BAB II

BAB II
DASAR TEORI
Pada bab ini penulis membahas tentang teori-teori mulai dari gambaran
umum tentang tensimeter (alat pengukur tekanan darah), jantung, kalibrasi
sampai dengan komponen yang digunakan untuk pembuatan alat yang akan
direncanakan.
2.1
Pengukur tekanan darah
Bunyi detak jantung yang baik dapat memberikan informasi yang baik
tentang keadaan sehat atau tidaknya jantung kita. Suara jantung dapat didengar
melalui Stetoskop oleh karena adanya vibrasi pada jantung dan pembuluh darah
besar. Pada saat buka tutupnya valve/katup jantung maka akan terdengar suara
korofkoff, yang dapat didengar karena adanya aliran turbulasi pada saat-saat
tertentu.
Dimana mula-mula akan terjadi kontraksi pada jantung, dan katup akan
membuka dan pada saat itu pula tekanan ventrikel dan tekanan aorta akan
meningkat bersamaan pada saat terdengarnya bunyi suara jantung pertama. Pada
saat tertutupnya valev aorta akan terdengar detakan dan suara jantung kedua
yaitu tekanan rendah diastole. Realisasi dari pemecahan masalah diatas akan
dirumuskan secara umum pada gambar blok diagram dimana rangkaian sensor
akan melakukan pengindraan yaitu dengan mendeteksi tekanan udara yang
dirubah menjadi arus listrik dan akan mengkondisikan setiap parameter satuan
pengukuran hingga dapat ditampilkan sesuai dengan rancangan.
6
2.1.1 JANTUNG DAN TEKANAN DARAH
Jantung
Jantung adalah organ yang berupa otot, yang berbentuk kerucut dan
berongga yang berfungsi untuk memompa darah keseluruh tubuh melalui
pembuluh darah. Jantung terletak didalam rongga torak ( rongga dada ),
dibelakang sternum (tulang dada) diantara paru-paru dan diatas diafragma dengan
pangkal diatas dan puncaknya (apex) dibawah.
Gambar II.1
Sistem Sirkulasi Peredaran Darah
Jantung terbagi dua belah yaitu sebelah kanan dan kiri oleh sebuah sekat
(septum). Setiap belahan terbagi menjadi dua ruang. Sehingga jantung memiliki
empat ruang yaitu bagian atas atrium kanan dan atrium kiri, bagian bawah
ventrikel kanan dan ventrikel kiri. Antara belahan kanan dan belahan kiri jantung
tidak terhubung. Ukuran jantung manusia kira-kira sebesar kepalan tangan
manusia dengan berat kira-kira 220 sampai dengan 260 gram.
7
Banyak informasi yang kita dapat dari bunyi jantung, antara lain adalah kita
mengukur tekanan sistolik dan diastolic. Bunyi jantung ini dapat didengar oleh
sebuah alat yang bernama stetoskop. Terjadinya bunyi itu sendiri dikarenakan
adanya vibrasi pada jantung dan pembuluh darah besar. Biasanya terdengar pada
saat terbuka dan tertutupnya valvula atau katup jantung.
Tekanan Darah
Tekanan darah merupakan kekuatan yang ditimbulkan oleh gerakan jantung
yang berkontraksi seperti pompa sehingga darah terus mengalir dalam pembuluh
darah tanpa adanya tekanan darah secara terus menerus dalam sistem peredaran
darah, sistem peredaran darah merupakan suatu sistem yang tertutup karena
setelah tiba diujung jaringan tubuh, darah akan dikembalikan kejantung sehingga
dalam peredaran darah diperlukan suatu tekanan minimum agar dapat saling
bertukaran zat secara kimiawi.
Pada hakekatnya pembuluh darah memiliki sejumlah otot halus yang dapat
menyempit dan melebar apabila otot pembuluh darah dalam keadaan santai, maka
pembuluh darah akan melabar dan darah akan mengalir lebih banyak begitu
sebaliknya apabila pembuluh darah mengalami penyempitan maka darah yang
mengalir lebih sedikit.
Dengan adanya kontraksi pembuluh darah yang melebar dan menyempit
tersebut maka akan membantu mengendalikan tekanan darah, sejumlah darah
yang dipompa oleh jantung dinamakan cardiac output yang tergantung pada
kecepatan jantung berdenyut dan darah yang dipompa pada setiap denyutan. Pada
saat istirahat cardiac output (darah yang dipompa oleh jantung ) rata-rata adalah 5
8
liter permenit dan sewaktu mengadakan latihan olah raga yang berat rata-rata bisa
mencapai 20 sampai 30 liter permenit. Selama dua puluh empat jam tekanan darah
tidak pernah tetap karena tekanan darah akan berubah-ubah sesuai dengan
aktivitas kita, tekanan darah yang terendah adalah pada waktu tubuh dalam
keadan istirahat begitu juga sebaliknya apabila tekanan darah tinggi tubuh sedang
melakukan aktifitas.
Dalam pembuluh darah, darah tidak mengalir secara terus menerus dan
merata tetapi secara berdenyut berupa semburan atau dorongan sesuai dengan
denyut jantung jika jantung memompa sejumlah darah dari biliknya ( ventrikel)
kedalam peredaran darah maka setiap denyutan akan terjadi suatu dorongan.
Tekanan dalam pembuluh arteri yang dihasilkan oleh dorongan tersebut
dinamakan tekanan sistolik, yaitu kekuatan maksimum darah menekan dinding
pembuluh arteri setelah jantung berdenyut, tekanan dalam pembuluh arteri
menurun yaitu selama jantung beristirahat atau waktu diantara denyutan.
Tekanan darah vena yang rendah mempengaruhi pada sistem kerja paru-paru
yang akan menjadi relatif rendah. Jumlah darah pada orang dewasa pada
umumnya sekitar 4,5 liter pada setiap kontraksi jantung akan terpompa 80 ml
darah dalam satu menit, dan sel darah merah berputar dalam satu siklus. Pada
setiap saat 80% darah berada dalam siklus sistematik 20% dalam sistem sirkulasi
pada paru-paru. Klasifikasi tekanan darah berdasarkan umur pada umumnya dapat
dilihat pada tabel II.1 dibawah ini.
9
Tabel II.1
Klasifikasi darah normal berdasarkan umur dalam satuan mmHg
UMUR
DIASTOLIK
SISTOLIK
Pada masa bayi
50
70 sampai 90
Pada masa anak-anak
60
80 sampai 100
Selama masa remaja
60
90 sampai 110
Dewasa muda
60 sampai 70
110 sampai 125
Umur lebih muda
80 sampai 90
130 sampai 150
Untuk mengetahui pengukuran tekanan darah, Rev Stephen hales (1733
great Britain) mula-mula menggunakan pipa gelas yang panjangnya 9 ft yang
dihubungkan langsung ke pembuluh arteri dengan penghantar trachea.
Para ahli bedah sering pula mengukur pembuluh darah dengan memasang
cateter secara langsung pada pernbuluh darah, yang sebelumnya salah satu ujung
cateter dihubungkan dengan tranduser tekanan. Pcngukuran secara Stephen
maupun
para
ahli
bedah
ini
sangat
praktis
sehingga
diciptakan
sphygmomanometer yang terdiri dari manometer air raksa, pressure cuff dan
stetoskop. Mengacu pada hal-hal tersebut maka teknik pengukuran darah dapat
digolongkan menjadi 2 macam yaitu :
a. Pengukuran darah secara langsung
pengukuran darah secara langsung adalah pengukuran darah dengan
memasukan pressure tranduser pada suatu tempat sistem peredaran darah.
Beberapa tranduser dirancang khusus untuk dapat dimasukan langsung kedalam
sistem peredaran darah melalui kateter, hal ini juga bisa digunakan untuk
10
merekam tekanan darah. Contoh-contoh tranduser yang biasa digunakan ialah
strain gauge sensor.
Cardiac kateter dibentuk dari bahan karet, tevlon atau polyethylene,
dengan salah satu ujungnya berbentuk bulat tumpul seperti peluru agar mudah
dimasukan pada urat atau arteri (pembuluh darah). Hal ini dapat dilihat pada
gambar dibawah ini.
120
100
80
60
40
20
10
Kateter
Pressure Transducer
Gambar II.2
pengukur tekanan darah secara langsung
Hal tersebut harus dilakukan secara hati-hati dan perlahan-lahan pada ujung
kateter kedalam atrium kanan melalui inferior vena kava. Sehingga kerusakan
pada kardiak dalam lubang-lubang saluran pada jantung dapat dicari. Cara ini
dianjurkan pada kateterisasi cardiac. Khususnya pada penyelidikan ventrikel kiri
kateterisasi melalui aorta.
11
Dengan menggunakan kateterisasi pembuluh nadi ini dapat menyebabkan
kekeliruan yang menimbulkan kerusakan pada pembuluh nadi dan kebocoran
didalam jaringan. Oleh sebab itu maka lebih baik menggunakan jarum dari pada
menggunakan kateter yang lebih fleksibel. Dimana jarum lebih mudah dimasukan
kedalam sistem peredaran darah. Sehingga dapat dipakai untuk mengukur tekanan
darah secara langsung. Biasanya jarum ini dimasukan kedalam arteri terdekat
dengan permukaan. Sehingga pada saat perekaman tekanan pada arteri
memungkinkan dokter untuk melakukan penyuntikan juga.
Tekanan darah arteri biasanya diukur dalam satuan mmHg dan tekanan darah
vena diukur dengan satuan cmH2O. satuan ini berasal dari teknik pengukuran
tekanan darah yang sudah lama dengan menggunakan manometer Hg atau air
raksa.
a. Pengukuran tekanan darah secara tidak langsung
Pengukuran tekanan darah secara tidak langsung adalah dengan menggunaka
teknik bunyi koroktof. Pada pengukuran ini biasanya menggunakan sensor
mikropon atau stetoskop yang ditempatkan pada lipatan lengan yang sebelumnya
pada bagian atas lengan telah diikat oleh suatu kantung gelembung udara. Lalu
dihubungkannya juga lipatan gelembung udara itu oleh sebuah alat penunjuk
tekanan yang biasanya terbuat dari air raksa. Untuk lebih jelasnya hal ini dapat
kita lihat pada gambar II.3 dibawah ini.
12
Gambar II.3
Bagian-Bagian Dari Alat Tensimeter Pada Umumnya.
Alat tensimeter untuk pengukuran tekanan darah ini merupakan seperangkat
alat. Sehingga bagian satu dengan yang lain saling berhubungan. Bagian-Bagian
dari alat tensimeter ini ialah:
1. Suatu kantong udara yang dapat digelembungkan, biasanya disebut
sebagai cuff yang diletakan pada lengan bagian atas dan dilipatkan,
digunakan untuk aplikasi tekanan pada tekanan nadi.
2. Suatu alat untuk mengukur atau mengetahui berapa tekanan udara yang
terjadi dalam satuan mmHg, dan biasanya disebut manometer atau biasa
juga menggunakan galvano. Dihubungkan dengan cuff.
13
3. Suatu alat yang digunakan untuk mengeluarkan udara menuju cuff,
biasanya disebut pompa yang telah dihubungkan ke cuff.
4. Suatu klep yang dapat mengatur tekanan udara yang keluar dan masuk,
biasanya disebut dengan adjuster valve. Yang menghubungkan udara
yang keluar dari pompa menuju cuff.
Dari keempat bagian itu, hal penting utama dan perlu diperhatikan dengan
baik-baik ialah pada bagian manometer dan cuffnya. Karena keduanya dapat
menyebabkan hasil dari ketelitian pengukuran. Seperti lebar dari cuff, sangatlah
mempenguruhi pembacaan tekanan sistolik dan diastolic. Menurut hasil riset para
ahli mengatakan bahwa untuk menghasilkan pengukuran tekanan darah yang
maksimal maka lebar kantong tekanan udara harus kira-kira 20% lebih lebar
jaraknya dari diameter anggota badan dimana cuff tersebut ditempatkan. Untuk
lebih jelasnya maka kita dapat melihat hal tersebut pada tabel dibawah ini.
Tabel II.2
Hubungan umur dengan lebar cuff yang digunakan
Umur
Lebar cuff
Dewasa
13 cm
4 – 8 tahun
9 cm
1 – 4 tahun
6 cm
Kurang dari 1 tahun
2,5 cm
14
Cara kerja dari tensi meter ini ialah manset yang menyatu dibalutkan pada
lengan atas, bagian yang dapat mengembang dari manset ini ditunjukan oleh
tekenan meter mekanik atau manometer Hg yang didalamnya terdapat air raksa,
manset mengambang untuk menekan arteri dilengan dan menyumbat aliran darah
pada tangan. Ketika tekanan manset dihilangkan secara berangsur-angsur dengan
menggunakan klep (adjuster valve) yang terdapat pada pompa tangan. Pada saat
itu tekanan puncak arteri melebihi tekanan manset dan darah dapat mengalir
dengan cepat (memancar). Aliran darah yang cepat ini akan menghasilkan suara
gemuruh dalam arteri (bunyi korotkoff). Suara ini biasanya dideteksi oleh
stetoskop yang diletakan diatas arteri. Tekanan pada manset terus turun, suara
korotkoff terdengar terus menerus sampai suatu titik dimana tidak terdapat suara
gemuruh lagi, yang berati tidak ada lagi kontraksi pada arteri di tangan. Hal ini
ditunjukan pada gambar II.4 dibawah ini.
15
Gambar II.4
Bunyi korotkoff dan tekanan sistolik diastolic
Teknik tensimeter ini tidak dapat dipercaya utuk menghasilkan ketepatan
yang lebih baik ±5 mm Hg, hal tersebut terjadi karena:
1. Tekanan darah akan terbaca berbeda oleh perbedaan penempatan
transduser, besarnya jarak antara transducer dengan tekanan darah nadi
haruslah diperhitungkan.
2. Jika pendengaran suara korotkoff melalui stetoskop, maka stetoskop itu
haruslah mempunyai klasifikasi standar, yang telah dipesan sebelumnya.
3. Sering bergeraknya pasien dalam saat pengukuran tekanan darah tersebut.
16
4. Tehnik pengukuran salah, karena hal teknis seperti dalam pembacaan,
penempatan manometer yang tidak vertikal, dan lain sebagainya.
Ditangan operator yang ahli, hasil dengan pengulangan yang tinggi dapat
mencapai hasil yang maksimal. Atau biasanya seorang dokter akan menganjurkan
pasien untuk mengukur tekanan darahnya sendiri dirumah. Karena hal ini sangat
berguna untuk pasien penderita penyakit tekanan darah tinggi atau hipertensi.
Karena dokter dan perawat biasanya lebih tertarik kepada tujuan dari pada
angka yang sebenarnya, tehnik dibawah ini mungkin cocok digunakan bahkan
untuk semua orang. Tehnik tensimeter dapat dibuat otomatis dengan mengganti
pompa manset otomatis, seperti terlihat pada gambar II.5 dibawahi ini.
Gambar II.5
Tensimeter otomatis
17
Pompa menset otomatis dapat dijalankan dengan menekan tombol yang
berada pada panel untuk menghasilkan satu putaran memompa dan mengeluarkan
udara atau dapat diset untuk putaran yang berulang pada jarak yang berbeda-beda
untuk mengamati terus menerus tekanan darah untuk waktu periode yang lama.
Mikropon ini terdiri dari transduser piezioelektrik kecil, khusus dibuat untuk
menghasilkan kembali bunyi korotkoff secara efficient. Alat pengukur dapat
diganti dengan transduser tekanan yang digunakan untuk pengukuran tekanan
secara langsung.
2.1.2 Alat kalibrasi pengukur tekanan darah
Suatu alat yang dapat mengembalikan nilai parameter-parameter atau nilai
standar dari alat yang akan dikalibrasi, dimana dalam bidang kesehatan yang
berhubungan dengan pengukuran sangatlah penting untuk mendapatkan nilai
standar agar tidak terjadi kesalah dalam pengukuran, karena jika terjadi kesalahan
dalam pengukuran akan berakibat fatal bagi pengguna alat tersebut.
Layak atau tidaknya alat tersebut untuk di gunakan maka perlu di kalibrasi
terlebih dahulu sebelum digunakan, karena alat kalibrasi adalah membuat atau
mengembalikan standar nilai parameter-parameter dari suatu alat. Sehingga
pemakai alat tersebut tidak akan salah untuk mendiagnosa tekanan darah.
Dimana dalam melakukan kalibrasi alat pengukur tekanan darah
(sphygmomano meter), yang pertama kita harus menyiapkan alat kalibrasi yang
mana fungsinya telah disebutkan diatas kemudian kita menyiapkan alat yang akan
dikalibrasi itu sendiri bersama perangkat pendukungnya seperti balp (pompa),
manset, konektor tri way dan yang terakhir air raksa (Hg).
18
Sphygmo Manometer
Alat kalibrasi
140 mmHg
140
120
100
80
60
40
Zero
20
10
Manset
KonektorTri way
Balp
Gambar II.6
Cara mengkalibrasi Alat pengukur tekanan darah
(Sphygmo manometer)
Dari gambar diatas dimana alat kalibrasi tersebut mempunyai tampilan
display dan zero yang fungsinya untuk pngenolan, setelah itu ada konektor tri way
yang mempunyai fungsi sebagai pengatur udara yang keluar dan yang masuk dari
manset menuju alat kalibrasi dan sphygmo manometer. Sebelum melakukan
pengukuran semuanya harus sudah terpasang dan alat kalibrasi harus dinolkan
terlebih dahulu agar tidak terjadi kesalahan dalam perhitungan. Jika dalam
melakukan pengukuran nilainya selalu turun maka kita harus periksa selang,
manset dan balp yang mudah sekali bocor yang menyebabkan udara tidak fakum
dengan udara yang tidak fakum tersebut maka nilainya akan selalu turun dan sulit
sekali untuk menetapkan nilai pengukuran karna selalu berubah.
19
2.2. TRANDUSER
Strain gauge adalah salah satu transduser yang banyak dipakai untuk
mendeteksi dan mengukur gaya, beban, torsi, dan tegangan. Prinsip kerjanya
adalah mengubah gaya mekanik menjadi besaran resistansi yang sebanding.
Piranti ini dibuat dari kawat tahanan tipis berdiameter sekitar 1 mm. Kawat
tahanan yang biasa digunakan adalah campuran dari bahan “ konstantan” ( 60%
Cu dan 40% Ni) atau logam campuran “479” terdiri dari 92% Pt dan 8% Wo.
Kawat tahan ini diletakan pada papan penyangga membentuk strain gauge dengan
kawat berliku-liku atau bengkok-bengkok yang dikenal dengan bonded strain
gauge. Bentuk kawat yang berliku-liku dimaksudkan untuk memudahkan
pendeteksian terhadap gaya tekanan yang tegak lurus dengan arah panjang lipatan,
karena tekanan akan menarik kabel sehingga meregang. Hal ini menyebabkan
perubahan resistansi pada kawat. Jika kawat tahan yang berliku-liku itu mendapat
tekanan dari luar, maka resistansinya akan bertambah sebear ΔR dan panjangnya
berubah sebesar ΔL. Karakteristik sebuah stain gauge ditentukan oleh sensitifitas
(S) atau gauge factor (GF). Sensitivitas
didefinisikan sebagai perbandingan
antara perubahan nilai tahanan dan perubahan panjang.
Transduser adalah suatu alat yang diaktifkan oleh suatu bentuk energi dan
mengubah energi tersebut menjadi bentuk energi lain yang dapat lebih mudah
diukur. Didalam dunia elektronika, pemakaian transduser bukanlah sesuatu yang
baru. Didalam penerapannya transduser digunakan dalam bidang elektronika
untuk mengubah energi yang diterimanya menjadi sinyal-sinyal listrik atau juga
disebut transduser elektrik.
20
Transduser elektrik yang dapat dibedakan menjadi dua kategori, yaitu:
1. Transduser Aktif
Adalah transduser yang dapat membangkitkan sendiri sinyal-sinyal listrik
tertentu. Transduser ini beroperasi sesuai dengan prinsip konversi energi dan
membangkitkan sinyal listrik yang sesuai. Misalnya mikropon, mengubah energi
suara menjadi energi potensial listrik tanpa memerlukan sumber energi dari luar.
2. Transduser pasif
Adalah transduser yang beroperasi menurut prinsip energi terkontrol dan
membutuhkan sumber energi dari luar. Contohnya transducer strain gauge yang
digunakan pada timbangan digital. Begitu juga transducer yang akan penulis
gunakan akan merubah tekanan udara menjadi sinyal-sinyal listrik.
Dimana tranduser ini diibaratkan seperti rangkaian jembatan Wheatstone.
Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar
dibawah ini:
R1
Vin
R2
GF
R3
Gambar II.
Rangkaian Jembatan Wheatstone
Pada gambar tersebut GF adalah sebuah tahanan yang dapat berubah-ubah
nilai tahanannya seiring perubahan tekanan yang masuk pada traanduser.
21
Perubahan GF ini sesuai dengan materi yang menjadi penyusunnya dan bertambah
panjang akibat tekanan. Hal ini dapat kita lihat melalui rumus dibawah ini.
∆R
S = GF =
∆L
R
L
Dimana :
S = GF
: Sensitifitas atau gauge faktor
R
: Resistansi kawat ( awal )
ΔR
: Perubahan nilai resistansi kawat
L
: Panjang awal
ΔL
: Perubahan panjang kawat
Dengan berubahnya nilai tahanan mengakibatkan hilangnya keseimbangan
pada Vout.
Dari penjabaran-penjabaran tersebut maka dapat diambil kesimpulan,
bahwa terdapat hubungan antara tekanan dengan selisih potensial (tegangan).
Hubungan antara tegangan dan tekanan ini dapat dilihat melalui gambar II.8.
22
mmHg
Tekanan
mV
tegangan
Gambar II.8
Hubungan antara Tegangan dengan Tekanan
2.3 Operasional Amplifier
Penguat oprasional ( Op-Amp ) adalah piranti elektronik yang mampu
memperkuat sinyal masukan baik AC maupun DC.
Op-Amp terdiri atas tiga rangkaian dasar, yakni penguat diferensial
impedansi masukan tinggi, penguat tegangan penguatan tinggi, dan penguat
keluaran impedansi rendah. Pada umumnya Op-Amp memerlukan catu positif dan
catu negatif. Karena catunya demikian, tegangan keluarannya dapat berayun
positif atau negatif terhadap bumi. Karakter Op-Amp yang terpenting adalah :
a.
Impedansi masukan amat tinggi, sehingga arus masukan praktis dapat
diabaikan penguat loop terbuka amat tinggi.
23
b. Impedansi keluaran amat rendah, sehingga keluaran penguatan tidak
terpengaruh oleh pembebanan.
Symbol Op-Amp standar dinyatakan dengan sebuah segitiga, seperti
tampak pada gambar II.9. terminal-terminal masukan ada pada bagian atas
segitiga. Masukan membalik dinyatakan dengan tanda minus (-). Tegangan DC
atau AC yang dikenakan pada masukan ini akan digeser fasanya 1800 pada
keluaran. Masukan tak membalik dinyataka dengan tanda plus (+).
Tegangan DC atau AC yang diberikan pada masukan ini akan sefase
dengan keluaran. Terminal-terminal satu dan kaki lainya untuk kompensasi
4
frekuensi atau pengaturan nol diperlihatkan pada gambar dibawah ini :
2
-
3
+
7
6
Gambar II.9
Bentuk penguat oprasional standar
Keterangan gambar:
1. Pena 7 adalah catu positif (+ Vcc)
2. Pena 4 adalah catu negatif (- V cc)
3. Pena 3 adalah masukan tak membalik
4. Pena 2 adalah masukan membalik
5. Pena 6 adalah terminal keluaran
24
6. Pena 1 dan 5 adalah untuk kompensasi frekuensi atau pengaturan nol.
Op-Amp pada dasarnya terdiri atas tiga tahapan : penguat diferensial impedasi
masukan tinggi, penguatan tegangan penguatan tinggi dengan pergeseran level
sehingga keluaran dapat berayun positif dan negatif) dan penguat pengeluaran
impedasi rendah.
2.4 Rangkaian Buffer
Rangkaian Buffer merupakan penguat gain satu, atau penguat penyangga.
Tegangan masukannya,Vi, ditetapkan langsung memasukan tak membalik.
Umpan baliknya tidak ada atau sama dengan 0.
Vo = Vi……………………………………………………………(II.1)
Dengan menganggap bahwa penguat op-amp tersebut ideal,maka tegangan
keluaran sama dengan tegangan masukan baik besar maupun tandanya. Rangkaian
ini memiliki impedansi masukan yang amat tinggi serta impedasi keluran yang
amat rendah. Keuntungan ini menjadikan amat ideal untuk menyangga atau
mengisolasi rangkaian.
- VCC
4
2 6
3 +
Vo = Vi
Vi
7
+
VCC
Gambar II.10
Rangkaian buffer
25
Karena seperti dibayangkan oleh rangkaian tersebut,tegangan keluaran
mengikuti tegangan masukannya atau sumbernya, gain tegangannya
Acl =
Vo
=1
Vi
adalah 1
…………………………………… …..(II.2)
2.5 Rangkaian Pengatur Tegangan Referensi
Rangkaian ini terdiri dari rangkaian pembagi tegangan dan rangkaian
penguat membalik yang diharapkan keluaranya dapat menjadi salah satu masukan
pada rangkaian penjumlah dengan penguatan membalik. Rangkaian pembagi
tegangan dengan penguatan membalik dapat dilihat pada gambar dibawah ini :
Vcc
Rf
4
R4
R2
2
-
3
+
R3
Vo
7
6
Gambar II.11
Rangkaian Pengatur Tegangan Referensi
Tegangan yang ada di R2 adalah tegangan yang dihasilkan dari rangkaian
pembagi tegangan antara R3 dan R4 yang kemudian akan dikuatkan oleh
26
rangkaian penguat membalik. Hal tersebut dapat dinyatakan dengan rumus
dibawah ini :
VR2 =
R3
Vcc
R3 + R 4
 Rf 
Vo = - 
 VR2 ………………….……………………..(II.3)
 R2 
2.6 Rangkaian Penjumlah Membalik
Dengan menggunakan tegangan penguat pembalik dasar dan menambah
resistor masukan lainnya, kita dapat membuat penguat Penjumlah pembalik atau
jumlah analog, seperti tampak pada gambar II.12 tegangan keluaran di balikan
polaritasnya dan nilainya sama dengan penjumlahan aljabar dari masing-masing
tegangan masukan dengan hasil bagi resistor masukan dengan resistor umpan
balik yang sesuai, atau dapat dinyatakan sebagai berikut:
Vout =
Rf
Rf
Rf
V1 +
V2 + ...
+ Vn..............................................II.4
R1
R2
Rn
Suku Rf / Rn (Vn) dalam rumus di atas menyatakan bahwa dalam rangkaian
tersebut mungkin terdapat lebih dari dua masukan. Bila semua resistor luar sama
nilainya (Rf = Rf + R2=…..=Rn), maka keluaran dapat dengan mudah dihitung
seperti penjumlahan aljabar dari masing-masing tegangan masukan, atau
Vuot = - (VI+V2+….+Vn)……………..………………….(II.5)
27
RF
-
U3
2
-
3
+
6
R2
Vout
7
V2
R1
4
V1
VCC
0
+
VCC
Gambar II.12
Rangkaian penjumlah Pembalik
2.7.
Penguat tegangan Membalik
Op-amp dapat di pakai sebagai penguat membalik sebagaimana terlihat pada
gambar II.13 Dalam konfigurasi ini umpan balik yang di gunakan untuk mengatur
penguat Vin diberikan pada masukan membalik. Sedangkan masukan tak
membalik di berikan ground. Tegangan keluaran akan berlawanan fasa dengan
tegangan masukan untuk rangkaian ini.
Resistor-rensistor Rf dan Rin membentuk jaringan pembagi untuk memberi
tegangan umpan balik (VA)yang di perlukan pada masukan membalik.Tegangan
umpan balik (VA) dibentuk pada Rin.
Rumus penguat tegangan adalah:
 Rf 
Ac = - 
 …………………………………(II.7)
 Ri 
28
Sehingga didapatkan tegangan keluaran adalah
 Rf 
Vout = - 
Vin …………………………………….(II.8)
 Ri 
Tegangan yang melintasi
Rf samadengan Vo
+
-
Rf
+
-
4
Tegangan yang melintasi
Ri sama dengan Vin
2
-
3
+
U2
6
Ri
7
Vin
Gambar II.13
Rangkaian penguat pembalik
2.8 IC 7107 Sebagai Analog to Digital Converter (ADC)
Sering kita jumpai pengkuran skala temperatur, tegangan, tekanan dan
besaran skala lainnya dengan metode analog, artinya kita menerima data dalam
besaran analog dengan membaca hasil pengukuran pada garis skala. Saat ini telah
banyak diciptakan alat ukur yang menampilkan data angka langsung sebagai
tampilan dari suatu proses pengukuran. Untuk dapat menampilkan data angka ke
dalam bentuk digital tentu harus ada suatu proses, dimana skala analog tadi harus
diubah terlebih dahulu ke dalam bentuk skala digital. Seperti perubahan tekanan
diubah terlebih dahulu menjadi perubahan resistansi atau tegangan, dan hasil
perubahan tadi diubah lagi ke dalam skala digital. Dalam proses konversi dari
besaran analog seperti resistansi atau tegangan tadi menjadi nilai digital yang
29
dapat ditampilkan melalui display diperlukan suatu rangkaian atau alat konversi
dari analog ke digital (ADC).
IC 7107 merupakan suatu paket IC Analog to Digital Converter yang
bekerja dengan metode lereng ganda (Dual Slope ADC), jumlah kakinya sebanyak
40 kaki. IC ini dapat menampilkan 3½ digit pada seven segment, artinya segment
2,3 dan 4 dapat menampilkan angka penuh 0 sampai dengan 9, sedangkan
segment satu hanya dapat menampilkan angka 0 dan 1. Dengan menambah
beberapa komponen bagian luar akan menentukan rangkaian dalam menjadi clock
dan integrator, pada bagian dalam terdapat antara lain comparator, integrator dan
seven segment decoder. Cara kerja IC ADC 7107 secara garis besar terbagi
menjadi dua bagian yaitu, bagian analog dan bagian digital.
Pada bagian analog dibagi menjadi tiga siklus yang cara kerjanya terlihat pada
gambar dibawah ini :
Gambar II.14
Bagian Analog IC 7107
30
a. Siklus Auto Zero
Selama siklus auto zero ada tiga hal yang terjadi pertama ,masukan high
dan low tidak dihubungkan dengan kaki-kaki IC dan bagian dalam
terhubung dengan analog common. Kedua, kapasitor referensi akan diisi
sampai sebesar tegangan referensinya. Ketiga, umpan balik loop tertutup
selama system pengisian kapasitor auto zero untuk memberi tegangan
offset pada buffer amplifier,integrator dan comparator. Selama proses
comparator terjadi pada siklus ini,auto zero hanya dibatasi oleh noise dari
system. Pada beberapa kasus offset dikondisikan pada inputan kurang dari
10 µV.
a. Siklus Integrate
Selama sinyal integrate, loop auto zero terbuka dan hubungan didalam
ditiadakan serta masukan high dan low dari dalam dihubungkan ke kakikaki IC. Converter kemudian digabungkan dengan tegengan differensial
antara masukan high dan masukan low dalam waktu yang telah ditetapkan.
Tegangan differensial terjadi selama dalam jangkauan luas common mode
: 1 volt untuk setiap masukan, jika dalam penanganan yang lain, sinyal
masukan tidak berpengaruh dan tidak terjadi perubahan, maka masukan
low dapat diperbesar untuk mendapatkan tegangan common mode yang
benar.
b. Siklus De-Integrate
De-integrate adalah siklus terakhir dari analog siklus atau disebut
reference integrate. Masukan low terhubung dengan bagian dalam analog
31
common dan masukan high terhubung langsung dengan kapasitor
referensi sebelumnya. Sirkuit dalam chip meyakinkan kapasitor terhubung
dengan polaritas yang benar agar keluaran integrator kembali ke nol.
Waktu yang diperlukan untuk menghasilkan keluaran kembali ke nol
ditentukan oleh sinyal masukan. Secara sepesifik pembacaan digital
ditampilkan melalui persamaan dibawah ini :
 Vin
Display Count = 1000 
 Vref



Pada bagian digital dari IC 7107 yang terpenting adalah system
pewaktu.. Frekuensi osilator dibagi menjadi empat sebelum clock masuk
ke decade counters. Untuk masuk tahap decoder harus melalui tiga siklus
perubahan yaitu, sinyal integrate (1000 counts), reference de-integrate (0 2000 counts) dan auto zero (1000 –3000). Untuk sinyal yang kurang dari
full scale, auto zero tidak mendapatkan masukan yang sesuai dari
reference de-integrate. Untuk mencapai siklus yang lengkap diperlukan
4000 counts (16000 clock pulse) yang bebas dari tegangan masukan.
Untuk tiga penbacaan dalam satu detik dibutuhkan frekuensi pada osilator
sebesar 48 KHz. Bagian digital ditunjukan pada gambar dibawah ini
32
Gambar II.15
Bagian Digital
2.9 Seven Segment
Penampil 7-segmen ( seven segment ) terdiri dari tujuh buah led, dimana
masing – masing led tersebut akan menyala pada saat ada arus yang mengalir
melaluinya. Dengan mengkombinasikan segmen-segmen tersebut maka kita dapat
membentuk digit desimal. Misal untuk membentuk angka satu maka segmen
segmen b dan c harus menyala, untuk membentuk angka 3 maka segmen a, b, c, d
dan g harus menyala dan seterusnya. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat konstruksi
seven segmen pada gambar II.20.
33
VCC
A
B
C
D
E
F
G
A
B
C
D
E
F
G
(a)
(b)
Gambar II.20
a. Seven Segment Common Anoda
b. Seven Segment Common Katoda
Dari kedua seven segment tersebut penulis menggunakan Seven Segment
Common Anoda.
Dimana seven segment mempunyai sifat antara lain :
1. Tanggapan terhadap perubahan logika cepat.
2. Menyala jika mendapat logika rendah (ground) yang sesuai dengan
inputan yang telah disesuaikan.
3. Dengan mengkombinasikan segment-segment tersebut akan kita dapat
membentuk digit desimal. Misalkan, untuk membentuk angka 8, maka
segment a,b,c,d,e,f dan g akan menyala.
34
Tabel II.3
Keluaran Aktif Seven Segment
DIGIT
Segmen yang diaktifkan
0
a,b,c,d,e,f
1
b,c
2
a,b,d,e,g
3
a,b,c,d,g
4
b,c,f,g
5
a,c,d,f,g
6
c,d,e,f,g
7
a,b,c
8
a,b,c,d,e,f,g
9
a,b,c,d,f,g
7- segment ( Seven Segmen ) dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu
common anoda dan Common katoda.
a. Common anoda
Pada jenis ini masing-masing segment digabungkan dan dihubungkan ke
Vcc, pada saat taraf rendah diberikan pada masukan segment maka led akan dibias
35
maju, arus akan mengalir Vcc ke segment dan menuju taraf rendah yang disedikan
rangkaian pengendali.
b. Common katoda
Pada seven segment katoda masing-masing segment digabungkan dan
dihubungkan ke ground. Pada jenis ini diperlukan driver yang menjadi taraf tinggi
untuk mengaktifkan sebuah segment.
Pada saat taraf tinggi di berikan pada masukan pada segment, maka led akan
dibias maju, arus akan mengalir dan menyalakan led dan segment.