Aplikasi Detektor: Detektor Non-inverting dengan Vref = 0

KONTROL KEAMANAN BRANKAS

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

[MENUJU AKHIR]

DAFTAR ISI

1. Tujuan [Kembali]

Dapat memahami rangkaian OP-AMP sebagai Detektor Non-Inverting
Dapat membuat simulasi rangkaian Detektor Non-Inverting
Untuk mengetahui prinsip kerja OP-AMP sebagai detektor non inverting

2. Alat dan Bahan [Kembali]

2.1 Alat

Voltmeter

DC Voltemeter merupakan alat ukur yang digunakan untuk mengukur tegangan DC.

Spesifikasi voltmeter:

Baterai

Digunakan sebagai sumber tegangan pada rangkaian.

Konfigurasi pin

Spesifikasi & pinout

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

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%

2.2 Bahan

Resistor

Spesifikasi resistor yang digunakan:

a. Resistor 10 ohm

b. Resistor 220 ohm

c. Resistor 10k ohm

Datasheet resistor

Transistor NPN

Transistor NPN merupakan jenis transistor bipolar yang menggunakan arus listrik kecil dan tegangan positif pada terminal Basis untuk mengendalikan aliran arus dan tegangan yang lebih besar dari Kolektor ke Emitor. Komponen ini berfungsi sebagai penguat, pemutus dan penyambung (switching), stabilitasi tegangan, modulasi sinyal, dan lain lain.

Spesifikasi

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.

Konfigurasi Pin

Datasheet Relay

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).

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.

Potensiometer (POT-HG)

Potensiometer (POT) adalah salah satu jenis Resistor yang Nilai Resistansinya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan Rangkaian Elektronika ataupun kebutuhan pemakainya. Potensiometer merupakan Keluarga Resistor yang tergolong dalam Kategori Variable Resistor. Secara struktur, Potensiometer terdiri dari 3 kaki Terminal dengan sebuah shaft atau tuas yang berfungsi sebagai pengaturnya.
Spesifikasi

Lampu

Lampu adalah sebuah piranti yang memproduksi cahaya.

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.

Touch Sensor

Touch sensor merupakan sebuah lapisan penerima input dari luar monitor. Input dari touchscreen adalah sebuah sentuhan, maka dari itu sensornya juga merupakan sensor sentuh.

FITUR DAN SPESIFIKASI :

Operating voltage 2.0V~5.5V
Operating current @VDD=3V, no load, SLRFTB=1
The response time max about 60mS at fast mode, 220mS at low power mode @VDD=3V
Sensitivity can adjust by the capacitance (0~50pF) outside
Have two kinds of sampling length by pad option (SLRFTB pin)
Stable touching detection of human body for replacing traditional direct switch key
Provides Fast mode and Low Power mode selection by pad option (LPMB pin)
Provides direct mode ‘toggle mode by pad option (TOG pin), Open drain mode by bonding option, OPDO pin is open drain output, Q pin is CMOS output
All output modes can be selected active high or active low by pad option (AHLB pin)
Have the maximum on time 100sec by pad option (MOTB pin)
Have external power on reset pin (RST pin)
After power-on have about 0.5sec stable-time, during the time do not touch the keypad, And the function is disabled
Auto calibration for life and the re-calibration period is about 4.0sec, when key has not be touched

Vibration Sensor
Sensor Vibration (SW-420)

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)
Pin out

Spesifikasi
Operating Voltage: 3.3 Volts – 5.0 Volts DC
Current driving Capability: 15 mA
Vibration Sensor module dimensions: 3.2cm x 1.4cm
The vibration sensor is a close type switch by default.
An internal 10K potentiometer is given to calibrate the sensitivity of the sensor

Switch
Switch adalah suatu komponen jaringan komputer yang berfungsi untuk menghubungkan beberapa perangkat untuk meneruskan data ke perangkat yang dituju.

Pinout
Spesifikasi:

Constant ON resistance for signals ±10V and 100 kHz connection diagram
tOFF < tON. break before make action
Open switch isolation at 1.0 MHz -50 dB
< 1.0 nA leakage in OFF state • TTL. DTL. RTL direct drive compatibility
Single disable pin turns all sWitches in package OFF

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

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. 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

Pinout

Grafik respon

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.

3. Dasar Teori [Kembali]

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. Satuan Resistor adalah Ohm (simbol: Ω) yang merupakan satuan SI untuk resistansi listrik. Resitor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir, berdasarkan persamaan hukum Ohm (V = I.R ).

Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna:
Masukkan angka langsung dari kode warna gelang pertama.
Masukkan angka langsung dari kode warna gelang kedua.
Masukkan angka langsung dari kode warna gleang ketiga.
Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10^n), ini merupakan nilai toleransi dari resistor.

Potensiometer

Spesifikasi :

Transistor NPN

Transistor merupakan alat semikonduktor yang dapat digunakan sebagai penguat sinyal, pemutus atau penyambung sinyal, stabilisasi tegangan, dan fungsi lainnya. Transistor memiliki 3 kaki elektroda, yaitu basis, kolektor, dan emitor. Pada rangkaian kali ini digunakan transistor 2SC1162 bertipe NPN. Transistor ini diperumpamakan sebagai saklar, yaitu ketika kaki basis diberi arus, maka arus pada kolektor akan mengalir ke emiter yang disebut dengan kondisi ON. Sedangkan ketika kaki basis tidak diberi arus, maka tidak ada arus mengalir dari kolektor ke emitor yang disebut dengan kondisi OFF. Namun, jika arus yang diberikan pada kaki basis melebihi arus pada kaki kolektor atau arus pada kaki kolektor adalah nol (karena tegangan kaki kolektor sekitar 0,2 - 0,3 V), maka transistor akan mengalami cutoff (saklar tertutup).

Transistor adalah sebuah komponen di dalam elektronika yang diciptakan dari bahan-bahan semikonduktor dan memiliki tiga buah kaki. Masing-masing kaki disebut sebagai basis, kolektor, dan emitor.

Emitor (E) memiliki fungsi untuk menghasilkan elektron atau muatan negatif.
Kolektor (C) berperan sebagai saluran bagi muatan negatif untuk keluar dari dalam transistor.
Basis (B) berguna untuk mengatur arah gerak muatan negatif yang keluar dari transistor melalui kolektor.

Relay

Relay merupakan komponen elektronika berupa saklar atau swirch elektrik yang dioperasikan secara listrik dan terdiri dari 2 bagian utama yaitu Elektromagnet (coil) dan mekanikal (seperangkat kontak Saklar/Switch). Komponen elektronika ini menggunakan prinsip elektromagnetik untuk menggerakan saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Berikut adalah simbol dari komponen relay.

Pada dasarnya, Relay terdiri dari 4 komponen dasar yaitu :

Electromagnet (Coil)
Armature
Switch Contact Point (Saklar)
Spring

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)

Dioda

Diode (diode) adalah komponen elektronika aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Berikut ini adalah fungsi dari dioda antara lain:

Untuk alat sensor panas, misalnya dalam amplifier.
Sebagai sekering(saklar) atau pengaman.
Untuk rangkaian clamper dapat memberikan tambahan partikel DC untuk sinyal AC.
Untuk menstabilkan tegangan pada voltage regulator
Untuk penyearah
Untuk indikator
Untuk alat menggandakan tegangan.
Untuk alat sensor cahaya, biasanya menggunakan dioda photo.

Simbol dioda adalah :

Untuk menentukan arus zenner berlaku persamaan:

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.

Lampu

Lampu Listrik adalah suatu perangkat yang dapat menghasilkan cahaya saat dialiri arus listrik. Arus listrik yang dimaksud ini dapat berasal tenaga listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik terpusat (Centrally Generated Electric Power) seperti PLN dan Genset ataupun tenaga listrik yang dihasilkan oleh Baterai dan Aki.

Jenis Jenis Lampu Listrik

Seiring dengan perkembangan Teknologi, Lampu Listrik juga telah mengalami berbagai perbaikan dan kemajuan. Teknologi Lampu Listrik bukan saja Lampu Pijar yang ditemukan oleh Thomas Alva Edison saja namun sudah terdiri dari berbagai jenis dan Teknologi. Pada dasarnya, Lampu Listrik dapat dikategorikan dalam Tiga jenis yaitu Incandescent Lamp (Lampu Pijar), Gas-discharge Lamp (Lampu Lucutan Gas) dan Light Emitting Diode (Lampu LED).

Lampu Pijar (Incandescent Lamp)

Lampu Pijar atau disebut juga Incandescent Lamp adalah jenis lampu listrik yang menghasilkan cahaya dengan cara memanaskan Kawat Filamen di dalam bola kaca yang diisi dengan gas tertentu seperti nitrogen, argon, kripton atau hidrogen. Kita dapat menemukan Lampu Pijar dalam berbagai pilihan Tegangan listrik yaitu Tegangan listrik yang berkisar dari 1,5V hingga 300V.

Lampu Pijar yang dapat bekerja pada Arus DC maupun Arus AC ini banyak digunakan di Lampu Penerang Jalan, Lampu Rumah dan Kantor, Lampu Mobil, Lampu Flash dan juga Lampu Dekorasi. Pada umumnya Lampu Pijar hanya dapat bertahan sekitar 1000 jam dan memerlukan Energi listrik yang lebih banyak dibandingkan dengan jenis-jenis lampu lainnya.

Lampu Lucutan Gas (Gas discharge Lamp)

Lampu lucutan gas menghasilkan cahaya dengan mengirimkan lucutan elektris melalui gas yang terionisasi, misalnya pada plasma. Sifat lucutan gas sangat tergantung pada frekuensi atau modulasi arus listriknya. Biasanya, lampu lampu ini menggunakan gas mulia (argon, neon, kripton, dan xenon) atau campuran dari gas-gas tersebut. Sebagian besar lampu-lampu ini juga mengandung bahan-bahan tambahan, seperti merkuri, natrium, dan/atau halida logam.

Lampu LED (Light Emitting Diode)

Lampu 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.

Op Amp

Penguat operasional (Operational Amplifier) 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. 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 pada umumnya tersedia dalam bentuk rangkaian terpadu yang memiliki karakteristik mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat di dalamnya. Ada tiga karakteristik utama op-amp ideal, yaitu:

Gain tak berhingga.
Impedansi input tak berhingga.
Impedansi output bernilai 0.

Namun, dalam praktiknya Op-Amp memiliki Gain dan Impedansi input yang sangat besar namun bukan tak berhingga sehingga Impedansi output akan sangat kecil hingga mendekati nilai 0.

Gambar 7. Simbol Op-Amp

Dapat dilihat bahwa Op-Amp secara umum memiliki 4 pin, yaitu masukan inverting dengan tanda (-), masukan non-inverting dengan tanda (+), masukan tegangan positif dan tegangan negatif dan pin keluaran atau output. Dalam Op-Amp, terdapat dua perbedaan bagi tegangan yang diinputkan ke dalamnya. tegangan dapat dimasukan pada masukan inverting dan juga dapat dimasukkan pada masukan non-inverting.

Karakteristik IC OpAmp

Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga)
Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol)
Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga)
Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol)
Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga)
Karakteristik tidak berubah dengan suhu

Pada rangkaian kali ini mengguanakan rangkaian detektor non inverting dengan Vref = 0. Penguat Tak-Membalik (Non-Inverting Amplifier) merupakan penguat sinyal dengan karakteristik dasat sinyal output yang dikuatkan memiliki fasa yang sama dengan sinyal input. Penguat tak-membalik (non-inverting amplifier) dapat dibangun menggunakan penguat operasional, karena penguat operasional memang didesain untuk penguat sinyal baik membalik ataupun tak membalik. Rangkaian penguat tak-membalik ini dapat digunakan untuk memperkuat isyarat AC maupun DC dengan keluaran yang tetap sefase dengan sinyal inputnya. Impedansi masukan dari rangkaian penguat tak-membalik (non-inverting amplifier) berharga sangat tinggi dengan nilai impedansi sekitar 100 MOhm.

Bentuk Gelombang

g. Touch sensor

Touch Sensor atau Sensor Sentuh adalah sensor elektronik yang dapat mendeteksi sentuhan. Sensor Sentuh ini pada dasarnya beroperasi sebagai sakelar apabila disentuh, seperti sakelar pada lampu, layar sentuh ponsel dan lain sebagainya. Sensor Sentuh ini dikenal juga sebagai Sensor Taktil (Tactile Sensor). Seiring dengan perkembangan teknologi, sensor sentuh ini semakin banyak digunakan dan telah menggeser peranan sakelar mekanik pada perangkat-perangkat elektronik.

h. Vibration sensor

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

Pin out

4. Prinsip Kerja [Kembali]

Ketika touch sensor mendeteksi disaat terjadi kesalahan dalam memasukkan password, akan mengakibatkan sensor berlogika 1, itu dan menghasilkan output 5 volt menuju resistor dan paralel juga dengan resistor. dari vcc menuju R3 kaki relay lalu diumpankan ke kaki collector menuju kaki emitter dan diumpankan ke ground sehingga relay switch ke kiri dan lampu pun menyala

Ketika sensor mendeteksi pergerakan pada brankas, akan mengakibatkan sensor berlogika 1 mengakibatkan sensor mengeluarkan output 5 volt menuju R4 dan diparalelkan dengan R14 di kaki base dengan tegangan 0,79 volt sehingga transistor aktif. dari power menuju R5 ke kaki relay menuju kaki collector diumpankan ke kaki emitter dan diumpankan lagi ke ground sehingga relay switch ke kiri dan mengakibatkan lampu dan buzzer menyala

Sound sensor mendeteksi suara buzzer, sehingga tegangan yang terdeteksi mencapai nilai +5.00 V. Tegangan akan diumpankan ke kaki inverting Op Amp. Disini digunakan Detektor Inverting. Rumus Vout = (V1-V2) x Aol. Dimana V1 adalah tegangan di kaki inverting dan V2 adalah tegangan di kaki non inverting. Jadi di dapatkan (2.52 – 2.50) * 200.000 = 4000 dimana hasilnya bernilai - dan nilai tegangan output akan mendekati nilai Vsat-.

Disini nilai tegangan outputnya adalah -3.50V yang lalu diumpankan ke Resistor 10K dan diumpankan ke kaki base transistor.

Sebelum sensor hidup, Vbe bernilai +0.76V mengakibatkan transistor on karena melebihi +0.6V. Setelah sensor hidup, Vbe yang terdeteksi sebesar -3.50V sehingga transistor off karena Vbe tidak mencapai +0.6V.

Akibat dari transistor off adalah, arus dari power +5V akan berhenti mengalir ke relay dan kaki kolektor. Sehingga switch pada relay akan berpindah dan mengakibatkan motor

5. Gambar Rangkaian [Kembali]

6. Video [Kembali]

7. Link Download [Kembali]

[MENUJU AWAL]

Dhiya Alya's Assignment