BAB II LANDASAN TEORI

BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Sensor Cahaya
Sensor cahaya adalah alat yang digunakan untuk merubah besaran
cahaya menjadi besaran listrik. Prinsip kerja dari alat ini adalah mengubah
energi dari foton menjadi elektron. Idealnya satu foton dapat membangkitkan
satu elektron.
Salah satu jenis sensor cahaya adalah LDR (Light Dependent
Resistor). LDR adalah sensor resistansi yang bervariasi dengan intensitas
cahaya. Fotoresistor dibuat dari semikonduktor beresistansi tinggi yang tidak
dilindungi dari cahaya. Jika cahaya yang mengenai mempunyai intensitas
yang cukup tinggi, foton yang diserap oleh semikonduktor akan
menyebabkan elektron memiliki energi yang cukup kuat untuk meloncat ke
pita konduksi. Elektron bebas yang dihasilkan akan mengalirkan listrik,
sehingga menurunkan resistensinya.
Kebanyakan penurunan resistansi dengan meningkatnya intensitas
cahaya. Dalam aplikasi rangkain elektrik, resistansi harus dikonversi ke
tegangan sehingga konverter A2D bisa mengukurnya. Cara termudah
melakukannya dengan rangkaian pembagi tegangan.
5
6
Gambar 2.1 LDR
Sebuah pembagi tegangan hanya dua resistor secara seri dihubungkan antara
tegangan suplai dan ground. Jika R1 terhubung ke catu tegangan dan R2
terhubung ke ground maka tegangan pada persimpangan antara dua resistor
adalah:
R1
R2
R1
R2
Gambar 2.2 Gambar Rangkaian Pembagi Tegangan
Jika R1 adalah fotoresistor, tegangan akan meningkat dengan meningkatnya
intensitas cahaya. Jika R2 fotoresistor, tengangan akan menurun dengan
intensitas cahaya meningkat. Namun perlu diingat bahwa respon dari
rangkaian resistor akan sangat tergantung pada nilai LDR yang digunakan.
Lebih tinggi nilai tahanannya akan lebih cepat respon rangkaian. Akan lebih
mudah mengatur respon rangtkaian bila kita menggunakan Op-Amp sebagai
penguat atau saklar pada rangkaian LDR. Kita bisa menggunakan berbagai
7
macam Op-Amp yang tersedia. Tergantung pada aplikasi rangkaian yang kita
buat. Apakah keluarn Op-Amp akan tinggi saat LDR tidak mendapatkan
cahaya atau keluaran Op-Amp akan mencapai tegangan suplai pada saat LDR
mendapat cahaya. Gunakan rangkaian dasar Op-Amp Inverse dan NonInverse.
Sensor cahaya berfungsi untuk mengubah intensitas sinar/cahaya menjadi
konduktivitas/arus litrik.
Jenis-jenis sensor cahaya:
a. Fotovoltaic (Solar Cell/Fotocell)
Berfungsi untuk mengubah sinar matahari menjadi arus listrik DC.
Tegangan yang dihasilkan sebanding dengan intensitas cahaya yang
mengenai permukaan solar cell. Semakin kuat sinar matahari tegangan dan
arus listrik Dc yang dihasilkan semakin besar.
Simbol Solar Cell:
Gambar 2.3 Simbol Solar Cell
Bahan pembuat solar cell adalah silicon, cadmium sullphide, gallium
arsenide dan selenium.
Gambar penampang solar cell :
Gambar 2.4 Penampang Solar Cell
8
Depletion layer adalah pertemuan antara substrat tipe P dan subtrat tipe N.
Prinsip kerja: Bila cahaya jatuh pada solar cell, depletion layer akan
berkurang dan elektron berpindah melalui hubungan “pn”. Besarnya arus
yang mengalir sebanding dengan perpindahan elektron yang ditentukan
intensitas cahayanya.
b. Fotoconductiv
Berfungsi untuk mengubah intensitas cahaya menjadi perubahan
konduktivitas. Kebanyakan komponen ini erbuat dari bahan cadmium
selenoide atau cadmium sulfide.
Tipe-tipe Fotoconductiv:
LDR (Light Dependent Resistor)
Berfungsi untuk mengubah itensitas cahaya menjadi hambatan listrik.
Semakin banyak cahaya yang mengenai permukaan LDR hambatan listrik
semakin besar.
Simbol LDR :
Gambar 2.5 Simbol LDR
c. Fotodiode
Berfungsi untuk mengubah intensitas cahaya menjadi konduktivitas dioda.
Fotodiode sejenis dengan dioda pada umummya, perbedaannya pada
fotodiode ini adalah dipasangnya sebuah lensa pemfokus sinar untuk
memfokuskan sinar jatuh pada pertemuan ”pn”.
9
Simbol Fotodiode :
Gambar 2.6 Simbol Fotodiode
Prinsip kerja : Energi pancaran cahaya yang jatuh pada pertemuan “pn”
menyebabkan sebuah elektron berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi.
Elektron berpindah ke luar dari valensi band meninggalkan hole sehingga
membangkitkan pasangan elektron bebas dan hole.
d. Fototransistor
Berfungsi untuk mengubah intensitas cahaya menjadi konduktivitas
transistor.
Fototransistor sejenis
dengan
transistor pada umummya.
Bedaannya, pada fototransistor dipasang sebuah lensa pemfokus sinar pada
kaki basis untuk memfokuskan sinar jatuh pada pertemuan ”pn”.
Simbol Fototransistor :
Gambar 2.7 Fototransistor
2.2 IC Counter
Dalam elektronik, counter dapat diimplementasikan dengan mudah
menggunakan register-jenis sirkuit seperti flip-flop, dan berbagai macam
klasifikasi ada, salah satunya adalah Up / Down counter yang dianggap baik
atas dan ke bawah, di bawah kontrol input kontrol. Up/ Down counter adalah
sbuah counter yang dapat mengubah keadaan di kedua arah, di bawah kendali
input atas / bawah pemilih, dikenal sebagai up / down counter. Ketika pemilih
10
dalam keadaan up, counter akan menambahkan nilainya. Ketika pemilih
dalam keadaan down, decrements kontra menghitung.
Semua counter memerlukan sinyal clock sebuah 'persegi gelombang'
untuk membuat mereka menghitung. Ini adalah bentuk gelombang digital
dengan transisi yang tajam antara rendah (0V) dan tinggi (Vs), seperti output
dari rangkaian astabil 555.
Kebanyakan
saklar
bangkit
ketika
kontak
dekat
memberikan
serangkaian cepat pulsa. Menghubungkan switch langsung ke input clock
biasanya akan memberikan beberapa hitungan saat saklar dioperasikan sekali!
Salah satu cara untuk 'menghilangkan bounce' switch adalah untuk
membuatnya memicu rangkaian monostable 555 dengan jangka waktu
singkat (seperti 0.1s) dan menggunakan output monostable untuk mendorong
clock input.
Diagram blok animasi menunjukkan sinyal clock mengendarai 4-bit (015) counter dengan LED terhubung untuk menunjukkan keadaan dari jam dan
output kontra QA-QD (Q menunjukkan output).
Gambar 2.8 Sebuah sinyal clock gelombang persegi
Gambar 2.9 Output yang memantul dari sebuah switch
11
Gambar 2.10 Sebuah counter 4-bit dan clock input LED pada = 1
LED off = 0
Lampu LED pada flash keluaran pertama QA pada setengah frekuensi
clock LED. Bahkan frekuensi setiap tahap counter adalah setengah frekuensi
dari tahap sebelumnya. Anda dapat melihat pola ini terlalu dalam tabel di atas
menunjukkan
4-bit.
Perhatikan
bagaimana
perubahan
keluaran
QA
menyatakan setiap perubahan jam masukan dari tinggi ke rendah (yaitu ketika
jam LED mati), ini disebut jatuh-tepi. Jika Anda menonton penghitungan
dekat Anda dapat melihat bahwa perubahan QB di tepi jatuh-QA, QC pada
tepi jatuh-dari QB dan sebagainya.
Angka Biner. Sirkuit elektronik menghitung dalam biner. Ini adalah
sistem menghitung paling sederhana mungkin karena menggunakan hanya
dua digit, 0 dan 1, persis seperti sinyal logika di mana 0 mewakili palsu dan 1
mewakili benar. Istilah rendah dan tinggi juga digunakan untuk 0 dan 1
masing-masing seperti yang ditunjukkan dalam tabel.
Tabel 2.1 Logic State
12
Menghitung satu, dua, tiga, empat, lima dalam biner: 1, 10, 11, 100,
101. Bilangan biner dengan cepat menjadi sangat panjang dengan
meningkatnya jumlah dan ini membuat mereka sulit bagi kita untuk membaca
sekilas. Untungnya itu jarang diperlukan untuk membaca lebih dari 4 digit
biner pada suatu waktu dalam menghitung sirkuit. Dalam bilangan biner
setiap digit merupakan kelipatan dari dua (1, 2, 4, 8, 16 dll), dengan cara yang
sama bahwa setiap digit dalam desimal merupakan kelipatan sepuluh (1, 10,
100, 1000 dll).
Misalnya 10110110 dalam biner sama dengan 182 dalam desimal: nilai
Digit: 128 64 32 16 8 4 2 1Biner nomor: 1 0 1 1 0 1 1 0 Desimal nilai: 128 +
0 + 32 + 16 + 0 + 4 + 2 + 0 = 182.
Setiap digit biner disebut sedikit, sehingga 10110110 adalah bilangan 8bit. Sebuah blok dari 8 bit disebut byte dan dapat menahan jumlah maksimum
11111111 = 255 dalam desimal. Komputer dan mikrokontroler PIC bekerja
dengan blok 8 bit. Dua (atau lebih) byte membuat sebuah kata, misalnya PICs
bekerja dengan kata 16-bit (dua byte) yang dapat menampung jumlah
maksimum 65535. Sebuah blok dari 4 bit disebut nibble (setengah byte!) Dan
dapat menampung sejumlah maksimum 1111 = 15 dalam desimal. Sirkuit
menghitung Banyak bekerja dengan blok 4 bit karena jumlah bit diperlukan
untuk menghitung sampai 9 di desimal. (Jumlah maksimum dengan 3 bit
hanya 7).
Heksadesimal (sering hanya disebut 'hex') adalah basis 16 perhitungan
dengan 16 digit. Dimulai dengan 0-9 digit desimal, kemudian dilanjutkan
13
dengan huruf A (10), B (11), C (12), D (13), E (14) dan F (15). Setiap digit
heksadesimal setara dengan 4 digit biner, membuat konversi antara kedua
sistem relatif mudah. Anda mungkin menemukan heksadesimal digunakan
dengan PICs dan sistem komputer tetapi umumnya tidak digunakan dalam
rangkaian penghitungan sederhana. Contoh: 10110110 biner = B6
heksadesimal = desimal 182.
Gambar 2.11 Operasi dari sebuah flip-flop.
Ripple dan sinkron counter. Ada dua jenis counter utama : ripple dan
sinkron. Dalam rangkaian sederhana perilaku mereka muncul hampir sama,
tetapi struktur internal mereka sangat berbeda. Sebuah ripple counter berisi a
chain of flip-flop dengan output dari masing-masing input dari depan. Sebuah
flip-flop perubahan output menyatakan setiap perubahan input dari tinggi ke
rendah (di tepi-jatuh). Pengaturan yang sederhana bekerja dengan baik, tapi
ada sedikit keterlambatan sebagai dampak dari 'ripple' jam melalui chain of
flip-flop.
Di sirkuit yang paling penundaan ripple tidak menjadi masalah karena
jauh terlalu singkat untuk dilihat pada tampilan. Namun, sistem logika
terhubung ke output kontra ripple akan secara singkat melihat jumlah palsu
yang dapat menghasilkan 'gangguan' dalam sistem logika dan dapat
mengganggu operasi. Misalnya counter ripple berubah dari 0111 (7) untuk
1000 (8) akan sangat singkat menunjukkan 0110, 0100 dan 0000 sebelum
1000! Counter sinkron memiliki struktur internal yang lebih kompleks untuk
14
memastikan bahwa semua outputnya berubah justru bersama-sama pada
setiap pulsa clock, menghindari tuduhan palsu singkat yang terjadi dengan
ripple counters. Ripple counters paling mengandalkan falling-edge yang
tinggi untuk transisi rendah dari sinyal clock.
Gambar 2.12 Rising-Edge & Falling Edge
Menghubungkan Counters. Counters bisa dihubungkan bersama dalam
rangkaian untuk menghitung angka lebih besar. Ini mungkin tampak
menggiurkan untuk menggunakan counter 12-bit atau 14-bit, namun tidak
praktis untuk mengkonversi sejumlah besar mereka biner ke desimal. Anda
harus menggunakan rantai dekade (0-9) counter yang menggunakan BCD
(desimal berkode biner) untuk membuat konversi ke desimal sangat mudah:
hitungan pertama unit, jumlah kedua puluhan, yang ketiga ratusan dan
sebagainya. Beberapa IC penghitung ganda yang tersedia dengan dua counter
terpisah pada IC yang sama, dua counter harus dikaitkan secara eksternal jika
dibutuhkan (tidak ada link internal). Cara bahwa counter terhubung
tergantung pada sifat dari konter. Diagram di bawah menunjukkan pengaturan
umum untuk ripple standar dan counter sinkron tetapi penting untuk
membaca informasi rinci untuk counter tertentu, konsultasi datasheet jika
perlu. Menghubungkan ripple counters. Diagram di bawah menunjukkan
bagaimana untuk menghubungkan ripple counters standar. Perhatikan
15
bagaimana output tertinggi QD kontra setiap drive jam (CK) masukan dari
counter depan. Ini bekerja karena ripple counters memiliki input waktu yang
'aktif-rendah' yang berarti bahwa kemajuan menghitung sebagai input clock
menjadi rendah, di falling-edge. Ingat bahwa dengan semua ripple counters
akan ada sedikit keterlambatan sebelum output kemudian merespon sinyal
clock, terutama dengan rantai transmisi meja panjang. Ini bukan masalah di
sirkuit sederhana mengemudi display, tetapi dapat menyebabkan gangguan
dalam sistem logika terhubung ke output counter.
Gambar 2.13 Menghubungkan Counters
Para keluarga 74LS (Low-power Schottky) (seperti aslinya)
menggunakan TTL (Transistor-Transistor Logic) sirkuit yang cepat tetapi
membutuhkan lebih banyak kekuatan daripada keluarga seri 74, yang masih
sering disebut 'TTL seri' meskipun IC terbaru tidak menggunakan TTL!
Karakteristik keluarga 74LS TTL: Supply: 5V ± 0.25V, harus sangat
halus, pasokan diatur adalah yang terbaik. Selain perataan pasokan normal,
kapasitor 0.1μF harus terhubung di dekat pasokan IC untuk menghapus 'paku'
yang dihasilkan karena switch negara, satu kapasitor yang diperlukan untuk
setiap 4 IC.
16
Input 'melayang' tinggi untuk logika 1 jika tidak berhubungan, tetapi
tidak bergantung pada ini dalam rangkaian (disolder) permanen karena input
dapat mengambil kebisingan listrik. 1mA harus ditarik keluar untuk menahan
masukan pada logika 0. Dalam sebuah sirkuit permanen adalah bijaksana
untuk menghubungkan input tidak terpakai untuk + Vs untuk memastikan
kekebalan yang baik terhadap kebisingan. Output dapat tenggelam sampai
16mA (cukup untuk menyalakan LED), tetapi mereka dapat sumber hanya
sekitar
2mA.
Untuk
beralih
arus
yang
lebih
besar
Anda
dapat
menghubungkan transistor. Fan-out: satu output dapat melaju hingga 10 74LS
input, tetapi masukan 74HCT banyak lagi.
Gerbang waktu propagasi: sekitar 10ns untuk sinyal untuk melakukan
perjalanan melalui sebuah gerbang. Frekuensi: sampai sekitar 35MHz (di
bawah kondisi yang tepat). Konsumsi daya (dari IC itu sendiri) adalah
beberapa mW.
Counter Up/ Down 74192 dekade (0-9) adalah counter sinkron
sehingga output mereka berubah tepat sama pada setiap pulsa clock. Hal ini
bermanfaat jika Anda perlu untuk menghubungkan output mereka untuk
gerbang logika karena menghindari gangguan yang terjadi dengan ripple
counters. Counter ini memiliki input waktu terpisah untuk menghitung naik
turun. Hitungannya meningkat sebagai input clock up menjadi tinggi (di tepinaiknya). Hitungannya menurun sebagai masukan waktu turun menjadi tinggi
(di tepi yang naik-). Dalam kedua kasus input jam lain harus tinggi. Untuk
operasi normal (penghitungan) input yang telah ditetapkan harus tinggi dan
rendah masukan reset. Ketika input reset tinggi itu me-reset hitungan ke nol
17
(0000, QA-QD rendah). Penghitung mungkin telah diatur dengan
menempatkan bilangan biner yang diinginkan pada AD masukan dan singkat
membuat rendah masukan preset. Perhatikan bahwa pulsa clock tidak
diperlukan untuk preset, tidak seperti 74160-3 counter. Masehi input dapat
dibiarkan tidak tersambung jika tidak diperlukan.
Gambar 2.14 IC Counter 74LS192
2.3 IC Decoder 7 Segment
Jenis yang paling populer adalah decoder 1-dari-10 yang berisi jaringan
gerbang logika untuk membuat satu dari sepuluh output Q0-9 menjadi tinggi
(atau rendah) sebagai tanggapan terhadap BCD (desimal berkode biner) input
AD. Misalnya masukan dari biner 0101 (= 5) akan mengaktifkan keluaran
Q5. Decoder dapat digunakan untuk tampilan penghitungan sederhana dan
untuk beralih LED pada urutan. Output tidak boleh langsung terhubung
bersama, tapi dioda dapat digunakan untuk menggabungkan mereka seperti
yang ditunjukkan pada diagram. Misalnya menggunakan dioda untuk
menggabungkan (Q3) 2 (Q1) dan 4 output akan membuat lampu kilat LED
dua kali diikuti oleh celah lagi. Diagram atas menunjukkan ini untuk decoder
18
mana output menjadi rendah ketika diaktifkan dan diagram bawah untuk
decoder mana output menjadi tinggi ketika diaktifkan.
Gambar 2.15 Decoder
7447 BCD ke 7-segmen display driver, keluaran yang sesuai a-g
menjadi rendah untuk menampilkan BCD (desimal kode biner) nomor yang
disediakan pada input AD. 7447 memiliki output kolektor terbuka a-g yang
dapat sampai 40mA. 7-segmen displai harus terhubung antara + Vs dan
output dengan sebuah resistor secara seri (330 dengan pasokan 5V). Sebuah
tampilan anoda umum diperlukan. Tampilan pengujian dan masukan kosong
adalah aktif-rendah sehingga mereka harus tinggi untuk operasi normal.
Ketika tes tampilan rendah semua segmen layar harus menyala (menunjukkan
nomor 8). Jika input yang kosong rendah layar akan kosong ketika input
hitungan adalah nol (0000). Ini dapat digunakan untuk angka nol terkemuka
kosong bila ada digit tampilan beberapa didorong oleh rantai counter. Untuk
mencapai output ini kosong harus dihubungkan ke masukan kosong dari layar
berikutnya turun rantai (yang paling penting berikutnya digit). The 7447
ditujukan untuk BCD (desimal berkode biner) yang dimasukan nilai 0 sampai
19
9 (0000 to 1001 dalam biner). Masukan dari 10 menjadi 15 (1010-1111 dalam
biner) akan menyala segmen tampilan aneh tapi tidak akan merugikan.
Gambar 2.16 IC 7447
7-segmen display driver. Dekade counter dengan tampilan driver dan 7segment display. Inputan A-D dari driver display yang terhubung ke BCD
(desimal berkode biner) output QA-D dari counter dekade. Sebuah jaringan
gerbang logika di dalam driver display membuat outputnya a-g menjadi tinggi
atau rendah yang sesuai untuk menyalakan segmen diperlukan a-g dari
tampilan 7-segmen. Sebuah resistor yang dibutuhkan secara seri dengan
setiap segmen untuk melindungi LED, 330 adalah nilai cocok untuk
menampilkan banyak dengan pasokan 4.5V ke 6V. Hati-hati bahwa ini
resistor kadang-kadang dihilangkan dari diagram sirkuit! Ada dua jenis dari
7-segmen display: Umum Anoda (CA atau SA) dengan semua anoda LED
dihubungkan bersama. Ini memerlukan driver display dengan output yang
menjadi rendah untuk menerangi setiap segmen, misalnya 7447. Hubungkan
anoda umum untuk Vs +.
20
Umum Katoda (CC atau SC) dengan semua katoda terhubung bersamasama. Ini memerlukan driver display dengan output yang menjadi tinggi
untuk menyalakan setiap segmen, misalnya 4511. Hubungkan katoda umum
untuk 0V.
Anoda umum / katoda sering tersedia pada 2 pin. Menampilkan juga
memiliki titik desimal (DP) tetapi ini tidak dikontrol oleh driver tampilan.
Segmen display yang lebih besar memiliki dua LED secara seri. Untuk
koneksi layar silakan lihat katalog pemasok Anda atau datasheet pabrikan.
Multiplexing. Jika ada banyak 7-segment display digit multiplexing
biasanya digunakan. Ini adalah sistem switching sehingga semua dekade
counter berbagi driver layar tunggal yang terhubung ke semua menampilkan.
Output dari masing-masing counter pada gilirannya terhubung ke input dari
driver layar dan pada saat yang sama anoda umum / katoda dari tampilan 7segmen yang sesuai terhubung sehingga lampu layar hanya satu per switching
time.The dilakukan sangat cepat (biasanya 400 - 1000Hz) dan saat ini segmen
lebih besar dari normal sehingga muncul tampilan kontinyu dan brightness
normal. Multiplexing memerlukan IC untuk melakukan switching, tetapi
rangkaian lengkap memiliki IC lebih sedikit daripada memiliki satu driver
tampilan untuk setiap tampilan.
21
Gambar 2.17 Driver 7-Segment
2.4 Seven Segment
Sebuah tampilan tujuh-segmen (SSD), atau tujuh-segmen indikator,
adalah suatu bentuk perangkat layar elektronik untuk menampilkan angka
desimal yang merupakan alternatif untuk dot-matrix display yang lebih
kompleks. Tujuh-segmen display yang banyak digunakan dalam jam digital,
meter elektronik, dan perangkat elektronik lainnya untuk menampilkan
informasi numerik.
Gambar 2.18 Sevent Segment
Sebuah tampilan tujuh segmen, sebagai nama menunjukkan, terdiri dari
tujuh elemen. Individual on atau off, mereka dapat dikombinasikan untuk
menghasilkan representasi sederhana dari angka Arab. Seringkali tujuh
segmen tersebut diatur dalam suatu pengaturan (miring) miring, yang
22
membantu mudah dibaca. Pada kebanyakan aplikasi, tujuh segmen yang
bentuknya hampir seragam dan ukuran (biasanya segi enam memanjang,
meskipun trapezoids dan empat persegi panjang juga dapat digunakan),
meskipun dalam kasus mesin menambahkan, segmen vertikal lebih panjang
dan lebih berbentuk aneh di ujung di upaya untuk lebih meningkatkan
keterbacaan.
Setiap angka 0, 6, 7 dan 9 dapat diwakili oleh dua atau lebih mesin
terbang yang berbeda pada tujuh-segmen display.
Gambar 2.19 Posisi 7 Segment
Tujuh segmen disusun sebagai sebuah persegi panjang dari dua segmen
vertikal di setiap sisi dengan satu segmen horisontal di, bawah tengah atas,
dan. Selain itu, segmen yang ketujuh membagi dua persegi panjang
horizontal. Ada juga empat belas-segmen display dan enam belas-segmen
display (untuk alphanumerics penuh), namun, ini sebagian besar telah diganti
dengan dot-matrix display. Tampilan 7-segmen yang disebut dengan huruf A
sampai G, seperti yang ditunjukkan di sebelah kanan, di mana DP opsional
desimal titik (sebuah "segmen kedelapan") digunakan untuk tampilan noninteger angka. Animasi dengan siklus kiri melalui glyphs yang umum dari
sepuluh angka desimal dan heksadesimal enam "digit huruf" (A-F). Ini adalah
urutan gambar dari layar "LED", yang dijelaskan teknologi-bijaksana pada
23
bagian berikut. Perhatikan variasi antara huruf besar dan huruf kecil untuk AF; hal ini dilakukan untuk memperoleh bentuk, tidak ambigu unik untuk
setiap huruf (jika tidak, D modal akan terlihat sama ke 0 (atau O cenderung)
dan B modal akan terlihat identik dengan sebuah 8).
Sebuah Tampilan Seven-Segmen (SSD) hanyalah sebuah angka delapan
pengelompokan LED {beberapa termasuk titik desimal (DP)}. Segmen Setiap
berlabel (a) melalui (g).
SSD ini tersedia dalam dua konfigurasi :
Umum Katoda (semua katoda LED terhubung)
Anoda umum (semua anoda LED dihubungkan)
Gambar Tampilan 7 Segment
Gambar 2.20 Dasar Operasional LED
24
Untuk memahami bagaimana tampilan tujuh segmen bekerja, kita harus
meninjau cara kerja LED. Untuk Hidupkan LED ON Anoda harus pada
potensial tegangan yang lebih tinggi 
( 1.5V) dari K atoda tersebut. Jumlah
arus yang mengalir melalui LED akan menentukan kecerahan LED. Jumlah
saat ini dikendalikan oleh resistor seri. (tidak ditampilkan)
Gambar 2.21Pergerakan Arus
Konfigurasi LED Beralih @ 5V
Top Sirkuit
LED Off
Beralih @ 0V
bawah Sirkuit
Pada LED
ANODA @ 5V
KATODA @ 0V (hampir)
The 220  resistor mengontrol arus.
Gambar 2.22 Konfigurasi LED
Sebuah resistor yang lebih besar. . . kurang lancar. . . dimmer LED
Sebuah resistor yang lebih kecil. . . lebih saat ini. . . terang LED Anode
@5volt
Nilai resistor menentukan jumlah arus yang mengalir melalui LED dalam
SSD. Inilah sebabnya mengapa mereka kadang-kadang disebut resistor yang
25
membatasi arus. Jumlah saat ini menentukan bagaimana bercahaya (terang)
LED akan. Jika resistor terlalu besar, arus akan terlalu kecil dan LED tidak
akan terlihat. Jika resistor terlalu kecil, saat ini akan terlalu besar dan LED
akan rusak. Jadi, bagaimana Anda memilih nilai yang benar? Anda harus
membaca lembar data untuk SSD yang Anda gunakan.
Diagram di bawah adalah segmen tunggal dari anoda umum tujuh segmen
layar.
Tegangan LED (ketika di) adalah 1,5 volt. Menggunakan Hukum
Tegangan Kirchhoff, kita tahu bahwa tegangan pada resistor adalah 3,5 volt
(yaitu, 5V - 1.5V = 3.5V). Jadi, dengan menggunakan Hukum Ohm, kita
dapat menghitung nilai resistor jika kita tahu arus yang mengalir melalui
LED.
R=
3.5v
I
Gambar 2.23 Circuit Nilai Resistor
2.5
Pencatu Daya
Sebagai sumber daya sebagian besar piranti elektronika membutuhkan
tegangan searah (Direct Current/DC). Penggunaan baterai sebagai sumber
daya DC kurang efektif, hal ini disebabkan daya yang dimiliki oleh baterai
hanya mampu digunakan dalam beberapa waktu saja (tidak tahan lama) dan
harganya relatif mahal. Satu-satunya sumber daya yang mudah didapat dan
26
paling murah adalah tegangan listrik dari jaringan PLN sebesar 220 volt
dengan frekuensi 50 – 60 Hz.
Tegangan jaringan ini berupa tegangan bolak – balik (Alternate
Current/AC), oleh karena supaya dapat mencatu piranti elektronik yang
membutuhkan tegangan DC, maka diperlukan sebuah rangkaian yang bisa
merubah tegangan bolak – balik menjadi tegangan searah yang dinamakan
rangkaian penyearah yang tidak mengurangi tegangan DC – nya ketika arus
beban yang lebih besar dialirkan dari pencatu daya ini. Beberapa komponen
penunjang dari rangkaian pencatu daya meliputi :
2.5.1 Tranformator Daya
Transformator
atau
transformer
atau
trafo
adalah
komponen
elektromagnet yang dapat mengubah taraf suatu tegangan AC ke taraf yang
lain. Prinsip kerja Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi
elektromagnetik. Tegangan masukan bolak-balik yang membentangi primer
menimbulkan fluks magnet yang idealnya semua bersambung dengan lilitan
sekunder. Fluks bolak-balik ini menginduksikan GGL dalam lilitan sekunder.
Jika efisiensi sempurna, semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke
lilitan sekunder. Digunakan untuk menurunkan tegangan AC dari jala-jala
listrik 110 / 220 volt pada kumparan primernya menjadi tegangan AC yang
(a) tanpa CT (center Tap)
AC
AC
lebih rendah pada kumparan sekundernya.
b) Menggunakan C (Center Tap)
27
Gambar 2.24 Simbol transformator daya.
Hubungan Primer-Sekunder
Gambar 2.25Primer Sekunder Trafo
Rumus untuk fluks magnet yang ditimbulkan lilitan primer adalah
dan rumus untuk GGL induksi yang terjadi di lilitan sekunder
adalah
.
Karena kedua kumparan dihubungkan dengan fluks yang sama, maka
dimana dengan menyusun ulang persamaan akan didapat
sedemikian hingga
antara
tegangan
primer
dengan
. Dengan kata lain, hubungan
tegangan
sekunder
perbandingan jumlah lilitan primer dengan lilitan sekunder.
ditentukan
oleh
28
Gambar 2.26 Fluks pada Transformator
Kerugian dalam transformator
Perhitungan diatas hanya berlaku apabila kopling primer-sekunder
sempurna dan tidak ada kerugian, tetapi dalam praktek terjadi beberapa kerugian
yaitu:
1. Kerugian tembaga. Kerugian dalam lilitan tembaga yang disebabkan oleh
resistansi tembaga dan arus listrik yang mengalirinya.
2. Kerugian kopling. Kerugian yang terjadi karena kopling primer-sekunder
tidak sempurna, sehingga tidak semua fluks magnet yang diinduksikan primer
memotong lilitan sekunder. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggulung
lilitan secara berlapis-lapis antara primer dan sekunder.
3. Kerugian kapasitas liar. Kerugian yang disebabkan oleh kapasitas liar yang
terdapat pada lilitan-lilitan transformator. Kerugian ini sangat memengaruhi
efisiensi transformator untuk frekuensi tinggi. Kerugian ini dapat dikurangi
dengan menggulung lilitan primer dan sekunder secara semi-acak (bank
winding)
29
4. Kerugian histeresis. Kerugian yang terjadi ketika arus primer AC berbalik
arah. Disebabkan karena inti transformator tidak dapat mengubah arah fluks
magnetnya dengan seketika. Kerugian ini dapat dikurangi dengan
menggunakan material inti reluktansi rendah.
5. Kerugian efek kulit. Sebagaimana konduktor lain yang dialiri arus bolakbalik, arus cenderung untuk mengalir pada permukaan konduktor. Hal ini
memperbesar kerugian kapasitas dan juga menambah resistansi relatif lilitan.
Kerugian ini dapat dikurang dengan menggunakan kawat Litz, yaitu kawat
yang terdiri dari beberapa kawat kecil yang saling terisolasi. Untuk frekuensi
radio digunakan kawat geronggong atau lembaran tipis tembaga sebagai ganti
kawat biasa.
6. Kerugian arus eddy (arus olak). Kerugian yang disebabkan oleh GGL
masukan yang menimbulkan arus dalam inti magnet yang melawan
perubahan fluks magnet yang membangkitkan GGL. Karena adanya fluks
magnet yang berubah-ubah, terjadi olakan fluks magnet pada material inti.
Kerugian ini berkurang kalau digunakan inti berlapis-lapisan.
Efisiensi transformator dapat diketahui dengan rumus
Karena
adanya kerugian pada transformator. Maka efisiensi transformator tidak dapat
mencapai 100%. Untuk transformator daya frekuensi rendah, efisiensi bisa
mencapai 98%.
30
Jenis-jenis transformator
a. Step-Up
Gambar 2.27 Lambang transformator step-up
Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder
lebih banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penaik
tegangan. Transformator ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik
sebagai penaik tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan
tinggi yang digunakan dalam transmisi jarak jauh.
b. Step-Down
Gambar 2.28 Skema transformator step-down
Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada
lilitan
primer,
sehingga
berfungsi
sebagai
penurun
tegangan.
Transformator jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor
AC-DC.
31
c. Autotransformator
Gambar 2.29 Skema autotransformator
Transformator jenis ini hanya terdiri dari satu lilitan yang berlanjut secara
listrik, dengan sadapan tengah. Dalam transformator ini, sebagian lilitan
primer juga merupakan lilitan sekunder. Fasa arus dalam lilitan sekunder
selalu berlawanan dengan arus primer, sehingga untuk tarif daya yang sama
lilitan sekunder bisa dibuat dengan kawat yang lebih tipis dibandingkan
transformator biasa. Keuntungan dari autotransformator adalah ukuran
fisiknya yang kecil dan kerugian yang lebih rendah daripada jenis dua lilitan.
Tetapi transformator jenis ini tidak dapat memberikan isolasi secara listrik
antara lilitan primer dengan lilitan sekunder. Selain itu, autotransformator
tidak dapat digunakan sebagai penaik tegangan lebih dari beberapa kali lipat
(biasanya tidak lebih dari 1,5 kali).
Autotransformator variabel
Gambar 2.30 Skema autotransformator variabel
32
Autotransformator variabel sebenarnya adalah autotransformator biasa yang
sadapan tengahnya bisa diubah-ubah, memberikan perbandingan lilitan
primer-sekunder yang berubah-ubah.
Transformator isolasi
Transformator isolasi memiliki lilitan sekunder yang berjumlah sama dengan
lilitan primer, sehingga tegangan sekunder sama dengan tegangan primer.
Tetapi pada beberapa desain, gulungan sekunder dibuat sedikit lebih banyak
untuk mengkompensasi kerugian. Transformator seperti ini berfungsi sebagai
isolasi antara dua kalang. Untuk penerapan audio, transformator jenis ini telah
banyak digantikan oleh kopling kapasitor.
Transformator pulsa
Transformator pulsa adalah transformator yang didesain khusus untuk
memberikan
keluaran
gelombang
pulsa.
Transformator
jenis
ini
menggunakan material inti yang cepat jenuh sehingga setelah arus primer
mencapai titik tertentu, fluks magnet berhenti berubah. Karena GGL induksi
pada lilitan sekunder hanya terbentuk jika terjadi perubahan fluks magnet,
transformator hanya memberikan keluaran saat inti tidak jenuh, yaitu saat
arus pada lilitan primer berbalik arah.
Transformator tiga fase
Transformator tiga fase sebenarnya adalah tiga transformator yang
dihubungkan secara khusus satu sama lain. Lilitan primer biasanya
dihubungkan secara bintang (Y) dan lilitan sekunder dihubungkan secara
delta
33
2.5.2
Regulator
Pemakaian regulator pada pencatu daya berfungsi sebagai stabilitas
tegangan. Komponen aktif ini mampu meregulasi tegangan menjadi stabil.
Komponen ini sudah dikemas dalam sebuah IC regulator tegangan tetap yang
biasanya sudah dilengkapi dengan pembatas arus (current limiter) dan juga
pembatas suhu (thermal shutdown). Jenis IC regulator tegangan tetap yang sering
dipakai adalah jenis 78xx atau 79xx. IC regulator 78xx menghasilkan output
tegangan dengan polaritas positif sedangkan 79xx menghasilkan output tegangan
dengan polaritas negatif .
Konstruksi dari regulator ini dapat dilihat pada Gambar 2.14
Input
Output
78xx
78xx
I G O
Ground
Gambar 2.31 IC Regulator 78 xx
Hanya saja perlu diketahui supaya rangkaian regulator dengan IC tersebut
bisa bekerja, tegangan input harus lebih besar dari tegangan output regulatornya.
Biasanya perbedaan tegangan V in terhadap V out yang direkomendasikan ada di
dalam datasheet kompenen tersebut. Pemakaian alumunium pendingin (heatsink)
dianjurkan jika komponen ini dipakai untuk mencatu arus yang besar.
2.5.3 Diode Penyearah
34
Diode pada rangkaian catu daya ini berfungsi sebagai penyearah tegangan
bolak – balik (VAC) menjadi tegangan searah (VDC).
Konfigurasi dari pemakaian diode penyearah ini ada dua macam yaitu
penyearah diode setengah gelombang dan penyearah diode gelombang penuh.
V in dari travo
Vout DC
Gambar 2.33 Penyearah Dioda Gelombang Penuh.
2.6 Rangkaian OP-AMP
2.6.1 Konsep Dasar Op-Amp
Op-amp merupakan piranti solid state yang mampu mengindera dan
memperkuat sinyal masukan baik AC maupun DC. Untuk menghasilkan suatu
sinyal yang kuat dalam peralatan transducer maupun sensor biasanya juga
dipergunakan sebuah rangkaian penguat Op-Amp. Bentuk Op-Amp standar adalah
seperti gambar dibawah ini:
+V
Inverting input
Op-Amp
Noninverting input
+
-V
Output
35
Gambar 2.34 Simbol komponen Op-Amp standar
Seperti yang tampak pada gambar bahwa sejumlah besar Op-Amp terdiri
dari; Masukan diferensial dengan dua terminal. Terminal masukan membalik
(inverting) yang dinyatakan dengan tanda (-). Tegangan DC atau AC yang
diberikan pada masukan ini akan digeser fasanya 180o pada keluaran. Dan,
terminal masukan tak membalik (non inverting) yang dinyatakan dengan dengan
tanda (+). Tegangan DC atau AC yang diberikan pada masukan ini akan sefasa
dengan keluaran. Sebuah terminal keluaran; dan terminal catu daya rangkap (+)
dan (-).
Kegunaan Op-Amp dibuktikan dalam penerapannya pada berbagai tipe
rangkaian seperti yang diperlihatkan dalam gambar 2.19
Gambar 2.35 Kegunaan Op-Amp
Seperti yang tampak pada gambar a) Op-Amp dalam keadaan tersebut
tidak mempunyai umpan balik keluaran menuju masukan dan penguatan tegangan
36
(Av) adalah maksimum. Pada gambar b) komponen-komponen luar digunakan
untuk memberikan umpan balik keluaraan menuju masukan inverting. Umpan
balik akan dapat menstabilkan rangkaian pada umumnya dan menurunkan derau.
Dalam hal ini penguatan tegangan (Av) akan lebih kecil dari pada penguatan
maksimum. Pada gambar c) Penguatan tegangan op-amp terkontrol. Perbandingan
Rf terhadap Rin menentukan penguatan tegangan rangkai yang mana besarnya
dapat dihitung dengan persamaan rumus: . Pada gambar d) tegangan keluaran
sama dengan tegangan masukan dan Av sama dengan +1. Berbagai tipe ini akan
digunakan dalam rangkaian- rangkaian dasar selanjutnya.
Salah satu fungsi yang penting dalam rangkaian op-amp adalah hubungan
polaritas masukan terhadap keluaran, yaitu: bila masukan inverting lebih positif
dibandingkan dengan masukan noninverting, maka keluaran akan negative dan
bila masukan inverting lebih negative dari masukan noninverting maka keluaran
akan menjadi positif.
Karakteristik yang terpenting dari Op-Amp diantaranya adalah:
a.
Impedansi masukan Ri = , sehingga arus masukan dapat diabaikan.
b.
Impedansi keluarannya Ro = 0, sehingga op-amp akan berfungsi sebagai sumber
tegangan yang mampu memberikan arus dari berbagai macam beban.
c.
Penguatan op-Amp amat tinggi (contoh tipe 741) bisa melampaui 100000, tetapi
peguatan lekas merosot pada frekuensi tinggi.
d.
Penguatan open loop dan tanggapan frekuensi sudah merupakan karakteristik
yang melekat pada suatu tipe IC; namun akan akan dapat diubah dengan
menambahkan jaringan-jaringan kompensasi diluar IC.
e.
Keseimbangan sempurna; Vo = 0, bilamana V1 = V2
37
Persyaratan Pencatu Daya
Op-amp pada umumnya memerlukan catu daya rangkap agar dapat bekerja
dengan benar. Pemakaian tipe catu daya yang demikian memungkinkan keluaran
op-amp berayun positif atau negatif terhadap bumi. Sifat-sifat ini pada khususnya
bermanfaat dalam rangkaian-rangkaian DC dan penerapan audio. Tegangan
masukan maksimum yang masih dapat diberikan, besarnya adalah tak boleh
melampaui tegangan catu (lazimnya 15V).
Generasi Op-amp
a. Generasi pertama
Op-amp dibuat pertama kali oleh Fairchild yaitu tipe µA 709 ditahun 1965.
kemudian menyusul Motorola dengan MC 1709, National Semiconductor LM
709, Texas Instrument SN 2709. Ketiga tipe ini mempunyai nomor akhir 709.
b. Generasi kedua
Tipe 741 meruapakan op-amp generasi kedua. Tipe ini lebih sempurna dari tipe
sebelumnya.
c. Generasi berikutnya
Tipe ECG941D, Tipe MC1741P2, Tipe µA741P, LM741CN-14,dll
Istilah-istilah dalam Op-Amp
Tegangan Offset masukan, merupakan tegangan yang harus diberikan pada
terminal-terminal masukan untuk mengimbangi penguatan yang bersangkutan,
sehingga dihasilkan tegangan keluaran Op-Amp nol manakala tegangan kedua
masukan sama.
38
Arus Offset masukan, merupakan selisih antara arus-arus yang
yang
masuk secara terpisah pada terminal masukan dari sebuah penguat yang seimbang.
Atau dengan kata lain, arus offset masukan ini harus ditambahkan pada masukan
untuk menjaga tegangan keluaran nol Volt.
Tegangan Offset Keluaran, merupakan tegangan yang disebabkan oleh
arus bias masukan. Bila tegangan kedua masukan sama besar, keluaran Op-amp
akan nol (atau ada sedikit tegangan). Keadaan seperti ini dapat diatasi dengan
teknik penolan offset.
Impedansi masukan: idealnya, impedansi op-amp adalah tak berhingga.
Karena semakin tinggi impedansi masukan op-amp, maka akan semakin baik
keluaran yang dihasilkan oleh op-amp itu sendiri. Dalam hal ini, apabila
impedansi masukan op-amp tidak cocok dengan sumber maka, maka perlulah IC
op-amp ditukar ataupun sumbernya yang ditukar (sebab impedansi masukan IC
tidak dapat diubah).
Impedansi keluaran: idealnya, impedansi keluaran op-amp adalah nol.
Dalam hal ini, impedansi keluaran op-amp berpengaruh terutama pada
perancangan penguat daya (power amplifier) yang harus mengeluarkan arus besar
kepada beban.
Laju lantingan (slew rate). Bila masukan diberikan secara mendadak
kesebuah op-amp, keluarannya tidak akan segera menanggapi. Keluaran akan
berubah ke nilai yang baru dengan laju yang tetap. Ini adalah pembatasan slew
rate, yang merupakan kecepatan maksimum dari perubahan tegangan pada
keluaran penguat. Nilainya berkisar antara 1 Volt/µdetik (untuk tipe 7410 )
sampai 35 Volt/µdetik (untuk tipe 531).
39
Common Mode Rejection Ratio (CMRR): merupakan kemampuan op-amp
untuk menguatkan sinyal masukan differensial dan menolak sinyal masukan
mode bersama (common-mode).
Dinyatakan dengan: , dengan satuan decibel, dB.
Dalam hal ini, Adiff = penguatan differensial , dan Acm = penguatan mode
bersama (common mode).
Pengaruh Variasi Suhu
Variasi suhu lingkungan berpengaruh kepada parameter-parameter op-amp
sebagai berikut:
•
Taraf tegangan keluaran ( naik dengan naiknya suhu)
•
Tegangan offset akan naik dengan naiknya suhu
•
Transient respon akan naik dengan naiknya suhu
•
Lebar jalur lup tertutup akan mengecil dengan naiknya suhu.
Penerapan Op-Amp
•
Op-amp sangat luwes dan mudah diterapkan untuk berbagai keperluan; lagi pula
murah.
•
Tidak saja sebagai penguat umpan balik negative (feedback Amplifier), melainkan
juga: pembentukan gelombang; penampisan (filtering); dan operasi-operasi
matematika.
•
Op-amp juga dapat digunakan untuk pembentukan gelombang.
Dibawah ini
adalah salah satu contoh bentuk gelombang masukan dan keluaran op-amp
40
Gambar 2.36 Bentuk Gelombang
2.6.2 Penguat Inverting
Seperti yang terlihat dalam rangkaian penguat inverting gambar 2-5 bahwa
rangkaian dibentuk dalam konfigurasi lup tertutup dengan umpan balik negative.
Hal ini menyebabkan tegangan dengan fasa yang berlawanan pada keluaran akan
dibalikkan lagi pada masukan inverting, sehingga cenderung melawan tegangan
masukan aslinya.
Tegangan umpan balik amat mengurangi pengaruh tegangan masukan dan tetap
mempertahankan masukan inverting sehingga mendekati tegangan 0 Volt.
Rf
+V
R1
Vi
Op-Amp
Vo
+
-V
Gambar 2.37 Rangkaian Penguat Inverting
41
Persamaan matematik untuk rangkaian diatas dapat dinyatakan sebagai berikut:
Rf
Vi
R1
Vo
Av =
Vi
Io = I f + I L
Vo = −
If =−
Vo
Vin
; Iin =
Rf
Rin
dimana:
Vo = tegangan keluaran
Av = penguatan tegangan
Io = arus keluaran
Iin = arus masukan
2.6.3 Rangkaian Penguat Non Inverting
Seperti yang terlihat pada gambar 2-6, pada rangkaian ini umpan balik
yang digunakan untuk mengatur penguatan tetap diberikan pada masukan
inverting, tapi V in diberikan pada masukan non inverting. Hal ini menyebabkan
tegangan keluaran akan sefasa dengan tegangan masukannya.
Dalam rangkaian tersebut Rf dan Rin membentuk jaringan pembagi resistif
guna memberikan tegangan umpan balik (V A ) yang diperlukan pada masukan
inverting. Dalam hal ini tegangan umpan balik (V A ) dibentuk pada Rin.
42
Rf
+V
R1
Op-Amp
Vi
Vo
+
-V
Gambar 2.38 Rangkaian Penguat Non-Inverting
Persamaan matematik untuk rangkaian diatas dinyatakan sebagai berikut:
Vin = V A
VA =
Rin
.Vout
Rf + Rin
 Rf 
Vout = 1 +
Vin
R1 

Vout
Av =
VA