DETEKTOR, COMPERATOR, DAN AMPLIFIER


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

    a.   Untuk membuat rangkaian ini, pertama, siapkan semua alat dan bahan yang bersangkutan, di ambil dari            library proteus
    b.    Letakkan semua alat dan bahan sesuai dengan posisi dimana alat dan bahan terletak.
    c.    Tepatkan posisi letak nya dengan gambar rangkaian
    d.    Selanjutnya, hubungkan semua alat dan bahan menjadi suatu rangkaian yang utuh 
    e.    Lalu mencoba menjalankan rangkaian , jika tidak terjadi error, maka motor akan bergerak yang berarti               rangkaian pada grden otomatis bekerja

    b) Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja 

  1. Rangkaian Detector non inverting Vref=-





Prinsip Kerja: Tegangan input berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi  Vref<0 , dengan menggunakan persamaan V0= Vi-(-Vref), sehingga didaptakan bentuk gelombang input seperti rangkaian diatas, dengan Vi>0 maka V0= +Vsat dan sebaliknya.



       2. Rangkaian Aplikasi  Detector non inverting Vref=-



Prinsip kerja

Secara singkat:

Saat logicstate 0, tegangan dari sensor menuju ke detector non inverting vref+. Jika tegangan di kaki inverting lebih besar maka output dari Op Amp non inverting vref+ akan bernilai negative,sehingga transistor tidak aktif dan rangkaian tidak berfungsi.

Saat logicstate 1, tegangan dari sensor menuju detector non inverting vref +, kaki non inverting lebih besar dari inverting, sehingga output dari op amp bernilai positif. Lalu arus menuju Detector non inverting vref-. Dengan rumus Vout= Aol (V1-V2), maka vout mendekati +vsat. Sehingga transistor on.

Secara Detail:



1. MQ-2 Gas sensor

Ketika terjadi kebocoran Gas LPG maka sensor gas mq-2 akan mendeteksi adanya Gas LPG, sehingga sensor berlogika satu dan membuat arus mengalir ke kaki non inverting vref+ . Pada Aplikasi Pendeteksi Kebakaran di Dapur, rangkaian yang dipakai adalah rangkaian detektor non inverting, dimana pada rangkaian detektor non inverting itu terdapat tegangan referensi yang dapat diatur menggunakan potensiometer. Awalnya arus dari sensor gas mq-2 menuju ke kaki non inverting vref+ di mana tegangan input bernilai +5 volt.  Sedangkan pada kaki inverting tegangan referensi bernilai negative 1,50 volt. Kemudian, di rangkaian detektor non inverting vref+ , terdapat tegangan saturasi yang dimana ketika tegangan input >= tegangan referensi maka output yg dihasilkan adalah +Vsat, namun apabila tegangan input kecil dari tegangan referensi maka outputnya -Vsat, didapat dengan rumus (+-vsat= +-vs+-2) sehingga yang kita dapatkan pada rangkaian ini adalah +vsat karena tegangan input>= tegangan referensi, kita dapatkan +vsat sebesar 4,03 volt.

Kemudian arus menuju ke kaki non inverting vref- di mana tegangan input bernilai +4,03 volt yang berasal dari keluaran detector non inverting vref+.  Sedangkan pada kaki inverting tegangan referensi bernilai negative 0,07 volt. Kemudian, di rangkaian detektor non inverting vref- , terdapat tegangan saturasi yang dimana ketika tegangan input >= tegangan referensi maka output yg dihasilkan adalah +Vsat, namun apabila tegangan input kecil dari tegangan referensi maka outputnya -Vsat, didapat dengan rumus (+-vsat= +-vs+-2) sehingga yang kita dapatkan pada rangkaian ini adalah +vsat karena tegangan input>= tegangan referensi, kita dapatkan +vsat sebesar 3,89 volt.

Lalu, arus akan melewati R3 dimana pada R3 terdapat hambatan sebesar 10k, kemudian arus memasuki kaki basis transistor sehingga tegangan yg terbaca pada kaki base adalah vbe = vcc-Ib.rb. Karena tegangan pada kaki basis didapat 0,78 volt, maka transistor akan aktif (transistor aktif ketika tegangan pada kaki basis sebesar >=0,7V). Arus dari sumber tegangan sebesar 5V mengalir menuju relay kemudian ke kaki kolektor lalu emitor dan ke ground. Karena transistor aktif, maka switch relay akan berpindah ke kiri, lalu baterai akan mengeluarkan arus menuju ke pompa penghisap dan pompa menghisap gas bergerak dan buzzer berbunyi




2. Flame sensor

Ketika kebocoran gas menyebabkan kebakaran , maka flame sensor akan mendeteksi adanya api sehingga logicstate akan berlogika satu, membuat arus mengalir ke kaki non inverting vref+ . Pada Aplikasi Pendeteksi Kebakaran di Dapur, rangkaian yang dipakai adalah rangkaian detektor non inverting, dimana pada rangkaian detektor non inverting itu terdapat tegangan referensi yang dapat diatur menggunakan potensiometer. Awalnya arus dari sensor gas mq-2 menuju ke kaki non inverting vref+ di mana tegangan input bernilai +5 volt.  Sedangkan pada kaki inverting tegangan referensi bernilai negative 1,50 volt. Kemudian, di rangkaian detektor non inverting vref+ , terdapat tegangan saturasi yang dimana ketika tegangan input >= tegangan referensi maka output yg dihasilkan adalah +Vsat, namun apabila tegangan input kecil dari tegangan referensi maka outputnya -Vsat, didapat dengan rumus (+-vsat= +-vs+-2) sehingga yang kita dapatkan pada rangkaian ini adalah +vsat karena tegangan input>= tegangan referensi, kita dapatkan +vsat sebesar 4,03 volt.

Kemudian arus menuju ke kaki non inverting vref- di mana tegangan input bernilai +4,03 volt yang berasal dari keluaran detector non inverting vref+.  Sedangkan pada kaki inverting tegangan referensi bernilai negative 0,07 volt. Kemudian, di rangkaian detektor non inverting vref- , terdapat tegangan saturasi yang dimana ketika tegangan input >= tegangan referensi maka output yg dihasilkan adalah +Vsat, namun apabila tegangan input kecil dari tegangan referensi maka outputnya -Vsat, didapat dengan rumus (+-vsat= +-vs+-2) sehingga yang kita dapatkan pada rangkaian ini adalah +vsat karena tegangan input>= tegangan referensi, kita dapatkan +vsat sebesar 3,89 volt.

Lalu, arus akan melewati R3 dimana pada R3 terdapat hambatan sebesar 10k, kemudian arus memasuki kaki basis transistor sehingga tegangan yg terbaca pada kaki base adalah vbe = vcc-Ib.rb. Karena tegangan pada kaki basis didapat 0,78 volt, maka transistor akan aktif (transistor aktif ketika tegangan pada kaki basis sebesar >=0,7V). Arus dari sumber tegangan sebesar 5 volt mengalir menuju relay kemudian ke kaki kolektor lalu emitor dan ke ground. Karena transistor aktif, maka switch relay akan berpindah ke kiri, lalu baterai akan mengeluarkan arus menuju ke pompa air dan pompa air bergerak.




3. Flex sensor

Ketika kebakaran terjadi, dan jika terdeteksi adanya pembengkokan barang dari logam maka flex sensor akan berlogika satu, membuat arus mengalir ke kaki non inverting vref+ . Pada Aplikasi Pendeteksi Kebakaran di Dapur, rangkaian yang dipakai adalah rangkaian detektor non inverting, dimana pada rangkaian detektor non inverting itu terdapat tegangan referensi yang dapat diatur menggunakan potensiometer. Awalnya arus dari sensor gas mq-2 menuju ke kaki non inverting vref+ di mana tegangan input bernilai +5 volt.  Sedangkan pada kaki inverting tegangan referensi bernilai negative 1,50 volt. Kemudian, di rangkaian detektor non inverting vref+ , terdapat tegangan saturasi yang dimana ketika tegangan input >= tegangan referensi maka output yg dihasilkan adalah +Vsat, namun apabila tegangan input kecil dari tegangan referensi maka outputnya -Vsat, didapat dengan rumus (+-vsat= +-vs+-2) sehingga yang kita dapatkan pada rangkaian ini adalah +vsat karena tegangan input>= tegangan referensi, kita dapatkan +vsat sebesar 4,03 volt.

Kemudian arus menuju ke kaki non inverting vref- di mana tegangan input bernilai +4,03 volt yang berasal dari keluaran detector non inverting vref+.  Sedangkan pada kaki inverting tegangan referensi bernilai negative 0,07 volt. Kemudian, di rangkaian detektor non inverting vref- , terdapat tegangan saturasi yang dimana ketika tegangan input >= tegangan referensi maka output yg dihasilkan adalah +Vsat, namun apabila tegangan input kecil dari tegangan referensi maka outputnya -Vsat, didapat dengan rumus (+-vsat= +-vs+-2) sehingga yang kita dapatkan pada rangkaian ini adalah +vsat karena tegangan input>= tegangan referensi, kita dapatkan +vsat sebesar 3,89 volt.

Lalu, arus akan melewati R3 dimana pada R3 terdapat hambatan sebesar 10k, kemudian arus memasuki kaki basis transistor sehingga tegangan yg terbaca pada kaki base adalah vbe = vcc-Ib.rb. Karena tegangan pada kaki basis didapat 0,78 volt, maka transistor akan aktif (transistor aktif ketika tegangan pada kaki basis sebesar >=0,7V). Arus dari sumber tegangan sebesar 5 volt mengalir menuju relay kemudian ke kaki kolektor lalu emitor dan ke ground. Karena transistor aktif, maka switch relay akan berpindah ke kiri, lalu baterai akan mengeluarkan arus menuju ke motor, lalu motor bergerak memasukkan benda- benda logam ke tempat yang aman.

6. Download File[Kembali]

File Rangkaian Disini

Library Gas Sensor Disini

Library Flame Sensor Disini

Datasheet Op-Amp LM741 Disini

Datasheet Resistor Disini

Datasheet Dioda Disini

Datasheet Baterai Disini

Datasheet Flame Sensor Disini

Datasheet Temperature Sensor Disini

Datasheet LED Disini

Datasheet Buzzer Disini

Comments

Post a Comment