Detector Inverting Dengan Vref = 0

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

6. Link Download

1. Pendahuluan[Kembali]

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

2. Tujuan[Kembali]

• Mengetahui prinsip kerja rangkaian detektor inverting dengan vref=0.

• Mengetahui komponen yang digunakan dalam membuat rangkaian pengaplikasian opamp yaitu alat pendeteksi benda hilang jenis logam menggunakan sensor magnet, sensor infrared, dan sensor suara

• Mengetahui bentuk rangkaian dan mensimulasikan pengaplikasian opamp pada software proteus. 

3. Alat dan Bahan[Kembali]

ALAT

1) DC Voltmeter

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

Spesifikasi

   

Generator Daya

1) Baterai

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

Spesifikasi dan Pinout Baterai

• Input voltage: ac 100~240v / dc 10~30v

• Output voltage: dc 1~35v

• Max. Input current: dc 14a

• Charging current: 0.1~10a

• Discharging current: 0.1~1.0a

• Balance current: 1.5a/cell max

• Max. Discharging power: 15w

• Max. Charging power: ac 100w / dc 250w

• Jenis batre yg didukung: life, lilon, lipo 1~6s, lihv 1-6s, pb 1-12s, nimh, cd 1-16s

• Ukuran: 126x115x49mm

• Berat: 460gr

2) Power Suply

Berfungsi sebagai sumber daya bagi sensor ataupun rangkaian. 

Spesifikasi :

Input voltage: 5V-12V

Output voltage: 5V

Output Current: MAX 3A

Output power:15W

conversion efficiency: 96%

BAHAN

1) Resistor

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

Cara membaca nilai resistor

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

Spesifikasi

2) Dioda

Gambar, Simbol, dan Pinout Dioda

Spesifikasi

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

3) Transistor

Gambar, Simbol, dan Pinout Transistor

Merupakan transistor tipe NPN yang digunakan untuk switching agar mengaktifkan kontak relay dan relay tersebut akan memberikan kontak pada motor DC dan output lainnya.

Spesifikasi :

Bi-Polar Transistor

DC Current Gain (hFE) is 800 maximum

Continuous Collector current (IC) is 100mA

Emitter Base Voltage (VBE) is > 0.6V

Base Current(IB) is 5mA maximum

4) Op Amp - LM741

Gambar LM741

Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional.

Bagian-bagian dan Spesifikasi LM741

Komponen Input

1) Sensor Infrared

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

Spesifikasi Sensor Infrared

Grafik respon Sensor Infrared

2) Sensor Magnet

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

Cara Kerja Sensor Magnet

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

3) Sound Sensor

Sensor suara merupakan module sensor yang mensensing besaran suara untuk diubah menjadi besaran listrik .Module ini bekerja berdasarkan prinsip kekuatan gelombang suara yang masuk. Dimana gelombang suara tersebut mengenai membran sensor, yang berefek pada bergetarnya membran sensor. Dan pada membran tersebut terdapat kumparan kecil yang dapat menghasilkan besaran listrik. Kecepatan bergeraknya membran tersebut juga akan menentukan besar kecilnya daya listrik yang akan dihasilkan. 

Spesifikasi dari sensor suara antara lain:

•     Sensitivitas dapat diatur (pengaturan manual pada potensiometer)

•     Condeser yang digunakan memiliki sensitivitas yang tinggi

•     Tegangan kerja antara 3.3V – 5V

•     Terdapat 2 pin keluaran yaitu tegangan analog dan Digital output

•     Sudah terdapat lubang baut untuk instalasi

•     Sudah terdapat indikator led

Respon frekuensi sound sensor

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

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

4) Logicstate

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

Bagian-bagian logicstate

Komponen Output

1) LED

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

Spesifikasi :

• Superior Weather Resistance

• 5mm Round Standard Directivity

• Uv Resistant Eproxy

• Forward Current (If): 30ma

• Forward Voltage (Vf): 1.8v To 2.4v

• Reverse Voltage: 5v

• Operating Temperature: -30℃ To +85℃

• Storage Temperature: -40℃ To +100℃

• Luminous Intensity: 20mcd

Tegangan LED menurut warna yang dihasilkan:

• Infra merah : 1,6 V.

• Merah : 1,8 V – 2,1 V.

• Oranye : 2,2 V.

• Kuning : 2,4 V.

• Hijau : 2,6 V.

• Biru : 3,0 V – 3,5 V.

• Putih : 3,0 – 3,6 V.

• Ultraviolet : 3,5 V.

2) Relay

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

• Konfigurasi pin Relay dihubungkan ke 5V

• GND dihubungkan ke GND

• IN1/Data dihubungkan ke pin 2

Spesifikasi

3) Motor

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

Spesifikasi

Bagian-bagian motor

Grafik respon Motor

4) Ground

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

4. Dasar Teori[Kembali]

1. Sensor Magnet (Reed Switch)

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

 

Cara Kerja Sensor Magnet

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

2. Sensor Infrared

Infrared (IR) detektor atau sensor infra merah adalah komponen elektronika yang dapat mengidentifikasi cahaya infra merah (infra red, IR). Sensor infra merah atau detektor infra merah saat ini ada yang dibuat khusus dalam satu modul dan dinamakan sebagai IR Detector Photomodules. IR Detector Photomodules merupakan sebuah chip detektor inframerah digital yang di dalamnya terdapat fotodiode dan penguat (amplifier).

Prinsip Kerja Sensor Infrared :

 

Prinsip kerja infrared

Ketika pemancar IR memancarkan radiasi, ia mencapai objek dan beberapa radiasi memantulkan kembali ke penerima IR. Berdasarkan intensitas penerimaan oleh penerima IR, output dari sensor ditentukan.

 

Prinsip kerja rangkaian sensor infrared berdasarkan pada gambar 2. Adalah ketika cahaya infra merah diterima oleh fototransistor maka basis fototransistor akan mengubah energi cahaya infra merah menjadi arus listrik sehingga basis akan berubah seperti saklar (swith closed) atau fototransistor akan aktif (low) secara sesaat seperti gambar :

Grafik Respon Sensor Infrared :

 

 

Grafik menunjukkan hubungan antara resistansi dan jarak potensial untuk sensitivitas rentang antara pemancar dan penerima inframerah. Resistor yang digunakan pada sensor mempengaruhi intensitas cahaya inframerah keluar dari pemancar. Semakin tinggi resistansi yang digunakan, semakin pendek jarak IR Receiver yang mampu mendeteksi sinar IR yang dipancarkan dari IR Transmitter karena intensitas cahaya yang lebih rendah dari IR Transmitter. Sementara semakin rendah resistansi yang digunakan, semakin jauh jarak IR Receiver mampu mendeteksi sinar IR yang dipancarkan dari IR Transmitter karena intensitas cahaya yang lebih tinggi dari IR Transmitter.

 

3. 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. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional.  
 

 

 

Terminal yang terdapat pada Simbol Op-Amp (Operational Amplifier/penguat operasional) diantaranya adalah :

1. Masukan non-pembalik (Non-Inverting) +
2. Masukan pembalik (Inverting) –
3. Keluaran Vout
4. Catu daya positif V+
5. Catu daya negatif V-
   

Karakteristik Faktor Penguat atau Gain pada Op-Amp pada umumnya ditentukan oleh Resistor Eksternal yang terhubung diantara Output dan Input pembalik (Inverting Input). Konfigurasi dengan umpan balik negatif (Negative Feedback) ini biasanya disebut dengan Closed-Loop configuration atau Konfigurasi Lingkar Tertutup.  Sedangkan pada Konfigurasi Lingkar Terbuka atau Open-Loop Configuration, besar penguatannya adalah tak terhingga (∞) sehingga besarnya tegangan output hampir atau mendekati tegangan Vcc.

4. 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.Generator DC terdiri dua bagian, yaitu stator, yaitu bagian mesin DC yang diam, dan bagian rotor, yaitu bagian mesin DC yang berputar. Bagian stator terdiri dari: rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal box. Sedangkan bagian rotor terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros rotor. Prinsip kerja suatu generator arus searah berdasarkan hukum Faraday :
 

 

Dengan lain perkataan, apabila suatu konduktor memotong garis-garis fluksimagnetik yang berubah-ubah, maka GGL akan dibangkitkan dalam konduktor itu. Jadi syarat untuk dapat dibangkitkan GGL adalah : 

• harus ada konduktor ( hantaran kawat ) 
• harus ada medan magnetik
• harus ada gerak atau perputaran dari konduktor dalam medan, atau ada fluksi yang berubah yang memotong konduktor itu.

Komutator berfungsi sebagai saklar, yaitu untuk menghubung singkatkan kumparan jangkar. Komutator berupa cincin belah yang dipasang pada ujung kumparan jangkar. Bila kumparan jangkar berputar, maka cincin belah ikut berputar. Karena kumparan berada dalam medan magnet, akan timbul tegangan bolak balik sinusoidal. Bila kumparan telah berputar setengah putaran, sikat akan menutup celah cincin sehingga tegangan menjadi nol. Karena cincin berputar terus, maka celah akan terbuka lagi dan timbul tegangan lagi. Bila perioda tegangan sama dengan perioda perputaran cincin, tegangan yang timbul adalah tegangan arus searah gelombang penuh.

5. 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.

 

 
Grafik Sound Sensor :

 

Rangkaian Detektor Inverting dengan Vref = 0
Rangkaian detektor inverting dengan tegangan input Vi berupagelombang segitiga dan tegangan referensi Vref = 0 Volt adalah seperti gambar dibawah :

Dengan menggunakan persamaan (1) maka Vi = V2 dan Vref =V1 sehingga bentuk gelombang tegangan output Vo (Vo = ±Vsaturasi = AoL(V1 - V2) ) yang dihasilkan adalah seperti gambar :

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

 

5. Percobaan[Kembali]

A. Langkah - Langkah Percobaan (Prosedur)

• Buka software proteus terlebih dahulu

• Untuk membuat rangkaian ini, pertama, siapkan semua alat dan bahan yang bersangkutan, di ambil dari library proteus

• Letakkan semua alat dan bahan sesuai dengan posisi dimana alat dan bahan terletak.

• Tepatkan posisi letak nya dengan gambar rangkaian

• Selanjutnya, hubungkan semua alat dan bahan menjadi suatu rangkaian yang utuh 

• Lalu mencoba menjalankan rangkaian , jika tidak terjadi error, maka motor akan bergerak yang berarti rangkaian bekerja

B. Prinsip Kerja 

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

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

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

C. Rangkaian simulasi

       

 Gambar Rangkaian Detektor Inverting Dengan Vref = 0 

 

 Gambar Rangkaian Aplikasi Op-Amp Dengan Sound Sensor

Gambar Rangkaian Aplikasi Op-Amp Dengan Sensor Magnetik
 

 Gambar Rangkaian Aplikasi Op-Amp Dengan Sensor Infrared

 Video Simulasi 

?

Rangkaian Aplikasi (semuanya)

?

6. Link Download[Kembali]

• Rangkaian Vref=0 [klik disini]

• Video Rangkaian Vref=0 [klik disini]

        Datasheet 

• Datasheet led [klik disini]

• Datasheet motor [klik disini]

• Datasheet LDR [klik disini]

• Datasheet Load cell [klik disini]

• Datasheet NPN [klik disini]

• Datasheet Relay [klik disini]

• Datasheet dioda [klik disini]

• Datasheet Resistor [klik disini]

• Datasheet Battery [klik disini]

• Datasheet Transistor [klik disini]

• Datasheet Capasitor  [klik disini]

• Datasheet Op-Amp [klik disini]

• library sensor infrared [klik disini]

• library sensor magnet [klik disini]

• library sensor sound [klik disini]