1. Tujuan
- Mengetahui tentang aplikasi dari Rangkaian Op - Amp
- Mensimulasikan rangkaian (sirkuit) yang berfungsi sebagai alarm untuk sistem pertahanan rumah
2, Alat dan Bahan
A. Alat
i. Battery
ii. DC Generator
B. Bahan
i. Sound Sensor
ii. PIR sensor
viii. resistor (nilai bervariasi)
ix. BJT (Versi NPN) Transistor
BJT (Bipolar junction transistor) atau transistor bipolar adalah transistor yang pergerakan arusnya diperngatuhi oleh 2 carrier dalam materi penyusun transistor, P (Holes) dan N (elektron). Transistor yang digunakan pada percobaan ini adalah NPN transistor versi 2n222. Transistor BJT memiliki 3 buah terminal antara lain
Pin Configuration
x. Op - Amp
Op - Amp (Operational Amplifiers) adalah sebuah amplifier bertipe differential amplifier. Yang berarti Op - Amp merupakan amplifier yang menggunakan perbedaan potensial pada kedua input terminalnya untuk menaikkan nilai dari terminal outputnya. Op - Amp pada umumnya memiliki 3 terminal yaitu 2 input dan 1 ouput. Fungsi terminal akan dijelaskan nanti
xi. LED
xii. Ground
3. Dasar teori
A Alat
i. Battery
Battery yang digunakan dalam percobaan ini memiliki nilai yang beragam. Battery berkerja dengan prinsip elektrokimia, yang dimana komponen kimia yang menyusun battery dapat menjadikan sebuah battery memiliki perbedaan potensial pada kedua titiknya.
ii. DC generator
DC generator berfungsi dengan menggunakan hukum faraday tentang induksi elektromagnetik yang menyatakan bahwa ketika suatu konduktor mengalir dalam medan magentik, maka akan terdapat pemotongan terhadap fluks dari gaya magnet, yang menghasilkan elektromagnetik force (EMF) di konduktor. Jika sirkuit tertutup, maka EMF ini akan mengakibatkan arus mengalir. Dari prinsip di atas, dua komponen terpenting dalam sebuah DC generator adalah medan magnet, dan sebuah konduktor yang bergerak di dalam medan magnet tersebut
B. Bahan
i. Sound sensor
Sound sensor adalah sebuah sensor yang akan aktif apabila mendeteksi suatu signal dalam bentuk suara. Sound sensor yang digunakan memiliki beberapa komponen yang teritegrasi di dalamnya seperti microphone, pengatur sensivitas, sirkui komparator, dan amplifier yang dapat berfungsi untuk menaikkan outputnya.
ii. PIR sensor
PIR (Passive infrared sensor) adalah sebuah sensor yang dapat mendeteksi adanya gerakan dengan infrarednya. PIR (Passive Infrared Receiver) merupakan sebuah sensor berbasiskan infrared. Akan tetapi, tidak seperti sensor infrared kebanyakan yang terdiri dari IR LED dan fototransistor. PIR tidak memancarkan apapun seperti IR LED. Sesuai dengan namanya ‘Passive’, sensor ini hanya merespon energi dari pancaran sinar inframerah pasif yang dimiliki oleh setiap benda yang terdeteksi olehnya. Benda yang bisa dideteksi oleh sensor ini biasanya adalah tubuh manusia. Sensor PIR ini bekerja dengan menangkap energi panas yang dihasilkan dari pancaran sinar inframerah pasif yang dimiliki setiap benda dengan suhu benda diatas nol mutlak. Seperti tubuh manusia yang memiliki suhu tubuh kira-kira 32 derajat celcius, yang merupakan suhu panas yang khas yang terdapat pada lingkungan. Pancaran sinar inframerah inilah yang kemudian ditangkap oleh Pyroelectric sensor yang merupakan inti dari sensor PIR ini sehingga menyebabkan Pyroelectic sensor yang terdiri dari galium nitrida, caesium nitrat dan litium tantalate menghasilkan arus listrik. Sensor ini dapat mendeteksi hingga jarak 6 meter.
iii. Sensor jarak GP2D120
Sensor jarak bekerja dengan mengoutputkan sebuah signal (contoh laser, Infrared LED ataupu sinyal ultrasonik) yang kemudian akan membaca dan mengganti ketika dikembalikan. Intensitas saat pengembalian signal mungkin diganti karena faktor - faktor yang memiliki peran saat konstruksi sensor jarak tersebut.
iv. Dioda
Dioda merupakan salah satu bahan yang terbuat dari semikonduktor yang berfungsi untuk mengalirkan arus secara satu arah, konstruksi dasar dari dioda adalah sebagai berikut:
Forward bias
Apabila sebuah dioda di forward bias (Bagian bahan P dihubungkan dengan kutub positif dan bahan jenis N dihubungkan dengan kutub negatif), maka dioda akan on dan mengalirkan arus dari kutub positif ke kutub negatif
Reversed bias
Apabila sebuah dioda di reversed bias (bagian bahan jenis P dihubungkan dengan kutub negatif dan bahan N dihubungkan dengan bahan jenis N) menyebabkan masing - masing majority carrier dari masing - msaing bahan tertatik ke arah battery karena muatan yang sama - sama berlawanan, Hal ini menyebabkan area depletion semakin besar sehingga tidak ada arus yang mengalir melalui dioda tersebut, sehingga dioda tidak dapat menghantarkan arus.
v. Speaker
Speaker bekerja dengan mengkonversi energi listrik ke energi mekanik. Energi mekanik (gerak) mengkompres udara dan mengkonversi gerak mejadi energi bunyi. Ketika sebuah kawat dialiri arus, maka akan menghasilkan medan magnet. Pada speaker, arus yang dialrukan melalui kawat akan menciptakan medan listrik yang berinteraksi dengan medan magnet yang berasal dari magnet yang dipasang di konstriksi speaker
vi. N channel Depletion MOSFET
(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) adalah sebuah perangkat semionduktor yang secara luas di gunakan sebagai switch dan sebagai penguat sinyal pada perangkat elektronik. MOSFET adalah inti dari sebuah IC ( integrated Circuit ) yang di desain dan di fabrikasi dengan single chip karena ukurannya yang sangat kecil. MOSFET memiliki empat gerbang terminal antara lain adalah Source (S), Gate (G), Drain (D) dan Body(B).
MOSFET bekerja secara elektonik memvariasikan sepanjang jalur pembawa muatan ( electron atau hole ). Muatan listrik masuk melalui Saluran pada Source dan keluar melalui Drain. Lebar Saluran di kendalikan oleh tegangan pada electrode yang di sebut dengan Gate atau gerbang yang terletak antara Source dan Drain. ini terisolasi dari saluran di dekat lapisan oksida logam yang sangat tipis. Kapasitas MOS pada komponen ini adalah bagian Utama nya.
Mosfet memiliki dua mode, mode pertama adalah depletion mode dan Enhancement Mode.
Depletion Mode:
Ketika tidak ada tegangan pada Gate maka kondusi channel berada pada kondisi maksimum. Karena tegangan pada gerbang positif atau negative konduksi pada channel menurun.
Enhancement Mode
Ketika tidak ada tegangan pada Gate, MOSFET tidak akan bersifat konduksi. Tegangan yang meningkat pada Gate, maka sifat konduksi pada Channel semakin lebih baik.
vii. DC Motor
DC motor bekerja dengan menggunakan prinsip induksi elektromagentik, di dalam sebuah motor DC terdapat sebuah magnet permanen yang berfungsi untuk memberi medan magnet terhadap daerah sekitarnya, biasanya magnet ini disebut dengan stator, dan bagian satu lagi disebut dengan rotor (karena bagian tersebut berputar).
Ketika rotor diberi arus listrik oleh sebuah baterai, maka kawat pada rotor akan menghantarkan aurs sehingga menyebabkan adanya medan magnet disekitar kawat. Kunci untuk menggerakkan motor DC adalah meletakkan rotor di dalam medan magnet permanen sehingga akan adanya terus pergerakan dari rotor yang menybebakan berhasilnya konversi dari energi listrik menajadi energi gerak.
viii. Resistor
Resistor atau disebut juga dengan Hambatan adalah komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk menghambat dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian elektronika. Satuan nilai Resistor atau Hambatan adalah Ohm. Nilai Resistor biasanya diwakili dengan kode angka ataupun gelang warna yang terdapat di badan resistor. Hambatan resistor sering disebut juga dengan resistansi atau resistance.
Rumus dari Rangkaian Seri Resistor adalah :
Rtotal = R1 + R2 + R3 + ….. + Rn
Rumus dari Rangkaian parallel Resistor adalah :
1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ….. + 1/Rn
Cara lain untuk menentukan nilai resistor adalah dengan cara melihat gelang warnanya, tabel dibawah merupakan tabel cara menentukan nilai pada setiap warna di resistor tersebut
ix. BJT (NPN)
Transistor adalah komponen elektronika semikonduktor yang memiliki 3 kaki elektroda, yaitu Basis (Dasar), Kolektor (Pengumpul) dan Emitor (Pemancar). Komponen ini berfungsi sebagai penguat, pemutus dan penyambung (switching), stabilitasi tegangan, modulasi sinyal dan masih banyak lagi fungsi lainnya. Selain itu, transistor juga dapat digunakan sebagai kran listrik sehingga dapat mengalirkan listrik dengan sangat akurat dan sumber listriknya.
Transistor sebenarnya berasal dari kata “transfer” yang berarti pemindahan dan “resistor” yang berarti penghambat. Dari kedua kata tersebut dapat kita simpulkan, pengertian Transistor adalah pemindahan atau peralihan bahan setengah penghantar menjadi suhu tertentu. Transistor pertama kali ditemukan pada tahun 1948 oleh William Shockley, John Barden dan W.H, Brattain. Tetapi, komponen ini mulai digunakan pada tahun 1958. Jenis Transistor terbagi menjadi 2, yaitu transistor tipe P-N-P dan transistor N-P-N. Jenis BJT yang digunakan dalam percobaan ini adalah transistor NPN. konstruksi dari transistor NPN dapat dilihat dari gambar di bawah ini
x. Op - AMP
Op - Amp (operational amplifiers) adalah sebuah amplifier yang berfungsi untuk menaikkan tegangan input menjadi tegangan output yang sangat besar. Op - Amp dikategorikan sebagai differential amplifier karena bergantung pada perbedaan potensia antara dua terminalnya, yaitu terminal inverter dan terminal non inverter.
xi. LED
Semakin berkembangnya teknologi digital yang menampilkan gambar pada kalkulator, jam, dan alat lainnya membantu mempercepat perkembangan komponen elektronika yang dapat memancarkan cahaya apabila diatur sedemikian rupa. Terdapat 2 tipe umum yang banyak digunakan sekarang yaitu light-emitting diode (LED) dan liquid- crystal display (LCD). Karna LED masih menggunakan prinsip sambungan PN (pn-junction) maka hanya LED yang akan dibahas.
Sesuai namanya light-emitting diodes (LED) adalah sebuah dioda yang dapat memancarkan cahaya ketika mencapai energi yang dibutuhkan. Dalam setiap sambungan PN, pada area dekat dengan sambungan tersebut, terjadi rekombinasi dari elektron dan holes dari masing – masing tipe semikonduktor. Rekombinasi ini memerlukan energi pada elektron bebas untuk diubah menjadi bentuk lain. Pada semua semikonduktor p-n, sebagian energi akan ditransfer dalam bentuk energi panas, dan sebagian lagi dalam bentuk foton. Fhoton inilah yang memberikan Cahaya yang dapat dilihat pada LED. Proses memancarkan cahaya dengan cara memberi tegangan listrik disebut proses elektroluminesensi
Pada gambar di bawah dapat dilihat bahwa area konduktansi yang terhubung dengan material-p lebih kecil, untuk memungkinkan munculnya jumlah maksimal dari energi cahaya dari bentuk photon, dan agar lebih muda keluar dari material tersebut.
Dalam memilih LED ada beberapa spesifikasi yang wajib diketahui antara lain:
Tegangan Maju (Forward Voltage) adalah tegangan dalam LED yang diperlukan untuk menyalakan LED.
Arus maksimum (Maximum Current) adalah besar arus maksimal yang bisa masuk ke Dalam LED.
xii. Ground
Ground merupakan titik referensi tegangan dengan nilai 0V. Maksudnya adalah setiap komponen yang dihubungkan ke ground berarti arus akan menuju ke ground untuk mengakhiri jalannya sikruit. Ground banyak digunakan di rumah - rumah sebagai pengaman dari tegangan tinggi
xiii. Logic Toogle
Logic toogle pada percobaan ini berfungsi sebagai input test pin pada sensor dikarenakan pada simulasi software tidak ada rangsangan yang dapat diterima dari sensor sehingga disubtitusikan menggunakan logic toogle. Apabila logic toogle bernilai 1 maka input pin dari sensor akan HIGH artinya sensor mendeteksi salah rangsangan dari luar dan apabila toogle bernilai 0 maka tidak ada rangsangan yang diterima oleh sensor sehingga input nya LOW
xiv. 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.
Pada dasarnya, Relay terdiri dari 4 komponen dasar yaitu :
- Electromagnet (Coil)
- Armature
- Switch Contact Point (Saklar)
- Spring
sumber : https://teknikelektronika.com/pengertian-relay-fungsi-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.
xv. Potentiometer
Sebuah Potensiometer (POT) terdiri dari sebuah elemen resistif yang membentuk jalur (track) dengan terminal di kedua ujungnya. Sedangkan terminal lainnya (biasanya berada di tengah) adalah Penyapu (Wiper) yang dipergunakan untuk menentukan pergerakan pada jalur elemen resistif (Resistive). Pergerakan Penyapu (Wiper) pada Jalur Elemen Resistif inilah yang mengatur naik-turunnya Nilai Resistansi sebuah Potensiometer.
Elemen Resistif pada Potensiometer umumnya terbuat dari bahan campuran Metal (logam) dan Keramik ataupun Bahan Karbon (Carbon).
Berdasarkan Track (jalur) elemen resistif-nya, Potensiometer dapat digolongkan menjadi 2 jenis yaitu Potensiometer Linear (Linear Potentiometer) dan Potensiometer Logaritmik (Logarithmic Potentiometer).
4. Rangkaian percobaan
A. Prosedur Percobaan
i. Siapkan alat dan bahan yang diperlukan pada percobaan ini
ii. Hubungkan alat dan bahan sesuai dengan percobaan dan gambar rangkaian
iii. jalankan kedua rangkaian dengan membedakan kedua input test pinnya, yang satu ketika bernilai 0 dan satu lagi bernilai 1
iv. lihat hasil percobaannya
B. Rangkaian simulasi
i. Gambar rangkaian
A.) Sensor Sound dan PIR
a. Ketika test pin kedua sensor 0 (tidak ada rangsangan dari luar baik pergerakan maupun suara)
b. Ketika test pin kedua sensor 1 1 ( Ada rangsangan dari luar baik pergerakan maupun suara)
c. Ketika test pin salah satu sensor adalah 1
B) Sensor jarak
a. Ketika jarak objek lebih dari 5m (sensor tidak aktif)
b. Ketika jarak objek kurang atau sama dengan 5m (sensor aktif)
ii. Prinsip Kerja
A) Sound Sensor
Ketika sensor memiliki pin 0, maka tidak ada arus dari ouput sehingga transistor Q1 tidak akan berada pada kondisi ON, sehingga arus dari generator tidak akan memasuki relay sehingga relay akan tetap pada kondisi closed yang menyebabkan adanya lampu LED Hijau. Ketika sensor menerima rangsangan suara, maka testpin akan high sehingga ada arus yang mengalir melalui pin base dari transistor yang menyebabkan arus dapat masuk ke relay sehingga relay berada pada posisi lain. Hal ini secara bersamaan menyebabkan LED merah dan buzzer aktif.
B). PIR Sensor
Ketika sensor memiliki test pin low (0). arus tidak akan ada yang mengaliri Op - Amp, sehingga transistor tidak aktif dan menyebabkan tidak menyalanya LED berwarna merah. Ketika test input bernilai high (1), ada arus yang mengalir melalui Op - Amp yang kemudian menyalakan transistor yang akhirnya dapat mengaktifkan kedua buah LED sebagai penanda
C) sensor jarak
Penghubung antara sensor dengan switch transistor adalah rangkaian op amp detektor non inverting dengan v ref yang telah ditetapkan .Ketika objek berada pada jarak lebih dari 5 m dari sensor, tegangan pada kaki non inverting tidak lebih besar dari tegagan referensi pada kaki inverting. Karena -Vs bagian bawah dihubungkan ke ground, maka tegagan outputnya adalah 0, sehingga tidak dapat mneyalakan transistor. Apabila objek berada sama atau lebih kecil daripada 5m. Maka tegangan pada input non inverting akan lebih besar daripada yang di inverting sehingga akan adanya tegangan yang mengalir melalui transisor yang kemudian dapat menyalakan transistor tersebut yang akhirnya mengaktifkan relay yang kemudian mengaktifkan speaker.
Ketika sensor
iii. Video simulasi
5. Link Download
6. Referensi
0 komentar:
Posting Komentar