BAB II LANDASAN TEORI

BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Sistem Respirasi
Gambar 2.1 Sistem respirasi manusia1
2.1.1 Pendahuluan
Proses respirasi sangat penting untuk kelangsungan hidup karena berfungsi
sebagai pemasok oksigen untuk metabolisme semua sel aktif dalam tubuh serta
menyingkirkan CO2 yang merupakan hasil proses metabolisme dari sel. Sistem
respirasi terdiri berbagai struktur yang terlibat dalam proses pertukaran gas antara
1
www.sainsbiologi.com
8
9
darah dengan lingkungan eksternal paru-paru, sekelompok pembuluh darah yang
menuju ke paru-paru selama bernafas. Sistem respirasi tidak dapat menjalankan
keseluruhan proses respirasi sendiri, sistem ini hanya berperan pada ventilasi dan
pertukaran O2 dan CO2 antara paru-paru dengan darah.
Semua makhluk hidup pasti melakukan pernapasan atau respirasi.
Pernapasan
merupakan
rangkaian
proses
sejak
pengambilan
gas/udara,
penggunaannya untuk memecah zat, pengeluaran gas sisa pemecahan zat serta
pemanfaatan energi yang dihasilkannya, yang berlangsung didalam tubuh
makhluk hidup.
Pengambilan gas dari lingkungannya berbeda-beda untuk setiap jenis
makhluk hidup. Secara garis besarnya pengambilan gas oleh makhluk hidup dapat
dibedakan menjadi dua, yaitu secara tidak langsung dan secara langsung.
Pernapasan manusia termasuk pernapasan tidak langsung, artinya udara
pernapasan yang diperlukan tubuh tidak dapat langsung masuk kedalam sel
melalui permukaan tubuh, tetapi melalui selaput tipis yang terdapat didalam
saluran pernapasan yaitu didalam gelembung paru-paru. Dengan demikian,
pertukaran gas pada manusia dan vertebrata lainnya dilakukan melalui dua tahap,
yakni :
1. Pertukaran gas dari udara luar/udara bebas kedalam sel-sel darah pada
jaringan epitel selaput alveolus. Pertukaran gas ini dikenal dengan
pernapasan luar atau respirasi eksternal.
2. Pertukaran gas dari sel-sel darah dalamd kapiler dengan sel-sel jaringan
tubuh. Pertukaran gas ini dikenal dengan pertukaran dalam atau
respirasi internal.
10
2.1.2 Mekanisme pernapasan manusia
Pada hakikatnya bernapas adalah pengambilan udara pernapasan dari
udara bebas untuk masuk kedalam tubuh atau paru-paru, serta mengeluarkan gas
sisa ke udara bebas. Pengambilan udara pernapasan ini dikenal dengan inspirasi,
sedangkan pengeluarannya dikenal dengan ekspirasi.
Aliran udara dari udara bebas ke paru-paru dan sebaliknya ditentukan oleh
perubahan tekanan udara dalam rongga paru-paru, rongga dada, dan rongga perut.
Perubahan tekanan ini disebabkan oleh karena terjadinya perubahan volume setiap
ruangan tersebut. Perubahan volume ruangan tersebut diatur oleh otot pernapasan,
yang meliputi otot antar tulang rusuk, otot diafragma, dan otot dinding perut.
Didalam tubuh, udara yang telah dihirup akan dipertahankan suhunya sesuai
dengan suhu tubuh manusia yaitu sekitar 370 C.
Berdasarkan otot yang berperan aktif, pernapasan manusia dapat
dibedakan menjadi dua macam, yaitu pernapasan dada dan pernapasan perut.
2.1.2.1 Pernapasan dada
Otot yang berperan aktif pada pernapasan dada adalah otot antartulang
rusuk luar, yang berperan mengangkat tulang-tulang rusuk dan otot antartulang
rusuk dalam yang berperan menurunkan tulang rusuk keposisi semula.
Bila otot antartulang rusuk luar berkontraksi maka tulang rusuk terangkat
sehingga volume dada bertambah besar. Karena rongga dada merupakan ruangan
tertutup maka bertambahnya volume rongga dada akan menurunkan tekanan
rongga dada, sehingga menjadi lebih kecil dari tekanan udara rongga paru-paru.
11
Hal ini akan mendorong paru-paru mengembang sehingga volumenya menjadi
lebih besar, tekanannya menjadi lebih kecil dari tekanan udara bebas. Akibat dari
semua itu maka terjadilah aliran udara dari udara luar ke dalam rongga paru-paru
melalui rongga hidung, batang tenggorok, bronkus, dan alveolus atau gelembung
paru-paru.
Sebaliknya bila otot antar tulang rusuk dalam berkontraksi, maka tulang
rusuk akan tertarik ke posisi semula, sehingga volume rongga dada akan
mengecil, dan tekanannya membesar. Tekanan ini akan mendesak dinding paruparu, sehingga rongga paru-paru ikut mengecil yang meyebabkan tekanan udara
dalam rongga paru-paru meningkat. Keadaan ini akan menyebabkan udara dalam
rongga paru-paru terdorong keluar.
2.1.2.2 Pernapasan perut
Otot yang berperan aktif dalam pernapasan perut adalah otot diafragma
dan otot dinding rongga perut. Bila otot diafragma berkontraksi, maka posisi
diafragma akan mendatar. Posisi ini menyebabkan bertambah besarnya volume
rongga dada, sehingga tekanan udara dalam rongga dada mengecil. Penurunan
tekanan udara dalam rongga dada akan diikuti mengembangnya paru-paru dan
penurunan tekanan udara dalam paru-paru, sehingga tekanan udara dalam paruparu menjadi lebih kecil dari tekanan udara luar. Hal inilah yang menyebabkan
terjadinya aliran udara luar kedalam saluran pernapasan.
Bila otot diafragma berelaksasi dan otot dinding perut berkontraksi, maka isi
rongga perut akan terdesak kearah diafragma, sehingga posisi diafragma akan
cekung ke arah rongga dada. Keadaan ini menyebabkan volume rongga dada
12
mengecil, dan tekanannya meningkat. Naiknya tekanan dalam rongga paru-paru
akan menyebabkan isi rongga paru-paru terdorong ke luar, sehingga terjadilah
ekspirasi.
2.1.3 Udara yang dipernapaskan
Tekanan udara dalam paru-paru selalu berubah pada setiap gerakan
pernapasan. Saat inspirasi dimulai, tekanan udara dalam paru-paru turun satu
sampai dua mmHg lebih rendah dari tekanan udara luar. Sebaliknya pada saat
ekspirasi baru dimulai, paru-paru memeras udara didalamnya sehingga tekanan
udara dalam paru-paru tiga mmHg lebih tinggi dari tekanan udara luar.
Seperti halnya tekanan udara dalam paru-paru, volume udara yang
dipernapaskan oleh paru-paru juga bervariasi. Hal ini dapat terjadi karena
pengaruh cara, kekuatan, dan posisi badan seseorang yang melakukan pernapasan.
Secara garis besarnya udara yang dipernapaskan dapat dibedakan menjadi 6
macam, yaitu sebagai berikut :
a. Udara Pernapasan (UP)
Udara pernapasan merupakan udara yang masuk atau keluar paru-paru
sebagai akibat pernapasan biasa. Udara pernapasan ini sering disebut sebagai
tidal volume yang volumenya berkisar 500 cc.
b. Udara Komplementer (UK)
Udara komplementer merupakan udara yang masih dapat dimasukkan kedalam
paru-paru secara maksimal setelah inspirasi normal. Volume udara ini lebih
kurang 1.500 cc
13
c. Udara Cadangan (UC)
Udara cadangan merupakan udara yang masih dapat dikeluarkan secara
maksimal setelah melakukan ekspirasi normal. Volume udara cadangan adalah
lebih kurang 1.500 cc
d. Udara Residu (UR)
Udara residu merupakan udara yang masih tersisa didalam paru-paru
setelah melakukan ekspirasi maksimal. Volume udara ini sekitar 1.000 cc
e. Kapasitas Vital Paru-paru (KV)
Kapasitas vital paru-paru merupakan udara yang dapat dihembuskan
semaksimal mungkin setelah melakukan inspirasi secara maksimal. Bila
dituliskan secara matematik, maka kapasitas vital paru-paru didefinisikan
sebagai :
KV = UP + UK + UC
Dimana,
KV
: Kapasitas vital paru - paru
UP
: Udara pernapasan
UK
: Udara komplementer
UC
: Udara cadangan
(2.1)
14
f. Volume Total Paru-paru
Volume total paru-paru merupakan udara yang dapat tertampung secara
maksimal didalam paru-paru. Jadi volume total paru-paru sama dengan
kapasitas vital paru-paru (KV) ditambah volume udara residu (UR).
Dalam keadaan biasa, sekali menghirup udara adalah sebanyak 500 cc.
Dari sejumlah udara tersebut hanya 350 cc yang dapat sampai ke alveolus paruparu, sedangkan 150 cc lainnya mengisi ruangan sepanjang saluran pernapasan.
2.2 Gambaran Umum Humidifier
Humidifier merupakan suatu alat yang difungsikan untuk menjaga tingkat
kelembaban udara yang dihasilkan dari ventilator. Udara yang berasal dari
ventilator tersebut berupa oksigen dan udara tekan yang keduanya di mix
didalam ventilator tersebut. Tingkat kelembaban tersebut dijaga dengan cara
melakukan pemanasan air didalam suatu chamber yang disinkronkan dengan
berapa besar suhu yang diatur untuk melakukan pemanasan air didalam chamber
tersebut.
Gambar 2.2 Humidifier MR 730
Gambar 2.3 Humidifier MR 850
15
VENTILATOR
8
5
3
4
6
7
1
9
2
Gambar 2.4 Analogi diagram alir humidifier
Keterangan Gambar 2.4
1. Setting suhu
:
3. Heater wire 5. Sensor chamber
2. Tampilan display 4. Chamber
7. Sensor Heater
6. Chamber temperature 8. Water trap
Adapun penjelasan dari analogi diagram alir humidifier adalah sebagai berikut :
Ketika besarnya suhu telah disetting pada kontrol setting suhu (1), maka
akan terjadi pemanasan air didalam chamber (4). Pemanasan ini dilakukan oleh
suatu sistem pemanas yang terdapat didalam alat ini. Besarnya suhu yang diatur
ditampilkan pada suatu sistem penampil (2) yang berupa seven segment.
Meskipun didalam alat ini terdapat berbagai pemilihan besarnya suhu pada
kontrol setting suhu, namun yang paling umum digunakan adalah setting suhu
dengan besar suhu 370C. Fungsi dari pemanasan air pada chamber dengan suhu
yang telah disetting adalah agar oksigen dan udara tekan dari ventilator tetap
terjaga tingkat kelembabannya. Kemudian besarnya panas yang terjadi didalam
chamber dideteksi oleh suatu sensor (5) yang diletakkan pada tubing inspirasi.
Agar uap-uap air yang telah terbentuk tetap terjaga suhunya sesuai suhu settingan,
16
maka didalam perjalanannya menuju hidung, didalam tubing tersebut digunakan
heater wire (3). Dimana fungsi heater wire ini adalah menjaga agar uap air dengan
suhu yang telah sesuai yang nantinya akan masuk dan dihirup oleh hidung tetap
terjaga kestabilan suhunya. Adapun panasnya heater wire ini dideteksi oleh suatu
sistem sensor (7) yang diletakkan kurang lebih 15 mm menuju hidung. Selain itu,
dalam alat ini juga terdapat beberapa parameter yang saling mendukung.
Diantaranya dalam alat ini terdapat sistem pendeteksi low water dan suhu lebih
terhadap panas didalam chamber yang dideteksi oleh suatu sensor.
2.3 LM 35 sebagai Sensor Suhu
LM 35 merupakan suatu sensor panas yang berfungsi untuk mendeteksi besarnya
derajat panas/temperature. Dimana dalam aplikasinya LM 35 sangat presisi
didalam mendeteksi besarnya derajat panas/temperature. Output yang dihasilkan
oleh sensor ini sangat linier dan terkalibrasi pada satuan derajat celcius.
Maksudnya setiap kenaikan 1 derajat celcius akan menghasilkan output pada
sensor ini sebesar 10 mV. Pada LM 35 ini tidak dilengkapi dengan rangkaian
luar/terminal kalibrasi. Ketelitian dalam mendeteksi panas pada sensor ini sampai
¼ derajat celcius. Sedangkan range atau jangkauan yang dapat dideteksi oleh LM
35 ini berkisar dari -550C sampai dengan 1500C.
+VCC
LM35
Vout
Gambar 2.5 Sensor suhu LM 35
17
Output pada LM 35 ini memiliki tingkat impedansi yang sangat rendah.
Selain itu IC tersebut menggunakan arus sebesar 60μA dan panas yang
ditimbulkan oleh IC tersebut sangat rendah yaitu kurang dari 0,1 0C pada ruangan
terbuka. IC ini juga dapat difungsikan dengan supply tunggal (+ dan ground) atau
bisa juga difungsikan dengan supply (+ dan -). Untuk mengetahui lebih jelas
tentang sensor ini, adapun spesifikasi dari IC LM 35 adalah :
1. Terkalibrasi pada satuan celcius
2. Perubahan linier 10 mV setiap 0C
3. Kepekaannya ± 0,250C
4. Dapat bekerja dengan sempurna pada tegangan 4V sampai dengan 30V
5. Impedansi output sangat rendah ± 0,1Ω pada beban 1mA
2.4 LM 741 sebagai Penguat Operasional
Rangkaian penguat adalah suatu rangkaian yang memiliki feed back negative
(umpan balik negative) sehingga pada rangkaian tersebut akan terjadinya suatu
rangkaian tertutup atau yang biasa yang kita kenal dengan nama Amplifier close Loop
(AcL). Dengan syarat dalam Amplifier close Loop ini harus kita beri suatu tahanan
yang kita beri nama tahanan Rf.
Selain itu rangkaian penguat juga dapat diartikan sebagai rangkaian yang
menerima sebuah isyarat atau sinyal masukan pada salah satu inputnya dan akan
mengeluarkan sebuah sinyal yang bentuknya tidak berubah yang mana
keluarannya itu dapat menjadi lebih besar atau lebih kecil dari sinyal masukannya.
18
Sehingga dengan kata lain rangkaian penguat adalah suatu rangkaian yang outputnya
atau keluarannya dapat diatur oleh kita.
Op Amp banyak digunakan dalam sistem analog atau sistem analog computer.
Sebab Op Amp dapat melaksanakan beberapa operasi aritmatik seperti penjumlahan,
pengurangan, perkalian, integrasi, diferensiasi, dan lain-lain. Disamping itu Op Amp
dapat juga digunakan sebagai penguat video, penguat audio, oscillator, detektor, dan
lain-lain.
Ada empat sifat dasar dalam operational amplifier ini. Adapun ke empat sifat
dasar tersebut adalah :
1. Jika ada sebuah sinyal inputan masuk kedalam kaki inverting pada sebuah op
amp maka output yang dihasilkan akan berlawanan fasa sebesar 180 0 terhadap
inputannya.
+
IN
-
OUT
-
+
+
Gambar 2.6 Analogi sifat dasar op-amp pertama
2. Jika ada sebuah sinyal inputan masuk kedalam kaki non inverting pada sebuah
op amp maka output yang dihasilkan akan sefase terhadap sinyal inputannya.
OUT
+
-
IN
+
-
+
Gambar 2.7 Analogi sifat dasar op-amp kedua
19
3. Jika ada dua buah sinyal inputan yang sama dan sefase masuk ke kedua inputan
op amp tersebut baik ke kaki inverting maupun kaki non inverting, maka output
yang akan dihasilkan adalah nol.
+
-
IN
OUT
+
-
IN
+
Gambar 2.8 Analogi sifat dasar op-amp ketiga
4. Jika ada dua buah sinyal yang sama tetapi berlawanan fasa masuk ke dalam
sebuah inputan op amp baik itu ke kaki inverting maupun kaki non inverting,
maka output yang dihasilkan adalah penguatan yang terjadi pada op-amp
tersebut dikali dua kali sinyal inputan yang masuk. Atau dengan rumus
matematik dapat ditulis :
Vout = A X 2 Vin
+
-
IN
(2.2)
OUT
-
-
+
IN
+
Gambar 2.9 Analogi sifat dasar op-amp ke empat
20
Adapun bentuk fisik dari LM 741 itu sendiri adalah seperti pada Gambar 2.10
dibawah ini :
8
7
6
5
LM 741
1
2
3
4
Gambar 2.10 Konfigurasi pin IC LM 741
Keterangan Gambar 2.10 :
1. Zero Off Set
2. Terminal Masukan Inverting
3. Terminal Masukan Non Inverting
4. Terminal Catu Daya Negatif (-Vcc)
5. Zero Off Set
6. Terminal Keluaran (Output)
7. Terminal Catu Daya Positif (+Vcc)
2.4.1 LM 741 sebagai penguat non inverting
LM 741 yang difungsikan sebagai penguat non inverting memiliki karakteristik
yang utama yaitu tegangan keluaran yang dihasilkan (V output) akan memiliki polaritas
yang sama dengan tegangan inputannya (Ei). Penguat non inverting disebut juga
sebagai penguat tak membalik. Selain itu impedansi input dari penguat non inverting
21
ini sangat tinggi. Hal ini dikarenakan sinyal inputan yang akan masuk pada kaki non
inverting, tidak terbebani oleh adanya nilai Ri dan Rf.
Rf
+Vcc
Ri
2
-
7
741
3
6
+
4
-Vcc
Gambar 2.11 Op-amp sebagai penguat non inverting
Adapun rumus-rumus aplikasi dalam pemanfaatan LM 741 yang difungsikan
sebagai penguat non inverting adalah sebagai berikut :
1. Tegangan output yang akan dihasilkan oleh penguat tersebut didefinisikan :
Vout = (1 + Rf/Ri) X Ei
(2.5)
Dimana,
Vout = Tegangan keluaran (output) yang dihasilkan
Ei
= Sinyal inputan yang masuk
2. Faktor penguatan yang terjadi pada penguat non inverting didefiniskan :
A = Vout/Ei
Vout/Ei = 1 + Rf/Ri
(2.6)
(2.7)
22
Dimana,
A
= Faktor penguatan (Amplification close Loop)
Vout = Tegangan keluaran (output) yang dihasilkan
Ei
= Sinyal inputan yang masuk
2.4.2 LM 741 sebagai penguat penyangga (buffer)
LM 741 yang difungsikan sebagai penguat penyangga (buffer) bisa juga
disebut sebagai rangkaian pengikut tegangan (voltage follower). Disebut demikian
karena besarnya sinyal output yang dihasilkan akan sama dengan besarnya sinyal
input yang masuk pada rangkaian ini. Dimana tugas yang utama pada rangkaian
buffer adalah menguatkan arus pada output buffer dengan penguatan tegangan
yang sama. Selain itu rangkaian buffer juga berfungsi untuk mengubah impedansi
input yang tinggi ke impedansi input yang rendah.
+Vcc
7
3
2
+
LM741
-
6
4
-Vcc
Gambar 2.12 Op amp sebagai buffer
2.4.3 LM 741 sebagai komparator
Rangkaian pembanding tegangan (voltage comparator) adalah suatu rangkaian
yang berfungsi untuk membandingkan antara sinyal inputan yang satu dengan yang
lainnya.
23
Rangkaian pembanding tegangan ini memiliki ciri-ciri sebagai berikut :
1. Tidak mempunyai feed back negatif
2. Kadang-kadang memiliki feed back positif
3. Memiliki kedua input yang dibandingkan
4. Memiliki penguatan yang tak terhingga sehingga output yang akan
dihasilkan hanya dua keadaan yaitu +SAT atau –SAT.
+Vcc
3
+
7
741
2
-
6
4
-Vcc
Gambar 2.13 Op amp sebagai komparator
Adapun rumus-rumus aplikasi dari sebuah komparator adalah sebagai berikut.
Vout = (E2-E1) X AoL
Dimana,
Vout = tegangan keluaran (output) komparator
E2
= sinyal masukan non inverting
E1
= sinyal masukan inverting.
AoL = penguatan open loop terbuka (Amplification open Loop)
AoL = 200.000X
(2.8)
24
2.5 Transistor sebagai Saklar
Untuk merancang transistor yang fungsinya sebagai saklar maka hal yang
harus kita lakukan adalah membuat perhitungannya. Maksudnya mengetahui pada
saat apa transistor tersebut bekerja sebagai saklar. Transistor bekerja sebagai
saklar diidentifikasikan dalam dua kondisi, yaitu:
a. Pada saat kondisi 0/off (saklar tebuka) yakni pada saat transistor mengalami cut
off/titik sumbat
b. Pada saat kondisi on (saklar tertutup) yakni pada saat transistor mengalami
saturasi.
Kemudian untuk dapat membuat transistor bekerja maka terlebih dahulu
kita harus mengetahui karakteristik dari sebuah transistor tersebut. Dengan
contoh, pada transistor tipe NPN, transistor tersebut dapat bekerja apabila
tegangan di basis(trigger basis) mempunyai harga lebih besar atau sama dengan
0,7 V. Karena fungsi basis disini adalah sebagai control sebuah transistor. Selain
itu transistor dapat bekerja apabila ada pergerakan arus dari kaki basis ke kaki
emitter. Kemudian juga terjadi pergerakan arus dari kaki kolektor menuju kaki
emitter. Sehingga didapatkan nilai arus dari kolektor menuju emiter lebih besar
daripada arus dari kaki basis menuju emiter.
Berdasarkan hukum arus Kirchoff, maka dapat diketahui nilai arus,
IE = Ic + IB
(2.9)
25
Salah satu keunggulan dari transistor adalah, nilai arus yang terjadi pada kolektor
lebih besar dari arus yang terdapat pada basis, penguatan arus
dc , merupakan
penentu dari perbedaan dari kedua arus ini.
βdc = Ic/IB
(2.10)
Sifat-sifat dari transistor dapat diketahui setelah melihat Gambar 2.14 berikut
ini :
RC
+
+
VC E
RB
VCC
-
VB B
-
Gambar 2.14 Rangkaian common emiter
Pada gambar dapat diketahui nilai arus basis berdasarkan hukum Ohm,
IB = VBB - VBE
(2.11)
RB
Dan dengan hukum tegangan Kirchoff dapat diketahui,
VCE = VCC – (IC.RC)
(2.12)
26
Untuk dapat mengetahui dimana daerah kerja transistor, maka dibuatlah garis
beban yang memotong sumbu vertical IC dan sumbu horizontal VCE.
IC
IC = VC C
RC
TITIK SATURASI
CUT OFF
VC C
V C C = VCE
Gambar 2.15 Garis beban daerah kerja transistor
Garis beban yang mengenai kurva IB = IB (sat) dan VCE = 0V merupakan
daerah saturasi transistor, sedangkan garis beban yang mengenai kurva IB = 0 dan
VCE = VCC adalah daerah cut off transistor.
2.5.1 Transistor dalam keadaan saturasi
Pada transistor jenis NPN, apabila dioda basis emitor mendapat forward
bias dan dioda basis-kolektor juga mendapat forward bias, maka arus dapat
mengalir dari kolektor menuju ke emitor. Pada keadaan ini transistor berada
dalam daerah saturasi dan VCE atau tegangan antara kolektor dengan emitor dapat
dianggap nol. Dalam kondisi ini transistor dianggap seperti sebuah saklar tertutup.
Besarnya arus yang mengalir menuju kolektor saat saturasi didefinisikan :
IC = VCC – VCE
RC
(2.13)
27
Daerah ini ditandai dengan nilai IB yang maksimum. Hal ini berpengaruh terhadap
harga VCE kecil sekali sehingga nilai V CE dapat dianggap nol. Untuk
perhitungannya secara teori dapat digunakan rumus:
IC (SAT) = VCC
(2.14)
RC
+V C C
+V C C
RC
RC
+V B B
RB
Gambar 2.16 Transistor dalam keadaan saturasi
2.5.2 Transistor dalam keadaan cut off
Pada transistor jenis NPN, apabila basis lebih negatif dari emitor maka
arus tidak akan mengalir dari kolektor menuju ke emitor. Pada keadaan ini
transistor berada dalam daerah cut off dan dapat dianggap sebagai saklar terbuka.
Pada saat transistor cut off, tidak ada arus bocor yang mengalir melalui beban RC
kecuali arus bocor yang sangat kecil (IC
0), sehingga besarnya IC dapat
diabaikan.Daerah ini ditandai dengan minimumnya nilai I B. Minimumnya nilai arus
basis mengakibatkan nilai arus kolektor juga minimum.
28
Sehingga apabila kita kalkulasikan terhadap rumus maka kita akan
mendapatkan perhitungan tegangan cut off, yaitu:
VCUT OFF = VCC = VCE
+V C C
(2.15)
+V C C
RC
RC
+V B B
RB
Gambar 2.17 Transistor dalam keadaan cut off
2.6 IC 4011 sebagai Gerbang NAND
H G
14 13 12
1 2
A B
M L
11 10
3 4
J K
FE
98
5 6 7
C D
Gambar 2.18 Konfigurasi pin IC 4011
IC 4011 merupakan sebuah perangkat IC yang mempunyai dua buah masukan. IC 4011
difungsikan sebagai gerbang NAND. Dimana dalam aplikasinya output yang dihasilkan
akan bernilai high atau 1 jika salah satu dari kedua inputan IC tersebut bernilai low atau
0. Adapun penjelasan secara matematisnya adalah sebagai berikut:
29
Tabel 2.1 Tabel kebenaran IC 4011
X
Y
Z
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
X
Z
Y
Gambar 2.19 Simbol NAND
Keterangan
:
X
: Input 1
Y
: Input 2
Z
: Output
30
2.7 IC 74193 sebagai Pencacah Maju dan Mundur
Gambar 2.20 Konfigurasi pin IC 74193
IC 74193 merupakan suatu IC yang berfungsi sebagai pencacah maju
ataupun mundur. Dimana IC ini akan mencacah maju atau mundur tergantung dari
inputan yang diterimanya. IC 74193 ini tergolong IC dengan aktif low. Jadi, IC ini
akan bekerja mencacah jika inputan yang masuk pada salah satu kakinya baik itu
kaki 4 atau kaki 5 jika keadaan inputannya bernilai 0 (low). Dalam aplikasinya, IC
ini akan mencacah maju jika inputan ke IC ini masuk ke kaki 5. Sebaliknya IC ini
akan mencacah mundur jika inputan yang masuk ke IC ini masuk pada kaki 4.
Kemudian inputan-inputan tersebut baik itu counter up atau counter down, akan
dikeluarkan melalui kaki 2, 3, 6, dan 7 dalam bentuk bilangan biner.
2.8 IC 4028 sebagai Dekoder BCD
Bilangan-bilangan biner yang sudah mengalami proses counterisasi, agar dapat terbaca
di suatu sistem tampilan, maka harus didekoderisasi terlebih dahulu. IC 4028
merupakan salah satu IC yang berfungsi sebagai proses dekoder dari bilangan-bilangan
biner menjadi desimal.
31
IC ini akan menerima inputan yang berupa bilangan-bilangan biner melalui kaki
10, 11, 12, dan 13. Kemudian setelah masuk melalui kaki-kaki tersebut, bilanganbilangan tersebut akan mengalami proses dekoderisasi untuk dirubah menjadi
bilangan desimal.
Gambar 2.21 Konfigurasi pin IC 4028
Adapun besarnya bilangan desimal yang terbentuk tergantung dari sinyal-sinyal inputan
yang masuk. Setelah itu, bilangan-bilangan biner yang sudah dirubah menjadi bilangan
decimal akan dikeluarkan untuk ditampilkan pada suatu sistem penampil melalui kaki
2, 3, 14, dan 15.
32
Adapun tabel kebenaran dari IC 4028 adalah sebagai berikut
Tabel 2.2 Tabel kebenaran IC 4028
2.9 IC 4066 sebagai Saklar Mandiri
SIGNAL A
IN/OUT
1
OUT/IN
2
OUT/IN
3
IN/OUT
4
SIGNAL B
CONTROL B
5
CONTROL C
6
VSS
7
SW
A
SW
D
SW
B
SW
C
14
VDD
13
CONTROL A
12
CONTROL D
11
IN/OUT
10
OUT/IN
9
OUT/IN
8
IN/OUT
SIGNAL D
SIGNAL C
Gambar 2.22 Konfigurasi pin IC 4066
IC 4066 merupakan IC CMOS yang berisi empat buah bilateral switch.
Switch dapat dioperasikan dengan memberikan tegangan high pada masingmasing kontrol tiap switch. Apabila kontrol A mendapat tegangan high maka
33
switch A pada pin 1 dan pin 2 akan terhubung dan apabila kontrol A mendapat
tegangan low maka switch A pada pin 1 dan pin 2 akan terputus. Begitu juga pada
switch lainnya yang bekerja apabila kontrolnya diberikan tegangan high. IC 4066
ini juga dapat digunakan sebagai multiplekser dan demultiflekser. IC 4066 ini bila
dihubungkan dengan IC counter atau dekoder dapat digunakan sebagai rangkaian
ADC. IC tambahan tersebut dapat dihubungkan ke kontrol masing-masing switch.
2.10 IC CA 3162E sebagai Analog To Digital Converter
NSD
MSD
LSD
HOLD/BY PASS
GND
ZERO ADJUSMENT
1
16
2(3) BCD OUTPUT
2
3
4
5
6
7
8
15
14
13
12
11
10
9
2(0) BCD OUTPUT
IC 3162 E
2(1) BCD OUTPUT
2(2) BCD OUTPUT
V+
GAIN ADJUSMENT
INTEGRATING CAP
HIGH INPUT
LOW INPUT
ZERO ADJUSMENT
Gambar 2.23 Konfigurasi pin IC 3162 E
Pada waktu dilakukan pengukuran temperatur, tekanan udara, tegangan
listrik atau besaran – besaran fisis lainya secara analog , artinya alat ukur dari
besaran – besaran tersebut akan memberikan bentuk informasi dalam bentuk
analog. Kita menentukan suatu besaran yang diukur dengan suatu petunjuk pada
garis skala yang tertera pada meter alat tersebut.
Suatu besaran analog tidak dapat langsung ditampilkan sebagai informasi
digital , besaran ini harus terlebih dahulu dirubah atau dikonversikan yaitu
perubahan dari kode – kode biner ke desimal agar dapat ditampilkan menjadi
34
informasi digital. Pada alat rancangan ini panas yang dihasilkan terlebih dahulu
dikonversikan oleh LM 35 menjadi tegangan listrik. Tegangan listrik yang masih
dalam bentuk analog ini, kemudian dikonversikan lagi menjadi besaran – besaran
digital dan ditampilkan dalam bentuk informasi digital oleh rangkaian ADC. Jadi
pada alat ini dilakukan dua kali proses konversi didalam memberikan informasi
digital yaitu pengubahan panas menjadi tegangan-tegangan listrik (analog) dan
pengubahan tegangan listrik menjadi informasi digital.
Pada rangkaian ini, IC yang digunakan adalah IC CA3162E, tegangan
analog yang merupakan input IC CA3162E
terdiri dari tegangan 2 inputan,
tegangan inputan yang pertama adalah tegangan yang berasal dari tegangan output
rangkaian sensor temperatur, sehingga BCD (Binary Counter to Digital)
outputnya ke dekoder merupakan BCD out dari sensor temperatur. Sedangkan
tegangan input yang kedua adalah tegangan yang berasal dari tegangan setting,
sehingga outnya ke dekoder merupakan BCD out dari tegangan setting.
Pada IC CA 3162E ini pin yang digunakan untuk tegangan input analog ini di inputkan
melalui pin 11 yang merupakan input tegangan analog high dari IC CA 3162E .
Sedangkan input tegangan analog low input melalui pin 10. Pada pin 8 dan 9 dari IC
CA 3162E yang dihubungkan ke R variabel dimana fungsinya untuk mengkalibrasi
angka digital outputnya 0. Selanjutnya tegangan analog yang masuk ke IC ADC ini
akan melewati angka 0 dari IC CA3162E serta penguatannya akan diatur yaitu pada
pin 13 .Keluaran dari IC ini adalah terletak pada pin 16,15,1 dan 2. Karena data BCD
yang digitnya dari IC ini di outputkan ke dekoder IC CA3161E maka diperlukan
rangkaian digit driver yang sinkron dengan output BCD .
35
Contoh:
Pada saat BCD output memberikan data BCDnya ke input decoder IC
3161E yaitu pin inputannya pada pin 6,2,1 dan 7 untuk digit pertama (LSD) maka
digit driver yang aktif adalah digit driver pada pin 5 dari IC CA 3162E sehingga
TR1 akan hidup dengan demikian arus VCC akan mengalir ke emiter yang
diteruskan menuju kolektor kemudian masuk ke common seven segment yang
berfungsi untuk menghidupkan seven segment sementara dari anoda seven
segment yang dihubungkan ke output dekoder (output IC CA3161E).
2.11 IC CA 3161E sebagai Dekoder
NC
NC
NC
2(3) BCD INPUT
2(0) BCD INPUT
GND
1
16
V+
2
3
4
5
6
7
8
15
14
13
12
11
10
9
f
IC 3161 E
2(1) BCD INPUT
2(2) BCD INPUT
g
a
b
c
d
e
Gambar 2.24 Konfigurasi pin IC 3161 E
Dekoder adalah rangkaian gerbang-gerbang yang berguna menampilkan
kode-kode biner menjadi tanda - tanda yang dapat ditanggapi secara visual.
Dekoder merupakan rangkaian logika yang menggunakan “n” bit masukan biner
menjadi “m” jalur keluaran sedemikian sedemikian sehingga setiap jalur keluaran
dapat diaktifkan dengan salah satu kombinasi pada masukan. Secara ideal dekoder
yang memiliki n buah input dapat menghasilkan jalur keluaran sebesar 2 n
kombinasi. Untuk setiap kombinasi-kombinasi masukan ini akan salah satu dari
36
“m” jalur keluaran yang berlogika 1 (tinggi) sedangkan jalur logika yang lain akan
berlogika 0 (rendah).
Dalam perancangan ini, IC CA 3161 E penulis fungsikan sebagai dekoder,
adapun pengertian dari pada dekoder yaitu suatu rangkaian logika yang berfungsi
untuk merubah kode-kode biner menjadi tanda-tanda yang dapat ditandai secara
visual.
Keluaran suatu dekoder merupakan data yang diterima dalam bentuk kode
biner. Setiap kombinasi pada masukan hanya mengaktifkan satu terminal keluaran
salah satu tipe dari dekoder adalah BCD seven segment dekoder, dimana fungsi
dari BCD tersebut adalah merubah kode biner menjadi kode desimal yang akan
ditampilkan pada display. Masukan BCD mendapat masukan yang berasal dari
counter.
Dilihat dari jenisnya, BCD seven segment mempunyai dua jenis yaitu BCD seven
segment aktif low dan aktif high. IC CA 3161E adalah salah satu dari jenis BCD seven
segment dekoder yang aktif high. Output dari BCD merupakan inputan untuk dekoder
(IC CA 3161E) dan inputan dekodernya terletak pada pin 6, 2,1 dan 7. Data biner yang
masuk pada dekoder ini kemudian ditampilkan ke seven segment dekoder sebagai data
input berupa desimal ke seven segment.
37
Adapun tabel kebenaran dari IC 3161E ini ditunjukkan pada tabel 2.3 dibawah ini
Tabel 2.3 Tabel kebenaran IC 3161E
INPUT
OUTPUT
DECIMAL
D
C
B
A
A
b
c
d
E
f
g
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
38
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
2.12 Seven Segment sebagai Display
Display atau penampilan, merupakan sebuah indikator yang digunakan pada
peralatan yang berbasis sistim digital. Beberapa macam indikator yang sering
digunakan sebagai display :
1. Seven segment
2. Dot matriks
Pada karya tulis ini digunakan seven segment sebagai display. Dimana seven
segment tersebut terdiri dari tujuh buah led dan satu common dimana dioda
tersebut akan menyala apabila diberikan beda potensial atau ada arus yang
mengalir.
Ada dua jenis seven segment yaitu :
2.12.1 Common anoda
Common anoda berarti pada setiap anoda dari masing-masing led digabungkan
dan dihubungkan ke VCC, sedangkan pada katodanya diberikan taraf rendah atau
berlogika nol (low) sesuai angka yang ingin kita tampilkan sehingga arus akan
mengalir dari anoda ke katoda dan akan menyalakan led sesuai angka yang kita
inginkan.
39
Untuk lebih jelas dapat kita lihat gambar dan tabel dibawah :
Gambar 2.25 Bentuk fisik dan konfigurasi seven segment anoda
Tabel 2.4 Seven segment common anoda
2.12.2 Common katoda
Common katoda merupakan kebalikan dari common anoda, jika pada common
anoda, anoda pada led yang digabung dan dihubungkan ke VCC maka pada common
katoda, katodanya yang digabung dan dihubungkan ke ground.
40
Untuk lebih jelas dapat kita lihat gambar dan tabel dibawah :
Gambar 2.26 Bentuk fisik dan konfigurasi seven segment katoda
Tabel 2.5 Seven segment common katoda
2.13 IC MOC 3020 sebagai PhotoTriac
IC MOC 3020 merupakan komponen yang berfungsi sebagai photo triac. Photo triac
adalah sebuah komponen penghubung yang bekerja berdasarkan picu cahaya optik.
Photo triac terdiri dari dua bagian yaitu pemancar (transmitter) dan penerima (receiver).
Pemancar biasanya dibangun dari sebuah led infra red, dan penerima dibangun dengan
komponen Photo Triac, gatenya akan mendapat bias maju bila mendapat sinar dari
LED sehingga triad terhubung singkat dengan kata lain Photo Triac digunakan sebagai
optoisolator antara rangkaian input dan output. IC MOC ini dapat digunakan sebagai
penggerak tegangan AC atau komponen elektronik pengganti relay.
41
6
5
4
1
2
3
Gambar 2.27 Konfigurasi pin MOC 3020
Keterangan pin MOC 3020 :
Kaki 1
: Anoda
Kaki 2
: Katoda
Kaki 3 dan 5 : Normally Close
Kaki 4 dan 6 : Input / Output Tegangan AC
1
6
2
4
Gambar 2.28 Skematik MOC 3020
2.14 TRIODA AC (TRIAC) sebagai Switch
Triac merupakan komponen tiga elektroda yang berfungsi sebagai saklar.
Triac mempunyai elektroda kendali (gerbang) terpisah guna memungkinkan
pemberian level tegangan yang akan memulai triac untuk berkondukasi. Triac
banyak digunakan pada rangkaian-rangkaian pengendali, pensaklaran, ataupun
pemicu. Prinsip kerja Triac sama dengan SCR (Silicon Control Rectifier) dan
Triac sendiri dapat digambarkan sebagai penggabungan dua SCR yang dipasang
42
anti pararel dan diberi satu elektroda pintu. Triac banyak digunakan untuk beban
yang mempunyai daya besar.
Gambar dibawah ini merupakan lambang dari Triac, terminal utamanya
adalah terminal satu dan dua yaitu untuk keluaran dan terminal bersama. Gerbang
atau gate merupakan terminal masukan atau terminal kendali.
A1
G
A2
Gambar 2.29 Simbol triac
Keterangan :
A1
: Main Terminal 1
A2
: Main Terminal 2
G
: Gate