalah sebagai berikut:
36
1. Membuka bagian aplikasi Capture pada OrCAD Cadence. Tampilan pertamanya akan seperti pada gambar 3.2. Atau jika pertama kali menggunakan akan ada tampilan start awal.
Gambar 3.2. Tampilan Awal OrCAD Capture.
2. Selanjutnya tekan Ctrl+N atau file new project, atau klik tombol net di pojok kiri atas. Selanjutnya tahapan pembuatan project. Akan ada kotak dialog kecil seperti gambar 3.3.
37
Pada bagian ini masukan nama project. Pada pilihan New Project dipilih Analog or Mixed A/D. Dan pilih lokasi penyimpanan project yang digunakan. Dan klik Ok jika sudah selesai. Tampilan selanjutnya seperti gambar 3.4 project yang digunakan adalah project kosong. Maka pilih “Create a bank project”. Dan Ok.
Gambar 3.4. Pembuatan Project Langkah 2.
Layar tampilan project telah siap digunakan seperti diperlihatkan gambar 3.5. Maximize windows project agar leluasa digunakan.
38
3. Selanjutnya adalah bagian simulasi, untuk dapat melakukan simulasi diperlukan untuk membuat rangkaian. Komponen yang dibutuhkan untuk membuat rangkaian ada pada bagian “Place Part. Tolbar sebelah kanan bagian paling kiri atas. Atau pada Menu Bar pilih “Place”, dan pilih “Part”. Atau menekan tombol “P”. Seperti pada gambar 3.6.
Gambar 3.6. Memilih komponen dan memilih Library.
Untuk memperoleh komponen yang dibutuhkan, perlu untuk mengambil library yang sesuai. Library yang dibutuhkan adalah “Source”, “Analog_Dev” dan “Analog”.
4. Untuk menjalankan rangkaian dibutuhkan dua sumber tegangan. Satu Positif dan satu Negatif. Ambil “vdc” dari library “Source” 2 buah.
39
Gambar 3.7. Sumber Tegangan.
Cara membuat rangkaian buat sebagai berikut. Untuk memutar posisi komponen klik kanan pada komponen dan pilih miror atau rotate. Untuk menyambungkan rangkaian pilih wire, atau menekan tombol W. Dan berikan Ground dengan menekan pada tollbar Ground atau tekan tombol G, pilih Ground 0. Tambahkan Vcc_Bar di atas Vdc dengan mengambil pada tollbar Vcc atau dengan menekan tombol G. Ganti nama Vcc_Bar dengan +12 dan -12. Selanjutnya mengganti nilai Vdc dengan double klik komponen dan ganti nilai masing-masing sumber V1 dan V2 dengan 12Vdc. Hasilnya diperlihatkan gambar 3.8.
Gambar 3.8. Hasil Rangkaian Sumber.
Bagian tadi merupakan dasar dari pembuatan sebuah rangkaian. Yaitu memilih komponen, mengatur letak dan posisi komponen, menyambungkan komponen, mengganti nilai dan nama komponen. Untuk selanjutnya tidak akan jauh dari apa yang dilakukan yang berbeda adalah komponen yang digunakan.
40
5. Selanjutnya pembuatan rangkaian pembangkit gelombang sinus yang sebanding dengan Direct Digital Synthesis (DDS) AD9850. Keluaran dari DDS adalah 1Vpp berbentuk DC. Gelombang sinus bisa dihasilkan dengan menggunakan Vsin pada library source. Nilai dari Vsin tersebut diatur sesuai gambar 3.9. Amplitudo gelombang “VAMPL” diatur sebesar 500mV dengan tegangan ofset DC “VOFF” 500mV frekuensi “FREQ” 500kHz dan AC 0.
Gambar 3.9. Sumber Sinus sebanding dengan DDS AD9850
Untuk memastikan keluaran sumber sesuai. Pilih New simulation pada menu bar PSpice “New Simulation Profil”, atau menekan tombol . Tampilan dialog pembuatan simulasi pun akan keluar. Pilih nama yang diinginkan, dan tekan Create.
Gambar 3.10. Pembuatan Profil Simulasi.
Gambar 3.11 adalah tampilan profil simulasi yang digunakan. Simulasi akan dilakukan selama 50μS jadi pada bian Run to time dibuat 50us.
41
Gambar 3.11. Pengaturan Profil Simulasi.
Dengan menekan tombol rum PSpice atau menekan F11. Aplikasi PSpice pun akan berjalan dan melakukan simulasi sesuai rangkaian yang ada pada Capture.
42
PSpice dapat diatur tampilannya jika tidak sesuai dengan keinginan. Pada menu bar Tools pilih option. Pada Color Setting dapat diatur sesuai kebutuhan.
Gambar 3.13 Pengaturan tampilan PSpice.
Untuk melihat hasil simulasi dapat menggunakan Add Trace pada Pspice
. Atau pada Capture menggunakan Probe . Jika menggunakan Add Trace perlu untuk memilih mana yang akan ditampilkan. Dengan kotak dialog gambar 3.14. Jika menggunakan probe. Pilih probe yang dibutuhkan, tegangan atau arus atau daya dan letakkan di tempat yang dibutuhkan.
Dari keluaran sumber tegangan yang sebanding dengan DDS AD9850 haruslah didapatkan gelombang sinus DC dengan besar amplitudo tegangan 500mV dan Offset DC 500mV dan frekuensi 500kHz.
43
Gambar 3.14. Dialog Add Trace.
6. Setelah mendapatkan gelombang yang sebanding dengan DDS AD9850. Selanjutnya untuk merangkai rangkak High-Pass Filter (HPF). Rangkaian HPF yang paling sederhana bisa didapatkan dengan dengan rangkaian Sallen-Key (SK) dengan pendekatan Butterworth satu stage orde ke dua sesuai dengan tinjauan pustaka. Yang diperlukan adalah. Satu IC AD817 dua kapasitor dan dua resistor.
44
Seperti pembuatan sumber tegangan pada langkah ke 4. Lakukan hal yang sama agar komponen pada gambar 3.15 akan seperti gambar 3.16.
Gambar 3.16. Komponen HPF yang telah selesai dirangkai.
Hubungkan rangkaian HPF dengan sumber tegangan DDS. Dan beri probe pada keluaran HPF. Tekan F11 untuk melihat hasil simulasi. Hasil simulasi haruslah memperlihatkan ofset DC 500mV menghilang. Dan tersisa gelombang sinus amplitudo 500mV frekuensi 500kHz
7. Gelombang yang dibutuhkan untuk rangkaian adalah gelombang sinus dengan amplitudo 10Vp dengan frekuensi 500kHz. Nilai keluaran dari HPF adalah amplitudo kurang dari 500mV. Rangkaian selanjutnya yang dibutuhkan adalah penguat tanpa pembalik (Non-inverting Amplifier). Untuk membuat rangkaian tersebut dibutuhkan 1 buah AD817, dan 2 buah resistor.
Seperti langkah sebelumnya rangkai komponen dan sambungkan dengan keluaran HPF seperti gambar 3.18.