Aplikasi comparator non-inverting dengan Vref = +

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

6. Download File

1. Pendahuluan[Kembali]

 Penguat operasional (operational amplifier) atau yang biasa disebut op-amp merupakan suatu jenis penguat elektronika dengan hambatan (coupling) arus searah yang memiliki bati (faktor penguat) sangat besar dengan dua masukan dan satu keluaran. Op-amp IC merupakan kemasan solid-state yang mampu mengindera dan memperkuat sinyal masukan baik DC maupun AC. Op-amp IC yang khas terdiri atas tiga rangkaian dasar, yaitu penguat differensial impedansi masukan tinggi, penguat tegangan penguatan tinggi dan penguat keluaran impedansi rendah. Penguat differensial merupakan suatu penguat yang bekerja dengan memperkuat sinyal yang merupakan selisih dari kedua masukannya. Op-amp dapat dikembangkan menjadi alat komunikasi, dapat dipakai di bidang elektronika audio, pengatur tegangan DC, tapis aktif, penyearah presisi, pengubah analog digital dan pengubah digital ke analog.

2. Tujuan[Kembali]

• Memahami apa itu Comparator Non-Inverting
• Mensimulasikan rangkaian yang berfungsi sebagai alarm untuk sistem pengaman rumah
• Memahami fungsi dari setiap komponen-komponen yang digunakan

3. Alat dan Bahan[Kembali]

A.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.

    

  

    2. Power Supply

        

        Power Supply atau dalam bahasa Indonesia disebut dengan Catu Daya adalah suatu alat listrik yang dapat menyediakan energi listrik untuk perangkat listrik ataupun elektronika lainnya.

B.Bahan

    1. Baterai

        

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

 a.  2. Resistor

            

        Resistor berfungsi sebagai memberi hambatan pada arus listrik yang mengalir
   

   

   

 

3. N-channel Depletion MOSFET'

MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) adalah sebuah transistor yang memilki fungsi yang hampir sama dengan BJT. Namun variabel pengontrol arus dalam transistor MOSFET berbeda dengan variabel pengontrol yang terdapat di BJT. Apabila pada BJT variabel pengontrol arus output adalah arus kecil, variabel pengontrol arus output pada MOSFET adalah tegangan antara dua buah kaki transistor tersebut (tegangan antara kaki Gate dan Source)

    4. DC Motor

DC motor adalah sebuah motor yang dialiri arus DC. DC motor memiliki berbagai macam aplikasi, umumnya digunakan untuk menggerakkkan suatu beban yang lebih besar daripada motor tersebut.

    5. 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

Pin Number      Pin Name                                    Deskripsi

   1                     Emitter                                  Arus mengalir melalui Emitter

   2                     Base                                     Mengontrol bias transistor

   3                   Collector                                Arus mengalir melalui Collector

    6. 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

    7. LED

LED ( Light Emitting Diode) adalah sebuah dioda yang dapat memancarkan cahaya apabila dialirkan arus yang tepat Disini kita menggunakan 2 lampu LED, 1 berwarna hijau satu lagi berwarna merah, dengan warna hijau menunjukkan kondisi aman, sedangkan warna merah menunjukkan kondisi tidak aman atau bisa dikatakan terdeteksi oleh sensor.

    8. Ground

    Ground adalah komponen yang digunakan untuk dijadikan refernsi terhadap 0V. Biasanya disandingkan bersamaan dengan komponen yang akan diukur tegangannya

    9. Relay

Pada rangkaian ini digunakan tipe relay bertupe Normal Close (NC), yang mana ini adalah kondisi awal sebelum diaktifkan di posisi close tertutup.

   10.2) Sensor Kelembaban HIH-5030

Sensor yang dapat mengukur dua parameter lingkungan sekaligus, yakni suhu dan kelembaban udara (humidity). Dalam sensor ini terdapat sebuah thermistor tipe NTC (Negative Temperature Coefficient) untuk mengukur suhu, sebuah sensor kelembaban tipe resisitif dan sebuah mikrokontroller 8-bit yang mengolah kedua sensor tersebut dan mengirim hasilnya ke pin output dengan format single-wire bi-directional (kabel tunggal dua arah).

Spesifikasi :

• Output analog
• Sensor kelembaban relatif
• Akurasi kelembaban: ± 3% rh.
• Pasokan 2,7 vdc sampai 5,5 vdc.
• Smd.tertutup, dengan / tanpa filter hidrofobik

Pinout

Grafik Respons Sensor

4. Dasar Teori[Kembali]

Komparator adalah rangkaian pengambilan keputusan elektronik yang menggunakan penguat operasional atau Op-amp dengan gain sangat tinggi dalam keadaan loop terbuka, yaitu, tidak ada resistor feedback (umpan balik).

Op-amp komparator membandingkan satu tingkat tegangan analog dengan tingkat tegangan analog lain, atau beberapa tegangan referensi yang telah ditetapkan, VREF dan menghasilkan sinyal output berdasarkan perbandingan tegangan ini. Dengan kata lain, komparator tegangan Op-amp membandingkan besarnya dua input tegangan dan menentukan mana yang terbesar dari keduanya.

Komparator Non-Inverting

Dalam konfigurasi non-inverting ini, tegangan referensi terhubung ke input penguat inverting dengan sinyal input yang terhubung ke input penguat non-inverting. Untuk menjaga hal-hal sederhana, kita telah mengasumsikan bahwa dua resistor membentuk jaringan pembagi potensial adalah sama dan: R1 = R2 = R. Ini akan menghasilkan tegangan referensi tetap yang setengah dari tegangan supply, yaitu Vcc/2, sedangkan tegangan input adalah variabel dari nol ke tegangan supply.

Ketika VIN lebih besar dari VREF, output komparator Op-amp akan jenuh ke arah rel supply positif, Vcc. Ketika VIN kurang dari VREF, output komparator Op-amp akan berubah status dan jenuh pada rel supply negatif, 0v seperti yang ditunjukkan.

A.  Alat

• 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. 

• 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

Seperti yang terlihat di atas terdapat sebuah konduktor berbentuk persegi empat yang berputar di dalam sebuah magnet, pada posisi ini konduktor masih dalam posisi vertikal terhadap posisi medan magnet AB. Pada posisi ini belum ada arus yang mengalir pada konduktor

Ketika konduktor berputar ke posisi horizontalnya, maka konduktor akan memotong garis flux medan magnet. Maka dalam posisi ini akan terdapat arus yang mengalir di dalam konduktor, pada posis ini arus mengalir dari CDAB. Apabila kita terus memutar konduktor tersebut maka akan terjadi pemotongan terus menerus dari konduktor terhadap fluks dari medan magnet sehingga akan menghasilkan arus konstan yang mengalir melalui konduktor tersebut.

B. Bahan

• 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.

• 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.

• 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

Dan untuk menentukan nilai di setiap gelang resistor adalah sebagai berikut:

Sumber: https://teknikelektronika.com/cara-menghitung-nilai-resistor/

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

• 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

• 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.

Seperti yang kita lihat pada gambar di atas, terdapat beberapa terminal yang dimiliki oleh Op - Amp (disini saya menggunakan Op - Amp) differential. Untuk terminal V+ dan V- dihubungkan dengan sebuah sumber DC yang tetap agar Op - Amp dapat beroperasi sebagaimana biasanya. Kemudian terdapat dua buah input yang digunakan pada Op - Amp, dari gambar dapat dilihat bahwa  terdapat dua buah input tegangan, yakni input inverting dan input non inverting, apabila kita menghubungkan tegangan input kepada bagian non inverting, maka kita akan mendapatkan nilai tegangan ouput yang lebih besar dan fasanya sama. Namun, apabila dihubungkan melalui input non - inverting, akan didapat bahwa nilai tegangan outputnya juga bertambah besar, namun fasanya berubah menjadi 180o.

• 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:         

1. Tegangan Maju (Forward Voltage) adalah tegangan dalam LED yang diperlukan untuk menyalakan LED.

2. Arus maksimum (Maximum Current) adalah besar arus maksimal yang bisa masuk ke Dalam LED.          

• 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

• 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 :

1. Electromagnet (Coil)
2. Armature
3. Switch Contact Point (Saklar)
4. Spring

Berikut ini merupakan gambar dari bagian-bagian 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.

• HIH-5030
  

  
  

  Seri HIH-5030/5031 mencakup sensor kelembaban sirkuit terintegrasi, SMD, 1000 unit pada tape dan reel.Sensor Kelembaban Tegangan Rendah Seri HIH-5030/5031 beroperasi hingga 2,7 V, seringkali ideal dalam sistem bertenaga baterai di mana suplai adalah nominal 3 V. Sensor Kelembaban Seri HIH-5030/5031 dirancang khusus untuk pengguna OEM (Original Equipment Manufacturer) volume tinggi. Input langsung ke pengontrol atau perangkat lain dimungkinkan oleh output tegangan linier dekat sensor ini. Dengan tarikan arus tipikal hanya 200 µA, Seri HIH-5030/5031 sering kali cocok untuk sistem yang dioperasikan dengan baterai dengan pengurasan rendah. Kemampuan saling tukar sensor yang ketat mengurangi atau meniadakan biaya kalibrasi produksi OEM. Seri HIH-5030/5031 memberikan kinerja penginderaan RH (Relative Humidity) berkualitas instrumentasi dalam SMD dengan harga kompetitif dan dapat disolder. HIH-5030 adalah sensor kelembaban sirkuit terintegrasi tertutup. HIH-5031 adalah sensor kelembaban sirkuit yang tertutup, tahan kondensasi, dan terintegrasi yang dipasang di pabrik dengan filter hidrofobik yang memungkinkannya digunakan di lingkungan kondensasi termasuk aplikasi industri, medis dan komersial. Sensor RH menggunakan elemen penginderaan kapasitif polimer termoset yang dipangkas laser dengan pengkondisian sinyal terintegrasi pada chip. Konstruksi multilayer elemen penginderaan memberikan ketahanan yang sangat baik terhadap sebagian besar bahaya aplikasi seperti kondensasi, debu, kotoran, minyak, dan bahan kimia lingkungan umum.

  
  

  Fitur/Kelebihan Sensor HIH-5030

  • Beroperasi hingga 2,7 V, ideal dalam sistem tenaga baterai dengan tegangan 3 V
  • Didesain dengan daya rendah
  • Akurasi ditingkatkan
  • Waktu respon yang cepat
  • Stabil, dengan penyimpangan yang rendah
  • Tahan dengan zat kimia

  

  
  

  Simbol sensor HIH 5030

  
  

  

5. Percobaan[Kembali]

Video Simulasi 

Prinsip Kerja :

Rangkaian sensor kelembaban ini bekerja dengan prinsip pembandingan tegangan menggunakan op-amp LM358 sebagai komparator non-inverting. Ketika tegangan keluaran dari sensor kelembaban HIH-5030 (Vin) lebih besar daripada tegangan referensi (Vref) yang dibentuk oleh pembagi tegangan R1 dan R2, maka output op-amp akan naik menuju tegangan saturasi positif (sekitar 10.5 V, karena op-amp LM358 bukan tipe rail-to-rail). Tegangan tinggi pada output ini diteruskan ke basis transistor NPN BC547 melalui resistor R3. Karena tegangan basis lebih besar dari 0.7 V, transistor Q1 menjadi aktif (ON), sehingga arus dapat mengalir dari kolektor ke emitor. Aliran arus ini menyalakan kumparan relay RL1, yang kemudian menutup kontak normally-open (NO) dan mengaktifkan beban seperti heater atau buzzer.

6. Download File[Kembali]

Download rangkaian disini
Download datasheet HIH-5030 disini
Download datasheet transistor disini
Download datasheet relay disini
Download datasheet transistor disini

Download datasheet op-amp disini