perancangan system pengaturan atap dan pemanas ruangan otomatis

BAB II
LANDASAN TEORI
2.1
Mikrokontroler AT89S51
Mikrokontroler, sebagai suatu terobosan teknologi mikrokontoler dan mikrokomputer,
hadir memenuhi kebutuhan pasar (market need) dan teknologi baru. Sebagai teknologi
baru, yaitu teknologi semikonduktor dengan kandungan transistor yang lebih banyak
namun hanya membutuhkan ruang kecil serta dapat diproduksi secara missal (dalam
jumlah banyak) sehingga harga menjadi lebih murah (dibandingkan mikroprosesor).
Sebagai kebetuhan pasar, mikrokontelor hadir untuk memenuhi selera industri dan para
konsumen akan kebutuhan dan keinginan alat-alat Bantu dan mainan yang lebih
canggih.
Ilustrasi yang mungkin bisa memberikan gambaran yang jelas dalam
penggunaan mikrokontroler adalah aplikasi mesin tiket dalam arena permainan yang
saat ini terkenal di Indonesia. Jika kita sudah selesai bermain, maka akan diberikan
suatu nilai, nilai inilah yang menentukan berapa jumlah tiket yang bisa diperoleh dan
jika dikumpulkan dapat ditukar dengan berbagai macam hadiah. Sistem tiket ini
ditangani dengan mikrokontroler, karena tidak mungkin menggunakan computer PC
yang harus dipasang disamping (atau di belakang) mesin permainan yang bersangkutan.
Universitas Sumatera Utara
Selain system tiket, kita juga dapat menjumpai aplikasi mikrokontroler dalam
bidang pengukuran jarak jauh atau ynag dikenal dengan system telemetri. Misalnya
pengukuran disuatu tempat yang membahayakan manusia, maka akan lebih nyaman jika
dipasang suatu system pengukuran yang bisa mengirimkan data lewat pemancar dan
diterima oleh stasiun pengamatan dari jarak yang cukup aman dari sumbernya. Sistem
pengukuran jarak jauh ini jelas membutuhkan suatu system akuisisi data sekaligus
system pengiriman data secara serial (melalui pemancar), yang semuanya itu bisa
diperoleh dari mikrokontroler yang digunakan.Pada Mikrokontroler ini terdapat memori
flash yang terintegerasi dalam system. Dapat ditulis ulang hingga 1000 kali.
Tidak seperti system komputer, yang mampu menangani berbagai macam
program aplikasi (misalnya pengolah kata, pengolah angka dan lain sebagainya),
mikrokontroler hanya bisa digunakan untuk satu aplikasi tertentu saja. Perbedaan
lainnya terletak pada perbandingan RAM-nya dan ROM. Pada system computer
perbandingan RAM dan ROM-nya besar, artinya program-program pengguna disimpan
dalam ruang RAM yang relative besar, sedangkan rutin-rutin antarmuka perangkat keras
disimpan dalam ruang ROM yang kecil. Sedangkan pada mikrokontroler, perbandingan
ROM dan RAM-nya yang besar artinya program control disimpan dalam ROM (bisa
Masked ROM atau Flash Programble and Erasable Read Only Memory/PEROM ) yang
ukurannya relatif lebih besar, sedangkan RAM digunakan sebagai tempat penyimpanan
sementara, termasuk register-register yang digunakan pada mikrokontroler yang
bersangkutan.
Beberapa fasilitas yang dimiliki oleh microcontroller AT89S51 adalah sebagai
berikut :
a. Sebuah Central Processing Unit 8 bit
Universitas Sumatera Utara
b. Osilatc : internal dan rangkaian pewaktu
c. RAM internal 128 byte
d. Flash memori 4 Kbyte
e. Lima buah jalur interupsi (dua buah interupsi eksternal dan tiga buah interupsi
internal)
f. Empat buah programable port I/0 yang masing-masing terdiri dari delapan buah
jalur I/0
g. Sebuah port serial dengan kontrol serial full duplex UART
h. Kemampuan untuk melaksanakan operasi aritmatika dan operasi logika
i.
Kecepatan dalam melaksanakan instruksi per siklus 1 mikrodetik pada frekuensi
12 MHz
2.1.1 Konstruksi AT89S51
Mikrokontroller AT89S51 hanya memerlukan tambahan 3 kapasitor, 1 resistor dan 1
kristal serta catu daya 5 volt. Kapasitor 10 micro-fard dan resistor 10 kilo Ohm dipakai
untuk membentuk rangkaian riset. Dengan adanya rangkaian riset ini AT89S51 otomatis
diriset begitu rangkaian menerima catu daya. Kristal dengan frekuensi maksimum 12
MHz dan kapasitor 30 piko-farad dipakai untuk melengkapi rangkaian oscilator
pembentuk clock yang menentukan kecepatan kerja Microcontroller.
Memori merupakan bagian yang sangat penting pada Microcontroller.
Microcontroller memiliki dua macam memori yang sifatnya berbeda :
Read Only Memory (ROM) yang isinya tidak berubah meskipun IC kehilangan
catu daya. Sesuai dengan keperluannya, dalam susunan MCS-51 memori penyimpanan
program ini dinamakan sebagai memori program.
Universitas Sumatera Utara
Random Access Memory (RAM) isinya akan sirna begitu IC kehilangan catu
daya, dipakai untuk menyimpan data pada saat program bekerja. RAM yang dipakai
untuk menyimpan data ini disebut sebagai memori data.
Ada berbagai jenis ROM. Untuk Microcontroller dengan program yang sudah
baku dan diproduksi secara massal, program diisikan kedalam ROM pada saat IC
Microcontroller dicetak dipabrik IC. Untuk keperluan tertentu Microcontroller
menggunakan ROM yang dapat diisi ulang atau Programble-Eraseable ROM yang
disingkat menjadi PROM (PEROM). Dulu banyak UV-EPROM (Ultra Violet Eraseable
Programble ROM) yang kemudian dinilai mahal dan ditinggalkan setelah ada flash
PEROM yang harganya jauh lebih murah.
Jenis memori yang dipakai untuk memori program AT89S51 adalah flash
PEROM, program untuk mengendalikan Microcontroller diisikan ke memori itu lewat
bantuan alat yang dinamakan sebagai AT89S51 flash PEROM Programmer.
Memori data yang disediakan dalam chip AT89S51 sebesar 128 kilo byte
meskipun hanya kecil saja tapi untuk banyak keperluan memori kapasitas itu sudah
cukup.
AT89S51 dilengkapi UART (Universal Asyncronous Receiver/Transmiter) yang
biasa dipakai untuk komunikasi data secara seri. Jalur untuk komunikasi data seri (RXD
dan TXD) diletakkan berhimpitan dengan P1.0 dan P1.1. pada kaki nomor 2 dan 3,
sehingga kalau sarana input/output bekerja menurut fungsi waktu. Clock penggerak
untaian pencacah ini bisa berasal dari oscillator kristal atau clock yang diumpan dari
luar lewat T0 dan T1/T0 dan T1 berhimpitan dengan P3.4 dan P3.5, sehingga P3.4 dan
P3.5 tidak bisa dipakai untuk jalur input/output paralel kalau T0 dan T1
dipakai..................(Gambar 2.1)
Universitas Sumatera Utara
AT89S51 mempunyai enam sumber pembangkit interupsi, dua diantaranya
adalah sinyal interupsi yang diumpankan ke kaki INT0 dan INT1. Kedua kaki ini
berhimpitan dangan P3.2 dan P3.3 sehingga tidak bisa dipakai sebagai jalur input/output
paralel kalau INT0 dan INT1 dipakai untuk menerima sinyal interupsi.
Port1 dan 2, UART, Timer 0, Timer 1 dan sarana lainnya merupakan yang
secara fisik merupakan RAM khusus, yang ditempatkan di Special Function Register
(SFR).
2.1.2 Pin-Pin Pada Microcontroller AT89S51
Deskripsi pin-pin pada Microcontroller AT89S51...................(Gambar 2.1)
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.1 Mikrokontroler AT89S51
VCC (Pin 40)
VCC berfungsi sebagai suplai tegangan.
GND (Pin 20)
GND berfungsi sebagai ground.
Port 0 (Pin 39-Pin 32)
Port 0 dapat berfungsi sebagai I/O biasa, low order multiplex address/data
ataupun penerima kode byte pada saat flash progamming Pada fungsi sebagai I/O biasa
port ini dapat memberikan output sink ke delapan buah TTL input atau dapat diubah
sebagai input dengan memberikan logika 1 pada port tersebut.
Pada fungsi sebagai low order multiplex address/data, por ini akan mempunyai
internal pull up. Pada saat flash progamming diperlukan eksternal pull up, terutamapada
saat verifikasi program.
Port 2 (Pin 21 – pin 28)
Port 2 berfungsi sebagai I/O biasa atau high order address, pada saat
mengaksememori secara 16 bit. Pada saat mengakses memori 8 bit, port ini akan
mengeluarkan isi dari P2 special function register. Port ini mempunyai internal pull up
dan berfungsi sebagai input dengan memberikan logika 1. Sebagai output, port ini dapat
memberikan output sink keempat buah input TTL.
Port 3 (Pin 10 – pin 17)
Port 3 merupakan 8 bit port I/O dua arah dengan internal pullup. Port 3 juga
mempunyai fungsi pin masing-masing, yaitu sebagai berikut:
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Fungsi Pin-Pin Mikrokontroler AT89S51
Nama pin
Fungsi
P3.0 (pin 10)
RXD (Port input serial)
P3.1 (pin 11)
TXD (Port output serial)
P3.2 (pin 12)
INTO (interrupt 0 eksternal)
P3.3 (pin 13)
INT1 (interrupt 1 eksternal)
P3.4 (pin 14)
T0 (input eksternal timer 0)
P3.5 (pin 15)
T1 (input eksternal timer 1)
P3.6 (pin 16)
WR (menulis untuk eksternal data memori)
P3.7 (pin 17)
RD (untuk membaca eksternal data memori)
RST (pin 9)
Reset akan aktif dengan memberikan input high selama 2 cycle.
ALE/PROG (pin 30)
Address latch Enable adalah pulsa output untuk me-latch byte bawah dari alamat
selama mengakses memori eksternal. Selain itu, sebagai pulsa input progam (PROG)
selama memprogam Flash.
PSEN (pin 29)
Progam Store Enable (PSE) digunakan untuk mengakses memori progam
eksternal.
EA (pin 31)
Pada kondisi low, pin ini akan berfungsi sebagai EA yaitu mikrokontroler akan
menjalankan progam yang ada pada memori eksternal setelah sistem direset. Jika
Universitas Sumatera Utara
kondisi high, pin ini akan berfungsi untuk menjalankan progam yang ada pada memori
internal. Pada saat flash progamming, pin ini akan mendapat tegangan 12 Volt.
XTAL1 (pin 19)
XTAL1 merupakan input untuk clock internal.
XTAL2 (pin 18)
XTAL2 merupkan output dari osilator.
(Afgianto,2004,“Belajar Mikrokontroler AT89S51/53/55 Teori dan Aplikasi”,Edisi
Kedua, Penerbit : Gava Media, Yogyakarta.)
2.2
Motor Langkah ( Motor Stepper )
Motor langkah (gambar 2.2) banyak digunakan dalam berbagai aplikasi, dipergunakan
apabila dikehendaki jumlah putaran yang tepat atau di perlukan sebagian dari putaran
motor. Suatu contoh dapat di jumpai pada disk drive, untuk proses pembacaan dan/atau
penulisan data ke/dari cakram(disk), head baca-tulis ditempatkan pada tempat yang
tepat di atas jalur atau track pada cakram, untuk head tersebut di hubungkan dengan
sebuah motor langkah.
Aplikasi penggunaan motor langkah dapat juga di jumpai dalam bidang industri
atau untuk jenis motor langkah kecil dapat di gunakan dalam perancangan suatu alat
mekatronik atau robot. Motor langkah berukuran besar digunakan, misalnya, dalam
proses pengeboran logam yang menghendaki ketepatan posisi pengeboran, dalam hal ini
di lakukan oleh sebuah robot yang memerlukan ketepatan posisi dalam gerakan
lengannya dan lain-lain.
Pada gambar 2.2 ditunjukkan dasar susunan sebuah motor langkah (stepper).
A
B
C
U
D
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2 Diagram Motor Stepper
Magnet permanen N-S berputar kearah medan magnet yang aktif. Apabila
kumparan stator dialiri arus sedemikian rupa, maka akan timbul medan magnet dan
rotor akan berputar mengikuti medan magnet tersebut.setiap pengalihan arus ke
kumparan berikutnya menyebabkan medan magnet berputar berputar menurut suatu
sudut tertentu, biasanya informasi besar sudut putar tertulis pada badan motor langkah
yang bersangkutan. Jumlah keseluruhan pengalihan menentukan sudut perputaran
motor.Jika pengalihan arus di tentukan, maka rotor akan berhenti pada posisi terakhir.
Jika kecepatan pengalihan tidak terlalu tinggi, maka slip akan dapat dihindari. Sehingga
tidak di perlukan umpan balik (feedback) pada pengendalian motor langkah.
Motor langkah yang akan di gunakan memiliki 4 fase (pole atau kutub),
pengiriman pulsa dari mikrokontroler ke rangkaian motor langkah dilakukan secara
bergantian, masing-masing 4 data (sesuai dengan jumlah phase-nya), sebagian di
tunjukkan pada gambar 2.3.
A
B
C
D
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3 Pemberian Data / Pulsa pada Motor Stepper
Pada saat yang sama ,untuk tiap motor langkah, tidak boleh ada 2 (dua) masukan
atau lebih yang mengandung pulsa sama dengan 1 (high), atau dengan kata lain, pada
suatu saat hanya sebuah masukan yang bernilai 1 (satu) sedangkan lainnya bernilai 0
(nol).
2.3
Rangkaian Driver Motor Stepper
Untuk mengendalikan perputaran motor stepper dibutuhkan sebuah driver. Driver ini
berfungsi untuk memutar motor stepper searah/berlawanan arah dengan arah jarum jam.
Mikrokontroler tidak dapat langsung mengendalikan putaran dari motor stepper, karena
itu dibutuhkan driver sebagai perantara antara mikrokontroler dan motor stepper,
sehingga perputaran dari motor stepper dapat dikendalikan oleh mikrokontroler.
Rangkaian driver motor stepper ditunjukkan pada gambar 2.4 berikut:
VCC
12V
A
330 
Tip 122
MOTOR
Stepper
VCC
12V
B
330 
Tip 122
Universitas Sumatera Utara
C
330 
Tip 122
Gambar 2.4 Rangkaian driver motor stepper
Rangkaian ini terdairi dari 4 buah transistor NPN TIP 122. Masing-masing
inputnya diberi nama A, B, C dan D. Basis dari masing-masing transistor diberi
tahanan 330 ohm untuk membatasi arus yang masuk ke transistor. Kolektor
dihubungkan dengan kumparan yang terdapat pada motor stepper, kemudian kumparan
dihubungkan dengan sumber tegangan 12 volt.dan emitor dihubungkan ke ground.
Jika A diberi logika high (1), yang berarti basis pada transistor
TIP 122
mendapat tegangan 5 volt, maka transistor akan aktip (saturasi). Hal ini akan
menyebabkan terhubungnya kolektor dengan emitor, sehingga kolektor mendapatkan
tegangan 0 volt dari ground. Hal ini menyebabkan arus akan mengalir dari sumber
tegangan 12 volt ke kumparan, sehingga kumparan akan menghasilkan medan magnet.
Medan magnet ini akan menarik motor, sehingga motor mengarah pada kumparan yang
memiliki medan magnet tesebut.
Jika kemudian A di beri logika low (0), yang berarti transistor tidak aktip dan
tidak ada arus yang mengair pada kumparan, sehingga tidak ada medan magnet pada
kumparan. Dan disisi lain B diberi logika high (1), sehingga kumparan yang terhubung
ke B akan menghasilkan medan magnet. Maka motor akan beralih kearah kumparan
yang terhubung ke B tersebut. Seterusnya jika logika high diberikan secara bergantian
Universitas Sumatera Utara
pada input dari driver motor stepper, maka motor stepper akan berputar sesuai dengan
arah logika high (1) yang diberikan pada inputnya.
Untuk memutar dengan arah yang berlawanan dengan arah yang sebelumnya,
maka logika high (1) pada input driver motor stepper harus diberikan secara bergantian
dengan arah yang berlawanan dengan sebelumnya.
2.4
LDR (Light Dependent Resistor)
LDR merupakan suatu sensor yang apabila terkena cahaya maka tahanannya akan
berubah. Biasanya LDR dibuat berdasarkan kenyataan bahwa film kadmium sulfid
mempunyai tahanan yang besar kalau tidak terkena cahaya dan tahanannya akan
menurun kalau permukaan film itu terkena sinar.
Gambar 2.5 LDR (Light Dependent Resistor)
Resistor peka cahaya atau fotoresistor adalah komponen elektronik yang
resistansinya akan menurun jika ada perubahan intensitas cahaya yang mengenai
fototransistor dapat merujuk pula pada Light Devendent Resistor (LDR), atau
fotokonduktor.
Fotoresistor dibuat dari semikonduktor berresistansi tinggi. Jika cahaya yang
Universitas Sumatera Utara
mengenai mempunyai frekuensi yang cukup tinggi, foton yang diserap oleh
semikonduktor akan menyebabkan elektron memiliki energi yang cukup untuk meloncat
kepita konduksi. Elektron bebas yang dihasilkan akan mengalirkan listrik, sehingga
menurunkan resistansinya.
Besar tahanan LDR/fotoresistor dalam kegelapan mencapai jutaan ohm dan
turun sampai beberapa ratus ohm dalam keadaan terang. LDR dapat digunakan dalam
suatu jaringan kerja pembagi potensial yang menyebabkan terjadinya perubahan
tegangan kalau sinar yang datang berubah.
2.5. Komponen-Komponen Pendukung
2.5.1., Resistor
Resistor komponen pasif elektronika yang berfungsi untuk membatasi arus listrik yang
mengalir. Berdasarkan kelasnya resistor dibagi menjadi 2 yaitu : Fixed Resistor dan
Variable R esistor Dan umumnya terbuat dari carbon film atau metal film, tetapi tidak
menutup kemungkinan untuk dibuat dari material yang lain.
Pada dasarnya semua bahan memiliki sifat resistif namun beberapa bahan
tembaga perak emas dan bahan metal umumnya memiliki resistansi yang sangat
kecil. Bahan–bahan tersebut menghantar arus listrik dengan baik, sehingga
dinamakan konduktor. Kebalikan dari bahan yang konduktif, bahan material seperti
karet, gelas, karbon memiliki resistansi yang lebih besar menahan aliran elektron
dan disebut sebagai insulator.
Universitas Sumatera Utara
2.5.1.1 Fixed Resistor
Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk
membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian. Sesuai dengan
namanya resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Tipe
resistor yang umum berbentuk tabung porselen kecil dengan dua kaki tembaga dikiri
dan kanan. Pada badannya terdapat lingkaran membentuk gelang kode warna untuk
memudahkan pemakai mengenali besar resistansi tanpa mengukur besarnya dengan
ohm meter. Kode warna tersebut adalah standar menufaktur yang dikeluarkan oleh
ELA (Electronic Industries Association).
Gambar 2.6 Resistor k
Tabel 2.2 Gelang Resistor
WARNA
GELANG I
GELANG II
GELANG III
GELANG
IV
Hitam
0
0
1
-
Coklat
1
1
10
-
Merah
2
2
100
-
Jingga
3
3
1000
-
Kuning
4
4
10000
-
Hijau
5
5
100000
-
Biru
6
6
1000000
-
Universitas Sumatera Utara
Violet
7
7
10000000
-
Abu-abu
8
8
100000000
-
Putih
9
9
1000000000
-
Emas
-
-
0,1
5%
Perak
-
-
0,01
10%
Tanpa Warna
-
-
-
20%
Resitansi dibaca dari warna gelang yang paling depan ke arah gelang
toleransi berwarna coklat, emas, atau perak. Biasanya warna gelang toleransi ini
berada pada bahan resistor yang paling pojok atau juga dengan lebar yang lebih
menonjol, sedangkan warna gelang yang keempat agak sedikit ke dalam. Dengan
demikian pemakai sudah langsung mengetahui berapa toleransi dari resitor tersebut.
Kalau anda telah bisa menentukan mana gelang pertama selanjutnya adalah
membaca nilai resistansinya.
Biasanya resistor dengan toleransi 5%, 10% atau 20% memiliki gelang (tidak
termasuk gelang toleransi). Tetapi resistor dengan toleransi 1% atau 2% (toleransi
kecil) memiliki 4 gelang (tidak termasuk gelang toleransi). Gelang pertama dan
seterusnya berturut-turut menunjukkan besar nilai satuan, dan gelang terakhir
adalah faktor penggalinya.
2.5.1.2 Variable Resistor
Untuk kelas resistor yang kedua ini terdapat 2 tipe. Untuk tipe pertama dinamakan
variable resistor dan nilainya dapat diubah sesuai keinginan dengan mudah dan sering
digunakan untuk pengaturan volume, bass, balance, dll. Sedangkan yang kedua adalah
semi-fixed resistor. Nilai dari resistor ini biasanya hanya diubah pada kondisi tertentu
Universitas Sumatera Utara
saja. Contoh penggunaan dari semi-fixed resistor adalah tegangan referensi yang
digunakan untuk ADC, fine tune circuit, dll. Ada beberapa model pengaturan nilai
Variable resistor, yang sering digunakan adalah dengan cara nya terbatas sampai 300
derajat putaran. Ada beberapa model variable resistor yang harus diputar berkali – kali
untuk mendapatkan semua nilai resistor. Model ini dinamakan “Potentiometers” atau
“Trimmer Potentiometers”.
Gambar 2.7 Potensiometer
Pada gambar 2.3 di atas untuk bentuk 3 biasanya digunakan untuk volume
kontrol. Bentuk yang ke 2 merupakan semi fixed resistor dan biasanya di pasang pada
PCB (Printed Circuit Board). Sedangkan bentuk 1 dpotentiometers. Ada 3 tipe didalam
perubahan nilai dari resistor variabel, perubahan tersebut dapat dilihat pada gambar 2.4.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.8 Grafik Perubahan Nilai Pada Potensiometer
Pada saat tipe A diputar searah jarum jam, awalnya perubahan nilai resistansi
lambat tetapi ketika putarannya mencapai setengah atau lebih nilai perubahannya
menjadi sangat cepat. Tipe ini sangat cocok dengan karakteristik telinga manusia.
Karena telinga sangat peka ketika membedakan suara dengan volume yang lemah, tetapi
tidak terlalu sensitif untuk membedakan perubahan suara yang keras. Biasanya tipe A
ini juga disebut sebagai “Audio Taper” potensiometer. Untuk tipe B perubahan
resistansinya adalah linier dan cocok digunakan untuk Aplikasi Balance Control,
resistance value adjustment in circuit, dll. Sedangkan untuk tipe C perubahan
resistansinya kebalikan dati tipe A.
2.5.2. Kapasitor
Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan
listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh
suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara
vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan
listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki elektroda
metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung
metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutup
negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutup positif
karena terpisah oleh bahan elektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini
“tersimpan” selama tidak ada konduktif pada ujung- ujung kakinya. Di alam bebas
phenomena kapasitor terjadi pada saat terkumpulnya muatan-muatan positif dan
negatif diawan.
Universitas Sumatera Utara
dielektrik
Elektroda
Elektroda
Gambar 2.9 Skema kapasitor.
Kapasitor merupakan komponen pasif elektronika yang sering dipakai didalam
merancang suatu sistem yang berfungsi untuk mengeblok arus DC, Filter, dan
penyimpan energi listrik. Didalamnya 2 buah pelat elektroda yang saling berhadapan
dan dipisahkan oleh sebuah insulator. Sedangkan bahan yang digunakan sebagai
insulator dinamakan dielektrik. Ketika kapasitor diberikan tegangan DC maka energi
listrik disimpan pada tiap elektrodanya. Selama kapasitor melakukan pengisian, arus
mengalir. Aliran arus tersebut akan berhenti bila kapasitor telah penuh. Yang
membedakan tiap - tiap kapasitor adalah dielektriknya. Berikut ini adalah jenis– jenis
kapasitor yang dipergunakan dalam perancangan ini.
2.5.2.1 Elektrolik Kapasitor (ELCO)
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.10 Electrolytic Capacitor (ELCO)
Elektroda dari kapasitor ini terbuat dari alumunium yang menggunakan membrane
oksidasi yang tipis. Karakteristik utama dari Electrolytic Capacitor adalah perbedaan
polaritas pada kedua kakinya. Dari karakteristik tersebut kita harus berhati- hati di
dalam pemasangannya pada rangkaian, jangan sampai terbalik. Bila polaritasnya
terbalik maka akan menjadi rusak bahkan “meledak”. Biasanya jenis kapasitor ini
digunakan pada rangkaian power supply. Kapasitor ini tidak bisa digunakan pada
rangkaian frekuensi tinggi. Biasanya tegangan kerja dari kapasitor dihitung dengan cara
mengalikan tegangan catu daya dengan 2. Misalnya kapasitor akan diberikan catu daya
dengan tegangan 5 Volt, berarti kapasitor yang dipilih harus memiliki tegangan kerja
minimum 2 x 5 = 10 Volt.
2.5.2.2 Kapasitor Keramik
Kapasitor menggunakan bahan titanium acid barium untuk dielektriknya. Karena tidak
dikonstruksi seperti koil maka komponen ini dapat digunakan pada rangkaian frekuensi
tinggi. Biasanya digunakan untuk melewatkan sinyal frekuensi tinggi menuju ke
ground. Kapasitor ini tidak baik digunakan untuk rangkaian analog, karena dapat
mengubah bentuk sinyal. Jenis ini tidak mempunyai polaritas dan hanya tersedia dengan
nilai kapasitor yang sangat kecil dibandingkan dengan kedua kapasitor diatas.
Gambar 2.11 Ceramic Capacitor
Universitas Sumatera Utara
Untuk mencari nilai dari kapasitor biasanya dilakukan dengan melihat angka/kode yang
tertera pada badan kapasitor tersebut. Untuk kapasitor jenis elektrolit memang mudah,
karena nilai kapasitansinya telah tertera dengan jelas pada tubuhnya. Sedangkan untuk
kapasitor keramik dan beberapa jenis yang lain nilainya dikodekan. Biasanya kode
tersebut terdiri dari 4 digit, dimana 3 digit pertama merupakan angka dan digit terakhir
berupa huruf yang menyatakan toleransinya. Untuk 3 digit pertama angka yang terakhir
berfungsi untuk menentukan 10n, nilai n dapat dilihat pada tabel 2.3
Tabel 2.3 Nilai Kapasitor
3rd Digit
Multiplier
Letter
Tolerance
0
1
D
0.5 pF
1
10
F
1%
2
100
G
2%
3
1,000
H
3%
4
10,000
J
5%
5
100,000
K
10 %
6,7
Not Used
M
20 %
8
.01
P
+100, -0 %
9
1
Z
+80, -20 %
Universitas Sumatera Utara
Misalnya suatu kapasitor pada badannya tertulis kode 474J, berarti nilai kapasitansinya
adalah 47 + 104 = 470.000 pF = 0.47µF sedangkan toleransinya 5%. Yang harus diingat
didalam mencari nilai kapasitor adalah satuannya dalam pF (Pico Farad).
2.5.3 Transistor
Transistor adalah komponen elektronika yang mempunyai tiga buah terminal.
Terminal itu disebut emitor, basis, dan kolektor. Transistor seakan-akan dibentuk
dari penggabungan dua buah dioda. Dioda satu dengan yang lain saling
digabungkan dengan cara menyambungkan salah satu sisi dioda yang senama.
Dengan cara penggabungan seperti dapat diperoleh dua buah dioda sehingga
menghasilkan transistor NPN.
Bahan mentah yang digunakan untuk menghasilkan bahan N dan bahan P
adalah silikon dan germanium. Oleh karena itu, dikatakan :
1. Transistor germanium PNP.
2. Transistor silikon NPN.
3. Transistor silikon PNP.
4. Transistor germanium NPN.
Semua komponen di dalam rangkaian transistor dengan simbol. Anak panah
yang terdapat di dalam simbol menunjukkan arah yang melalui transistor.
C
C
B
B
Universitas Sumatera Utara
E
E
Gambar 2.12 simbol tipe transistor
Keterangan :
C = kolektor
E = emiter
B = basis
Didalam pemakaiannya transistor dipakai sebagai komponen saklar
(switching) dengan memanfaatkan daerah penjenuhan (saturasi) dan daerah
penyumbatan (cut off) yang ada pada karakteristik transistor.
Pada daerah penjenuhan nilai resistansi persambungan kolektor
emiter secara ideal sama dengan nol atau kolektor dan emiter terhubung langsung
(short). Keadaan ini menyebabkan tegangan kolektor emiter (VCE) = 0 Volt pada
keadaan ideal, tetapi pada kenyataannya VCE bernilai 0 sampai 0,3 Volt. Dengan
menganalogikan transistor sebagai saklar, transistor tersebut dalam keadaan on
seperti pada gambar 2.6
Vcc
Vcc
IC
R
RB
Saklar On
VCE
VB
IB
VBE
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.13 Transistor sebagai Saklar ON
Saturasi pada transistor terjadi apabila arus pada kolektor menjadi
maksimum dan untuk mencari besar arus basis agar transistor saturi adalah :
I max =
Vcc
……………………………………………..…………….(2.1)
Rc
hfe . I B =
IB =
Vcc
………………………………………….…………….(2.2)
Rc
Vcc
………………………………………………………….(2.3)
hfe . Rc
Hubungan antara tegangan basis (VB) dan arus basis (IB) adalah :
IB =
VB − VBE
……………………………………………………….(2.4
RB
)
VB = IB . RB +
VBE…………………………………………………..(2.5)
VB =
Vcc . R B
+ VBE …………………………………………………(2.
hfe . Rc
5)
Jika tegangan VB telah mencapai VB =
Vcc . R B
+ VBE , maka transistor akan
hfe . Rc
saturasi, dengan Ic mencapai maksimum.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6 dibawah ini menunjukkan apa yang dimaksud dengan VCE (sat)
adalah harga VCE pada beberapa titik dibawah knee dengan posisi tepatnya
ditentukan pada lembar data. Biasanya VCE (sat) hanya beberapa perpuluhan volt,
walaupun pada arus kolektor sangat besar bisa melebihi 1 volt. Bagian dibawah knee
pada gambar 2.7 dikenal sebagai daerah saturasi.
IC
Penjenuhan
(saturation)
IB > IB (sat)
IB = IB (sat)
Vcc
Rc
IB
Titik Sumbat (Cut
off)
IB = 0
VCE
Gambar 2.14 Karakteristik daerah saturasi pada transistor
Pada daerah penyumbatan,nilai resistansi persambungan kolektor emiter
secara ideal sama dengan tak terhitung atau terminal kolektor dan emiter terbuka
(open).
Keadaan ini menyebabkan tegangan (VCB) sama dengan tegangan sumber
(Vcc). Tetapi pada kenyataannya Vcc pada saat ini kurang dari Vcc karena terdapat
arus bocor dari kolektor ke emiter. Dengan menganalogikan transistor sebagai
saklar, transistor tersebut dalam keadaan off seperti gambar 2.15.
Vcc
Vcc
IC
R
RB
Saklar Off
VCE
VB
IB
VBE
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.15 Transistor Sebagai Saklar OFF
Keadaan penyumbatan terjadi apabila besar tegangan habis (VB)
sama
dengan tegangan kerja transistor (VBE) sehingga arus basis (IB) = 0 maka :
IB =
IC
……………………………………………………………(2.6)
hfe
IC = IB . hfe ….………………………………………………………(2.7)
IC = 0 . hfe ………..…………………………………………………(2.8)
IC = 0 ………………………………………………………………..(2.9)
Hal ini menyebabkan VCE sama dengan Vcc dapat dibuktikan dengan rumus :
Vcc = Vc + VCE …………..…………………………………………(2.10)
VCE = Vcc – (Ic . Rc) …..……………………………………………(2.11)
VCE = Vcc …..………………………………………………………(2.12)
2.5.4 Kristal
Kristal adalah komponen yang dibuat dari bahan alam yang menunjukkan efek
piezoelektrik, sehingga sering disebut Kristal Piezoelektrik. Bahan utama kristal yang
dapat menimbulkan efek Piezoelektrik adalah garam rachelle, tourmaline dan qualte.
Dalam sebuah kristal Piezoelektrik, biasanya qualeze, mempunyai elektrodaelektroda yang dilapiskan pada permukaan yang berhadapan, dan apabila diberikan
suatu potensial pada elektroda-elektroda nya maka gaya akan bekerja pada muatanmuatan yang terikat pada kristal.
Universitas Sumatera Utara
Apabila komponen ini dipasang dengan benar, maka dalam kristal akan terjadi
deformasi-deformasi sehingga terbentuk suatu sistem elektromekanik yang akan
bergetar bila dibandingkan dengan benar. Frekuensi, resonansi dan nilai Q-nya
tergantung pada dimensi kristal, orientasi permukaan pada sumbu-sumbu kristal dan
bagaimana komponen tersebut dipasang (Mountet). Jangkauan frekuensinya dari
beberapa KHz sampai beberapa MHz. dan jangkauan nilai Q (resonansi pararel)-nya
yang beberapa ribu sampai beberapa ratus ribu data diperoleh secara komersial.
Dengan nilai Q yang sangat tinggi dan dari kenyataan bahwa karakteristik quartz
sangat stabil terhadap waktu dan temperature, maka kristal akan menghasilkan stabilitas
frekuensi pada osilator-osilator yang dibangun dengan menggunakan kristal.
Pada hakikatnya frekuansi dari suatu osilator kristal hanya ditentukan oleh
kristalnya dan tidak oleh komponen lainnya.
Gambar 2.16 Lambang Kristal
(Malvino, Albert Paul, 2003,”Prinsip-Prinsip Elektronika, Jilid 1&2”, Edisi Pertama,
Penerbit : Salemba Teknika, Jakarta.)
Universitas Sumatera Utara