UTS NO 2
Rangkaian Aplikasi Sistem Minimum Kontrol Motor dengan Sensor Suhu dan Memori Eksternal
-Memahami prinsip rangkaian aplikasi sistem minimum kontrol motor dengan sensor suhu dan memori eksternal
- Baterai
- IC 74LS138
- IC 80C51
- IC 74LS373
- IC 74LS245
- IC 2764
- IC 6116
- IC 8255A
- ADC 0804
- DAC 0808
- Gerbang Logika AND
- Resistor
- Dioda
- Kapasitor
- Motor
- LM 35
- Op Amp
- Button
- Relay
- Transistor
- Krystal
3. Dasar Teori
[back]
Alat:
- Baterai
\Sangat beragam fungsi dari baterai dalam kehidupan sehari-hari namun memiliki intinya yang sama yakni sebagai sumber energi, karena hampir pada semua alat elektronik yang sifatnya mobile juga perlu baterai sebagai sumber energi. Sebut misalnya seperti HP, senter, power bank, drone, remote TV dan AC, dan lain sebagainya. Semua alat-alat tersebut membutuhkan baterai agar bisa bekerja. Sampai tahun 2018 ini tercatat terdapat beberapa jenis baterai yang bisa atau dapat kita temukan dengan di pasaran. Namun Pada dasarnya jenis baterai itu dikategorikan kedalam dua macam yakni Baterai Primer dan juga Baterai Sekunder.
- Baterai primer bisa dibilang sebagai baterai untuk 1 kali pakai (sekali pakai) Yang termasuk kedalam golongan baterai primer misalnya seperti baterai jenis Zinc-Carbon, Alkali, Lithium, dan juga Silver Oxide. Harga baterai primer juga cenderung lebih murah. Sedangkan
- Baterai sekunder merupakan baterai yang dapat dicharge, dan yang termasuk baterai sekunder misalnya seperti baterai jenis Ni-Cd, Ni-MH, dan juga Li-ion.
Macam Jenis Baterai Primer :
1. Baterai Zinc-Carbon
- Jenis baterai primer yang pertama merupakan baterai Zinc Carbon alias baterai Seng Karbon.
- Baterai yang satu ini juga juga sering disebut dengan baterai Heavy Duty.
- Baterai jenis mudah ditemukan dengan mudah pada toko-toko maupun supermarket.
2. Baterai Alkali
- Baterai ini juga termasuk juga kedalam jenis baterai primer karena tidak dapat untuk diisi ulang.
- Sebenarnya baterai Alkali ini hampir sama seperti baterai Seng Karbon, hanya saja sedikit berbeda dengan daya tahannya lkarena baterai alkali ini ebih lama disebabkan menggunakan elektrolit dari bahan Potassium hydroxide, yang tidak lain Zat Alkali (Alkaline).
3. Baterai Lithium
- Lithium Memiliki kualitas lebih bagus dibanding dengan dua jenis baterai sebelumnya.
- Baterai Lithium ini punya kinerja yang lebih baik.
- Selain itu baterai Lithium dapat disimpan dalam waktu hingga lebih dari 10 tahun.
- Biasanya baterai Lihium mempunyai bentuk bulat pilih layaknya koin.
4. Baterai Silver Oxide
- Materialnya yang terbuat dari silver/perak yang membuat harga untuk jenis ini relatif mahal.
- Baterai jenis ini memiliki kekuatan tinggi walaupun bentuknya itu kecil dan ringan.
Macam-macam Baterai Sekunder :
1. Baterai Ni-Cd
- Baterai Ni-Cd atau singkatan dari NIcket-Cadmium.
- Baterai jenis ini bisa untuk diisi ulang karena menggunakan material yakni elektrolit Nickel Oxide Hydroxide serta Metallic Cadmium.
- Tapi sayangnya baterai jenis ini didalamnya terkandung bahan beracun berupa Carcinogenic Cadmium yang bisa membahayakan kesehatan manusia serta juga lingkungan.
2. Baterai Ni-MH
- Ni-MH atau singkatan dari Nickel-Metal Hydride.
- Baterai jenis ini mempunyai kapasitas yang lebih besar kurang lebih 30% jika dibanding dengan baterai Ni-Cd.
- Selain dari hal itu baterai jenis tersebut bisa juga dilakukan isi ulang bisa sampai lebih 100 kali sehingga akan dapat menghemat biaya jika dibanding dengan menggunakan baterai primer.
3. Baterai Li-ion
- Baterai jenis inilah yang saat ini dominan digunakan di segala macam peralatan elektronika mulai dari smartphone, kamera, sampai pada laptop.
- Kelebihan dari jenis baterai ini karena memiliki bobot yang ringan dan juga memiliki kapasitas yang besar.
- IC 74LS138
- IC 80C51
- IC 74LS373
IC 74LS373 adalah salah satu flip-flop data yang memiliki 8 latch data dengan 3 kondisi output (high, low, dan impedansi tinggi).
Adapun konfigurasi pin pada 74LS373 adalah sebagai berikut:
a. D0 – D7 adalah data input (Dn).
b. LE adalah input Latch Enable yang aktif ketika berlogika high.
c. OE adalah input Output Enable yang aktif ketika berlogika low.
d. Q1 – Q7 adalah data output (Qn).
IC
74LS373 terdiri dari delapan D flip flop yang melaluinya masukan
diberikan ke masing-masing pin IC. Data Flip flop berubah secara
asinkron ketika Latch enable (LE) dalam keadaan High. Seperti yang kita
ketahui pengoperasian flip flop itu masukan apapun
ke pin D pada keadaan sekarang akan diberikan sebagai keluaran pada
siklus jam berikutnya. Tetapi ketika Pin Pengunci Latch ditarik rendah,
data akan terkunci sehingga data muncul secara instan memberikan aksi
Latching.
Pin Output Enable juga berperan
penting dalam cara kerja IC 74LS373 ini. Saat pin (OE) low input data
akan muncul di output, namun saat OE tinggi maka output akan berada
dalam keadaan impedansi tinggi. IC beroperasi dengan maksimum 5 V dan banyak digunakan di berbagai jenis peralatan elektronik.
Tabel 2.3 Kebenaran logika pada IC 74LS373
|
Dn |
LE |
OE |
Qn |
|
H |
H |
L |
H |
|
L |
H |
L |
L |
|
X |
L |
L |
Q0 |
|
X |
X |
H |
Z |
|
L = Low |
Z = IMPEDANSI TINGGI |
||
|
H = high |
X = DIABAIKAN | ||
- IC 74LS245
| Kontrol Masukan | Operasional | |
| Kaki ‘ E ’ | Kaki ‘ DIR ‘ | |
| L | L | Data berasal dari kaki B menuju ke kaki A |
| L | H | Data berasal dari kaki A menuju ke kaki B |
| H | X | Data terisolasi (kondisi impedensi tinggi) |
- IC 2764
- IC 6116
-CS
|
-OE
|
-WE
|
Mode
|
Pin–pin I-O
|
1
|
X
|
X
|
Non aktif
|
High Z
|
0
|
0
|
1
|
Read
|
Out
|
0
|
1
|
0
|
Write
|
In
|
- IC 8255A
- ADC 0804
Read more at: http://elektronika-dasar.web.id/adc-analog-to-digital-convertion-ic-0804/
Copyright © Elektronika Dasar
|
Vin
(volt)
|
Data
Digital (biner)
|
Data
Digital (desimal)
|
|
0,000
|
0000
0000
|
0
|
|
0,0196
|
0000
0001
|
1
|
|
0,0392
|
0000
0010
|
2
|
|
…
|
…
|
…
|
|
5
|
1111
1111
|
255
|
Read more at: http://elektronika-dasar.web.id/adc-analog-to-digital-convertion-ic-0804/
Copyright © Elektronika Dasar
Read more at: http://elektronika-dasar.web.id/adc-analog-to-digital-convertion-ic-0804/
Copyright © Elektronika Dasar
- DAC 0808
Nilai DAC = Nilai yang ingin dikonversi ke tegangan
Vref = tegangan referensi, biasanya 12 volt
255 = full range 8 bit DAC0808
Skematik rangkaiannya
Read more at: https://elektronika-dasar.web.id/digital-to-analog-converter-dac-0808/
Copyright © Elektronika Dasar
- Gerbang Logika AND
Istilah "Logika" biasanya digunakan untuk menyatakan suatu proses pengambilan keputusan. Maka suatu gerbang logika merupakan suatu rangkaian yang dapat memutuskan untuk berkata ya atau tidak pada keluaran berdasarkan masukan.
Gerbang AND akan berlogika 1 apabila semua inputnya berlogika 1, namun bila salah satu atau semua keluarannya berlogika 0 maka keluarannya berlogika 0.
TAbel Kebenaran Gerbang AND
Perhatikan Tabel kebenaran dibawah untuk menjelaskan gerbang AND
Ekspresi Boolean Gerbang AND
Sampai disini anda telah menghafal simbol logika dan tabel gerbang AND. Sekarang anda akan mempelajari metode penulisan pernyataan "masukan A di-AND-kan dengan masukan B untuk mendapatkan keluaran Y". Metode singkat untuk menuliskan pernyataan ini disebut ekspresi Boolean ("Boolean" dari aljabar Boolean-aljabar-logika) |
| Ekspresi Boolean Gerbang Logika AND |
 |
| Empat cara untuk menyatakan peng-AND-an logis A dan B |
Penggambaran Gerbang AND menggunakan Dioda
 |
| Rangkaian gerbang AND dengan Dioda |
Artinya dioda D1 pada keadaan forward bias dan dioda D2 pada keadaan reverse bias, sehingga tegangan pada Q pada keadaan logik 0 (±2 V), jika A =10 V dan B = +10 V, maka kedua dioda pada keadaan reverse bias sehingga tegangan pada Q = 10 V. Artinya A =1 dan B =1, maka Q=1.
Penjelasan Gerbang AND Dengan Transistor
 |
| Rangkaian gerbang AND dengan Transistor |
Sebaliknya jika tegangan baterai A pada keadaan logik 1 (misal A = 10 V) dan baterai pada keadaan logik (B = 10 V), maka kedua transistor bekerja sehingga egangan pada beban RL
ada (pada keadaan logik 1). Artinya A = 1, B = 1 maka Q = 1.
- Resistor
Seperti yang dikatakan sebelumnya, nilai Resistor yang berbentuk Axial adalah diwakili oleh Warna-warna yang terdapat di tubuh (body) Resistor itu sendiri dalam bentuk Gelang. Umumnya terdapat 4 Gelang di tubuh Resistor, tetapi ada juga yang 5 Gelang.
Gelang warna Emas dan Perak biasanya terletak agak jauh dari gelang warna lainnya sebagai tanda gelang terakhir. Gelang Terakhirnya ini juga merupakan nilai toleransi pada nilai Resistor yang bersangkutan.
Tabel dibawah ini adalah warna-warna yang terdapat di Tubuh Resistor :
Perhitungan untuk Resistor dengan 4 Gelang warna :
- Dioda
Komponen Dioda
Gambar dioda, simbol, dan komponennya
Struktur utama dioda adalah dua buah kutub elektroda berbahan konduktor yang masing-masing terhubung dengan semikonduktor silikon jenis p dan silikon jenis n. Anoda adalah elektroda yang terhubung dengan silikon jenis p dimana elektron yang terkandung lebih sedikit, dan katoda adalah elektroda yang terhubung dengan silikon jenis n dimana elektron yang terkandung lebih banyak. Pertemuan antara silikon n dan silikon p akan membentuk suatu perbatasan yang disebut P-N Junction.
Material semikonduktor yang digunakan umumnya berupa silikon atau germanium. Adapun semikonduktor jenis p diciptakan dengan menambahkan material yang memiliki elektron valensi kurang dari 4 (Contoh: Boron) dan semikonduktor jenis n diciptakan dengan menambahkan material yang memiliki elektro valensi lebih dari 4 (Contoh: Fosfor).
Cara Kerja Dioda
Secara sederhana, cara kerja dioda dapat dijelaskan dalam tiga kondisi, yaitu kondisi tanpa tegangan (unbiased), diberikan tegangan positif (forward biased), dan tegangan negatif (reverse biased).
Kondisi tanpa tegangan
Pada kondisi tidak diberikan tegangan akan terbentuk suatu perbatasan medan listrik pada daerah P-N junction. Hal ini terjadi diawali dengan proses difusi, yaitu bergeraknya muatan elektro dari sisi n ke sisi p. Elektron-elektron tersebut akan menempati suatu tempat di sisi p yang disebut dengan holes. Pergerakan elektron-elektron tersebut akan meninggalkan ion positif di sisi n, dan holes yang terisi dengan elektron akan menimbulkan ion negatif di sisi p. Ion-ion tidak bergerak ini akan membentuk medan listrik statis yang menjadi penghalang pergerakan elektron pada dioda.
Kondisi tegangan positif (Forward-bias)
Pada kondisi ini, bagian anoda disambungkan dengan terminal positif sumber listrik dan bagian katoda disambungkan dengan terminal negatif. Adanya tegangan eksternal akan mengakibatkan ion-ion yang menjadi penghalang aliran listrik menjadi tertarik ke masing-masing kutub. Ion-ion negatif akan tertarik ke sisi anoda yang positif, dan ion-ion positif akan tertarik ke sisi katoda yang negatif. Hilangnya penghalang-penghalang tersebut akan memungkinkan pergerakan elektron di dalam dioda, sehingga arus listrik dapat mengalir seperti pada rangkaian tertutup.
Kondisi tegangan negatif (Reverse-bias)
Pada kondisi ini, bagian anoda disambungkan dengan terminal negatif sumber listrik dan bagian katoda disambungkan dengan terminal positif. Adanya tegangan eksternal akan mengakibatkan ion-ion yang menjadi penghalang aliran listrik menjadi tertarik ke masing-masing kutub. Pemberian tegangan negatif akan membuat ion-ion negatif tertarik ke sisi katoda (n-type) yang diberi tegangan positif, dan ion-ion positif tertarik ke sisi anoda (p-type) yang diberi tegangan negatif. Pergerakan ion-ion tersebut searah dengan medan listrik statis yang menghalangi pergerakan elektron, sehingga penghalang tersebut akan semakin tebal oleh ion-ion. Akibatnya, listrik tidak dapat mengalir melalui dioda dan rangkaian diibaratkan menjadi rangkaian terbuka.
- Kapasitor
Berfungsi untuk menghilangkan riak yang tersisa setelah gelombang disearahkan oleh diode bridge.
Kapasitor [C] gambaran sederhananya terdiri dari dua keping sejajar yang memiliki luasan [A] dan dipisahkan dengan jarak yang sempit sejauh [d]. Seringkali kedua keping tersebut digulung menjadi silinder dengan sebuah insulator atau kertas sebagai pemisah kedua keping. Pada gambar rangkaian listrik, simbolnya dinotasikan dengan:
[Simbol]
Berbagai tipe kapasitor, (kiri) keping sejajar, (tengah) silindris, (kanan) gambar beberapa contoh asli yang digunakan pada peralatan elektronik.
[Sumber: Douglas C. Giancoli, 2005]
Perlu kamu ketahui bahwa walaupun memiliki fungsi yang hampir sama, namun baterai berbeda dengan kapasitor. Kapasitor berfungsi hanya sebagai penyimpan muatan listrik sementara, sedangkan baterai selain juga dapat menyimpan muatan listrik, baterai juga merupakan salah satu sumber tegangan listrik. Karena baterai perbedaan itu, baterai juga memiliki simbol yang berbeda pada rangkaian listrik. Simbol baterai dinotasikan dengan:
[Simbol baterai]
Contoh penggunaan kedua simbol tersebut pada rangkaian listrik:
Kamu dapat mencari nilai kapasitas atau kapasitansi suatu kapasitor, yakni jumlah muatan listrik yang tersimpan. Untuk bentuk paling umum yaitu keping sejajar, persamaan kapasitansi dinotasikan dengan:
Dimana:
C = kapasitansi (F, Farad) (1 Farad = 1 Coulomb/Volt)
Q = muatan listrik (Coulomb)
V = beda potensial (Volt)
Nilai kapasitansi tidak selalu bergantung pada nilai 
Dimana:
A = luasan penampang keping (m2)
d = jarak antar keping (m)
Jika antara kedua keping hanya ada udara atau vakum (tidak terdapat bahan penyekat), maka nilai permitivitasnya dipakai 
Muatan sebelum disisipkan bahan penyekat (
Kapasitor menyimpan energi dalam bentuk medan listrik. Besar energi [W] yang tersimpan pada dapat dicari menggunakan rumus:
Dimana:
W = jumlah energi yang tersimpan dalam kapasitor (Joule)
Rangkaian Kapasitor
Dua kapasitor atau lebih dapat disusun secara seri maupun paralel dalam satu rangkaian listrik. Rangkaian seri memiliki sifat-sifat yang berbeda dengan rangkaian paralel. Berikut diberikan tabel sifat-sifatnya pada rangkaian seri dan paralel.- Motor
Terdapat dua bagian utama pada sebuah Motor Listrik DC, yaitu Stator dan Rotor. Stator adalah bagian motor yang tidak berputar, bagian yang statis ini terdiri dari rangka dan kumparan medan. Sedangkan Rotor adalah bagian yang berputar, bagian Rotor ini terdiri dari kumparan Jangkar. Dua bagian utama ini dapat dibagi lagi menjadi beberapa komponen penting yaitu diantaranya adalah Yoke (kerangka magnet), Poles (kutub motor), Field winding (kumparan medan magnet), Armature Winding (Kumparan Jangkar), Commutator (Komutator) dan Brushes (kuas/sikat arang).
Pada prinsipnya motor listrik DC menggunakan fenomena elektromagnet untuk bergerak, ketika arus listrik diberikan ke kumparan, permukaan kumparan yang bersifat utara akan bergerak menghadap ke magnet yang berkutub selatan dan kumparan yang bersifat selatan akan bergerak menghadap ke utara magnet. Saat ini, karena kutub utara kumparan bertemu dengan kutub selatan magnet ataupun kutub selatan kumparan bertemu dengan kutub utara magnet maka akan terjadi saling tarik menarik yang menyebabkan pergerakan kumparan berhenti.
Untuk menggerakannya lagi, tepat pada saat kutub kumparan berhadapan dengan kutub magnet, arah arus pada kumparan dibalik. Dengan demikian, kutub utara kumparan akan berubah menjadi kutub selatan dan kutub selatannya akan berubah menjadi kutub utara. Pada saat perubahan kutub tersebut terjadi, kutub selatan kumparan akan berhadap dengan kutub selatan magnet dan kutub utara kumparan akan berhadapan dengan kutub utara magnet. Karena kutubnya sama, maka akan terjadi tolak menolak sehingga kumparan bergerak memutar hingga utara kumparan berhadapan dengan selatan magnet dan selatan kumparan berhadapan dengan utara magnet. Pada saat ini, arus yang mengalir ke kumparan dibalik lagi dan kumparan akan berputar lagi karena adanya perubahan kutub. Siklus ini akan berulang-ulang hingga arus listrik pada kumparan diputuskan.
- LM 35
Meskipun tegangan sensor ini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan kesensor adalah sebesar 5 volt, sehingga dapat digunakan dengan catu daya tunggal dengan ketentuan bahwa LM35 hanya membutuhkan arus sebesar 60 µA hal ini berarti LM35 mempunyai kemampuan menghasilkan panas (self-heating) dari sensor yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan yang rendah yaitu kurang dari 0,5 ºC pada suhu 25 ºC .
Gambar 1. Sensor Suhu LM35
Pada Gambar 5.1
ditunjukan bentuk dari LM35 tampak depan dan tampak bawah. 3 pin LM35
menujukan fungsi masing-masing pin diantaranya, pin 1 berfungsi sebagai
sumber tegangan kerja dari LM35, pin 2 atau tengah digunakan sebagai
tegangan keluaran atau Vout dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampai
dengan 1,5 Volt dengan tegangan operasi sensor LM35 yang dapat digunakan
antara 4 Volt sampai 30 Volt. Keluaran sensor ini akan naik sebesar 10
mV setiap derajad celcius sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut :
VLM35 = Suhu* 10 mV
Secara prinsip sensor akan melakukan penginderaan pada saat perubahan suhu setiap suhu 1 ºC akan menunjukan tegangan sebesar 10 mV. Pada penempatannya LM35 dapat ditempelkan dengan perekat atau dapat pula disemen pada permukaan akan tetapi suhunya akan sedikit berkurang sekitar 0,01 ºC karena terserap pada suhu permukaan tersebut. Dengan cara seperti ini diharapkan selisih antara suhu udara dan suhu permukaan dapat dideteksi oleh sensor LM35 sama dengan suhu disekitarnya, jika suhu udara disekitarnya jauh lebih tinggi atau jauh lebih rendah dari suhu permukaan, maka LM35 berada pada suhu permukaan dan suhu udara disekitarnya .
Jarak yang jauh diperlukan penghubung yang tidak terpengaruh oleh interferensi dari luar, dengan demikian digunakan kabel selubung yang ditanahkan sehingga dapat bertindak sebagai suatu antenna penerima dan simpangan didalamnya, juga dapat bertindak sebagai perata arus yang mengkoreksi pada kasus yang sedemikian, dengan mengunakan metode bypass kapasitor dari Vin untuk ditanahkan. Berikut ini adalah karakteristik dari sensor LM35:
Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC
Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.
Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.
Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.
Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.
Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.
Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.
- Op Amp
Operational Amplifier atau lebih dikenal dengan istilah Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas.
Op-Amp umumnya dikemas dalam bentuk IC, sebuah IC Op-Amp dapat terdiri dari hanya 1 (satu) rangkaian Op-Amp atau bisa juga terdiri dari beberapa rangkaian Op-Amp. Jumlah rangkaian Op-Amp dalam satu kemasan IC dapat dibedakan menjadi Single Op-Amp, dual Op-Amp dan Quad Op-Amp. Ada juga IC yang didalamnya terdapat rangkaian Op-Amp disamping rangkaian utama lainnya.
Inilah dua aturan penting op-amp ideal yang digunakan untuk menganalisa rangkaian op-amp.
Inverting amplifier
Rangkaian
dasar penguat inverting adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar 1,
dimana sinyal masukannya dibuat melalui input inverting. Seperti
tersirat pada namanya, pembaca tentu sudah menduga bahwa fase keluaran
dari penguat inverting ini akan selalu berbalikan dengan inputnya. Pada
rangkaian ini, umpanbalik negatif di bangun melalui resistor R2. 
gambar 1 : penguat inverter
Input
non-inverting pada rangkaian ini dihubungkan ke ground, atau v+ = 0.
Dengan mengingat dan menimbang aturan 1 (lihat aturan 1), maka akan
dipenuhi v- = v+ = 0. Karena nilainya = 0 namun tidak terhubung langsung
ke ground, input op-amp v- pada rangkaian ini dinamakan virtual ground.
Dengan fakta ini, dapat dihitung tegangan jepit pada R1 adalah vin – v-
= vin dan tegangan jepit pada reistor R2 adalah vout – v- = vout.
Kemudian dengan menggunakan aturan 2, di ketahui bahwa :
iin + iout = i- = 0, karena menurut aturan 2, arus masukan op-amp adalah 0.
iin + iout = vin/R1 + vout/R2 = 0
Selanjutnya
vout/R2 = - vin/R1 .... atau
vout/vin = - R2/R1
Jika penguatan G didefenisikan sebagai perbandingan tegangan keluaran terhadap tegangan masukan, maka dapat ditulis
…(1)
Impedansi rangkaian inverting didefenisikan sebagai impedansi input
dari sinyal masukan terhadap ground. Karena input inverting (-) pada
rangkaian ini diketahui adalah 0 (virtual ground) maka impendasi
rangkaian ini tentu saja adalah Zin = R1.
Non-Inverting amplifier
Prinsip
utama rangkaian penguat non-inverting adalah seperti yang diperlihatkan
pada gambar 2 berikut ini. Seperti namanya, penguat ini memiliki
masukan yang dibuat melalui input non-inverting. Dengan demikian
tegangan keluaran rangkaian ini akan satu fasa dengan tegangan inputnya.
Untuk menganalisa rangkaian penguat op-amp non inverting, caranya sama
seperti menganalisa rangkaian inverting. 
gambar 2 : penguat non-inverter
Dengan menggunakan aturan 1 dan aturan 2, kita uraikan dulu beberapa fakta yang ada, antara lain :
vin = v+
v+ = v- = vin ..... lihat aturan 1.
Dari sini ketahui tegangan jepit pada R2 adalah vout – v- = vout – vin,
atau iout = (vout-vin)/R2. Lalu tegangan jepit pada R1 adalah v- = vin,
yang berarti arus iR1 = vin/R1.
Hukum kirchkof pada titik input inverting merupakan fakta yang mengatakan bahwa :
iout + i(-) = iR1
Aturan 2 mengatakan bahwa i(-) = 0 dan jika disubsitusi ke rumus yang sebelumnya, maka diperoleh
iout = iR1 dan Jika ditulis dengan tegangan jepit masing-masing maka diperoleh
(vout – vin)/R2 = vin/R1 yang kemudian dapat disederhanakan menjadi :
vout = vin (1 + R2/R1)
Jika penguatan G adalah perbandingan tegangan keluaran terhadap tegangan masukan, maka didapat penguatan op-amp non-inverting :
… (2)
Impendasi untuk rangkaian Op-amp non inverting adalah impedansi dari
input non-inverting op-amp tersebut. Dari datasheet, LM741 diketahui
memiliki impedansi input Zin = 108 to 1012 Ohm.
Integrator
Opamp
bisa juga digunakan untuk membuat rangkaian-rangkaian dengan respons
frekuensi, misalnya rangkaian penapis (filter). Salah satu contohnya
adalah rangkaian integrator seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.
Rangkaian dasar sebuah integrator adalah rangkaian op-amp inverting,
hanya saja rangkaian umpanbaliknya (feedback) bukan resistor melainkan
menggunakan capasitor C. 
gambar 3 : integrator
Mari
kita coba menganalisa rangkaian ini. Prinsipnya sama dengan menganalisa
rangkaian op-amp inverting. Dengan menggunakan 2 aturan op-amp (golden
rule) maka pada titik inverting akan didapat hubungan matematis :
iin = (vin – v-)/R = vin/R , dimana v- = 0 (aturan1)
iout = -C d(vout – v-)/dt = -C dvout/dt; v- = 0
iin = iout ; (aturan 2)
Maka jika disubtisusi, akan diperoleh persamaan :
iin = iout = vin/R = -C dvout/dt, atau dengan kata lain
...(3)
Dari sinilah nama rangkaian ini diambil, karena secara matematis
tegangan keluaran rangkaian ini merupakan fungsi integral dari tegangan
input. Sesuai dengan nama penemunya, rangkaian yang demikian dinamakan
juga rangkaian Miller Integral. Aplikasi yang paling populer menggunakan
rangkaian integrator adalah rangkaian pembangkit sinyal segitiga dari
inputnya yang berupa sinyal kotak.
Dengan analisa rangkaian integral serta notasi Fourier, dimana f = 1/t dan
…(4)
penguatan integrator tersebut dapat disederhanakan dengan rumus
…(5)
Sebenarnya rumus ini dapat diperoleh dengan cara lain, yaitu dengan mengingat rumus dasar penguatan opamp inverting
G = - R2/R1. Pada rangkaian integrator (gambar 3) tersebut diketahui
Dengan demikian dapat diperoleh penguatan integrator tersebut seperti
persamaan (5) atau agar terlihat respons frekuensinya dapat juga ditulis
dengan
…(6)
Karena respons frekuensinya yang demikian, rangkain integrator ini
merupakan dasar dari low pass filter. Terlihat dari rumus tersebut
secara matematis, penguatan akan semakin kecil (meredam) jika frekuensi
sinyal input semakin besar.
Pada prakteknya, rangkaian feedback
integrator mesti diparalel dengan sebuah resistor dengan nilai misalnya
10 kali nilai R atau satu besaran tertentu yang diinginkan. Ketika
inputnya berupa sinyal dc (frekuensi = 0), kapasitor akan berupa saklar
terbuka. Jika tanpa resistor feedback seketika itu juga outputnya akan
saturasi sebab rangkaian umpanbalik op-amp menjadi open loop (penguatan
open loop opamp ideal tidak berhingga atau sangat besar). Nilai resistor
feedback sebesar 10R akan selalu menjamin output offset voltage (offset
tegangan keluaran) sebesar 10x sampai pada suatu frekuensi cutoff
tertentu.
Differensiator
Kalau komponen C pada
rangkaian penguat inverting di tempatkan di depan, maka akan diperoleh
rangkaian differensiator seperti pada gambar 4. Dengan analisa yang sama
seperti rangkaian integrator, akan diperoleh persamaan penguatannya :
…(7)
Rumus ini secara matematis menunjukkan bahwa tegangan keluaran vout
pada rangkaian ini adalah differensiasi dari tegangan input vin. Contoh
praktis dari hubungan matematis ini adalah jika tegangan input berupa
sinyal segitiga, maka outputnya akan menghasilkan sinyal kotak.
gambar 4 : differensiator
Bentuk rangkain differensiator adalah mirip dengan rangkaian inverting. Sehingga jika berangkat dari rumus penguat inverting
G = -R2/R1
dan pada rangkaian differensiator diketahui :
maka jika besaran ini disubtitusikan akan didapat rumus penguat differensiator
…(8)
Dari
hubungan ini terlihat sistem akan meloloskan frekuensi tinggi (high
pass filter), dimana besar penguatan berbanding lurus dengan frekuensi.
Namun demikian, sistem seperti ini akan menguatkan noise yang umumnya
berfrekuensi tinggi. Untuk praktisnya, rangkain ini dibuat dengan
penguatan dc sebesar 1 (unity gain). Biasanya kapasitor diseri dengan
sebuah resistor yang nilainya sama dengan R. Dengan cara ini akan
diperoleh penguatan 1 (unity gain) pada nilai frekuensi cutoff tertentu.
- Button
Push button switch (saklar tombol tekan) adalah perangkat / saklar sederhana yang berfungsi untuk menghubungkan atau memutuskan aliran arus listrik dengan sistem kerja tekan unlock (tidak mengunci). Sistem kerja unlock disini berarti saklar akan bekerja sebagai device penghubung atau pemutus aliran arus listrik saat tombol ditekan, dan saat tombol tidak ditekan (dilepas), maka saklar akan kembali pada kondisi normal.
- Relay
Pada dasarnya, Relay terdiri dari 4 komponen dasar yaitu :
- Electromagnet (Coil)
- Armature
- Switch Contact Point (Saklar)
- Spring
Berikut ini merupakan gambar dari bagian-bagian Relay :
Kontak Poin (Contact Point) Relay terdiri dari 2 jenis yaitu :
- Normally Close (NC) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi CLOSE (tertutup)
- Normally Open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi OPEN (terbuka)
Berdasarkan gambar diatas, sebuah Besi (Iron Core) yang dililit oleh sebuah kumparan Coil yang berfungsi untuk mengendalikan Besi tersebut. Apabila Kumparan Coil diberikan arus listrik, maka akan timbul gaya Elektromagnet yang kemudian menarik Armature untuk berpindah dari Posisi sebelumnya (NC) ke posisi baru (NO) sehingga menjadi Saklar yang dapat menghantarkan arus listrik di posisi barunya (NO). Posisi dimana Armature tersebut berada sebelumnya (NC) akan menjadi OPEN atau tidak terhubung. Pada saat tidak dialiri arus listrik, Armature akan kembali lagi ke posisi Awal (NC). Coil yang digunakan oleh Relay untuk menarik Contact Poin ke Posisi Close pada umumnya hanya membutuhkan arus listrik yang relatif kecil. Karena Relay merupakan salah satu jenis dari Saklar, maka istilah Pole dan Throw yang dipakai dalam Saklar juga berlaku pada Relay. Berikut ini adalah penjelasan singkat mengenai Istilah Pole and Throw :
- Pole : Banyaknya Kontak (Contact) yang dimiliki oleh sebuah relay
- Throw : Banyaknya kondisi yang dimiliki oleh sebuah Kontak (Contact)
Berdasarkan penggolongan jumlah Pole dan Throw-nya sebuah relay, maka relay dapat digolongkan menjadi :
- Single Pole Single Throw (SPST) : Relay golongan ini memiliki 4 Terminal, 2 Terminal untuk Saklar dan 2 Terminalnya lagi untuk Coil.
- Single Pole Double Throw (SPDT) : Relay golongan ini memiliki 5 Terminal, 3 Terminal untuk Saklar dan 2 Terminalnya lagi untuk Coil.
- Double Pole Single Throw (DPST) : Relay golongan ini memiliki 6 Terminal, diantaranya 4 Terminal yang terdiri dari 2 Pasang Terminal Saklar sedangkan 2 Terminal lainnya untuk Coil. Relay DPST dapat dijadikan 2 Saklar yang dikendalikan oleh 1 Coil.
- Double Pole Double Throw (DPDT) : Relay golongan ini memiliki Terminal sebanyak 8 Terminal, diantaranya 6 Terminal yang merupakan 2 pasang Relay SPDT yang dikendalikan oleh 1 (single) Coil. Sedangkan 2 Terminal lainnya untuk Coil.
Selain Golongan Relay diatas, terdapat juga Relay-relay yang Pole dan Throw-nya melebihi dari 2 (dua). Misalnya 3PDT (Triple Pole Double Throw) ataupun 4PDT (Four Pole Double Throw) dan lain sebagainya.
Untuk lebih jelas mengenai Penggolongan Relay berdasarkan Jumlah Pole dan Throw, silakan lihat gambar dibawah ini :
Beberapa fungsi Relay yang telah umum diaplikasikan kedalam peralatan Elektronika diantaranya adalah :
- Relay digunakan untuk menjalankan Fungsi Logika (Logic Function)
- Relay digunakan untuk memberikan Fungsi penundaan waktu (Time Delay Function)
- Relay digunakan untuk mengendalikan Sirkuit Tegangan tinggi dengan bantuan dari Signal Tegangan rendah.
- Ada juga Relay yang berfungsi untuk melindungi Motor ataupun komponen lainnya dari kelebihan Tegangan ataupun hubung singkat (Short).
- Transistor
Transistor adalah sebuah komponen elektronika yang digunakan untuk penguat, sebagai sirkuit pemutus, sebagai penyambung, sebagai stabilitas tegangan, modulasi sinyal dan lain-lain. Fungsi transistor juga sebagai kran listrik yang dimana berdasarkan tegangan inputnya, memungkinkan pengalihat listrik yang akurat yang berasal dari sumber listrik.
Transistor seperti gambar diatas dapat disebut juga transistor bipolar atau transistor BJT (Bipolar Junction Transistor). Transistor bipolar adalah inovasi yang menggantikan transistor tabung (vacum tube). Selain dimensi transistor bipolar yang relatif lebih kecil, disipasi dayanya juga lebih kecil sehingga dapat bekerja pada suhu yang lebih dingin. Dalam beberapa aplikasi, transistor tabung masih digunakan terutama pada aplikasi audio, untuk mendapatkan kualitas suara yang baik, namun konsumsi dayanya sangat besar. Sebab untuk dapat melepaskan elektron, teknik yang digunakan adalah pemanasan filamen seperti pada lampu pijar.
Transistor bipolar memiliki 2 junction yang dapat disamakan dengan penggabungan 2 buah dioda. Emiter-Base adalah satu junction dan Base-Kolektor junction lainnya itulah kenapa disebut (Bipolar Junction Transistor). Seperti pada dioda, arus hanya akan mengalir hanya jika diberi bias positif, yaitu hanya jika tegangan pada material P lebih positif daripada material N (forward bias). Pada gambar ilustrasi transistor NPN berikut ini, junction base-emiter diberi bias positif sedangkan basecolector mendapat bias negatif (reverse bias).
Karena base-emiter mendapat bias positif maka seperti pada dioda, electron mengalir dari emiter menuju base. Kolektor pada rangkaian ini lebih positif, sebab mendapat tegangan positif. Karena kolektor ini lebih positif, aliran elektron bergerak menuju kutup ini. Misalnya tidak ada kolektor, aliran elektron seluruhnya akan menuju base seperti pada dioda. Tetapi karena lebar base yang sangat tipis, hanya sebagian elektron yang dapat bergabung dengan hole yang ada pada base. Sebagian besar akan menembus lapisan base menuju kolektor. Inilah alasannya mengapa jika dua diode digabungkan tidak dapat menjadi sebuah transistor, karena persyaratannya adalah lebar base harus sangat tipis sehingga dapat diterjang oleh elektron.
Jika misalnya tegangan base-emitor dibalik (reverse bias), maka tidak akan terjadi aliran elektron dari emitor menuju kolektor. Jika pelan-pelan ‘keran’ base diberi bias maju (forward bias), elektron mengalir menuju kolektor dan besarnya sebanding dengan besar arus bias base yang diberikan. Dengan kata lain, arus base mengatur banyaknya electron yang mengalir dari emiter menuju kolektor. Ini yang dinamakan efek penguatan transistor, karena arus base yang kecil menghasilkan arus emiter-colector yang lebih besar. Istilah amplifier (penguatan) sebenarnya bukanlah penguatan dalam arti sebenarnya, karena dengan penjelasan di atas sebenarnya yang terjadi bukan penguatan, melainkan arus yang lebih kecil mengontrol aliran arus yang lebih besar. Juga dapat dijelaskan bahwa base mengatur membuka dan menutup aliran arus emiter-kolektor (switch on/off).
Pada transistor PNP, fenomena yang sama dapat dijelaskan dengan memberikan bias seperti pada gambar berikut. Dalam hal ini yang disebut perpindahan arus adalah arus hole.
Perlu diingat, walaupun tidak ada perbedaan pada doping bahan pembuat emitor dan kolektor, namun pada prakteknya emitor dan kolektor tidak dapat dibalik.
Dari satu bahan silikon (monolitic), emitor dibuat terlebih dahulu, kemudian base dengan doping yang berbeda dan terakhir adalah kolektor. Terkadang dibuat juga efek dioda pada terminal-terminalnya sehingga arus hanya akan terjadi pada arah yang dikehendaki. Untuk memudahkan pembahasan prinsip bias transistor lebih lanjut, berikut adalah terminologi parameter transistor. Dalam hal ini arah arus adalah dari potensial yang lebih besar ke potensial yang lebih kecil.
- Krystal
Osilator kristal quartz hadir tersedia dalam berbagai bentuk dan frekuensi. Beberapa frekuensi yang umum adalah 20 MHz, 16 MHz, 10 MHz, 4 MHz. Kemudian terdapat sejumlah frekuensi seperti 14,7456 MHz, 9,216 MHz, 32,768kHz yang tersedia karena frekuensi tersebut adalah frekuensi kelipatan kecepatan yang dibutuhkan untuk komunikasi serial dan untuk pewaktu.
Didalam metal housing tersebut terdapat crystal quartz yang kecil yang bergetar dengan frekuensi tertentu. Jika osilator internal memiliki toleransi ±5% maka pada sisi lain kristal biasanya memiliki toleransi ± 20 ppm. Jadi kristal 16 MHz mungkin memiliki frekuensi aktual 16,000,020 MHz dan yang lainnya mungkin memiliki frekuensi 15,999,980 Mhz. Ini sama dengan ±0,00000125%. Jadi kristal 4 juta kali lebih akurat ketimbang osilator internal
Gambar
di bawah ini merupakan simbol elektronik dari resonator kristal
piezoelektrik dan juga kristal kuarsa dalam osilator elektronik yang
terdiri dari resistor, induktor, dan kapasitor
Diagram Rangkaian Osilator Kristal
Ini akan menjadi masalah pada frekuensi yang lebih tinggi yang cocok dengan kristal yang berada di atas 1MHz. Untuk mengatasi masalah ini dirancang Osilator Kristal Colpitts. Ini akan bekerja pada Frekuensi lebih tinggi. Dalam osilator ini, rangkaian tangki LC yang memberikan osilasi umpan balik telah digantikan oleh kristal kuarsa.
Prinsip Kerja Osilator Kristal
Biasanya osilator kristal kuarsa sangat stabil, terdiri dari faktor kualitas yang baik (Q), ukurannya kecil, dan terkait secara ekonomi. Oleh karena itu, rangkaian osilator kristal kuarsa lebih unggul dibandingkan dengan resonator lain seperti rangkaian LC. Secara umum dalam Mikroprosesor dan pengontrol Mikro, kami menggunakan osilator kristal 8MHz.
Rangkaian listrik yang setara juga menggambarkan aksi kristal dari kristal. Lihat saja diagram rangkaian listrik setara yang ditunjukkan di atas. Komponen dasar yang digunakan dalam rangkaian, induktansi L mewakili massa kristal, kapasitansi C2 mewakili penyesuaian, dan C1 digunakan untuk mewakili kapasitansi yang terbentuk karena pencetakan mekanis kristal, resistansi R menunjukkan gesekan struktur internal kristal, rangkaian diagram osilator kristal kuarsa terdiri dari dua resonansi seperti resonansi seri dan paralel, yaitu dua frekuensi resonansi.
Diagram di atas menggambarkan rangkaian setara, grafik plot untuk frekuensi Resonansi, Rumus untuk frekuensi Resonansi.
Pada rangkaian terdapat 3 bus data. Yaitu bus alamat (address), bus data, dan bus kontrol. Pda rangkaian terdapat IC 80C51 sebagai mikrokontroller. Kemudian ada IC 74LS373 dan IC 74LS245 sebagai rangkaian latch dan buffer. Kemudian ada IC 6116 sebagai RAM untuk menyimpan data sementara. IC 2764 sebagai ROM untuk menyimpan data secara permanen. Lalu ada IC 8255A sebagai IO dan IC 74LS138 yang berfungsi untuk mengatur chip mana yang akan aktif. Mulanya rangkaian pembangkit clock menghasilkan clock yang diteruskan ke mikrokontroller IC 80C51. Saat mendapatkan mendapatkan input clock, IC 80C51 akan mengirimkan alamat ke rangkaian latch dan buffer. Untuk alamat rendah dikirimkan melalui port 0. Alamat rendah kemudian masuk ke IC 74LS373. Alamat tinggi dikirimkan dari port 2 menuju IC 74LS245. OE (Output Enable) pada IC 74LS373 sudah terhubung ke ground dan dalam keadaan aktif (aktif LOW). Dan pin CE (Chip Enable) pada IC 74LS245 juga sudah dihubungkan ke ground dan dalam keadaan aktif (aktif LOW). Sehingga data juga masuk ke IC 74LS245. Setelah data dikirimkan, maka sinyal kontrol ALE yang berlogika 1 masuk ke LE yang aktif high sehingga data pada IC 74LS373 berpindah dari D ke Q. Setelah itu data ditahan pada pin Q. Pada IC 74LS245 sudah dalam keadaan aktif, dan diberikan logika 1 pada pin D/~R. Yang artinya data berpindah dari A ke B. Data kemudian menyebar ke IC 6116 RAM dan bergabung dengan data alamat rendah dari IC 74LS373. Alamatnya dapat masuk ke RAM, ROM, dan IC 74LS138. Alamat A15-A12 berlogika 0. Sehingga saat masuk ke IC 74LS378, ketiga input nya bernilai 0 sehingga pin yang aktif adalah Y0. Pin Y0 terhubung ke pin E (Enable) dari IC 6116. Pada tahap inilah data telah sampai ke IC 6116. Maka sinyal kontrol RD dikirimkan ke IC 6116 untuk membaca data. Dia akan mengambil data yang dikirim dari mikrokontroller. Data kemudian diteruskan ke pin B IC 74LS245. Data ditahan di pin B. Pada input AB/~BA dihubungkan dengan gerbang AND. Untuk memindahkan data dari B ke A maka harus diberikan logika 0. PSEN memiliki logika 1 apabila ingin membaca RAM dengan RD berlogika 0. Sehingga dihasilkan logika 0 sebagai output dari gerbang AND. Sehingga pada pin D/~R dijalankan perintah Read sehingga data berpindah dari B ke A. Data masuk kembali ke port 0. LM35 mengukur suhu, Saat suhu berada diatas standar yang telah ditetapkan menggunakan program maka akan ada arus yang mengalir ke op
amp. Op amp atau komparator membandingkan tegangan output LM35 dengan
tegangan referensi. Tegangan output kemudian mengalirkan arus ke ADC
0804. ADC 0804 mengubah sinyal analog hasil pembacaan sensor menjadi
sinyal digital yang kemudian diteruskan. Terdapat juga rangkaian yang
dihubungkan ke tegangan referensi ADC 0804. data akan dikirim ke IO lalu diteruskan ke RAM. Pada saat ini WR berlogika 0 dan RD berlogika 1. Sehingga IC melaksanakan perintah Write. Data yang tersimpan di RAM bergerak dari A ke B lalu diteruskan ke IO sehingga dihasilkan output di port A yang terhubung ke DAC. Data digital diubah menjadi analog. Setelah itu data dipindahkan ke RAM untuk disimpan sementara. Saat IC 8255A yang terhubung ke DAC 0808 aktif, maka akan muncul tegangan lalu diperkuat oleh op-amp. Saat ada tegangan pada basis transistor, maka transistor akan on sehingga arus dapat mengalir dari collector ke emittor sehingga akan mengaktifkan relay dan motor hidup.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar