Siti Fairutz Salsabila : Aplikasi Aritmetik

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

Kontrol Penangkap Hewan

1. Tujuan [Kembali]

Memahami konsep aritmetik
Merancang dan mensimulasikan suatu rangkaian aplikasi yang melibatkan komponen aritmetik

2. Alat dan Bahan [Kembali]

ALAT

a. Power Supply

Pada sebuah rangkaian elektronikaterdapat pin/kaki dengan tulisan Vcc. Tulisan tersebut sering kita jumpai pada rangkaian elektronika, kadang hal sepele seperti ini menjadi sesuatu yang susah bagi siswa ketika berhubungan langsung pada suatu alat, misal ketika melakukan praktikum, melakukan uji simulasi di komputer atau menemukan pada buku. Secara sederhana, VCC menunjukan pin yang harus disambung pada muatan positif. biasanya berukuran 5V,3V,12V dsb.

BAHAN

1. Sensor Infrared

Spesifikasi :

2. Sensor Pir

Spesifikasi :

3. Sensor Getar

Spesifikasi :

4. Sensor LDR

Spesifikasi :

5. Resistor

Spesifikasi :

6. Relay

Spesifikasi :

7. Transistor NPN

Spesifikasi :

8. Transistor JFET

Spesifikasi :

9. Op Amp

Spesifikasi :

10. LED

Spesifikasi :

11. Speaker

Spesifikasi :

12. 7482

3. Dasar Teori [Kembali]

A. Baterai

Daya tahan baterai akan semakin awet jika penggunaan arus nya semakin kecil, pada contoh diatas jika arus yang diperlukan misalnya adalah 190mAH maka baterai tadi akan bertahan selama 10 jam karena pada perhitungannya :

190 mAH x 10 hours = 1900 mAH

Oleh karena itu pada spesifikasi baterai semakin tinggi atau semakin besar kapasitas arus mAH nya maka semakin lama juga umur dari baterai tersebut. Baterai AA biasanya adalah jenis yang memiliki arus paling kecil sedangkan type D bisa bertahan cukup lama karena dari segi fisik pun memang lebih besar dan pastinya lebih mahal.

Simbol baterai :

Sensor Infrared
Sensor Infrared adalah komponen elektronika yang dapat mendeteksi benda ketika cahaya infra merah terhalangi oleh benda. Sensor infared terdiri dari led infrared sebagai pemancar sedangkan pada bagian penerima biasanya terdapat foto transistor, fotodioda, atau inframerah modul yang berfungsi untuk menerima sinar inframerah yang dikirimkan oleh pemancar.
Prinsip Kerja Sensor Infrared

Gambar 1. Ilustrasi prinsip kerja sensor infrared

Ketika pemancar IR memancarkan radiasi, ia mencapai objek dan beberapa radiasi memantulkan kembali ke penerima IR. Berdasarkan intensitas penerimaan oleh penerima IR, output dari sensor ditentukan.

Gambar 2. Rangkaian dasar sensor infrared common emitter yang menggunakan led infrared dan fototransistor
Prinsip kerja rangkaian sensor infrared berdasarkan pada gambar 2. Adalah ketika cahaya infra merah diterima oleh fototransistor maka basis fototransistor akan mengubah energi cahaya infra merah menjadi arus listrik sehingga basis akan berubah seperti saklar (swith closed) atau fototransistor akan aktif (low) secara sesaat seperti gambar 3:

Gambar 3. Keadaan Basis Mendapat Cahaya Infra Merah dan Berubah Menjadi Saklar (Switch Close) Secara Sesaat

Grafik Respon Sensor Infrared

Gambar 4. Grafik respon sensor infrared

Grafik menunjukkan hubungan antara resistansi dan jarak potensial untuk sensitivitas rentang antara pemancar dan penerima inframerah. Resistor yang digunakan pada sensor mempengaruhi intensitas cahaya inframerah keluar dari pemancar. Semakin tinggi resistansi yang digunakan, semakin pendek jarak IR Receiver yang mampu mendeteksi sinar IR yang dipancarkan dari IR Transmitter karena intensitas cahaya yang lebih rendah dari IR Transmitter. Sementara semakin rendah resistansi yang digunakan, semakin jauh jarak IR Receiver mampu mendeteksi sinar IR yang dipancarkan dari IR Transmitter karena intensitas cahaya yang lebih tinggi dari IR Transmitter.
2. Sensor Pir

Sensor ini biasanya digunakan dalam perancangan detektor gerakan berbasis PIR. Karena semua benda memancarkan energi radiasi, sebuah gerakan akan terdeteksi ketika sumber infra merah dengan suhu tertentu (misal: manusia) melewati sumber infra merah yang lain dengan suhu yang berbeda (misal: dinding), maka sensor akan membandingkan pancaran infra merah yang diterima setiap satuan waktu, sehingga jika ada pergerakan maka akan terjadi perubahan pembacaan pada sensor.

Sensor PIR terdiri dari beberapa bagian yaitu :
1. Fresnel Lens
Lensa Fresnel pertama kali digunakan pada tahun 1980an. Digunakan sebagai lensa yang memfokuskan sinar pada lampu mercusuar. Penggunaan paling luas pada lensa Fresnel adalah pada lampu depan mobil, di mana mereka membiarkan berkas parallel secara kasar dari pemantul parabola dibentuk untuk memenuhi persyaratan pola sorotan utama. Namun kini, lensa Fresnel pada mobil telah ditiadakan diganti dengan lensa plain polikarbonat. Lensa Fresnel juga berguna dalam pembuatan film, tidak hanya karena kemampuannya untuk memfokuskan sinar terang, tetapi juga karena intensitas cahaya yang relative konstan diseluruh lebar berkas cahaya.

2. IR Filter
IR Filter dimodul sensor PIR ini mampu menyaring panjang gelombang sinar infrared pasif antara 8 sampai 14 mikrometer, sehingga panjang gelombang yang dihasilkan dari tubuh manusia yang berkisar antara 9 sampai 10 mikrometer ini saja yang dapat dideteksi oleh sensor. Sehingga Sensor PIR hanya bereaksi pada tubuh manusia saja.

3. Pyroelectric Sensor
Seperti tubuh manusia yang memiliki suhu tubuh kira-kira 32 derajat celcius, yang merupakan suhu panas yang khas yang terdapat pada lingkungan. Pancaran sinar inframerah inilah yang kemudian ditangkap oleh Pyroelectric sensor yang merupakan inti dari sensor PIR ini sehingga menyebabkan Pyroelectic sensor yang terdiri dari galium nitrida, caesium nitrat dan litium tantalate menghasilkan arus listrik. Mengapa bisa menghasilkan arus listrik? Karena pancaran sinar inframerah pasif ini membawa energi panas. Material pyroelectric bereaksi menghasilkan arus listrik karena adanya energi panas yang dibawa oleh infrared pasif tersebut. Prosesnya hampir sama seperti arus listrik yang terbentuk ketika sinar matahari mengenai solar cell.
Grafik Respon Sensor PIR
1. Respon terhadap arah, jarak, dan kecepatan
2. Grafik Respon terhadap Suhu
3. Sensor Getar
Vibration sensor / Sensor getaran ini memegang peranan penting dalam kegiatan pemantauan sinyal getaran karena terletak di sisi depan (front end) dari suatu proses pemantauan getaran mesin. Secara konseptual, sensor getaran berfungsi untuk mengubah besar sinyal getaran fisik menjadi sinyal getaran analog dalam besaran listrik dan pada umumnya berbentuk tegangan listrik. Pemakaian sensor getaran ini memungkinkan sinyal getaran tersebut diolah secara elektrik sehingga memudahkan dalam proses manipulasi sinyal, diantaranya:

- Pembesaran sinyal getaran
- Penyaringan sinyal getaran dari sinyal pengganggu.
- Penguraian sinyal, dan lainnya.

Sensor getaran dipilih sesuai dengan jenis sinyal getaran yang akan dipantau. Karena itu, sensor getaran dapat dibedakan menjadi:

- Sensor penyimpangan getaran (displacement transducer)
- Sensor kecepatan getaran (velocity tranducer)
- Sensor percepatam getaran (accelerometer).

Pemilihan sensor getaran untuk keperluan pemantauan sinyal getaran didasarkan atas pertimbangan berikut:

- Jenis sinyal getaran
- Rentang frekuensi pengukuran
- Ukuran dan berat objek getaran.
- Sensitivitas sensor

Berdasarkan cara kerjanya sensor dapat dibedakan menjadi:

- Sensor aktif, yakni sensor yang langsung menghasilkan tegangan listrik tanpa perlu catu daya (power supply) dari luar, misalnya Velocity Transducer.
- Sensor pasif yakni sensor yang memerlukan catu daya dari luar agar dapat berkerja.

Grafik perbandingan frekuensi dengan sensitivitas sensor getaran :
4. Sensor LDR
LDR (Light Dependent Resistor) merupakan salah satu komponen resistor yang nilai resistansinya akan berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya yang mengenai sensor ini. LDR juga dapat digunakan sebagai sensor cahaya. Perlu diketahui bahwa nilai resistansi dari sensor ini sangat bergantung pada intensitas cahaya. Semakin banyak cahaya yang mengenainya, maka akan semakin menurun nilai resistansinya. Sebaliknya jika semakin sedikit cahaya yang mengenai sensor (gelap), maka nilai hambatannya akan menjadi semakin besar sehingga arus listrik yang mengalir akan terhambat.
Grafik respon sensor LDR
4. 7482

NTE7482 adalah penambah penuh biner 2-bit dalam paket tipe DIP 14-Lead yang melakukan penambahan dari dua bilangan biner 2 bit. Jumlah () output disediakan untuk setiap bit dan resultan carry (C2) diperoleh dari bit kedua. Dirancang untuk kecepatan sedang hingga tinggi, banyak bit, paralel tambahkan/serial−bawa aplikasi, sirkuit ini menggunakan logika transistor−transistor fan−out berkecepatan tinggi (TTL) dan kompatibel dengan keluarga logika DTL dan TTL. Implementasi inversi tunggal, sirkuit pembawa serial terhubung Darlington berkecepatan tinggi dalam setiap bit meminimalkan kebutuhan untuk sirkuit kaskade "melihat ke depan" dan membawa yang ekstensif.
5. Resistor

Resistor merupakan komponen elektronika dasar yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian.Sesuai dengan namanya, resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Resistor 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 :
Di dalam resistor, terdapat ketentuan untuk membaca nilai resistor yang diwakili dengan kode warna dengan ketentuan di bawah ini :
6. Relay
Relay adalah saklar elektro-magnetik yang menggunakan tegangan DC rendah untuk menghidupkan dan mematikan suatu alat atau sistem yang terhubung dengan tegangan DC yang tinggi atau tegangan AC. Susunan relay yang paling sederhana terdiri atas kumparan kawat penghantar yang dugulung pada inti besi. Susunan kontak relay, secara umum terdiri dari :
* Normally Open (NO) : posisi saklar berada pada keadaan terbuka saat relay dalam keadaan tidak dialiri arus.
* Normally Close (NC) : posisi saklar berada pada keadaan tertutup saat relay dalam keadaan tidak dialiri arus.
Berdasarkan pada prinsip dasar cara kerjanya, relay dapat bekerja karena adanya medan   magnet yang digunakan untuk menggerakkan saklar. Saat kumparan diberikan tegangan sebesar tegangan kerja relay maka akan timbul medan magnet pada kumparan karena adanya arus yang mengalir pada lilitan kawat. Kumparan yang bersifat sebagai elektromagnet ini kemudian akan menarik saklar dari kontak NC ke kontak NO. Jika tegangan pada kumparan dimatikan maka medan magnet pada kumparan akan hilang sehingga pegas akan menarik saklar ke kontak NC.
7. Transistor NPN
Transistor merupakan salah satu komponen elektronika yang banyak sekali dipakai di dunia industri. Transistor yang umum dipakai memiliki 3 (tiga) metode kerja yaitu :
a.Cut Off adalah kondisi dimana transistor tidak mengalirkan arus listrik.
b.Saturasi adalah kondisi dimana transistor tepat mengalirkan arus listrik.
c.Aktif adalah kondisi dimana transistor bisa disebut sebagai penguat.
Dari 3 metode kerja pada transistor tersebut, dapat dijelaskan juga pada gambar  yang merupakan karakteristik transistor.

Dari gambar, dapat dijelaskan kembali bahwa parameter – parameter pada transistor yaitu dapat dilihat pada penjelasan di bawah:

Jenis Nomor : Jumlah jenis perangkat merupakan nomor bagian individu yang diberikan ke perangkat. Nomor perangkat biasanya sesuai dengan JEDEC (Amerika) atau Pro-Elektron (Eropa). Ada juga sistem standar Jepang untuk penomoran pada transistor.
Kasus : Memeriksa sambungan pin karena pin-pin tersebut tidak selalu standar. Beberapa jenis transistor mungkin memiliki sambungan pin dengan format EBC, sedangkan kadang-kadang sambungan pin dengan format ECB, dan ini dapat menyebabkan kebingungan dalam beberapa kasus.
Bahan : Bahan yang digunakan untuk suatu perangkat sangat penting karena mempengaruhi persimpangan bias maju dan karakteristik lainnya. Bahan yang paling umum digunakan untuk transistor bipolar adalah silikon dan germanium.
Polaritas : Polaritas pada perangkat sangat penting karena mendefinisikan polaritas bias dan pengoperasian pada perangkat. Dua tipe NPN dan PNP. NPN adalah jenis yang paling umum. Kedua tipe ini memiliki kecepatan yang lebih tinggi sebagai elektron. Ketika berjalan dalam konfigurasi emitorumum, sirkuit NPN akan menggunakan tegangan rel positif dan garis umum negatif, transistor PNP akan membutuhkan rel negatif dan tegangan umum positif.
VCEO : Tegangan kolektor emiter dan bias terbuka.
VCBO : Tegangan kolektor bias dan emiter terbuka.
VEBO : Tegangan emiter bias dan kolektor terbuka.
IC : Arus kolektor.
ICM : Arus puncak kolektor.
IBM : Arus puncak bias.
PTOT : Disipasi daya total-ini biasanya untuk suhu sekitar25oC.  Ini adalah nilai maksimum dari daya yang didapat dengan aman.
ICBO : Arus cut off kolektor bias.
IEBO : Arus cut off emiter bias.
hFE : Peningkatan arus.
VCEsat : Tegangan saturasi kolektor emiter.
VBEsat : Tegangan saturasi bias emiter.
Cc : Kapasitas kolektor.
Ce : Kapasitas emiter.
Secara fungsinya transistor dapat berfungsi sebagai saklar, kondisi ini setara dengan kondisi transistor pada saat saturasi dan fungsi lain dari transistor adalah sebagai penguat sinyal yakni sama dengan kondisi transistor pada saat transistor dalam keadaan mode kerja aktif.
Transistor BC547 merupakan transistor tipe NPN yang digunakan untuk switching agar mengaktifkan kontak relay dan relay tersebut akan memberikan kontak pada motor dc.
8. Transistor JFET
FET adalah suatu semiconductor device seperti halnya bipolar transistor. Perbedaan utamanya adalah arus yang melalui device di-kontrol oleh tegangan. Sedangkan pada bipolar transistor, arus arus yang melalui device di-kontrol oleh arus.
Apabila kita hubungkan tegangan bias dari gate ke source dengan polaritas seperti diperlihatkan pada gambar 11.2 (a), VGG = 1 Volt, maka akan menghasilkan tegangan gate-source VGS = -1 Volt. Sedangkan pada drain kita berikan tegangan supply (VDD) yang dapat diatur besarnya (variabel). Dengan mengatur VDD mulai dari nol sampai dengan nilai tertentu, maka akan dihasilkan kurva karakteristik drain, seperti diperlihatkan pada gambar 11.2 (b).

Sebaliknya jika tegangan bias dari gate ke source (VGG) dapat diatur besarnya (variabel), sedangkan tegangan supply (VDD) yang konstan besarnya, maka magnitudo arus drain (ID) akan berkurang dengan pertambahan magnitudo dari VGS. Sehingga besarnya arus drain (ID) dikontrol oleh besarnya tegangan gate-source (VGS), sebagaimana diilustrasikan pada gambar 11.3.
9. Op Amp

Komparator yang digunakan di sini adalah Op-Amp tipe 741 yang terdiri dari 8 kaki dan untuk membuat rangkaian ini, yang digunakan hanyalah kaki 2 yang merupakan kaki inverting, kaki 3 yaitu kaki non inverting, kaki 4 sebagai penghubung ke ground, kaki 6 mengarah kepada output yang mana output dalam rangkaian ini berupa tegangan yang dapat menyalakan LED, dan kaki 7 sebagai input tegangan atau tempat terhubung dengan VCC yang berfungsi sebagai supply energi bagi Op-Amp tersebut.

Tipe Op-Amp yang digunakan berupa Op-Amp non-inverting, ditandai dengan terhubungnya kaki inverting terhadap ground dan kaki non-inverting terhadap input.
Fungsi Op-Amp di sini sebagai penguat tegangan bagi rangkaian yang akan dibuat.
10. LED
Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan 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.
Bentuk LED mirip dengan sebuah bohlam (bola lampu) yang kecil dan dapat dipasangkan dengan mudah ke dalam berbagai perangkat elektronika. Berbeda dengan Lampu Pijar, LED tidak memerlukan pembakaran filamen sehingga tidak menimbulkan panas dalam menghasilkan cahaya. Oleh karena itu, saat ini LED (Light Emitting Diode) yang bentuknya kecil telah banyak digunakan sebagai lampu penerang dalam LCD TV yang mengganti lampu tube.
Cara Kerja 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.

4. Percobaan [Kembali]

a.Prosedur percobaan

Siapkan alat dan bahan yang dibutuhkan untuk membuat rangkaian pada proteus,
Ujilah rangkaian dengan menekan tombol play. Rangkaian akan berhasil jika led - red menyala.
Sambungkan atau rangkai setiap komponen,
Tambahkan besar tegangan yang diinginkan,
Susunlah komponen pada proteus sesuai dengan rangkaian,

b. Rangkaian simulasi

Foto Rangkaian

Prinsip Kerja

Ketika tikus berada di atas perangkap untuk memakan umpannya maka tikus akan dideteksi oleh sensor pir. Sensor pir akan berlogika 1 maka tegangan dari power supply sebesar +5 volt akan diteruskan ke kaki vcc sensor kemudian keluar menuju kaki out sensor dan tegangan akan diteruskan ke R5 kemudian arus diperkecil oleh R5 dan arus akan diteruskan ke kaki gate JFET. Kemudian terdapatnya tegangan antara kaki gate dan kaki source sehingga JFET aktif maka tegangan dari power supply sebesar +7 volt akan diteruskan melalui relay kemudian diteruskan ke R7 melalui kaki drain dan arus diteruskan ke kaki source dan menuju ground. Sehingga relay akan aktif dan posisi saklar akan berpindah sehingga motor akan bergerak untuk membuka perangkap.

Dan ketika tikus telah masuk perangkap maka sensor infrared yang ada pada dinding perangkap akan mendeteksi tikus sehingga sensor aktif. Maka tegangan dari power supply sebesar +5 volt akan diteruskan ke kaki vcc sensor dan keluar melalui kaki out sensor dan tegangan akan diteruskan ke R3 sehingga arus akan diperkecil oleh R3 dan arus akan menuju ke kaki basis transistor. Tegangan sebesar 0,8 volt cukup untuk mengaktifkan transistor sehingga transistor aktif maka tegangan dari power supply sebesar +5 volt akan diteruskan ke R4 menuju relay, menuju kolektor transistor dan diteruskan ke kaki emitor transistor kemudian menuju ground. Sehingga relay aktif, maka posisi saklar akan berpindah dan menyebabkan motor akan bergerak ke arah sebaliknya untuk menutup kembali perangkat tersebut.

Jika si tikus masih berada di sekitar perangkap, maka tikus akan dideteksi oleh sensor getar atau vibration sensor. Sensor aktif maka tegangan dari power supply sebesar +5 volt akan diteruskan ke kaki vcc sensor, kemudian keluar melalui kaki out sensor dan tegangan akan diteruskan ke R1 dan arus akan diperkecil oleh resistor dan arus akan menuju basis transistor. Tegangan sebesar +7,8 volt cukup untuk mengaktifkan transistor sehingga transistor aktif maka tegangan dari power supply sebesar +5 volt akan diteruskan ke R18 menuju relay diteruskan ke kaki kolektor transistor menuju emitor transistor dan diteruskan ke ground. Relay aktif maka posisi saklar akan berpindah dan menyebabkan speaker aktif.