1. Pendahuluan [kembali]
Detektor inverting
adalah rangkaian op-amp yang digunakan untuk mendeteksi atau mengukur sinyal
masukan dengan membandingkannya terhadap tegangan referensi (Vref). Saat
tegangan masukan melebihi atau kurang dari tegangan referensi, detektor
inverting akan menghasilkan sinyal keluaran yang sesuai. Dalam kasus
detektor inverting dengan Vref = -, ini berarti tegangan referensi (Vref)
adalah negatif. Dengan demikian, detektor inverting akan membandingkan tegangan
masukan dengan tegangan referensi negatif ini. Ketika tegangan masukan melebihi
tegangan referensi negatif, output detektor inverting akan berubah sesuai
dengan karakteristik operasionalnya.
Namun, lebih lanjut lagi, detektor
inverting dengan Vref = - akan memberikan respons yang berlawanan dengan
tegangan masukan terhadap tegangan referensi. Artinya, jika tegangan masukan
meningkat di atas nilai tegangan referensi negatif, outputnya akan menurun, dan
sebaliknya. Hal ini memungkinkan detektor inverting untuk mendeteksi perubahan
polaritas tegangan masukan yang melewati nilai tegangan referensi negatif yang
ditentukan.
2. Tujuan [kembali]
- Dapat
mengetahui dan memahami tentang rangkaian Detector Inverting Amplifier.
- Dapat
mengetahui komponen-komponen yang diperlukan.
- Dapat
mengetahui cara menghitung nilai penguatan.
3. Alat dan Bahan [kembali]
A. Alat
1). DC Voltmeter
Berfungsi untuk mengetahui beda potensial tegangan DC antara
2 titik pada suatu beban listrik atau rangkaian elektronika.
2). Generator DC
Berfungsi mengubah energi mekanik menjaidi energi listrik
B. Bahan
1). Op-Amp 741
Op-Amp (Operational Amplifier) adalah salah satu dari bentuk
IC Linear yang berfungsi sebagai penguat sinyal listrik.
2). Gas Sensor (MQ-2)
Sesuai dengan namanya, gas sensor berfungsi untuk mendeteksi
adanya gas di lingkungan sekitar.
3). Flame Sensor
flame sensor merupakan sensor yang berfungsi sebagai
pendeteksi nyala api yang dimana api tersebut memiliki panjang gelombang antara
760nm - 1100nm. Sensor ini menggunakan infrared sebagai tranduser dalam
mensensing kondisi nyala api.
4). Sensor Suhu
Sensor suhu adalah perangkat elektronik yang mengukur suhu
lingkungannya dan mengubah data masukan menjadi data elektronik untuk merekam,
memantau, atau memberi sinyal perubahan suhu.
5). Relay
Relay merupakan komponen listrik yang mempunyai 2 bagian
yaitu, kumparan dan poin. Secara garis besar relay berfungsi untuk
mengendalikan dan mengalirkan listrik.
6). Buzzer
Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi
untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran suara getaran listrik menjadi
getaran suara. Buzzer biasa digunakan sebagai indikator bahwa proses telah
selesai atau terjadi suatu kesalahan pada sebuah alat (alarm).
7). Resistor
Resistor adalah komponen elektronik pasif yang berfungsi
untuk menghambat atau membatasi aliran arus listrik dalam suatu rangkaian,
komponen ini digunakan untuk mengatur arus, membagi tegangan, melindungi
komponen lain dari arus berlebih, dan sebagai bagian dari filter, pengatur
waktu, atau pembentuk sinyal. Nilai hambatan resistor ditentukan oleh kode
warna atau ditulis langsung pada bodinya.
8). Motor DC
Motor DC alat yang mengubah energi listrik DC menjadi energi
mekanik putaran. Sebuah motor DC dapat difungsikan sebagai generator atau
sebaliknya generator DC dapat difungsikan sebagai motor DC.
9). Transistor Bipolar
Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai
penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi
tegangan, dan modulasi sinyal.
10). LED
Lampu LED (Light Emitting Diode) adalah suatu lampu
indikator dalam perangkat elektronika yang biasanya memiliki fungsi untuk
menunjukkan status dari perangkat elektronika tersebut.
4. Dasar Teori [kembali]
Detektor Inverting dengan Vref = negatif
Rangkaian detektor inverting dengan tegangan input Vi
berupagelombang segitiga dan tegangan referensi Vref < 0 Volt adalah seperti
gambar 72.
a. Op-Amp
Operasional amplifier (Op-Amp) adalah
suatu penguat berpenguatan tinggi yang terintegrasi dalam sebuah chip IC
yang memiliki dua input inverting dan non-inverting dengan sebuah terminal
output, dimana rangkaian umpan balik dapat ditambahkan untuk mengendalikan
karakteristik tanggapan keseluruhan pada operasional amplifier (Op-Amp). Pada
dasarnya operasional amplifier (Op-Amp) merupakan suatu penguat diferensial
yang memiliki 2 input dan 1 output. Op-amp ini digunakan untuk membentuk
fungsi-fungsi linier yang bermacam-mcam atau dapat juga digunakan untuk
operasi-operasi tak linier, dan seringkali disebut sebagai rangkaian terpadu
linier dasar. Penguat operasional (Op-Amp) merupakan komponen elektronika
analog yang berfungsi sebagai amplifier multiguna dalam bentuk IC dan memiliki
simbol sebagai berikut :
Prinsip kerja sebuah operasional
Amplifier (Op-Amp) adalah membandingkan nilai kedua input (input inverting dan
input non-inverting), apabila kedua input bernilai sama maka output Op-amp
tidak ada (nol) dan apabila terdapat perbedaan nilai input keduanya maka output
Op-amp akan memberikan tegangan output. Operasional amplifier (Op-Amp) dibuat
dari penguat diferensial dengan 2 input. Sebagai penguat operasional
ideal , operasional amplifier (Op-Amp) memiliki karakteristik sebagai berikut
:
- Impedansi Input (Zi) besar = ∞
- Impedansi Output (Z0) kecil= 0
- Penguatan Tegangan (Av) tinggi = ∞
- Band Width respon frekuensi lebar = ∞
- V0 = 0 apabila V1 = V2 dan tidak tergantung pada besarnya
V1.
- Karakteristik operasional amplifier (Op-Amp) tidak
tergantung temperatur / suhu.
b. Gas Sensor (MQ-2)
Spesifikasi sensor pada sensor gas MQ-2 adalah sebagai
berikut:
- Catu
daya pemanas : 5V AC/DC
- Catu
daya rangkaian : 5VDC
- Range
pengukuran : 200 - 5000ppm untuk LPG, propane 300 - 5000ppm untuk butane
5000 - 20000ppm untuk methane 300 - 5000ppm untuk Hidrogen
- Keluaran
: analog (perubahan tegangan)
Grafik respon Sensor
Gas (MQ-2)
c. Flame Sensor
Flame sensor merupakan sensor yang
mempunyai fungsi sebagai pendeteksi nyala api dimana api memiliki panjang
gelombang antara 760nm-1100nm. sensor ini menggunakan infrared sebagai
tranduser dalam mensensing kondisi nyala api. Suhu normal pembacaan sensor
yaitu pada 25°-85°C dengan sudut pembacaan pada 60°.
Spesifikasi dari flame detector ini adalah sebagai berikut:
- Output=
Digital (D0)
- Working
voltage: 3.3V to 5V
- Output
format: Digital output (HIGH/LOW)\
- Deteksi
panjang gelombang: 760nm to 1100nm
- Menggunakan
LM393 comparator
- Sudut
deteksi : sekitar 60 derajat, sangat sensitif terhadap spektrum nyala api
- Jarak
deteksi nyala api yang lebih dekat 80cm
- Komparator
output, sinyal bersih, kemampuan penggunaan yang baik, lebih dari 15Ma
Grafik respon Flame Sensor
d. Relay
Relay adalah Saklar (Switch) yang
dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical
(Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil)
dan Mekanikal (seperangkat Kontak Saklar/Switch). Relay menggunakan Prinsip
Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik
yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih
tinggi. Sebagai contoh, dengan Relay yang menggunakan Elektromagnet 5V dan 50 mA
mampu menggerakan Armature Relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk
menghantarkan listrik 220V 2A.
Dibawah ini adalah gambar bentuk Relay dan Simbol Relay yang
sering ditemukan di Rangkaian Elektronika.
Relay terdiri dari 4 komponen dasar yaitu :
- Electromagnet
(Coil)
- Armature
- Switch
Contact Point (Saklar)
- Spring
Gambar bagian dari 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)
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.
e. Transistor
Transistor adalah sebuah komponen di
dalam elektronika yang diciptakan dari bahan-bahan semikonduktor dan memiliki
tiga buah kaki. Masing-masing kaki disebu sebagai basis, kolektor, dan emitor.
- Emitor
(E) memiliki fungsi untuk menghasilkan elektron atau muatan negatif.
- Kolektor
(C) berperan sebagai saluran bagi muatan negatif untuk keluar dari dalam
transistor.
- Basis
(B) berguna untuk mengatur arah gerak muatan negatif yang keluar dari
transistor melalui kolektor.
Fungsi dari transistor sendiri adalah memperkuat arus
listrik yang masuk ke dalam rangkaian. Fungsi ini berkebalikan dengan resistor
yang berperan meredam arus listrik.
Seperti yang telah disebutkan, transistor terdiri dari dua
jenis yaitu NPN dan PNP. NPN merupakan singkatan dari Negatif Positif Negatif.
Sedangkan PNP adalah kependekan dari Positif Negatif Positif. Transistor NPN
akan aktif ketika kaki basis diberi arus listrik bermuatan negatif. Sebaliknya,
transistor PNP akan aktif apabila kaki basis mendapatkan tegangan listrik
positif.
f. Resistor
Resistor adalah komponen elektronika yang
berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam
suatu rangkain elektronika. Sebagaimana fungsi resistor yang sesuai namanya
bersifat resistif dan termasuk salah satu komponen elektronika dalam kategori
komponen pasif. Satuan atau nilai resistansi suatu resistor di sebut Ohm dan
dilambangkan dengan simbol Omega (Ω). Sesuai hukum Ohm bahwa resistansi
berbanding terbalik dengan jumlah arus yang mengalir melaluinya. Selain nilai
resistansinya (Ohm) resistor juga memiliki nilai yang lain seperti nilai
toleransi dan kapasitas daya yang mampu dilewatkannya. Semua nilai yang
berkaitan dengan resistor tersebut penting untuk diketahui dalam perancangan
suatu rangkaian elektronika oleh karena itu pabrikan resistor selalu
mencantumkan dalam kemasan resistor tersebut.
Berikut adalah simbol resistor dalam bentukgambar ynag
sering digunakan dalam suatu desain rangkaian elektronika.
Cara menghitung nilai resistor dengan 4 gelang warna :
Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-1
(pertama)
Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-2
Masukkan Jumlah nol dari kode warna Gelang ke-3 atau
pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10n)
Merupakan Toleransi dari nilai Resistor tersebut.
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%.
5. Percobaan [kembali]
a. Prosedur
- Siapkan
alat dan bahan yang akan digunakan
- Susun
alat dan bahan sesuai keinginan
- Rangkai
semua komponen alat dan bahan dengan benar dan tepat
- Pada
bagian sensor masukkan code hex, supaya sensor dapat berfungsi
- Jalankan
rangkaian dengan menekan tombol play
b. Rangkaian simulasi dan prinsip kerja
Pada rangkaian simulasi pendeteksi kebakaran ini menggunakan
3 sensor yaitu, sensor Flame berfungsi untuk mendeteksi adanya api, dan sensor
MQ2 berfungsi untuk mendeteksi adanya gas berbahaya yang akan mengakibatkan
kebakaran, dan sensor LM35 yang berfungsi untuk mendeksi suhu sekitar ruangan.
Sensor MQ2 akan mengalirkan
tegangan sebesar 3,77 Volt ketika mendeteksi adanya gas berbahaya ke basis pada
kaki transistor dan diteruskan ke relay sehingga relay akan menjadi on. Ketika
relay on maka LED kuning akan menyala dan buzzer pun akan aktif yang menandakan
adanya kebocoran gas atau gas yang berbahaya yang akan memancing terjadinya
kebakaran. Ketika sensor MQ2 tidak mendeteksi adanya gas berbahaya maka sensor
tidak akan mengalirkan arus atau tegangan ke kaki basis dan relay off, sehingga
LED hijau akan menyala yang menandakan kondisi aman dari gas.
Sensor Flame akan mengalirkan
tegangan sebesar 3,77 Volt ketika mendeteksi adanya api ke basis pada kaki
transistor dan akn diteruskan ke relay sehingga relay menjadi on. Pada saat
relay on maka LED merah akan menyala dan motor DC akan aktif sebagai pompa air
untuk memadamkan api. Ketika sensor Flame tidak mendeteksi adanya api maka
sensor tidak akan mengalirkan arus atau tegangan ke kaki basis dan relay off,
sehingga LED hijau akan menyala yang menandakan kondisi aman dari gas.
Sensor LM35
akan mengalirkan tegangan ketika suhu kecil atau sama dengan 36℃
sebesar 1,07 Volt ke IC LM324 1 melewati resistor
7 sebesar 10K, kemudian tegangan diteruskan ke
IC LM324 2 melewati resistor 9 sebesar 10k dan tegangan naik sebesar 1,09 Volt
menjadi 26,16 Volt dan LED akan mati yang menandakan keandaan aman dari
kebakaran. Namun ketika sensor LM35 mendeteksi suhu besar dari 36℃,
LM35 akan mengalirkan tegangan ke IC LM324 1 melewati resistor 7 sebesar 10K
dengan tegangan besar dari 1,07 Volt, kemudian tegangan diteruskan ke IC
LM324 2 melewati resistor 9 sebesar 10k dan tegangan naik sebesar 1,09 Volt
menjadi besar dari 26,16 Volt dan LED akan Pada rangkaian simulasi ini akan
menyala yang menandakan adanya tanda tanda kebakran disekitar ruangan tersebut.
Pada simulasi ini
kita menggunakan 4 motor DC karena motor DC berfungsi sebagai pompa air yang
terdepat di beberapa bagian ruangan yang akan secara efektif memadamkan api
pada saat terjadinya kebakaran.
c. Video Presentasi
6. Download File [kembali]
Download file rangkaian di sini
Download library flame sensor (di sini)
Download library gas sensor (di sini)
Download datasheet temperature sensor (di sini)
Download datasheet flame sensor (di sini)
Download datasheet Buzzer (di sini)
Download datasheet LED (di sini)
Download datasheet kapasitor (di sini)
Download datasheet resistor (di sini)
Download datasheet Op-Amp (di sini)
Download datasheet baterai (di sini)
Komentar
Posting Komentar