Differential Amplifier



1. Tujuan

  1. Untuk menyelesaikan tugas elektronika yang diberikan oleh Bapak Dr. Darwison, M.T.
  2. Mengetahui dan memahami Differential Amplifier
  3. Mampu menjelaskan prinsip kerja Differential Amplifier
  4. Mampu mengaplikasikan Differential Amplifier pada rangkaian

2. Alat dan Bahan



1. DC Voltmeter
DC Voltmeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besar tengangan pada suatu komponen. Cara pemakaiannya adalah dengan memparalelkan kaki2 Voltmeter dengan komponen yang akan diuji tegangannya.

 

Spesifikasi :
  1.  

         Generator

            1. Battery    

    Baterai merupakan sebuah alat yang mengubah energi kimia yang tersimpan menjadi energi listrik.Padapercobaan kali ini, baterai berfungsi sebagai sumber daya atau.

    Spesifikasi dan Pinout Baterai

    • Input voltage: ac 100~240v / dc 10~30v
    • Output voltage: dc 1~35v
    • Max. Input current: dc 14a
    • Charging current: 0.1~10a
    • Discharging current: 0.1~1.0a
    • Balance current: 1.5a/cell max
    • Max. Discharging power: 15w
    • Max. Charging power: ac 100w / dc 250w
    • Jenis batre yg didukung: life, lilon, lipo 1~6s, lihv 1-6s, pb 1-12s, nimh, cd 1-16s
    • Ukuran: 126x115x49mm
    • Berat: 460gr
       
    2. Power

     


    Berfungsi sebagai sumber daya bagi sensor ataupun rangkaian. Spesifikasi :
    Input voltage: 5V-12V
    Output voltage: 5V
    Output Current: MAX 3A
    Output power:15W
    conversion efficiency: 96%

    Bahan
    1. Resistor

    Features

    • Carbon Film Resistor
    • 4-band Resistor
    • Resistor value varies based on  selected parameter
    • Power rating varies based on selected parameter

    Spesification


    2. Dioda

     


    Untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Oleh karena itu, Dioda sering dipergunakan sebagai penyearah dalam Rangkaian Elektronika. Dioda pada umumnya mempunyai 2 Elektroda (terminal) yaitu Anoda (+) dan Katoda (-) dan memiliki prinsip kerja yang berdasarkan teknologi pertemuan p-n semikonduktor yaitu dapat mengalirkan arus dari sisi tipe-p (Anoda) menuju ke sisi tipe-n (Katoda) tetapi tidak dapat mengalirkan arus ke arah sebaliknya.

    Spesifikasi


    3. Transistor BC547
     FEATURES 
    •  Low current (max.50 mA)
    • High voltage (max.300V)
    • Telephony and profes.

    4. Op Amp LM741



        Komponen Input

    1. Switch/Button
    Switch adalah suatu komponen jaringan komputer yang berfungsi untuk menghubungkan beberapa perangkat untuk meneruskan data ke perangkat yang dituju.


    Spesifikasi


2. Sensor Gas MQ2 

                                  
Sensor MQ-2 berfungsi untuk mendeteksi keberadaan asap yang berasal dari gas mudah terbakar di udara. Pada dasarnya sensor ini terdiri dari tabung aluminium yang dikelilingi oleh silikon dan di pusatnya ada elektroda yang terbuat dari aurum di mana ada element pemanasnya.

Ketika terjadi proses pemanasan, kumparan akan dipanaskan sehingga SnO2 keramik menjadi semikonduktor atau sebagai penghantar sehingga melepaskan elektron dan ketika asap dideteksi oleh sensor dan mencapai aurum elektroda maka output sensor MQ-2 akan menghasilkan tegangan analog.

Spesifikasi sensor pada sensor gas MQ-2 adalah sebagai berikut:

    •     Catu daya pemanas : 5V AC/DC
    •     Catu daya rangkaian : 5VDC
    •     Range pengukuran : 200 - 5000ppm untuk LPG, propane 300 - 5000ppm untuk butane 5000 -      20000ppm untuk methane 300 - 5000ppm untuk Hidrogen
    •     Keluaran : analog (perubahan tegangan)

konfigurasi dari sensor MQ-S :

    •     Pin 1 merupakan heater internal yang terhubung dengan ground.
    •     Pin 2 merupakan tegangan sumber (VC) dimana Vc < 24 VDC.
    •     Pin 3 (VH) digunakan untuk tegangan pada pemanas (heater internal) dimana VH = 5VDC.
    •     Pin 4 merupakan output yang akan menghasilkan tegangan analog.

3. Sensor Suhu LM35



Konfigurasi PinOut

Tiga pin LM35 menujukan fungsi masing-masing pin diantaranya, pin 1 berfungsi sebagai sumber tegangan kerja dari LM35, pin 2 atau tengah digunakan sebagai tegangan keluaran atau Vout dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampai dengan 1,5 Volt dengan tegangan operasi sensor LM35 yang dapat digunakan antara 4 Volt sampai 30 Volt.

Karakteristik Sensor LM 35
    • Resolusi Sensor 10 mVolt/ ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.
    • Keakurasi kalibrasi 0,5 ºC pada suhu 25 ºC .
    • Jangkauan maksimal operasi suhu -55 ºC sampai +150 ºC.
    • Tegangan kerja  4v sampai 30 volt.
    • Konsumsi arus rendah kurang dari 60 µA.
    • Faktor pemanasan diri yang rendah (low-heating) kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.
    • Impedansi keluaran yang rendah 0,1 W untuk beban 1 mA.
    • Toleransi ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC
4. Sensor UV

Spesifikasi 
Grafik Respon

 3. Dasar Teori

Differential Amplifier

Op-amp adalah suatu komponen elektronika yang merupakan rangkaian terintegrasi (IC) yang mampu atau dapat melakukan pekerjaan sebagai operator matematika seperti penjumlahan ,pengurangan,perkalian, differensial ,integral, pembanding.

penguat operasional (Op-amp) standar memiliki dua input, inverting dan non-inverting, kita juga dapat menghubungkan sinyal ke kedua input ini pada saat yang sama menghasilkan jenis umum rangkaian Op-amp yang disebut Penguat Diferensial atau Differential Amplifier.

    

   Rangkaian Penguat Differential Amplifier

                                   

Dengan menghubungkan setiap input pada gilirannya ke ground 0v kita dapat menggunakan superposisi untuk menyelesaikan tegangan output Vout. Kemudian fungsi transfer untuk rangkaian Penguat Diferensial diberikan sebagai:


Penguat Diferensial (Differential Amplifier)

Ketika resistor, R1 = R2 dan R3 = R4 fungsi transfer di atas untuk penguat diferensial dapat disederhanakan menjadi ekspresi berikut:

      

   Persamaan Penguat Differential Amplifier

Penguat Diferensial (Differential Amplifier)

Jika semua resistor semuanya memiliki nilai ohm yang sama, yaitu: R1 = R2 = R3 = R4 maka rangkaian akan menjadi Penguat Diferensial Gain Unity dan gain tegangan penguat akan tepat satu atau kesatuan. Maka ekspresi output hanya akan menjadi Vout = V2 - V1.


Perhatikan juga bahwa jika input V1 lebih tinggi dari input V2, jumlah tegangan output akan negatif, dan jika V2 lebih tinggi dari V1, jumlah tegangan output akan positif.

     1. Resistor


Simbol :
Resistor adalah komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika (V=I R).
Jenis Resistor yang digunakan disini adalah Fixed Resistor, dimana merupakan resistor dengan nilai tetap terdiri dari film tipis karbon yang diendapkan subtrat isolator kemudian dipotong berbentuk spiral. Keuntungan jenis fixed resistor ini dapat menghasilkan resistor dengan toleransi yang lebih rendah.
Cara menghitung nilai resistor:
Tabel warna

Contoh :
Gelang ke 1 : Coklat = 1
Gelang ke 2 : Hitam = 0
Gelang ke 3 : Hijau   = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105
Gelang ke 4 : Perak  = Toleransi 10%
Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.
 



2. Dioda

Spesifikasi

Dioda adalah komponen yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Sebuah Dioda dibuat dengan menggabungkan dua bahan semi-konduktor tipe-P dan semi-konduktor tipe-N. Ketika dua bahan ini digabungkan, terbentuk lapisan kecil lain di antaranya yang disebut depletion layer. Ini karena lapisan tipe-P memiliki hole berlebih dan lapisan tipe-N memiliki elektron berlebih dan keduanya mencoba berdifusi satu sama lain membentuk penghambat resistansi tinggi antara kedua bahan seperti pada gambar di bawah ini. Lapisan penyumbatan ini disebut depletion layer.
 
Ketika tegangan positif diterapkan ke Anoda dan tegangan negatif diterapkan ke Katoda, dioda dikatakan dalam kondisi bias maju. Selama keadaan ini tegangan positif akan memompa lebih banyak hole ke daerah tipe-P dan tegangan negatif akan memompa lebih banyak elektron ke daerah tipe-N yang menyebabkan depletion layer hilang sehingga arus mengalir dari Anoda ke Katoda. Tegangan minimum yang diperlukan untuk membuat dioda bias maju disebut forward breakdown voltage.

Jika tegangan negatif diterapkan ke anoda dan tegangan positif diterapkan ke katoda, dioda dikatakan dalam kondisi bias terbalik. Selama keadaan ini tegangan negatif akan memompa lebih banyak elektron ke material tipe-P dan material tipe-N akan mendapatkan lebih banyak hole dari tegangan positif yang membuat depletion layer lebih besar dan dengan demikian tidak memungkinkan arus mengalir melaluinya. Kondisi ini hanya terjadi pada dioda yang ideal, kenyataannya arus yang kecil tetap dapat mengalir pada bias terbalik dioda.

Dioda dapat dibagi menjadi beberapa jenis:
1. Dioda Penyearah (Dioda Biasa atau Dioda Bridge) yang berfungsi sebagai penyearah arus AC ke arus DC.
2. Dioda Zener yang berfungsi sebagai pengaman rangkaian dan juga sebagai penstabil tegangan.
3. Dioda LED yang berfungsi sebagai lampu Indikator ataupun lampu penerangan.
4. Dioda Photo yang berfungsi sebagai sensor cahaya.
5. Dioda Schottky yang berfungsi sebagai Pengendali.

Untuk menentukan arus zenner  berlaku persamaan:
Keterangan:

Pada grafik terlihat bahwa pada tegangan dibawah ambang batas tegangan mundur (reverse) sebuah dioda akan tembus (menghantar) dan tidak bisa menahan lagi. Batas ini disebut dengan area tegangan breakdown dioda. Kondisi dioda pada area ini adalah tembus atau menghantar dan tidak menghambat. Kemudian pada level tegangan diantara tegangan breakdown dan tegangan forward terdapat area tegangan reverse dan tegangan cut off. Pada area ini kondisi dioda adalah menahan atau tidak mengalirkan arus listrik.

3. Transistor

Transistor adalah sebuah komponen di dalam elektronika yang diciptakan dari bahan-bahan semikonduktor dan memiliki tiga buah kaki. Masing-masing kaki disebut sebagai basis, kolektor, dan emitor.

1. Emitor (E) memiliki fungsi untuk menghasilkan elektron atau muatan negatif.

2. Kolektor (C) berperan sebagai saluran bagi muatan negatif untuk keluar dari dalam transistor.

3. Basis (B) berguna untuk mengatur arah gerak muatan negatif yang keluar dari transistor melalui kolektor.
 

Berfungsi sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. Selain itu, transistor biasanya juga dapat digunakan sebagai saklar dalam rangkaian elektronika. Jika ada arus yang cukup besar di kaki basis, transistor akan mencapai titik jenuh. Pada titik jenuh ini transistor mengalirkan arus secara maksimum dari kolektor ke emitor sehingga transistor seolah-olah short pada hubungan kolektor-emitor. Jika arus base sangat kecil maka kolektor dan emitor bagaikan saklar yang terbuka. Pada kondisi ini transistor dalam keadaan cut off sehingga tidak ada arus dari kolektor ke emitor. 

 

Rumus-rumus transistor:
Spesifikasi :
    • Bi-Polar Transistor
    • DC Current Gain (hFE) is 800 maximum
    • Continuous Collector current (IC) is 100mA
    • Emitter Base Voltage (VBE) is > 0.6V
    • Base Current(IB) is 5mA maximum
Konfigurasi Transistor
Konfigurasi Common Base adalah konfigurasi yang kaki Basis-nya di-ground-kan dan digunakan bersama untuk INPUT maupun OUTPUT.  Pada Konfigurasi Common Base, sinyal INPUT dimasukan ke Emitor  dan sinyal OUTPUT-nya diambil dari Kolektor, sedangkan kaki Basis-nya di-ground-kan. Oleh karena itu, Common Base juga sering disebut dengan istilah “Grounded Base”. Konfigurasi Common Base ini menghasilkan Penguatan Tegangan antara sinyal INPUT dan sinyal OUTPUT namun tidak menghasilkan penguatan pada arus.

Konfigurasi Common Collector (CC) atau Kolektor Bersama memiliki sifat dan fungsi yang berlawan dengan Common Base (Basis Bersama). Kalau pada Common Base menghasilkan penguatan Tegangan tanpa memperkuat Arus, maka Common Collector ini memiliki fungsi yang dapat menghasilkan Penguatan  Arus namun tidak menghasilkan penguatan Tegangan. Pada Konfigurasi Common Collector, Input diumpankan ke Basis Transistor sedangkan Outputnya diperoleh dari Emitor Transistor sedangkan Kolektor-nya di-ground-kan dan digunakan bersama untuk INPUT maupun OUTPUT. Konfigurasi Kolektor bersama (Common Collector) ini sering disebut juga dengan Pengikut Emitor (Emitter Follower) karena tegangan sinyal Output pada Emitor hampir sama dengan tegangan Input Basis.

Konfigurasi Common Emitter (CE) atau Emitor Bersama merupakan Konfigurasi Transistor yang paling sering digunakan, terutama pada penguat yang membutuhkan penguatan Tegangan dan Arus secara bersamaan. Hal ini dikarenakan Konfigurasi Transistor dengan Common Emitter ini menghasilkan penguatan Tegangan dan Arus antara sinyal Input dan sinyal Output. Common Emitter adalah konfigurasi Transistor dimana kaki Emitor Transistor di-ground-kan dan dipergunakan bersama untuk INPUT dan OUTPUT. Pada Konfigurasi Common Emitter ini, sinyal INPUT dimasukan ke Basis dan sinyal OUTPUT-nya diperoleh dari kaki Kolektor.

4. Op Amp - LM741
Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional.
Karakteristik penguat ideal adalah:

  • Gain sangat besar (AOL >>). Penguatan open loop adalah sangat besar karena feedback-nya tidak ada atau RF = tak terhingga, serta pada rentang frekuensi yang luas.
  • Impedansi input sangat besar (Zi >>). Impedansi input adalah sangat besar sehingga arus input ke rangkaian dalam op-amp sangat kecil sehingga tegangan input sepenuhnya dapat dikuatkan.
  • Impedansi output sangat kecil (Zo <<).

Konfigurasi PIN LM741:
Spesifikasi:
Respons karakteristik kurva I-O:
    
  1. 5. Switch/Button
    Switch adalah suatu komponen jaringan komputer yang berfungsi untuk menghubungkan beberapa perangkat untuk meneruskan data ke perangkat yang dituju.


    Spesifikasi


6. Sensor Gas MQ2 

                                  
Sensor MQ-2 berfungsi untuk mendeteksi keberadaan asap yang berasal dari gas mudah terbakar di udara. Pada dasarnya sensor ini terdiri dari tabung aluminium yang dikelilingi oleh silikon dan di pusatnya ada elektroda yang terbuat dari aurum di mana ada element pemanasnya.

Ketika terjadi proses pemanasan, kumparan akan dipanaskan sehingga SnO2 keramik menjadi semikonduktor atau sebagai penghantar sehingga melepaskan elektron dan ketika asap dideteksi oleh sensor dan mencapai aurum elektroda maka output sensor MQ-2 akan menghasilkan tegangan analog.

Spesifikasi sensor pada sensor gas MQ-2 adalah sebagai berikut:

    •     Catu daya pemanas : 5V AC/DC
    •     Catu daya rangkaian : 5VDC
    •     Range pengukuran : 200 - 5000ppm untuk LPG, propane 300 - 5000ppm untuk butane 5000 -      20000ppm untuk methane 300 - 5000ppm untuk Hidrogen
    •     Keluaran : analog (perubahan tegangan)

konfigurasi dari sensor MQ-S :

    •     Pin 1 merupakan heater internal yang terhubung dengan ground.
    •     Pin 2 merupakan tegangan sumber (VC) dimana Vc < 24 VDC.
    •     Pin 3 (VH) digunakan untuk tegangan pada pemanas (heater internal) dimana VH = 5VDC.
    •     Pin 4 merupakan output yang akan menghasilkan tegangan analog.

7. Sensor Suhu LM35

Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. sensor suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian berupa komponen elektronika yang diproduksi oleh National Semiconductor.

LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sesor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan liniearitas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan.

Bentuk sensor LM3 seperti transistor kemasan TO92. Harga Sensor LM 35 adalah sekitar 15 ribu rupiah. Adapun Aplikasinya banyak digunakan pada Project Arduino yang berkaitan dengan suhu ruang seperti Pada Home Automation
Cara kerja Sensor suhu LM35

Meskipun tegangan sensor ini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan kesensor adalah sebesar 5 volt, sehingga dapat digunakan dengan catu daya tunggal dengan ketentuan bahwa LM35 hanya membutuhkan arus sebesar 60 µA. 
 
Konfigurasi PinOut

Tiga pin LM35 menujukan fungsi masing-masing pin diantaranya, pin 1 berfungsi sebagai sumber tegangan kerja dari LM35, pin 2 atau tengah digunakan sebagai tegangan keluaran atau Vout dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampai dengan 1,5 Volt dengan tegangan operasi sensor LM35 yang dapat digunakan antara 4 Volt sampai 30 Volt.

Karakteristik Sensor LM 35
    • Resolusi Sensor 10 mVolt/ ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.
    • Keakurasi kalibrasi 0,5 ºC pada suhu 25 ºC .
    • Jangkauan maksimal operasi suhu -55 ºC sampai +150 ºC.
    • Tegangan kerja  4v sampai 30 volt.
    • Konsumsi arus rendah kurang dari 60 µA.
    • Faktor pemanasan diri yang rendah (low-heating) kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.
    • Impedansi keluaran yang rendah 0,1 W untuk beban 1 mA.
    • Toleransi ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC
8. Sensor UV

Spesifikasi 
Grafik Respon

 4. Percobaan

A. Prosedur Percobaan 

  • Untuk membuat rangkaian ini, pertama, siapkan semua alat dan bahan yang bersangkutan, di ambil dari library proteus
  • Letakkan semua alat dan bahan sesuai dengan posisi dimana alat dan bahan terletak.
  • Tepatkan posisi letak nya dengan gambar rangkaian
  • Selanjutnya, hubungkan semua alat dan bahan menjadi suatu rangkaian yang utuh 
  • Lalu mencoba menjalankan rangkaian , jika tidak terjadi error, maka motor akan bergerak yang berarti rangkaian bekerja

B. Gambar Rangkaian


C. Prinsip Kerja

rangkaian sistem keamanan anti maling ini terdiri dari 3 sensor yaitu sensor PIR untuk mendeteksi infra merah, kemudian ada sensor LDR yaitu sensor cahaya, dan sensor sound.
  • ketika terdeteksi tamu yang tak diundang, maka logicstate akan bernilai 1
  • sumbernya yaitu generator AC, lalu dikeluarkan dengan tegangan vout menuju R4 lalu menuju kaki non inverting op-amp, penguatannya terjadi dua kali penguatan, lalu vout menuju R1 kemudian menuju transistor, yang mana tegangan yang terbaca adalah 4,66 volt, yang mana sudah terpenuhi  untuk transistor bisa aktif sehingga arus mengalir dari kolektor menuju emittor yang mana dari kolektor di suplai oleh power sehingga relay dapat aktif
  • dengan aktifnya relay, maka rangkaian akan tertutup, switch berpindah dan loop tertutup sehingga lampu peringatan menyala, dengan menyalanya lampu peringatan,lalu sensor LDR yang terletak dekat dengan lampu peringatan maka akan terbaca oleh sensor LDR sehingga alarm/buzzer akan berbunyi.
  • pada rangakaian terdapat op-amp differential amplifier yang mana  terdiri dari dua sumber pada kaki non inverting, ada sumber baterai dan pada kaki invertingnya ada juga sumber baterai, lalu menuju ke transistor, yang mana transistor sudah terpenuhi nilai tegangannya yaitu 8,35 volt sehingga transistor aktif dan arus mengalir dari kolektor menuju emittor dan disuplai oleh power sehingga menyebabkan relay aktif, switch berpindah dan menjadi rangkaian tertutup, yang mana alarm akan berbunyi
  • dengan berbunyinya alarm akan terbaca oleh logicstate dengan berlogika 1, sehingga sumber sound sensor yang disuplai oleh power dikeluarkan dengan tegangan vout menuju R15 menuju kaki non inverting terjadi penguatan sebesar dua kali, lalu menuju R19 dan menuju transistor, kemudian transistor aktif, sehingga arus mengalir dari kolektor ke emittor, dengan arus yang mengalir maka relay akan aktif, switch pindah, rangkaian tertutup, maka pintu akan terkunci secara otomatis.
 
D. Video



5. File Download

Download Rangkaian di sini 
Download Video di sini
Download Library Sensor PIR di sini
Download Library Sensor Sound di sini
DownloadDatasheet DC Voltmeter di sini
Download Datasheet Op amp di sini 
Download File Html di sini 
   

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Langganan: Postingan (Atom)