Differential Amplifier

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

    a. Prosedur

    b. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja

    c. Video Simulasi

6. Download File

1. Pendahuluan [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

Differential amplifier adalah salah satu penerapan umum dari operational amplifier (op-amp). Differential amplifier merupakan penguat yang berfungsi untuk menguatkan hasil operasi pengurangan terhadap dua sinyal masukan yang diberikan. Pada differensial amplifier, sinyal tidak diberikan pada salah satu input Op-Amp melainkan pada kedua input Op-Amp digunakan untuk memperkuat perbedaan antara dua sinyal input. Dalam aplikasinya, differensial amplifier banyak digunakan pada alaat elektronik seperti pengukuran, komunikasi, sistem kontrol, sensor, dan keamanan

2. Tujuan [kembali]

• Mengetahui rangkaian differential amplifer

• Memahami prinsip kerja dan karakteristik  differential amplifier

• Mampu mengaplikasikan differential amplifier 

3. Alat dan Bahan [kembali]

Alat 

1. Voltmeter 

Voltmeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besar tengangan pada suatu komponen. Cara pemakaiannya adalah dengan memparalelkan kaki-kaki Voltmeter dengan komponen yang akan diuji tegangannya.

2. Generator DC

Generator DC atau generator arus searah (DC) adalah salah satu jenis mesin listrik, dan fungsi utama mesin generator DC adalah mengubah energi mekanik menjadi listrik DC (arus searah). Proses perubahan energi menggunakan prinsip gaya gerak listrik yang diinduksi secara energi. Diagram Generator DC ditampilkan di bawah.

3. Baterai 

Baterai (Battery) adalah sebuah alat yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi Listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat Elektronik. Baterai berfungsi sebagai sumber tegangan DC

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 baterai yg didukung : life, lilon, lipo 1~6s, lihv 1-6s, pb 1-12s, nimh, cd 1-16s
        Ukuran                                 : 126x115x49mm
        Berat                                 : 460gr

Bahan

Komponen output :

1. Resistor

Resistor merupakan salah satu komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk membatasi arus yang mengalir pada suatu rangkaian dan berfungsi sebagai terminal antara dua komponen elektronika.Tegangan pada suatu resistor sebanding dengan arus yang melewatinya (V=IR).

2. OP-AMP

Penguat operasional atau yang biasa disebut OP-AMP merupakan suatu jenis penguat elektronika dengan sambatan(coupling) arus searah yang memiliki faktor penguatan(gain) sangat besar dengan dua masukan dan satu keluaran.

3. Dioda

Spesifikasi :

    Package Type: Available in DO-41 & SMD Packages
    Diode Type: Silicon Rectifier General Usage Diode
    Max Repetitive Reverse Voltage is: 1000 Volts
    Average Fwd Current: 1000mA
    Non-repetitive Max Fwd Current: 30A
    Max Power Dissipation is: 3W
    Max Storage & Operating temperature Should Be: -55 to +175 Centigrade

4. Buzzer

Buzzer merupakan komponen elektronike yang dapat menghasilkan getaran suara berupa gelombang bunyi. Buzzer elektronika akan menghasilkan getaran suara ketika diberikan sejumlah tegangan listrik dengan taraf tertentu sesuai dengan spesifikasi bentuk dan ukuran buzzer elektronika itu sendiri

5. LED

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

Konfigurasi pin :

    Pin 1 : Positive terminal of LED
    Pin 2 : Negative terminal of LED

6. Motor DC

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.

Spesifikasi :

    Standard 130 Type DC motor

    Operating Voltage: 4.5V to 9V

    Recommended/Rated Voltage: 6V

    Current at No load: 70mA (max)

    No-load Speed: 9000 rpm

    Loaded current: 250mA (approx)

    Rated Load: 10g cm

    Motor Size: 27.5mm x 20mm x 15mm

    Weight: 17 grams

7. Gerbang logika

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.

8. Ground

Ground adalah titik kembalinya arus searah atau titik kembalinya sinyal bolak balik atau titik patokan dari berbagai titik tegangan dan sinyal listrik dalam rangkaian elektronika.

9. Transistor BC547

Transistor BC 547 merupakan transistor tipe NPN yang digunakan sebagai switching untuk mengaktifkan kontak relay dan relay tersebut akan memberikan kontak pada lampu indikator

Konfigurasi pin : 

1. Emiter
2. Base
3. Collector

Spesifikasi :

    Transistor Type : NPN
    Voltage – Collector Emitter Breakdown (Max) : 45 V
    Current- Collector (Ic) (Max) : 100mA
    Power – Max : 625 mW    
    DC Current Gain (hFE) (Min) @ Ic, Vce : 110 @ 2mA, 5V
    Vce Saturation (Max) @ Ib Ic : 300mV, @ 5mA, 100mA
    Frequency – Transition : 300MHz
    Current- Collector Cutoff (Max) : -
    Mounting Type : Through Hole
    Package / Case : TO-226-3, TO-92-3 (TO-226AA) Formed Leads
    Packaging : Tape & Box (TB)
    Lead Free Status : Lead Free
    RoHs Status : RoHs Compliant

10. Relay

Spesifikasi 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

Pin out :

11. Fan DC

Kipas DC adalah perangkat elektronik yang berfungsi sebagai pendingin. Kipas pendingin DC terdiri dari rotor motor, stator, bilah kipas, dan komponen tambahan lainnya yang digabungkan

Komponen input :

1. Sensor suara

Sensor suara memiliki bekerja dengan cara merubah besaran suara menjadi besaran listrik. Pada dasarnya prinsip kerja pada alat ini hampir mirip dengan cara kerja sensor sentuh pada perangkat seperti telepon genggam, laptop, dan notebook. Sensor ini bekerja berdasarkan besar kecilnya kekuatan gelombang suara yang mengenai membran sensor yang menyebabkan bergeraknya membran sensor yang memiliki kumparan kecil dibalik membran tersebut naik dan turun. Kecepatan gerak kumparan tersebut menentukan kuat lemahnya gelombang listrik yang dihasilkannya. 

Spesifikasi :

    Tegangan kerja: DC 3.3-5V
    Sensitivitas Dapat Disesuaikan
    Dimensi: 32 x 17 mm
    Indikasi keluaran sinyal
    Output sinyal saluran tunggal
    Dengan lubang baut penahan, pemasangan yang mudah
    Mengeluarkan level rendah dan sinyal menyala ketika ada suara
    Output berupa digital switching output (0 dan 1 high dan low)

Konfigurasi :

Grafik :

2. Sensor gas

Sensor gas merupakan perangkat yang berfungsi untuk mendeteksi adanya konsentrasi gas pada suatu tempat. Berdasarkan konsentrasi gas, sensor ini akan menghasilkan beda potensial yang sesuai dengan cara mengubah resistansi material di dalam sensor sehingga bisa diukur sebagai tegangan keluaran.

Spesifikasi :

Catu daya pemanas : 5V AC/DC
Catu daya rangkaian : 5V DC
Range pengukuran : 200 - 5000ppm untuk LPG, propane 300 - 5000ppm untuk butane 5000 - 20000ppm untuk methane 300 - 5000ppm untuk Hidrogen
Keluaran : analog (perubahan tegangan)

Konfigurasi pin :

    Pin 1 merupakan heater internal yang terhubung dengan ground.
    Pin 2 merupakan tegangan sumber (VC) dimana Vc < 24 V DC.
    Pin 3 (VH) digunakan untuk tegangan pada pemanas (heater internal) dimana VH = 5V DC.
    Pin 4 merupakan output yang akan menghasilkan tegangan analog.

3. Sensor PIR

Sensor PIR atau Passive Infrared Receiver merupakan sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya pancaran sinar infra red dari suatu objek. Sensor PIR memiliki sifat pasif, yang berarti tidak memancarkan sinar infra red tetapi hanya dapat menerima radiasi sinar infra red dari luar.

Spesifikasi :

Pengatur Waktu Jeda : Digunakan untuk mengatur lama pulsa high setelah terdeteksi terjadi gerakan dan gerakan telah berahir. 
Pengatur Sensitivitas : Pengatur tingkat sensitivitas sensor PIR 
Regulator 3V DC : Penstabil tegangan menjadi 3V DC
Dioda Pengaman : Mengamankan sensor jika terjadi salah pengkabelan VCC dengan GND
DC Power : Input tegangan dengan range (3 – 12) VDC (direkekomendasikan menggunakan input 5VDC).
Output Digital : Output digital sensor
Ground : Hubungkan dengan ground (GND)
BISS0001 : IC Sensor PIR
Pengatur Jumper : Untuk mengatur output dari pin digital.

4. Sensor Api

Flame Sensor atau sensor api adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi dapat mendeteksi nyala api dengan panjang gelombang 760nm – 1100nm. Sensor nyala api ini mempunyai sudut pembacaan 60 derajat, dan beroperasi pada suhu -25 derajat -85 derajat. Dan jarak pembacaan antara sensor dan objek yang dideteksi tidak boleh terlalu dekat, untuk menghindari kerusakan sensor

5. Sensor getaran

Sensor module SW-420 adalah sensor untuk mendeteksi getaran, cara kerja sensor ini adalah dengan menggunakan 1 buah pelampung logam yang akan bergetar ditabung yang berisi 2 elektroda ketika modul sensor menerima getaran / shock. Terdapat 2 output yaitu digital output (0 dan 1) dan analog output (tegangan).

Keterangan :

    5V – VCC Vibration
    GND – GND Vibration, GND LED
    D2 – Pin Data Vibration
    D3 – Kaki resistor
    Kaki resistor – Anoda LED

4. Dasar Teori [kembali]

Differential Amplifier

Rangkaian Differential Amplifier adalah seperti pada gambar 132.

Vi disubstitusi, maka

Non-Inverting Op Amp

Non-Inverting Op Amp

Maka Persamaannya menjadi :

1. Resistor

resistor

Resistor merupakan salah satu komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk membatasi arus yang mengalir pada suatu rangkaian dan berfungsi sebagai terminal antara dua komponen elektronika.Tegangan pada suatu resistor sebanding dengan arus yang melewatinya (V=IR).Cara menghitung nilai resistor dapat dilihat pada 2 gambar di bawah ini.

Cara menghitung resistansi pada resistor:

1. Pita atau gelang ke-1 menunjukkan nilai atau angka pada digit pertama, begitu pula pada gelang ke dua. Masing-masing warna pada pita memiliki nilai yang berbeda
2. Pita ke-3 menunjukkan jumlah angka 0 di belakang digit ke 2 atau dikalikan dengan 10^n, yang dimana n merupakan nilai pada warna pita ke 3
3. Pita ke-4 menunjukkan nilai toleransi dari resistor

Contoh :

Pita ke-1 : Coklat = 1
Pita ke-2 : Hitam = 0
Pita ke-3 : Hijau = 5 nol di belakang angka pita ke-2, atau dikalikan 105
Pita ke-4 : Perak = Toleransi 10%
Maka nilai resistor tersebut adalah 10×105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%

2. 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 Sebagai Penguat Inverting

Penguat Inverting adalah suatu rangkaian penguat yang berfungsi menguatkaan sinyal akan tetapi sinyal yang dikuatkan akan berbanding terbalik 180 derajat dengan dinyal masukkannya. Bentuk sinyal input output rangkaian inverting dapat dilihat pada gambar 2. Pada dasarnya penguat inverting digunakan sebagai pengkondisi sinyal inputan sensor yang terlalu kecil sehingga dibutuhkan penguatan untuk diproses.

Salah satu fungsi pamasangan resistor umpan balik (feedback) atau pada gambar R2 dan resistor input R1 adalah untuk mengatur faktor penguatan inverting amplifier (penguat membalik) tersebut. Dengan dipasangnya resistor feedback (Rf) dan resistor input (R1) maka faktor penguatan dari penguat membalik dapat diatur dari 1 sampai 100.000 kali.

Op Amp Sebagai Penguat Non Inverting 

Penguat Non Inverting adalah suatu rangkaian penguat yang berfungsi menguatkaan sinyal dan hasil sinyal yang dikuatkan tetap sefasa dengan sinyal inputannya, hasil dari sinyal input dan output rangkaian non inverting dapat dilihat pada gambar.

Pada dasarnya penguat non inverting digunakan sebagai pengkondisi sinyal inputan sensor yang terlalu kecil sehingga dibutuhkan penguatan untuk diproses. intinya penguat non inverting ke balikkan dari penguat inverting.

Keterangan gambar : 

    Vin : Tegangan Masukan 

    Vout : Tegangan Keluaran 

    Rg : Resistansi ground 

    Rf : Resistansi feedback

3. Dioda

Dioda adalah komponen elektronika yang terdiri dari dua kutub dan berfungsi menyearahkan arus. Komponen ini terdiri dari penggabungan dua semikonduktor yang masing-masing diberi doping (penambahan material) yang berbeda, dan tambahan material konduktor untuk mengalirkan listrik. 

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).

A. 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.

B. Kondisi dengan tegangan positif

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.

C. Kondisi dengan teganagan negatif

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.

4. Transistor BC 547

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, di mana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya. Kapasitor NPN memiliki simbol seperti gambar di bawah ini:

Karakteristik Input

Transistor adalah komponen aktif yang menggunakan aliran electron sebagai prinsip kerjanya didalam bahan. Sebuah transistor memiliki tiga daerah doped yaitu daerah emitter, daerah basis dan daerah disebut kolektor. Transistor ada dua jenis yaitu NPN dan PNP. Transistor memiliki dua sambungan: satu antara emitter dan basis, dan yang lain antara kolektor dan basis. Karena itu, sebuah transistor seperti dua buah dioda yang saling bertolak belakang yaitu dioda emitter-basis, atau disingkat dengan emitter dioda dan dioda kolektor-basis, atau disingkat dengan dioda kolektor. Bagian emitter-basis dari transistor merupakan dioda, maka apabila dioda emitter-basis dibias maju maka kita mengharapkan akan melihat grafik arus terhadap tegangan dioda biasa. Saat tegangan dioda emitter-basis lebih kecil dari potensial barriernya, maka arus basis (Ib) akan kecil. Ketika tegangan dioda melebihi potensial barriernya, arus basis (Ib) akan naik secara cepat.

Karakteristik Output

Sebuah transistor memiliki empat daerah operasi yang berbeda yaitu daerah aktif, daerah saturasi, daerah cutoff, dan daerah breakdown. Jika transistor digunakan sebagai penguat, transistor bekerja pada daerah aktif. Jika transistor digunakan pada rangkaian digital, transistor biasanya beroperasi pada daerah saturasi dan cutoff. Daerah breakdown biasanya dihindari karena resiko transistor menjadi hancur terlalu besar.

Grafik gelombang Input Output

5. LED

Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya. Bentuk LED mirip dengan sebuah bohlam (bola lampu) yang kecil dan dapat dipasangkan dengan mudah ke dalam berbagai perangkat elektronika. Berbeda dengan Lampu Pijar, LED tidak memerlukan pembakaran filamen sehingga tidak menimbulkan panas dalam menghasilkan cahaya. Oleh karena itu, saat ini LED (Light Emitting Diode) yang bentuknya kecil telah banyak digunakan sebagai lampu penerang dalam LCD TV yang mengganti lampu tube.

Cara Kerja

Seperti dikatakan sebelumnya, LED merupakan keluarga dari Dioda yang terbuat dari Semikonduktor. Cara kerjanya pun hampir sama dengan Dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda. LED terdiri dari sebuah chip semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan junction P dan N. Yang dimaksud dengan proses doping dalam semikonduktor adalah proses untuk menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor yang murni sehingga menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. Ketika LED dialiri tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K), Kelebihan Elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).

LED atau Light Emitting Diode yang memancarkan cahaya ketika dialiri tegangan maju ini juga dapat digolongkan sebagai Transduser yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi cahaya.

6. 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. 

Cara Kerja:

1. Apabila coil diberikan arus listrik, maka akan timbul gaya elektromagnetik yang dapat menarik armature untuk merubah switch contact point.
2. Apabila coil tersebut sudah tidak dialiri arus listrik, maka Armature akan kembali lagi ke posisi Normally Close.
3. Umumnya, coil yang digunakan oleh relay untuk mengubah switch contact point ke posisi NC hanya membutuhkan arus listrik yang kecil.

7. Motor DC

Motor DC 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.

Cara Kerja Motor DC :

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.Kecepatan putar motor DC (N) dirumuskan dengan Persamaan berikut.

8. Gerbang logika 

Gerbang logika atau logic State adalah suatu entitas dalam elektronika dan matematika Boolean yang mengubah satu atau beberapa masukan logik menjadi sebuah sinyal keluaran logik. Gerbang Logika beroperasi berdasarkan sistem bilangan biner yaitu bilangan yang hanya memiliki 2 kode simbol yakni 0 dan 1 dengan menggunakan Teori Aljabar Boolean. 

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. Input dan Output pada Gerbang Logika hanya memiliki 2 level. Kedua Level tersebut pada umumnya dapat dilambangkan dengan : 

• HIGH (tinggi) dan LOW (rendah) 
• TRUE (benar) dan FALSE (salah) 
• ON (Hidup) dan OFF (Mati) 
• 1 dan 0

Tabel Kebenaran :

7 jenis gerbang logika :

1.  Gerbang AND : Apabila semua / salah satu input merupakan bilangan biner (berlogika) 0, maka output akan menjadi 0. Sedangkan jika semua input adalah bilangan biner (berlogika) 1, maka output akan berlogika 1.
2.  Gerbang OR : Apabila semua / salah satu input merupakan bilangan biner (berlogika) 1, maka output akan menjadi 1. Sedangkan jika semua input adalah bilangan biner (berlogika) 0, maka output akan berlogika 0. 
3.  Gerbang NOT : Fungsi Gerbang NOT adalah sebagai Inverter (pembalik). Nilai output akan berlawanan dengan inputnya. 
4.  Gerbang NAND : Apabila semua / salah satu input bilangan biner (berlogika) 0, maka outputnya akan berlogika 1. Sedangkan jika semua input adalah bilangan biner (berlogika) 1, maka output akan berlogika 0.
5.  Gerbang NOR : Apabila semua / salah satu input bilangan biner (berlogika) 1, maka outputnya akan berlogika 0. Sedangkan jika semua input adalah bilangan biner (berlogika) 0, maka output akan berlogika 1.
6.  Gerbang XOR : Apabila input berbeda (contoh : input A=1, input B=0) maka output akan berlogika 1. Sedangakan jika input adalah sama, maka output akan berlogika 0.
7.  Gerbang XNOR : Apabila input berbeda (contoh : input A=1, input B=0) maka output akan berlogika 0. Sedangakan jika input adalah sama, maka output akan berlogika 1.

9.Sensor api

Sensor api atau Flame sensor merupakan salah satu alat pendeteksi kebakaran melalui adanya nyala api yang tiba-tiba muncul. Besarnya nyala api yang terdeteksi adalah nyala api dengan panjang gelombang 760 nm sampai dengan 1.100 nm. Transducer yang digunakan dalam mendeteksi nyala api adalah infrared. Sensor api ini biasa digunakan pada ruangan di perkantokan, apartemen, atau perhotelan. Namun, sering juga digunakan dalam pertandingan robot. Fungsi sensor ini adalah sebagai mata dari robot untuk mendeteksi nyala api. Diharapkan dengan meletakkan sensor api sebagai mata, robot dapat menemukan posisi lilin yang menyala. Sensor api ini memiliki manfaat yang cukup besar. Salah satu diantaranya adalah mampu meminimalisasi adanya false alarm atau alarm palsu sebagai sebuah tanda akan terjadinya kebakaran. Sensor ini dirancang khusus untuk menemukan penyerapan cahaya pada gelombang tertentu.

Cara Kerja

Secara umum, prinsip kerja sensor api cukup sederhana, yaitu memanfaatkan sistem kerja metode optik. Optik yang mengandung ultraviolet, infrared, atau pencitraan visual api, dapat mendeteksi adanya percikan api sebagai tanda awal kebakaran. Jika telah terjadi reaksi percikan api yang cukup sering, maka akan terlihat emisi karbondioksida dan radiasi dari infrared. Ultraviolet yang terkandung didalam sensor akan mendeteksi percikan api. 

Sensor api terbagi menjadi 4 jenis, diantaranya adalah UV Flame Detektor, UV/IR Flame Detector, Multi-Spectrum IR Flame Detector (MSIR), dan Visual Imaging Detector. 

UV Flame Detektor Sensor api ini menggunakan teknologi ultraviolet sehingga mampu menanggapi radiasi spectral antara 180 nanometer sampai dengan 260 nanometer. Tingkat sensivitas dan respon ultraviolet termasuk baik dan cepat dalam kisaran 0 sampai 50 kaki. Sensor jenis ini sangat sensitif terhadap hal-hal yang bermuatan listrik seperti lampu halogen, busur pengelasan dan petir. 

UV/IR Flame Detektor Sensor api ini merupakan sensor api yang menggabungkan atau mengintegrasikan sensor optik ultraviolet ke dalam sensor infrared. Pengintegrasian dual band ini diharapkan dapat membuat detektor ini jauh lebih sensitif terhadap radiasi yang bersifat ultraviolet maupun infrared yang dipancarkan oleh percikan api. Selain itu, teknologi ini juga memiliki tingkat kekebalan yang lebih tinggi dengan respon yang jauh lebih baik dari teknologi yang sebelumnya. Oleh karena itulah, selain cocok diletakkan di dalam ruangan, teknologi ini juga cocok dipakai di luar ruangan yang bersifat terbuka. 

Multi-Spectrum IR Flame Detektor (MSIR). Cara kerja sensor api jenis ini dibuat lebih canggih lagi dari jenis sebelumnya karena mampu memanfaatkan daerah spectral infrared secara maksimal untuk mendeteksi radiasi sumber api. Teknologi Multi-Spectrum IR Flame Detektor (MSIR) ini memiliki sensitivitas yang tinggi karena mampu menjangkau radiasi sumber api hingga 200 kaki dari sumber percikan api, baik indoor atau outdoor. Selain itu, teknologi ini juga memiliki kekebalan yang tinggi terhadap radiasi yang berasal dari infrared. Radiasi ini dapat muncul karena adanya sengatan listrik, adanya percikan api, muatan listrik dan juga pemicu kebakaran yang lainnya seperti material yang bersifat panas. 

Visual Flame Imaging Detektor. Cara kerja sensor api Visual Flame Imaging ini tergolong lebih canggih dibandingkan dengan tiga teknologi sebelumnya. Hal ini dikarenakan 3 hal berikut ini. Pertama, teknologi ini menggunakan beberapa perangkat CCD. Perangkat CCD biasa digunakan dalam kamera sirkuit tertutup. Kedua, teknologi ini menggunakan algoritma sebagai pendeteksi dini untuk menentukan letak percikan api sebagai penyebab kebakaran. Fungsi algoritma adalah menganalisis bentuk dan perkembangan api berdasarkan video yang diperoleh dari komponen CCD. Hasil analisis inilah yang akan menentukan, betul tidaknya sebuah kebakaran. Ketiga, teknologi ini tidak mendeteksi adanya kebakaran melalui radiasi panas, muatan listrik, cahaya api atau sejenisnya seperti pada ketiga teknologi sebelumnya. oleh karena itulah, sensor api visual flame imaging detektor sangat cocok digunakan pada ruangan yang didalamnya terdapat aktivitas pembakaran. Tentunya, agar tidak terjadi alarm palsu.

Grafik respon :

10. Sensor PIR

Sensor PIR memungkinkan kita untuk mendeteksi adanya gerakan, digunakan untuk mendeteksi apakah manusia/benda telah bergerak atau keluar dari jangkauan sensor. Sensor PIR kecil, murah, berdaya rendah, mudah digunakan dan tidak mudah rusak. Itu alasan mereka banyak digunakan dalam peralatan rumah dan gadget. Mereka sering disebut sebagai PIR, “Pasif Infrared”, “Piroelektrik”, atau “Motion IR” sensor.

Cara Kerja

PIR pada dasarnya terbuat dari sensor piroelektrik (seperti gambar di atas, seperti logam bulat dengan kristal segi empat di tengah), yang dapat mendeteksi tingkat radiasi inframerah. Sensor PIR memancarkan sejumlah radiasi tingkat rendah, dan panas. Sensor dalam pendeteksi gerak sebenarnya terbagi dalam dua bagian untuk mendeteksi gerakan (perubahan). Kedua bagian ini berkabel sehingga mereka dapat berhubungan satu sama lain. Jika salah satu mendeteksi radiasi Infrared dari yang lainnya, maka menghasilkan output yang bernilai High atau Low. Sensor piroelektrik dalah sekumpulan pendukung rangkaian, resistor dan kapasitor. Sebagian kecil penghobi sensor menggunakan BISS0001 (“Micro Power PIR Detector IC”), karena harga yang sangat murah. IC ini mengambil output dari sensor dan melakukan pengolahan (proses) kecil dan mengeluarkan (output) berupa pulsa output digital dari sensor analog. 

Grafik Respon Sensor

11. Sensor Suara

Sensor Suara adalah sensor yang memiliki cara kerja merubah besaran suara menjadi besaran listrik. Pada dasarnya prinsip kerja pada alat ini hampir mirip dengan cara kerja sensor sentuh pada perangkat seperti telepon genggam, laptop, dan notebook. Sensor ini bekerja berdasarkan besar kecilnya kekuatan gelombang suara yang mengenai membran sensor yang menyebabkan bergeraknya membran sensor yang memiliki kumparan kecil dibalik membran tersebut naik dan turun. Kecepatan gerak kumparan tersebut menentukan kuat lemahnya gelombang listrik yang dihasilkannya.

Cara Kerja

Salah satu komponen yang termasuk dalam sensor ini adalah Microphone atau Mic. Mic adalah komponen eletronika dimana cara kerjanya yaitu membran yang digetarkan oleh gelombang suara akan menghasilkan sinyal listrik. Mic dapat diklarifikasikan menjadi beberapa jenis dasar antara lain; dinamis, piezoelektrik, dan elektrostatik. Mic dinamis adalah contoh alat yang memiliki sensor suara dengan peran yang besar dalam dunia industri musik. Sedangkan untuk Mic piezoelektrik digunakan secara luas untuk mic dengan meter rendah tingkat frekuensi suara. Untuk masalah pengukuran, mic elektrostatik adalah yang paling populer karena mereka dapat dirampingkan, memiliki ffrekuensi respon konsekuensi rata selama rentang frekuensi yang luas, dan menyediakan nyata stabilitas yang tinggi dibandingkan dengan mic jenis lain. Intensitas suara mic ini dirancang untuk menangkap intensitas suara bersama dengan unit arah aliran sebagai besaran vektor. Bila dilihat dari intensitas bunyi, mic dibagi menjadi dua jenis, yaitu arang dan capasitor.

Grafik Respon Sensor

12. Sensor gas

Sensor jenis ini adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi konsentrasi gas yang mudah terbakar di udara serta asap dan output membaca sebagai tegangan analog. Sensor gas asap MQ-2 dapat langsung diatur sensitifitasnya dengan memutar trimpotnya. Sensor ini biasa digunakan untuk mendeteksi kebocoran gas baik di rumah maupun di industri. Gas yang dapat dideteksi diantaranya : LPG, i-butane, propane, methane , alcohol, Hydrogen, smoke. Sensor ini sangat cocok di gunakan untuk alat emergensi sebagai deteksi gas-gas, seperti deteksi kebocoran gas, deteksi asap untuk pencegahan kebakaran dan lain lain.

Grafik Respon sensor

13. Vibration

Modul sensor getaran berbasis sensor getaran SW-420 digunakan untuk mendeteksi getaran. Ambang batas dapat disesuaikan menggunakan potensiometer terpasang. Selama tidak ada getaran, sensor memberikan Logika Rendah dan ketika getaran terdeteksi, sensor memberikan Logika Tinggi.

Fitur & Spesifikasi Modul Sensor Getaran

    1. Tegangan Operasi: 3.3V ke 5V DC
    2. Operasi Saat Ini: 15mA
    3. Menggunakan sensor getaran tipe SW-420 yang biasanya tertutup
    4. LED menunjukkan output dan daya
    5. Desain berbasis LM393
    6. Mudah digunakan dengan Mikrokontroler atau bahkan dengan IC Digital/Analog normal
    7. Dengan lubang baut untuk pemasangan yang mudah
    8. Kecil, murah dan mudah didapat

Grafik Respon Sensor :

14. Generator DC

Prinsip kerja Generator DC:

Pembangkitan tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui dua cara: a) Dengan menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi bolak-balik. b) Dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC. Proses pembangkitan tegangan tegangan induksi tersebut dapat dilihat pada Gambar 7.7

Jika rotor diputar dalam pengaruh medan magnet, maka akan terjadi perpotongan medan magnet oleh lilitan kawat pada rotor. Hal ini akan menimbulkan tegangan induksi. Pada posisi ini terjadi perpotongan medan magnet secara maksimum oleh penghantar, akan menghasilkan tegangan induksi nol. Hal ini karena tidak adanya perpotongan medan magnet dengan penghantar pada jangkar atau rotor. Daerah medan ini disebut daerah netral

Jika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slip-ring berupa dua cincin (disebut juga dengan cincin seret), maka dihasilkan listrik AC (arus bolak-balik) berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan rotor dihubungkan dengan komutator satu cincin dengan dua belahan, maka dihasilkan listrik DC dengan dua gelombang positif, yaitu :

 a.) Rotor dari generator DC akan menghasilkan tegangan induksi bolakbalik. Sebuah komutator berfungsi sebagai penyearah tegangan AC.

b) Besarnya tegangan yang dihasilkan oleh sebuah generator DC, sebanding dengan banyaknya putaran dan besarnya arus eksitasi (arus penguat medan).

4 Cara melakukan start pada Generator : 

1. Dengan penggerak Mula 

Untuk sistem start dengan penggerak mula biasanya berupa mesin diesel untuk kapasitas daya yang kecil, turbin air atau turbin uap untuk kapasitas daya menengah dan turbin uap untuk kapasitas daya yang sangat besar. 

2. Pengubah Frekuensi 

Motor sinkron mendapat pengisian dari sebuah generator sinkron khusus. Pengisian dilakukan dengan arus tukar berfrekuensi variabel dari hampir nol hingga mencapai frekuensi nominal. Dengan demikian motor sinkron mengalami start mulai putaran hampir nol hingga mencapai putaran nominal. 

3. Sebagai Generator Rotor Sangkar/Start Asinkron 

Dalam hal ini rotor mesin dilengkapi suatu belitan yang bekerja sebagai sangkar asinkron. Dengan demikian selama start mesin bekerja sebagai motor tak serempak. Dengan start asinkron pada kumparan medan dapat dihasilkan gaya-gaya gerak listrik yang tinggi, disebabkan jumlah lilitan magnet yang biasanya besar. Gaya-gerak listrik yang tinggi ini bukan saja dapat merusak mesin, melainkan dapat juga menimbulkan bahaya bagi personil yang melayani mesin sinkron itu. Untuk menghindari bahaya ini kumparan magnet selama start dapat dibagi dalam beberapa belitan, yang masing-masing dihubungsingkatkan. Setelah mencapai putaran sinkron, hubungan ini dilepaskan. Dalam hal ini sistem start yang digunakan pada generator set GSC 05 adalah dengan penggerak mula.

15. Buzzer

Buzzer   adalah   sebuah   komponen   elektronika   yang   berfungsi   untuk   mengubah  getaran  listrik  menjadi  getaran  suara  getaran  listrik  menjadi  getaran  suara.  Pada  dasarnya  prinsip  kerja buzzer  hampir  sama  dengan  loudspeaker,  jadi  buzzer  juga  terdiri  dari  kumparan  yang  terpasang  pada  diafragma  dan  kemudian  kumparan  tersebut  dialiri  arus  sehingga  menjadi  elektromagnet,  kumparan  tadi  akan  tertarik  ke  dalam  atau  keluar,  tergantung  dari  arah  arus  dan  polaritas  magnetnya,  karena  kumparan  dipasang  pada  diafragma  maka  setiap  gerakan  kumparan  akan  menggerakkan  diafragma  secara  bolak-balik  sehingga  membuat udara  bergetar  yang  akan  menghasilkan  suara.  Buzzer  biasa  digunakan  sebagai  indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan pada sebuah alat (alarm).

Cara Kerja Buzzer pada saat aliran listrik atau tegangan listrik yang mengalir ke rangkaian yang menggunakan piezoeletric tersebut. Piezo buzzer dapat bekerja dengan baik dalam menghasilkan frekwensi di kisaran 1 - 6 kHz hingga 100 kHz. Buzzer memiliki simbol seperti gambar di bawah ini :

16. Baterai

Baterai (Battery) adalah sebuah alat yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi Listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat Elektronik. Hampir semua perangkat elektronik yang portabel seperti Handphone, Laptop, Senter, ataupun Remote Control menggunakan baterai sebagai sumber listriknya. Dengan adanya Baterai, kita tidak perlu menyambungkan kabel listrik untuk dapat mengaktifkan perangkat elektronik kita sehingga dapat dengan mudah dibawa kemana-mana. Dalam kehidupan kita sehari-hari, kita dapat menemui dua jenis Baterai yaitu Baterai yang hanya dapat dipakai sekali saja (Single Use) dan Baterai yang dapat di isi ulang (Rechargeable). Baterai simbol seperti gambar di bawah ini:

17. Fan DC

Kipas pendingin yang digerakkan oleh motor listrik ini sudah tidak memanfaatkan putaran dari poros engkol untuk memutarkan kipas pendingin. Motor listrik ini dapat bergerak atau berputar jika ada arus listrik yang mengalir ke motor listrik tersebut. Tipe motor listrik yang digunakan ini adalah motor listrik DC yaitu arus yang digunakan adalah jenis arus searah.

Pada tipe kipas pendingin yang digerakkan oleh motor listrik ini menggunakan sensor temperatur air pendingin atau water temperature sensor (WTS). Sensor suhu air pendingin ini akan mendeteksi suhu air pada mesin, bila suhu air telah mencapai batas yang ditetapkan maka sensor ini akan mengirimkan data ke ECU sehingga ECU akan memberikan signal tegangan ke relay fan sehingga relay fan aktif dan arus listrik dapat mengalir ke motor listrik dan akhirnya motor listrik dapat bekerja bekerja. Hal tersebut berrarti bahwa kipas pendingin radiator akan bekerja jika temperatur air pendingin mesin telah mencapai batas yang ditentukan (antara 800 C sampai 900 C).

Hal tersebut akan memberikan banyak keuntungan pada kipas pendingin tipe ini, yaitu temperatur kerja mesin dapat dicapai dengan cepat dan juga karena gerakkan putarannya diambil dari motor listrik maka mesin tidak akan terbebani untuk memutarkan kipas pendingin.

5. Percobaan [kembali]

a. Prosedur [kembali]

1. Siapkan alat dan bahan yang dibutuhkan untuk membuat rangkaian yang dapat dicari pada menu component mode di aplikasi proteus
2. Letakkan posisi alat dan bahan serta dihubungkan sesuai dengan rangkaian yang ada pada e-book
3. Ubah nilai komponen sesuai dengan rangkaian yang ada pada e-book
4. Atur animasi simulasi sesuai kebutuhan pada menu system
5. Simulasikan rangkaian dan amati apa yang terjadi

b. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja [kembali]

1. Rangkaian Differential Amplifier

Prinsip Kerja:

Ketika kaki non inverting dan inverting pada op-amp dihubungkan dengan tegangan input, maka tegangan output dari op-amp adalah selisih dari tegangan output non inverting dan inverting. Yaitu dengan cara menghitung tegangan output dari tegangan input inverting yang dimana pada kaki non inverting dihubungkan dengan ground. Lalu menghitung kembali tegangan output dari tegangan input non inverting yang dimana pada kaki inverting dihubungkan dengan ground.

2. Rangkaian Kontrol Keamanan Rumah

Prinsip Kerja:

Ketika pintu di dobrak secara paksa, maka akan menggetarkan pintu dan mengaktifkan sensor pintu, yang mengeluarkan tegangan sebesar 5 volt yang akan di kuatkan Op-Amp, dan arus melalui transistor NPN, yang membuat switch relay berpindah sehingga menghidupkan buzzer dan menghidupkan LED sebagai Indikator.

Sensor suara akan menangkap bunyi buzzer, dan aktif sehingga membuat arus mengalir ke transistor NPN, dan menggerakkan relay. dan membuat tegangan aktif masuk ke Input sensor PIR, yang membuat sensor PIR hidup.

Sensor PIR, jika tidak mendeteksi ada nya orang maka motor akan hidup dan menutup pintu, ketika mendeteksi ada nya orang maka relay berpindah dan menghidupkan pompa yang mengeluarkan gas beracun, sampai penyusup tidak bergerak.

Ketika Ruangan sudah dipenuhi gas, maka akan mengaktifkan sensor gas yang membuat relay berpindah dan mengaktifkan relay sehingga kipas bergerak dan membuang gas beracun yang ada di dalam ruangan.

jika terjadi kebakaran di dalam ruangan, maka akan membuat sensor api hidup dan mengeluarkan teganggan yang mengaktifkan transistor NPN, dan menggerakkan relay sehingga membuat motor pompa hidup dan mensemprotkan air.

c. Video Simulasi [kembali]

6. Download File [kembali]

Download rangkaian differential amplifier [download]

Download rangkaian kontrol keamanan rumah [download]

Download video [download]

Download datasheet dioda [download]

Download datasheet baterai [download]

Download datasheet buzzer [download]

Download datasheet fan DC [download]

Download datasheet flame sensor [download]

Download datasheet gas sensor [download]

Download datasheet generator DC [download]

Download datasheet LED [download]

Download datasheet motor DC [download]

Download datasheet op-amp [download]

Download datasheet PIR sensor [download]

Download datasheet relay [download]

Download datasheet resistor [download]

Download datasheet sound sensor [download]

Download datasheet transistor [download]

Download datasheet vibration sensor [download]

Download datasheet voltmeter [download]

Download library flame sensor [download]

Download library gas sensor [download]

Download library PIR sensor [download]

Download library sound sensor [download]

Download library vibration sensor [download]