Hafiz Patria Akbar: Aplikasi Gerbang Logika

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Percobaan

5. Rangkaian Simulasi

6. Video

7. Download file

1. Tujuan [Kembali]

- Dapat memahai Prinsip kerja dari logika-logika transistor

- Dapat mensimulasikannya didalam rangkaian sederhana

2. Alat dan Bahan [Kembali]

2.1 Alat

1. Power supply

Power Supply atau dalam bahasa Indonesia disebut dengan Catu Daya adalah suatu alat listrik yang dapat menyediakan energi listrik untuk perangkat listrik ataupun elektronika lainnya.

2. Voltmeter

Berfungsi untuk mengukur besar tegangan listrik,dimana untuk penyusunannya dilakukan secara pararel terhadap posisi komponen.

2.2 Bahan

1. Resistor

Resistor merupakan salah satu komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk membatasi arus yang mengalir pada suatu rangkaian dan berfungsi sebagai terminal antara dua komponen elektronika. Tegangan pada suatu resistor sebanding dengan arus yang melewatinya (V=I R).

Spesifikasi

10 Buah resistor 10k

Datasheet

2. Transistor

Berfungsi sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. Pada rangkaian water level sensor ini transistor hanya digunakan sebagai saklar, dengan adanya arus di base maka transistor akan "on" sehingga akan ada arus dari kolektor ke emitor.

Fitur:

1. DC Current gain(hfe) maksimal 800

2. Arus Collector kontinu(Ic) 100mA

3. Tegangan Base-Emitter(Vbe) 6V

4. Arus Base(Ib) maksimal 5mA

Transistor sebagai penguat Transistor sebagai penguat jika bekerja dalam daerah aktif. Tegangan, arus, dan daya dapat diperkuat dengan beberapa konfigurasi seperti common emitter, common colector, dan common base. DC Current Gain = Collector Current (Ic) / Base Current (Ib)

Datasheet

3. LED

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.

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).

Datasheet

4. Gerbang Logika NAND

Gerbang AND memerlukan 2 atau lebih Masukan (Input) untuk menghasilkan hanya 1 Keluaran (Output). Gerbang AND akan menghasilkan Keluaran (Output) Logika 1 jika semua masukan (Input) bernilai Logika 1 dan akan menghasilkan Keluaran (Output) Logika 0 jika salah satu dari masukan (Input) bernilai Logika 0. Simbol yang menandakan Operasi Gerbang Logika AND adalah tanda titik (“.”) atau tidak memakai tanda sama sekali. Contohnya : Z = X.Y atau Z = XY.

5. 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.

Konfigurasi pin infrared:

Konfigurasi pin infra red (IR) receiver atau penerima infra merah tipe TSOP adalah:

a. output (Out),

b. Vs (VCC +5 volt DC),

c. Ground (GND)

Grafik Respon Sensor Infrared:

Datasheet Infrared:

6. Vibration Sensor

Sensor getaran adalah suatu perangkat atau device yang mengubah besaran fisis berupa getaran menjadi besaran elektrik yang bisa berupa tegangan maupun arus. Pada umumnya getaran ini diubah menjadi arus karena pertimbangan bahwa jarak antara sensor dengan kontroler tidaklah sangat dekat, ada kemungkinan jaraknya jauh. Bila getaran tersebut diubah menjadi arus, maka arus yang dihasilkan sensor dengan arus yang diterima kontroler akan sama besarnya. Hal ini tentunya akan berbeda jika getaran diubah menjadi tegangan.Tegangan yang dihasilkan sensor akan tidak sama dengan tegangan yang diterima kontroler sebagai akibat dari adanya losses.

Sensor getaran mempunyai peranan yang sangat penting dalam berbagai penerapan, seperti alat untuk pendeteksi gempa bumi, analisa kerja mesin, analisa struktur bangunan gedung bertingkat, pengeboran tambang minyak, analisa kekuatan getaran jembatan, dan lain sebagainya yang tentunya segala penerapan yang berhubungan dengan getaran.

Macam-macam sensor getar adalah sensor geophone, piezoelectrik, akselerometer, sensor UGN 3503 dan lain sebagiannya. Transistor NPN, arus akan mengalir dari kolektor ke emitor jika basisnya dihubungkan ke ground (negatif). Arus yang mengalir dari basis harus lebih kecil daripada arus yang mengalir dari kolektor ke emitor, oleh sebab itu maka ada baiknya jika pada pin basis dipasang sebuah resistor.

7. 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.

Komponen Output

a. Relay

Konfigurasi Pin

Spesifikasi

b. Motor DC

Motor DC adalah suatu peramgkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik (motion).

Grafik

Spesifikasi

c. Lampu

Lampu pijar adalah sumber cahaya buatan yang dihasilkan melalui penyaluran arus listrik melalui filamen yang kemudian memanas dan menghasilkan cahaya.[1] Kaca yang menyelubungi filamen panas tersebut menghalangi udara untuk berhubungan dengannya sehingga filamen tidak akan langsung rusak akibat teroksidasi.

3. Dasar Teori [Kembali]

1. Resistor

Cara menghitung nilai resistor

Tabel warna

Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-1 (pertama)

Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-2

Masukkan Jumlah nol dari kode warna Gelang ke-3 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10n)

Merupakan Toleransi dari nilai Resistor tersebut

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%.

Parapel dan Seri

2. OP-AMP

Berikut dibawah ini adalah Simbol dan bentuk IC Op-Amp pada umumnya.

Terminal yang terdapat pada Simbol Op-Amp (Operational Amplifier/penguat operasional) diantaranya adalah :

Masukan non-pembalik (Non-Inverting) +

Masukan pembalik (Inverting) –

Keluaran Vout

Catu daya positif +V

Catu daya negatif –V

Karakteristik Op-Amp (Operational Amplifier)

Karakteristik Faktor Penguat atau Gain pada Op-Amp pada umumnya ditentukan oleh Resistor Eksternal yang terhubung diantara Output dan Input pembalik (Inverting Input). Konfigurasi dengan umpan balik negatif (Negative Feedback) ini biasanya disebut dengan Closed-Loop configuration atau Konfigurasi Lingkar Tertutup. Umpan balik negatif ini akan menyebabkan penguatan atau gain menjadi berkurang dan menghasilkan penguatan yang dapat diukur serta dapat dikendalikan. Tujuan pengurangan Gain dari Op-Amp ini adalah untuk menghindari terjadinya Noise yang berlebihan dan juga untuk menghindari respon yang tidak diinginkan. Sedangkan pada Konfigurasi Lingkar Terbuka atau Open-Loop Configuration, besar penguatannya adalah tak terhingga (∞) sehingga besarnya tegangan output hampir atau mendekati tegangan Vcc.

Secara umum, Operational Amplifier (Op-Amp) yang ideal memiliki karakteristik sebagai berikut :

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

a. op-amp Inverting

Penguatan yang outputnya berbeda fasa 180° dengan inputnya, bila input positif maka output akan menjadi negatif. Vout = - (Rf / R1) Vin

b.op-amp Non Inverting

Penguatan yang outputnya sama dengan input yaitu tidak ada pembalikan fasa. Vout = Vin (1 + Rf / Rin)

3.Infrared Sensor

Komponen led inframerah atau infra red (IR) pada dasarnya adalah led yang memancarkan sinar infra merah dengan panjang gelombang 850nm.

Infra red (IR) detektor atau sensor infra merah adalah komponen elektronika yang dapat mengidentifikasi cahaya infra merah (infra red, IR). Sensor infra merah atau detektor infra merah saat ini ada yang dibuat khusus dalam satu modul dan dinamakan sebagai IR Detector Photomodules. IR Detector Photomodules merupakan sebuah chip detektor inframerah digital yang di dalamnya terdapat fotodiode dan penguat (amplifier). Bentuk dan Konfigurasi Pin IR Detector Photomodules TSOP

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.

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

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

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.

4. Vibration Sensor

Grafik Respon :

Skematik:

Pertama, mari kita mulai dengan SW1 yang di sudut kiri bawah. Sebenarnya, SW1 adalah modul getaran SW-420. Ketika modul dalam keadaan stabil, modul dihidupkan. Pin2 dari U1A terhubung ke GND melalui SW1.
VR1 adalah potensiometer, Pin2 dari potensiometer terhubung ke Pin3 dari U1A
U1A adalah comparators. Untuk komparator,

V_{o u t} = {\begin{matrix} H i g h, & if V_{+} > V_{-} L o w, & if V_{+} < V_{-} \end{matrix}

V+ terhubung ke Pin3, V- terhubung ke Pin2, V_out terhubung ke Pin1.
Untuk V+ Anda dapat menyesuaikannya dengan memutar potensiometer, misalnya, kita dapat membuatnya

V C C / 2

.
Untuk V-, itu tergantung pada SW1(SW-420):

Jika modul ini dalam keadaan stabil, SW1 akan bekerja, Pin2 dari U1A terhubung dengan GND melalui SW1. Itu akan terjadi seperti ini:

\begin{matrix} V - = 0 V V + = V C C / 2 \end{matrix}} V_{o u t} = H i g h

Jika modul bergetar atau miring, SW1 akan bekerja, tegangan pada V- akan ditarik oleh VCC hingga R1. Setelah V- lebih tinggi dari VCC / 2, maka:

\begin{matrix} V - > V C C / 2 V + = V C C / 2 \end{matrix}} V_{o u t} = L o w

Sekarang Anda bisa mengatur V+ untuk menyesuaikan nilai sensitifitasnya, perlu diingat: semakin rendah tegangan V+, semakin tinggi sensitifitasnya

4. Percobaan [Kembali]

4.1 Prosedur percobaan

a.Siapkan semua alat dan bahan yang diperlukan dalam percobaan

b.baca setiap datasheet program

c. Pasangkan semua kompenen didalam rangkaian percobaan

d.Beri tegangan pada rangkaian

e. Atur posisi ground

f. Jalankan rangkaian

4.2 Prinsip rangkaian

Pada rangkaian ini saya menggunakan 2 gerbang and 2 gerbang or dan 2 inverter. Dimana output pada gerbang OR nantinya akan menjadi input dari gerbang and yang akan di inverskan dahulu oleh inverter dan output dari gerbang and akan menjadi sumber daya untuk menghidupkan transistor.

Pada saat kedua gerbang or diberi logika nol(low) maka mengeluarkan output low yang nantinya akan di inverskan oleh inverter menuju gelombang and diatas sehingga output low berubah menjadi high dan akan menjadi input high high bagi gerbang and. Karena gerbang and diberi input high high (1 1) maka gerbang and akan mengeluarkan arus yang nantinya arus akan diperkecil terlebih dahulu oleh resistor. Kemudian transistor akan aktif karena mererima arus > VBE sehingga ada arus dari collector ke emitter ke ground dan ada juga arus dari sumber dc menuju relay ke collector ,emitter dan ground sehingga relay berpindah dan rangkaian motor DC terhubung dan kipas aktif. Namun pada rangkaian gerbang and dibawah mati dikarenakan menerima input low low.

Pada saat kedua gerbang or mengeluarkan output high maka outputnya akan menjadi input bagi kedua gerbang and,dimana pada gerbang and diatas kedua output di invreskan oleh inverter menjadi low low sehingga gerbang and akan berlogika low dan tidak mengeluarkan arus dan kipas mati. Sedabgkan ada gerbang and dibawah output high high dari gerbang or akan menjadi inpuy bagi gerbang and (bawah) karena gerbang and diberi input high high maka gerbang and akan mengeluarkan output high dan akan mengeluarkan arus yang nantinya arus akan diperkecil terlebih dahulu oleh resistor. Kemudian transistor akan aktif karena mererima arus > VBE sehingga ada arus dari collector ke emitter ke ground dan ada juga arus dari sumber dc menuju relay ke collector ,emitter dan ground sehingga relay berpindah dan rangkaian lampu terhubung dan lampu menyala.

5. Rangkaian Simulasi [Kembali]

KONDISI AWAL

OUTPUT KEDUA GERBANG OR LOW

OUTPUT KEDUA GERBANG OR HIGH

6. Video [Kembali]