Aplikasi Komparator inverting dengan Vref = +

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1.PENDAHULUAN

2.TUJUAN

1.Pendahuluan [Back]

Komparator adalah sebuah perangkat elektronik yang membandingkan dua tegangan input dan menghasilkan output digital berdasarkan hasil perbandingan tersebut. Dalam aplikasi komparator dengan Vref = +, tegangan referensi (Vref) ditetapkan sebagai nilai positif, sehingga output komparator akan HIGH jika tegangan input (Vin) lebih besar dari Vref dan LOW jika Vin lebih kecil dari Vref.Komparator dengan Vref = + adalah alat yang sangat serbaguna dan dapat digunakan dalam berbagai aplikasi. Dengan memahami prinsip kerjanya dan berbagai aplikasinya, dan juga dapat menggunakan komparator untuk menyelesaikan berbagai masalah elektronik.

2.Tujuan [Back]

Dapat memahami apa yang dimaksud dengan Komparator Inverting
Dapat memahami rangkaian Komparator Inverting
Dapat mensimulasikan rangkaian Komparator Inverting

3.Alat dan Bahan [Back]

ALAT

Baterai

Baterai adalah perangkat yang terdiri dari satu atau lebih sel elektrokimia dengan koneksi eksternal yang digunakan untuk memberi daya pada perangkat listrik (sumber energi listrik).

Spesifikasi dan Pinout Baterai :

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

+ Output voltage: dc 1~35vMax.

+ 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

BAHAN/KOMPONEN

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.
Spesifikasi :
Potensiometer

Potensiometer adalah resistor yang resistansinya dapat diatur sesuai kebutuhan, biasa desebut sebagai tahanan geser.
Sensor foto cahaya
Spesifikasi:
· Vin : DC 5V 9V.

· Radius : 180 derajat.

· Jarak deteksi : 5 7 meter.

· Output : Digital TTL.

· Dimensi : 3,2 cm x 2,4 cm x 2,3 cm.

· Berat : 10 gr.

Sensor dan suhu NTC

Digunakan untuk mendeteksi suhu ruangan dengan output sebesar 10mV/Celcius.
Spesifikasi:
- Resistance at 25 degrees C: 10K +- 1%
- B-value (material constant) = 3950+- 1%
- Dissipation factor (loss-rate of energy of a mode of oscillation) δ th = (in air)approx.7.5mW/K
- Thermal cooling time constant <= (in air) 20 seconds
- Thermistor temperature range -55 °C to 125 °C

OP-AMP IC LM741

Op-amp adalah satu dari 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.
Konfigurasi PIN LM741 :

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.
Spesifikasi:
- Tipe relay: 5VDC-SL-C
- Tegangan coil: DC 5V
- Struktur: Sealed type
- Sensitivitas coil: 0.36W
- Tahanan coil: 60-70 ohm
- Kapasitas contact: 10A/250VAC, 10A/125VAC, 10A/30VDC, 10A/28VDC
- Ukuran: 196154155 mm
- Jumlah pin: 5
Konfigurasi Pin :
Dioda

Dioda adalah komponen aktif dua kutub yang pada umumnya bersifat semikonduktor, yang memperbolehkan arus listrik mengalir ke satu arah (kondisi panjar maju) dan menghambat arus dari arah sebaliknya (kondisi panjar mundur).
LED
Transistor
Berfungsi sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. Selain itu, transistor biasanya juga dapat digunakan sebagai saklar dalam rangkaian elektronika. Jika ada arus yang cukup besar di kaki basis, transistor akan mencapai titik jenuh. Pada titik jenuh ini transistor mengalirkan arus secara maksimum dari kolektor ke emitor sehingga transistor seolah-olah short pada hubungan kolektor-emitor. Jika arus base sangat kecil maka kolektor dan emitor bagaikan saklar yang terbuka. Pada kondisi ini transistor dalam keadaan cut off sehingga tidak ada arus dari kolektor ke emitor.
Spesifikasi :
LM35
Konfigurasi LM35:

Sensor lm35 adalah sensor yang dapat mendeteksi suhu ruangan dalam satuan celcius.

Spesifikasi LM35 :
·Dikalibrasi Langsung dalam Celcius (Celcius)
·Faktor Skala Linear + 10-mV / ° C
·0,5 ° C Pastikan Akurasi (pada 25 ° C)
·Dinilai untuk Rentang Penuh −55 ° C hingga 150 ° C
·Cocok untuk Aplikasi Jarak Jauh
·Biaya Rendah Karena Pemangkasan Tingkat Wafer
·Beroperasi Dari 4 V hingga 30 V
·Pembuangan Arus Kurang dari 60-μA
·Pemanasan Mandiri Rendah, 0,08 ° C di Udara Diam
·Hanya Non-Linearitas ± ¼ ° C Tipikal
·Output Impedansi Rendah, 0,1 Ω untuk Beban 1-mA

4.Dasar Teori [Back]

Comparator Inverting

a. Dengan Vref = +

Misalkan tegangan output Vo = +Vsat seperti gambar 94 maka dapat dihitung tegangan ambang atas VUT:

Bentuk gelombang tegangan output Vo adalah seperti pada gambar 96 dan gambar 97 dan karakteristik I-O seperti pada gambar 98 dan gambar 99.

b. Saat Vo bernilai positif

Vsine akan mengeluarkan gelombang input yang kemudian diteruskan ke kaki inverting op-amp dan terus ke tegangan referensi yang bernilai positif. Jika Vi < VUT maka Vo bernilai + dan jika Vi ≥ VUT maka Vo bernilai –

OP-AMP

Detektor non inverting

Rangkaian detektor non inverting dengan tegangan input Vi berupa

gelombang segitiga dan tegangan referensi Vref > 0 Volt adalah seperti

Gambar Rangkaian detektor non inverting

Dengan menggunakan persamaan (1) maka Vi = V1 dan +Vref = V2 sehingga

bentuk gelombang tegangan output Vo

Dengan Vi > 0 maka Vo = +Vsat dan sebaliknya bila Vi < 0 maka Vo = -Vsat.

Inverting Amplifier

Non Inverting

Rumus:

Komparator

Rumus:

Adder

Rumus:

Bentuk Gelombang

Dioda

Dioda adalah komponen yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Sebuah Dioda dibuat dengan menggabungkan dua bahan semi-konduktor tipe-P dan semi-konduktor tipe-N. Ketika dua bahan ini digabungkan, terbentuk lapisan kecil lain di antaranya yang disebut depletion layer. Ini karena lapisan tipe-P memiliki hole berlebih dan lapisan tipe-N memiliki elektron berlebih dan keduanya mencoba berdifusi satu sama lain membentuk penghambat resistansi tinggi antara kedua bahan seperti pada gambar di bawah ini. Lapisan penyumbatan ini disebut depletion layer.

Ketika tegangan positif diterapkan ke Anoda dan tegangan negatif diterapkan ke Katoda, dioda dikatakan dalam kondisi bias maju. Selama keadaan ini tegangan positif akan memompa lebih banyak hole ke daerah tipe-P dan tegangan negatif akan memompa lebih banyak elektron ke daerah tipe-N yang menyebabkan depletion layer hilang sehingga arus mengalir dari Anoda ke Katoda. Tegangan minimum yang diperlukan untuk membuat dioda bias maju disebut forward breakdown voltage.

Jika tegangan negatif diterapkan ke anoda dan tegangan positif diterapkan ke katoda, dioda dikatakan dalam kondisi bias terbalik. Selama keadaan ini tegangan negatif akan memompa lebih banyak elektron ke material tipe-P dan material tipe-N akan mendapatkan lebih banyak hole dari tegangan positif yang membuat depletion layer lebih besar dan dengan demikian tidak memungkinkan arus mengalir melaluinya. Kondisi ini hanya terjadi pada dioda yang ideal, kenyataannya arus yang kecil tetap dapat mengalir pada bias terbalik dioda.

Dioda dapat dibagi menjadi beberapa jenis:

1. Dioda Penyearah (Dioda Biasa atau Dioda Bridge) yang berfungsi sebagai penyearah arus AC ke arus DC.

2. Dioda Zener yang berfungsi sebagai pengaman rangkaian dan juga sebagai penstabil tegangan.

3. Dioda LED yang berfungsi sebagai lampu Indikator ataupun lampu penerangan.

4. Dioda Photo yang berfungsi sebagai sensor cahaya.

5. 5.Dioda Schottky yang berfungsi sebagai Pengendali.

Untuk menentukan arus zenner berlaku persamaan:

Keterangan:

Pada grafik terlihat bahwa pada tegangan dibawah ambang batas tegangan mundur (reverse) sebuah dioda akan tembus (menghantar) dan tidak bisa menahan lagi. Batas ini disebut dengan area tegangan breakdown dioda. Kondisi dioda pada area ini adalah tembus atau menghantar dan tidak menghambat. Kemudian pada level tegangan diantara tegangan breakdown dan tegangan forward terdapat area tegangan reverse dan tegangan cut off. Pada area ini kondisi dioda adalah menahan atau tidak mengalirkan arus listrik.

Transistor

Konfigurasi Transistor

Konfigurasi Common Base adalah konfigurasi yang kaki Basis-nya di-ground-kan dan digunakan bersama untuk INPUT maupun OUTPUT. Pada Konfigurasi Common Base, sinyal INPUT dimasukan ke Emitor dan sinyal OUTPUT-nya diambil dari Kolektor, sedangkan kaki Basis-nya di-ground-kan. Oleh karena itu, Common Base juga sering disebut dengan istilah “Grounded Base”. Konfigurasi Common Base ini menghasilkan Penguatan Tegangan antara sinyal INPUT dan sinyal OUTPUT namun tidak menghasilkan penguatan pada arus.

Konfigurasi Common Collector (CC) atau Kolektor Bersama memiliki sifat dan fungsi yang berlawan dengan Common Base (Basis Bersama). Kalau pada Common Base menghasilkan penguatan Tegangan tanpa memperkuat Arus, maka Common Collector ini memiliki fungsi yang dapat menghasilkan Penguatan Arus namun tidak menghasilkan penguatan Tegangan. Pada Konfigurasi Common Collector, Input diumpankan ke Basis Transistor sedangkan Outputnya diperoleh dari Emitor Transistor sedangkan Kolektor-nya di-ground-kan dan digunakan bersama untuk INPUT maupun OUTPUT. Konfigurasi Kolektor bersama (Common Collector) ini sering disebut juga dengan Pengikut Emitor (Emitter Follower) karena tegangan sinyal Output pada Emitor hampir sama dengan tegangan Input Basis.

Konfigurasi Common Emitter (CE) atau Emitor Bersama merupakan Konfigurasi Transistor yang paling sering digunakan, terutama pada penguat yang membutuhkan penguatan Tegangan dan Arus secara bersamaan. Hal ini dikarenakan Konfigurasi Transistor dengan Common Emitter ini menghasilkan penguatan Tegangan dan Arus antara sinyal Input dan sinyal Output. Common Emitter adalah konfigurasi Transistor dimana kaki Emitor Transistor di-ground-kan dan dipergunakan bersama untuk INPUT dan OUTPUT. Pada Konfigurasi Common Emitter ini, sinyal INPUT dimasukan ke Basis dan sinyal OUTPUT-nya diperoleh dari kaki Kolektor.

LED (Light Emitting Diode)

Cara kerja LED:
       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.

       LM35

Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor Suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen elektronika elektronika yang diproduksi oleh National Semiconductor. LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan.
Meskipun tegangan sensor ini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan kesensor adalah sebesar 5 volt, sehingga dapat digunakan dengan catu daya tunggal dengan ketentuan bahwa LM35 hanya membutuhkan arus sebesar 60 µA hal ini berarti LM35 mempunyai kemampuan menghasilkan panas (self-heating) dari sensor yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan yang rendah yaitu kurang dari 0,5ºC pada suhu 25ºC

Simbol LM35 di proteus :

                Respon sensor:

Photo sensor

Photo Transistor dirancang khusus untuk aplikasi pendeteksian cahaya sehingga memiliki Wilayah Basis dan Kolektor yang lebih besar dibanding dengan Transistor normal umumnya. Bahan Dasar Photo Transistor pada awalnya terbuat dari bahan semikonduktor seperti Silikon dan Germanium yang membentuk struktur Homo-junction. Namun seiring dengan perkembangannya, Photo Transistor saat ini lebih banyak menggunakan bahan semikonduktor seperti Galium Arsenide yang tergolong dalam kelompok Semikonduktor III-V sehingga membentuk struktur Hetero-junction yang memberikan efisiensi konversi lebih tinggi. Yang dimaksud dengan Hetero-junction atau Heterostructure adalah Struktur yang menggunakan bahan yang berbeda pada kedua sisi persimpangan PN.

Photo Transistor pada umumnya dikemas dalam bentuk transparan pada area dimana Photo Transistor tersebut menerima cahaya.

BENTUK DAN SIMBOL PHOTOTRANSISTOR

Photo Transistor pada umumnya dikemas dalam bentuk transparan pada area dimana Photo Transistor tersebut menerima cahaya. Berikut ini adalah bentuk dan simbol Photo Transistor (Transistor Foto).

PRINSIP KERJA PHOTO TRANSISTOR

Cara kerja Photo Transistor atau Transistor Foto hampir sama dengan Transistor normal pada umumnya, dimana arus pada Basis Transistor dikalikan untuk memberikan arus pada Kolektor. Namun khusus untuk Photo Transistor, arus Basis dikendalikan oleh jumlah cahaya atau inframerah yang diterimanya. Oleh karena itu, pada umumnya secara fisik Photo Transistor hanya memiliki dua kaki yaitu Kolektor dan Emitor sedangkan terminal Basisnya berbentuk lensa yang berfungsi sebagai sensor pendeteksi cahaya.

P ada prinsipnya, apabila Terminal Basis pada Photo Transistor menerima intensitas cahaya yang tinggi, maka arus yang mengalir dari Kolektor ke Emitor akan semakin besar. untuk lebih jelaskan, lihat di pembuaatan simulasi rangkaian sederhana dibawah.

GRAFIK RESPON SENSOR PHOTOTRANSISTOR

contoh gambar grafik hubungan antara arus listrik dengan intensitas cahaya

NTC
Thermistor adalah salah satu jenis resistor yang nilai resistansinya atau nilai hambatannya dipengaruhi oleh suhu (temperature). Thermistor memiliki 2 jenis, yaitu thermistor NTC (negative temperature coefficient) dan PTC (positive temperature coefficient).

Tahanan pada thermistor yaitu 0,5W – 75W, memiliki resolusi awal 0.3 C , memiliki rentang range nilai resistansi yang luas berkisar dari 2000 ohm - 10000 ohm. pada thermistor NTC, nilai resistansinya akan turun jika suhu sekitar thermistor tersebut tinggi, sedangkan pada thermistor PTC, semakin tinggi suhu semakin tinggi pula nilai resistansinya.

Cara menghitung nilai resistor:
Tabel warna

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 [Back]

Rangkaian komparator inverting vref=+

Rangkaian Aplikasi Komparator inverting dengan vref=+

1. Prosedur

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

2.. Rangkaian simulasi dan Prinsip kerja

a. Gambar ragkaian

Rangkaian Keseluruhan aplikasi Komparator inverting

b. Prinsip Kerja

Lampu Ruangan Otomatis

Tegangan input didapatkan berdasarkan hasil intensitas cahaya matahari yang ditandai dengan tespin berlogika 1. Kemudian diteruskan ke kaki inverting op-amp rangkaian Detektor dengan tegangan referensi yang bernilai 2,5 V. jika Vi > Vref maka Vo akan bernilai -Vsat dan jika Vi<Vref maka Vo ebrnilai +Vsat. Kemudian diteruskan ke kaki inverting rangkaian komparator inverting dengan Vref berniliai positif yaitu dengan Vut = 5,54 V dan Vlt 3,59 V. Jika Vi < VUT maka Vo bernilai + dan jika Vi ≥ VUT maka Vo bernilai –, sehingga saat keadaanya negatif relay akan berada di posisi kiri yang membuat lampu menyala berarti kondisi sedang gelap dan dibutuhkan lampu untuk menyala.

Kemudian pada kondisi kedua saat cahaya masih cukup banyak maka tegangan keluaran dari op amp bernilai positif sebab nilai tegangan dikaki non inverting lebih besar dari kaki inverting yang membuat tengan kelaurannya positif dan mengakibatkan transit0r menyala dan switch bergeser dari kiri ke kanan sehingga lampu mati.

Pendingin Ruangan Otomatis

Saat suhu mencapai > 33 derajat maka tegangan yang dikeluarkan dari sensor ntc menuju kaki inverting op amp rangkaian komparator inverting dengan Vut= 3,5 V dan Vlt = 2,16 V. Jika Vi < VUT maka Vo bernilai +Vsat dan jika Vi ≥ VUT maka Vo bernilai –Vsat. Saat Vo bernilai +Vsat akan membuat transistor tidak menyala sehingga relay tidak berubah tetap berada di membuat mesin pendingin menyala

Saat suhu <24 derajat maka tegangan yang dihasilakn sensor ntc diteruskan ke op amp dimana pada kondisi ini Vi<Vut sehingga Vo akan bernilai +Vsat yang membuat transistor menyala sehingga relay dapat berpindah posisi dari kiri kekanan dan mesin pendingin akan mati.

Penghangat ruangan otomatis

Sensor Lm 35 meneruskan tegangannya menuju ke kaki non inverting rangkaian non inverting ampifier dengan penguatan 8 kali, kemudian diteruskan menuju kaki inverting rangakian komparator inverting dengan Vref + yaitu Vut = 2,29 V dan Vlt = 1,6 V. Jika Vi < VUT maka Vo bernilai +Vsat dan jika Vi ≥ VUT maka Vo bernilai –Vsat.

Saat sensor lm35 mendeteksi suhu ruangan >26 derajat maka nilai Vi pada komparator inverting akan lebih besar daipada Vut (Vi>Vut) maka Vo yang didapatkan akan bernilai -Vsat dan transistor tidak akan menyala sehingga relay juga tidak akan berpindah dan Heater atau motor pemanas akan mati.

Saat sensor lm35 mendeteksi suhu ruangan <19 derajat maka nilai Vi pada komparator inverting akan lebih kecil daipada Vut (Vi<Vut) maka Vo yang didapatkan akan bernilai +Vsat dan transistor akan menyala sehingga relay juga akan berpindah dari kiri ke kanan dan Heater atau motor pemanas akan menyala.

video simulasi :

a.aplikasi komparator inverting V+