DETEKTOR INVERTING DENGAN VREF=0

DETEKTOR INVERTING DENGAN VREF =0



 1. Pendahuluan[kembali]

Rangkaian detektor inverting dengan nilai referensi (Vref) sebesar 0 adalah suatu konfigurasi yang umumnya digunakan dalam elektronika. Tujuan utamanya adalah mendeteksi perubahan polaritas sinyal input. Dalam konteks ini, sinyal input yang berosilasi akan diubah menjadi sinyal keluaran yang memiliki polaritas terbalik, menciptakan efek deteksi yang berguna dalam berbagai aplikasi elektronik. Mari kita eksplorasi prinsip kerja dan kegunaan praktis dari rangkaian ini.

 2. Tujuan[kembali]

  • Mengetahui prinsip kerja rangkaian detektor inverting dengan vref=0.
  • Mengetahui komponen yang digunakan dalam membuat rangkaian pengaplikasian opamp yaitu alat pendeteksi benda hilang jenis logam menggunakan sensor magnet, sensor infrared, dan sensor suara
  • Mengetahui bentuk rangkaian dan mensimulasikan pengaplikasian opamp pada software proteus. 

 3. Alat dan Bahan[kembali]

ALAT

1) DC Voltmeter
DC Voltmeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besar tengangan pada suatu komponen. Cara pemakaiannya adalah dengan memparalelkan kaki2 Voltmeter dengan komponen yang akan diuji tegangannya


Spesifikasi

   

Generator Daya

1) Baterai


Baterai merupakan sebuah alat yang mengubah energi kimia yang tersimpan menjadi energi listrik. Pada percobaan kali ini, baterai berfungsi sebagai sumber daya atau.

Spesifikasi dan Pinout Baterai
  • Input voltage: ac 100~240v / dc 10~30v
  • Output voltage: dc 1~35v
  • Max. Input current: dc 14a
  • Charging current: 0.1~10a
  • Discharging current: 0.1~1.0a
  • Balance current: 1.5a/cell max
  • Max. Discharging power: 15w
  • Max. Charging power: ac 100w / dc 250w
  • Jenis batre yg didukung: life, lilon, lipo 1~6s, lihv 1-6s, pb 1-12s, nimh, cd 1-16s
  • Ukuran: 126x115x49mm
  • Berat: 460gr

2) Power Suply




Berfungsi sebagai sumber daya bagi sensor ataupun rangkaian. Spesifikasi :
Input voltage: 5V-12V
Output voltage: 5V
Output Current: MAX 3A
Output power:15W
conversion efficiency: 96%

BAHAN

1) Resistor


Resistor adalah komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika (V=I R). 
Jenis Resistor yang digunakan disini adalah Fixed Resistor, dimana merupakan resistor dengan nilai tetap terdiri dari film tipis karbon yang diendapkan subtrat isolator kemudian dipotong berbentuk spiral. Keuntungan jenis fixed resistor ini dapat menghasilkan resistor dengan toleransi yang lebih rendah.

Cara membaca nilai resistor

Contoh :
Gelang ke 1 : Coklat = 1
Gelang ke 2 : Hitam = 0
Gelang ke 3 : Hijau   = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105
Gelang ke 4 : Perak  = Toleransi 10%
Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%


Spesifikasi


2) Dioda
Gambar, Simbol, dan Pinout Dioda



Spesifikasi



Untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Oleh karena itu, Dioda sering dipergunakan sebagai penyearah dalam Rangkaian Elektronika. Dioda pada umumnya mempunyai 2 Elektroda (terminal) yaitu Anoda (+) dan Katoda (-) dan memiliki prinsip kerja yang berdasarkan teknologi pertemuan p-n semikonduktor yaitu dapat mengalirkan arus dari sisi tipe-p (Anoda) menuju ke sisi tipe-n (Katoda) tetapi tidak dapat mengalirkan arus ke arah sebaliknya.


3) Transistor
Gambar, Simbol, dan Pinout Transistor


Merupakan transistor tipe NPN yang digunakan untuk switching agar mengaktifkan kontak relay dan relay tersebut akan memberikan kontak pada motor DC dan output lainnya.
Spesifikasi :
Bi-Polar Transistor
DC Current Gain (hFE) is 800 maximum
Continuous Collector current (IC) is 100mA
Emitter Base Voltage (VBE) is > 0.6V
Base Current(IB) is 5mA maximum

4) Op Amp - LM741
Gambar LM741


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. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional.
Bagian-bagian dan Spesifikasi LM741

Komponen Input

1) Sensor Infrared

Sensor infrared berfungsi untuk mendeteksi jarak benda dari sensor dengan memanfaatkan gelombang elektromagnetik yang dipancarkannya.

Spesifikasi Sensor Infrared
Grafik respon Sensor Infrared

2) Sensor Magnet
Sensor magnet adalah sensor yang mudah terpengaruh dan peka terhadap medan magnet kemudian memberikan perubahan kondisi output. Prinsip kerja Sensor magnet yaitu akan aktif ketika konduktor mempengaruhi medan magnet, sehingga magnet tersebut tertolak atau tertarik sesuai dengan pengaruh konduktor yang diberikan. Disebut juga Relai Buluh adalah Alat yang akan terpengaruh Medan Magnet dan akan memberikan perubahan kondisi pada keluaran, seperti layaknya saklar dua kondisi (on/off) yang digerakkan oleh adanya medan magnet disekitarnya. Biasanya sensor ini dikemas dalam bentuk kemasan yang hampa dan bebas dari debu, kelembapan, asap maupun uap.

Cara Kerja Sensor Magnet
Sensor ini akan bekerja ketika jenis konduktor berada/mempengaruhi keberadaan medan magnet sehingga magent dapat tertarik atau tertolak sesuai pengaruh yang diberikan

3) Sound Sensor


Sensor suara merupakan module sensor yang mensensing besaran suara untuk diubah menjadi besaran listrik .Module ini bekerja berdasarkan prinsip kekuatan gelombang suara yang masuk. Dimana gelombang suara tersebut mengenai membran sensor, yang berefek pada bergetarnya membran sensor. Dan pada membran tersebut terdapat kumparan kecil yang dapat menghasilkan besaran listrik. Kecepatan bergeraknya membran tersebut juga akan menentukan besar kecilnya daya listrik yang akan dihasilkan. Spesifikasi dari sensor suara antara lain:
  •     Sensitivitas dapat diatur (pengaturan manual pada potensiometer)
  •     Condeser yang digunakan memiliki sensitivitas yang tinggi
  •     Tegangan kerja antara 3.3V – 5V
  •     Terdapat 2 pin keluaran yaitu tegangan analog dan Digital output
  •     Sudah terdapat lubang baut untuk instalasi
  •     Sudah terdapat indikator led
Respon frekuensi sound sensor

Respon frekuensi (frequency response) microphone didefinisikan sebagai rentang suara (dari frekuensi terendah hingga tertinggi) yang dapat dihasilkan dan variasinya di antara rentang tersebut.

Pada grafik diatas dapat disimpulkan bahwa makin tinggi frekuensi maka semakin tinggi tingkat sensitivitasnya, atau bisa dikatakan berbanding lurus.

4) Logicstate
Gerbang Logika (Logic Gates) adalah sebuah entitas untuk melakukan pengolahan input-input yang berupa bilangan biner (hanya terdapat 2 kode bilangan biner yaitu, angka 1 dan 0) dengan menggunakan Teori Matematika Boolean sehingga dihasilkan sebuah sinyal output yang dapat digunakan untuk proses berikutnya.

Bagian-bagian logicstate




Komponen Output

1) LED

Light Emmiting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen eletronika yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju.
Spesifikasi :

  • Superior Weather Resistance
  • 5mm Round Standard Directivity
  • Uv Resistant Eproxy
  • Forward Current (If): 30ma
  • Forward Voltage (Vf): 1.8v To 2.4v
  • Reverse Voltage: 5v
  • Operating Temperature: -30℃ To +85℃
  • Storage Temperature: -40℃ To +100℃
  • Luminous Intensity: 20mcd

Tegangan LED menurut warna yang dihasilkan:

  • Infra merah : 1,6 V.
  • Merah : 1,8 V – 2,1 V.
  • Oranye : 2,2 V.
  • Kuning : 2,4 V.
  • Hijau : 2,6 V.
  • Biru : 3,0 V – 3,5 V.
  • Putih : 3,0 – 3,6 V.
  • Ultraviolet : 3,5 V.

2) Relay

Relay umumnya adalah tegangan input 5 VDC, 12 VDC atau 48 VDC. Untuk common dan NO NC umumnya 220 vac dengan arus kerja 10 A.


  • Konfigurasi pin Relay dihubungkan ke 5V
  • GND dihubungkan ke GND
  • IN1/Data dihubungkan ke pin 2
Spesifikasi

3) Motor
Motor Listrik DC atau DC Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion). Motor DC ini juga dapat disebut sebagai Motor Arus Searah. Seperti namanya, DC Motor memiliki dua terminal dan memerlukan tegangan arus searah atau DC (Direct Current) untuk dapat menggerakannya. Motor Listrik DC ini biasanya digunakan pada perangkat-perangkat Elektronik dan listrik yang menggunakan sumber listrik DC seperti Vibrator Ponsel, Kipas DC dan Bor Listrik DC.

Spesifikasi

Bagian-bagian motor



Grafik respon Motor

4) Ground


Sistem ground yang merupakan sebuah titik referensi tegangan yang memiliki nilai “nol”. Titik “nol” pada listrik AC & DC Untuk rangkaian DC, ground merupakan jalur kabel listrik yang berhubungan dengan kutub negatif (-) dari baterai/accu. Atau dengan kata lain ground ini digunakan untuk meniadakan beda potensial dengan mengalirkan arus sisa dari kebocoran tegangan atau arus pada rangkaian

 4. Dasar Teori[kembali]

Penguat operasional (Operational Amplifier) atau yang biasa disebut dengan op-amp, merupakan penguat elektronika yang banyak digunakan untuk membuat rangkaian detektor, komparator, penguat audio, video, pembangkit sinyal, multivibrator, filter, ADC, DAC, rangkaian penggerak dan berbagai macam rangkaian analog lainnya.

Op-amp pada umumnya tersedia dalam bentuk rangkaian terpadu yang memiliki karakteristik mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat di dalamnya.

Ada tiga karakteristik utama op-amp ideal, yaitu;

1.    Gain sangat besar (AOL >>).

Penguatan open loop adalah sangat besar karena feedback-nya tidak ada atau RF = tak terhingga.

2.    Impedansi input sangat besar (Zi >>).

Impedansi input adalah sangat besar sehingga arus input ke rangkaian dalam op-amp sangat kecil sehingga tegangan input sepenuhnya dapat dikuatkan.

3.    Impedansi output sangat kecil (Zo <<).

Impedansi output adalah sangat kecil sehingga tegangan output stabil karena tahanan beban lebih besar yang diparalelkan dengan Zo <<.

Adapun simbol op-amp adalah seperti pada gambar 64.


dimana,

V1 adalah tegangan masukan dari kaki non inverting

V2 adalah tegangan masukan dari kaki inverting

Vo adalah tegangan keluaran sehingga

(1)

Vo  AOL.Ed

 AOL.(V1V2) Ed V1V2

Adapun tegangan output maksimum yang dapat dihasilkan adalah:

                             Vo(max)  AOL.Ed(max) Vo(max) 2         dibawah tegangan sumber Vs

 V sat

Tegangan output maksimum secara praktis dihasilkan sekitar 2 Volt dibawah tegangan sumber Vs dan disebut juga sebesar tegangan saturasi Vsat . Gambar 65 memperlihatkan kurva karakteristik hubungan Vi terhadap Vo untuk rangkaian op-amp dengan tegangan input dihubungkan ke kaki input non inverting (+) dan tegangan 0 Volt (di ground) ke kaki input inverting (-). Sesuai dengan nama input op-amp yaitu apabila input dimasukkan ke kaki non inverting (+) yang artinya tidak membalik maka tegangan output yang dihasilkan adalah sefasa dengan tegangan input. Seperti terlihat pada gambar 1 yaitu saat input Vi bertegangan positif maka output yang dihasilkan juga bertegangan positif dan sebaliknya.

Contoh 1:

Diket:

Rangkaian non inverting dengan Vi dihubungkan ke input (+) dan men-ground input (-). Op-amp yang digunakan adalah IC 741 dengan AOL = 200.000 x dan tegangan sumber yang digunakan adalah ±Vs=±15 Volt.

Dit:

                                Hitunglah   Ed(max) ?

Jawab:

                                dimana        Vsat VS 2

13Volt

maka Ed(max)  Vsat  13Volt  65Volt AOL            200.000

Artinya, berdasarkan gambar 65 maka untuk berfungsi sebagai rangkaian detektor maka tegangan input Vi adalah > 65 µ Volt dan < -65 µ Volt sehingga akan menghasilkan Vo dalam kondisi +Vsat atau –Vsat.

4.1.    Detektor

Rangkaian detektor ada 2 macam yaitu:

4.1.1. Detektor inverting

a. Dengan Vref = 0 Volt

Rangkaian detektor inverting dengan tegangan input Vi berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi Vref = 0 Volt adalah seperti gambar 66.



Dengan menggunakan persamaan (1) maka Vi = V2 dan Vref = V1 sehingga

bentuk gelombang tegangan output Vo ( Vo(max)  Vsat  AOL.(V1 V2 ) ) yang dihasilkan adalah seperti gambar 67.


Adapun kurva karakteristik Input-Ouput (I-O) adalah seperti gambar 68. Dengan Vi > 0 (artinya Vi > 65 µ Volt untuk rangkaian detektor dengan ±Vs = ±15 Volt) maka Vo = -Vsat dan sebaliknya bila Vi < 0 (artinya Vi < -65 µ Volt untuk rangkaian detektor dengan ±Vs = ±15 Volt) maka Vo = +Vsat.

b. Dengan Vref = bertegangan positif

Rangkaian detektor inverting dengan tegangan input Vi berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi Vref > 0 Volt adalah seperti gambar 69.




Dengan menggunakan persamaan (1) maka Vi = V2 dan Vref = V1 sehingga bentuk gelombang tegangan output Vo (Vo(max)  AOL.(V1 V2 ) ) yang dihasilkan adalah seperti gambar 70.



Adapun kurva karakteristik Input-Ouput (I-O) adalah seperti gambar 71. Dengan Vi > Vref maka Vo = -Vsat dan sebaliknya bila Vi < Vref maka Vo =

+Vsat.



c. Dengan Vref = bertegangan negatif

Rangkaian detektor inverting dengan tegangan input Vi berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi Vref < 0 Volt adalah seperti gambar 72.



Dengan menggunakan persamaan (1) maka Vi = V2 dan Vref = V1 sehingga bentuk gelombang tegangan output Vo (Vo(max)  AOL.(V1 V2 ) ) yang dihasilkan adalah seperti gambar 73.



Adapun kurva karakteristik Input-Ouput (I-O) adalah seperti gambar 74. Dengan Vi > Vref maka Vo = -Vsat dan sebaliknya bila Vi < Vref maka Vo =

+Vsat.




 5. Percobaan[kembali]

    a) Prosedur[kembali]

  • Buka software proteus terlebih dahulu
  • Untuk membuat rangkaian ini, pertama, siapkan semua alat dan bahan yang bersangkutan, di ambil dari library proteus
  • Letakkan semua alat dan bahan sesuai dengan posisi dimana alat dan bahan terletak.
  • Tepatkan posisi letak nya dengan gambar rangkaian
  • Selanjutnya, hubungkan semua alat dan bahan menjadi suatu rangkaian yang utuh 
  • Lalu mencoba menjalankan rangkaian , jika tidak terjadi error, maka motor akan bergerak yang berarti rangkaian bekerja

    b) Rangkaian simulasi [kembali]

Rangkaian Vref = 0




Rangkaian Vref = Positif



Rangkaian Vref = Negatif


Rangkaian Detektor Inverting dengan Vref=0 , Pada input inverting dipasang Tegangan 4 Volt dan Frekuensi 1000 Hz , pada output diletakkan resistor dengan Resistansi 10.000 Ohm . Pada rangkaian dipasang Power supply sebesar 12 watt. Lalu disimulasikan dengan Oscilloscope , pada Oscilloscope terlihat apabila input nya lebih besar dari Vref=0 , maka output nya negatif(-) , dan apabila inputnya lebih kecil dari Vref=0 maka outputnya Positif(+)
Prinsip kerja :

Sensor Infrared : saat sensor infrared mendeteksi adanya logam, maka logistate akan menjadi 1 dan sensor akan mengeluarkan tegangan dari kaki Vout sebesar 5V kemudian dilanjutkan ke kaki inverting OPAMP, karena disini OPAMP bertindak sebagai detektor inverting dengan Vref=0, maka nilai tegangan pada kaki non-inverting (referensi) akan sama dengan nol. Lalu tegangan Vout dapat dicari dengan rumus V0=AoL(V1 – V2), dimana nilai V1 adalah nilai Vref nya, didapatkan tegangan output, lalu diumpankan ke resistor lalu ke kaki base transistor. Setelah tegangan mencukupi transistor aktif, karena transistor sudah aktif maka arus akan mengalir dari power menuju relay, menuju kaki kolektor, kaki emitor, dan menuju ground. Karena arus telah mengalir ke relay maka switch relay akan tertutup sehingga arus mengalir pada loop yang menyebabkan motor bergerak dan buzzer pun berbunyi

Sensor magnetik : saat sensor magnetik meneteksi adanya logam magnet, maka logistate akan menjadi 1 dan sensor akan mengeluarkan tegangan dari kaki Vout sebesar 5V kemudian dilanjutkan ke kaki inverting OPAMP, karena disini OPAMP bertindak sebagai detektor inverting dengan Vref=0, maka nilai tegangan pada kaki non-inverting (referensi) akan sama dengan nol. Lalu tegangan Vout dapat dicari dengan rumus V0=AoL(V1 – V2), dimana nilai V1 adalah nilai Vref nya, didapatkan tegangan output, lalu diumpankan ke resistor lalu ke kaki base transistor. Setelah tegangan mencukupi transistor aktif, karena transistor sudah aktif maka arus akan mengalir dari power menuju relay, menuju kaki kolektor, kaki emitor, dan menuju ground. Karena arus telah mengalir ke relay maka switch relay akan tertutup sehingga arus mengalir pada loop yang menyebabkan motor bergerak dan buzzer pun berbunyi

Sensor suara : pada saat buzzer tersebut telah mngeluarkan suara, maka sensor sound logistate akan menjadi 1 dan sensor akan mengeluarkan tegangan dari kaki Vout sebesar 5V kemudian dilanjutkan ke kaki inverting OPAMP, karena disini OPAMP bertindak sebagai detektor inverting dengan Vref=0, maka nilai tegangan pada kaki non-inverting (referensi) akan sama dengan nol. Lalu tegangan Vout dapat dicari dengan rumus V0=AoL(V1 – V2), dimana nilai V1 adalah nilai Vref nya, didapatkan tegangan output, lalu diumpankan ke resistor lalu ke kaki base transistor. Setelah tegangan mencukupi transistor aktif, karena transistor sudah aktif maka arus akan mengalir dari power menuju relay, menuju kaki kolektor, kaki emitor, dan menuju ground. Karena arus telah mengalir ke relay maka switch relay akan tertutup sehingga arus mengalir pada loop yang menyebabkan motor bergerak, dan lampu LED biru aktif pertanda bahwa alat tersebut telah mendeteksi adanya logam yang hilang.


    c) Video Simulasi [kembali]

  • Rangkaian Vref=0
                                                 

  • Rangkaian Vref= positif
  • Rangkaian Vref= Negatif 



Rangkaian Aplikasi








 6. Download File[kembali]


Komentar

Posting Komentar

Postingan populer dari blog ini

Gambar
  BAHAN PRESENTASI MATA KULIAH ELEKTRONIKA 2024 OLEH: FATHAN SHADIQ SAREGA 2310951032 DOSEN PENGAMPU: Dr. Darwison, M.T Referensi:  1. Darwison, 2010, ”TEORI, SIMULASI DAN APLIKASI ELEKTRONIKA ”, Jilid 1, ISBN: 978- 602-9081-10-7, CFerila, Padang  2. Darwison, 2010, ”TEORI, SIMULASI DAN APLIKASI ELEKTRONIKA ”, Jilid 1, ISBN: 978-   602-9081-10-7, CV Ferila, Padang 3 . Robert L. Boylestad and Louis Nashelsky, Electronic Devices and Circuit Theory, Pearson, 2013  4 . Jimmie J. Cathey, Theory and Problems of Electronic Device and Circuit, McGraw Hill, 2002.  5 . Keith Brindley, Starting Electronics, Newness 3rd Edition, 2005  6 . Ian R. Sinclair and John Dunton, Practical Electronics Handbook, Newness, 2007.  7. John M. Hughes, Practical Electronics: Components and Techniques, O’Reilly Media, 2015.
Baca selengkapnya