Detektor non-inverting dengan Vref = +

 [KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

1. Pendahuluan[Back]

        Dalam sistem pengolahan sinyal analog, detektor komparator digunakan untuk membandingkan suatu tegangan input dengan tegangan referensi tertentu. Salah satu bentuk detektor yang umum digunakan adalah detektor non-inverting, yaitu konfigurasi di mana sinyal input diberikan ke terminal non-inverting (+) dari op-amp, sedangkan tegangan referensi (Vref) diberikan ke terminal inverting (–). Detektor ini bekerja berdasarkan prinsip perbandingan antara tegangan masukan dan tegangan referensi untuk menghasilkan keluaran digital (tinggi atau rendah). Konfigurasi ini sangat berguna untuk mendeteksi ambang tegangan, seperti pada sensor suhu, deteksi cahaya, atau pembatas level sinyal.

2. Tujuan[Back]

  1. Memahami prinsip kerja detektor non-inverting dengan tegangan referensi positif.
  2. Menganalisis kondisi keluaran berdasarkan perbandingan antara sinyal input dan Vref.
  3. Menjelaskan peran op-amp sebagai komparator dalam mode non-inverting.
  4. Mengembangkan kemampuan membaca dan merancang rangkaian komparator sederhana.

3. Alat dan Bahan[Back]

  •  Alat :
    • AC dan DC Generator

        Generator AC (Alternator) dan DC memiliki fungsi utama yang sama yaitu mengubah energi mekanik menjadi energi listrik, tetapi mereka melakukannya dengan cara yang berbeda. Generator AC menghasilkan arus bolak balik, di mana arah arus berubah secara periodik karena perubahan posisi relatif antara medan magnet dan kumparan konduktor, dan biasanya digunakan dalam distribusi daya skala besar seperti di jaringan listik umum. Di sisi lain, generator DC menghasilkan arus searah, di mana arus mengalir dalam satu arah tetap, dan lebih sering digunakan dalam aplikasi yang memerlukan arus stabil, seperti perangkat elektronik stabil dan pengisian baterai. 

    • Voltmeter 

        Voltmeter adalah alat pengukur yang digunakan untuk mengukur tegangan listrik atau perbedaan potensial antara dua titik dalam sebuah rangkaian listrik. Fungsinya adalah untuk memberikan nilai tegangan atau potensial listrik pada komponen atau rangkaian tertentu, sehingga memungkinkan pengguna untuk memonitor atau mengukur kekuatan listrik yang ada dalam sistem tersebut.

  • Bahan : 
    • Operasional Amplifier


    
    Operational Amplifier (Op Amp) adalah jenis amplifier elektronik yang memiliki banyak aplikasi dalam elektronika. Op Amp memiliki dua input dan satu output, di mana perbedaan tegangan antara kedua inputnya digunakan untuk mengontrol gain atau penguatan sinyal yang dikeluarkan pada outputnya. Op Amp umumnya digunakan dalam rangkaian pemrosesan sinyal, pengaturan tegangan, filter, dan banyak aplikasi lainnya dalam perangkat elektronik modern.
Karakteristik utama IC Operational Amplifier (Op Amp) :
  1. Penguatan Tegangan Open-loop (Av = ∞): Secara ideal, Op Amp memiliki penguatan tegangan open-loop yang sangat besar atau bahkan tak terhingga. Ini berarti bahwa perbedaan tegangan yang sangat kecil antara input inverting dan non-inverting dapat menghasilkan perubahan tegangan output yang sangat besar.
  2. Tegangan Offset Keluaran (Voo = 0): Secara ideal, Op Amp tidak menghasilkan tegangan offset pada keluaran ketika tegangan inputnya adalah nol. Ini berarti bahwa output Op Amp harus berada pada nol volt ketika tidak ada perbedaan tegangan di antara kedua inputnya.
  3. Impedansi Masukan (Zin = ∞): Impedansi input yang sangat tinggi atau tak terhingga berarti bahwa Op Amp tidak menarik arus dari sumber sinyal yang dihubungkan ke inputnya. Hal ini sangat penting untuk memastikan bahwa sinyal input tidak terdistorsi.
  4. Impedansi Output (Zout = 0): Impedansi output yang sangat rendah atau nol memungkinkan Op Amp untuk menggerakkan beban tanpa menyebabkan penurunan tegangan yang signifikan. Ini memastikan bahwa sinyal output tetap kuat dan tidak terpengaruh oleh beban yang terhubung.
  5. Lebar Pita (BW = ∞): Idealnya, Op Amp memiliki lebar pita yang tak terhingga, yang berarti bahwa ia dapat memperkuat sinyal pada frekuensi berapa pun tanpa kehilangan gain. Dalam praktiknya, lebar pita terbatas, tetapi sering kali cukup lebar untuk banyak aplikasi.
  6. Stabilitas Termal: Karakteristik ideal Op Amp tidak berubah dengan suhu. Ini berarti bahwa performa Op Amp tetap konsisten meskipun terjadi perubahan suhu di lingkungan sekitarnya, yang sangat penting untuk aplikasi yang membutuhkan keakuratan tinggi. 
Spesifikasi :


    •  Resistor

        Resistor digunakan untuk mengatur aliran arus listrik, membagi tegangan, melindungi komponen dari arus berlebih, mengatur waktu dalam rangkaian RC, menyaring sinyal dalam rangkaian filter, menyesuaikan tingkat tegangan, dan mengurangi noise dalam rangkaian elektronika.
Karakteristik transistor NPN secara singkat:
  1. Tiga Terminal: Memiliki tiga terminal - emitor (E), basis (B), dan kolektor (C).
  2. Polarisasi: Basis harus lebih positif dari emitor untuk mengaktifkan transistor.
  3. Arus Basis Kecil: Arus kecil di basis mengontrol arus lebih besar di kolektor.
  4. Penguatan Arus: Memiliki penguatan arus (β atau hFE), yaitu rasio antara arus kolektor dan arus basis.
  5. Saklar dan Penguat: Dapat berfungsi sebagai sakelar atau penguat sinyal.
  6. Tegangan Kolektor-Emitor: Biasanya memerlukan tegangan kolektor-emitor yang cukup tinggi untuk operasi normal.
Spesifikasi :

    • Dioda 


         Dioda adalah komponen elektronik yang berfungsi untuk mengalirkan arus listrik hanya dalam satu arah, memberikan kemampuan untuk mengendalikan arah aliran arus dalam rangkaian. Ini membuat dioda berguna dalam berbagai aplikasi seperti penyearah arus (rectifier) untuk mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC), perlindungan terhadap tegangan balik dalam rangkaian, dan sebagai pengganda tegangan dalam rangkaian daya. Selain itu, dioda digunakan dalam rangkaian logika digital, sebagai penstabil tegangan dalam regulator tegangan, dan dalam aplikasi khusus seperti dioda Zener yang digunakan untuk pengaturan tegangan tetap.

Spesifikasi :


    • Baterai 

       Baterai adalah sumber daya portabel yang menyimpan energi kimia dan mengubahnya menjadi energi listrik untuk digunakan dalam berbagai perangkat elektronik. Baterai berfungsi menyediakan daya listrik yang stabil dan berkelanjutan bagi perangkat yang tidak terhubung langsung ke sumber listrik utama, seperti ponsel, laptop, remote control, dan kendaraan listrik. Selain itu, baterai juga digunakan dalam aplikasi kritis seperti cadangan daya (UPS) untuk komputer dan sistem keamanan, serta dalam perangkat medis seperti alat pacu jantung. Dengan kemampuan untuk menyimpan dan melepaskan energi sesuai kebutuhan, baterai memainkan peran penting dalam kehidupan sehari-hari dan teknologi modern. 

    • Ground

        Ground atau tanah adalah referensi potensial nol dalam sistem listrik atau elektronik. Fungsinya adalah untuk menyediakan jalur pengembalian arus listrik yang aman ke bumi atau tanah secara fisik. Ground digunakan untuk melindungi perangkat dan pengguna dari potensi bahaya listrik seperti korsleting atau lonjakan tegangan. Selain itu, ground juga digunakan sebagai referensi potensial untuk mengukur dan memastikan stabilitas sirkuit elektronik serta untuk mengurangi noise atau gangguan dalam sinyal-sinyal elektronik.

Komponen Input

a. Sound Sensor 
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.

Pin OUT
Spesifikasi
  •  Working voltage: DC 3.3-5V
  •   Dimensions: 45 x 17 x 9 mm
  •   Signal output indication
  •   Single channel signal output
  •   With the retaining bolt hole, convenient installation
  •   Outputs low level and the signal light when there is sound

Grafik Respons Sensor Sound

Sensor suara merupakan module sensor yang mensensing besaran suara untuk diubah menjadi besaran listrik yang akan dioleh mikrokontroler.


b. Proximity Sensor
    
Pinout
Proximity sensor adalah alat pendeteksi yang bekerja berdasarkan jarak obyek terhadap sensor. Karakteristik dari sensor ini adalah mendeteksi obyek benda dengan jarak yang cukup dekat. 

Spesifikasi:
    Tegangan kerja antara 10-30 Vdc atau tegangan 100-200VAC
2 Cable
Ouput : No
Sensing : 10mm
Hysteresis : Max 10% Of Sensing Distance
Standard Sensing Target : Besi (Iron)45 X 45 X 1
Setting Distance : 0 - 7mm
Responce Frequency : 250hz
Residual Voltage : Max 1.5v
Control Output : Max 200ma
Operating Indicator : Led (Red)
Protecion : Ip67 (Iec Standards)
Materials Case :
Heat Resistant Abs, Standard Cable (Black), Polyvinyl Chloride (Pvc).
Dimensi : 30 X 30 X 35.2mm
Panjang Kabel : 2mtr


  c. Flame Sensor 
 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.
    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.

    → Spesifikasi sensor api:

    → Pinout sensor api:


    d. Touch Sensor 
Touch sensor merupakan sebuah monitor yang sensitif terhadap sentuhan dan tekanan (resistif), sehingga perangkat ini memiliki dua fungsi yaitu, sebagai perangkat output karena menampilkan informasi dan input karena menerima informasi.

Pin Out


Spesifikasi


Grafik Respon Sensor Touch


   e. 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.
Pinout


   

Komponen Output

        a. LED-RED


Spesifikasi:

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.

Lampu LED atau kepanjangannya Light Emitting Diode adalah suatu lampu indikator dalam perangkat elektronika yang biasanya memiliki fungsi untuk menunjukkan status dari perangkat elektronika tersebut.


        b. Relay
 Spesifikasi

        
            Konfigurasi pin





Relay merupakan komponen listrik yang mempunyai 2 bagian yaitu, kumparan dan poin. Secara garis besar relay berfungsi untuk mengendalikan dan mengalirkan listrik.


        c. Buzzer
Spesifikasi:

Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran suara getaran listrik menjadi getaran suara. Buzzer biasa digunakan sebagai indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan pada sebuah alat (alarm).

        d. Motor DC

Spesifikasi

Pinout

Grafik Respons:















Motor DC alat yang mengubah energi listrik DC menjadi energi mekanik putaran. Sebuah motor DC dapat difungsikan sebagai generator atau sebaliknya generator DC dapat difungsikan sebagai motor DC.


        e. Ground







        

Ground pada peralatan kelistrikan dan elektronika adalah memberikan perlindungan ke seluruh sistem serta menetralisir cacat yang disebabkan daya yang kurang baik atau kualitas komponen yang tidak standar.


4. Dasar Teori[Back]

Pada detektor non-inverting, sinyal input VinV_{\text{in}} diberikan ke terminal non-inverting (+) dari op-amp, sementara tegangan referensi (Vref) diberikan ke terminal inverting (–). Jika Vin>VrefV_{\text{in}} > V_{\text{ref}}, maka output op-amp akan naik ke tegangan maksimum positif (V_{\text{sat}+}), yang mendekati tegangan suplai positif op-amp. Sebaliknya, jika Vin<VrefV_{\text{in}} < V_{\text{ref}}, maka output akan turun ke tegangan saturasi negatif (V_{\text{sat}−}), mendekati suplai negatif op-amp.

Sebagai contoh, misalkan Vref = +2V, dan digunakan op-amp dengan suplai ±15V. Maka:

  • Jika Vin>2VV_{\text{in}} > 2V, output ≈ +15V (logika HIGH)

  • Jika Vin<2VV_{\text{in}} < 2V, output ≈ –15V (logika LOW)

Detektor jenis ini cocok untuk mengaktifkan perangkat seperti LED, buzzer, atau sistem digital lainnya ketika tegangan input melampaui nilai ambang tertentu. Karena konfigurasi ini bersifat non-inverting, maka sinyal input memiliki hubungan langsung (tidak dibalik) terhadap kondisi output. Vref sering dihasilkan dari pembagi tegangan atau sumber tegangan presisi agar titik switching dapat dikendalikan dengan akurat.

Penggunaan op-amp sebagai komparator sangat ekonomis dan praktis, meskipun dalam aplikasi dengan kecepatan tinggi atau presisi tinggi lebih disarankan menggunakan IC komparator khusus.

5. Percobaan[Back]

    a). Prosedur[Back]
  • Siapkan semua alat dan bahan yang bersangkutan, diambil dari library Proteus.
  • Letakkan semua alat dan bahan sesuai dengan posisi di mana alat dan bahan terletak.
  • Tepatkan posisi letaknya dengan gambar rangkaian.
  • Selanjutnya, hubungkan semua alat dan bahan menjadi suatu rangkaian yang utuh.
  • Lalu mencoba menjalankan rangkaian, jika tidak terjadi error, maka rangkaian bekerja.

    b). Rangkaian simulasi dan prinsip kerja[Back]

  • Prinsip Kerja Rangkaian Detektor non-inverting dengan Vref = +

   

Rangkaian Detektor Non Inverting dengan Vref=+ , Pada input inverting dipasang Tegangan 9 Volt dan Frekuensi 10 KHz , pada output diletakkan resistor dengan Resistansi 100 Ohm . Pada rangkaian dipasang Power supply sebesar 12 watt. Lalu disimulasikan dengan Oscilloscope , pada Oscilloscope terlihat apabila input nya lebih besar dari Vref=+ , maka output nya positif (+) , dan apabila inputnya lebih kecil dari Vref=+ maka outputnya negatif (-)

  • Prinsip kerja Rangkaian Aplikasi 
 
Pada rangkaian ini, input (Vin) diberikan ke terminal non-inverting (+) op-amp, sedangkan terminal inverting (−) terhubung ke titik tengah antara resistor feedback (Rf) dan resistor ke ground (R1). Tidak seperti inverting amplifier, output dari konfigurasi ini tidak mengalami pembalikan fasa terhadap input. Penguatan (gain) dihitung dengan rumus:
Vo=(1+RfR1)×Vin​

Dengan Rf = 500kΩ, R1 = 100kΩ, dan Vin = 2V, maka Vo = (1 + 5) × 2 = 12V. Artinya, sinyal output adalah 12V dan tetap sefasa dengan input. Konfigurasi ini ideal untuk aplikasi di mana diperlukan penguatan besar tanpa perubahan arah sinyal, seperti pada tahap penguat sensor.

  • Prinsip kerja Rangkaian 10.36
                                       
a. Flame Sensor

Ketika flame sensor mendeteksi adanya percikan api, maka akan menyebabkan buzzer berbunyi yang menandakan adanya peringatan bahwa ada percikan api, sehingga flame sensor akan berlogika 1, sehingga didapatkan tegangan keluaran sensor sebesar +5V. Lalu, arus mengalir masuk ke kaki non inverting OP AMP 741 disalurkan dengan tahanan yang disesuaikan lanjut menuju kaki 6 OP AMP 741 dan menghasilkan tegangan output sebesar 11V. Ini didapatkan dari rumus Vo=Aol (Vi-Vref). Dikarenakan Vsnya sebesar 12V, maka tegangan outputnya hanya dapat terbaca <12V yaitu 11 V. Lalu, arus mengalir menuju R3, di sini dapat dilihat bahwa transistor sudah aktif karena nilai Vbe>0,7 V, di sini dapat terbaca tegangan Vbe sebesar +0,90V. Lalu, arus mengalir ke kaki base transistor menuju kaki emitor dan diteruskan ke ground. Karena arus yang keluar di kaki transistor sudah cukup untuk mengaktifkan transistor sehingga transistor aktif, sehingga arus mengalir dari power supply (+7V) menuju relay RL 2, kemudian ke kaki kolektor menuju kaki emitor dan diteruskan ke ground. Karena adanya arus yang melewati relay, maka switch relay akan berpindah ke kiri, maka ada arus yang mengalir dari baterai menuju buzzer sehingga buzzer akan berbunyi sebagai penanda bahwa adanya percikan api. Selain itu, arus juga menuju R12 dan mengaktifkan LED merah sebagai indicator bahwa adanya percikan api.

 

b. Sound Sensor

Ketika sound sensor mendeteksi adanya suara buzzer sebagai tanda bahwa adanya percikan api, maka didapatkan keluaran yaitu motor akan berputar sebagai tanda bahwa kapsul pesawat terpisah dari body pesawat, sehingga sound sensor akan berlogika 1,sehingga didapatkan tegangan keluaran sensor sebesar +5 V, lalu arus mengalir masuk ke kaki non inverting OP AMP 741 disalurkan dengan tahanan yang disesuaikan lanjut menuju kaki 6 OP AMP 741 dan menghasilkan tegangan output sebesar 11V. Ini didapatkan dari rumus Vo=Aol (Vi-Vref). Dikarenakan Vsnya sebesar 12V, maka tegangan outputnya hanya dapat terbaca <12V yaitu 11 V. Lalu, arus menuju menuju R6. Disini dapat dilihat bahwa transistor sudah aktif karena nilai Vbe>0,7 V. Tegangan Vbe di sini dapat terbaca sebesar +0,95V. Lalu, arus mengalir menuju kaki base transistor ke kaki emitor dan diteruskan ke ground. Karena arus yang keluar di kaki transistor sudah cukup untuk mengaktifkan transistor sehingga transistor aktif, sehingga arus mengalir dari power supply (+12V) menuju R4 lalu ke relay RL 1, kemudian ke kaki kolektor menuju kaki emitor dan diteruskan ke ground. Karena adanya arus yang melewati relay, maka switch relay akan berpindah ke kanan, maka ada arus yang mengalir dari baterai menuju R13, sehingga motor akan berputar menandakan bahwa kapsul terpisah dari body pesawat, serta LED merah akan menyala sebagai indicator bahwa kapsul terpisah dari body pesawat.

 

c. Touch Sensor

Namun, apabila terdapat kerusakan pada motor sound sensor, maka bisa dilakukan secara manual dengan menekan touch sensor untuk mengaktifkan motor sebagai pertanda bahwa  kapsul pesawat terpisah dari body pesawat, maka touch sensor akan berlogika 1, sehingga didapatkan tegangan keluaran sensor sebesar +5V, lalu arus mengalir masuk ke kaki non inverting OP AMP 741 disalurkan dengan tahanan yang disesuaikan lanjut menuju kaki 6 OP AMP 741 dan menghasilkan tegangan output sebesar 11V. Ini didapatkan dari rumus Vo=Aol (Vi-Vref). Dikarenakan Vsnya sebesar 12V, maka tegangan outputnya hanya dapat terbaca <12V yaitu 11 V. Lalu, arus menuju R2. Disini dapat dilihat bahwa transistor sudah aktif karena nilai Vbe>0,7 V. Tegangan Vbe di sini dapat terbaca sebesar +0,95V. Lalu, arus mengalir menuju kaki base transistor ke kaki emitor dan diteruskan ke ground. Karena arus yang keluar di kaki transistor sudah cukup untuk mengaktifkan transistor sehingga transistor aktif, sehingga arus mengalir dari power supply (+12V) menuju R18 lalu ke relay RL 3, kemudian ke kaki kolektor menuju kaki emitor dan diteruskan ke ground. Karena adanya arus yang melewati relay, maka switch relay akan berpindah ke kiri, maka ada arus yang mengalir dari baterai menuju R17, sehingga motor akan berputar menandakan bahwa kapsul terpisah dari body pesawat, serta LED merah akan menyala sebagai indicator bahwa kapsul terpisah dari body pesawat.

 

d. Proximity Sensor

Kemudian, pada ketinggian yang telah ditentukan, proximity sensor akan bekerja dan menghasilkan keluaran motor akan berputar sebagai pertanda bahwa parasut akan terbuka, sehingga didapatkan tegangan keluaran sensor sebesar +1,09V yang kemudian diteruskan ke kaki non inverting OP AMP 741 disalurkan dengan tahanan yang disesuaikan lanjut menuju kaki 6 OP AMP 741 dan didapatkan tegangan keluaran atau Vout sebesar  11 V. Ini didapatkan dari rumus Vo=Aol (Vi-Vref). Dikarenakan Vsnya sebesar 12V, maka tegangan outputnya hanya dapat terbaca <12V yaitu 11 V. Lalu arus mengalir menuju R8. Transistor di sini telah aktif karena ditandai dengan nilai Vbe>0,7 V. Di sini tegangan Vbe yang terbaca sebesar +0,86V. Lalu, arus mengalir ke kaki base transistor menuju kaki emitor dan diteruskan ke ground. Dikarenakan transistor sudah aktif, maka arus mengalir dari power supply (+12V) menuju R22 menuju ke relay RL4 dan ke kaki kolektor lalu ke kaki emitor dan diteruskan ke ground. Karena adanya arus yang mengalir melewati relay maka switch relay akan berpindah ke kiri. Maka ada arus yang mengalir dari baterai menuju motor sehingga motor akan berputar ke kiri menandakan parasut akan terbuka.

    c). Video simulasi[Back]

    • Rangkaian Aplikasi Detektor non-inverting dengan Vref = +

6. Download file[Back]

Comments

Popular posts from this blog