Laporan Praktikum Timer Timer 2 detik, 5 detik dan 10 detik Menggunakan IC NE 555 27 Januari 2011 POLITEKNIK SURABAYA By : Narantaka Aris Tantra / Teknik Komputer / 2009 30 2005 ABSTRAK IC 555 ini sudah dikenal dan masih populer sampai saat ini sejak puluhan tahun yang lalu. Tepatnya IC 555 pertama kali dibuat oleh Signetics Corporation pada tahun 1971. IC timer 555 memberi solusi praktis dan relatif murah untuk berbagai aplikasi elektronik yang berkenaan dengan pewaktuan (timing). Terutama dua aplikasinya yang paling populer adalah rangkaian pewaktu monostable dan osilator astable. Jeroan utama komponen ini terdiri dari komparator dan flip-flop yang direalisasikan dengan banyak transistor. Tujuan Praktikum 1. Mahasiswa dapat menyusun rangkaian Timer dengan IC NE 555 2. Mahasiswa dapat memahami cara kerja rangkaian Timer dengan IC NE 555 3. Mahasiswa dapat menguji rangkaian Timer dengan IC NE 555 Alat – alat 1. PCB Lubang untuk IC 1 pcs 2. Soket IC 8 pin 1 pcs 3. IC NE 555 1 pcs 4. Switch toggle 6 pin 3 pcs 5. Switch toggle 3 pin 1 pcs 6. Adaptor 12 Volt 1 buah 7. Resistor 220 1 pcs 8. Resistor 68K 1 pcs 9. Resistor 33K 1 pcs 10. Resistor 6800 2 pcs 11. Trimport (Potensio Multiturn) 10K 3 pcs 12. Elco 100 F/35V 13. Kapasitor Nonpolar 10nF 14. LED 1 pcs 15. Kabel tunggal + 2 meter 16. Tang Potong 17. Timah dan Solder Page|2 Teori IC timer 555 ini sudah lama dikenal dan masih populer sampai saat ini sejak puluhan tahun yang lalu. Tepatnya IC 555 pertama kali dibuat oleh Signetics Corporation pada tahun 1971. IC timer 555 memberi solusi praktis dan relatif murah untuk berbagai aplikasi elektronik yang berkenaan dengan pewaktuan (timing). Terutama dua aplikasinya yang paling populer adalah rangkaian pewaktu monostable dan osilator astable. Jeroan utama komponen ini terdiri dari komparator dan flip-flop yang direalisasikan dengan banyak transistor. Gambar 1 : IC Timer 555 Dari dulu hingga sekarang, prinsip kerja komponen jenis ini tidak berubah namun masingmasing pabrikan membuatnya dengan desain IC dan teknologi yang berbeda-beda. Hampir semua pabrikan membuat komponen jenis ini, walaupun dengan nama yang berbeda-beda. Misalnya National Semiconductor menyebutnya dengan LM555, Philips dan Texas Instrument menamakannya SE/NE555. Motorola / ON-Semi mendesainnya dengan transistor CMOS sehingga komsusi powernya cukup kecil dan menamakannya MC1455. Philips dan Maxim membuat versi CMOS-nya dengan nama ICM7555. Walaupun namanya berbeda-beda, tetapi fungsi dan pin diagramnya saling kompatibel satu dengan yang lainnya (functional and pin-to-pin compatible). Hanya saja ada beberapa karakteristik spesifik yang berbeda misalnya konsumsi daya, frekuensi maksimum dan sebagainya. Spesifikasi lebih detail biasanya dicantumkan pada datasheet masingmasing pabrikan. Dulu pertama kali casing dibuat dengan 8 pin T-package (tabular dari kaleng mirip transistor), namun sekarang lebih umum dengan kemasan IC DIP 8 pin. Rangkaian Monostable IC ini didesain sedemikian rupa sehingga hanya memerlukan sedikit komponen luar untuk bekerja. Diantaranya yang utama adalah resistor dan kapasitor luar (eksternal). IC ini memang bekerja dengan memanfaatkan prinsip pengisian (charging) dan pengosongan (discharging) dari kapasitor melalui resistor luar tersebut. Untuk menjelaskan prinsip kerjanya, coba perhatikan diagram gambar IC 555 dengan resistor dan kapasitor luar berikut ini. Rangkaian ini tidak lain adalah sebuah rangkaian pewaktu (timer) monostable. Prinsipnya rangkaian ini akan menghasilkan pulsa tunggal dengan lama tertentu pada keluaran pin 3, jika pin 2 dari komponen ini dipicu. Perhatikan di dalam IC ini ada dua komparator yaitu Comp A dan Comp B. Perhatikan juga di dalam IC ini ada 3 resistor internal R yang besarnya sama. Dengan susunan seri yang demikian terhadap VCC dan GND, rangkaian resistor internal ini merupakan pembagi tegangan. Susunan ini memberikan tegangan referensi yang masing-masing besarnya 2/3 VCC pada input negatif komparator A dan 1/3 VCC pada input positif komparator B. Page|3 Gambar 2 : Rangkaian pewaktu monostable Pada keadaan tanpa input, keluaran pin 3 adalah 0 (ground atau normally low). Transistor Q1 yang ada di dalam IC ini selalu ON dan mencegah kapasitor eksternal C dari proses pengisisian (charging). Ketika ada sinyal trigger dari 1 ke 0 (VCC to GND) yang diumpankan ke pin 2 dan lebih kecil dari 1/3 VCC, maka serta merta komparator B men-set keluaran flip-flop. Ini pada gilirannya memicu transistor Q1 menjadi OFF. Jika transistor Q1 OFF akan membuka jalan bagi resistor eksternal R untuk mulai mengisi kapasitor C (charging). Pada saat yang sama output dari pin 3 menjadi high (VCC), dan terus high sampai satu saat tertentu yang diinginkan. Sebut saja lamanya adalah t detik, yaitu waktu yang diperlukan untuk mengisi kapasitor C mencapai tegangan 2/3 VCC. Tegangan C ini disambungkan ke pin 6 yang tidak lain merupakan input positif comp A. Maka jika tegangan 2/3 VCC ini tercapai, komparator A akan men-reset flip-flop dan serta merta transistor internal Q1 menjadi ON kembali. Pada saat yang sama keluaran pin 3 dari IC 555 tersebut kembali menjadi 0 (GND). Berapa lama pulsa yang dihasilkan amat tergantung dari nilai resitor dan kapasitor eksternal yang pasangkan. Dari rumus ekponensial pengisian kapasitor diketahui bahwa : Vt = VCC(1- e-t/RC) ….. (1) Vt adalah tegangan pada saat waktu t. Jika t adalah waktu eksponensial yang diperlukan untuk mengisi kapasitor sampai Vt = 2/3 VCC, maka rumus (1) dapat disubstitusi dengan nilai ini menjadi : 2/3 = 1-e-t/RC 1/3 = e-t/RC ln(1/3) = -t/RC dan seterusnya dapat diperoleh t = (1.0986123)RC yang dibulatkan menjadi t = 1.1 RC Page|4 Inilah rumusan untuk mengitung lamanya keluaran pulsa tunggal yang dapat dihasilkan dengan rangkaian monostable dari IC 555. Rangkaian Astable Sedikit berdeda dengan rangkaian monostable, rangkaian astable dibuat dengan mengubah susunan resistor dan kapasitor luar pada IC 555 seperti gambar berikut. Ada dua buah resistor Ra dan Rb serta satu kapasitor eksternal C yang diperlukan. Prinsipnya rangkaian astable dibuat agar memicu dirinya sendiri berulang-ulang sehingga rangkaian ini dapat menghasilkan sinyal osilasi pada keluarannya. Pada saat power supply rangkaian ini di hidupkan, kapasitor C mulai terisi melalui resistor Ra dan Rb sampai mencapai tegangan 2/3 VCC. Pada saat tegangan ini tercapai, dapat dimengerti komparator A dari IC 555 mulai bekerja mereset flip-flop dan seterusnya membuat transistor Q1 ON. Ketika transisor ON, resitor Rb seolah dihubung singkat ke ground sehingga kapasitor C membuang muatannya (discharging) melalui resistor Rb. Pada saat ini keluaran pin 3 menjadi 0 (GND). Ketika discharging, tegangan pada pin 2 terus turun sampai mencapai 1/3 VCC. Ketika tegangan ini tercapai, bisa dipahami giliran komparator B yang bekerja dan kembali memicu transistor Q1 menjadi OFF. Ini menyebabkan keluaran pin 3 kembali menjadi high (VCC). Demikian seterusnya berulang-ulang sehingga terbentuk sinyal osilasi pada keluaran pin3. Terlihat di sini sinyal pemicu (trigger) kedua komparator tersebut bekerja bergantian pada tegangan antara 1/3 VCC dan 2/3 VCC. Inilah batasan untuk mengetahui lebar pulsa dan periode osilasi yang dihasilkan. Misal diasumsikan t1 adalah waktu proses pengisian kapasitor yang di isi melalui resistor Ra dan Rb dari 1/3 VCC sampai 2/3 VCC. Diasumsikan juga t2 adalah waktu discharging kapasitor melalui resistor Rb dari tegangan 2/3 VCC menjadi 1/3 VCC. Dengan perhitungan eksponensial dengan batasan 1/3 VCC dan 2/3 VCC maka dapat diperoleh : t1 = ln(2) (Ra+Rb)C = 0.693 (Ra+Rb)C dan t2 = ln(2) RbC = 0.693 RbC Gambar 3 : Rangkaian osilator astable Page|5 Periode osilator adalah dapat diketahui dengan menghitung T = t1 + t2. Persentasi duty cycle dari sinyal osilasi yang dihasilkan dihitung dari rumus t1/T. Jadi jika diinginkan duty cycle osilator sebesar (mendekati) 50%, maka dapat digunakan resistor Ra yang relatif jauh lebih kecil dari resistor Rb. Satu hal yang menarik dari komponen IC 555, baik timer aplikasi rangkaian monostable maupun frekuensi osilasi dari rangkaian astable tidak tergantung dari berapa nilai tegangan kerja VCC yang diberikan. Tegangan kerja IC 555 bisa bervariasi antara 5 sampai 15 Vdc. Tingkat keakuratan waktu (timing) yang dihasilkan tergantung dari nilai dan toleransi dari resistor dan kapasitor eksternal yang digunakan. Untuk rangkaian yang tergolong time critical, biasanya digunakan kapasitor dan resistor yang presisi dengan toleransi yang kecil. Pada banyak nota aplikasi, biasanya juga ditambahkan kapasitor 10 nF pada pin 5 ke ground untuk menjamin kestabilan tegangan referensi 2/3 VCC. Banyak aplikasi lain yang bisa dibuat dngan IC 555, salah satu aplikasi yang populer lainnya adalah rangkaian PWM (Pulse Width Modulation). Rangkaian PWM mudah direalisasikan dengan sedikit mengubah fungsi dari rangkaian pewaktu monostable. Yaitu dengan memicu pin trigger (pin 2) secara kontiniu sesuai dengan perioda clock yang diinginkan, sedangkan lebar pulsa dapat diatur dengan memberikan tegangan variabel pada pin control voltage (pin5). Di pasaran banyak juga jumpai dua timer 555 yang dikemas didalam satu IC misalnya IC LM556 atau MC1456 Keterangan tiap pin IC: Pin Nama 1 GND 2 TRIG OUT 3 OUT 4 RESET 5 6 7 8 CTRL THR DIS V+, VCC Kegunaan Ground, level rendah (0 V) Pemicu masukan dari luar lebih kecil dari 1/3 VCC. Output 0,5 V dibawah +VCC atau 0,1 V diatas GND. Reset atau untuk menolak masukan pemicu (dihubungkan GND jika digunakan jika tidak, dihubungkan ke +VCC). "Control" pengendali tegangan internal (2/3 VCC). Ambang. Discharge atau tempat pengosongan kapasitor. Tegangan sumber biasanya antara 3 sampai 15 V. Sumber : http://www.electroniclab.com/IC Timer 555 http://en.wikipedia.org/wiki/555%timer%IC Page|6 Data Langkah – langkah praktikum : Menentukan nilai Resistor dan Capasitor Pada praktikum kali ini mengunakan rangkaian Astable. Sehingga rumus yang digunakan adalah : Rumus waktu On : LN(2)(Ra+Rb)C Rumus waktu Off : LN(2)RbC Jika diketahui T = 10, T = 5, dan T = 2 ; sedangkan T adalah waktu On + waktu Off Sehingga Rumus T.On + T.Off = [LN(2)(Ra+Rb)C] + [LN(2)RbC] Jika disederhanakan menjadi = LN(2)(Ra+2Rb)C Ditentukan Rb = 68K Rb = 33K Rb = 6800 + 6800 dan C = 100 F/25V Jika menggunakan rumus diatas maka Rumus Ra = ((T/(LN(2)C)) – (2Rb)) Sehingga Nilai Ra = 8269 Ra = 6134 dan Ra = 1654 Karena resistor ukuran ini tak ada di pasaran maka sebagai gantinya menggunakan potensio multiturn 10K yang di set seukuran Ra tadi. Catatan : LN(2) = 0.693 pada pin IC nomor 5 dipasang kapasitor 10nF Merangkai komponen – komponen Dari hasil perhitungan diatas kemudian didapatkan komponen – komponen yang dibutuhkan dan kemudian dirangkai seperti berikut ini : Gambar 4 : Rangkaian Timer 10, 5, dan 2 detik Pengujian dengan melakukan pengamatan terhadap Output IC NE555 Hasil pengamatan pada Output IC NE555 (pin nomor 3 diwakili oleh indikator berupa LED) T (waktu) Pengamatan 1 Pengamatan 2 Pengamatan 3 Kesalahan (%) 10 detik 9.85 9.89 9.78 1.60 5 detik 4.89 4.98 4.96 1.13 2 detik 1.98 2.01 1.95 1.00 Page|7 Analisis Data Cara menjalankan rangkaian ini yaitu dengan mengubah posisi saklar On atau Off, saklar A untuk timer 10 detik, B untuk timer 5 detik, C untuk 2 detik, dan R untuk Reset. Perlu diingat jika mengkondisikan On salah satu diantara 3 saklar A, B, atau C yang selainnya harus dalam kondisi Off dan sebelum berganti posisi saklar A, B, dan C saklar R harus dalam kondisi terhubung dengan GND dan jika ingin menjalankan rangkaian, kondisikan saklar R terhubung dengan VCC. Output dari rangkaian ini sangat ditentukan oleh besarnya Elco (C) dan besarnya hambatannya (Ra dan Rb). Selain itu, dari data yang diperoleh terdapat error (kesalahan). Kesalahan ini bisa disebabkan oleh hambatan (Ra dan Rb) yang tidak presisi, kabel penghubung dan saklar terdapat hambatan, kecepatan jari menekan tombol stopwatch. Kesimpulan Rangkaian dengan IC NE555 memiliki berbagai fungsi, yang salah satunya sebagai Timer. Rangkaian timer dapat diaplikasikan dalam kehidupan sehari – hari. Misalnya, kita ingin menghidupkan lampu rumah kita secara otomatis 10 jam dalam sehari juga bisa menggunakan rangkaian ini. Lampiran – lampiran Foto hasil praktikum Page|8
