Komparator Inverting dengan Vref = +
1. Pendahuluan [kembali]
Komparator inverting dengan Vref = + adalah sebuah rangkaian elektronik yang membandingkan tegangan input dengan tegangan referensi positif (Vref) dan menghasilkan keluaran sesuai dengan perbandingan tersebut. Konsep dasarnya adalah ketika tegangan input lebih rendah dari Vref, keluaran akan tinggi (biasanya tegangan positif), sementara jika tegangan input lebih tinggi dari Vref, keluaran akan rendah (biasanya tegangan negatif). Ini menghasilkan respons inverting, di mana keadaan keluaran akan berlawanan dengan perbandingan tegangan inputnya. Komparator ini umumnya digunakan dalam aplikasi seperti pemantauan batas, sensor tegangan, dan pengendalian otomatis, di mana perbandingan tegangan memicu tindakan tertentu sesuai dengan kondisi input yang diberikan.
2. Tujuan [kembali]
- Dapat memahami apa yang dimaksud dengan Komparator Inverting
- Dapat memahami rangkaian Komparator Inverting
- Dapat mensimulasikan rangkaian Komparator Inverting
3. Alat dan Bahan [kembali]
ALAT :
- 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
- DC Voltmeter
- Potensiometer
- Resistor
.jpeg)
- Sensor Suhu NTC
- OP-AMP IC LM741
- Sensor Foto Cahaya
· 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.
4. Dasar Teori [kembali]
COMPARATOR INVERTING
- Dengan Vref =+
Misalkan tegangan output Vo = +Vsat seperti gambar 94 maka dapat dihitung tegangan ambang atas VUT:
- Saat Vo bernilai positif
- Inverting Amplifier
- Non Inverting
- Komparator
- Adder
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 Penyearah (Dioda Biasa atau Dioda Bridge) yang berfungsi sebagai penyearah arus AC ke arus DC.
- Dioda Zener yang berfungsi sebagai pengaman rangkaian dan juga sebagai penstabil tegangan.
- Dioda LED yang berfungsi sebagai lampu Indikator ataupun lampu penerangan.
- Dioda Photo yang berfungsi sebagai sensor cahaya.
- Dioda Schottky yang berfungsi sebagai Pengendali.
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 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)
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.
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.
Pada 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.
NTC atau TERMISTOR
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 :
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 [kembali]
a). 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
b). Rangkaian simulasi dan Prinsip kerja
.png) |
- Lampu Ruangan Otomatis
.png)
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
.png)
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
.png)
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.
c). Video simulasi
Comments
Post a Comment