Komparator Inverting dengan Vref = + = o

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

b) Rangkaian simulasi

c) Video Simulasi

6. Download File

1. Pendahuluan[kembali]

Komparator pembalik dengan Vref = + adalah rangkaian elektronik yang membandingkan tegangan input dengan tegangan referensi positif (Vref) dan menghasilkan output 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 respon pembalik, 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 pembanding pembalik
Dapat mensimulasikan rangkaian pembanding pembalik

3. Alat dan Bahan[kembali]

Sebuah LAT :

Baterai

Baterai adalah perangkat yang terdiri dari satu atau lebih sel elektrokimia dengan koneksi eksternal yang digunakan untuk memberi daya pada perangkat listrik (sumber energi listrik).

Spesifikasi dan Pinout Baterai

Tegangan masukan: ac 100~240v / dc 10~30v

Tegangan keluaran: DC 1~35V

Arus masukan maks: dc 14a

Arus pengisian: 0,1~10a

Arus pelepasan: 0.1~1.0a

Arus keseimbangan: maks. 1,5a/sel

Daya pelepasan maks.: 15w

Daya pengisian daya maks.: ac 100w / dc 250w

Jenis baterai yang didukung: life, lilon, lipo 1~6s, lihv 1-6s, pb 1-12s, nimh, cd 1-16s

Ukuran: 126x115x49mm

Berat: 460gr

Voltmeter arus searah

Merupakan alat untuk mengukur tegangan pada suatu rangkaian. Dalam kegunaanya kita memparalelkan voltmeter dengan rangkaian yang ingin diukur besar tegangannya. Jika tegangan berupa tegangan DC maka pengalinya di atur pada bagian DC, dan jika AC maka di atur pada bagian AC. Hasil pada layar akan dikalikan dengan pengayanya terlebih dahulu, maka akan muncul nilai tegangan pada rangkaian.

spesifikasi :

keterangan :

Potensiometer

Potensiometer adalah resistor tiga terminal dengan sambungan geser yang membentuk pembagi tegangan yang dapat disetel. Jika hanya dua terminal yang digunakan, potensiometer berperan sebagai resistor variabel atau Rheostat.

spesifikasi :

BAHAN :

Penghambat

Resistor adalah komponen elektronika pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian elektronika (V=IR). Jenis Resistor yang digunakan disini adalah Resistor Tetap, dimana merupakan resistor dengan nilai tetap yang terdiri dari film tipis karbon yang dilekatkan pada substrat isolator kemudian dipotong berbentuk spiral. Keuntungan jenis resistor tetap ini dapat menghasilkan resistor dengan resistensi yang lebih rendah.

Spesifikasi :

Sensor Suhu NTC

Digunakan untuk mendeteksi suhu ruangan dengan output sebesar 10mV/Celcius.

Spesifikasi:

- Resistansi pada suhu 25 derajat C: 10K +- 1%

- Nilai B (konstanta material) = 3950+- 1%

- Faktor disipasi (tingkat kehilangan energi dari suatu mode osilasi) δ th = (di udara) sekitar 7,5 mW/K

- Konstanta waktu pendinginan termal <= (di udara) 20 detik

- Kisaran suhu termistor -55 °C hingga 125 °C

Rangkaian Op Amp IC LM741

Op-amp merupakan salah satu bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai penguat sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang saling terhubung dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional.

konfigurasi LM741 :

spesifikasi :

Sensor Foto Cahaya

spesifikasi :

Tegangan : DC 5V 9V.
· Radius : 180 derajat.
· Jarak deteksi: 5-7 meter.
· Keluaran : TTL Digital.
· Dimensi : 3,2 cm x 2,4 cm x 2,3 cm.
· Berat : 10 gr.

4. Dasar Teori[kembali]

PEMBALIK KOMPARATOR

Dengan Vref =+

Misalkan tegangan output Vo = +V sat seperti gambar 94 maka dapat dihitung tegangan ambang atas V UT :

Bentuk gelombang tegangan output Vo seperti pada gambar 96 dan gambar 97 dan karakteristik IO seperti pada gambar 98 dan gambar 99.

Saat Vo bernilai positif

Vsine akan mengeluarkan gelombang input yang kemudian diteruskan ke kaki inverting op-amp dan terus ke tegangan referensi yang bernilai positif. Jika V i < V UT maka V o bernilai + dan jika V i ≥ V UT maka V o bernilai –

OP-AMP

Detektor Non Pembalik

Rangkaian detektor non inverting dengan tegangan input Vi berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi Vref > 0 Volt adalah seperti gambar berikut :

Dengan menggunakan persamaan (1) maka Vi = V1 dan +Vref = V2 sehingga terbentuk gelombang tegangan output Vo

Dengan Vi > 0 maka Vo = +Vsat dan sebaliknya bila Vi < 0 maka Vo = -Vsat.

Penguat Pembalik

Tidak Membalik

Rumus:

Pembanding

Rumus:

Ular berbisa

Rumus:

Bentuk Gelombang

DIODA

Spesifikasi :

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 semikonduktor tipe-P dan semikonduktor tipe-N. Ketika kedua bahan ini digabungkan, terbentuk lapisan kecil lain di antaranya yang disebut lapisan penipisan. Ini karena lapisan tipe-P memiliki lubang 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 penghalang ini disebut lapisan penipisan.

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 lubang ke daerah tipe-P dan tegangan negatif akan memompa lebih banyak elektron ke daerah tipe-N yang menyebabkan lapisan penipisan 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 lubang dari tegangan positif yang membuat lapisan penipisan 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 dapat dibagi menjadi beberapa jenis:

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.

untuk menentukan arus zenner berlaku persamaan :

keterangan :

Pada grafik terlihat bahwa pada tegangan di bawah ambang batas tegangan mundur (reverse), sebuah dioda akan tembus (menghantar) dan tidak dapat menahan lagi. Batasan ini disebut dengan area tegangan breakdown dioda. Kondisi dioda pada area ini 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 menahan atau tidak mengalirkan arus listrik.

TRANSISTOR

Konfigurasi Common Base adalah konfigurasi yang kaki basisnya 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). Jika 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 Kolektornya 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 dipakai bersama untuk INPUT dan OUTPUT. Pada Konfigurasi Common Emitter ini, sinyal INPUT dimasukan ke Basis dan sinyal OUTPUT-nya diperoleh dari kaki Kolektor.

LED (Dioda Pemancar Cahaya)

Seperti dikatakan sebelumnya, LED merupakan keluarga 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 ketika tegangan maju (bias maju) dialihkan dari Anoda menuju Katoda.

LED terdiri dari sebuah chip semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan sambungan P dan N. Yang dimaksud dengan proses doping dalam semikonduktor adalah proses untuk menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor murni sehingga menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. Ketika LED mengalirkan tegangan maju atau bias maju yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K), Kelebihan Elektron pada material N-Type akan berpindah ke wilayah kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah bermuatan positif (material P-Type). Saat Elektron berlompatan dengan Hole akan melepaskan foton dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).

LED atau Light Emitting Diode yang memancarkan cahaya ketika menyalurkan 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 mempunyai keakuratan yang 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 dari proteus :

Respon sensor :

SENSOR FOTO

Foto 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 digunakan untuk memberikan arus pada Kolektor. Namun khusus untuk Foto 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 dasarnya berbentuk lensa yang berfungsi sebagai sensor pendeteksi cahaya.

Pada prinsipnya, apabila Terminal Basis pada Foto Transistor menerima intensitas cahaya yang tinggi, maka arus yang mengalir dari Kolektor ke Emitor akan semakin besar. untuk lebih jelasnya, lihat pembuatan simulasi rangkaian sederhana di bawah.

NTC atau TERMISTOR

Termistor adalah salah satu jenis resistor yang nilai resistansinya atau nilai hambatannya dipengaruhi oleh suhu (temperatur). Termistor memiliki 2 jenis, yaitu termistor NTC (koefisien suhu negatif) dan PTC (koefisien suhu positif).

Tahanan pada thermistor yaitu 0,5W – 75W, mempunyai resolusi awal 0,3 C , mempunyai rentang nilai resistansi yang luas berkisar dari 2000 ohm - 10000 ohm. Pada thermistor NTC, nilai resistansinya akan turun jika suhu mendekati 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 di belakang 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[kembali]

Untuk membuat rangkaian ini, pertama-tama, siapkan semua alat dan bahan yang bersangkutan, diambil dari library proteus.
Tempatkan semua alat dan bahan sesuai dengan posisi di mana alat dan bahan berada.
Tepatkan posisinya dengan gambar rangkaian
Selain itu, menghubungkan semua alat dan bahan menjadi suatu rangkaian yang utuh.
Lalu mencoba menjalankan rangkaian

b) Rangkaian simulasi [kembali]

Keseluruhan Rangkaian Aplikasi Komparator Inverting

Lampu Ruangan Otomatis

Tegangan input diperoleh 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 dilanjutkan 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 keadaan relay negatif. akan berada pada posisi kiri yang membuat lampu menyala berarti kondisinya sedang gelap dan dibutuhkan lampu untuk menyala.

Kemudian pada kondisi kedua saat lampu masih cukup banyak maka tegangan keluaran dari op amp bernilai positif sebab nilai tegangan di kaki non inverting lebih besar dari kaki inverting yang membuat tegangan kelaurannya positif dan mengakibatkan transitor menyala dan switch bergeser dari kiri ke kanan sehingga lampu mati.

Pendingin Ruangan Otomatis

Ketika 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 tempat yang membuat mesin pendingin menyala.

Ketika suhu <24 derajat maka tegangan yang dihasilkan 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 ke kanan dan mesin pendingin akan mati.

Penghangat Ruangan Otomatis

Sensor Lm 35 meneruskan tegangannya menuju kaki non inverting rangkaian penguat non inverting dengan penguatan 8 kali, kemudian diteruskan menuju kaki inverting rangkaian 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 pada Vut (Vi>Vut) maka Vo yang diterima 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 pada Vut (Vi<Vut) maka Vo yang diterima 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 [kembali]