BAB I PENGANTAR MEKATRONIKA Secara sempit sempit pengertian pengertian mekatronika mekatronika mengarah mengarah pada teknologi teknologi kendali kendali numerik
yaitu teknologi mengendalikan mekanisme menggunakan aktuator untuk menc mencap apai ai tuju tujuan an tert terten entu tu deng dengan an memo memoni nito torr kondi ondisi si gera gerak k mesi mesin n menggunakan sensor dan memasukkan inormasi terse!ut kedalam mikro" prosessor# $engan demikian% mekatronika adala& ga!ungan disiplin ilmu dasar sepe sepert rti% i% mek mekanik anika% a% elek elektr tro% o% dan dan ino inorrmati matik ka untu untuk k mera meranc ncan ang% g% memp memprroduk oduksi si%% meng mengop oper eras asik ikan an%% atau atau meme memeli li&a &ara ra sist sistem em maup maupun un mengoptimasi suatu produk untuk mencapai tujuan yang diinginkan#
Gam!ar I#' $iagram (eder&ana Pem!entukan Ilmu Mekatronika Be!erapa manaat penerapan mekatronika antara lain) '# Mening Meningka katk tkan an *eksi! *eksi!ili ilitas tas (e!a (e!aga gaii cont conto& o&%% leng lengan an ro!ot o!ot indu indust stri ri dapa dapatt mela melak kukan ukan !er!agai jenis pekerjaan dengan meru!a& program peranti lunak di mikro"prosesornya seperti &alnya lengan manusia# Ini yang menjadi akt aktor or utam utama a dimu dimung ngki kink nkan anny nya a pros proses es prod produk uksi si prod produk uk yang yang !eraneka ragam tipenya dengan jumla& yang sedikit"sedikit# +# Mening Meningka katk tkan an ke&anda ke&andalan lan $engan menggunakan menggunakan komponen"kompon komponen"komponen en elektronika elektronika untuk meng mengen end dalik alikan an gera gerak kan% an% mak maka kompo ompone nen" n"k kompo ompone nen n mesi mesin n pengendali gerak manual !isa dikurangi% se&ingga meningkatkan ke&andalan# ,# Meningkat Meningkatkan kan pres presisi isi dan ke kecepat cepatan an $engan menerapkan kendali digital dan teknologi elektronika% maka maka ting tingka katt pres presis isii mesi mesin n dan dan kecep ecepat atan an gera gerak k mesi mesin n dapa dapatt '
diangkat le!i& tinggi lagi sampai !atas tertentu# Batas ini misalnya adala& adala& rigidi rigiditas tas mesin mesin yang yang meng&a meng&alan langi gi kecepat ecepatan an le!i& le!i& tinggi tinggi karena karena munculnya getaran Elemen"elemen mekatronika) mekatronika)
Mekanisme mesin adala& o!yek kendali yang !ias !erupa lengan ro!ot% mekanisme penggerak otomoti%generator pem!angkit listrik dan se!againya#
Gam!ar I#+ mekanisme mesin pengerak piston
(ensor (enso (ensorr adala& adala& alat alat untuk untuk mendet mendeteks eksii - menguk mengukur ur sesuat sesuatu u yang digunakan untuk mengu!a& .ariasi mekanis% magnetis% panas% sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik# (ensor itu sendiri terdiri dari transduser dengan atau tanpa penguat-pengola& sinyal yang ter!entuk dalam satu sistem pengindera#
Gam!ar I#, (ensor Eek"/all
+
Gam!ar I#0 $iagram !lok sensor eek &all
Gam!ar I#1 (ensor ultrasonik
Kontroler adala& elemen yang !erungsi se!agai pengam!il keputusan apaka& keadaan o!yek kendali tela& sesuai dengan nilai reerensi yang yang diin diingi gink nkan an%d %dan an kemud emudia ian n memp memprroses oses ino inorrmasi masi untu untuk k menetapkan nilai komando guna mere2si keadaan o!yek kendali
Gam!ar I#3 $iagram Blok
Rangkaian penggerak adala& elemen yang !erungsi menerima sinyal komando dari cont contrrolle ollerr dan dan meng mengk kon.e on.ers rsik ikan an menj menjad adii ener energy gy yang yang mamp mampu u menggerakan actuator untuk melaksanakan komando komando dari kontroler# kontroler# elemen ini selain menerima inormasi dari kontroler juga menerima& catu daya !erenergi !erenergi tinggi
,
Gam!ar I#4 Rangkaian motor penggerak miniatur lit untuk perinta& naik" turun dengan menggunakan plc
Aktuator Aktu Aktuat ator or adal adala& a& !agi !agian an kelua eluara ran n untu untuk k meng mengu! u!a& a& ener energi gi suplai suplai menjad menjadii energ energii kerja erja yang yang diman dimanaat aatka kan# n# (inyal (inyal keluar eluaran an dikontrol ole& sistem kontrol dan aktuator !ertanggung ja5a! pada sinyal kontrol melalui elemen kontrol terak&ir#
Gam!ar I#6 Konstruksi (ilinder Kerja Tunggal
(um!er Energi adala& elemen yang mencatu daya energi listrik kesemua elemen yang mem!utukan nya# (ala& satu !entuk kongkrit sum!er energy adala& !atere untuk system yang !erpinda& tempat%atau adaptor A7"$7 untuk system stasionari8tetap di tempat9
0
•
Gam!ar I#: (kema Po5er (uplyAplikasi-penerapan mekatronika antara lain) Peralatan ruma& tangga) mesin cuci% mesin peng&isap de!u% micro5a.e% remotecontrol% remotecontrol% dll#
Gambar I.10 Microwave •
Ber! Ber!ag agai ai pira pirant ntii key!oard% dll#
pada pada kompu ompute terr)
Gambar I.12 Mouse •
Gambar I.11 Mesin Cuci
mous mouse% e% prin printe ter% r% disk disk dri. dri.e% e%
Gambar I.13 rinter
Peralatan Peralatan medis dan la!oratorium
1 Gambar I.12 "#$a%
Gambar I.12 !lat pencuci darah
•
Bidang ro!otika
Gambar I.1) $obot •
Gambar I.1& $obot 'urung (antu
Bidang industri
Gambar I.1* abrik embuatan Mobil
$unia pener!angan) pengendalian pesa5at ter!ang secara ;B< 8;ly By
Gambar I.1+ esawat Siluman
'#' MEKANIKA
Mekanika 8Ba&asa =atin mechanicus% dari Ba&asa >unani mechanikos% ?seseorang yang a&li di !idang mesin?9 adala& jenis ilmu k&usus yang mempelajari ungsi dan pelaksanaan mesin% alat atau !enda yang seperti mesin#mekanika merupakan !agian yang sangat penting dalam ilmu 2sika terutama untuk a&li sains dan a&li teknik# Mekanika mempelajari keadaan gerak dari suatu sistem 2sis 8!enda9# Mekanika dapat dipeca& menjadi dua !erdasarkan ada atau tidaknya gaya yang !ekerja pada sistem yaitu )Kinematika dan $inamika# Besar"!esaran 2sis yang menggam!arkan keadaan gerak dari suatu !enda 8partikel% sistem partikel9 secara umum dapat di5akili ole& koordinat posisi% kecepatan% percepatan% momenatum dll# Mekanika 8Mechanics9 juga !erarti ilmu pengeta&uan yang mempelajari gerakan suatu !enda serta eek gaya dalam gerakan itu# 7a!ang ilmu Mekanika ter!agi dua @ Mekanika (tatik dan Mekanika $inamik % sedang Mekanika $inamik dapat di!agi dua pula % yaitu Kinematik dan Kinetik#
# Gambar I.1, Mesin 'ubut
4
Gambar I.1- Mesin rais
'#+ E=EKTRONIKA adala& ilmu yang mempelajari alat listrik arus lema& yang dioperasikan dengan cara mengontrol aliran elektron atau partikel !ermuatan listrik dalam suatu alat seperti komputer% peralatan elektronik% termokopel% semikonduktor% dan lain se!againya# Ilmu yang mempelajari alat"alat seperti ini merupakan ca!ang dari ilmu 2sika% sementara !entuk desain dan pem!uatan sirkuit elektroniknya adala& !agian dari teknik elektro% teknik komputer% dan ilmu-teknik elektronika dan instrumentasi# Alat"alat yang menggunakan dasar kerja elektronika ini !iasanya dise!ut se!agai peralatan elektronik 8electronic de.ices9# 7onto& peralatan- piranti elektronik ini) Ta!ung (inar Katoda 87at&ode Ray Tu!e% 7RT9% radio% T% perekam kaset% perekam kaset .ideo 87R9% perekam 7$% perekam $$% kamera .ideo% kamera digital% komputer pri!adi desk"top% komputer =aptop% P$A 8komputer saku9% ro!ot% smart card% dll#
Gambar I.20 Sirkuit komputer
6
Gambar I.21 Micro processor
'#, Inormatika merupakan disiplin ilmu yang mempelajari transormasi akta !erlam!ang yaitu data maupun inormasi pada mesin !er!asis komputasi# $isiplin ilmu ini mencakup !e!erapa macam !idang% termasuk di dalamnya) ilmu komputer% ilmu inormasi% sistem inormasi% teknik komputer dan aplikasi inormasi dalam sistem inormasi manajemen# (ecara umum inormatika mempelajari struktur% siat% dan interaksi dari !e!erapa sistem yang dipakai untuk mengumpulkan data% memproses dan menyimpan &asil pemrosesan data% serta menampilkannya dalam !entuk inormasi# Aspek dari inormatika le!i& luas dari sekedar sistem inormasi !er!asis komputer saja% tetapi masi& !anyak inormasi yang tidak dan !elum diproses dengan komputer# Inormatika mempunyai konsep dasar% teori% dan perkem!angan aplikasi tersendiri# Inormatika dapat mendukung dan !erkaitan dengan aspek kogniti dan sosial% termasuk tentang pengaru& serta aki!at sosial dari teknologi inormasi pada umumnya# Penggunaan inormasi dalam !e!erapa macam !idang% seperti !ioinormatika% inormatika medis% dan inormasi yang mendukung ilmu perpustakaan% merupakan !e!erapa conto& yang lain dari !idang inormatika#
:
Gambar I.22 /aptop
Gambar I.23 omputer
'
Open =oop 7( 7ontrol (ystem 7losed =oop 7(
Mekatronika
$iscrete Automatic (ystem 7ontinuous
Automatic 7ontrol (ystem Gam!ar I#+0 $iagram pem!agian mekatronika
'#0#' 7ONTRO= (>(TEM (istem kontrol adala& kom!inasi komponen 8listrik% mekanik% termal% atau &idrolik9 yang !ertindak !ersama untuk untuk mengendalikan% memerinta&% dan mengatur keadaan dari suatu sistem# Bagian sistem kontrol)
(istem
(e!ua& susunan komponen C komponen 2sik yang saling ter&u!ung dan mem!entuk satu kesatuan untuk melakukan aksi tertentu
7onto& ) tu!u&% pemerinta&an% motor
Kontrol
Input 8Set Point, Reference)
Respon sistem yang diinginkan
Output
mengatur% mengara&kan% memerinta&kan
Respon sistem se!enarnya
Plant
O!yek yang dikontrol
''
7onto& (istem Kontrol C Ele.ator
Gam!ar I# +1 a9# ele.ator jaman dulu% !9# ele.ator Daman sekarang# a# Ele.ator-lit jaman dulu% dikendalikan ole& pemegang tali atau operator lit% pada gam!ar tali dipotong untuk menunjukkan se!ua& rem yang aman% ino.asi dari lit jaman dulu# !# $uo lit-ele.ator yang digunakan di grande arc&e paris% dikendalikan ole& se!ua& motor% dimana setiap motor gerakannya saling !erla5anan# Pada jaman sekarang lit-ele.ator adala& ull otomatis% menggunakan sistem kontrol untuk mengendalikan posisi dan kecepatan#
Gam!ar I#+3 diagram *oor .ersus time
Input ) lantai 0 '+
Output 8ele.ator response9 ) lantai C lantai yang dile5ati ele.ator
Transient response (teady state response steady state error
Macam"macam $iagram Blok dan Komponen"komponennya
'# Gambar I.2+ iagram blok open loop control s%stem
Keterangan) input !iasanya !erupa sinyal atau sejenisnya masuk dan kemudian diproses ole& sistem meng&asilkan output !erupa suatu mekanisme mesin#
+# Gam!ar I#+6 $iagram !lok close loop control system Keterangan) input yang !erupa sinyal masuk menuju eror detector se!agai pem!anding% kemudian masuk ke dalam proses dan keluar melalui output% tetapi se!elumnya sinyal yang keluar dari proses kem!ali lagi menuju eror detector 8eed!ack9#
,#
',
Gam!ar I#+: diagram !lok close loop control system 5it& sensor
0#
Gambar I.30 diagram blok control s%stem lengkap
'0
Gam!ar I# ,' $iagram !lok lengkap control system
'1
Keterangan komponen komponennya)
aria!el yang dikontrol
aria!el yang diukur
Besaran 2sik yang merupakan &asil dari kerja yang dilakukan aktuator#
Plant-proses
OtotF dari sistem# Ia adala& alat yang secara 2sik melakukan keinginan kontroler dengan suntikan energi tertentu
aria!el yang dimanipulasi
OtakF dari sistem# Ia menerima error se!agai input dan meng&asilkan sinyal kontrol yang menye!a!kan controlled .aria!le menajdi sama dengan set point
Aktuator
Output dari error detector
Kontroler
Pem!anding set point dengan sinyal eed!ack% dan meng&asilkan sinyal output yang sesuai dengan per!edaan terse!ut
(inyal error
Nilai dari controlled .aria!le yang diinginkan
Error detector
Output dari measurement de.ice#
(et Point
MataF sistem% mengukur controlled .aria!le dan meng&asilkan sinyal output yang me5akili statusnya
(inyal eed!ack
Kondisi dari controlled .aria!le pada saat tertentu dalam pengukuran
(ensor
aria!el aktual yang dia5asi dan dijaga pada nilai tertentu yang diinginkan di dalam proses#
Proses tertentu yang dikontrol ole& sistem
$istur!ances-gangguan '1
;aktor pengganggu% menye!a!kan peru!a&an pada .aria!el yang dikontrol
'3
'#0#'#' Open =oop 7ontrol (ystem (uatu sistem kendali yang keluarannya tidak !erpengaru& ter&adap aksi kendali dise!ut sistem kendali loop ter!uka# $engan kata lain% sistem kendali loop ter!uka tidak dapat digunakan se!agai per!andingan umpan !alik dengan masukan# $alam suatu sistem kendali loop ter!uka% keluaran tidak dapat di!andingkan dengan masukan acuan# adi setiap masukan acuan !er&u!ungan dengan operasi tertentu% se&ingga ketetapan dari sistem tergantung pada kali!rasi# Kelema&an sistem kendali ini adala& jika ada gangguan% maka sistem kendali loop ter!uka tidak dapat melaksanakan tugas seperti yang di&arapkan# (istem kendali loop ter!uka dapat digunakan &anya jika &u!ungan antara masukan dan keluaran diketa&ui dan tidak terdapat gangguan internal maupun eksternal# 7onto& dari sistem kendali loop ter!uka ini adala& mesin cuci% dimana perendaman% pencucian dan pem!ilasan dalam mesin cuci dilakukan atas !asis 5aktu# Mesin ini tidak mengukur sinyal keluaran% yaitu tingkat ke!ersi&an pakaian#
Gam!ar I#,+ diagram !lok dasar open loop control system
7onto&) Becak motor
Gam!ar I#,, Becak motor Input !erupa kedalaman gas pada stang !ecak motor% input dikendalikan ole& manusia% proses-plant !erupa mekanisme motor !akar% output !erupa gerak roda# $isini tidak ada eed !ack jadi% kita tidak ta&u
'4
apaka& terjadi eror antara input yang !erupa gas pada stang dan juga perputaran gerak roda#
'6
'#0#'#+ 7lose =oop 7ontrol (ystem (istem kendali umpan !alik sering dise!ut se!agai sistem kendali loop tertutup# Pada sistem kendali umpan !alik% sistem memperta&ankan &u!ungan yang ditentukan antara keluaran dengan !e!erapa masukan acuan% dengan cara mem!andingkan mereka dan selisi& yang di&asilkan akan digunakan se!agai alat kendali# Pada sistem kendali loop tertutup% sinyal kesala&an yang !ekerja% yaitu per!edaan antara sinyal masukan dan sinyal umpan !alik 8 yang mungkin sinyal keluarannya sendiri atau ungsi dari sinyal keluaran dan turunannya 9% disajikan ke kontroler sedemikian rupa untuk mengurangi kesala&an dan mem!a5a keluaran sistem ke nilai yang dike&endaki# Istila& kendali loop tertutup selalu !erarti penggunaan aksi kendali umpan !alik untuk mengurangi kesala&an sistem# (e!agai conto& dari sistem kendali loop tertutup ini adala& sistem kendali su&u ruangan# $engan mengukur su&u ruangan yang se!enarnya dan mem!andingkannya dengan su&u acuan 8su&u yang dike&endaki9% t&ermostat menjalankan alat pemanas atau pendingin% atau mematikannya sedemikian rupa se&ingga memastikan !a&5a su&u ruangan tetap pada su&u yang nyaman tidak tergantung dari keadaan di luar#
Gam!ar I#,0 Air 7onditioner 5it& in.erter
Gam!ar I#,1 $iagram !lok close loop control system
Open loop control system
Aksi kontrolnya tidak tergantung dari output sistem# Tidak dapat mem!erikan kompensasi-koreksi jika ada gangguan 8li&at gam!ar a9#
7onto& ) mesin cuci% o.en% dll# ':
Ketepatan &asil !ergantung pada kali!rasi#
(eder&ana dan mura&#
7lose loop control system
Aksi kontrolnya !ergantung pada output sistem 8melalui eed!ack9#
Mengatasi kelema&an sistem open loop karena !isa mem!erikan koreksi saat ada gangguan
Mungkin terjadi o.erkoreksiF% se&ingga sistem justru menjadi tidak sta!il
Kompleks dan ma&al% karena komponen le!i& !anyak
7onto& ) pengaturan kecepatan motor% pendingin" pemanas ruangan
Gam!ar 8a9 diagram !lok open loop control sytem% 8!9 diagram !lok close loop control system '#0#+ Automatic (ystem (istem otomatis adala& suatu sistem yang !ekerja secara otomatis tanpa &arus dikendalikan ole& sesuatu# uga dapat dide2nisikan se!agai suatu teknologi yang !erkaitan dengan aplikasi mekanik% elektronik dan sistem yang !er!asis komputer 8komputer% P=7 atau mikro9# (emuanya !erga!ung menjadi satu untuk mem!erikan ungsi ter&adap manipulator 8m Elemen dasar sistem otomasi Terdapat tiga elemen dasar yang menjadi syarat mutlak !agi sistem otomasi% yaitu po5er% program o instruction% kontrol sistem yang kesemuanya untuk mendukung proses dari sistem otomasi terse!ut# +
a# Po5er Po5er atau !isa dikatakan sum!er energi dari sistem otomasi !erungsi untuk menggerakan semua komponen dari sistem otomasi# (um!er energi !isa menggunakan energi listrik% !aterai% ataupun Accu% semuanya tergantung dari tipe sistem otomasi itu sendiri# !# Program o instruction Proses kerja dari sistem otomasi mutlak memerlukan sistem kontrol !aik menggunakan mekanis% elektronik ataupun komputer# Hntuk program instruksi - perinta& pada sistem kontrol mekanis maupun rangkaian elektronik tidak menggunakan !a&asa pemrograman dalam arti sesunggu&nya% karena siatnya yang analog# Hntuk sistem kontrol yang menggunakan komputer dan keluarganya 8P=7 maupun mikrokontroler9 !a&asa pemrograman merupakan &al yang 5aji! ada# c# (istem kontrol (istem kontrol merupakan !agian penting dalam sistem otomasi# Apa!ila suatu sistem otomasi dikatakan layaknya semua organ tu!u& manusia seutu&nya maka sistem kontrol merupakan !agian otak - pikiran% yang mengatur dari keseluru&an gerak tu!u&# (istem kontrol dapat tersusun dari komputer% rangkaian elektronik seder&ana% peralatan mekanik# /anya saja penggunaan rangkaian elektronik% perlatan meknik mulai ditinggalkan dan le!i& mengedepankan sistem kontrol dengan penggunaan komputer dan keluarganya 8P=7% mikrokontroller9 (istem kontrol seder&ana dapat ditemukan dari peralatan yang kita jumpai% diantaranya
!er!agai macam
" (etiap toilet memiliki mekanisme kontrol untuk mengisi ulang tangki air dengan pengisian sesuai dengan kapasitas dari tangki terse!ut# Mekanisme sistem kontrol terse!ut menggunakan peralatan mekanis yang disusun sedemikian rupa se&ingga mem!entuk sistem otomasi# " A7 atau air conditioner merupakan sistem otomasi yang menggunakan sistem kontrol mikroelektronik atau yang sering dise!ut komputer seder&ana# " Ro!ot assem!ly conto& sistem otomasi yang menggunakan klntrol sistem komputer atau keluarganya# (istem control terse!ut akan mem!erikan pengaturan pada gerakan"gerakan tertentu untuk menyusun suatu peralatan pada industri#ekanik9 se&ingga akan memiliki ungsi tertentu#
'#0#+#' $iscrete Adala& sistem otomatis yang &anya mengenal !atasan minimal dan maksimal% tidak ada nilai diantaranya# 7onto&) on-o% -'# '#0#+#+ 7ontinuous
+'
Adala& sistem otomatis yang mengenal le!i& dari + nilai% !ukan &anya nilai maksimal dan minimal# 7onto&) mati% kecepatan '% kecepatan +% kecepatan ,# 7onto& Automatic system) AHTOMATI7
++
BAB + Komponen $asar Elektronika Elektronika adala& ilmu mengenai electron# Elektronika mem!a&as cara"cara penggunaan electron untuk melakukan &al"&al yang !ermanaat dan menarik# Pada pem!a&asan tentang rangkaian listrik% perlu kiranya kita mengeta&ui terle!i& da&ulu !e!erapa &al megenai apa itu yang dimaksud dengan listrik# Hntuk mema&ami tentang listrik% perlu kita keta&ui terle!i& da&ulu pengertian dari arus# Arus merupakan peru!a&an kecepatan muatan ter&adap 5aktu atau muatan yang mengalir dalam satuan 5aktu dengan sim!ol i 8dari kata Perancis ) intensite9% dengan kata lain arus adala& muatan yang !ergerak# (elama muatan terse!ut !ergerak maka akan muncul arus tetapi ketika muatan terse!ut diam maka arus pun akan &ilang# Muatan akan !ergerak jika ada energi luar yang memepengaru&inya# Muatan adala& satuan terkecil dari atom atau su! !agian dari atom# $imana dalam teori atom modern menyatakan atom terdiri dari partikel inti 8proton !ermuatan J dan neutron !ersiat netral9 yang dikelilingi ole& muatan elektron 8"9% normalnya atom !ermuatan netral# Muatan terdiri dari dua jenis yaitu muatan positi dan muatan negati.e Ara& arus seara& dengan ara& muatan positi 8ara& arus listrik9 atau !erla5anan dengan ara& aliran elektron# (uatu partikel dapat menjadi muatan positi apa!ila ke&ilangan elektron dan menjadi muatan negati apa!ila menerima elektron dari partikel lain# 7oulom! adala& unit dasar dari International System of Units 8(I9 yang digunakan untuk mengukur muatan listrik# (im!ol ) L muatan konstan L muatan tergantung satuan 5aktu muatan ' elektron L "'%3+' '"': coulom! ' coulom! L "3%+0 ''6 elektron (ecara matematis arus dide2nisikan
i
da =
dt
(atuannya ) Ampere 8A9 $alam teori rangkaian arus merupakan pergerakan muatan positi# Ketika terjadi !eda potensial disuatu elemen atau komponen maka akan muncul arus dimaan ara& arus positi mengalir dari potensial tinggi ke potensial renda& dan ara& arus negati mengalir se!aliknya# Macam"macam arus ) '# Arus seara& 8$irect 7urrent-$79 Arus $7 adala& arus yang mempunyai nilai tetap atau konstan ter&adap satuan 5aktu% artinya dimana pun kita meninjau arus terse!ut pada 5aktu !er!eda akan mendapatkan nilai yang sama +# Arus !olak"!alik 8Alternating 7urrent-A79 Arus A7 adala& arus yang mempunyai nilai yang !eru!a& ter&adap satuan 5aktu dengan karakteristik akan selalu !erulang untuk perioda 5aktu tertentu 8mempunyai perida 5aktu ) T9# Tegangan atau seringkali orang menye!ut dengan !eda potensial dalam !a&asa Inggris .oltage adala& kerja yang dilakukan untuk +,
menggerakkan satu muatan 8se!esar satu coulom!9 pada elemen atau komponen dari satu terminal-kutu! ke terminal-kutu! lainnya% atau pada kedua terminal-kutu! akan mempunyai !eda potensial jika kita menggerakkan-meminda&kan muatan se!esar satu coulom! dari satu terminal ke terminal lainnya# Keterkaitan antara kerja yang dilakukan se!enarnya adala& energi yang dikeluarkan% se&ingga pengertian diatas dapat dipersingkat !a&5a tegangan adala& energi per satuan muatan#
(ecara
v
=
dw dq
matematis )
(atuannya ) olt 89
Gambar 2. !egangan
Pada gam!ar diatas% jika terminal-kutu! A mempunyai potensial le!i& tinggi daripada potensial di terminal-kutu! B# Maka ada dua istila& yang seringkali dipakai pada Rangkaian =istrik% yaitu ) '# Tegangan turun- "oltage dro# ika dipandang dari potensial le!i& tinggi ke potensial le!i& renda& dalam &al ini dari terminal A ke terminal B# +# Tegangan naik- "oltage rise ika dipandang dari potensial le!i& renda& ke potensial le!i& tinggi dalam &al ini dari terminal B ke terminal A# Ada juga &al yang penting untuk diketa&ui se!elum mem!a&as tentang pokok !a&asan dalam !a! ini yaitu ase# Hmumnya !e!rapa ase yang diketa&ui adala& ' ase% + ase% dan juga , ase# Penjelasan untuk ketiga jenis ase terse!ut dijelaskan !erikut ini# A# Rangkaian , ase Tiga"ase tenaga listrik adala& metode umum arus !olak tenaga listrik pem!angkit % transmisi % dan distri!usi #Ini adala& jenis sistem polyp&ase dan merupakan metode yang paling umum digunakan ole& grid di seluru& dunia untuk mentranser daya# /al ini juga digunakan untuk daya yang !esar motor dan !e!an !esar lainnya# (e!ua& , ase umumnya le!i& ekonomis daripada yang lain% karena menggunakan !a&an konduktor kurang untuk mengirimkan tenaga listrik dari setara" ase tunggal atau dua ase pada saat tegangan sama#
+0
Gambar 2.2 $ fase
$alam sistem ase tiga% tiga konduktor mem!a5a tiga rangkaian arus !olak 8dari rekuensi yang sama9 yang mencapai puncak sesaat nilai pada 5aktu yang !er!eda# Mengam!il satu konduktor se!agai acuan% dua lainnya arus yang tertunda dalam 5aktu dengan sepertiga dan dua pertiga dari satu siklus arus listrik# Penundaan antara ase ini memiliki pengaru& pem!erian transer daya konstan setiap siklus arus dan juga memungkinkan untuk meng&asilkan medan magnet !erputar dalam motor listrik # Tiga"asa sistem mungkin memiliki netral ka5at# (e!ua& ka5at netral memungkinkan sistem tiga ase menggunakan tegangan yang le!i& tinggi sementara masi& mendukung le!i& renda&"tegangan ase"tunggal peralatan# $alam situasi distri!usi tegangan tinggi% !iasanya tidak memiliki ka5at netral se!agai !e!an yang &anya dapat di&u!ungkan antara ase 8ase"ase koneksi9# Tiga ta&ap memiliki siat yang mem!uatnya sangat diinginkan dalam sistem tenaga listrik) • Arus asa cenderung mem!atalkan satu sama lain% penjumla&an ke nol dalam &al !e!an seim!ang linier# /al ini memungkinkan untuk meng&ilangkan atau mengurangi ukuran konduktor netral@ semua konduktor asa mem!a5a yang sama saat ini dan se&ingga dapat menjadi ukuran yang sama% untuk !e!an seim!ang# • mentranser Po5er menjadi !e!an seim!ang linier adala& konstan% yang mem!antu untuk mengurangi getaran generator dan motor# •
B#
Tiga ase sistem dapat meng&asilkan medan magnet yang !erputar ke ara& tertentu% yang menyeder&anakan rancangan motor listrik# Rangkaian ' ase
$alam teknik elektro% asa"tunggal tenaga listrik mengacu pada distri!usi arus !olak tenaga listrik menggunakan sistem di mana semua tegangan pasokan !er.ariasi serempak# (ingle"ase distri!usi digunakan ketika !e!an se!agian !esar penca&ayaan dan pemanasan% dengan !e!erapa motor listrik !esar# A"ase pasokan tunggal yang di&u!ungkan ke arus !olak motor listrik tidak meng&asilkan medan magnet !ergulir@" motor ase tunggal mem!utu&kan sirkuit tam!a&an untuk memulai% dan motor terse!ut jarang di atas ' atau + k< pada rating# (e!aliknya% dalam tiga"asa sistem% arus di masing"masing konduktor seketika mencapai puncak nilai"nilai mereka secara !erurutan% tidak secara !ersamaan% dalam setiap siklus rekuensi daya% pertama satu% +1
maka% maka ketiga saat ini mencapai nilai maksimum kedua# Bentuk gelom!ang dari tiga konduktor pasokan dikurangkan dari satu sama lain dalam 5aktu 8tertunda dalam ase 9 ole& sepertiga masa mereka# (tandar rekuensi daya sistem ase"tunggal !aik 1 atau 3 /D # K&usus asa"tunggal daya jaringan traksi dapat !eroperasi pada '3%34 /D atau rekuensi lain untuk listrik kereta api listrik# (ingle"ase distri!usi daya !anyak digunakan terutama di daera& pedesaan% di mana !iaya jaringan distri!usi tiga asa yang tinggi dan !e!an motor kecil dan jarang#
Gambar 2.$ %#likasi sistem fase
7# Rangkaian + ;ase Merupakan dua sirkuit yang digunakan% dengan tegangan ase !er!eda dengan : derajat # Biasanya sirkuit menggunakan empat ka!el% dua untuk setiap ta&ap# Kurang sering% tiga ka!el digunakan% dengan ka!el !iasa dengan konduktor yang le!i& !esar"diameter# Be!erapa generator dua"ta&ap a5al memiliki dua majelis rotor dan lapangan lengkap% dengan gulungan 2sik diim!angi dengan : derajat listrik untuk mem!erikan tenaga dua"asa# T&e generator di Niagara ;alls dipasang pada ta&un '6:1 adala& generator ter!esar di dunia pada saat itu dan dua"ase mesin#
Gambar 2.& Rangkaian 2 fase
Keuntungan dari dua"asa listrik adala& !a&5a &al itu memungkinkan untuk seder&ana% motor listrik sendiri dimulai# Pada &ari"&ari a5al teknik +3
listrik % le!i& muda& untuk menganalisa dan desain sistem dua ase dimana ase"!enar terpisa&# Hntuk dapat menggunakan dan memanaatkan !e!erapa penjelasan terse!ut% maka di!uatla& komponen"komponen elektronika% diantaranya yang akan di jelaskan !erikut ini# +#' $IO$A $ioda adala& komponen semikonduktor yang paling seder&ana dalam komponen dasar elektronika% piranti ini memiliki + terminal dan ter!uat dari dua jenis sam!ungan semikonduktor tipe P dan tipe N# Ba&an tipe P menjadi sisi anoda% sedangkan !a&an tipe N menjadi sisi katoda# Banyak sekali penggunaan diode dan secara umum diode dapat digunakan antara lain ntuk pengaman% penyeara&% oltage Regulator% Modulator% Pengendali ;rekuensi% Indikator% (5itc&#
Gambar 2.' simbol (ioda
7ara untuk menentukan nama kaki" kaki suatu diode '# Titik Kaki yang dekat dengan tanda titik merupakan sisi katoda% sedangkan yang lainnya adala& anoda
Gambar2. (ioda dengan titik
+# 7incin- Gelang 7incin- gelang terletak pada ujung !odi diode# Kaki yang dekat dengan cincin merupakan katoda% dan yang lainnya adala& anoda#
Gambar2.* (ioda dengan cincin ,# Pita" Pita Ber5arna Pita" pita yang terpasang pada diode mempunyai le!ar yang !er!eda antara sisi satu dengan yang lainnya# Hntuk menentukan kai" kakinya +4
cukup meli&at pita yang paling le!ar% yang paling dekat dengan pita terse!ut adala& katoda dan yang lainnya adala& anoda#
Gambar 2.+ diode dengan #ita berarna
7ara mencatukan diode ke sum!er tegangan '# Bias Maju 8;or5ard Bias9 $ioda !ias maju jika potensial positi sum!er di&u!ungkan dengan positi diode 8anoda9% sedangkan potensial negati.e sum!er di&u!ungkan dengan diode negati.e 8katoda9# Pada ;or5ard Bias% per!edaan .oltage antara katoda dan anoda dise!ut t&res&old .oltage atau knee .oltage# Pada saat knee .oltage arusnya mulai !ertam!a& cepat#
Gambar 2.- #roses orard /ias +# Bias Mundur 8Re.erse Bias9 $ioda !ias mundur jika potensial positi sum!er di&u!ungkan dengen negati.e diode 8katoda9% sedangkan negati.e sum!er di&u!ungkan dengan positi diode 8anoda9# Bila diode di!eri re.erse !ias 8!eda .oltage" nya tergantung dari tegangan catu9 tegangan terse!ut dise!ut tegangan ter!alik# Tegangan ini tidak !ole& melampaui &arga tertentu% &arga yang tela& ditentukan ini dise!ut 8!reakdo5n .oltage9
+6
Gambar2.0 #roses re"erse bias
$ioda &anya !ias dialiri arus $7 seara& saja% pada ara& se!aliknya arus $7 tidak akan mengalir# Apa!ila diode silicon dialiri arus A7 8arus listrik dari P=N9% maka yang mengalir &anya satu ara& saja se&ingga arus output diode !erupa arus $7# $ioda dinyatakan dalam ukuran menurut kemampuan kuat arus yang mampu dile5atkan# Hkuran arus terse!yt merupakan nilai maksimal yang tidak !ole& dilampaui% jika dilampaui maka diode akan rusak# K&usus !agi diode dengan kemampuan arus !esar &arus dilengkapi dengan plat pendingin%disamping &arus diper&atikan pula !atas tegangan kerja dan rekuensinya# Macam" macam $ioda '# $ioda ener $ioda ener adala& suatu diode yang mempunyai siat !a&5a tegangan ter!aliknya sangat sta!il% tegangan ini dinamakan teganganener# $iodaener di!uat agar arus dapat mengalir kea ra& yang !erla5anan jika tegangan yang di!erikan melampaui tegangan Brakdo5n# $i atas tegangan Dener% diode ini akan meng&antarkan arus listrik ke dua ara&# $ioda ini !iasanya digunakan se!agai oltage (ta!iliDer# 7iri" ciri $ioda ener) # Ter!uat dari silicon # Kemampuan daya !erkisar antara 0 m
+:
Gambar 2. diode 1ener
Gambar 2.2 Symbol untuk diode 1ener
+# =E$ 8=ig&t Emiting $ioda9 =E$ adala& komponen yang dapat mengeluarkan emisi ca&aya# =E$ dapat mengeluarkan ca&aya !ila di!erikan ;or5ard Bias# $ioda jenis ini !anyak digunakan se!agai indicator dan display# Ba&an dasar yang digunakan untuk pem!uatan =E$ adala& Galium Arsenida 8GaAs9% yang dapat memancarkan ca&aya dengan 5arna yang !ermacam" macam# (tandar arus maju =E$ adala& + mA% ole& karena itu dalam penggunaan =E$ !iasanya di&u!ungkan secara seri dengan &am!atan 8Resistor9# 7iri" cirri =E$) # Ter!uat dari !a&an semikonduktor campuran ) Galium% P&ospor% Indium # $apat meancarkan ca&aya jika dikenai tegangan listrik # Tegangan kerja !erkisar antara '%0 C , # Memerlukan arus antara , mA C ' mA # Intensitas ca&aya !er!anding langsung dengan arus maju yang mengalir
Gambar 2.$ 3(
Gambar 2.& symbol untuk 3( ,
,# $ioda Penyeara& 8Recti2er9 7iri" cirri $ioda Penyeara&) # Mengu!a& arus !olak" !alik 8A79 menjadi arus seara& 8$79 # Ter!uat dari (ilicon # $igunakan pada Po5er (upply - adaptor # Tegangan kerjanya antara +1 C 1 dengan kemampuan arus antara %+1A C 'A
Gambar 2.' (ioda Penyearah
0# $ioda $etektor 7iri" 7iri $ioda $etektor diantaranya adala&) # Ter!uat dari Germanium # Mendeteksi sinyal" sinyal kecil pada pesa5at penerima radio # Terdapat dalam !er!agai tipe
Gambar 2. symbol untuk diode detektor
1# $ioda ;oto $ioda ;oto adala& komponen elektronik yang &u!ungan P"N diodanya di!uat sensiti.e ter&adap ca&aya# $ioda ini mempunyai siat yang !erke!alikan dengan =E$% yang akan meng&asilkan arus listrik !ila terkena ca&aya# Besarnya arus listrik yang di&asilkan pun tergantung dari !esarnya ca&aya yang masuk
Gambar2.* (ioda oto
,'
Gambar2.+ symbol untuk (ioda oto
3# $ioda Bridge $ioda Bridge merupakan diode yang digunakan untuk mem!uat penyeara& pada Po5er (upply# $ioda ini termasuk yang !anyak dijual di pasaran# $ioda Bridge Tersusun atas diode silicon yang dirangkai menjadi suatu !ridge dengan !er!agai macam kapasitas# Hkuran diode !ridge yang utama adala& oltage dan Ampere maimumnya#
Gambar2.- (ioda /ridge
Gambar2.20 symbol untuk (ioda /ridge
,+
Macam" macam pengkodean diode Ada tiga system pengkodean untuk diode% yaitu) '# (istem Amerika (istem pengkodean diode pada system inji yaitu dimana diode" diode ditandai dngan angka dan &uru 'N dan diikuti dengan nomer tipenya# 7onto& 'N0'% ds!# +# (istem epang (istem ini &er sama seperti system Amerika% tetapi disini ditandai dengan &uru '(% dan diikuti dengan angka dan &uru lainnya# ,# (istem Eropa (istem Eropa ini !er!eda dengan dua system yang se!elumnya% disini terdiri dari dua atau tiga &uru dan diikuti dengan nomer seri% dimana &uru pertama menunjukkan !a&an dasar dari diode terse!ut# 7onto&) AL Germanium% BL (ilikon (edangkan &uru kedua menyatakan ungsinya%7onto&) AL $ioda Hmum% L $ioda ener% PL $ioda 7a&aya% ds!# +#+ Kapasitor Kapasitor adala& suatu alat yang dapat menyimpan energi di dalam medan listrik% dengan cara mengumpulkan ketidakseim!angan internal dari muatan listrik# Kapasitor memiliki satuan yang dise!ut ;arad dari nama Mic&ael ;araday# Karena kapasitor juga tidak dapat menguatkan% menyeara&kan dan mengu!a& suatu energi ke !entuk lainnya sama seperti resistor% maka kapasitor juga termasuk komponen pasi elektronika# Kapasitor juga sering dise!ut kondensator atau kapasitansi# =am!ang elektronika#
kondensator
8mempunyai
kutu!9
pada
skema
=am!ang kapasitor 8tidak mempunyai kutu!9 pada skema elektronika# Kapasitansi dari kapasitor dapat ditentukan dengan rumus)
4 ) Kapasitansi
r ) permiti.itas relati
) permiti.itas &a % ) luas pelat
d )jarak antar pelat-te!al dielektrik
Pada kapasitor keramik dan !e!erapa jenis yang lain nilainya dikodekan# Biasanya terdiri dari 0 digit% dimana , digit merupakan angka dan digit terak&ir !erupa &uru yang menyatakan toleransinya# , digit pertama angka yang terak&ir !erungsi untuk menentukan 'n% nilai n dapat dili&at pada ta!el# ,,
,rd $igit ' + , 0 1 3"4 6 :
Multiplier ' ' ' ' ' ' Not Hsed #' #'
=etter $ ; G / K M P
Tolerance #1 p; ' + , 1 ' + J'" J6"+
!abel 2. 5ode 5a#asitor 5eramik
Macam" macam dan penggunaan kapasitor ) '# Electrolytic 7apacitor
Gambar 2.2 3lectrolytic 5a#asitor
Kapasitor electrolytic adala& jenis yang paling populer untuk nilai le!i& !esar dari sekitar ' microarad# Kapasitor electrolytic di!angun menggunakan lapisan tipis oksida pada aluminium oil# Elektrolit digunakan untuk mem!uat kontak dengan lempeng lainnya# Kapasitor jenis ini memiliki per!edaan pada kedua sisinya% maka dalam pemasangan kita &arus &ati"&ati jangan sampai ter!alik karena akan mengaki!atkan kerusakan !a&kan meledak# +# Tantalum 7apacitor
Gambar 2.22 !antalum 5a#asitor
Tantalum kapasitor ini mirip dengan kapasitor elektrolitikyang elektrodanya ter!uat dari material tantalum# Karakteristik temperatur dan rekuensi le!i& !agus dari pada kapasitor elektrolitik dari !a&an ,0
almunium dan kapasitor ini !anyak digunakan untuk sistem dengan sinyal analog#
,1
,# 7eramic 7apacitor
Gambar 2.2$ 5eramik 5a#asitor
Kapasitor keramik !iasanya digunakan untuk rekuensi radio dan !e!erapa aplikasi audio# Kapasitor keramik rentang nilai dari angka" angka serenda& !e!erapa picoarads menjadi sekitar %' microarads# Biasanya kapasitor ini digunakan untuk rangkaian dengan rekuensi tinggi# Kapasitor ini tidak !aik digunakan untuk rangkaian analog karena dapat mengu!a& !entuk sinyal# 0# Multilayer 7eramic 7apacitor
Gambar 2.2& Multilayer 5eramik 5a#asitor
Kapasitor ini &ir sama dengan kapasitor keramik yang mem!edakan adala& jumla& lapisan yang menyusun dielektriknya# Pada jenis ini dielektriknya tersusun dari !anyak lapisan dengan kete!alan ' sampai + Qm dan pelat elektrodanya ter!uat dari logam murniserta memiliki karakteristik su&u yang le!i& !agus daripada kapasitor keramik# 1# Polyester ;ilm 7apacitor
Gambar 2.2' Polyester ilm 5a#asitor
$ielektriknya ter!uat dari polyester 2lm# Berkarakteristik su&u dan rekuensi yang le!i& !agus dari semua kapasitor diatas# Biasa dipakai rangkaian !errekuensi tinggidan analog% sering dise!ut mylar dan !ertoleransi 1 sampai ' # 3# Polypropylene 7apacitor
,3
Gambar 2.2 Poly#ro#ylene 5a#asitor
Kapasitor ini !ertoleransi le!i& tinggi dari polyester 2lm capacitor# Nilai kapasitansi dari komponen ini tidak akan !eru!a& !ila dirancang dengan sistem rekuensi yang melaluinya le!i& kecil atau sama dengan K/D# 4# Kapasitor Mika
Gambar 2.2* 5a#asitor Mika
Ba&an dielektrik kapasitor ini menggunakan mika# Kapasitor ini memiliki kesta!ilan yang !agus karena temperatur koe2siennya renda&% dan memiliki rekuensi karakteristik ynga sangat !agus# Biasa digunakan dalam rangkaian resonansi% 2lter untuk rekuensi tinggidan rangkaian yang !ertegangan tinggi# 6# Polystyrene ;ilm 7apacitor
Gambar 2.2+ Polyestyrene ilm 5a#asitor
$ielektrik dari kapasitor ini adala& polystyrene 2lm# (ering digunakan dalam aplikasi !errekuensi tinggi# Karena konstruksinya sama dengan koil maka kapasitor ini !aik untuk aplikasi pe5aktu dan 2lter yang !errekuensi !e!erapa ratus K/D# Kapasitor ini memiliki dua 5arna elektroda yaitu mera& 8dari !a&an tem!aga9 dan a!u"a!u 8kertas aluminium9# :# Electric $ou!le 7apacitor 8(uper 7apacitor9
Gambar 2.2- 3lectric (ouble 5a#asitor
Kapasitor ini !a&an dielektriknya sama dengan kapasitor elektrolitik tetapi memiliki ukuran yang le!i& !esar# Biasanya mempunyai satuan ;arad 8;9# Kapasitor ini !iasa digunakan untuk rangkaian po5er supply# ,4
'# Trimmer 7apacitor
Gambar 2.$0 !rimmer 5a#asitor
$ielektrik kapasitor ini menggunakan !a&an keramik atau plastik# Nilai kapasitansinya dapat diu!a& dengan cara memutar skrup yang ada di !agian atas# $alam pemutaran &arus menggunakan o!eng k&usus agar tidak tim!ul eek kapasitansi pada o!eng dengan tangan#
''# Tuning 7apacitor
Gambar 2.$ !urning 5a#asitor
Kapasitor yang !iasa dise!ut aricons ini sering digunakan se!agai pemili& gelom!ang pada radio# enis dielektriknya menggunakan udara% mengu!a& nilai kapasitansinya dengan memutar gagang yang ada pada !adan kapasitor kekiri atau kekanan# +#, RE(I(TOR Resistor sering juga dise!ut dengan ta&anan% &am!atan atau resistansi# $imana resistor mempunyai ungsi se!agai peng&am!at arus% pem!agi arus% dan pem!agi tegangan# +#,#' Macam"macam resistor dan penggunaanya Resistor merupakan komponen pasi elektronika ang !erungsi untuk mem!atasi arus listrik yang mengalir# Berdasarkan kelasnya resistor di!agi menjadi dua yaitu) 67ed resistor dan "ariable resistor # $an umumnya ter!uat dari carbon 6lm atau metal 6lm% tetapi tidak menutup kemungkinan untuk di!uat dari material lain# a9 ;ied resistor Merupakan resistor yang mempunyai nilai tetap# 7iri 2sik dari resistor ini adala& !a&an pem!uat resistor terdapat ditenga&"tenga& dan pada pinggirnya terdapat + conducting metal% !iasanya kemasan seperti ini dise!ut dengan a7ial# Hkuran 2sik 67ed resistor !ermacam"macam% tergantung pada daya resistor yang dimilikinya# Misalnya 67ed resistor dengan daya 1
Gambar 2.$2 i7ed Resistor
(elain kemasan a7ial terdapat pula kemasan lain yang dise!ut (IP 8 single in line ) !iasa dise!ut juga dengan R"Pack# $idalam kemasan ini terdapat le!i& dari ' resistor yang !iasanya disusun parallel dan mempunyai pusat yang dinamakan common# Hntuk conto& dapat dili&at pada gam!ar !erikut ) Berikut ini akan dijelaskan sedikit tentang penggunaan resistor !erdasarkan tipe atau jenisnya ) Precision
Gambar 2.$$ Precision :ireound Resistor
7onto& aplikasi penggunaan resistor ini adala& (4 measuring e9ui#ment dan reference resistor untuk "oltage regulator dan decoding netork. NI(T (tandart Resistor NI(T 8;ational Institut of Standart and !echnology) (tandart resistor merupakan tipe resistor dengan tingkat keakuratan paling tinggi yaitu #'% T7R yang renda& dan sangat sta!il di!andingkan dengan #recision ireound resistor # Komponen ini !iasanya digunakan se!agai standart di dalam .eri2kasi keakuratan dari suatu alat ukur resisti.e# Po5er
7onto& dari po5er
Gambar 2.$& Poer :ireound Resistor
;use Resistor Komponen ini selain !erungsi se!agai resistor% juga !erungsi se!agai sekering# Resistor ini didsesain sedemikian rupa se&ingga !ila ada arus yang sangat !esar melaluinya maka &am!atannya menjadi tidak ter&ingga# Pada kondisi normal su&u dari resistor ini akan panas ketika ada arus yang melaluinya# 7onto& dari use resistor )
Gambar 2.$' use Resistor
7ar!on 7omposition Resistor ini memiliki koe2sien temperature dengan !atas ' ppm-7 ter&adap nilai &am!atannya% dimana nilai &am!atannya akan turun ketika su&unya naik# (elain itu resistor juga memiliki koe2sien tegangan% dimana nilai &am!atannya akan !eru!a& ketika di!eri tegangan# (emakin !esar tegangan maka semakin !esar peru!a&annya#
Gambar 2.$ 4arbon 4om#osition
7ar!on ;ilm Resistor Resistor jenis carbon 6lm mempunyai karakteristik yang sama dengan resistor carbon com#osition tetapi tem#erature coe6sient nilainya le!i& renda&# ;rekuensi respon dari resistor ini jau& le!i& 0
!agus di!andingkan dengan ireound dan le!i& !agus lagi di!andingkan dengan carbon com#osition# $imana ireound akan menjadi suatu induktansi ketika rekuensinya renda& dan akan menjadi kapasitansi apa!ila rekuensinya tinggi# $an untuk carbon com#osition &anya menjadi kapasitansi apa!ila dilalui rekuensi tinggi dan rekuensi renda&# Gam!ar car!on 2lm resistor )
Gambar 2.$* 4arbon ilm Resistor
Metal ;ilm Resistor Metal ilm Resistor merupakan pili&an ter!aik dan jenis resistor carbon com#osition dan carbon 6lm# Karena resistor ini le!i& akurat% tidak mempunyai "oltae coe6sient, noise dan tem#erature coe6sient yang le!i& renda&# Tetapi resistor ini tidak se!agus jenis resistor #recision ireound. Ba&an dasar pem!uatan dari resistor ini adala& metal dan keramik% !a&an ini mirip seperti yang digunakan untuk mem!entuk carbon 6lm resistor.
Gambar 2.$+ Metal ilm Resistor
;oil Resistor Resistor ini mempunyai karakteristik yang sama dengan jenis metal 2lm# Kele!i&an utama di!andingkan dengan metal 2lm adala& tingkat kesta!ilannya yang le!i& tinggi% T7R paling kecil% dan rekuensi respon tinggi# (elain kele!i&an terdapat pula kelema&an yaitu nilai maksimum dari resistor ini le!i& kecil dari nilai resistor metal 6lm. Resistor ini !iasanya dipakai didalam stain gauge% nilai strain dapat diukur !erdasarkan peru!a&an nilai resistansinya# Ketika digunakan se!agai strain gauge% oil"nya dipasang disuatu su!strate *eksi!el se&ingga dapat dipasang didaera& tempat pengukuran strain dilakukan# Po5er ;ilm Resistor 0'
Material yang digunakan untuk mem!uat resistor ini sama dengan jenis metal 2lm# Tetapi karakteristik dayanya le!i& tinggi# Po5er 2lm resistor mempuyai nilai yang le!i& tinggi dan respon rekuensinya yang le!i& !aik di!andingkan po5er 5ire5ould resistor# Resistor ini !anyak digunakan untuk aplikasi po5er karena mem!utu&kan rekuensi respon yang !aik% daya yang tinggi dan nilai yang le!i& !esar daripada po5er 5ire5ould resistor# Biasanya komponen ini memiliki toleransi yang cukup !esar# !9 aria!le resistor Hntuk kelas resistor yang keduaini terdapat + tipe# Hntuk tipe pertama dinamakan "ariable resistor dan nilainya dapat diu!a& sesuai keinginan dengan muda& dan sering digunakan untuk pengaturan .olume% !ass% !alance% dll# (edangkan yang kedua adala& semi=67ed resistor # Nilai dari resistor ini !iasanya &anya diu!a& pada kondisi tertentu saja# 7onto& penggunaan dari semi=67ed resistor adla& tegangan reerensi yang digunakan untuk A$7% 6ne tune circuit, dll#
Gambar 2.$-
Ada !e!erapa model pengaturan nilai "ariable resistor % yang sering digunakan adala& dengan cara memutar# Pengu!a&an nilai dengan cara memutar !iasanya ter!atas sampai , derajat putaran# Ada !e!erapa model .aria!le resistor yang &arus diputar !erkali"kali untuk mendapatkan semua nilai resistor# Model ini dinamakan Potentiometers> atau ?!rimmer Potentiometers>. c9 7$( 8 7admium (ul2de P&otocell 9 enis resistor ini peru!a&an nilainya tergantung pada !anyaknya ca&aya yang mengenai dirinya# Biasanya resistor ini juga dise!ut =$R 8=ig&t $epend Resistor9# Banyak sekali tipe dari komponen ini tergantung pada sensiti.itas ca&aya% ukuran% nilai &am!atan% dll#
Gambar 2.&0 4admium Sul6de Photocell 0+
Pada gam!ar diatas% terdapat conto& sala& satu !entuk 7$( P&otocell# 7$( ini mempunyai diameter 6 mm% tinggi 0 mm% dengan !entuk silinder# Pada kondisi ruangan yang terang nilai &am!atannya adala& + U% sedangkan saat kondisi ruangan gelap maka nilai &am!atannya + MU#
0,
d9 Termistor 8 T&ermally (ensiti.e Resistor 9 Resistor ini nilai &am!atannya !eru!a& !erdasarkan temperature dan !iasanya digunakan untuk sensor su&u# Ada tiga tipe termistor antara lain ) • NT7 8Negati.e Temperature 7oe2sient T&ermistor9 Pada saat su&u disekitarnya naiknilai &am!atannya menurun# • PT7 8Positi.e Temperature 7oe2sient T&ermistor9 Pada saat su&u disekitarnya naik nilai &am!atannya naik# • 7TR 87ritical Temperature resistor9 Nilai &am!atannya akan menurun dengan cepat ketika su&u disekitarnya naik diatas su&u yang spesi2c point#
Gambar 2.& !ermistor
+#,#+ Mengidenti2kasi Nilai Resistor Hntuk mengeta&ui nilai resistansi dari suatu resistor caranya dengan mem!aca 5arna dari resistor atau mem!aca suatu nilai yang tertera pada !adan resistor# Hntuk resistor dengan 0 5arna gelang% + pertama adala& nilainya yang ketiga adala& actor 'ndan yang keempat adala& toleransinya# Misalnya gelang pertama adala& mera& !erarti nilainya L +% gelang kedua ungu se&ingga nilainya L 4% gelang ketiga oranye maka actor 'n L ', L ' dan gelang keempat adala& emas !erarti toleransinya L 1% maka nilai resistansinya adala& +4 U L +4KU# Hntuk per&itungan nilai resistor dengan jumla& gelang 1 dan 3 &ir sama dengan per&itungan nilai resistor pada 0 gelang# Bedanya &anya pada actor 'n% dimana untuk jumla& gelang 1 dan 3 terletak pada gelang nomor 0 dan 1# Hntuk gelang ke 3 merupakan nilai koe2sien su&u dari resistor# (u&u terse!ut diukur dalam ppm- 7 8 Part Per Milion degree 7entrigade 9# +#,#, Nilai (tandart Resistor 3lectronics Industries %ssciation 8 EIA9% dan !e!erapa sum!er yang lain tela& menetapkan suatu nilai standart dari resistor yang !iasanya di!eri kode E# ada + kode yang nilai resistansinya !anyak dijumpai dipasaran yaitu ) E'+ dan E+0# Batas daera& nilai untuk kode E'+ ada '+ yaitu ) '#% '#+% '#1% '#6% +#+% +#4% ,#,% ,#:% 0#4% 1#3% 3#6% dan 6#+# kode ini !iasanya digunakan pada 00
resistor dengan menggunakan material carbon 6lm standart# Nilai maksimum yang ada &anya sampai ' MU# +#0 TRAN(I(TOR Transistor merupakan komponen akti yang ter!uat dari !a&an semikonduktor yang merupakan jenis !a&an yang tidak sepenu&nya konduktor atau isolator% namun memiliki siat keduanya% dan memegang peranan penting dalam suatu rangkaian elektronika# Pada umumnya transistor digunakan se!agai penguat 8am#li6er 9 dan transistor juga dapat !erungsi se!agai sakelar# Komponen ini !ole& dikata termasuk komponen yang susunannya seder&ana !ila di!andingkan dengan Integrated 7ircuit# Transistor !erasal dari kata transer resistor# Penamaan ini !erdasarkan pada prinsip kerjanya yakni mentranser atau meminda&kan arus#
Gambar 2.&2 !ransistor
+#0#' Prinsip Kerja Transistor Menurut dari prinsip kerjanya transistor di!agi menjadi dua jenis yaitu@ Transistor Bipolar 8d5i kutu!9 dan Transistor Eek Medan 8;ET C ield 3@ect !ransistor 9# '# BT
NPN
PNP
Gambar 2.&$ ambang rangkaian P;P dan ;P;
BT 8Bipolar unction Transistor9 adala& sala& satu dari dua jenis transistor# 7ara kerja BT dapat di!ayangkan se!agai dua dioda yang terminal positi atau negatinya !erdempet% se&ingga ada tiga terminal# Peru!a&an arus listrik dalam jumla& kecil pada terminal !asis dapat meng&asilkan peru!a&an arus listrik dalam jumla& !esar pada terminal kolektor# Prinsip inila& yang mendasari penggunaan transistor se!agai penguat elektronik# Rasio antara arus pada koletor dengan arus pada !asis !iasanya dilam!angkan dengan V atau h3# V !iasanya !erkisar sekitar ' untuk transistor"transisor BT# 01
+# ;ET
P"7&annel
N"7&annel
Gambar 2.&& ambang 4hannel 3!, 5iriA P=4hannel, 5ananA ;=4hannel
;ET di!agi menjadi dua keluarga) unction ;ET 8 ;ET9 dan Insulated Gate ;ET 8IG;ET9 atau juga dikenal se!agai Metal Oide (ilicon 8atau (emiconductor9 ;ET 8MO(;ET9# Ber!eda dengan IG;ET% terminal gate dalam ;ET mem!entuk se!ua& dioda dengan kanal 8materi semikonduktor antara (ource dan $rain9# (ecara ungsinya% ini mem!uat N"c&annel ;ET menjadi se!ua& .ersi solid"state dari ta!ung .akum% yang juga mem!entuk se!ua& dioda antara grid dan katode# $an juga% keduanya 8;ET dan ta!ung .akum9 !ekerja di ?depletion mode?% keduanya memiliki impedansi input tinggi% dan keduanya meng&antarkan arus listrik di!a5a& kontrol tegangan input# ;ET le!i& jau& lagi di!agi menjadi tipe en&ancement mode dan depletion mode# Mode menandakan polaritas dari tegangan gate di!andingkan dengan source saat ;ET meng&antarkan listrik# ika kita am!il N"c&annel ;ET se!agai conto&) dalam depletion mode% gate adala& negati di!andingkan dengan source% sedangkan dalam en&ancement mode% gate adala& positi# Hntuk kedua mode% jika tegangan gate di!uat le!i& positi% aliran arus di antara source dan drain akan meningkat# Hntuk P"c&annel ;ET% polaritas"polaritas semua di!alik# (e!agian !esar IG;ET adala& tipe en&ancement mode% dan &ir semua ;ET adala& tipe depletion mode#
Gambar 2.&' !ransistor yang di#andang sebagai gabungan dua dioda
Pada prinsipnya% suatu transistor terdiri dari atas dua !ua& dioda yang disatukan# Transistor merupakan komponen elektronika dengan , elektrode - kaki% yakni) Basis 8B9% collector 879% dan Emitor8E9# Tiga material yang umum digunakan se!agai !a&an !aku pem!uat transistor adala&) Germanium 8suda& jarang digunakan9% (ilikon 8!anyak digunakan9% dan Gallium# Agar transistor dapat !ekerja% kepada kaki"kakinya &arus di!erikan tegangan% tegangan ini dinamakan bias "oltage. Basis emitor di!erikan forard "oltage% sedangkan !asis kolektor di!erikan re"erse "oltage# (iat transisitoradala& !a&5a antara kolektor dan emitor akan ada arus 8transistor akan meng&antar9 !ila ada arus !asis# Makin !esar arus !asis makin !esar peng&atarannya# 03
(uatu arus listrik yang kecil pada !asis akan menim!ulkan arus yang jau& yang le!i& !esar diantara kolektor dan emitornya% maka dari itu transistor digunakan untuk memperkuat arus#
Gambar 2.& rangkaian !ransistor
Terdapat dua jenis transistor iala& jenis NPN dan PNP# Pada transistor jenis NPN tegangan !asis dan kolektornya positi ter&adap emitor% sedangkan pada transistor PNP tegangan !asis dankolektornya negati ter&adap tegangan emitor#
Transistor dapat dipergunakan antara lain untuk) '# +# ,# 0# 1#
(e!agai penguat arus% tegangan dan daya 8A7 dan $79 (e!agai penyeara& (e!agai mier (e!agai osilator (e!agai s5itc&
Kerusakan"kerusakan yang sering terjadi pada transistor) '# Adanya pemutusan &u!ungan dari rangkaian elektronik# +# Terjadi konseleting - &u!ung singkat antar elektroda transistor# ,# Terjadi ke!ocoran diantara elektrode"elektrode transistor# Penye!a! terjadinya kerusakan pada se!ua& transistor) '# Penanganan yang tidak tepat saat pemasangan pada rangkaian# +# Transistor terlalu panas karena su&unya mele!i&i !atas maksimal kemempuannya# Bagi transistor dari !a&an Gremanium% su&u maksimal 41W 7 sedang transistor silikon su&u maksimal mencapai '1W 7# ,# Kesala&an pengukuran# 0# Pemasangan yang sala& pada rangkaian# +#1 Induktor
04
Induktor termasuk komponen pasi karena tidak dapat menguatkan sinyal maupun mengu!a& suatu energy ke!entuk lainnya# (eringkali Induktor dise!ut se!agai induktansi% lilitan% kumparan atau !elitan# Pada inductor mempunyai siat yaitu dapat menyimpan energy dalam !entuk medan magnet# (atuan dari inductor sendiri adala& /enry 8/9#
Gambar 2 &* Induktor
Gambar 2.&+ ambang Induktor
Arus yang mengalir pada inductor akan meng&asilkan *iks magnetic 8X9 yang mem!entuk loop yang melingkupi kumparan# ika ada N =ilitan% maka total *uks adala& ) Y L =I .L
L=
$ari karakteristik ."I% dapat diturunkan siat penyimpan energy pada inductor
Misal) pada saat t L maka I L Pada saat t L t maka I L I Merupakan energy yang disimpan pada inductor = dalam !entuk medan magnet# ika inductor dipasang arus konstan - $7% maka tegangan sama dengan nol# (e&ingga inductor !ertindak se!agai rangkaian &u!ungan singkat 8short circuit). Tetapi !agi arus A7 inductor !ersiat meng&am!at# +#3 Integrated 7ircuit
06
(irkuit terpadu 8!a&asa Inggris) integrated circuit atau I79 adala& komponen dasar yang terdiri dari resistor% transistor dan lain"lain# I7 adala& komponen yang dipakai se!agai otak peralatan elektronika# Pada komputer% I7 yang dipakai adala& mikroprosesor# $alam se!ua& mikroprosesor Intel Pentium 0 dengan erkuensi '%6 trilyun getaran per detik terdapat '3 juta transistor% !elum termasuk komponen lain# ;a!rikasi yang dipakai ole& mikroprosesor adala& 3nm# +#3#'Pengertian dasar Kita dapat mendi2nisikan rangkaian terintegrasi 8integrated circuit " I79 se!agai komponen atau elemen mandiri di atas permukaan yang kontinu mem!entuk rangkaian yang terpaduF# Komponen atau elemen terse!ut dapat !erupa diode% transistor% resistor% kapasitor dan lain"lainya terdi2nisi di atas 5aer silikon atau !a&an semikonduktor yang lain# (etela& melalui proses pa!rikasi yang kompleks ak&irnya I7 digunakan dalam rangkaian dalam !entuk yang ter!ungkus rapi dan muda& untuk digunakan#
Gambar 2.&- Integrated 4ircuit
+#3#+ I7 Monolitik dan I7 /y!rid Rangkaian terintegrasi termasuk kelompok monolitikF jika semua komponen atau elemen 8diode% transistor% resistor% kapasitor dan seterusnya9 ter!uat dan terdi2nisi dalam satu permukaan keping semikonduktor yang dise!ut se!agai c&ipF# Pada I7 monolitik semua komponen terse!ut di!uat dalam 5aktu yang !ersamaan termasuk interkoneksi antar komponen#
Gambar 2.'0 Skema Rangkaian I4 5iriA Monolitik, 5ananA Bybrid 0:
1
Bentuk lain adala& I7 &y!rid dimana komponen"komponen di!uat di atas su!strat keramik% di&u!ungkan satu"dengan lainnya dengan ka5at &alus mem!entuk rangkaian# +#3#, Komponen pada Rangkaian Terintegrasi Piran iranti ti elek elektr tron onik ika a meru merupa pak kan rang rangk kaian aian elem elemen en ak akti ti sepe sepert rtii tran transi sist stor or dik dikom!i om!ina nasi sika kan n deng dengan an kompo ompone nen n lain lain sepe sepert rtii resis esisto tor% r% kapasito kapasitorr dan induktor induktor## (ecara (ecara praktis praktis masing"ma masing"masing sing kompon komponen en dapat dipr diprod oduk uksi si seca secara ra terp terpis isa& a& 8dis 8diskr krit it99 kemud emudia ian n dira dirang ngk kaika aikan n deng dengan an meng meng&u &u!u !ung ngk kanny annya a deng dengan an ka5at a5at loga logam# m# Konse onsep p dasa dasarr ini ini teta tetap p digunakan dalam sistem elektronika"mikro seperti tela& direalisasi dalam !entuk I7# Per!edaannya adala& !a&5a semua komponen dan interkoneksi interkoneksi antar komponen komponen di!uat dalan satu permukaan permukaan su!strat# Termasuk Termasuk elemen pasi dalam elektronika elektronika adala& resistor% kapasitor dan indukt induktor or## Masing Masing"ma "masin sing g kompo komponen nen memili memiliki ki kemampu emampuan an sesuai sesuai deng dengan an ung ungsi siny nya a yang yang masi masing ng"m "mas asin ing g diuk diukur ur se! se!agai agai resin esinta tans nsi% i% kapasitansi dan induktansi# Resistansi Resistansi ) menunjukkan menunjukkan !esarnya !esarnya energi yang terdesipasi terdesipasi ole& elektron elektron saat mereka !ergerak melalui struktur atom konduktor# $alam !entuk !entuk diskri diskritt resis resistor tor ter!ua ter!uatt dari dari ka kar! r!on on atau atau !a&an !a&an lain lain yang yang !ukan !ukan peng&a peng&anta ntarr yang yang !aik# !aik# $alam $alam elektr elektron onik"m ik"mikr ikro o resis resistor tor merupa merupaka kan n lapisa lapisan n tipis tipis suatu suatu tipe tipe semik semikon onduk duktor tor dikelilingi ole& semikonduktor tipe lain# Kapa Kapasi sita tans nsii ) meru merupa paka kan n ukur ukuran an ener energi gi yang yang ters tersim impa pan n dala dalam m meda medan n listrik listrik yang mengelilin mengelilingi gi muatan muatan kondukt konduktor or## Kapasit Kapasitor or diskrit diskrit ter!uat dari dua keping konduktor yang dipisa&kan ole& !a&an isol isolat ator or## Pada ada elek elektr tron onik ika" a"mi mikr kro o kapas apasit itor or di!u di!uat at pada pada per permuk mukaan aan kris krista tall semi semik kondu ondukt ktor or dila dilapi pisi si isol isolat ator or tipi tipis s kemudian di atasnya di!uat lapisan logam# Indu Indukt ktan ansi si ) meru merupa pak kan ukur ukuran an ener energi gi yang yang disi disimp mpan an dala dalam m meda medan n magnet yang dikontrol ole& arus listrik# Induktor diskrit di!uat dari dari kump kumpara aran n ka ka5at 5at dan di dalamn dalamnya ya ka kadan dang"k g"kada adang ng diisi diisi dengan !a&an eromagnetik# Belum ada induktor yang !aik pada elektronika"mikro# (kema (kema kompon komponen en pasi pasi diskrit diskrit dan pada elektro elektronika nika"mikr "mikro o disertai disertai deng dengan an sim! sim!ul ul dan dan isya isyara ratt arus arus se!a se!aga gaii respo espon n dari dari tega tegang ngan an yang yang di!erikan# +#3 Transormator ransormator Transormato Transormatorr atau transormer transormer atau trao adala& komponen komponen elektromagnet yang yang dapat dapat mengu! mengu!a& a& tara tara suatu suatu tegang tegangan an A7 A7 ke tara yang lain#
1'
Gambar 2.' !ransformator ste#=don
Gambar 2.'2 %da#tor %4=(4 meru#akan #iranti yang menggunakan transformator transformator ste#=don 2.6.1 Prinsip Prinsip kerja kerja Transormato Transormatorr !ekerja !erdasarkan !erdasarkan prinsip induksi elektromagnetik# elektromagnetik# Tegangan Tegangan masukan !olak"!alik yang mem!entangi primer menim!ulkan *uks magnet magnet yang idealnya semua !ersam!ung dengan lilitan sekunder# ;luks !olak" !olak"!al !alik ik ini mengin menginduk duksik sikan an GG= dalam dalam lilita lilitan n sekund sekunder er## ika ika e2siensi sempurna% semua daya pada lilitan primer akan dilimpa&kan ke lilitan sekunder# 2.6.2 Hubungan Primer-Sekunder
Gambar 2.'$ Rangkaian !ransformator
Rumus Rumus untuk *uks magnet yang ditim!ulkan lilitan primer )
1+
Rumus Rumus untuk GG= induksi yang terjadi di lilitan sekunder )
# Kare Karena na kedua edua kumpa kumparan ran di&u!u di&u!ungk ngkan an dengan dengan *uks *uks yang yang sama% sama% maka maka
dima dimana na
deng dengan an
meny menyus usun un
ulan ulang g
per persama samaan an
akan ak an
dida didapa patt sede sedemi miki kian an &ing &ingga ga # $eng $engan an kata lain% &u!ungan antara tegangan primer dengan tegangan sekunder dite ditent ntuk ukan an ole& ole& per! per!an andi ding ngan an juml jumla& a& lili lilita tan n prim primer er deng dengan an lili lilita tan n sekunder#
Gambara 2.'& luks #ada transformator
2.6.3 Kerugian dalam dalam transformator transformator Per&itungan diatas &anya !erlaku apa!ila kopling primer"sekunder sempurna dan tidak ada kerugian% tetapi dalam praktek terjadi !e!erapa kerugian yaitu) '# kerugian tembaga. Kerugian Kerugian dalam lilitan tem!aga yang tem!aga yang dise!a!kan ole& resistansi tem!aga resistansi tem!aga dan arus listrik yang listrik yang mengalirinya# +# 5erugian ko#ling. Kerugian yang terjadi karena kopling primer" sekunder tidak sempurna% sempurna% se&ingga tidak semua *uks magnet yang diinduksikan primer memotong lilitan sekunder# Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggulung lilitan secara !erlapis"lapis antara primer dan sekunder# ,# 5erugian ka#asitas liar. Kerugian yang dise!a!kan ole& kapasitas liar yang terdapat pada lilitan"lilitan transormator# Kerugian ini sangat memengaru&i e2siensi transormator untuk rekuensi tinggi# Kerugian Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggulung lilitan primer dan sekunder secara semi"acak 8!ank 5inding9 histeresis. Kerugian yang terjadi ketika arus primer A7 0# 5erugian histeresis. !er!alik ara&# $ise!a!kan karena inti transormator tidak dapat mengu!a& ara& *uks magnetnya dengan seketika# Kerugian Kerugian ini 1,
dapat dikurangi dengan menggunakan material inti reluktansi renda&# 1# 5erugian efek kulit. (e!agaimana konduktor lain yang dialiri arus !olak"!alik% arus cenderung untuk mengalir pada permukaan permukaan konduktor# /al ini memper!esar kerugian kapasitas dan juga menam!a& resistansi relati lilitan# Kerugian ini dapat dikurang dengan menggunakan ka5at =itD% yaitu ka5at yang terdiri dari !e!erapa ka5at kecil yang saling terisolasi# Hntuk rekuensi radio digunakan ka5at geronggong geronggong atau lem!aran tipis tem!aga se!agai ganti ka5at !iasa# 8arus olak). Kerugian yang dise!a!kan ole& GG= 3# 5erugian arus eddy 8arus masukan yang menim!ulkan arus dalam inti magnet yang mela5an peru!a&an *uks magnet yang mem!angkitkan GG=# Karena adanya *uks magnet yang !eru!a&"u!a&% terjadi olakan *uks magnet pada material inti# Kerugian ini !erkurang kalau digunakan inti !erlapis" lapisan# 2.6.4 Esiensi Esiensi E2siensi transormator dapat diketa&ui dengan rumus
Karen arena a adan adanya ya ker erug ugia ian n pada pada tran trans sor orma mato to%% mak maka e2si e2sien ensi si trans transor ormat mator or tidak tidak dapat dapat mencap mencapai ai '# '# Hntuk Hntuk trans transor ormat mator or daya daya rekuensi rekuensi renda&% e2siensi !isa mencapai :6#
10
2.6.! "enis-jenis transformator transformator 2.6.!.1
Step-#p
Transor Transormator mator step"up adala& transormator transormator yang memiliki lilitan sekunder le!i& !anyak daripada lilitan primer% se&ingga !erungsi se!agai penaik tegangan# Transormator ransormator ini !iasa ditemui pada pem!angkit tenaga list listri rik k se!a se!aga gaii pena penaik ik tega tegang ngan an yang yang di&a di&asi silk lkan an generator generator menjadi tegangan tinggi yang digunakan dalam transmisi jarak jau&#
Gambar 2.'' Rangkaian !ransformator Ste#=U# 2.6.!.2 Step-$o%n Transor Transormator mator step"do5n memiliki lilitan sekunder le!i& sedikit daripada daripada lilitan lilitan primer% primer% se&ingga se&ingga !erungsi !erungsi se!agai se!agai penurun penurun tegangan# tegangan# Transor Transormator mator jenis ini sangat muda& ditemui% terutama dalam adaptor A7" adaptor A7" $7# $7#
Gambar 2.' Rangkaian !ransformator Ste#=(on 2.6.!.3 &utotransformator Transor Transormator mator jenis ini &anya terdiri dari satu lilitan yang !erlanjut secara listrik% dengan sadapan tenga&# $alam transormator ini% se!agian lilita lilitan n primer primer juga juga merupa merupaka kan n lilita lilitan n sekund sekunder er## ;asa arus arus dalam dalam lilita lilitan n sekund sekunder er selalu selalu !erla5 !erla5ana anan n dengan dengan arus arus primer primer%% se&ing se&ingga ga untuk untuk tari tari daya yang sama lilitan sekunder !isa di!uat dengan ka5at yang le!i& tipis di!andingk di!andingkan an transor transormato matorr !iasa# !iasa# Keuntungan euntungan dari autotrans autotransor ormator mator adala& ukuran 2siknya yang kecil dan kerugian yang le!i& renda& daripada jenis dua lilitan# Tetapi transormator transormator jenis ini tidak dapat mem!erikan isolasi secara isolasi secara listrik antara lilitan primer dengan lilitan sekunder# sekunder# (elain itu% autotransormator tidak dapat digunakan se!agai penaik tegangan le!i& dari !e!erapa kali lipat 8!iasanya tidak le!i& dari '%1 kali9#
Gambar 2.57 Rangkaian Autotransformator Autotransformator
11
2.6.!.4 &utotransformator 'ariabel Autotransormator .aria!el se!enarnya adala& autotransormator !iasa yang sadapan tenga&nya !isa diu!a&"u!a&% mem!erikan per!andingan lilitan primer"sekunder yang !eru!a&"u!a&#
Gambar 2.58 Autotransformator variabel 2.6.!.! (ransformator isolasi Transormator isolasi memiliki lilitan sekunder yang !erjumla& sama dengan lilitan primer% se&ingga tegangan sekunder sama dengan tegangan primer# Tetapi pada !e!erapa desain% gulungan sekunder di!uat sedikit le!i& !anyak untuk mengkompensasi kerugian# Transormator seperti ini !erungsi se!agai isolasi antara dua kalang# Hntuk penerapan audio% transormator jenis ini tela& !anyak digantikan ole& kopling kapasitor# 2.6.!.6 (ransformator pulsa Transormator pulsa adala& transormator yang didesain k&usus untuk mem!erikan keluaran gelom!ang pulsa# Transormator jenis ini menggunakan material inti yang cepat jenu& se&ingga setela& arus primer mencapai titik tertentu% *uks magnet !er&enti !eru!a&# Karena GG= induksi pada lilitan sekunder &anya ter!entuk jika terjadi peru!a&an *uks magnet% transormator &anya mem!erikan keluaran saat inti tidak jenu&% yaitu saat arus pada lilitan primer !er!alik ara&# 2.6.!.) (ransformator tiga fasa Transormator tiga asa se!enarnya adala& tiga transormator yang di&u!ungkan secara k&usus satu sama lain# =ilitan primer !iasanya di&u!ungkan secara !intang 8>9 dan lilitan sekunder di&u!ungkan secara delta 8Z9#
13
BAB , PEMRO(E(AN (IN>A= ,#' Pemrosesan (inyal $alam dunia elektronika% dikenal dua macam sinyal yaitu sinyal analog dan sinyal digital# (ecara umum% sinyal dide2nisikan se!agai suatu !esaran 2sis yang merupakan ungsi 5aktu% ruangan atau !e!erapa .aria!el# (inyal adala& a5alnya dalam !entuk analog tegangan atau arus listrik% misalnya yang di&asilkan ole& mikroon atau !e!erapa jenis transduser# $alam !e!erapa situasi% seperti output dari sistem pem!acaan 7$ 8compact disc9 player% data yang suda& dalam !entuk digital# (inyal analog &arus dikon.ersi ke dalam !entuk digital se!elum teknik $(P 8$igital (ignal Processing9 dapat diterapkan#Tegangan listrik analog sinyal% misalnya% dapat didigitalkan menggunakan sirkuit elektronik yang dise!ut analog"ke"digital con.erter atau A$7 8Analog $igital 7on.erter9# Ini meng&asilkan keluaran digital se!agai aliran !ilangan !iner nilai"nilai yang me5akili tegangan listrik ke perangkat input pada setiap sampling instan# (inyal umumnya &arus diproses dalam !er!agai cara# (e!agai conto&% sinyal output dari se!ua& transduser mungkin terkontaminasi dengan listrik yang tidak diinginkan noiseF# Elektroda menempel pada dada pasien ketika EKG diam!il mengukur peru!a&an tegangan listrik kecil karena akti.itas jantung dan otot"otot lain# (inyal sering sangat dipengaru&i ole& induk pickupF karena gangguan listrik dari suplai utama# Pengola&an sinyal menggunakan rangkaian penyaring dapat meng&apus atau setidaknya mengurangi !agian yang tidak diinginkan dari sinyal# (emakin de5asa ini% yang menyaring sinyal untuk meningkatkan kualitas sinyal atau untuk mengekstrak inormasi penting yang dilakukan ole& $(P teknik !ukan ole& analog elektronik# (inyal diproses se&ingga mengandung inormasi yang mereka dapat ditampilkan% dianalisis% atau dikon.ersikan ke sinyal jenis lain yang mungkin digunakan# $alam dunia nyata% produk mendeteksi sinyal analog seperti suara% ca&aya% su&u atau tekanan dan memanipulasi mereka# (eperti kon.erter analog"ke"digital con.erter kemudian mengam!il dunia nyata sinyal dan mengu!a&nya menjadi ormat digital '[s and [s# $ari sini% para $(P mengam!il ali& ole& menangkap inormasi digital dan memprosesnya# Kemudian mem!eri makan inormasi digital kem!ali untuk digunakan di dunia nyata# /al ini dalam sala& satu dari dua cara% !aik digital atau dalam ormat analog dengan pergi melalui $igital"to" Analog con.erter# (emua ini terjadi pada kecepatan yang sangat tinggi# '# (inyal 5aktu kontinyu 8continous"time signal9 +# (inyal 5aktu diskrit 8discrete"time signal9
14
Pada sinyal sinyal kontiny kontinyu% u% .aria!le .aria!le independen independentt 8yang 8yang !erdiri !erdiri sendiri9 sendiri9 terjadi terjadi terus"men terus"menerus erus dan kemudian kemudian sinyal dinyatak dinyatakan an se!agai se!agai se!ua& se!ua& kesatuan nilai dari .aria!le independent# (e!aliknya% sinyal diskrit &anya menyat menyatak akan an 5aktu 5aktu diskri diskritt dan mengak mengaki!a i!atk tkan an .aria! .aria!el el indepe independe ndent nt &anya merupakan &impunan nilai diskrit# ;ungsi ungsi sinyal sinyal dinyat dinyatak akan an se!aga se!agaii dengan dengan untuk untuk menyer menyertak takan an .ari .aria! a!le le dala dalam m tand tanda a 8#9# 8#9# Hntu Hntuk k mem! mem!ed edak akan an anta antara ra siny sinyal al 5akt 5aktu u kontinyu dengan sinyak 5aktu diskrit kita menggunakan sym!ol t untuk menyatakan .aria!le kontinyu dan sym!ol n untuk menyatakan .aria!le diskrit# (e!agai conto& sinyal 5aktu kontinyu dinyatakan dengan ungsi 8t9 dan sinyal 5aktu diskrit dinyatakan dengan ungsi 8n9# (inyal 5aktu diskrit &anya menyatakan nilai integral dari .aria!le independent# ,#+ (inyal digital Proses pengola&an sinyal digital% dia5ali dengan proses pencuplikan siny sinyal al masu masuka kan n yang yang !eru !erupa pa siny sinyal al konti ontiny nyu# u# Prose roses s ini ini meng mengu! u!a& a& representasi sinyal yang tadinya !erupa sinyal kontinyu menjadi sinyal diskr diskrete ete## Prose Proses s ini dilak dilakuk ukan an ole& ole& suatu suatu unit unit A$7 A$7 8Analo 8Analog g to $igit $igital al 7on.er 7on.erter ter9# 9# Hnit Hnit A$7 A$7 ini terdir terdirii dari dari se!ua& se!ua& !agian !agian (ample (ample-/o -/old ld dan se!u se!ua& a& !agi !agian an \uan \uanti tise serr# Hnit Hnit samp sample le-& -&ol old d meru merupa paka kan n !agi !agian an yang yang melak melakuk ukan an pencup pencuplik likan an orde orde ke"% e"% yang yang !erart !erartii nilai nilai masuk masukan an selama selama kurun 5aktu T dianggap memiliki nilai yang sama# Pencuplikan dilakukan seti setiap ap satu satu satu satuan an 5akt 5aktu u yang yang laDi laDim m dise dise!u !utt se!a se!aga gaii 5akt 5aktu u cupl cuplik ik 8sampling time9# Bagian \uantiser akan meru!a& menjadi !e!erapa le.el nilai% pem!agian le.el nilai ini !isa secara uniorm ataupun secara non" uniorm misal pada Gaussian \uantiser# Hnjuk Hnjuk kerja erja dari dari suatu suatu A$7 A$7 !ergan !ergantun tung g pada pada !e!era !e!erapa pa parame parameter ter%% parameter utama yang menjadi pertim!angan adala& se!agai !erikut ) • •
Kecepatan Kecepatan maksimum dari 5aktu cuplik# Kecepatan A$7 melakukan kon.ersi#
•
Resolusi dari \uantiser% misal 6 !it akan mengu!a& menjadi +13 tingkatan nilai#
•
Metoda kuantisasi akan mempengaru&i ter&adap keke!alan keke!alan noise#
Gam!ar ,#+#' Proses sampling (inyal (inyal input input asli asli yang yang tadiny tadinya a !erupa !erupa sinyal sinyal kontiny ontinyu% u% 8T9 8T9 ak akan an dicuplik dan di\uantise se&ingga !eru!a& menjadi sinyal diskrete 8kT9# $ala $alam m repr epresen esenta tasi si yang yang !aru !aru inil inila& a& siny sinyal al diol diola& a&## Keunt euntun unga gan n dari dari 16
metoda ini adala& pengola&an menjadi muda& dan dapat memanaatkan program se!agai pengola&nya# $alam proses sampling ini diasumsikan kita kita meng menggu guna naka kan n 5akt 5aktu u cupl cuplik ik yang yang sama sama dan dan konst onstan an%% yait yaitu u Ts# Parameter cuplik ini menentukan dari rekuensi &armonis tertinggi dari siny sinyal al yang yang masi masi& & dapa dapatt dita ditang ngk kap ole& ole& pros proses es cupl cuplik ik ini# ini# ;rek ekue uens nsii sampling minimal adala& + kali dari rekuensi &armonis &armonis dari sinyal# Hntuk mengurangi kesala&an cuplik maka laDimnya digunakan 2lter anti"aliasing se!elum dilakukan proses pencuplikan# ;ilter ini digunakan untuk meyakinkan !a&5a komponen sinyal yang dicuplik adala& !enar" !ena !enarr yang yang kuran urang g dari dari !ata !atas s ters terse! e!ut ut## (e!a (e!aga gaii ilus ilustr tras asi% i% pros proses es pencuplikan suatu sinyal digam!arkan pada gam!ar !erikut ini#
Gam!ar ,#+#+ Pengu!a&an dari sinyal kontinyu ke sinyal diskret (ete (etela la& & siny sinyal al diu! diu!a& a& repr epresen esenta tasi siny nya a menj menjad adii der deretan etan data data diskrete% selanjutnya data ini dapat diola& ole& prosesor menggunakan suatu suatu algoritma algoritma pemrosesa pemrosesan n yang diimplement diimplementasik asikan an dalam progra program# m# /asil dari pemrosesan akan dile5atkan ke suatu $A7 8$igital to Analog 7on.erter9 dan =P; 8=o5 Pass ;ilter9 untuk dapat diu!a& menjadi sinyal kontinyu kontinyu kem!ali# (ecara garis !esar% !lok diagram dari suatu pengola&an sinyal digital adala& se!agai !erikut )
Gam!ar ,#+#, Blok $iagram (istem Pengola&an Pengola&an (inyal $igital Prose Proses s pengo pengola& la&an an sinyal sinyal digita digitall dapat dapat dilak dilakuk ukan an ole& ole& prose prosesor sor general seperti &alnya yang laDim digunakan di personal komputer% misal processor processor 6,63% 36,% ataupun ole& prosesor RI(7 seperti 663# Hntuk ke!utu& e!utu&an an pemro pemroses sesan an real real time% time% di!utu di!utu&k &kan an prose prosesor sor yang yang k&usus k&usus dir diranca ancang ng untu untuk k tuju tujuan an ter terse!u se!ut% t% mis misal A$(P+' (P+' %% $(P13 (P13 '% '% TM(,+7+1% atau untuk ke!utu&an ke!utu&an proses yang cepat dapat digunakan parale paralell c&ip c&ip TM(,+ TM(,+70 70## 7&ip"c 7&ip"c&ip &ip $(P ini memili memiliki ki arsit arsitekt ektur ur k&usus k&usus yang laDim dikenal dengan arsitektur /ar.ard% yang memisa&kan antara jalur data dan jalur kode# Arsitektur ini mem!erikan keuntungan keuntungan yaitu adanya adanya kemampu emampuan an untuk untuk mengol mengola& a& per&it per&itung ungan an matema matematis tis dengan dengan cepat% misal dalam satu siklus dapat melakukan suatu perkalian matri# Hntuk c&ip"c&ip $(P% instruksi yang digunakan !er!eda pula# =aDimnya mer merek eka a memil emilik ikii suat suatu u inst instrruksi uksi yang ang sang angat mem!a em!an ntu dalam alam per&itun per&itungan gan matri% matri% yaitu perkalian perkalian dan penjumla&a penjumla&an n dilakuka dilakukan n dalam 1:
siklus siklus 8!and 8!anding ingka kan n dengan dengan 6,63% 6,63% prose proses s penjum penjumla& la&an an saja saja dilak dilakuk ukan an le!i& dari ' siklus mesin9# (inyal (inyal digita digitall merupa merupaka kan n &asil &asil teknol teknolog ogii yang yang dapat dapat mengu! mengu!a& a& signal menjadi kom!inasi urutan !ilangan dan ' 8juga dengan !iner9% se&ingga tidak muda& terpengaru& ole& derau% proses inormasinya pun muda&% cepat dan akurat% tetapi transmisi dengan sinyal digital &anya mencap mencapai ai jarak jarak jangk jangkau au pengir pengirima iman n data data yang yang relati elati dekat# dekat# Biasan Biasanya ya sinyal ini juga dikenal dengan sinyal diskret# (inyal yang mempunyai dua keadaan ini !iasa dise!ut dengan !it# Bit merupakan istila& k&as pada sinyal digital# (e!ua& !it dapat !erupa nol 89 atau satu 8'9# Kemungkinan nilai untuk se!ua& !it adala& + !ua& 8+]'9# Kemungkinan nilai untuk + !it adala& se!anyak 0 8+]+9% !erupa % '% '% dan ''# (ecara umum% jumla& kemungkinan kemungkinan nilai yang ter!entuk ole& kom!inasi kom!inasi n !it adala& se!esar +]n !ua&# (ystem (ystem digita digitall merupa merupaka kan n !entuk !entuk sampli sampling ng dari dari sytem sytem analog analog## digi digita tall pada pada dasa dasarrnya nya di code code"k "kan an dala dalam m !ent !entuk uk !ine !inerr 8ata 8atau u /e /ea a9# 9# !esarnya nilai suatu system digital di!atasi ole& le!arnya - jumla& !it 8!and5idt&9# jumla& !it juga sangat mempengaru&i nilai akurasi system digital#
(ignal digital ini memiliki !er!agai keistime5aan yang unik yang tidak dapat ditemukan pada teknologi analog yaitu ) •
Mampu Mampu mengir mengirimk imkan an inor inormas masii dengan dengan ke kecep cepata atan n ca&aya ca&aya yang yang dapat mem!uat inormasi dapat dikirim dengan kecepatan tinggi#
•
Pengg enggun unaa aan n yang yang !eru !erula lang ng C ulan ulang g ter ter&ada &adap p ino inorrmasi masi tida tidak k mempengaru&i kualitas dan kuantitas inormsi itu sendiri#
•
Inormasi dapat dengan muda& diproses dan dimodi2kasi ke dalam !er!agai !entuk#
•
$apat memproses inormasi dalam jumla& yang sangat !esar dan mengirimnya secara interakti#
Gam!ar ,#+#0 Proses Kon.ersi Kon.ersi (inyal Analog Menjadi (inyal $igital ,#+#' Prinsip kerja A$7 ) '# (inyal (inyal Analog Analog yang yang tela& tela& di2lte di2lterr 8mem!u 8mem!uang ang rekuen rekuensi si tinggi tinggi dari source signal dengan menggunakan Band =imiting ;ilter9# 3
+# Men Mengam! am!il sampl ample e pada ada inte interr.al .al 5ak akttu se&ingga di&asilkan sinyal 5aktu diskrit#
ter erte tent ntu u
8sam samplin pling g9
,# Menyimpang Menyimpang amplitu amplitudo do sample dan mengu!a&n mengu!a&nya ya kedalam kedalam !entuk !entuk diskrit 8kuantisasi9 8kuantisasi9 0# Meru!a& Meru!a& !entuk !entuk menjadi menjadi nilai !iner !iner 8sinyal 8sinyal digital9 digital9##
Gam!ar ,#+#1 Bentuk sinyal pada proses kon.ersi kon.ersi sinyal Analog ke $igital Pengola&an sinyal digital memerlukan komponen"komponen digital% regis egiste ter% r% coun counte ter% r% deco decode der% r% mikr mikrop oprroses osesso sor% r% mikr mikrok okon ontr trol oler er dan dan se!againya# (aat (aat ini ini peng pengol ola& a&an an siny sinyal al !any !anyak ak dilak dilakuk ukan an seca secara ra digi digita tal% l% ka karrena ena kele!i&annya kele!i&annya antara lain ) '# Kualita ualitas s suara suara le!i& jerni&% jerni&% selain selain le!i& le!i& jelas jelas signal signal digital digital memili memiliki ki sedikit kesala&an +# Kecepat ecepatan an le!i le!i& & tinggi tinggi ,# =e!i& =e!i& sedi sedikit kit kesa kesala& la&an an 0# untu untuk k meny menyim impa pan n &asi &asill peng pengol ola& a&an an%% siny sinyal al digi digita tall le!i le!i& & muda muda& & di!andingkan sinyal analog# Hntuk menyimpan sinyal digital dapat menggunakan media digital seperti 7$% $$% ;las& $isk% /ardisk# (edang (edangka kan n media media penyim penyimpan panan an sinyal sinyal analog analog adala& adala& pita pita tape tape magnetik# 1# le!i& ke!al ke!al ter&adap ter&adap noise noise karena karena !ekerja !ekerja pada le.el le.el ^[ dan ^'[# 3# le!i& ke!al ke!al ter&adap ter&adap peru!a&a peru!a&an n temperatur temperatur## 4# le!i& le!i& muda& muda& pemro pemroses sesann annya# ya#
3'
(inyal (inyal digita digitall inila& inila& yang yang !isa !isa di!aca di!aca ole& ole& perang perangka katt digita digitall kita kita 8mik 8mikrrokon okontr trol oler er%k %kom ompu pute ter9 r9## Agar Agar siny sinyal al anal analog og dapa dapatt diol diola& a& ole& ole& komputer% komputer% maka &arus diru!a& dulu menjadi sinyal digital# ,#+#+ Pemrosesan sinyal digital Pemrose emrosesan san sinyal sinyal digita digitall 8$(P9 8$(P9 !erka !erkaita itan n dengan dengan repr represe esenta ntasi si sinyal sinyal dengan dengan uruta urutan n angka angka atau atau sim!ol sim!ol dan pengol pengola&a a&an n sinyal sinyal ini# ini# # Pemro emrose sesa san n siny sinyal al digi digita tall dan dan siny sinyal al anal analog og peng pengol ola& a&an an adal adala& a& su! su! !idang dari pemrosesan sinyal# $(P meliputi su!!idang seperti) audio dan pengola&an ujaran% sonar dan radar pengola&an sinyal% pengola&an array sensor% estimasi spektral% statistik pemrosesan pemrosesan sinyal% pengola&an gam!ar digital% pemrosesan sinyal untuk komunikasi% komunikasi% !iomedis pemrosesan sinyal% pengola&an data seismik% dll Karena tujuan $(P !iasanya untuk mengukur atau menyaring dunia real eal yang yang konti ontinu nu%% siny sinyal al anal analog og%% lang langka ka& & pert pertam ama a !ias !iasan anya ya untu untuk k mengu! mengu!a& a& sinyal sinyal dari dari analo analog g ke !entuk !entuk digita digital% l% dengan dengan menggu menggunak nakan an anal analog og"k "ke" e"di digi gita tall con. con.er erte terr 8A$7 8A$79# 9# (eri (ering ng ka kali li%% siny sinyal al kelua eluara ran n yang yang diperlukan adala& sinyal keluaran analog lain% yang memerlukan digital" to"analog con.erter 8$A79# Ba&kan jika proses ini le!i& kompleks daripada anal analo og pen pengola gola&a &an n dan memil emilik ikii renta entan ng nila nilaii dis diskrit krit%% sta!i ta!ili littas pemro pemroses sesan an sinyal sinyal digita digitall !erka !erkatt deteks deteksii dan kore koreksi ksi kesala& esala&an an dan menjadi le!i& rentan ter&adap ke!isingan menjadikannya menjadikannya menguntungkan atas pemrosesan sinyal analog !agi !anyak orang% 5alaupun tidak semua% aplikasi# $(P algoritma tela& lama dijalankan pada komputer standar% pada pros proses esor or k&us k&usus us yang yang dise dise!u !utt pros proses esor or siny sinyal al digi digita tal% l% atau atau tuju tujuan an"" di!angun di!angun pada perangk perangkat at ke keras ras seperti seperti aplikasi"s aplikasi"spesi2 pesi2k k sirkuit sirkuit terpadu terpadu 8Asics9# ini ada tam!a&an teknologi yang digunakan untuk pemrosesan sinyal digital termasuk le!i& kuat tujuan umum mikroprosesor% lapangan ger!ang programma!le array 8;PGAs9% sinyal digital controller 8se!agian !esar untuk aplikasi industri% seperti kontrol motor9% dan stream prosesor# ,#+#, KE=EBI/AN PEMRO(E(AN (IN>A= $IGITA= Ada !e!erapa alasan mengapa digunakan pemrosesan sinyal digital pada pada suat suatu u siny sinyal al anal analog og## Perta ertama ma%% suat suatu u sist sistem em digi digita tall terp terprrogra ogram m memiliki *eksi!ilitas dalam merancang"ulang operasi"operasi pemrosesan sinyal digital &anya dengan melakukan peru!a&an pada program yang !ersangk !ersangkutan utan%% sedangk sedangkan an proses proses merancang merancang"ulan "ulang g pada sistem sistem analog analog !ias !iasan anya ya meli meli!a !atk tkan an ranc rancan ang" g"ul ulan ang g pera perang ngka katt keras eras%% uji uji co!a co!a dan dan .eri2kasi agar dapat !ekerja seperti yang di&arapkan# Masala Masala& & ke ketel teliti itian an atau atau ak akura urasi si juga juga memain memainka kan n perana peranan n yang yang pentin penting g dalam dalam menent menentuk ukan an !entuk !entuk dari dari pengol pengola& a& sinyal sinyal## Pemrose emrosesan san sinyal digital mena5arkan pengendalian akurasi yang le!i& !aik# ;aktor tolera toleransi nsi yang yang terdap terdapat at pada pada kompone omponen"k n"komp ompone onen n rangk rangkaia aian n analog analog menim!ulkan kesulitan !agi perancang dalam melakukan pengendalian 3+
akurasi pada sistem pemrosesan sinyal analog# $i lain pi&ak% sistem digital mena5arkan pengendalian akurasi yang le!i& !aik# Be!erapa persyaratan yang di!utu&kan% antara lain penentuan akurasi pada kon.erter A-$ 8analog ke digital9 serta pengola& sinyal digital% dalam !entuk panjang 5ord 8ord length9% Coating=#oint .ersus 67ed=#oint arithmetic dan aktor"aktor lain# (inyal"sinyal digital dapat disimpan pada media magnetik 8!erupa tape atau disk9 tanpa mengalami pelema&an atau distorsi data sinyal yang !ersangkutan# $engan demikian sinyal terse!ut dapat dipinda& pinda&kan serta diproses secara oDine di la!oratorium# Metode"metode pemrosesan sinyal digital juga mem!ole&kan implementasi algoritma" algoritma pemrosesan sinyal yang le!i& canggi&# Hmumnya sinyal dalam !entuk analog sulit untuk diproses secara matematik dengan akurasi yang tinggi# Implementasi digital sistem pemrosesan sinyal le!i& mura& di!andingkan secara analog# /al ini dise!a!kan karena perangkat keras digital le!i& mura&% atau mungkin karena implementasi digital memiliki *eksi!ilitas untuk dimodi2kasi# Kele!i&an"kele!i&an pemrosesan sinyal digital yang tela& dise!utkan se!elumnya menye!a!kan pemrosesan sinyal digital le!i& !anyak digunakan dalam !er!agai aplikasi# Misalnya% aplikasi pengola&an suara pada kanal telepon% pemrosesan citra serta transmisinya% dalam !idang seismologi dan geo2sika% eksplorasi minyak% deteksi ledakan nuklir% pemrosesan sinyal yang diterima dari luar angkasa% dan lain se!againya# Namun implementasi digital terse!ut memiliki keter!atasan% dalam &al kecepatan kon.ersi A-$ dan pengola& sinyal digital yang !ersangkutan# ,#, (inyal Analog (inyal analog adala& sinyal data dalam !entuk gelom!ang yang yang kontinyu% yang mem!a5a inormasi dengan mengu!a& karakteristik gelom!ang# (inyal analog !ekerja dengan mentransmisikan suara dan gam!ar dalam !entuk gelom!ang kontinu 8continous .arying9# $ua parameter-karakteristik terpenting yang dimiliki ole& isyarat analog adala& amplitude dan rekuensi# Isyarat analog !iasanya dinyatakan dengan gelom!ang sinus% mengingat gelom!ang sinus merupakan dasar untuk semua !entuk isyarat analog# /al ini didasarkan kenyataan !a&5a !erdasarkan analisis ourier% suatu sinyal analog dapat diperole& dari perpaduan sejumla& gelom!ang sinus# $engan menggunakan sinyal analog% maka jangkauan transmisi data dapat mencapai jarak yang jau&% tetapi sinyal ini muda& terpengaru& ole& noise# Gelom!ang pada sinyal analog yang umumnya !er!entuk gelom!ang sinus memiliki tiga .aria!le dasar% yaitu) 3,
•
•
•
Amplitudo merupakan ukuran tinggi renda&nya tegangan dari sinyal analog# ;rekuensi adala& jumla& gelom!ang sinyal analog dalam satuan detik# P&ase adala& !esar sudut dari sinyal analog pada saat tertentu#
(ala& satu conto& sinyal analog yang paling muda& adala& suara# 7onto& (inyal Analog yang lainnyklll seperti ) (inyal Elektrik yang di&asilkan ole& peralatan elektrik non"digital sinyal suara pada radio kon.ensional% sinyal gam!ar 8oto9 pada kamera kon.ensional% sinyal .ideo pada tele.isi kon.ensional)
Gam!ar ,#,#' Proses (inyal (uara yang diu!a& Menjadi (inyal $igital Penjelasan) '# (uara manusia !erupa sinyal analog dengan amplitudo yang !eru!a& secara kontinyu ter&adap 5aktu 8 sinyal akustik 9 yang ditangkap ole& mikroon 8Mic9 diu!a& kedalam !entuk sinyal listrik% karena ungsi dari mikroon sendiri merupakan transduser dari sinyal akustik menjadi sinyal listrik# +# (uara yang tela& diru!a& menjadi sinyal listrik dari mikroon selanjutnya diproses dengan mengu!a& ampilitudo gelom!ang suara-!unyi kedalam 5aktu inter.al tertentu 8sampling9 se&ingga meng&asilkan representasi digital dari suara% yang dikenal dengan proses Analog To $igital 7on.ersion 8A$79# Pengola&an sinyal analog memanaatkan komponen"komponen analog seperti dioda% transistor% Op"Amp% dan lainnya# ,#,#'# Kerugian pada sinyal sistem analog Pengiriman signal analog dapat dianalogikan mengirim air le5at pipa# Aliran pipa ke&ilangan tenaganya saat disalurkan melalui se!ua& pipa# (emakin jau& pipa semakin !anyak tenaga yang !erkurang dan aliran semakin menjadi lema&# $emikian pula signal analog akan menjadi lema& setela& mele5ati jarak yang jau&# elain !ertam!a& jau& signal analog juga memungut intererensi elektrik atau noiseF dari dalam alur# Ka!el listrik% petir dan mesin"mesin listrik semua menginjeksikan noise dalam !entuk elektrik pada signal analog# Hntuk mengatasi kelema&an terse!ut maka diperlukan alat penguat signal yang dise!ut ampli2er# ,#0 Matla! PI$ 7ontroller
30
PI$ 7ontroller merupakan sala& satu jenis pengatur yang !anyak digunakan# (elain itu sistem ini muda& diga!ungkan dengan metoda pengaturan yang lain seperti ;uDDy dan Ro!ust# (e&ingga akan menjadi suatu sistem pengatur yang semakin !aik Tulisan ini di!atasi pada sistem dengan Unity eedback System% yang gam!arnya se!agai !erikut
* o n t r o l l e r
J
Plan t
Gam!ar ,#0#' Blok diagram untuk Unity eedback System PI$ 7ontroller memiliki transer unction se!agai se!agai !erikut ) H s
=
K D s s
3
2
+ K P s + K I
+ K D s
2
+ K P s + K I
8'9
PI$ 7ontroller se!enarnya terdiri dari , jenis cara pengaturan yang saling dikom!inasikan% yaitu P 8Proportional9 7ontroller% $ 8$eri.ati.e9 7ontroller% dan I 8Integral9 7ontroller# Masing"masing memiliki parameter tertentu yang &arus diset untuk dapat !eroperasi dengan !aik% yang dise!ut se!agai konstanta# (etiap jenis% memiliki kele!i&an dan kekurangan masing"masing% &al ini dapat dili&at pada ta!el di !a5a& ini ) !abel $.&.2 Res#on PI( 4ontroller !erhada# Perubahan 5onstantaEF
7losed"=oop Response
Rise Time
O.ers&oo (ettling t Time
(( Error
Kp
$ecrease
Increase
(mall c&ange
$ecrease
Ki
$ecrease
Increase
Increase
Eliminate
Kd
(mall c&ange
$ecrease
$ecrease
(mall c&ange
Parameter"parameter terse!ut% tidak !ersiat independen% se&ingga pada saat sala& satu nilai konstantanya diu!a&% maka mungkin sistem tidak akan !ereaksi seperti yang diinginkan# Ta!el di atas &anya dipergunakan se!agai pedoman jika akan melakukan peru!a&an konstanta# Hntuk merancang suatu PI$ 7ontroller% !iasanya dipergunakan metoda trial error # (e&ingga perancang &arus menco!a kom!inasi 31
pengatur !eserta konstantanya untuk mendapatkan &asil ter!aik yang paling seder&ana# Metode Kon.ensional $esain se!ua& sistem kontrol% dimulai dengan mem!uat !lok diagram sistem# Blok diagram 8yang !erisi transer unction9 terse!ut selanjutnya akan dianalisa dengan menggunakan aksi pengontrolan yang !er!eda# $engan peru!a&an sinyal input se&ingga perancang dapat meli&at respon sistem jika mendapat input sinyal tertentu# Kom!inasi antara sinyal input dan jenis aksi pengontrolan ini akan meng&asilkan respon yang !er!eda"!eda# $a&ulu untuk meli&at respon suatu sistem dengan !er!agai macam kom!inasi sinyal input dan aksi pengontrolan merupakan &al yang sulit dan mem!osankan# Adapun prosedur yang &arus dilalui adala& se!agai !erikut _+`) '# Mendapatkan transer unction sistem 8dalam s"domain9 dengan =aplace Transorm# +# Menentukan jenis aksi pengontrolan !eserta dengan konstantanya# ,# Mengga!ungkan transer unction yang suda& didapatkan dengan jenis aksi pengontrolan# 0# Menentukan sinyal input yang akan dimasukkan 8!iasanya ungsi step% ungsi ramp dan pulse9 dan mengga!ungannya ke dalam transer unction yang !aru# 1# Melakukan per&itungan in.ers =aplace Transorm untuk mendapatkan ungsi dalam t"domain# 3# Menggam!ar respon !erdasarkan ungsi dalam t"domain# Hntuk melakukan langka&"langka& di atas diperlukan ketelitian yang tinggi dan &asil penggam!arannya sering kali kurang 8tidak9 akurat# (elain itu% jika perancang ingin mengamati respon sistem ter&adap sinyal input yang lain% maka proses"proses terse!ut se!agian !esar akan diulang kem!ali# /al ini !ertam!a& kompleks jika peru!a&an yang dilakukan tidak ter!atas pada sinyal input% tetapi juga pada jenis aksi pengontrolannya# (e&ingga untuk mendapatkan respon dari !er!agai macam kom!inasi% mem!utu&kan 5aktu yang relati lama# (elain itu% perancang juga melakukan proses per&itungan yang rumit dan mem!osankan# Metode (imulasi Menggunakan Komputer
Perkem!angan teori kontrol juga diikuti ole& sot5are pendukungnya# Mulai dari sot5are untuk pemrograman sistem% sampai dengan sot5are untuk proses simulasinya# (ala& satu sot5are yang dapat dipergunakan untuk simulasi terse!ut adala& Matab dari Mathorks, Inc#
33
(ot5are ini dilengkapi dengan !er!agai tool!o yang memuda&kan pemakai untuk melakukan per&itungan"per&itungan tertentu# Ba&kan saat ini suda& dikem!angkan tool!o k&usus untuk simulasi yang di!eri nama Simulink # _,` Aplikasi Mat=a! dalam !idang pengaturan dilengkapi 7ontrol Tool!o# Tool!o ini suda& dilengkapi dengan !er!agai macam ungsi pendukung yang dipergunakan dalam analisa sistem kontrol# Be!erapa ungsi pendukung yang sering dipergunakan untuk menganalisa suatu sistem adala& ) eed!ack% step% rlocus% series% dll# Hntuk menganalisa suatu sistem% sot5are &anya memerlukan masukan !erupa transer unction yang ditulis dalam =aplace Transorm 8dalam s"domain9 atau matriks# Hntuk selanjutnya% pemakai tinggal memili& analisa yang akan dipergunakan# Tulisan ini akan mem!a&as penggunaannya secara k&usus untuk merancang PI$ 7ontroller pada suatu sistem# (e!agai conto&% suatu sistem kontrol memiliki transer unction se!agai !erikut ) H s =
1 s 2
+ 10 s + 20
8+9
$engan kriteria perancangan se!agai !erikut ) '# memiliki rise time yang cepat +# o.ers&oot sekecil mungkin ,# tidak memiliki steady state error# $ari ungsi di atas% maka parameter"parameter yang dimasukkan !erupa koe2sien pem!ilang dan penye!utnya# Biasanya dipergunakan .aria!el num untuk pem!ilang dan den untuk penye!ut# Kedua nama .aria!el terse!ut tidak mutlak% jadi penggunaan nama .aria!el yang lain juga diper!ole&kan# (etela& itu komputer suda& siap untuk menganalisa sistem kontrol# =angka& kedua yang perlu dilakukan adala& memili& jenis input yang akan dimasukkan ke dalam sistem# Input ini !isa !erupa ste#, #ulse, ram#, sinus, dan se!againya# (e!agai dasar analisa akan diperlunakan ungsi ste## (edang penggunaan jenis input yang lain akan di!icarakan pada !agian ak&ir tulisan ini# ;ungsi dasar yang akan sering dipergunakan adala& ste#% dengan synta ) step8num%den%t9 untuk s"domain atau step8A%B%7%$9 untuk state space# ;ungsi ini meng&asilkan gam!ar respon sistem !ila di!eri input unit step dalam t"domain# num L _'`@ den L _' ' +`@ step8num%den9 34
title8^Open =oop Response9 Respon sistem ter!uka 8open loop response9 dapat dili&at pada gam!ar di !a5a& ini )
Gam!ar ,#0#, Respon (istem $engan Hnit (tep Input (istem di atas memiliki steady state error yang tinggi% yaitu %:1# (e!a! respon tertinggi &anya didapatkan pada amplitudo %1# (elain itu% sistem terse!ut memiliki rise time yang cukup !esar 8sekitar '%1 detik9# /al terse!ut jelas tidak menguntungkan# Hntuk meng&asilkan sistem kontrol yang !aik% diperlukan sistem yang tertutup 8close loop system9# (istem ini memiliki eed!ack% yang akan mem!andingkan kondisi sesunggu&nya dengan seting poin yang di!erikan# Propotional 7ontroller
$ari ta!el ' diketa&ui !a&5a P 7ontroller dapat mengurangi rise time% menam!a& o.ers&oot% dan mengurangi steady state error# 7losed" loop transer unction sistem di atas dengan menggunakan P 7ontroller adala& se!agai !erikut )
H s
=
K P s
2
+
10 s + 20 + K P
8,9
Misal% diam!il konstanta Kp L ,% maka )
Kp L ,@ num L _Kp`@ den L _' ' +JKp`@
36
t L ) #' ) +@ step8num%den9title8^7losed"=oop (tep Kp L ,9 Gam!ar ,#0#0 Respon (istem Tertutup Menggunakan P 7ontroller
Penam!a&an .aria!el tL)#')+ dimaksudkan untuk meli&at respon sistem dari tL s-d tL+% dengan step %' detik# $ari gam!ar + di atas% dapat dili&at !a&5a penam!a&an P 7ontroller mengurangi rise time dan steady state error% tetapi menam!a& o.ers&oot# Namun% o.ers&oot yang terjadi masi& terlalu !esar# ika konstanta Kp diper!esar% maka o.ers&oot yang terjadi juga semakin !esar% settling time juga semakin !esar% tetapi rise timenya menjadi kecil# Ke!alikan dari keadaan itu terjadi jika konstanta Kp diperkecil# Proportional"$eri.ati.e 7ontroller
7losed"=oop transer unction sistem di atas dengan P$ 7ontroller adala& ) H s
=
K D s s
2
+
+ K P
10 + K D s + 20 + K P
809
Misal% Kp L , dan Kd L '% maka ) Kp L ,@ Kd L '@ num L _Kd Kp`@ den L _' 'JKd +JKp`@ t L ) #' ) +@ step8num%den9 title8^7losed"=oop (tep KpL, KdL'9
3:
Respon sistem tergam!ar seperti di !a5a& ini)
Gam!ar ,#0#1 Respon (istem Tertutup Menggunakan P$ 7ontroller Berdasarkan gam!ar di atas% penggunaan P$ 7ontroller dapat mengurangi o.ers&oot dan settling time% tetapi tidak mem!erikan dampat apa pun ter&adap steady state error# Proportional"Integral 7ontroller
7losed"=oop transer unction sistem di atas dengan P$ 7ontroller adala& ) H s
=
K P s s
3
+
10 s 2
+
+ K I
20 + K P s + K I
819
Integral 7ontroller memiliki karakteristik menguraangi rise time% menam!a& o.ers&oot dan setling time% serta meng&ilangkan steady state error 8karakteristik ini tidak dimiliki ole& jenis yang lain9# Misal% Kp L , dan Ki L 4% maka ) Kp L ,@ Ki L 4@ num L _Kp Ki`@ den L _' ' +JKp Ki`@ t L ) #' ) +@ step8num%den9 title8^7losed"=oop (tep KpL, KiL49 P dan I 7ontroller memiliki karakteristik yang sama dalam &al rise time dan o.ers&oot# Ole& karena itu% nilai Kp &arus dikurangi untuk meng&indari o.ers&oot yang !erle!i&an# Nilai Ki diam!il le!i& !esar dari 4
Kp% karena diinginkan untuk meniadakan steady state error# ika Kp b Ki% maka steady state errornya tidak dapat di&ilangkan#
Gam!ar di !a5a& ini memperli&atkan respon sistem dengan PI 7ontroller)
Gam!ar ,#0#3 Respon (istem Tertutup Menggunakan PI 7ontroller $ari gam!ar di atas terli&at !a&5a rise time sistem menurun% dengan o.ers&oot yang kecil% serta steady state errornya dapat di&ilangkan# Proportional"Integral"$eri.ati.e 7ontroller
Bagian ak&ir dari simulasi ini adala& PI$ 7ontroller% yang memiliki transer unction untuk sistem di atas adala& ) K D s s
3
+
2
+ K P s + K I
10 + K D s
2
+
20 + K P s + K I
839
Kp L ,1@ Ki L ,@ Kd L 1@ num L _Kp Ki Kd`@ den L _' 'Jkd +JKp Ki`@ t L ) #' ) +@ step8num%den9 title8^7losed"=oop (tep KpL,1 KiL, KdL19
4'
Respon sistem tergam!ar di !a5a& ini
Gam!ar ,#0#4 Respon (istem Tertutup Menggunakan PI$ 7ontroller $ari gam!ar di atas terli&at !a&5a kriteria sistem yang diinginkan suda& terpenu&i% yaitu tidak memiliki o.ers&oot% rise time yang cepat% dan tidak memiliki steady state error# Nilai"nilai konstanta yang terdapat pada tulisan ini diperole& dari perco!aan 8trial and error9# (e&ingga perancang yang !er!eda akan mendapatkan nilai yang !erlainan untuk memenu&i kriteria di atas# /al itu terjadi karena peru!a&an pada sala& satu konstanta akan !erpengaru& pada konstanta yang lain# Artinya tidak akan didapatkan &asil sesuai dengan ta!el '# Ta!el terse!ut &anya dipergunakan se!agai pedoman# Berikut ini !e!erapa tips yang dapat dipergunakan untuk mendapatkan respon yang diinginkan ) '# $apatkan respon sistem ter!uka sistem 8open"loop9 untuk menentukan !agian mana yang &arus diepr!aiki 8rise time% settling time% o.ers&oot% steady state error9# +# Tam!a&kan P 7ontroller untuk memper!aiki rise time# ,# Tam!a&kan $ 7ontroller untuk memper!aiki o.ers&oot# 0# Tam!a&kan I 7ontroller untuk meng&ilangkan steady state error# 1# Kom!inasikan konstanta yang ada untuk mendapatkan respon yang diinginkan# $alam mengimplementasikan sistem kontrol% se!enarnya tidak perlu menggunakan PI$ 7ontroller# ika sistem suda& mem!erikan responyang cukup !aik &anya dengan PI 7ontroller% maka tidak perlu menam!a&kan $ 7ontroller ke dalamnya# (e&ingga sistem menjadi le!i& seder&ana 8kom!inasi yang main !anyak mem!uat sistem menjadi makin kompleks9
4+
Analisa pada conto& di atas% dilakukan dengan input unit ste## Apa!ila diinginkan analisa dengan input yang !er!eda% maka &arus dilakukan modi2kasi transer unction# Hntuk menganalisa sistem dengan input impulse unction% maka transer unction dikalikan dengan aktor s# $emikian juga untuk input ramp unction% perlu dikalikan dengan aktor '-s#
,#1 ;ilter Pada rangkaian di!agian listrik sering dise!ut rangkaian seleksi rekuensi untuk mele5atkan !and rekunsi tersentu dan mena&annya dari rekuensi diluar !and itu# ;ilter dapat dikla2sikasikan dengan ara&an ) '# Analog atau digital +# Pasi atau akti ,# Audio 8A;9 atau radio rekuensi 8R;9 ;ilter analog dirancang untuk memproses sinyal analog% sedang 2lter digital memproses sinyal analog dengan menggunakan teknik digital# ;ilter tergantung dari tipe elemn yang digunakan pada rangkaiannya% 2lterakan di!edakan pada 2lter akti dan 2lter pasi# Elemen pasi adala& ta&anan% kapasitor dan induktor# ;ilter akti dilengkapi dengan transistor atau op"amp selain ta&anan dan kapasitor# Tipe elemen ditentukan ole& pengoperasian range rekuensi kerja rangkaian # Misal R7 2lter umumnya digunakan untuk audio atau operasi rekuensi renda& dan 2lter =7 atau kristal le!i& sering digunakan pada rekuensi tinggi# Pertama tama pada !agian ini menganalisa dan merancang 2lter analog akti R7 menggunakan op"amp# Pada rekunsi audio% induktor tidak sering digunakan karena!adannya !esar dan ma&al serta menyera! !anyak daya# Induktor juga meng&asilkan medan magnit# ;ilter akti mempunyai keuntungan di!andingkan 2lter pasi yaitu ) '# Penguatan dan rekuensinya muda& diatur% selama op"amp masi& mem!erikan penguatan dan sinyal input tidak sekaku seperti pada 2lter pasi# Pada dasarnya 2lter akti le!i& gampang diatur# +# Tidak ada masala& !e!an% karena ta&anan inputtinggi dan ta&anan output renda&# ;ilter akti tidak mem!e!ani sum!er input# ROM ,# /arga% umumnya 2lter akti le!i& ekonomis dari pada 2lter pasi% karena pemili&an .ariasai dari op"amp yang mura& dan tanpa induktor yang !iasanya &arganya ma&al# ;ilter akti sangat &andal digunakan pada komunikasi dan sinyal prosesing% tapi juga sangat !aik dan sering digunakan pada rangkaian elektronika seperti radio% tele.isi% telepon %radar% satelit ruang angkasa dan peralatan !iomedik#Hmumnya 2lter akti digolongkan menjadi ) '# =o5 Pass ;ilter 8=P;9 +# /ig& Pass ;ilter 8/P;9 4,
,# Band Pass ;ilter 8BP;9 0# Band Reject ;ilter 8BP;9 1# All Pass ;ilter 8AP;9 Pada masing masing 2lter akti menggunakan op"amp se!agai elemen aktinya dan ta&anan% kapasitor se!agai elemen pasinya# Biasanya dan pada umumnya I7 40' ckup !aik untuk rangkaian 2lter. akti% namun op"amp dengan &ig& speed seperti =M,'% =M,'6 dan lain lainnya dapat juga digunakan pada rangkaian 2lter akti untuk mendapatkan sle5 rate yang cepat dan penguatan serta !and5idt& !idang kerja le!i& !aik#Gam!ar output dari 2lter akti seperti tampak pada gam!ar !erikut ini% se!agai karakteristik responsi rekuensi dari 1 2lter akti# Responsi idealnya ditunjukkan dengan garis terputus putus# =o5 Pass ;ilter mempunyai penguatan tetap dari /D sampai menjelang rekuensi cut o /# Pada / penguatan akan turun dengan C ,dB% artinya rekuensi dari /D sampai / dinamakan pass !and rekuensi dengan !atas %44 tegangan output# (edang rekuensi yang diredam di!a5a& C,dB atau %44 o dinamakan stop !and rekuensi# Peru!a&an naik turunnya gra2k karakteristik terse!ut tergantung dari kualitas komponen selain !entuk rangkaiannya# Pada gam!ar ! terli&at karakteristik dari &ig& pass 2lter% artinya adala& rekuensi yang renda& diredam sampai pada rekuensi cut on yang dianggap se!agai !atas rekuensi renda&nya se&ingga di!eri nama =# Batasan stop !and adala& = dan untuk pass !andnya adala& b =# Hntuk meng&asilkan !ad pass 2lter dan !and reject 2lter adala& kom!inasi antara =P; dan /P;# Bila /P; dirangkai serie dengan =P; maka akan mendapatkan BP; 8Band Pass ;ilter9# (edangkan kom!inasi paralel antara =P; dan /P; akan mendapatkan BR; 8Band Reject ;ilter9# Gam!ar rangkaian !isa dili&at di!agian BP; dan BR; untuk pem!a&asan le!i& lanjut# Gam!ar %%% menerangkan output asa geser yang di&asilkan ole& All Pass ;ilter 8AP;9# Pada rangkaian ini se!enarnya !ukan termasuk 2lter tapi juga !isa digolongkan ke2lter akti# ,#1#' =o5 Pass ;ilter 8=P;9 =o5 pass 2lter yang di!a&as disini adala& model !utter5ort& dan !e!erapa model lainnya antara lain adala& model !uer model in.eting# (eperti tampak pada gam!ar ini adala& gam!ar =o5 Pass ;ilter Butter5ort& dengan per&itungan se!agai !erikut )
dimana
)
didapat )
40
dan tegangan ouputnya )
adi persamaannya ) $imana ) L penguatan 2lter ungsi rekue5si L penguatan pass !and dari 2lter L rekuensi sinyal input
L cut o rekuensi tinggi dari 2lter (udut asa yang terjadi pada =o5 Pass;ilter ini adala& )
se&ingga
sudutnya
adala&
)
41
Gam!ar ,#1#' Rangkaian =o5 Pass ;ilter + dB
Gam!ar ,#1#+ ;rekuensi respon dari =P; Pengoprasian dari =o5 Pass ;ilter ini ada , macam yaitu ) '# Pada rekuensi yang sangat renda& yaitu ) /%
+# Pada L / %
,# Pada b / %
adi =o5 Pass ;ilter akan konstans darin input /D sampai cut o re\uensi tinggi B f # Pada B f penguatannya menjadi #44 A; dan setela& mele5ati B f maka akan menurun sampai konstan dengan seiring penam!a&an rekuensi# ;rekuensi naik ' decade maka penguatan tegangan di!agi '# $engan kata lain% penguatan turun + dB 8L+ log '9 setiap kenaikan rekuensi dikali '# adi rate dari penguatan !erulang turun +dB-decade setela& B f terlampuai (aat in f L B f % dikatakan rekuensi cut o yang saat itu turun ,dB 8L+ log #449 dari /D#
43
Persamaan lain menyatakan untuk rekuensi cut o terjadi C, dB% !reak rekuensi% ujung rekuensi# 7onto& soal ) Rancangla& =P; dengan cut o 'K/D dan penguatan pass!and L + Penyelesaian ) =angka& ) '# B f L ' K/D +# Misal 7 L #' m ; ,# Maka R L '-8+ # 98',98'"69L '1#: K8menggunakan potensio +K9 0# Karena A.L +% maka R' dan R; &arus sama% maka R' L R; L 'K 1# Gam!ar rangkaian adala& se!agai !erikut )
Gam!ar ,#1#, Rangkaian =P; &asil per&itungan ,#1#+ =o5 Pass ;ilter order kedua 8"0dB9 Rangkaian =P; dengan C0 dB ini memerlukan komponen pasi le!i& !anyak 8tana&an dan kapasitor9# (eperti tampak pada gam!ar % maka per&itungan rekuensi cut o nya adala& ditentukan ole& nilai komponen R+% R,% 7+ dan 7, seperti !erikut ini )
44
Gam!ar ,#1#0 Rangkaian =o5 Pass ;ilter dengan C0 dB Pada rangkaian =P; dengan C0 dB ini persamaan penguatan tegangan a!solutnya adala&)
8ketentuan Butter5ort& untuk order kedua9 7onto& soal ) Rancangla& =P; dengan order kedua 8"0dB9 dengan B f L ' K/D# Gam!arkan rangkaiannya Penyelesaian ) =angka& langka& ) '# B f L ' K/D +# Misal 7+ L 7, L #04 m ,#
% digunakan ,,K/D
0# Menurut responsi teori Butter5ort& % !a&5a A; L '%163 untuk order kedua% maka nilai R; dan Ri adala& ) Misal RI L +4 K% maka
se&ingga R; menjadi R; L 8#16398+4K 9 L ,,#63 K R; dipasang potensiometer se!esar +K # 1# Rangkaian =P; yang dimaksud adala&
46
Gam!ar ,#1#1 Rangkaian &asil per&itungan dan tegangan output ter&adap rekuensi ,#1#, /ig& Pass ;ilter +dB Rangkaian /ig& Pass ;ilter ini per!edaannya dengan =o5 Pass ;ilter &anya perpinda&an tempat ta&anan dan kapasitor# Per&itungan ouputnya se!agai !erikut )
$imana%
Penguatan tegangan a!solut
Gam!ar ,#1#3 Rangkaian /ig& Pass ;ilter C+ dB Gra2k tegangan output ter&adap rekuensi adala& )
4:
Gam!ar ,#1#4 Output /ig& Pass ;ilter o .s rekuensi ,#1#0 /ig& Pass ;ilter order kedua 8"0dB9 (eperti &alnya pada =P; order kedua% /P; order kedua ini cirinya sama% maka persamaan yang terjadi adala& )
% $an persamaan untuk penguatan tegangan a!solut adala& )
% dengan ketentuan A; L '#163
Gam!ar rangkaiannya adala& se!agai !erikut )
Gam!ar ,#1#6 /ig& Pass ;ilter order kedua 8"0dB9
6
Hntuk mendapatkan order dalam 2lter yang le!i& tinggi didapat dari serie dari order satu dengan order dua yang meng&asilkan order ketiga# (edangkan order dua diserie dengan order dua% maka meng&asilkan 2lter dengan order keempat# ,#1#1 Band Pass ;ilter 8BP;9 Pada BP; ini ada + macam rangkaian yaitu BP; !idang le!ar dan BP; !idang sempit# Hntuk mem!edakan kedua rangkaian ini adala& dili&at dari nilai 2gure o merit 8;OM9 atau ;aktor kualitas 89# Bila '% maka digolongkan BP; !idang le!ar# Bila b '% maka digolongkan BP; !idang sempit# Peri&tungan aktor kualitas 89 adala&
(edangkan ,#1#1#' Band Pass ;ilter Bidang =e!ar (yarat BP; !idang le!ar adala& '% !iasanya didapat dari + rangkaian 2lter /P; dan =P; yang mereka saling di serie dengan urutan tertentu dan rekuensi cut o &arus tertentu# Misalnya urutan serie adala& /P; disusul =P;% dan f dari /P; &arus le!i& kecil dari B f dari =P;# 7onto& rangkaian dan per&itungannya adala& seperti gam!ar !erikut#
6'
Gam!ar ,#1#: Rangkaian BP; !idang le!ar Nilai penguatan tegangan a!solutnya adala& )
,#1#1#+ Band Pass ;ilter !idang sempit (yarat BP; !idang sempit adala& b '# Rangkaian yang digunakan !isa seperti gam!ar diatas tapi ada rangkaian k&usus untuk BP; !idang sempit# Rangkaian k&usus inipun !isa pula digunakan untuk BP; !idang le!ar% tapi spesialisnya untuk !idang sempit# Rangkaian ini sering dise!ut multiple eed!ack 2lter karena satu rangkaian meng&asilkan + !atasan f dan B f # Gam!ar rangkaian serta conto& !and5idt& !idang sempit di!erikan seperti !erikut ini# Persamaan persamaannya pun !eda dan tersendiri# Komponen pasi yang digunakan sama dengan komponen pasi dari =P; dan /P;#
6+
Gam!ar ,#1#' Rangkaian Band Pass ;ilter Bidang (empit Per&itungan dari rangkain diatas adala& ) $ipili& 4 ' 4+ 4 /u!ungan nilai ta&anannya adala& )
dimana nilai % saat pada 4 f adala&
Perlu diingat !a&5a%
dan Ada keuntungan rangkaian ini adala& !ila ingin mengganti rekuensi centernya 4 f % maka tinggal mengganti nilai R+ saja# Nilai yang !aru adala&
,#1#3 Band Reject ;ilter Rangkaian Band Reject ;ilter ada + macam yaitu BR; !idang le!ar • BR; !idang sempit • ,#1#3#' Band Reject ;ilter Bidang =e!ar BR; !idang le!ar adala& terdiri dari rangkaian /P; dan =P; yang dimasukkan ke rangkaian penjumla&# (edang BR; !idang sempit adala& terkenal dengan rangkaian Notc& ;ilter yaitu menolak rekuensi tertentu# 7onto& rangkaian Band Reject ;ilter !idang le!ar seperti gam!ar !erikut ini#
6,
Gam!ar ,#1#'' Rangkaian Band Reject ;ilter Bidang =e!ar
Gam!ar ,#1#'+ Responsi output Band Reject ;ilter Bidang =e!ar Rumus rumus untuk =P; dan /P; serta rangkaian penjumla& !erlaku untuk menentukan nilai nilai komponen atau elemen pasi yang digunakan untuk rangkaian !and reject 2lter!idang le!ar ini# ,#1#3#+ Band Reject ;ilter Bidang (empit Nama !and reject 2lter !idang sempit ini sering dikenal dengan nama Akti Notc& ;ilter# Rangkaian menggunakan model t5in"T circuit# Biasanya rangkaian akti Notc& ;ilter ini digunakan pada rangkaian medika# Rumus untuk rangkaian ini adala& )
Gam!ar rangkaian nya adala& se!agai !erikut )
60
Gam!ar ,#1#', Rangkaian Notc& ;ilter ,#1#4All Pass ;ilter 8AP;9 Rangkain AP; ini !isa dikatakan pula !ukan termasuk rangkaian 2lter karena tidak ada yang di 2lter# Rangkaian ini terkenal dengan nama delay e\ualiDer atau p&ase corector% karena !er&u!ungan dengan ungsi rangkaian dalam aplikasinya# Rangkain ini sering digunakan pada sinyal telkomunikasi untuk mencocokan asa sinyalnya atau sengaja mem!uat selisi& dengan aslinya% dan juga terdapat pada aplikasi yang lainnya misalnya digunakan untuk stereo !uatan di audio% atau untuk penggetar suara pada gitar elektrik% dan lain lain#
Gam!ar ,#1#'0 Rangkaian All Pass ;ilter Per&itungan rumusnya) $engan menyamakan R R ' tegangan outputnya diperole& dari teori superposisi seperti )
61
atau dimana adala& rekuensi input (udut asanya adala&
,#3 Op C Amp ,#3#' In.erting In.erting ampli2er ini% input dengan outputnya !erla5anan polaritas# adi ada tanda minus pada rumus penguatannya# Penguatan in.erting ampli2er adala& !isa le!i& kecil nilai !esaran dari '% misalnya "#+ % "#1 % "#4 % dst dan selalu negati# Rumus nya )
Gam!ar ,#3#' Rangkaian in.erting Ampli2er ,#3#+ Non"In.erting Rangkaian non in.erting ini &ir sama dengan rangkaian in.erting &anya per!edaannya adala& terletak pada tegangan inputnya dari masukan nonin.erting# Rumusnya seperti !erikut )
63
/asil tegangan output nonin.erting ini akan le!i& dari satu dan selalu positi# Rangkaian nya adala& seperti pada gam!ar !erikut ini )
Gam!ar ,#3#+ Non in.erting Ampli2er ,#3#, Buer Rangkaian !uer adala& rangkaian yang inputnya sama dengan &asil outputnya# $alam &al ini seperti rangkaian common colektor yaitu !erpenguatan L '# Rangkaiannya seperti pada gam!ar !erikut ini
Gam!ar ,#3#, Rangkaian Buer Nilai R yang terpasang gunanya untuk mem!atasi arus yang di keluarkan# Besar nilainya tergantung dari indikasi dari komponennya% !iasanya tidak dipasang alias arus dimaksimalkan sesuai dengan kemampuan op"ampnya# ,#3#0 Adder- Penjumla& Rangkaian penjumla& atau rangkaian adder adala& rangkaian penjumla& yang dasar
64
rangkaiannya adala& rangkaian in.erting ampli2er dan &asil outputnya adala& dikalikan dengan penguatan seperti pada rangkaian in.erting# Pada dasarnya nilai outputnya adala& jumla& dari penguatan masing masing dari in.erting% seperti )
Bila R L Ra L R! L Rc% maka persamaan menjadi )
Gam!ar ,#3#0 Rangkaian penjumla& dengan &asil negati ,#3#1 (u!tractor- Pengurang Rangkaian pengurang ini !erasal dari rangkaian in.erting dengan memanaatkan masukan
66
non"in.erting% se&ingga persamaannya menjadi sedikit ada peru!a&an# Rangkaian ini !isa terdiri + macam yaitu ) a9 Rangkaian dengan ' op"amp !9 Rangkaian dengan + op"amp c9 Rangkaian dengan , op"amp a# Rangkaian pengurang dengan ' op"amp ini memanaatkan kaki in.erting dan kaki nonin.erting# (upaya !enar !enar terjadi pengurangan maka nilai di!uat seragam seperti gam!ar# Rumusnya adala&)
Gam!ar ,#3#1 Rangkaian pengurang dengan ' op"amp !# Rangkaian pengurang dengan + op"amp tidak jau& !er!eda dengan satu opamp% yaitu sala& satu input dikuatkan dulu kemudian dimasukkan ke rangkaian pengurang% seperti gam!ar di!a5a& ini# Per&itungan rumus yang terjadi pada titik D adala& )
6:
Bila RLRi maka persamaannyaakan menjadi )
Gam!ar ,#3#3 Rangkaian pengurang dengan + op"amp# c# Rangkaian pengurang dengan , op"amp sangat la& !eda dengan yang lainnya# Ada ,macam proses yang terjadi disini seperti pada gam!ar di!a5a& ini#
:
Gam!ar ,#3#4 Rangkaian pengurang dengan , op"amp#
Gam!ar ,#3#6 Proses mencari persamaan dari rangkaian pengurang , op"amp Rangkaian penguat dengan , op"amp seperti pada gam!ar di!a5a& ini sangat persis seperti
:'
rangkaian penguat dengan ' op"amp# /al ini karena se!elum masuk dile5atkan !uer saja# Per&itungannya pun sama dengan rangkaian pengurang ' op"amp#
Gam!ar ,#3#: Rangkaian pengurang , op"amp dengan !uer ,#3#4 7omparator- Pem!anding Rangkaian pem!anding ini ada , macam yaitu ) '# Rangkaian pem!anding dengan ' op"amp tanpa jenjela input% artinya rangkaian komparator-pem!anding yang langsung di!andingkan# (eperti pada gam!ar !erikut ini adala& komparator !iasa dan &asilnya langsung di!andingkan dengan reerensinya# Rangkaian komparator dengan jendela input rangkaiannya &ir sama dengan rangkaian nonin.erting &anya saja parameternya ter!alik# (eperti pada gam!ar !erikut ini dan conto& &asil dari input dan outputnya dan per&itungannya#
Gam!ar ,#3#' Rangkaian komparator -pem!anding dengan reerensi o .olt
:+
Gam!ar ,#3#'' Rangkaian komparator dengan jendela Per&itungan menentukan jendela olt reerence Hp 8ru9 dan olt reerence lo5 8rl9 adala& se!agai !erikut )
+# (edangkan untuk komparator dengan + op"amp ada , macam .ariasi seperti gam!ar !erikut)
:,
Gam!ar ,#3#'+ Rangkaian komparator + op amp dengan output negati
:0
Gam!ar ,#3#', Rangkaian komparator + op"amp dengan output campuran
:1
Gam!ar ,#3#'0 Rangkaian komparator + opamp dengan output negati Aplikasi untuk komparator semacam ini !isa dili&at dari &asil outputnya# Misal menginginkan &anya didalam 5indo5 saja yang di proses atau &anya diluar 5indo5 saja yang diproses dan se!againya# ,#3#6 $ierensiator# Rangkaian dierensiator adala& rangkaian aplikasi dari rumusan matematika yang dapat dimainkan 8dipengaru&i9 dari kerja kapasitor# Rangkaian nya seperti pada gam!ar +#+1 dengan rangkaian seder&ana dari dierensiator# Hntuk mendapatkan rumus dierensiator% urutannya adala& se!agai !agai !erikut ) 4 / i i i dan selama nilai / i maka 4 i i selisi& dari in.erting input dan nonin.erting input 8.' dan .+9 adala& nol dan penguatan tegangannya sangat !esar% maka didapat persamaan pengisian kapasitor se!agai !erikut )
:3
Gam!ar ,#3#'1 Rangkaian $ierensiator Op"amp# Pada rangkaian aplikasi rangkaian dierensiator op"amp ini ada sedikit peru!a&an yaitu penam!a&an ta&anan dan kapasitor yang ungsinya untuk men2lter sinyal masukan# (eperti tampak pada gam!ar ,#3#'1 adala& rangkaian dierensiator yang dimaksud# $engan demikian maka ada !atasan input dari rekuensi yang masuk% !atasan terse!ut adala&
sedangkan nilai rekuensi yang diaki!atkan ole& R; dan 7' adala& se!agai !erikut )
Bila sinyal input mele!i&i rekuensi a maka &asil output akan sama dengan &asil input% alias ungsi rangkaian terse!ut tidak lagi dierensiator lagi tapi se!agai pele5at !iasa# (edangkan untuk gam!ar ,#3#'1 !iasanya digunakan untuk rangkaian aplikasi yang di integrasikan dengan rangkaian lain# (yarat per&itungan nilai nilai R'% 7'% R;% 7; adala& sesuai dengan syarat se!agai !erikut ) a! se&ingga rekuensi input dile5atkan terle!i& da&ulu ke R'% 7' % R;% kemudian le5at keR'% 7' % 7; !ila rekuensinya mele!i&i a#
:4
Gam!ar ,#3#'3 Rangkaian praktis 8aplikasi9 dierensial op"amp 7onto& per&itungan rangkaian dierensial $ierensiator op"amp dari rangkaian seperti gam!ar +#+1 dengan nilai 4 'm ' dan R 5 ' # (um!er tegangan '1
Gam!ar sinyal outputnya )
:6
Gam!ar ,#3#'4 Output dari rangkaian dierensiator Op"amp dengan input sinyal dc Gam!ar sinyal output untuk dierensiator op"amp dari sinyal sinus dan segi empat adala& seperti pada gam!ar +#+6#
Gam!ar ,#3#'6 (inyal output rangkaian dierensiator Op"amp Hntuk menentukan nilai 7; dan R; pada dierensiator op"amp ini ditentukan dari a dan ! dengan &u!ungan se!agai !erikut ) ! L + a 7onto& soal ) Rancang dierensiator op"amp dengan input !er.ariasi antara ' /D sampai 'K/D dengan in L ' sin t# olt 8peak to peak9 a# Tenrukan nilai nilai R'%7'% R;% dan 7; !# Tentukan !entuk sinyal .o Penyelesaian ) a# Karena input !erkisar ' sampai ' K/D% maka di am!il rekuensi tertingginya# adi a L ' K/D dan rumusnya )
dan
ditentukan
::
Bila ! L + a % maka ! L + K/D
% maka nilai
8disesuaikan nilai ta&anan yang ada9# (elama nilai R'#7' L R;#7; %maka nilai 7; adala& )
8nilai
disesuaikan
dengan nilai kapasitor yang ada9 Nilai ROM L R'R; 46 8digunakan 6+ 9 !# Bentuk sinyal .o adala&
,#3#: Integrator Rangkaian integrator op"amp ini juga !erasal dari rangkaian in.erting dengan ta&anan umpan !aliknya diganti dengan kapasitor# Proses per&itungannya se!agai !erikut) / i I i ' % / I dia!aikan karena sangat kecil nilainya se&ingga ) i i ' #
Arus pada kapasitor adala& se&ingga
A
terlalu
% yang sama dengan i; %
% karena .' L .+ % karena penguatan !esar% se&ingga
(e&ingga persamaannya menjadi )
'
Batas rekuensi yang dilalui ole& capasitor dalam rangkaian integrator adala&
Biasanya rangkaian untuk aplikasi ada penam!a&an ta&anan yang diparalel dengan kapasitor dengan dimana R;# (eperti pada gam!ar +#+: rangkaian integrator yang !elum di tam!a& ta&anan yang diparalel dengan kapasitor# Nilai ROM adala& antara nol sampai dengan R'#
Gam!ar ,#3#': Rangkaian integrator op"amp seder&ana
Per&itungan nilai untuk R; !erkaitan dengan komponen lainnya yaitu a ! dimana rumus a adala& )
''
Gam!ar ,#3#+ Rangkaian integrator op"amp untuk aplikasi 8praktis9 ,#4 Kon.erter Kon.erter $aya elektronik dapat ditemukan di mana pun ada ke!utu&an untuk mengu!a& !entuk energi listrik 8yaitu peru!a&an tegangan nya% saat ini atau rekuensi9# Rentang daya kon.erter ini !erasal dari !e!erapa mili5att 8seperti dalam se!ua& ponsel9 untuk ratusan mega5att 8misalnya dalam A(TT sistem transmisi9# $engan ?klasik? elektronik% arus listrik dan tegangan digunakan untuk mem!a5a inormasi% sedangkan dengan elektronika daya% mereka mem!a5a kekuasaan# $engan demikian% metrik utama elektronika daya menjadi e2siensi# (istem tenaga kon.ersi yang dapat diklasi2kasikan menurut jenis daya input dan output •
A7 ke $7 8 penyeara& 9 $7 ke A7 8 in.erter 9
•
$7 ke $7 8 $7 ke $7 con.erter 9
•
A7 ke A7 8 A7 ke A7 con.erter 9
•
,#4#' Kon.erter Analog ke $igital (istem telepon di dunia diperkenalkan ole& Gra&am Bell pada ta&un '643# (ejak saat itu% manusia !erusa&a mengem!angkan teknik '+
telekomunikasi% antara lain dengan metode multipleksing% yakni teknik untuk mentransmisikan sinyal komunikasi media transmisi yang e2sien# (inyal telepon- suara adala& sinyal yang !er!entuk analog dan metode multipleksing pertama kali adala& dengan melakukan pemisa&an rekuensi 8;$M9% yakni dengan melakukan modulasi pada sinyal"sinyal inormasi dengan rekuensi yang !er!eda# (elanjutnya dilakukan pengga!ungan dan ditransmisikan# Perkem!angan teknik telekomunikasi% mengara& pada sistem komunikasi digital% yang le!i& e2sien dan relati tidak rentan ter&adap noise# (e&ingga untuk mentransmisikan sinyal"sinyal analog% pertama kali sinyal terse!ut &arus diru!a& ke dalam !entuk digital yang !ersesuaian# Pada Tulisan ini% akan di!a&as teknik peru!a& analog to digital dengan metode (uccessi.e Approimation Register atau disingkat (AR yang linear# Analog to digital con.erter 8A$79 adala& suatu cara untuk melakukan kon.ersi sinyal analog ke !entuk digital yang !ersesuaian# Ada !ermacam cara untuk melakukan kon.ersi terse!ut% antara lain dengan menggunakan counter% ramp 8kapasitor9 dan (AR# Metode (AR memiliki kele!i&an dari teknik lain% yakni 5aktu kon.ersi yang tetap% yakni sesuai dengan jumla& !it yang diinginkan# Biasanya untuk sistem komunikasi telepon digunakan 6 !it% se&ingga 5aktu kon.ersi adala& 6 kali sinyal clock#
Ada dua jenis komparator tegangan% yaitu komparator seder&ana% dan komparator tegangan dengan &isterisis#
tegangan
a# Rangkaian Komparator tegangan seder&ana
',
Gam!ar ,#4#' Rangkaian Komparator Tegangan (eder&ana re di &u!ungkan ke J supply% kemudian R' dan R+ digunakan se!agai pem!agi tegangan% se&ingg nilai tegangan yang di reerensikan pada masukan J op"amp adala& se!esar ) L _R'-8R'JR+9 ` f supply Op"amp terse!ut akan mem!andingkan nilai tegangan pada kedua masukannya% apa!ila masukan 8"9 le!i& !esar dari masukan 8J9 maka% keluaran op"amp akan menjadi sama dengan C supply% apa!ila tegangan masukan 8"9 le!i& kecil dari masukan 8J9 maka keluaran op"amp akan menjadi sama dengan J supply# adi dalam &al ini jika input le!i& !esar dari maka keluarannya akan menjadi C supply% jika se!aliknya% input le!i& !esar dari maka keluarannya akan menjadi J supply# Hntuk op"amp yang sesuai untuk di pakai pada rangkaian op"amp untuk komparator !iasanya menggunakan op"amp dengan tipe =M,,: yang !anyak di pasaran# !# Rangkaian Komparator tegangan dengan &isterisis Tujuan dari rangkaian &isterisis adala& untuk meminimalkan eek noise pada tegangan masukan# Misalnya tegangan reerensinya di set ,%, % sedangkan itu juga memiliki nois se!esar %' % maka jika tegangan inputnya tepat ,%,% maka keluarannya akan !er*uktuasi sesuai dari noise"nya# $engan menggunakan komparator dengan &isterisis% maka keluarannya tidak akan !erlogika "supply se!elum input mele5ati !atas atas% dan se!aliknya% keluarannya tidak akan mengeluarkan tegangan Jsupply se!elum input mele5ati !atas !a5a&#
Gam!ar ,#4#+ Komparator dengan /isterisis 2. li#=Co# $alam sirkuit digital% *ip"*op adala& istila& untuk se!ua& sirkuit elektronik 8se!ua& Multi.i!rator !ista!le9 yang memiliki dua kondisi sta!il dan dengan demikian mampu dijadikan se!agai satu memori# '0
(e!ua& *op"*ip !iasanya dikontrol ole& satu atau dua sinyal kontrol dan atau ger!ang atau sinyal clock# Output sering kali !erisi komplemen serta output normal# ;lip";lop dapat di!agi lagi menjadi !e!erapa tipe !erdasarkan penerapan umum % !aik async&ronous atau yang !erdasarkan sekuen clock sistem) R( 8?set"reset?9% $ 8?data? atau ?penundaan? 9% T 8?toggle ?9% dan K 8Master"(la.eF9 adala& jenis yang umum% semua yang dapat di!uat dari 8se!agian9 jenis lainnya ole& !e!erapa ger!ang logika# Perilaku tipe tertentu dapat dijelaskan ole& apa yang dise!ut persamaan karakteristik 8ta!el ke!enaran9# (ala& satu conto& $ 8$elay9 *ip"*op adala& se!agai !erikut )
+ambar 3.).3 $ ,$ela /ip-/op
Ta!el Ke!enaran R
(
$
7K
'
'
'
'
'
'
↑
'
'
'
↑
Gam!ar ,#4#0 ;lip"*op dan ta!el ke!enarannya
;lip"*op jenis lain adala& K *ip"*op atau yang !iasa dikenal dengan Master"(la.e *ip"*op# Hntuk jelasnya dapat dili&at !erikut ini ) Ta!el Ke!enaran K ;lip"*op INPHT(
OHTPHT(
Preset
7lear
7lock
'
K
'
'
'
'1
'
'
'
'
↓
'
'
↓
'
'
'
'
↓
'
'
'
'
↓
' '
'
'
TOG=E
$engan menggunakan rangkaian *ip"*op% dapat di!angun se!ua& up-do5n counter% conto& se!agai !erikut )
+ambar 3.).6. 0ipple *ounter dengan "K ,#p *ounter Ring4ounter Ring counter seperti se!ua& register geser% dimana nilai logik ' !ergeser secara !ergantian dari satu *ip"*op ke *ipL*op yang lain# Hnpan !alik nilai ak&ir menjadikan kondisi a5al terjadi lagi# Hntuk jelasnya dapat dili&at pada gam!ar !erikut
'3
Gam!ar ,#4#4 Ring 7ounter ,#4#, $igital to Analog 7on.eter Melalui artikel ini% saya akan menjelaskan !agaimana mem!angun se!ua& 6"!it digital untuk kon.erter analog dengan masukan paralel# ika Anda tidak ta&u apa artinya ini% !aik yang &anya se!ua& sirkuit yang akan mengam!il input nomor 6"!it digital dari 8##9 sampai +11 8''''''''9% dan output nilai relati pada skala dari sampai 1# Proses matematika yang menggam!arkan proses ini sangat seder&ana% se!ua& kon.erter 6 !it akan mem!agi 1 .olt ke +11 langka&% setiap langka& memiliki nilai) 1 - +11 L #': Maka tegangan output untuk con.erter &arus sama dengan input !iner dikalikan dengan nilai langka&% misalnya untuk masukan dari '+: 8' ' dalam !iner9 tegangan output &arus) '+: %': L +#01' Berikut ini adala& diagram ungsional diseder&anakan dari $A7 6"!it#
Gam!ar ,#4#6 Blok $iagram A$7 6 Bit
Hntuk mem!angun se!ua& kon.erter digital to analog% dapat digunakan metode R-+R seperti gam!ar !erikut ) '4
Gam!ar ,#4#: Analog to $igital 7on.erter Metode R-+R M(B atau Most (igni2cant Bit% adala& !it yang paling !esar nilainya% yakni setenga& dari tegangan input maksimum# (edangkan =(B atau =east (igni2cant Bit adala& !it yang nilainya terkecil atau setara dengan '-+11 dari nilai tegangan input 8+6 L +139# Biasanya% sinyal $A7 di"!uer dengan I7 op"amp% se&ingga nilai output memiliki sta!ilitas yang le!i& !aik% seperti gam!ar !erikut ini)
Gam!ar ,#4#' $A7 dengan Buer
,#4#0 ANA=OG TO $IGITA= 7ONERTER (eperti tela& disinggung diatas% !a&5a terdapat !e!erapa macam teknik A$7# Teknik A$7 yang paling seder&ana yakni dengan metode counter# (e!ua& sinyal dimasukkan ke se!ua& comparator selanjutnya counter akan mulai meng&itung maju# Bit"!it couter diumpankan ke su!ua& $A7 dan keluaran $A7 tadi akan dikoparasi dengan sinyal input# Apa!ila keluaran komparator !elum !eru!a&% maka sinyal clock terus !ekerja# Misalkan range in input adala& "1 olt% maka nilai ' !it 8=(B9 adala& 1-+11 .olt L %': olt# Apa!ila nilai in + .olt% maka jumla& clock L +-%': L '+ pulsa clock# Pada nilai puncak% maka jumla& clock adala& se!anyak +11 pulsa clock# Menurut teorema ny\uist% nilai pemodulasi minimum + kali rekuensi inormasi# ;rekuensi maksimum sinyal suara adala& 0 k/D% se&inga rekuensi sampling se!esar + 0 k/D L 6 k/D# Ole& karena itu% 5aktu yang di!utu&kan untuk melakukan kon.ersi adala& '-6 L '+1 hs# ;rekuensi clock maksimum adala& se!anyak +11 pada tegangan maksimum% se&ingga rekuensi clock minimum yang di!utu&kan '6
adala& L +11 pulsa dalam '+1 Kon2gurasi umum adala& se!agai !erikut )
hs
atau
+0
k/D#
Gam!ar ,#4#''# Blok $iagram A$7 dengan Teknik 7ounter
Teknik lain adala& dengan metode Ramp% dimana pada teknik ini dimanaatkan siat dari kapasitor yang dapat mengisi dan mengosong# $engan rekuensi tertentu% maka kapasitor akan terus mengisi selama sinyal clock ada% dan akan !er&enti pada saat nilai komparator !eru!a&# Pada metode (AR% input $A7 diumpankan M(B% atau setara dengan setenga& dari nilasi maksimum# Apa!ila nilai terse!ut terlalu !esar ter&adap in atau komparator !eru!a&% maka M(B akan direset dan M(B kedua 8+nd M(B9 akan diset atau setara dengan S nilai maksimum# (elanjutnya apa!ila nilai terse!ut le!i& kecil dari in% maka M(B kedua diperta&ankan% selanjutnya !it ketiga akan diset '# Begitu seterusnya &ingga pada !it terak&ir atau =(B# 7onto&% nilai in L , olt% maka proses yang !erjalan adala& se!agai !erikut ) (ecara seder&ana% !lok diagram A$7 dengan teknik (AR adala& se!agai !erikut)
Gam!ar ,#4#', A$7 dengan teknik (AR Apa!ila data output diserikasn% maka !it rate dari &asil kon.ersi analog ke digital 6 !it dengan rekuensi sinyal input maksimum 0 k/D adala& se!esar 30 k!ps# Ketelitian se!ua& kon.erter analog ke digital adala& ' =(B# Apa!ila sinyal digital dikon.ersi kedalam 6 !it% dan tegangan input masimum 1 olt% ':
maka aktor kesala&an ter!esar adala& se!esar 1-+11 L %':3 .olt# Pada sinyal"sinyal input yang kecil% sinyal to noise ratio 8(NR9 akan le!i& !esar# /al ini !iasanya diatasi dengan menggunakan penguat logaritmis# (e!ua& algoritma A"=a5 "adala& algoritma companding standar% digunakan di Eropa sistem komunikasi digital untuk mengoptimalkan% yaitu% memodi2kasi% rentang dinamis se!ua& sinyal analog untuk digitasi# /al ini mirip dengan algoritma h"&ukum yang digunakan di Amerika Htara dan epang# Hntuk masukan yang di!erikan % persamaan untuk encoding A"&ukum adala& se!agai !erikut)
$imana % adala& se!ua& parameter kompresi# $i Eropa nilai A L 64#4@ kadang nilai 64#3 juga digunakan# ;ungsi in.ers A"la5 di!erikan pada persamaan !erikut ini%
,#4#1 Recti2er Penyeara& adala& alat yang mengu!a& listrik arus !olak 8A79% yang secara periodik !er!alik ara&% untuk arus seara& 8$79% yang &anya satu ara&% suatu proses yang dikenal se!agai per!aikan# Recti2er memiliki !anyak kegunaan termasuk se!agai komponen pasokan listrik dan se!agai detektor dari radio sinyal# Recti2er dapat di!uat dari solid state dioda % recti2er yang dikendalikan silikon % ta!ung .akum dioda% !usur katup merkuri % dan komponen lainnya# (e!ua& perangkat yang melakukan ungsi 8mengkon.ersi $7 ke A79 dikenal se!agai in.erter #
yang
!erla5anan
3.7.5.1 Pelurusan Setengah $alam setenga& gelom!ang pem!etulan% !aik setenga& positi atau negati dari gelom!ang A7 !erlalu% sementara separu& lainnya di!lokir# Karena &anya satu setenga& dari gelom!ang input mencapai output terse!ut% sangat tidak e2sien jika digunakan untuk transer daya# /al" gelom!ang per!aikan dapat dicapai dengan dioda tunggal dalam ase pengadaan satu% atau dengan tiga dioda dalam tiga ase pasokan#
''
Gam!ar ,#4#'0 Pelurusan Setenga Tegangan $7 output dari penyeara& setenga& gelom!ang dapat di&itung dengan persamaan !erikut yang ideal dua)
3.7.5.2 Pelurusan Penuh (e!ua& penyeara& gelom!ang penu& mengu!a& seluru& input !entuk gelom!ang ke sala& satu polaritas konstan 8positi atau negati9 pada output# Kendali"gelom!ang per!aikan mengkon.ersi kedua polaritas dari gelom!ang input ke $7 8arus seara&9% dan le!i& e2sien# Namun% dalam rangkaian dengan non" pusat mengetuk transormator % empat dioda diperlukan !ukan satu"gelom!ang yang diperlukan untuk per!aikan setenga&# 8=i&at semikonduktor % dioda 9# Empat dioda diatur dengan cara ini adala& dise!ut jem!atan diode atau penyeara& jem!atan#
Gam!ar ,#4#'1 jem!atan GraetD penyeara&) gelom!ang"penu& recti2er menggunakan 0 dioda# Hntuk A7 asa"tunggal% jika transormator adala& pusat"disadap% lalu dua dioda !ack"to"!ack 8yaitu anoda"ke"anoda atau katoda"ke"katoda9 dapat mem!entuk penyeara& gelom!ang penu&# $ua kali le!i& !anyak gulungan diperlukan pada transormator sekunder untuk mendapatkan tegangan output yang sama di!andingkan dengan penyeara& jem!atan di atas#
Penyeara& gelom!ang penu& menggunakan center tap transormator dan + dioda#
'''
Penyeara& gelom!ang penu&% dengan ta!ung .akum memiliki dua anoda# >ang sangat umum ta!ung .akum kon2gurasi penyeara& mengandung satu katoda dan kem!ar anoda di dalam amplop tunggal% dalam cara ini% dua dioda yang diperlukan &anya satu ta!ung .akum# Para 1H0 dan 1>, adala& conto& populer dari kon2gurasi ini#
Gam!ar ,#4#'3 (e!ua& penyeara& tiga"asa jem!atan# ,#4#3 INERTER In.erter adala& se!ua& alat yang mengu!a& listrik arus seara& 8$79 untuk alternating current 8A79% A7 dapat dikon.ersi pada setiap tegangan yang diperlukan dan rekuensi dengan penggunaan yang tepat transormer % s5itc&ing% dan sirkuit kontrol#
Gam!ar ,#4#'4 In.erter (olid"state in.erter tidak memiliki !agian yang !ergerak dan digunakan dalam !er!agai aplikasi% dari kecil catu daya s5itc&ing di komputer% sampai !esar utilitas listrik tegangan tinggi arus seara& aplikasi transportasi massal kekuatan itu# In.erter !iasanya digunakan untuk catu daya A7 dari sum!er $7 seperti panel surya atau !aterai # Ada dua tipe utama in.erter# Output dari gelom!ang sinus in.erter diu!a& serupa dengan gelom!ang persegi output kecuali !a&5a output pergi ke nol .olt untuk sementara 5aktu se!elum !erali& positi atau negati# /al ini dan renda& !iaya seder&ana 8 #'H($-
!ekerja secara ter!alik% dan dengan demikian adala& ?ter!alik?% untuk mengkon.ersi $7 ke A7# In.erter melakukan ungsi ke!alikan dari penyeara& # 3.7.6.1 Alikasi •
$* pemanfaatan sumber daa
Gam!ar ,#4#'6 In.erter dirancang untuk mem!erikan ''1 A7 dari sum!er '+ $7 disediakan di mo!il# Hnit ditampilkan menyediakan &ingga '%+ ampere arus !olak !alik% atau cukup untuk kekuatan dua !ola lampu enam pulu& 5att# (e!ua& in.erter mengu!a& listrik $7 dari sum!er seperti !aterai % panel surya % atau !a&an !akar sel ke listrik A7# =istrik dapat setiap tegangan yang diperlukan% secara k&usus !isa mengoperasikan peralatan A7 yang dirancang untuk operasi induk% atau diper!aiki untuk meng&asilkan $7 pada setiap tegangan yang diinginkan# In.erter dasi Grid dapat mem!eri makan energi kem!ali ke jaringan distri!usi karena mereka meng&asilkan arus !olak"!alik dengan !entuk gelom!ang yang sama dan rekuensi yang disediakan ole& sistem distri!usi# Mereka juga dapat mematikan secara otomatis dalam &al terjadi pemadaman # Micro"in.erter mengu!a& arus langsung dari panel surya indi.idu menjadi arus !olak"!alik untuk jaringan listrik# Mereka adala& desain dasi grid secara deault# Pasokan listrik #ninterruptible (e!ua& uninterrupti!le po5er supply 8HP(9 menggunakan !aterai dan in.erter untuk catu daya A7 saat listrik utama tidak tersedia# Bila daya utama dipuli&kan% se!ua& penyeara& $7 po5er supplies untuk mengisi ulang !aterai# •
Pemanasan nduksi A7 In.erter mengu!a& rekuensi daya utama renda& ke rekuensi yang le!i& tinggi untuk digunakan dalam pemanasan induksi # Hntuk melakukan ini% listrik A7 pertama diper!aiki untuk mem!erikan daya $7# •
'',
In.erter kemudian mengu!a& daya $7 menjadi arus listrik A7 rekuensi tinggi# (ransmisi tenaga &S(( $engan A(TT transmisi daya% listrik A7 diper!aiki dan tegangan tinggi $7 po5er ditransmisikan ke lokasi lain# $i lokasi penerima% in.erter dalam pa!rik in.erter statis mengu!a& kekuatan kem!ali ke A7# •
rekuensi dri'e ariabel A "rekuensi dri.e .aria!el kontrol kecepatan operasi se!ua& motor A7 dengan mengendalikan rekuensi dan tegangan daya yang dipasok ke motor# in.erter (e!ua& menyediakan kekuatan dikendalikan# $alam ke!anyakan kasus% dri.e rekuensi .aria!el termasuk penyeara& se&ingga daya $7 untuk in.erter dapat di!erikan dari listrik A7 utama# Karena in.erter merupakan komponen kunci% rekuensi .aria!el"dri.e kadang" kadang dise!ut dri.e in.erter atau &anya in.erter# •
Penejuk udara (e!ua& A7 !antalan tag in.erter menggunakan rekuensi dri.e .aria!el untuk mengontrol kecepatan motor dan dengan demikian kompresor# •
Kasus umum (e!ua& transormator memungkinkan daya A7 yang akan dikon.ersi ke tegangan yang diinginkan% namun pada rekuensi yang sama# In.erter% recti2er plus untuk $7% dapat dirancang untuk mengkon.ersi dari A7% tegangan atau $7% ke tegangan lain% juga A7 atau $7% pada setiap rekuensi yang dike&endaki# $aya keluaran tidak perna& !isa mele!i&i daya input% tetapi e2siensi !isa tinggi% dengan proporsi kecil dari daya &ilang se!agai panas lim!a&# •
3.7.6.2 !eskrisi "ir#uit
Gam!ar ,#4#': Top) (imple rangkaian in.erter ditunjukkan dengan saklar elektromekanis dan otomatis setara
auto"s5itc&ing perangkat diimplementasikan dengan dua transistor dan mem!agi !elitan auto"transormator di tempat saklar mekanik#
''0
Gam!ar ,#4#+ Gelom!ang (\uare dengan komponen gelom!ang sinus undamental% &armonik ke", dan 1 &armonik 3.7.6.2 $esain $asar $alam satu rangkaian in.erter seder&ana% daya $7 di&u!ungkan ke transormator melalui keran tenga& gulungan primer# (uatu saklar adala& cepat diaktikan !olak"!alik untuk memungkinkan arus mengalir kem!ali ke sum!er $7 !erikut dua jalur alternati melalui sala& satu ujung gulungan primer dan kemudian yang lain# (ili& !ergantinya ara& arus pada gulungan primer dari transormator meng&asilkan arus !olak !alik 8A79 pada sirkuit sekunder#
ersi elektromekanis perangkat s5itc&ing mencakup dua kontak diam dan musim semi yang didukung !ergerak kontak# musim semi ini memiliki kontak yang !ergerak ter&adap sala& satu kontak stasioner dan elektromagnet menarik kontak !ergerak ke kontak stasioner !erla5anan# Arus dalam elektromagnet terganggu ole& aksi saklar se&ingga saklar terus s5itc& dengan cepat kem!ali dan se!againya# enis s5itc& in.erter elektromekanik% yang dise!ut .i!rator atau !uDDer% perna& digunakan dalam ta!ung .akum radio mo!il# Mekanisme serupa tela& digunakan di !el pintu% !uDDers dan senjata tato# Ketika mereka menjadi tersedia dengan peringkat daya yang memadai% transistor dan jenis lainnya !er!agai semikonduktor s5itc& tela& dimasukkan ke dalam desain rangkaian in.erter# 3.7.6.% &utut bentuk gelombang (aklar di dalam in.erter seder&ana yang dijelaskan di atas% !ila tidak diga!ungkan ke se!ua& transormator output% meng&asilkan tegangan persegi gelom!ang karena seder&ana o dan di alam yang !ertentangan dengan sinusoidal gelom!ang yaitu gelom!ang !iasa catu daya A7# Menggunakan analisis ;ourier % periodik !entuk gelom!ang direpresentasikan se!agai jumla& dari seri gelom!ang sinus yang tak ter!atas# Gelom!ang sinus yang sama rekuensi dengan gelom!ang aslinya dise!ut komponen undamental# Gelom!ang sinus lainnya% harmonisa yang dise!ut% yang termasuk dalam seri yang memiliki rekuensi kelipatan rekuensi dasar#
Kualitas gelom!ang keluaran in.erter dapat dinyatakan dengan menggunakan data analisis ;ourier untuk meng&itung distorsi &armonik ''1
total 8T/$9# $istorsi &armonik total adala& akar kuadrat dari jumla& kuadrat tegangan &armonik di!agi dengan tegangan undamental)
Kualitas gelom!ang output yang di!utu&kan dari in.erter tergantung pada karakteristik !e!an tersam!ung# Be!erapa !e!an mem!utu&kan pasokan gelom!ang sinus tegangan &ir sempurna untuk !ekerja dengan !aik# !e!an lain dapat !ekerja dengan !aik dengan tegangan gelom!ang persegi# $esain &d'an5ed
Gam!ar ,#4#+' H-jembatan in.erter rangkaian dengan s5itc& transistor dan dioda antiparalel Ada !anyak kekuatan sirkuit yang !er!eda topologi dan strategi pengendalian yang digunakan dalam desain in.erter# pendekatan desain yang !er!eda menangani !er!agai isu yang mungkin le!i& atau kurang penting tergantung pada cara yang in.erter dimaksudkan untuk digunakan# Masala& kualitas !entuk gelom!ang dapat diatasi dengan !er!agai cara# Kapasitor dan induktor dapat digunakan untuk menyaring gelom!ang terse!ut# ika desain meliputi trao% penyaringan dapat diterapkan pada primer atau sisi sekunder transormator atau kedua !ela& pi&ak# =o5"pass 2lter diterapkan untuk memungkinkan komponen undamental dari !entuk gelom!ang untuk lolos ke output sementara mem!atasi perjalanan &armonik komponen# ika in.erter ini dirancang untuk mem!erikan daya pada rekuensi tetap% resonansi 2lter dapat digunakan# Hntuk rekuensi in.erter diatur% 2lter &arus disetel ke rekuensi yang !erada di atas rekuensi dasar maksimum# Karena !e!an yang paling mengandung induktansi% masukan recti2er atau antiparalel dioda sering di&u!ungkan di setiap semikonduktor !erali& ke menyediakan jalan untuk !e!an indukti arus puncak ketika saklar dimatikan# $ioda antiparalel agak mirip dengan dioda freeheeling digunakan dalam A7 - $7 con.erter sirkuit#
TABE= ,#4#++
''3
gelom!ang
sinyal transisi per periode
&armonis a dielimina si
&armonis a diperkuat
(istem $eskripsi
T/$
+
"
"
+"tingkat gelom!an g persegi
0
,% +4% ###
:% "
,"tingkat b ?Gelom!a +,%6 ng persegi dimodi2ka si?
'
,% 1% +4
:% 4% ''% ###
+"tingkat sangat lam!at P
'+
,% 1% +4
:% 4% ''% ###
,"tingkat sangat lam!at P
01
,#4#4 A7 - A7 con.erter (e!ua& A7 - A7 con.erter mengu!a& se!ua& A7 gelom!ang seperti pasokan listrik% gelom!ang lain A7% dimana tegangan output dan rekuensi dapat diatur secara se5enang"5enang#
Gam!ar ,#4#+, A7 - A7 con.erter A7 - A7 con.erter dapat dikategorikan •
7on.erters dengan link"$7# ''4
•
7yclocon.erters
•
/y!rid Matri 7on.erters#
•
Matri 7on.erters#
(eperti ditunjukkan dalam Gam!ar '# Hntuk kon.ersi A7"A7 seperti &ari ini !iasanya con.erter sistem dengan tegangan 8G!r# +9 atau saat ini 8G!r# ,9 $7"link dipekerjakan# Hntuk link"tegangan $7% kopling listrik dapat diterapkan ole& jem!atan dioda# Hntuk mencapai pengereman pengoperasian motor% se!ua& resistor pengereman &arus ditempatkan dalam link"$7# Atau% se!ua& jem!atan t&yristor anti"paralel &arus disediakan di sisi listrik untuk makan kem!ali energi ke listrik# Kelema&an dari solusi ini adala& distorsi listrik yang relati tinggi dan ke!utu&an daya reakti yang tinggi 8terutama selama operasi in.erter9# (e!ua& A7 - A7 con.erter dengan sekitar arus input sinusoidal dan aliran daya !idirectional dapat di5ujudkan dengan kopling penyeara& P
''6
Ada pili&an alternati kon.ersi energi tidak langsung dengan menggunakan perco!aan Indirect Matri 7on.erter 8G!r# 19 atau arang Matri 7on.erter yang ditemukan ole& Pro o&ann <# Kolar dari ET/ uric&# (eperti dengan sistem $7"link !erdasarkan 8Gam!ar + dan Gam!ar# ,9% ta&ap terpisa& disediakan untuk kon.ersi tegangan dan arus% tapi $7"link tidak memiliki elemen penyimpanan menenga&# Hmumnya% dengan menggunakan kon.erter matriks% elemen penyimpanan dalam link"$7 di&ilangkan pada !iaya sejumla& !esar semikonduktor# kon.erter Matri sering dili&at se!agai konsep teknologi masa depan untuk .aria!el kecepatan dri.e% tetapi meskipun penelitian intensi selama dekade mereka sampai sekarang &anya mencapai penetrasi industri renda&# Alasan untuk ini !isa menjadi kompleksitas yang le!i& tinggi dalam upaya modulasi dan analisis# ,#4#6 $7"to"$7 con.erter (e!ua& $7"$7 kon.erter"adala& se!ua& sirkuit elektronik yang mengu!a& sum!er arus seara& 8$79 dari satu tegangan tingkat yang lain# Ini adala& kelas kon.erter daya # Penggunaan Kon.erter $7 ke $7 yang penting dalam perangkat elektronik porta!el seperti telepon seluler dan komputer laptop % yang diaktikan dengan daya dari !aterai terutama# perangkat elektronik terse!ut seringkali mengandung !e!erapa su!" sirkuit % masing"masing dengan ke!utu&an tingkat tegangan sendiri yang !er!eda dari yang disediakan ole& !aterai atau suplai eksternal 8kadang"kadang le!i& tinggi atau le!i& renda& dari tegangan suplai9# (elain itu% penurunan tegangan !aterai se!agai daya disimpan dikeringkan# (5itc&ed $7 ke $7 con.erters mena5arkan metode untuk menaikkan tegangan dari tegangan !aterai dengan demikian menurunkan se!agian meng&emat ruang daripada menggunakan !aterai ganda untuk mencapai &al yang sama# Ke!anyakan $7 ke $7 con.erters juga mengatur output# Be!erapa pengecualian termasuk e2siensi tinggi =E$ sum!er daya % yang merupakan jenis kon.erter $7 ke $7 yang mengatur arus melalui =E$% dan pompa muatan seder&ana yang dua atau tiga tegangan input# Metode Kon.ersi inear
regulator linier dapat &anya output pada tegangan yang le!i& renda& dari input# Mereka sangat tidak e2sien ketika drop tegangan !esar dan saat ini tinggi karena mereka mengusir panas sama dengan produk dari keluaran arus dan drop tegangan% aki!atnya mereka !iasanya tidak digunakan untuk"drop tinggi"saat ini aplikasi yang !esar# ine2siensi =im!a& daya dan mem!utu&kan le!i& tinggi"rated% dan aki!atnya le!i& ma&al dan le!i& !esar% komponen# Kalor yang di!uang '':
ole& daya pasokan tinggi adala& masala& dalam dirinya se!agai &arus dikeluarkan dari sirkuit yang tidak dapat diterima untuk mencega& su&u naik# Mereka praktis jika saat ini renda&% daya &ilang yang kecil% meskipun mungkin masi& se!agian !esar dari total daya yang dikonsumsi# Mereka sering digunakan se!agai !agian dari po5er supply seder&ana diatur untuk arus yang le!i& tinggi) se!ua& transormator meng&asilkan tegangan yang% ketika diper!aiki% sedikit le!i& tinggi daripada yang diperlukan untuk !ias regulator linier# =inear regulator menjatu&kan kele!i&an tegangan% mengurangi &um"meng&asilkan riak arus dan mem!erikan tegangan output yang konstan independen dari *uktuasi normal dari tegangan input tidak diatur dari trao - rangkaian jem!atan penyeara& dan arus !e!an# regulator linier mura&% dapat diandalkan jika tenggelam panas yang !aik digunakan dan le!i& seder&ana daripada regulator s5itc&ing# (e!agai !agian dari catu daya mereka mungkin memerlukan transormator% yang le!i& !esar untuk tingkat daya yang di!erikan daripada yang di!utu&kan ole& po5er supply s5itc&"mode# linear regulator dapat mem!erikan tegangan yang sangat renda& noise output% dan sangat cocok untuk menyalakan analog noise"sensiti !erdaya renda& dan sirkuit rekuensi radio# (uatu pendekatan desain yang populer adala& dengan menggunakan =$O% Renda& $rop"out Regulator% yang menyediakan suatu ?titik !e!an? pasokan lokal $7 ke sirkuit daya renda&# kon"ersi Sitched
Elektronik s5itc&"mode $7 ke $7 con.erters mengkon.ersi satu tingkat tegangan $7 ke yang lain% dengan menyimpan energi input sementara dan kemudian melepaskan energi yang ke output pada tegangan yang !er!eda# penyimpanan mungkin dalam sala& satu komponen penyimpanan medan magnet 8induktor% transormator9 atau komponen medan listrik penyimpanan 8kapasitor9# Metode kon.ersi daya yang le!i& e2sien 8sering 41 sampai :69 daripada pengaturan tegangan linier 8yang meng&ilang kekuatan yang tidak diinginkan se!agai panas9# E2siensi ini !ermanaat untuk meningkatkan 5aktu menjalankan perangkat !aterai dioperasikan# E2siensi tela& meningkat sejak ak&ir ':6"an aki!at penggunaan kekuasaan ;ETs % yang dapat !erali& pada rekuensi tinggi le!i& e2sien daripada !ipolar transistor daya% yang menim!ulkan kerugian s5itc&ing le!i& dan memerlukan dri.e sirkuit yang le!i& rumit# Ino.asi lain yang penting dalam kon.erter $7"$7 adala& penggunaan per!aikan sinkron mengganti dioda roda gila dengan ;ET listrik dengan renda& ?On? perla5anan% se&ingga mengurangi kerugian s5itc&ing# Ke!anyakan $7 ke $7 con.erters dirancang untuk meminda&kan kekuasaan dalam &anya satu ara&% dari input ke output# Namun% semua topologi regulator s5itc&ing dapat di!uat !i"directional dengan mengganti '+
semua dioda dengan independen dikendalikan per!aikan akti # A" directional !i kon.erter dapat meminda&kan kekuasaan di kedua ara&% yang !erguna dalam aplikasi yang memerlukan pengereman regenerati # Kelema&an kon.erter s5itc&ing termasuk kompleksitas% ke!isingan elektronik 8 EMI - R;I 9 dan !e!erapa !iaya !atas% meskipun &al ini tela& turun dengan kemajuan dalam desain c&ip# Kon.erter $7 ke $7 yang sekarang tersedia se!agai sirkuit terpadu memerlukan komponen tam!a&an minimal# Kon.erter $7 ke $7 juga tersedia se!agai lengkap sirkuit &i!rida komponen% siap untuk digunakan dalam suatu perakitan elektronik# Magnetic
$alam kon.erter $7 ke $7% energi secara !erkala disimpan ke dalam dan dilepaskan dari medan magnet di suatu induktor atau transormator % !iasanya dalam rentang , k/D sampai ' M/D# $engan mengatur siklus tugas dari tegangan pengisian 8yaitu% per!andingan on o time9% jumla& daya yang ditranser dapat dikendalikan# Biasanya% ini diterapkan untuk mengontrol tegangan output% meskipun dapat digunakan untuk mengendalikan arus masukan% keluaran arus% atau menjaga daya konstan# kon.erter Transormer !er!asis dapat mem!erikan isolasi antara input dan output# (ecara umum% istila& ?$7 ke $7 kon.erter? merujuk ke sala& satu kon.erter s5itc&ing# (irkuit ini adala& jantung dari mode po5er supply"s5itc&ed # (elain itu% masing"masing topologi mungkin) •
•
/ard diaktikan " transistor !erali& cepat saat terkena !aik tegangan penu& dan penu& saat ini Resonansi " se!ua& sirkuit =7 mem!entuk transistor tegangan dan arus yang melalui se&ingga transistor s5itc& saat !aik tegangan atau arus adala& nol
$7 $7 con.erters Magnetic untuk dapat dioperasikan dalam dua mode% menurut arus pada komponen utama magnet nya 8induktor atau trao9) •
•
7ontinuous " yang !er*uktuasi saat ini tetapi tidak perna& turun ke nol Terputus"putus " yang !er*uktuasi saat ini selama siklus% turun ke nol pada atau se!elum ak&ir setiap siklus
con.erter mungkin dirancang untuk !eroperasi dalam mode secara terus" menerus pada daya tinggi% dan dalam mode Terputus"putus pada daya renda&# T&e /al jem!atan dan ;ly!ack topologi yang sama dalam energi yang tersimpan dalam inti magnetik perlu terdisipasi se&ingga inti tidak '+'
jenu&# Transmisi tenaga listrik dalam rangkaian *y!ack di!atasi ole& jumla& energi yang dapat disimpan dalam inti% sedangkan sirkuit maju !iasanya di!atasi ole& I - karakteristik dari s5itc&# Meskipun MO(;ET s5itc& dapat mentolerir simultan penu& arus dan tegangan 85alaupun tegangan termal dan E=EKTROMIGRA(I dapat mempersingkat masa MTB;9% s5itc& !ipolar umumnya tidak !isa !egitu memerlukan penggunaan snu!!er 8atau dua9# ,#6 Multipleer Multipleer adala& rangkaian logika yang menerima !e!erapa input data digital dan menyeleksi sala& satu dari input terse!ut pada saat tertentu% untuk dikeluarkan pada sisi output#(eleksi data"data input dilakukan ole& selector line% yang juga merupakan input dari multipleer terse!ut# Blok diagram se!ua& multipleer ditunjukkan pada gam!ar # umla& data input maksimum pada multipleer adala& + jumla& (elect line#
Gam!ar ,#6#' Multipleer
'++
Gam!ar ,#6#+ ragkaian multipeer Kendali pada Multiplekser akan memili& saklar mana yang akan di&u!ungkan# (aluran kendali se!anyak ?n? saluran dapat menyeleksi +n saluran masukan# (e!agai conto&) se!ua& Multiplekser 0 ke ' dengan Kendali K' dan K+# Ketika saluran Ena!le L '% keluaran selalu !ernilai nol# Tetapi ketika saluran Ena!le L % keluaran ; diatur melalui K' dan K+#
TABE=,#6#, TABE=
KEBENARAN MH=TIP=EK(ER INI $IN>ATAKAN (EBAGAI BERIKHT)
ika E me5akili !erdasarkan ta!el keluaran ; dapat
Ena!l e
K+
K'
;
'
'
'
'
+
'
'
,
dinyatakan
saluran Ena!le% maka ke!enaran terse!ut se!agai )
; L E#o#K'#K+ J E#'#K'#K+ J E#+#K'#K+ J E#,#K'#K+
Berdasarkan persamaan logika ini disusunla& rangkaian logika Multiplekser 0 ke ' seperti ditunjukkan ole& gam!ar di!a5a& ini
'+,
Gam!ar ,#6#0 rangkaian logika Multiplekser 0 ke '
Multipleing ) rangkaian yang memiliki !anyak input tetapi &anya ' output dan dengan menggunakan sinyal"sinyal kendali% kita dapat mengatur penyaluran input tertentu kepada outputnya% se&ingga memungkinkan terjadinya transmisi sinyal yang !anyak melalui media tunggal# 8pengga!ungan + sinyal atau le!i& untuk disalurkan ke dalam ' saluran komunikasi9# Keuntungannya ) " &ost &anya !utu& satu port I-O untuk n terminal " &anya satu line transmisi yang di!utu&kan " meng&emat !iaya penggunaan saluran komunikasi " memanaatkan sum!erdaya see2sien mungkin " Menggunakan kapasitas saluran semaimum mungkin " Karakteristik permintaan komunikasi pada umum" nya memerlukan penyaluran data dari !e!erapa terminal ke titik yang sama# Teknik Multipleing ) " ;re\uency"di.ision multipleing 8;$M9 " Time"di.ision multipleing 8T$M9 " (tatistical time"di.ision multipleing 8(T$M9
'+0
Pemili&an ;$M% T$M dan (T$M ditentukan ole& ) " kapasitas kanal% " &arga peralatan " kon2gurasinya# ;re\uency $i.ision Multipleing 8;$M9 ) mu yang paling umum dan !anyak dipakai% dengan menumpuk sinyal pada !idang rekuensi# $ata yang dikirimkan akan dicampur !erdasarkan rekuensi# Banyak digunakan pada pengiriman sinyal analog# $ata tiap kanal dimodulasikan dengan ;(K untuk .oice grade c&annel#
Gam!ar ,#6#1 ;re\uency $i.ision Multipleing 8;$M9 ;$M dise!ut ?code transparent? artinya system sandi yang dipakai ole& data tidak mem!eri pengaru&# ;$M dapat !eroperasi secara ull duple + atau 0 ka5at# 7onto& ;$M adala& pada penggunaan radio dan T# Enam sum!er sinyal dimasukkan ke dalam suatu multipleer% yang memodulasi tiap sinyal ke dalam rekuensi yang !er!eda 8'%###%39# Tiap sinyal modulasi memerlukan !and5idt& center tertentu disekitar rekuensi carriernya% dinyatakan se!agai suatu c&annel# (inyal input 8analog digital9 akan ditransmisikan melalui medium dengan sinyal analog# 7onto&nya yaitu transmisi ull"duple ;(K 8;re\uency (&it Keying9% !roadcast dan T ka!el#
Time"di.ision multipleing 8T$M9
Gam!ar ,#6#3 Time"di.ision multipleing 8T$M9 Pada T$M% penam!a&an peralatan pengiriman data le!i& muda& dilakukan karena tidak akan mempengaru&i peralat"an yang suda& ada sampai pada !atas"!atas tertentu# T$M le!i& e2sien daripada ;$M karena ' saluran komunikasi telpon misalnya% dapat dipakai sampai dengan , terminal sekaligus# T$M yang umum dikenal adala& P7M# Terdapat 0 metode untuk coding amplitudo yaitu ) '+1
a# PAM 8Pulse Amplitudo Modulation9 !# PPM 8Pulse Position Modulation9 c# P7M 8Pulse 7ode Modulation9 d# P$M 8Pulse $uration Modulation9 >ang paling umum digunakan adala& P7M# Perkem!angan terak&ir dari te&nik multipleing iala& (tatistical Time $i.ision Multipleing 8(T$M9 yang mempunyai keuntungan dalam eesiensi penggunaan saluran secara le!i& !aik#
(tatistical Time"$i.ision Multipleing
Gam!ar,#6#4 Transmiter
Gam!ar ,#6#6 rame Crame T$M
Gam!ar ,#6#: Recei.er (tatistical T$M dikenal juga se!agai async&ronous T$M dan intelligent T$M% se!agai alternati.e sync&ronous T$M# E2siensi penggunaan saluran secara le!i& !aik di!andingkan ;$M dan T$M# Mem!erikan kanal &anya pada terminal yang mem!utu&kannya dan memanaatkan siat lalu lintas yang mengikuti karakteristik statistik# (T$M dapat mengidenti2kasi terminal mana yang mengganggur terminal mana yang mem!utu&kan transmisi dan mengalokasikan 5aktu pada jalur yang di!utu&kannya#
'+3
Hntuk input% ungsi multipleer ini untuk men"scan !uer"!uer input% mengumpulkan data sampai penu&% dan kemudian mengirim rame terse!ut# $an untuk output% multipleer menerima suatu rame dan mendistri!usikan slot"slot data ke !uer output tertentu#
$EMH=TI;=EER (e!ua& $emultipleer adala& rangkaian logika yang menerima satu input data dan mendistri!usikan input terse!ut ke !e!erapa output yang tersedia# (eleksi data"data input dilakukan ole& selector line% yang juga merupakan input dari demultipleer terse!ut# Blok diagram se!ua& demultipleer ditunjukkan pada gam!ar
Gam!ar ,#6#' $EMH=TI;=EER
'+4
BAB I IN(TRHMENTA(I PA$A MEKATRONIKA
(istem instrumentasi dan kendali dapat dilukiskan tersusun atas !e!erapa komponen sensor dan aktuator# (ensor 8sering juga dinamakan transduser9 adala& sistem yang mengukur !esaran lingkungan 8misalnya su&u% tekanan% kelem!a!an% ds!#9 dan mengkon.ersikannya menjadi !esaran listrik 8misalnya =M,1 mengkon.ersi su&u menjadi tegangan listrik9# analog"to"digital con.erter adala& sistem yang mengkon.ersikan !esaran listrik analog menjadi !esaran listrik digital inormation processing adala& sistem yang memproses !esaran digital menjadi !esaran digital yang lain display adala& sistem yang menampilkan suatu !esaran digital% misalnya layar monitor% =7$ display% 4"segment display% ds!# $igital"to"Analog con.erter adala& sistem yang mengkon.ersikan !esaran listrik digital menjadi !esaran listrik analog aktor atau aktuator adala& sistem yang mengkon.ersikan !esaran listrik analog menjadi !esaran lainnya misalnya kecepatan putaran% ds!#
0#'# (ensor adala& suatu alat yang dapat mengu!a& suatu !esaran 2sis% kimia maupun !iologi menjadi sinyal !esaran 2sis yang lain yang dapat diukur# $engan demikian sensor digunakan se!agai indera suatu alat 8instrument9# (ensor merupakan elemen pertama yang !ersentu&an langsung dengan o!yek uang akan diukur# (inyal dari sensor akan diteruskan ke unit proses selanjutnya untuk diola& se&ingga meng&asilkan output sesuai keinginan# (uatu sensor &arus memenu&i kriteria yang tela& ditetapkan% guna menentukan kualitas dari se!ua& sensor# Kriteria yang &arus dimiliki sensor% antara lain) • • •
Sensitif terhada# besaran yang diukur. !idak sensitif terhada# besaran lainnya. !idak mem#engaruhi sifat obHek yang diukur.
0#'#'# Peryaratan Hmum (ensor $alam memili& peralatan sensor yang tepat dan sesuai dengan sistem yang akan disensor maka perlu diper&atikan persyaratan umum sensor !erikut ini ) 8$ (&aron% dkk% ':6+9 a# =inearitas Ada !anyak sensor yang meng&asilkan sinyal keluaran yang !eru!a& secara kontinyu se!agai tanggapan ter&adap masukan yang !eru!a& secara kontinyu# (e!agai conto&% se!ua& sensor '+6
panas dapat meng&asilkan tegangan sesuai dengan panas yang dirasakannya# $alam kasus seperti ini% !iasanya dapat diketa&ui secara tepat !agaimana peru!a&an keluaran di!andingkan dengan masukannya !erupa se!ua& gra2k# Gam!ar '#' memperli&atkan &u!ungan dari dua !ua& sensor panas yang !er!eda# Garis lurus pada gam!ar '#'8a9# memperli&atkan tanggapan linier% sedangkan pada gam!ar '#'8!9# adala& tanggapan non"linier#
Gambar &..kkeluaran dari tranduser #anas 8( Sharon dkk, -+2)
!# (ensiti.itas (ensiti.itas akan menunjukan se!erapa jau& kepekaan sensor ter&adap kuantitas yang diukur# (ensiti.itas sering juga dinyatakan dengan !ilangan yang menunjukan peru!a&an keluaran di!andingkan unit peru!a&an masukanF# Be!erepa sensor panas dapat memiliki kepekaan yang dinyatakan dengan satu .olt per derajatF% yang !erarti peru!a&an satu derajat pada masukan akan meng&asilkan peru!a&an satu .olt pada keluarannya# (ensor panas lainnya dapat saja memiliki kepekaan dua .olt per derajatF% yang !erarti memiliki kepakaan dua kali dari sensor yang pertama# =inieritas sensor juga mempengaru&i sensiti.itas dari sensor# Apa!ila tanggapannya linier% maka sensiti.itasnya juga akan sama untuk jangkauan pengukuran keseluru&an# (ensor dengan tanggapan paga gam!ar '#'8!9 akan le!i& peka pada temperatur yang tinggi dari pada temperatur yang renda&#
c# Tanggapan
'+:
instrumen dengan tanggapan rekuensi yang jelek adala& se!ua& termometer merkuri# Masukannya adala& temperatur dan keluarannya adala& posisi merkuri# Misalkan peru!a&an temperatur terjadi sedikit demi sedikit dan kontinyu ter&adap 5aktu% seperti tampak pada gam!ar '#+8a9# ;rekuensi adala& jumla& siklus dalam satu detik dan di!erikan dalam satuan &ertD 8/D9# ' &ertD !erarti ' siklus per detik% ' kilo&ertD !erarti ' siklus per detik`# Pada rekuensi renda&% yaitu pada saat temperatur !eru!a& secara lam!at% termometer akan mengikuti peru!a&an terse!ut dengan setiaF# Tetapi apa!ila peru!a&an temperatur sangat cepat li&at gam!ar '#+8!9 maka tidak di&arapkan akan meli&at peru!a&an !esar pada termometer merkuri% karena ia !ersiat lam!an dan &anya akan menunjukan temperatur rata"rata#
Gambar &.2. !em#erature berubah secara kontinyu 8(. Sharon dkk, -+2)
Ada !ermacam cara untuk menyatakan tanggapan rekuensi se!ua& sensor# Misalnya% satu mili.olt pada 1 &ertDF# Tanggapan rekuensi dapat pula dinyatakan dengan deci!el 8d!9F% yaitu untuk mem!andingkan daya keluaran pada rekuensi tertentu dengan daya keluaran pada rekuensi reerensi#
>ayan I#B% 8'::69% mengatakan ketentuan lain yang perlu diper&atikan dalam memili& sensor yang tepat adala& dengan mengajukan !e!erapa pertanyaan !erikut ini) a# Apaka& ukuran 2sik sensor cukup memenu&i untuk dipasang pada tempat yang diperlukan !# Apaka& ia cukup akurat c# Apaka& ia !ekerja pada jangkauan yang sesuai d# Apaka& ia akan mempengaru&i kuantitas yang sedang diukur# (e!agai conto&% !ila se!ua& sensor panas yang !esar dicelupkan kedalam jumla& air air yang kecil% mala& menim!ulkan eek memanaskan air terse!ut% !ukan menyensornya#
',
a# Apaka& ia tidak muda& rusak dalam pemakaiannya# !# Apaka& ia dapat menyesuaikan diri dengan lingkungannya c# Apaka& !iayanya terlalu ma&al
','
0#'#+# enis (ensor Perkem!angan sensor sangat cepat sesuai kemajuan teknologi otomasi% semakin komplek suatu sistem otomasi di!angun maka semakin !anyak jenis sensor yang digunakan# Ro!otik adala& se!agai conto& penerapan sistem otomasi yang kompleks% disini sensor yang digunakan dapat dikatagorikan menjadi dua jenis sensor yaitu) 8$ (&aron% dkk% ':6+9 a# Internal sensor% yaitu sensor yang dipasang di dalam !odi ro!ot# (ensor internal diperlukan untuk mengamati posisi% kecepatan% dan akselerasi !er!agai sam!ungan mekanik pada ro!ot% dan merupakan !agian dari mekanisme ser.o# !#
Eternal sensor% yaitu sensor yang dipasang diluar !odi ro!ot# (ensor eksternal diperlukan karena dua macam alasan yaitu) '9 Hntuk keamanan dan +9 Hntuk penuntun#
>ang dimaksud untuk keamananF adala& termasuk keamanan ro!ot% yaitu perlindungan ter&adap ro!ot dari kerusakan yang ditim!ulkannya sendiri% serta keamanan untuk peralatan% komponen% dan orang"orang dilingkungan dimana ro!ot terse!ut digunakan# Berikut ini adala& dua conto& seder&ana untuk mengilustrasikan kasus diatas# 7onto& pertama) andaikan se!ua& ro!ot !ergerak keposisinya yang !aru dan ia menemui suatu &alangan% yang dapat !erupa mesin lain misalnya# Apa!ila ro!ot tidak memiliki sensor yang mampu mendeteksi &alangan terse!ut% !aik se!elum atau setela& terjadi kontak% maka aki!atnya akan terjadi kerusakan# 7onto& kedua) sensor untuk keamanan diilustrasikan dengan pro!lem ro!ot dalam mengam!il se!ua& telur# Apa!ila pada ro!ot dipasang pencengkram mekanik 8gripper9% maka sensor &arus dapat mengukur se!erapa !esar tenaga yang tepat untuk mengam!il telor terse!ut# Tenaga yang terlalu !esar akan menye!a!kan peca&nya telur% sedangkan apa!ila terlalu kecil telur akan jatu& terlepas#
Kini !agaimana dengan sensor untuk penuntun atau pemandu# Katogori ini sangatla& luas% tetapi conto& !erikut akan mem!erikan pertim!angan# 7onto& pertama) komponen yang terletak diatas !an !erjalan ti!a di depan ro!ot yang diprogram untuk menyemprotnya# Apa ',+
yang akan terjadi !ila se!ua& komponen &ilang atau dalam posisi yang sala&# Ro!ot tentunya &arus memiliki sensor yang dapat mendeteksi ada tidaknya komponen% karena !ila tidak ia akan menyemprot tempat yang kosong# Meskipun tidak terjadi kerusakan% tetapi &al ini !ukanla& sesuatu yang di&arapkan terjadi pada suatu pa!rik# 7onto& kedua) sensor untuk penuntun di&arapkan cukup canggi& dalam pengelasan# Hntuk melakukan operasi dengan !aik% ro!ot &arusla& menggerakkan tangkai las sepanjang garis las yang tela& ditentukan% dan juga !ergerak dengankecepatan yang tetap serta memperta&ankan suatu jarak tertentu dengan permukaannya#
(esuai dengan ungsi sensor se!agai pendeteksi sinyal dan meng" inormasikan sinyal terse!ut ke sistem !erikutnya% maka peranan dan ungsi sensor akan dilanjutkan ole& transduser# Karena keterkaitan antara sensor dan transduser !egitu erat maka pemili&an transduser yang tepat dan sesuai juga perlu diper&atikan#
0#'#,# Klasi2kasi (ensor (ecara umum !erdasarkan ungsi dan penggunaannya sensor dapat dikelompokan menjadi , !agian yaitu) a# sensor t&ermal 8panas9 !# sensor mekanis c# sensor optik 8ca&aya9
(ensor t&ermal adala& sensor yang digunakan untuk mendeteksi gejala peru!a&an panas-temperature-su&u pada suatu dimensi !enda atau dimensi ruang tertentu# 7onto&nya@ !imetal% termistor% termokopel% RT$% p&oto transistor% p&oto dioda% p&oto multiplier% p&oto.oltaik% inrared pyrometer% &ygrometer% ds!# (ensor mekanis adala& sensor yang mendeteksi peru!a&an gerak mekanis% seperti perpinda&an atau pergeseran atau posisi% gerak lurus dan melingkar% tekanan% aliran% le.el ds!# 7onto&@ strain gage% linear .aria!le deerential transormer 8=$T9% proimity% potensiometer% load cell% !ourdon tu!e% ds!#
',,
(ensor optic atau ca&aya adala& sensor yang mendeteksi peru!a&an ca&aya dari sum!er ca&aya% pantulan ca&aya ataupun !ias ca&aya yang mengernai !enda atau ruangan# 7onto&@ p&oto cell% p&oto transistor% p&oto diode% p&oto .oltaic% p&oto multiplier% pyrometer optic
0#+# (ensor T&ermal A7# (ri.asta.a% 8':649% mengatakan temperatur merupakan sala& satu dari empat !esaran dasar yang diakui ole& (istem Pengukuran Internasional 8T&e International Measuring (ystem9# =ord Kel.in pada ta&un '606 mengusulkan skala temperature termodinamika pada suatu titik tetap triple point% dimana ase padat% cair dan uap !erada !ersama dalam e\uili!rium% angka ini adala& +4,%'3 oK 8 derajat Kel.in9 yang juga merupakan titik es# (kala lain adala& 7elcius% ;a&ren&eit dan Rankine dengan &u!ungan se!agai !erikut) o
; L :-1 o7 J ,+ atau
o
7 L 1-: 8o;",+9 atau
o
R L o; J 01:%3:
>ayan I#B% 8'::69% mengatakan temperatur adala& kondisi penting dari suatu su!strat# (edangkan panas adala& sala& satu !entuk energi yang diasosiasikan dengan akti2tas molekul"molekul dari suatu su!stratF# Partikel dari suatu su!strat diasumsikan selalu !ergerak# Pergerakan partikel inila& yang kemudian dirasakan se!agai panas# (edangkan temperatur adala& ukuran per!andingan dari panas terse!ut# Pergerakan partikel su!strat dapat terjadi pada tiga dimensi !enda yaitu) '# Benda padat% +# Benda cair dan ,# Benda gas 8udara9 Aliran kalor su!strat pada dimensi padat% cair dan gas dapat terjadi secara ) '# Konduksi% yaitu pengaliran panas melalui 8peng&antar9 secara kontak langsung#
!enda padat
+# Kon.eksi% yaitu pengaliran panas melalui media cair secara kontak langsung# ,# Radiasi% yaitu pengaliran panas melalui media udara-gas secara kontak tidak langsung# ',0
Pada aplikasi pendeteksian atau pengukuran tertentu% dapat dipili& sala& satu tipe sensor dengan pertim!angan ) '# Penampilan 8Perormance9 +# Ke&andalan 8Relia!le9 dan ,# ;aktor ekonomis 8 Economic9
Pemili&an enis (ensor (u&u /al"&al yang perlu diper&atikan se&u!ungan dengan pemili&an jenis sensor su&u adala&) 8>ayan I#B% '::69 '# =e.el su&u maksimum dan minimum dari suatu su!strat yang diukur# +# angkauan 8range9 maksimum pengukuran ,# Kondukti.itas kalor dari su!strat 0# Respon 5aktu peru!a&an su&u dari su!strat 1# =inieritas sensor 3# angkauan temperatur kerja (elain dari ketentuan diatas% perlu juga diper&atikan aspek p&isik dan kimia dari sensor seperti keta&anan ter&adap korosi 8karat9% keta&anan ter&adap guncangan% pengka!elan 8instalasi9% keamanan dan lain"lain#
Tempertur Kerja (ensor (etiap sensor su&u memiliki temperatur kerja yang !er!eda% untuk pengukuran su&u disekitar kamar yaitu antara ",1o7 sampai '1o7% dapat dipili& sensor NT7% PT7% transistor% dioda dan I7 &i!rid# Hntuk su&u menenga& yaitu antara '1o7 sampai 4o7% dapat dipili& t&ermocouple dan RT$# Hntuk su&u yang le!i& tinggi sampai '1o7% tidak memungkinkan lagi dipergunakan sensor"sensor kontak langsung% maka teknis pengukurannya dilakukan menggunakan cara radiasi# Hntuk pengukuran su&u pada daera& sangat dingin di!a5a& 31oK L "+6o7 8 o7 L +4,%'3oK 9 dapat digunakan resistor kar!on !iasa karena pada su&u ini kar!on !erlaku seperti semikonduktor# Hntuk su&u antara 31oK sampai ",1o7 dapat digunakan kristal silikon dengan kemurnian tinggi se!agai sensor#
0#+#'# Bimetal Bimetal adala& sensor temperatur yang sangat populer digunakan karena keseder&anaan yang dimilikinya# Bimetal !iasa ',1
dijumpai pada alat strika listrik dan lampu kelap"kelip 8dimmer9# Bimetal adala& sensor su&u yang ter!uat dari dua !ua& lempengan logam yang !er!eda koeisien muainya 89 yang direkatkan menjadi satu# Bila suatu logam dipanaskan maka akan terjadi pemuaian% !esarnya pemuaian tergantung dari jenis logam dan tingginya temperatur kerja logam terse!ut# Bila dua lempeng logam saling direkatkan dan dipanaskan% maka logam yang memiliki koe2sien muai le!i& tinggi akan memuai le!i& panjang sedangkan yang memiliki koe2sien muai le!i& renda& memuai le!i& pendek# Ole& karena per!edaan reaksi muai terse!ut maka !imetal akan melengkung keara& logam yang muainya le!i& renda&# $alam aplikasinya !imetal dapat di!entuk menjadi saklar Normally 7losed 8N79 atau Normally Open 8NO9#
Gambar &.$. 5ontruksi /imetal 8 ayan I./, --+)
$isini !erlaku rumus pengukuran temperature d5i"logam yaitu ) ρ =
t 631 + m 2 *α A
+ 1 +
mmm 2
+ 1 5 mn4
+ α B T 2 − T 1 1 + m
2
8+#'9
dan dalam praktek tB-tA L ' dan 8nJ'9#n L+% se&ingga@ ρ =
3α A
2 t − α B T 2
− T 1
8+#+9
0#+#+# Termistor Termistor atau ta&anan t&ermal adala& alat semikonduktor yang !erkelakuan se!agai ta&anan dengan koe2sien ta&anan temperatur ',3
yang tinggi% yang !iasanya negati# Hmumnya ta&anan termistor pada temperatur ruang dapat !erkurang 3 untuk setiap kenaikan temperatur se!esar 'o7# Kepekaan yang tinggi ter&adap peru!a&an temperatur ini mem!uat termistor sangat sesuai untuk pengukuran% pengontrolan dan kompensasi temperatur secara presisi# Termistor ter!uat dari campuran oksida"oksida logam yang diendapkan seperti) mangan 8Mn9% nikel 8Ni9% co!alt 87o9% tem!aga 87u9% !esi 8;e9 dan uranium 8H9# Rangkuman ta&anannya adala& dari %1 Ω sampai 41 Ω dan tersedia dalam !er!agai !entuk dan ukuran# Hkuran paling kecil !er!entuk mani"manik 8!eads9 dengan diameter %'1 mm sampai '%+1 mm% !entuk piringan 8disk9 atau cincin 85as&er9 dengan ukuran +%1 mm sampai +1 mm# 7incin"cincin dapat ditumpukan dan di tempatkan secara seri atau paralel guna memper!esar disipasi daya# $alam operasinya termistor memanaatkan peru!a&an resisti.itas ter&adap temperatur% dan umumnya nilai ta&anannya turun ter&adap temperatur secara eksponensial untuk jenis NT7 8 Negati.e T&ermal 7oesien9
Gambar &.&.. 5on6gurasi !hermistorA 8a) coated=bead 8b) disk 8c) dioda case dan 8d) thin=6lm
Teknik Kompensasi Termistor) Karkateristik termistor !erikut memperli&atkan &u!ungan antara temperatur dan resistansi seperti tampak pada gam!ar +#0
',4
Gambar 2.&. Gra6k !ermistor resistansi "s tem#eratuerA 8a) logaritmik
8b) skala linier
Hntuk pengontrolan perlu mengu!a& ta&anan menjadi tegangan% !erikut rangkaian dasar untuk mengu!a& resistansi menjadi tegangan#
Gambar &.'. Rangkaian uHi termistor sebagai #embagi tegangan
T&ermistor dengan koe2sien positi 8PT7% tidak !aku9
Gambar &.. !ermistor Henis P!4A 8a) linier
8b) sitching
7ara lain untuk mengu!a& resistansi menjadi tegangan adala& dengan teknik linearisasi#
',6
$aera& resistansi mendekati linier
Hntuk teknik kompensasi temperatur menggunakan rangkaian penguat jem!atan le!i& !aik digunakan untuk jenis sensor resistansi karena rangkaian jem!atan dapat diatur titik kesetim!angannya#
',:
Gambar &.*. (ua buah !ermistor inierA 8a) Rangkaian sebenarnya 8b) Rangkaian 3ki"alen
Gambar &.+. Rangkaian #enguat Hembatan untuk resistansi sensor
0#+#,# Resistance T&ermal $etector 8RT$9 RT$ adala& sala& satu dari !e!erapa jenis sensor su&u yang sering digunakan# RT$ di!uat dari !a&an ka5at ta&an korosi% ka5at terse!ut dililitkan pada !a&an keramik isolator# Ba&an terse!ut antara lain@ platina% emas% perak% nikel dan tem!aga% dan yang ter!aik adala& !a&an platina karena dapat digunakan menyensor su&u sampai '1o 7# Tem!aga dapat digunakan untuk sensor su&u yang le!i& renda& dan le!i& mura&% tetapi tem!aga muda& terserang korosi#
'0
Gamabar. &.-. 5onstruksi R!(
RT$ memiliki keunggulan di!anding termokopel yaitu) '# Tidak diperlukan su&u reerensi +# (ensiti.itasnya cukup tinggi% yaitu dapat dilakukan dengan cara mem"perpanjang ka5at yang digunakan dan memper!esar tegangan eksitasi# ,# Tegan eganga gan n outp output ut yang yang di&a di&asi silk lkan an 1 1 kali ali le!i le!i& & !esa !esarr dari dari termokopel 0# $apat digunakan ka5at peng&antar yang le!i& panjang karena noise tidak jadi masala& 1# Tegangan keluaran yang tinggi% maka !agian elektronik pengola& sinyal menjadi seder&ana dan mura&#
Resista esistance nce T&erm T&ermal al $etect $etector or 8RT$ 8RT$99 peru!a peru!a&an &an ta&ana ta&ananny nnya a le!i& le!i& linear linear ter&ad ter&adap ap temper temperatu aturr uji tetapi tetapi koe2s koe2sien ien le!i& le!i& renda renda& & dari dari t&ermistor dan model matematis linier adala&) RT
= R 0 1 + α ∆ t
(edangkan model matematis nonliner kuadratik kuadratik adala&)
Gambar &.0. Resistansi Resistans i "ersus !em#eratur untuk "ariasi R!( metal
'0'
Bentuk lain dari Konstruksi RT$
Gambar &.. Jenis R!(A
8a) :ire 8b) 4eramic !ube
8c) !hin ilm
Rangkaian Penguat untuk t&ree"5ire RT$
&.2 .2. 8a) 8a) !hr !hree :ire ire R!(
Gambar 8b) Rang angkaia kaian n Pen Penguat guat
Ekspansi $aera& =inier Ekspansi daera& linear dapat dilakukan dengan dua cara yaitu) '# Menggunakan tegangan reerensi reerensi untuk kompensasi kompensasi nonlinieritas +# Melakukan kompensasi dengan umpan !alik positi
'0+
Gambar &.$. 5om#ensasi 5om#ensasi non linier 8a) Res#on R!( non linierK /lok diagram rangkaian koreksi
8b)
0#+#0# Termokopel Pem!uat em!uatan an termok termokope opell didasa didasark rkan an atas atas siat siat t&erm t&ermal al !a&an !a&an loga logam# m# ik ika se!u se!ua& a& !ata !atang ng loga logam m dipa dipana nask skan an pada pada sala sala& & satu satu ujungnya maka pada ujung terse!ut elektron"elektron dalam logam akan ak an !er !ergera gerak k sema semaki kin n ak akti ti dan dan ak akan an mene menemp mpat atii ruan ruang g yang yang semakin luas% elektron"elektron saling desak dan !ergerak ke ara& ujung !atang yang tidak dipanaskan# $engan demikian pada ujung !atang yang dipanaskan akan terjadi muatan positi# positi# Ker erap apat atan an elec electtron untu untuk k seti setiap ap !a& !a&an loga logam m !er er!e !eda da tergantung dari jenis logam# ika dua !atang logam disatukan sala& satu ujungnya% dan kemudian dipanaskan% maka elektron dari !atang logam yang memiliki kepadatan tinggi akan !ergerak ke !atang yang kepad epadat atan an elek elekttronny nnya renda enda&% &% den dengan gan demik emikia ian n ter terjadi jadila la& & per!edaan tegangan diantara ujung kedua !atang logam yang tidak disatukan atau dipanaskan# Besarnya termolistrik atau gem 8 gaya electromagnet 9 yang di&asilkan menurut T# (ee!ack 8'6+'9 yang menemukan menemukan &u!ungan per!edaan per!edaan panas panas 8T' dan T+9 dengan gaya gerak gerak listrik listrik yang yang di&asi di&asilk lkan an E% Peltir eltir 8'6,09 8'6,09%% menemu menemuka kan n gejala gejala panas yang mengalir dan panas yang diserap pada titik &ot"juction dan cold"junction% dan (ir
'0,
Gambar. &.'. /eda #otensial #ada termoko#el
Bila Bila ujun ujung g loga logam m yang yang tida tidak k dipa dipana nask skan an di&u di&u!u !ung ng sing singka kat% t% peram!atan panas dari ujung panas ke ujung dingin akan semakin cepat# (e!aliknya !ila suatu termokopel di!eri tegangan listrik $7% mak maka diuj diujun ung g sam! sam!un unga gan n terj terjad adii panas anas atau atau menj menjad adii ding dingin in tergan tergantun tung g polari polaritas tas !a&an !a&an 8dere 8derett olta9 olta9 dan polari polaritas tas tegang tegangan an sum!er# $ari prinsip ini memungkinkan mem!uat termokopel menjadi pendingin# T&ermocouple se!agai sensor temperatur memanaatkan !eda 5orkunction dua !a&an metal#
Gambar &.. Bubungan !ermoko#el 8a) titik beda #otensial 8b) daerah #engukuran #engukuran dan dan titik referensi
0#+#1# $ioda se!agai (ensor Temperatur $ioda $ioda dapat dapat pula pula diguna digunaka kan n se!aga se!agaii sensor sensor temper temperatu aturr yaitu yaitu dengan memanaatkan siat tegangan tegangan junction junction
$imanaatkan $imanaatkan juga pada sensor temperatur rangkaian terintegrasi 8mem 8memil ilik ikii rang rangk kaian aian peng pengua uatt dan dan kompe ompens nsas asii dala dalam m c&ip c&ip yang yang sama9# 7onto& rangkaian dengan dioda se!agai sensor temperature )
'00
7onto& rangkaian dengan I7 sensor
Rangk Rangkain ain alter alternat nati i untuk untuk mengu! mengu!a& a& arus arus menjad menjadii tegang tegangan an pada pada I7 sensor temperature
Gambar &.20. Rangkaian #eubah arus ke tegangan untuk I4 termo sensor
'01
0#+#3# Inrared Pyrometer
(ensor inramera& dapat pula digunakan untuk sensor temperatur
Gambar &.2. Infrared Pyrometer sebagai sensor tem#eratur
Memaatkan peru!a&an panas antara ca&aya yang dipancarkan dengan diterima yang diterima pyrometer ter&adap o!jek yang di deteksi#
0#,# (ensor Mekanik Pergerakkan mekanis adala& tindakan yang paling !anyak dijumpai dalam ke&idupan se&ari"&ari% seperti perpinda&an suatu !enda dari suatu posisi ke posisi lain% kecepatan mo!il di jalan raya% dongrak mo!il yang dapat mengangkat mo!il se!erat ' ton% de!it air didalam pipa pesat% tinggi permukaan air dalam tanki# (emua gerak mekanis terse!ut pada intinya &anya terdiri dari tiga macam% yaitu gerak lurus% gerak melingkar dan gerak memuntir# Gerak mekanis dise!a!kan ole& adanya gaya aksi yang dapat menim!ulkan gaya reaksi# Banyak cara dilakukan untuk mengeta&ui atau mengukur gerak mekanis misalnya mengukur jarak atau posisi dengan meter% mengukur kecepatan dengan tac&ometer% mengukur de!it air dengan rotameter ds!# Tetapi jika ditemui gerakan mekanis yang !erada dalam suatu sistem yang kompleks maka diperlukan se!ua& sensor untuk mendeteksi atau mengimormasikan nilai yang akan diukur# Berikut akan dija!arkan !e!erapa jenis sensor mekanis yang sering dijumpai di dalam ke&idupan se&ari"&ari#
0#,#'# (ensor Posisi '03
Pengukuran posisi dapat dilakukan dengan cara analog dan digital# Hntuk pergeseran yang tidak terlalu jau& pengukuran dapat dilakukan menggunakan cara"cara analog% sedangkan untuk jarak pergeseran yang le!i& panjang le!i& !aik digunakan cara digital# /asil sensor posisi atau perpinda&an dapat digunakan untuk mengukur perpinda&an linier atau angular# Teknis perlakuan sensor dapat dilakukan dengan cara ter&u!ung langsung 8 kontak 9 dan tidak ter&u!ung langsung 8 tanpa kontak 9#
0#,#'#'# (train gauge 8(G9 (train gauge dapat dijadikan se!agai sensor posisi# (G dalam operasinya memanaatkan peru!a&an resistansi se&ingganya dapat digunakan untuk mengukur perpinda&an yang sangat kecil aki!at pem!engkokan 8tensile stress9 atau peregangan 8tensile strain9# $einisi elastisitas 89 strain gauge adala& per!andingan peru!a&an panjang 8Z=9 ter&adap panjang semula 8=9 yaitu)
atau per!andingan peru!a&an resistansi 8ZR9 ter&adap resistansi semula 8R9 sama dengan aktor gage 8G 9 dikali elastisitas starin gage 89 )
(ecara konstruksi (G ter!uat dari !a&an metal tipis 8oil9 yang diletakkan diatas kertas# Hntuk proses pendeteksian (G ditempelkan dengan !enda uji dengan dua cara yaitu) '# Ara& perapatan-peregangan di!uat sepanjang mungkin 8aial9 +# Ara& tegak lurus perapatan-peregangan di!uat sependek mungkin 8lateral9
Gambar &.22. /entuk #hisik strain gauge
'04
;aktor gauge 8G 9 merupakan tingkat elastisitas !a&an metal dari (G# metal incompressi!le G L + pieDoresisti G L, pieDoresisti sensor digunakan pada I7 sensor tekanan Hntuk melakukan sensor pada !enda uji maka rangkaian dan penempatan (G adala& disusun dalam rangkaian jem!atan dua strain gauge digunakan !erdekatan% satu untuk peregangan-perapatan % satu untuk kompensasi temperatur pada posisi yang tidak terpengaru& peregangan- perapatan respons rekuensi ditentukan masa tempat strain gauge ditempatkan
Gambar &.2$. Pemasangan strain gaugeA 8a) rangkaian Hembatan 8b) gage dan gage 2 #osisi -0 8c) gage dan gage 2 #osisi seHaHar
0#,#'#+# (ensor Indukti dan Elektromagnet (ensor indukti memanaatkan peru!a&an induktansi se!agai aki!at pergerakan inti eromagnetik dalam koil aki!at !a&an eromagnetik yang mendekat
'06
Gambar &.2&. Sensor #osisiA 8a) Inti bergeser datar 8b) Inti I bergser ber#utar, 8c) Rangkaian "ariable induktansi
Rangkaian pem!aca peru!a&an induktansi ) dua induktor disusun dalam rangkaian jem!atan% satu se!agai dummy# tegangan !ias jem!atan !erupa sinyal ac# peru!a&an induktasi dikon.ersikan secara linier menjadi peru!a&an tegangan# output tegangan ac diu!a& menjadi dc atau di!aca menggunakan detektor asa#
Gambar &.2'. Rangkaian uHi sensor #osisi induktif
(ensor elektromagnetik memanatkan ter!angkitkannya gaya em ole& pada koil yang mengalami peru!a&an medan magnit# output tegangan se!anding dengan kecepatan peru!a&an posisi koil ter&adap sum!er magnit#
'0:
peru!a&an medan magnit diperole& dengan pergerakan sum!er medan magnit atau pergerakan koilnya 8seperti pada mikroon dan loudspeaker9#
Gambar $.'. Pemakaian sensor #osisiA 8a) #ada micro#hone, 8b) #ada louds#eaker
0#,#'#,# =inier aria!le $ierential Transormer 8=$T9
C memanaatkan peru!a&an induksi magnit dari kumparan primer ke dua kumparan sekunder# C dalam keadaan setim!ang% inti magnet terletak ditenga& dan kedua kumparan sekunder menerima *uks yang sama# C dalam keadaan tidak setim!ang% *uks pada satu kumparan naik dan yang lainnya turun# C tegangan yang di&asilkan pada sekunder se!ading dengan peru!a&an posisi inti magnetic#
C &u!ungan linier kesetim!angan#
!ila
inti
masi&
disekitar
posisi
'1
Gambar $.. <(! sebagai sensor #osisiA 8a) konstruksi <(!, 8b) Rangakaian listrik, 8c) rangkaia uHi <(!, 8d) 5arakteristik <(!
C rangkaian detektor sensiti asa pem!aca perpinda&an dengan =$T
Gambar $.*. Rangkain uHi elektronik <(!
'1'
0#,#'#0# $etektor Proimity 8a9 saklar reed yang memanatkan saklar yang ter&u!ung atau terlepas !erdasarkan medan magnet# 8!9 R;"lost aki!at adanya !a&an metal yang menyerap medan magnet 8rekuensi 0"+ k/D9 yang mengaki!atkan detector R; turun aki!at pem!e!anan rangkaian resonansi =7 pada osilator# 8c9 $etector kapasitansi mengamati peru!a&an kapasitansi ole& !a&an nonkonduktor# 8d9 pancaran ca&aya terokus#
Gambar $.+. /ebera#a sensor #ro7imity
0#,#'#1# Potensiometer Potensiometer yang tersedia di pasaran terdiri dari !e!erapa jenis% yaitu) potensiometer kar!on% potensiometer 5ire 5ound dan potensiometer metal 2lm#
'1+
'# Potensiometer kar!on adala& potensiometer yang ter!uat dari !a&an kar!on &arganya cukup mura& akan tetapi kepressian potensiometer ini sangat renda& !iasanya &arga resistansi akan sangat muda& !eru!a& aki!at pergeseran kontak# +#
Potensiometer gulungan ka5at 85ire 5ound9 adala& potensiometer yang menggunakan gulungan ka5at nikelin yang sangat kecil ukuran penampangnya# Ketelitian dari potensiometer jenis ini tergantung dari ukuran ka5at yang digunakan serta kerapi&an penggulungannya#
,# Metal 2lm adala& potensiometer yang menggunakan !a&an metal yang dilapiskan ke !a&an isolator#
Gambar $.- Macam Potensiometer
Potensiometer kar!on dan metal 2lm jarang digunakan untuk kontrol industri karena cepat aus# Potensiometer 5ire 5ound adala& potensiometer yang menggunakan ka5at &alus yang dililit pada !atang metal# Ketelitian potensiometer tergantung dari ukuran ka5at# Ka5at yang digunakan !iasanya adala& ka5at nikelin# Penggunaan potensiometer untuk pengontrolan posisi cukup praktis karena &anya mem!utu&kan satu tegangan eksitasi dan !iasanya tidak mem!utu&kan pengola& sinyal yang rumit# Kelema&an penggunaan potensiometer terutama adala&) '# 7epat aus aki!at gesekan +# (ering tim!ul noise terutama saat pergantian posisi dan saaat terjadi lepas kontak ,# Muda& terserang korosi 0# Peka ter&adap pengotor
'1,
Potensiometer linier adala& potensiometer yang peru!a&an ta&anannya sangat &alus dengan jumla& putaran sampai sepulu& kali putaran 8multi turn9# Hntuk keperluan sensor posisi potensiometer linier memanaatkan peru!a&an resistansi% diperlukan proteksi apa!ila jangkauan ukurnya mele!i&i rating% linearitas yang tinggi &asilnya muda& di!aca tetapi &ati"&ati dengan riksi dan !acklas& yang ditim!ulkan% resolusinya ter!atas yaitu %+ C %1
Gambar $.20. Rangkaian uHi Potensiometer
0#,#'#3# Optical le.er displacement detektor memanaatkan pematulan !erkas ca&aya dari sum!er ke detektor linieritas &anya !aik untuk perpinda&an yang kecil
Gambar $.2. L#tical e"er (is#lacement (etector
'10
0#,#+# (ensor Kecepatan 8 Motion (ensor 9 Pengukuran kecepatan dapat dilakukan dengan cara analog dan cara digital# (ecara umum pengukuran kecepatan ter!agi dua cara yaitu) cara angular dan cara translasi# Hntuk mengukur kecepatan translasi dapat diturunkan dari cara pengukuran angular# >ang dimaksud dengan pengukuran angular adala& pengukuran kecepatan rotasi 8!erputar9% sedangkan pengukuran kecepatan translasi adala& kecepatan gerak lurus !eraturan dan kecepatan gerak lurus tidak !eraturan#
0#,#+#'# Tac&o Generator (ensor yang sering digunakan untuk sensor kecepatan angular adala& tac&o generator# Tac&o generator adala& se!ua& generator kecil yang mem!angkitkan tegangan $7 ataupun tegangan A7# $ari segi eksitasi tac&o generator dapat di!angkitkan dengan eksitasi dari luar atau im!as elektromagnit dari magnit permanent# Tac&o generator $7 dapat mem!angkitkan tegangan $7 yang langsung dapat meng&asilkan inormasi kecepatan% sensiti.itas tac&o generator $7 cukup !aik terutama pada daera& kecepatan tinggi# Tac&o generator $7 yang !ermutu tinggi memiliki kutu!" kutu! magnit yang !anyak se&ingga dapat meng&asilkan tegangan $7 dengan riak gelom!ang yang !errekuensi tinggi se&ingga muda& diratakan# Keuntungan utama dari tac&o generator ini adala& diperole&nya inormasi dari ara& putaran# (edangakan kelema&annya adala& ) '# (ikat komutator muda& &a!is +# ika digunakan pada daera& !ertemperatur tinggi% maka magnet permanent akan mengalami kelela&an% untuk kasus ini% tac&o generator sering dikali!rasi# ,# Peka ter&adap de!u dan korosi Tac&o generator A7 !erupa generator singkron% magnet permanent diletakkan di!agian tenga& yang !erungsi se!agai rotor# (edangkan statornya !er!entuk kumparan !esi lunak# Ketika rotor !erputar di&asilkan tegangan induksi di !agian statornya# Tipe lain dari tac&o generator A7 adala& tipe induksi% rotor di!uat !ergerigi% stator !erupa gulungan ka5at !erinti !esi# Medan magnet permanent dipasang !ersamaan di stator# Ketika rotor !erputar% terjadi peru!a&an medan magnet pada gigi yang kemudian mengim!as ke gulungan stator#
'11
Kele!i&an utama dari tac&o generator A7 adala& relati ta&an ter&adap korosi dan de!u% sedangkan kelema&annya adala& tidak mem!erikan inormasi ara& gerak#
(tator magnet pemanen Komutat or !erputar !ersama rotor
Rotor inti !esi !erputar !ersama kumparan dan komutator Kumparan% ujung" ujung ka5atnya di&u!ungkan ke komutator
Terminal keluaran
Gambar $.22. 5ontruksi !acho Generator (4
Rotor magnet permanent diiputar H
(
Tegangan keluaran A7
Kumparan stator
Gambar $.2$. 5ontruksi !acho Generator %4
Rotor !ergeri gi
H
H Tegangan keluaran A7
(
(
Kumparan stator magnit permanen
'13
Gambar $.2&. 5ontruksi !acho Generator %4 dengan rotor bergerigi
0#,#+#+# Pengukuran Kecepatan 7ara $igital# Pengukuran kecepatan cara digital dapat dilakukan dengan cara indukti% kapasiti dan optik# Pengukuran dengan cara induksi dilakukan menggunakan rotor !ergerigi% stator di!uat dari kumparan yang dililitkan pada magnet permanen# Keluaran dari sensor ini !erupa pulsa"pulsa tegangan# Penggunaan cara ini cukup seder&ana% sangat praktis tanpa memerlukan kopling mekanik yang Kumpara rumit% serta memiliki ke&andalan yang tinggi% tetapi kelema&annya Rotor n tidak dapat !ergigi digunakan untuk mengukur kecepatan renda& dan tidak Induktor dapat menampilkan ara& putaran#
Magnit Permane n
Gambar $.2'. Sensor 5ece#atan (igital !i#e Induktor
Tipe lain sensor kecepatan adala& cara Optik# Rotor di!uat dari !a&an metal atau plastik gelap% rotor di!uat !erlu!ang untuk mem!eri tanda kepada sensor ca&aya# Bila diinginkan inormasi ara& kecepatan% digunakan dua !ua& sensor yang dipasang !erdekatan# Inormasi ara& gera& dapat diperole& dengan cara mendeteksi sensor mana yang le!io& da&ulu mendapat sinar 8akti9# (ensor ca&aya sangat peka ter&adap pengotor de!u% olej karena itu keselurujan !agian sensor 8stator dan rotor9 &arus diletakkan pada kemasan tertutup# Kele!i&an sensor ini memiliki linearitas yang sangat tinggi untuk daera& jangkauan yang sangat luas# Kelema&annya adala& masi& diperlukan adanya kopling mekanik dengan sistem yang di sensor#
Elemen sensor ca&aya
'14
Gambar $.2. Sensor 5ece#atan 4ara L#tik
(ensor kecepatan digital lain adala& menggunakan kapsit% yaitu rotor di!uat dari !a&an metal% !entuknya !ulat# Rotor !erputar dengan poros tidak sepusat atau !ergeser kepinggir sedikit# (tator di!uat dari !a&an metal dipasang dengan melengkung untuk memper!esar sensiti.itas dari sensor# Ketika rotor diputar maka akan terjadi peru!a&an kapasitansi diantara rotor dan stator karena putaran rotor tidak simetris# Penerapan dari sensor ini teruatama jika diperlukan pemasangan sensor kecepatan yang !erada dilingkungan *uida#
Isolato r
(um!u rotor
Gambar $.2*. Sensor 5ece#atan 4ara 5a#asitansi.
0#,#,# (ensor Tekanan 8 Presure (ensor 9 Transduser tekanan dan gaya 8load cell9 C terdiri dari !a&an elastis dan sensor perpinda&an 8displacement9 C !esaran ukur 8i9 strain atau 8ii9 displacement C pengelompokan) tipe a!solute gauge dan dierensial
'16
Gambar $.2+. Sensor tekanan diafragmaA diafragma ti#e datar, 8b) diafragma bergelombang, 8c) media ka#asistansi
sensor tekanan dengan diaragma relia!le% sukar di!uat% reproduci!le# a# !esaran ukur strain dengan strain gauge atau displacement dengan kapasitansi# !# pengukuran dengan kapasitansi dalam rangkaian jem!atan sangat sensiti dan ma&al# c# Penempatan dan rangkaian sensor# d#
rangkaian jem!atan untuk kompensasi temperature# resistor sensiti temperatur !aik dalam jem!atan maupun pada regulator tegangan#
'1:
Gambar $.2-. Rangkaian uHi sensor tekanan strain gaugeA 8a) rangakaian Hembatan tan#a kom#ensator, 8b) rangakaian Hembatan dengan kom#ensator
0#,#,#'# Transduser Tekanan silikon C
memanaatkan silikon se!agai !a&an diaragmanya% rangkaian !isa terintegrasi
strain
ukur
dan
C le!i& sensisti dari metal karena strain 8displacement9 dan siat pieDoresisti muncul !ersamaan C
selalu menggunakan 0 gauge dalam jem!atan% masala& yang di&adapi gauge tidak identik sangat sensiti ter&adap temperatur
C alternati solusi) eksitasi arus kompensasi tegangan jem!atan kompensasi penguatan ampli2er
'3
,5
Gambar $.$0. Straingage #ie1oresistifA 8a) #hisik #ei1oresistif straingage, 8b) karakteristik #ei1oresistif sg, 8c) res#on tem#eratur #ada kon6gurasi Hembatan
C konstruksi sensor tekanan silikon diaragma dengan proses etsa strain gauge dengan diusi dopan
Gambar $.$. Sensor tekanan Henis diafragma siliconA 8a) diafragma datar, 8b) diafragma melingkar lebih sensitif
'3'
C konstruksi paket sensor tekanan silikon dengan rangkaian kompensasi dan penguat
Gambar $.$2. Sensor tekanan semikonduktorA 8a) konstruksi sensor, 8b)blok diagram rangkaian sensor
0#,#,#+# (ensor Tekanan Tipe Bourdon dan Bello5 C !esaran ukur perpinda&an 8displacement9 memanaatkan =$T% sensor reluktansi".aria!el% potensiometer# C kon.ersi tekanan ke perpinda&an menggunakan ta!ung Bourdon atau Bello5s#
'3+
Gambar $.$$. Sensor tekanan ti#e lainA 8a) dan 8b) ti#e /ourdon, 8c) dan 8d) ti#e bello
0#,#,#,# =oad cell C cara kerja mirip dengan sensor tekanan yaitu mengu!a& gaya menjadi perpinda&an# C menggunakan rangkaian jem!atan untuk pem!acaan% kali!rasi dan kompensasi temperatur# C alternati lain menggunakan mengukur peru!a&an gaya
kristal
pieDoelektrik
untuk
C kon2gurasi load cell
Gambar $.$&. /ebera#a 4ontoh 5on6gurasi oad 4ell
(pesi2kasi Error dan Nonlinearitas pada (ensor
'3,
Gambar $.$'. Res#on sensor secara umum 8a) Sim#angan Sim#angan dari garis linear 8b) /entuk sinyal sinyal terde6nisi
0#,#0# (ensor Aliran ;luida 8 ;lo5 (ensor 9 Pengukuran aliran mulai dikenal sejak ta&un '4,+ ketika /enry Pitot mengatur jumla& *uida yang mengalir# mengalir# $alam pengukuran pengukuran *uida perlu ditentukan !esaran dan .ektor kecepatan aliran pada suatu titik dalam *uida dan !agaimana *uida terse!ut !eru!a& dari titik ke titik# Pengu enguk kuran uran atau atau peny penyen enso sora ran n alir aliran an *uid *uida a dapa dapatt digo digolo long ngk kan se!agai !erikut) '#
Pengukuran ku kuantitas Pengukuran ini mem!erikan petunjuk yang se!anding dengan kuantitas total yang tela& mengalir dalam 5aktu tertentu# ;luida meng mengal alir ir mele mele5a 5ati ti elem elemen en prim primer er seca secarra !ert !ertur urut utan an dala dalam m kuantit kuantitas as yang kurang kurang le!i& terisolasi terisolasi dengan dengan secara secara !erganti !ergantian an meng mengis isii dan dan meng mengos oson ongk gkan an !eja !ejana na peng penguk ukur ur yang yang dik diketa& eta&ui ui kapasitasnya# Pengukuran kuantitas diklasi2kasikan menurut )
a# Pengu enguk kur gra. gra.im imet etri ri atau atau peng penguk ukur uran an !era !eratt !# Pengu enguk kur .olu .olume metr trii unt untuk uk cair cairan an c# Pengu enguk kur .olu .olume mettri unt untu uk ga gas +# Penguk engukur uran an laju laju alira aliran n =aju aliran merupakan ungsi luas pipa A dan kecepatan dari cairan yang mengalir le5at pipa% yakni) L A# tetapi dalam praktek% kecepatan tidak merata% le!i& !esar di pusat# adi kecepatan terukur rata"rata dari cairan atau gas dapat !er!eda dari dari kecepat ecepatan an rata" rata"rat rata a se!ena se!enarrnya# nya# Gejala Gejala ini dapat dapat dikor dikoreks eksii se!agai !erikut) L K#A# di mana K adala& konstanta untuk pipa tertentu dan menggam!arkan &u!ungan antara kecepatan rata"rata se!enarnya dan kecepat kecepatan an terukur terukur## Nilai konstan konstantaini taini !isa didapatk didapatkan an melalui melalui eksper eksperime imen# n# Penguk engukura uran n laju laju aliran aliran diguna digunaka kan n untuk untuk menguk mengukur ur kecepatan cairan atau gas yang mengalir melalui pipa# Pengukuran '30
ini dikelo dikelompo mpokk kkan an lagi lagi menuru menurutt jemis jemis !a&an !a&an yang yang diuku diukur% r% cairan cairan atau gas% dan menurut siat"siat elemen primer se!agai !erikut) a#
Pengu enguk kuran uran laju laju alir aliran an untu untuk k cair cairan an)) # jenis !aling"!aling de*eksi rotasi # jenis !aling"!aling rotasi # jenis !aling"!aling &eliks # jenis tur!in # pengukur kom!inasi # pengukur aliran magnetis # pengukur aliran ultrasonic # pengukur aliran kisaran 8.orteks9 # pengukur pusaran 8s5irl9
!#
Pengukuran laju aliran gas # jenis !aling"!aling de*eksi # jenis !aling"!aling rotasi rotasi # jenis termal #
,#
Pengukuran metoda dierensial tekanan enis pengukur aliran yang paling luas digunakan adala& pen penguk gukuran uran tek ekan anan an dier ieren ens sial# ial# Pada ada prin rinsip sipnya nya !ed !eda luas luas penampang melintang dari aliran dikurangi dengan yang mengaki!atkan naiknya kecepatan% se&ingga menaikan pula energi gerakan atau energi kinetis# Karena energi tidak !isa diciptakan atau di&ilangkan 8 /ukum perpinda&an energi 9% maka kenaikan energi kinetis ini diperole& dari energi tekanan yang !eru!a&##
=e!i& =e!i& jelasnya% jelasnya% apa!ila apa!ila *uida *uida !ergerak !ergerak mele5ati mele5ati peng&anta peng&antarr 8pipa9 8pipa9 yang yang seraga seragam m dengan dengan ke kecep cepata atan n renda renda&% &% maka maka gerak gerakan an partikel masing"masing umumnya sejajar disepanjang garis dinding pipa pipa## Kala Kalau u laju laju alir aliran an meni mening ngka kat% t% titi titik k punc puncak ak dica dicapa paii apa! apa!il ila a gerakan partikel partikel menjadi le!i& acak dan kompleks# Kecepatan kira"kira di mana peru!a&an ini terjadi dinamakan kecepatan kritis dan aliran pada tingkat kelajuan yang le!i& tinggi dina dinama mak kan tur! tur!ul ulen en dan pada pada ting tingk kat kelaj elajua uan n le!i le!i& & renda enda& & dinamakan laminer#
Kecepatan ecepatan kritis kritis dinamakan dinamakan R D
=
juga angka angka Reyno Reynold% ld% dituliska dituliskan n
D ρ V V µ
tanpa dimensi) di mana ) $
L
dime dimens nsii pena penamp mpan ang g arus arus *uid *uida% a% !ias !iasan anya ya diam diamet eter er
'31
L
kerapatan *uida
L
kecepatan *uida
q
L
kecep ecepat atan an a!so a!solu lutt *uida ida
Batas kecepatan kritisuntuk pipa !iasanya !erada diantara + dan +,# Pengukuran aliran metoda ini dapat dilakukan dengan !anyak cara misalnya) menggunakan pipa .enturi% pipa pitot% ori2ce plat 8lu! 8lu!an ang g semp sempit it9% 9% tur! tur!in ine e *o5 *o5 mete meter% r% rotam otamet eter er%% cara cara t&er t&erma mal% l% menggunakan !a&an radio akti% elektromagnetik% ultar sonic dan *o5m *o5met eter er gyr gyro# 7ara 7ara lain lain dapa dapatt dik dikem!a em!ang ngka kan n send sendir irii sesu sesuai ai dengan dengan ke ke!ut !utu&a u&an n prose proses# s# >ang di!a&a di!a&as s dalam dalam !uku !uku ini adala& adala& sensor laju aliran !erdasarkan !erdasarkan per!edaan tekanan#
0#,#0#'# (ensor Aliran Berdasarkan Per!edaan Tekanan Metoda Metoda ini !erdas !erdasark arkan an /ukum /ukum Bernou Bernoulli lli yang yang menyat menyatak akan an &u!ungan )
P 1 + 12 ρν 1
2
g .h1 = P 2 + 12 ρν 2
+ ρ .
2
+
ρ . g .h2
Gambar $.$. Bukum 5ontiunitas
ika &' dan &+ di!uat sama tingginya maka P 1 + 12 ρν 1
2
=
P 2 + 12 ρν 2
2
atau
1 ρ 2
.ν 1
2
− ν 2
2
= P 2
+
P 1
'33
Per&atian ) Rumus diatas &anya !erlaku untuk aliran =aminer% yaitu yaitu aliran aliran yang yang memenu memenu&i &i prinsi prinsip p kontinu ontinuita itas# s# Pipa Pipa pitot% pitot% ori2c ori2ce e plate% pipa .enturi dan *o5 NoDDle menggunakan &ukum Bernoulli diat diatas as## Prins rinsip ip dasa dasarrnya nya adal adala& a& mem! mem!en entu tuk k sedi sediki kitt peru peru!a !a&a &an n kecepatan dari aliran *uida se&ingga diperole& peru!a&an tekanan yang dapat diamati# Pengu!a&an engu!a&an ke kecepat cepatan an aliran aliran *uida *uida dapat dilakukan dilakukan dengan dengan meng mengu! u!a& a& diam diamet eter er pipa pipa%% &u!u &u!ung ngan an ini ini dipe diperrole& ole& dari dari /uk /ukum A .D % di kontiunitas aliran *uida# Per&atikan rumus !erikut) A . D mana ) A L luas penampang pipa% B L de!it *uida 1
1
=
2
2
Karena de!it *uida !er&u!ungan langsung dengan kecepatan *uid *uida% a% mak maka jela jelas s kecep ecepat atan an *uid *uida a dapa dapatt diu! diu!a& a& deng dengan an cara cara mengu!a& diameter pipa#
0#,#0#'#'# Ori2ce Plate Alat Alat ukur ukur terdir terdirii dari dari pipa pipa dimana dimana di!agi di!agian an dalamn dalamnya ya di!eri di!eri pelat !erlu!ang le!i& kecil dari ukuran diameter pipa# (ensor tekanan diletakan disisi pelat !agian inlet 8P'9 dan satu lagi di!agian sisi pelat !agian outlet 8P+9# ika terjadi aliran dari inlet ke outlet% maka tekanan P' akan le!i& !esar dari tekanan outlet P+# Keuntungan Keuntungan utama dari Or2ce plate ini adala& dari ) '# Konstruksi seder&ana +# Hkuran pipa dapat di!uat persis sama dengan ukuran pipa sam!ungan# ,# /arga pem!uatan alat cukup mura& 0# Output cukup !esar Kerugian Kerugian menggunakan cara ini adala& ) '# ika terdapat !agian padat dari aliran *uida% maka padat !agian terse!ut akan terkumpul terkumpul pada !agian pelat disisi inlet# +# angkauan pengukuran sangat renda& ,# $imungkinkan terjadinya aliran Tur!ulen se&ingga menye!a!kan kesala&an pengukuran jadi !esar karena tidak mengikuti prinsip aliran =aminer# 0# Tidak memungkinkan !ila digunakan untuk mengukur aliran *uida yang !ertekanan renda&#
'34
Gambar $.$*. Lri6ce Plate
umla& *uida yang mengalir per satuan 5aktu 8 m,-dt9 adala& ) Q
=
KA2
2 g
ρ
P 1
−
P 2
di mana ) L jumla& *uida *uida yang mengalir 8 m,-dt9 K L konstanta pipa A+ L luas penampang pipa sempit P L tekanan *uida pada pipa ' dan + L masa jenis luida g L gra.itasi !umi Rumus ini juga !erlaku untuk pipa .enturi
0#,#0#'#+# Pipa enturi Bent Bentuk uk lain lain dari dari peng penguk ukur uran an alir aliran an deng dengan an !eda !eda tek tekanan anan adala& adala& pipa pipa .entur .enture# e# Pada pipa pipa .entur .enture% e% pemer pemercep cepat at aliran aliran *uida *uida dilak dilakuk ukan an dengan dengan cara cara mem!en mem!entu tuk k corong corong se&ing se&ingga ga aliran aliran masi& masi& dapa dapatt dija dijaga ga agar agar teta tetap p lami lamina narr# (ens (ensor or tek tekana ana pert pertam ama a 8P'9 diletakkan pada sudut tekanan pertama dan sensor tekanan kedua diletakkan pada !agian yang plaing menjorok ke tenga&# Pipa .enturi !iasa dipergunakan untuk mengukur aliran cairan# Keuntungan Keuntungan dari pipa .enturi adala&) '#Partikel padatan masi& mele5ati alat ukur +# Kapasitas aliran cukup !esar ,# Pengukuran Pengukuran tekana le!i& !aik di!andingkan ori2ce plate# 0# Ta&an ter&adapa gesakan *uida# '36
Kerugiannya adala&) '# Hkuiran menjadi le!i& !esar +# =e!i& ma&al dari ori2ce plate ,# Beda tekanan yang ditim!ulkan menjadi le!i& kecil dari ori2ce plate#
Gambar $.$+. Pi#a
0#,#0#'#,# ;lo5 NoDDle Tipe ;lo5 NoDDle menggunakan se!ua& corong yang diletakkan diantara sam!ungan pipa sensor tekanan P' di!agian inlet dan P+ di!agian outlet# Tekanan P+ le!i& kecil di!andingkan P'# (ensor jenis ini memiliki keunggulan dia!nding .enture dan ori2ce plate yaitu) '# Masi& dapat mele5atkan padatan +# Kapasitas aliran cukup !esar ,# Muda& dalam pemasangan 0# Ta&an ter&adap gesekan *uida 1# Beda tekanan yang diperole& le!i& !esar daripada pipa .enturi 3# /asil !eda tekanan cukup !aik karena aliran masi& laminer
'3:
P'
P+
P' b P+ Aliran *uida
Gambar $.$-. lo ;o11le
0#,#0#'#0# Pipa Pitot Konstruksi pipa ini adala& !erupa pipa !iasa sedang di !agian tenga& pipa diselipkan pipa kecil yang di!engkokkan ke ara& inlet# enis pipa ini jarang dipergunakan di industri karena dengan adanya pipa kecil di !agian tenga& akan menye!a!kan !enturan yang sangat kuat ter&adap aliran *uida# Alat ini &anya dipergunakan untuk mengukur aliran *uida yang sangat lam!at# P'
P+
P' b P+ Aliran *uida
Gambar $.&0. Pi#a Pitot
0#,#0#'#1# Rotameter Rotameter terdiridari ta!ung .ertikal dengan lu!ang gerak di mana kedudukan pelampung dianggap .ertical sesuai dengan laju aliran melalui ta!ung 8Gam!ar ,#0'9# Hntuk laju aliran yang diketa&ui% pelampung tetap stasioner karena gaya .ertical dari tekanan dierensial% gra.itasi% kekentalan% dan gaya"apung akan !erim!ang# adi kemampuan menyeim!angkan diri dari pelampung yang digantung dengan ka5at dan tergantung pada luas dapat ditentukan# Gaya ke!a5a& 8gra.itasi dikurangi gaya apung9 adala& konstan dan demikian pula gaya keatas 8penurunan tekanan dikalikan luas pelampung9 juga &arus konstan#
'4
Gambar $.&. Rotameter
Pelampung dapat di!uat dari !er!agai !a&an untuk mendapatkan !eda kerapatan yang diperlukan 8< "< 9 untuk mengukur cairan atau gas tertentu# Ta!ung sering di!uat dari gelas !erkekuatan tinggi se&ingga dapat dilakukan pengamatan langsung ter&adap kedudukan pelampung#
0#,#0#+# 7ara"cara T&ermal 7ara"cara t&ermal !iasanya dipergunakan untuk mengukur aliran udara# Pengukuran dengan menggunakan carat&ermal dapat dilakukan dengan cara"cara ) Anemometer ka5at panas Teknik peram!atan panas 0#,#0#+#'# Anemometer Ka5at Panas
Metoda ini cukup seder&ana yaitu dengan menggunakan ka5at yang dipanaskan ole& aliran listrik% arus yang mengalir pada ka5at di!uat tetap konstan menggunakan sum!er arus konstan# ika ada aliran udara% maka ka5at akan mendingin 8seperti kita meniup lilin9 dengan mendinginnya ka5at% maka resistansi ka5at menurun# Karena dipergunakan sum!er arus konstan% maka kita dapat menyensor tegangan pada ujung"ujung ka5at# (ensor jenis ini memiliki sensiti.itas sangat !aik untuk menyensor aliran gas yang lam!at# Namun sayangnya penginstalasian keseluru&an sensor tergolong sulit#
$isini !erlaku rumus ) I 2 Rw
= K c hc A( T w − T t )
di mana ) I
L arus ka5at '4'
R5 L resistansi ka5at Kc L aktor kon.ersi% panas ke daya listrik T5 L temperatur ka5at Tt L temperatur *uida yang mengalir /c L koe2sien 2lm 8pelapis9 dari perpinda&an panas A
L luas perpinda&an panas
Gambar $.&2. 5ontruksi %nemometer 5aat Panas
0#,#0#+#+# Peram!atan Panas Pada teknik peram!atan panas% pemanas dipasang pada !agian luar pipa% pipa terse!ut ter!uat dari !a&an logam# $i kiri dan kanan pemanas% dipasang !a&an isolator panas% dan pada isolator ini dipasang sensor su&u# Bila udaramengalir dari kiri ke kanan% maka su&u dise!ela& kiri akan terasa le!i& dingin di!anding su&u se!ela& kanan#
Gambar $.&$. lometer Rambatan Panas
'4+
(ensor su&u yang digunakan dapat !erupa sensor resisti tetapi yang !iasa terpasang adala& t&ermokopel karena memiliki respon su&u yang cepat# (ensor aliran peram!atan panas tipe lama% memanaskan seluru& !agian dari saluran udara% se&ingga di!utu&kan pemanas sampai pulu&an kilo5att% untuk mengurangi daya panas terse!ut digunakan tipe !aru dengan mem!elokkan se!agian kecil udara kedalam sensor#
0#,#0#,# ;lo5meter Radio Akti Teknik pengukuran aliran dengan radio akti adala& dengan menem!akkan partikel netron dari se!ua& pemancar radio akti# Pada jarak tertentu kea ra& outlet% dipasang detector# Bila terjadi aliran% maka akan terdeteksi adanya partikel radio akti% jumla& partikel yang terdeteksi pada selang tertentu akan se!anding dengan kecepatan aliran *uida# Teknik lain yang masi& menggunakan teknik radio akti adala& dengan cara mencampurkan !a&an radio akti kedalam *uida kemudian pada !agian"!agian tertentu dipasang detector# Teknik ini dilakukan !ila terjadi kesulitan mengukur misalnya karena !a&an aliran terdiri dari Dat yang !erada pada !er!agai ase# Teknik radio akti ini juga !iaa dipergunakan pada pengo!atan yaitu mencari posisi pem!ulu& dara& yang macet !agi penderita kelumpu&an#
Gambar $.&&. lometer 4ara Radiasi ;uklir
0#,#0#0# ;lo5meter Elektromagnetis ;lo5meter jenis ini !iasa digunakan untuk mengukur aliran cairan elektrolit# ;lo5meter ini menggunakan prinsip Eek /all% dua !ua& gulungan ka5at tem!aga dengan inti !esi dipasang pada pipa agar mem!angkitkan medan magnetik# $ua !ua& elektroda dipasang pada !agian dalam pipa dengan posisi tegak lurus arus medan magnet dan tegak lurus ter&adap aliran *uida#
'4,
Bila terjadi aliran *uida% maka ion"ion posisti dan ion"ino negati mem!elok ke ara& elektroda# $engan demikian terjadi !eda tegangan pada elektroda"elektrodanya# Hntuk meng&indari adanya elektrolisa ter&adap larutan% dapat digunakan arus A7 se!agai pem!angkit medan magnet#
Gambar $.&'. Prinsi# Pengukuran %liran menggunakan 3fek Ball
0#,#0#1# ;lo5meter Hltrasonic ;lo5meter ini menggunakan ADas $oppler#$ua pasang ultrasonic transduser dipasang pada posisi diagonal dari pipa% keduanya dipasang di!agian tepi dari pipa% untuk meng&indari kerusakan sensor dantyransmitter% permukaan sensor di&alangi ole& mem!ran# Per!edaan lintasan terjadi karena adanya aliran *uida yang menye!a!kan p5eru!a&an p&ase pada sinyal yang diterima sensor ultrasonic
Gambar $.&. Sensor %liran luida Menggunakan Ultrasonic
0#,#1# (ensor =e.el Pengukuran le.el dapat dilakukan dengan !ermacam cara antara lain dengan) pelampung atau displacer% gelom!ang udara% resistansi% kapasiti% ultra sonic% optic% t&ermal% tekanan% sensor permukaan dan radiasi# Pemili&an sensor yang tepat tergantung pada situasi dan kondisi sistem yang akan di sensor#
'40
0#,#1#'# Menggunakan Pelampung 7ara yang paling seder&ana dalam penyensor le.el cairan adala& dengan menggunakan pelampung yang di!eri gagang# Pem!acaan dapat dilakukan dengan memasang sensor posisi misalnya potensiometer pada !agian engsel gagang pelampung# 7ara ini cukup !aik diterapkan untuk tanki"tanki air yang tidak terlalu tinggi#
Gambar $.&*. Sensor e"el Menggunakan Pelam#ung
0#,#1#+# Menggunakan Tekanan Hntuk mengukur le.el cairan dapat pula dilakukan menggunakan sensor tekanan yang dipasang di !agian dasar dari ta!ung# 7ara ini cukup praktis% akan tetapi ketelitiannya sangat tergantung dari !erat jenis dan su&u cairan se&ingga kemungkinan kesala&an pem!acaan cukup !esar# (edikit modi2kasi dari cara diatas adala& dengan cara mencelupkan pipa !erisi udara kedalam cairan# Tekanan udara didalam ta!ung diukur menggunakan sensor tekanan% cara ini memanaatkan &ukum Pascal# Kesala&an aki!at peru!a&an !erat jenis cairan dan su&u tetap tidak dapat diatasi#
'41
Gambar $.&+. Sensor e"el Menggunakan Sensor !ekanan
0#,#1#,# Menggunakan 7ara T&ermal Teknik ini didasarkan pada akta penyerapan kalor ole& cairan le!i& tinggi di!andingkan penyerapan kalor ole& uapnya% se&ingga !agian yang tercelup akan le!i& dingin di!andingkan !agian yang tidak tercelup# Kontruksi dasar sensor adala& terdidiri dari se!ua& elemen pemanas di!entuk !erliku"liku dan se!ua& pemanas lain di!entuk tetap lurus# $ua !ua& sensor diletakkan !er&adapan dengan !agian tegakdari pemanas% se!ua& sensor tam!a&an &arus diletakkan selalu !erada dalam cairan yang !erungsi untuk pem!anding# Kedua sensor yang !er&adapan dengan pemanas digerakkan ole& se!ua& aktuator secara perla&an"la&an dengan perinta& naik atau turun secara !erta&ap# Mula"mula sensor diletakkan pada !agian paling atas% selanjutnya sensor su&u digerakkan ke !a5a& perla&an"la&an% setiap terdeteksi adanya peru!a&an su&u pada sensor yang !er&adapan pada pemanas !erliku% maka dilakukan penam!a&an pencaca&an ter&adap pencaca& elektronik# Pada saat sensor yang !er&adapan dengan pemanas lurus mendeteksi adanya peru!a&an dari panas ke dingin% maka &asil pencaca&an ditampilkan pada peraga# (ensor le.el cairan dengan cara t&ermal ini !iasanya digunakan pada tanki"tanki !oiler% karena selain se!agai sensor le.el cairan% juga dapat dipergunakan untuk mendeteksi gradien peru!a&an su&u dalam cairan#
'43
Gambar $.&-. !eknik Penyensoran e"el 4airan 4ara !hermal
Gambar $.'0. /lok (iagram Pengolahan dan Pendis#layan Sensor e"el Menggunakan 4ara !hermal
0#,#1#0# Menggunakan 7ara Optik Pengukuran le.el menggunakan optic didasarkan atas siat pantulanpermukaan atau pem!iasan sinar dari cairan yang disensor# Ada !e!erapa carayang dapat digunakan untuk penyensoran menggunakan optic yaitu) '# Menggunakan sinar laser +# Menggunakan prisma ,# Menggunakan 2!er optik
'44
0#,#1#0#'# Menggunakan (inar =aser (inar laser dari se!ua& sum!er sinar diara&kan ke permukaan cairan% kemudian pantulannya dideteksi menggunakan detector sinar laser# Posisi pemancar dan detector sinar laser &arus !erada pada !idang yang sama# $etektor dan um!er sinar laser diputar# $etektor diara&kan agar selalu !erada pada posisi menerima sinar# ika sinar yang datang diterima ole& detektor% maka le.el permukaan cairan dapat diketa&ui dngan meng&itung posisi"posisi sudut dari sudut detektor dan sudut pemancar# Pemanc ar
Peneri ma
(inar laser
Gambar $.'. Sensor e"el menggunakan Sinar aser
0#,#1#0#+# Menggunakan Prisma Teknik ini memanaatkan &arga yang !erdekatan antara inde !ias air dengan inde !ias gelas# (iat pantulan dari permukaan prisma akan menurun !ila prisma dicelupkan kedalam air# Prisma yang digunakan adala& prisma !ersudut 01 dan : derajat# (inar diara&kan ke prisma% !ila prisma ditempatkan di udara% sinar akan dipantulkan kem!ali setela& mele5ati permukaan !a5a& prisma# ika prisma ditempatkan di air% maka sinar yang dikirim tidak dipantulkan akan tetapi di!iaskan ole& air% $engan demikian prisma ini dapat digunakan se!agai pengganti pelampung# Keuntungan yang diperole& iala& dapat mereduksi ukuran sensor# Transmitt er
Recie.er
Transmitt er
Recie.er
air Prisma di udara
Prisma di air
'46
Gambar $.'2. Sensor e"el menggunakan Prisma
0#,#1#0#,# Menggunakan ;i!er Optik Teknik ini tidak jau& !er!eda dengan teknik penyensoran permukaan air menggunakan prisma% yaitu menggunakan prinsip pemantulan dan pem!iasan sinar# ika 2!er optic diletakan di udara% sinar yang dimasukan ke 2!er optic dipantulkan ole& dinding 2!er optic% sedangkan !ila 2!er optic telanjang dimasukan ke air% maka dinding 2!er optic tidak lagi memantulkan sinar#
alan sinar dalam serat optic Trans mitte r
Rec ei. er
Trans mitte r
Rec ei. er
(inar dipantulkan ole& ;i!erdinding serat optic optik telanjang
a i r
Gambar $.'$. Sensor e"el menggunakan Serat L#tik
0#0 (ensor 7a&aya Elemen"elemen sensiti.e ca&aya merupakan alat terandalkan untuk mendeteksi energi ca&aya# Alat ini mele!i&i sensiti.itas mata manusia ter&adap semua spectrum 5arna dan juga !ekerja dalam daera&"daera& ultra.iolet dan inra mera&# Energi ca&aya !ila diola& dengan cara yang tepat akan dapat dimanaatkan secara maksimal untuk teknik pengukuran% teknik pengontrolan dan teknik kompensasi#
'4:
Penggunaan praktis alat sensiti ca&aya ditemukan dalam !er!agai pemakaian teknik seperti &alnya )
Ta!ung ca&aya atau otota!ung .akum 8.accum type p&ototu!es9% paling menguntungkan digunakan dalam pemakaian yang memerlukan pengamatan pulsa ca&aya yang 5aktunya singkat% atau ca&aya yang dimodulasi pada rekuensi yang relati.e tinggi# Ta!ung ca&aya gas 8gas type p&ototu!es9% digunakan dalam industri gam!ar &idup se!agai pengindra suara pada 2lm# Ta!ung ca&aya pengali atau pemotodarap 8multiplier p&ottu!es9% dengan kemampuan penguatan yang sangat tinggi% sangat !anyak digunakan pada pengukuran otoelektrik dan alat"alat kontrol dan juga se!agai alat caca& kelipan 8scientillation counter9# (el"sel otokondukti 8p&otoconducti.e cell9% juga dise!ut ta&anan ca&aya 8p&oto resistor9 atau ta&anan yang !ergantung ca&aya 8=$R"lig&t dependent resistor9% dipakai luas dalam industri dan penerapan pengontrloan di la!oratorium# (el"sel oto tegangan 8p&oto.oltatic cells9% adala& alat semikonduktor untuk mengu!a& energi radiasi daya listrik# 7onto& yang sangat !aik adala& sel mata&ari 8solar cell9 yang digunakan dalam teknik ruang angkasa#
0#0#'# $i.ais Elektrooptis 7a&aya merupakan gelom!ang elektromagnetis 8EM9 yang memiliki spectrum 5arna yang !er!eda satu sama lain# (etiap 5arna dalam spectrum mempunyai energi% rekuensi dan panjang gelom!ang yang !er!eda# /u!ungan spektrum optis dan energi dapat dili&at pada ormula dan gam!ar !erikut# Energi p&oton 8Ep9 setiap 5arna dalam spektrum ca&aya nilainya adala&) Wp
=
hf =
hc λ
$imana )
'6
;rekuensi oton !ergantung pada energi yang dilepas atau diterima saat elektron !erpinda& tingkat energinya# (pektrum gelom!ang optis diperli&atkan pada gam!ar !erikut% spektrum 5arna ca&aya terdiri dari ultra .iolet dengan panjang gelom!ang + sampai 0 nanometer 8nm9% .isi!le adala& spektrum 5arna ca&aya yang dapat dili&at ole& mata dengan panjang gelom!ang 0 sampai 6 nm yaitu 5arna .iolet% &ijau dan mera&% sedangkan spektrum 5arna t e l o i
Hltra.iolet Inrared +
e e r G n
d e R
isi!le
0
'3
6
+ P&oton energy% e
'
inrared mulai dari 6 sampai '3 nm adala& 5arna ca&aya dengan rekuensi terpendek#
Gambar &.. S#ektrum Gelombang 3M
$ensitas daya spektral ca&aya adala&)
Gambar &.2. 5ur"a Lut#ut Sinyal L#tis
'6'
(um!er"sum!er energi p&oton) Ba&an"!a&an yang dapat dijadikan sum!er energi selain mata &ari adala& antara lain)
Incandescent =amp yaitu lampu yang meng&asilkan energi ca&aya dari pijaran 2lament !ertekanan tinggi% misalnya lampu mo!il% lampu spot lig&t% lampu *as&lig&t# Energi Atom% yaitu memanaatkan loncatan atom dari .alensi energi ' ke le.el energi !erikutnya# ;luorescense% yaitu sum!er ca&aya yang !erasal dari perpendaran !a&an *uorescence yang terkena ca&aya tajam# (eperti =ayar Osciloskop (inar =A(ER adala& sum!er energi mutak&ir yang dimanaatkan untuk se!agai ca&aya dengan kele!i&annya antara lain ) monoc&romatic 8ca&aya tunggal atau mem!entuk garis lurus9% co&erent 8ca&aya seragam dari sum!er sampai ke !e!an sama9% dan di.ergence 8simpangan sangat kecil yaitu %' radians9#
'6+
0#0#+# P&oto (emikonduktor $i.ais p&oto semikonduktor memanaatkan eek kuantum pada junction% energi yang diterima ole& elektron yang memungkinkan elektron pinda& dari !an .alensi ke !an konduksi pada kondisi !ias mundur# Ba&an semikonduktor seperti Germanium 8Ge9 dan (ilikon 8(i9 mempunyai 0 !ua& electron .alensi% masing"masing electron dalam atom saling terikat se&ingga electron .alensi genap menjadi 6 untuk setiap atom% itula& se!a!nya kristal silicon memiliki kondukti.itas listrik yang renda&% karena setiap electron terikan ole& atom"atom yang !erada disekelilingnya# Hntuk mem!entuk semikonduktor tipe P pada !a&an terse!ut disisipkan pengotor dari unsure golongan III% se&ingga !a&an terse!ut menjadi le!i& !ermuatan positi% karena terjadi kekosongan electron pada struktur kristalnya# Bila semikonduktor jenis N disinari ca&aya% maka elektron yang tidak terikat pada struktur kristal akan muda& lepas# Kemudian !ila di&u!ungkan semikonduktor jenis P dan jenis N dan kemudian disinari ca&aya% maka akan terjadi !eda tegangan diantara kedua !a&an terse!ut# Beda potensial pada !a&an ilikon umumnya !erkisar antara %3 .olt sampai %6 .olt#
8a)
8b)
8c) Gambar &.$. 5onstruksi (ioda oto 8a) Hunction harus dekat #ermukaan 8b) lensa untuk memfokuskan cahaya 8c) rangkaian dioda foto
'6,
'60
Ada !e!erapa karakteristik dioda oto yang perlu diketa&ui antara lain) Arus !ergantung linier pada intensitas ca&aya Respons rekuensi !ergantung pada !a&an 8(i :nm% GaAs '1nm% Ge +nm9 $igunakan se!agai sum!er arus unction capacitance turun menurut tegangan !ias mundurnya unction capacitance menentukan respons rekuensi arus yang diperole&
Gambar &.&. 5arakteristik (ioda oto 8a) intensitas cahaya 8b) #anHang gelombang 8c) re"erse "oltage "s arus dan 8d) re"erse "oltage "s ka#asitansi
Rangkaian pengu!a& arus ke tegangan
'61
Hntuk mendapatkan peru!a&an arus ke tegangan yang dapat dimanaatkan maka dapat di!uat gam!ar rangkaian seperti !erikut yaitu dengan memasangkan resistor dan op"amp jenis 2eld eect transistor#
Gambar &.'. Rangkaian #engubah arus ke tegangan
0#0#,# P&oto Transistor (ama &alnya dioda oto% maka transistor oto juga dapat di!uat se!agai sensor ca&aya# Teknis yang !aik adala& dengan mengga!ungkan dioda oto dengan transistor oto dalam satu rangkain# C Karakteristik transistor oto yaitu &u!ungan arus% tegangan dan intensitas oto C Kom!inasi dioda oto dan transistor dalam satu c&ip C Transistor se!agai penguat arus C =inieritas dan respons rekuensi tidak se!aik dioda oto
'63
t n e r r u 7 r o +6 t c 9 e l l A o m 7 8
Intensi ty 8<-m+9 0
+
,
'+
+ + '0
0
3
6
'
'+
'3 '
6
7ollector"Emitter oltage
0
Gambar &.. 5arakteristik transistor foto, 8a) sam#ai 8d) rangkaian uHi transistor foto
0#0#0# (el P&oto.oltaik Eek sel p&oto.oltaik terjadi aki!at lepasnya elektron yang dise!a!kan adanya ca&aya yang mengenai logam# =ogam"logam yang tergolong golongan ' pada sistem periodik unsur"unsur seperti =it&ium% Natrium% Kalium% dan 7essium sangat muda& melepaskan elektron .alensinya# (elain karena reaksi redoks% elektron .alensilogam"logam terse!ut juga muda& lepas ole&adanya ca&aya yang mengenai permukaan logam terse!ut# $iantara logam"logam diatas 7essium adala& logam yang paling muda& melepaskan elektronnya% se&ingga laDim digunakan se!agai oto detektor# Tegangan yang di&asilan ole& sensor oto .oltaik adala& se!anding dengan rekuensi gelom!ang ca&aya 8sesuai konstanta Plank E L 	# (emakin keara& 5arna ca&aya !iru% makin tinggi tegangan yang di&asilkan# Tingginya intensitas listrik akan '64
!erpengaru& ter&adap arus listrik# Bila oto .oltaik di!eri !e!an maka arus listrik dapat di&asilkan adala& tergantung dari intensitas ca&aya yang mengenai permukaan semikonduktor#
Katoda dari
(inar datang
(elenium
"
Anoda dari 7essium
Electron keluar dari permukaan Tegangan keluaran
J Ta!un g /amp a
Gambar &.*. Pembangkitan tegangan #ada oto "olatik
Berikut karakteristik dari oto .oltaik !erdasarkan &u!ungan antara intensitas ca&aya dengan arus dan tegangan yang di&asilkan#
Gambar &.+. 8a) 8b) 5arakteristik Intensitas "s %rus dan !egangan dan 8c) Rangakain #enguat tegangan.
'66
0#0#1# =ig&t Emitting $iode 8=E$9 C Prinsip kerja ke!alikan dari dioda oto C
'6:
Gambar &.-. 5arakteristik 3(
Karakteristik Arus Tegangan C Mirip dengan dioda !iasa C 7a&aya !iru nampak pada tegangan '%0 C +%4 .olt C Tegangan t&res&old dan energi oton naik menurut energi !and" gap C unction mengalami kerusakan pada tegangan , .olt C Gunakan resistor seri untuk mem!atasi arus-tegangan
0#0#3# P&otosel C Konduktansi se!agai ungsi intensitas ca&aya masuk C Resistansi !erkisar dari 'M< 8gelap9 &ingga '< 8terang9 C
':
Gambar &.0. 5onstruksi dan 5arakteristik otosel
0#0#4# P&otomultiplier a# !# c# d# e#
Memanaatkan eek otoelektrik ;oton dengan nergi le!i& tinggi dari 5orkunction melepaskan elektron dari permukaan katoda Elektron dikumpulkan 8dipercepat9 ole& anoda dengan tegangan 8tinggi9 Multiplikasi arus 8elektron9 diperole& dengan dynode !ertingkat Katoda di!uat dari !a&an semi transparan
':'
Gambar &.. 5onstruksi Photomulti#lier
Rangkaian untuk P&otomultiplier C Per!edaan tegangan 8tinggi9 tegangan katoda 8negati9 dan dynode8positi9 C Be!an resistor ter&u!ung pada dynoda C 7ommon 8ground9 di&u!ungkan dengan terminal tegangan positi catu daya C Rangkaian ko.erter arus"tegangan dapat digunakan C $ioda ditempatkan se!agai surge protection
Gambar &.2. Rangkaian 3ki"alen dan uHi Photomulti#lier
Pemanaatan C (angat sensiti% dapat digunakan se!agai peng&itung pulsa C Pada !e!an resistansi renda& 1"' <% le!ar pulsa tipikal 1"1 ns C Gunakan peak detektor untuk mengukur tingat energi
Kerugian
':+
C Muda& rusak !ila terekspos pada ca&aya !erle!i& 8terlalu sensiti9 C Perlu catu tegangan tinggi C Ma&al
0#0#6# =ensa $ioda P&oto
7 7
7
=ensa dimanaatkan untuk memokuskan atau menye!arkan ca&aya# =ensa detektor ca&aya se!aiknya ditempatkan dalam selonsong dengan 2lter se&ingga &anya menerima ca&aya pada satu ara& dan panjang gelom!ang tertentu saja 8misal meng&indari ca&aya lampu T= dan sinar mata&ari9# Gunakan modulasi !ila intererensi tinggi dan tidak diperlukan sensiti.itas tinggi#
Gambar &.$. 5ontruksi dan karakteristik lensa dioda foto
0#0#:# Pyrometer Optis dan $etektor Radiasi T&ermal C (ala& satu sensor radiasi elektro magnetik) *o5meter C Radiasi dikumpulkan dengan lensa untuk diserap pada !a&an penyerap radiasi C Energi yang terserap menye!a!kan pemanasan pada !a&an yang kemudian diukur temperaturnya menggunakan t&ermistor% termokopel ds! C (ensiti.itas dan respons 5aktu !uruk% akurasi !aik karena muda& dikali!rasi 8dengan pem!anding panas standar dari resistor9 ':,
C =ensa dapat digantikan dengan cermin
Gambar &.&. Instalasi Pyrolektrik
C $etektor sejenis) 2lm pyroelektrik C $ari !a&an sejenis pieDoelektrik yang meng&asilkan tegangan aki!at pemanasan C /anya !er"respons pada peru!a&an !ukan $7 C Pirometer optik dapat diguanakanuntuk mengukur atau mendeteksi total radiation dan monoc&romatic radiation
0#0#'# Isolasi Optis dan Transmiter"Recei.er serat optik C 7a&aya dari =E$ dan diterima ole& dioda oto digunakan se!agai pem!a5a inormasi menggantikan arus listrik C Keuntungan) isolasi listrik antara dua rangkaian 8tegangan tem!us &ingga ,k9 C $imanaatkan untuk saety dan pada rangkaian !er!eda ground C /u!ungan input"output cukup linier% respons rekuensi &ingga di atas ' M/D
':0
Gambar &.'. 5ontruksi dan karakteristik lensa dioda foto
Rangkaian untuk isolasi elektrik C $ri.er) kon.erter tegangan ke arus% recei.er) kon.erter arus ke tegangan C /anya sinyal positi yang ditransmisikan C $ioda dan resistor digunakan untuk mem!atasi arus C Penguatan keseluru&an !ergantung temperatur 8tidak ada umpan !alik9 •
Hntuk komunikasi dengan serat optik media antara =E$ dan dioda oto di&u!ungan dengan serat optik
Gambar &.. Rangkaian isolasi elektrik menggunakan serat o#tik
0#1# Aktuator ':1
Aktuator adala& elemen yang mengkon.ersikan !esaran listrik analog menjadi !esaran lainnya misalnya kecepatan putaran dan merupakan perangkat elektromagnetik yang meng&asilkan daya gerakan se&ingga dapat meng&asilkan gerakan#
Aktuator dapat melakukan &al tertentu setela& mendapat perinta& dari kontroler# Misalnya pada suatu ro!ot pencari ca&aya% jika terdapat ca&aya% maka sensor akan mem!erikan inormasi pada kontroler yang kemudian akan memerinta& pada aktuator untuk !ergerak mendekati ara& sum!er ca&aya# aktuator adala& se!ua& alat mekanik untuk meminda&kan atau mengontrol se!ua& mekanisme atau sistem# /al ini dioperasikan ole& sum!er energi% !iasanya dalam !entuk arus listrik% *uida &idrolik tekanan atau pneumatik tekanan% dan mengkon.ersi energi yang menjadi semacam gerakan# Hntuk meningkatkan tenaga mekanik aktuator ini dapat dipasang sistem gear!o# Aktuator dapat melakukan &al tertentu setela& mendapat perinta& dari controller#
Aktuator memiliki !e!erapa ungsi% yaitu) • • • • •
Peng&asil gerakan Gerakan rotasi dan translasi Mayoritas aktuator b motor !ased Aktuator dalam simulasi cenderung di!uat linier Aktuator riil cenderung non"linier
enis tenaga penggerak pada aktuator% antara lain) •
• • •
Aktuator tenaga elektris% !iasanya digunakan solenoid% motor arus seara& 8Mesin $79# (iat muda& diatur dengan torsi kecil sampai sedang Aktuator tenaga &idrolik% torsi yang !esar konstruksinya sukar# Aktuator tenaga pneumatik% sukar dikendalikan# Aktuator lainnya) pieDoelectric% magnetic% ultra sound#
':3
Be!erapa jenis aktuator !erdasarkan jenis tipenya% antara lain) a. %ktuator elektris. b. %ktuator Cuida. c. %ktuator mekanik. d. %ktuator smart. 0#1#'# aktuator tenaga elektris Aktuator tenaga elektris meerupakan actuator yang !erdasarkan tenaga listrik yang diterima kemudian diru!a& menjadi gerakan mekanis# Actuator ini !iasa digunakan pada solenoid% motor% dan relay#
Actuator tenaga elektris memiliki keunggulan% antara lain) • • • • • • •
Muda& dalam pengontrolan# $aya yang di!utu&kan mulai dari m< sampai M<# Berkecepatan tinggi mulai dari ' sampai ' rpm# Akurasi tinggi# Memiliki !anyak macam# Torsi ideal untuk pergerakan# Eensiensi tinggi#
0#1#'#'# selenoida (elenoida merupakan alat yang digunakan untuk mengu!a& sinyal listrik atau arus listrik menjadi gerakan mekanis linier# Ter!entuk dari kumpran dengan inti !esi yang dapat !ergerak% !esarnya gaya tarikan atau dorongan yang di&asilkan adala& ditentukan dengan jumla& lilitan kumparan tem!aga dan !esar arus yang mengalir melalui kumparan#
Gambar &.*. Prinsi# kerHa selenoida
':4
Gambar &.+. Selenoida
0#1#'#+# Motor =istrik Motor listrik merupakan se!ua& perangkat elektromagnetis yang mengu!a& energy listrik menjadi energi mekanik# Energi mekanik ini digunakan untuk% misalnya% memutar impeller pompa% an atau !lo5er% menggerakkan kompresor% mengangkat !a&an% dll# Motor listrik kadangkala dise!ut kuda KerjaF nya industry se!a! diperkirakan !a&5a motor"motor menggunakan sekitar 4 !e!an listrik total di industri#
Gambar &.-. /agan Motor istrik
0#1#'#+#'# Motor $7 Motor arus seara&% menggunakan arus langsung yang tidak langsung# Motor $7 digunakan pada penggunaan k&usus dimana diperlukan penyalaan tor\ue yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas# Keuntungan utama motor $7 adala& se!agai pengendali kecepatan% yang tidak mempengaru&i kualitas pasokan daya# Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur) •
Tegangan dynamo C meningkatkan tegangan dynamo akan meningkatkan kecepatan# ':6
•
Arus medan C menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan#
Motor $c tersedia dalam!anyak ukuran% namun untuk penggunaannya pada umumnya di!atasi untuk !e!erapa penggunaan !erkecepatan renda&% penggunaan daya renda& &ingga sedang seperti peralatan mesin dan rolling mills, se!a! sering terjadi masala& dengan peru!a&an ara& arus listrik mekanis pada ukuran yang le!i& !esar#
Gambar. &.20. Motor (4
0#1#'#+#+# Motor (tepper Motor stepper merupakan motor $7 yang !ergerak dengan menerima pulsa dan mengu!a&nya menjadi gerak mekanis diskrit# Motor stepper digunakan untuk perangkat kecil yang perlu kecepatan tinggi dan memiliki kepresisian !aik% namun memiliki tor\ue renda&#
Gambar &.2. Motor Ste##er %.Permanent Magnet, /.
0#1#+# Aktuator menggunakan keramik multilayer '::
Amtuator ini tergolong actuator smart# $imana se!ua& actuator multi layer di ga!ungkan dengan perangkat actuator yang lainnya# (e&ingga meng&asilkan se!ua& actuator yang memiliki kea&lia& k&usus dan memiliki tingkat keta&anan tinggi# (ala& satu conto& dari aktuator smart adala& Ampli2ed PieDoelektrik Aktuator 8APA9# APA adala& actuator smart yang !erungsi meredam getaran yang tin!ul dengean rekuensi tertentu# APA ter!uat dari ga!ungan keramik multilayer yang diperkuat dengan !aja# Hkuran APA tegolong relati.e kecil dan digunakan pada tur!in dan !aling"!aling &elikoper#
Gambar. &.2&. %m#li6ed Pie1oelektrik %ktuator
Keunggululan APA adala&) • • • • • • •
Gerakan dinamis dan tepat Perpinda&an-displacement le!i& !esar daripada pieDoelektrik aktuator !iasa Kecil dan ringan Tidak muda& pata&-atigue ketika di!eri tegangan secara terus menerus Biaya le!i& mura& Ta&an ter&adap getaran (troke"nya tinggi
Kelema&an APA adala& ) •
Blocking orce"nya tidak terlalu !esar
0#1#,# aktuator mekanik Aktuator mekanik atau juga dise!ut aktuator linier merupakan aktuato yang !eroperasi dengan mengkon.ersi gerak putar menjadi gerak linier# Kon.ersi !iasa dilakukan dengan jenis mekanisme seder&ana% antara lain) •
(cre5 ) (cre5 jack % !ola sekrup dan rol sekrup aktuator semua !eroperasi pada prinsip mesin seder&ana yang dikenal se!agai sekrup# $engan memutar mur aktuator itu% !ergerak poros sekrup di !aris# +
Roda dan gandar ) /oist % 5inc& % rak dan pinion % rantai dri.e % dri.e !elt % rantai kaku dan sa!uk kaku aktuator !eroperasi pada prinsip roda dan poros# $engan memutar roda - ale 8misalnya drum % gear % pulley atau poros 9 seorang anggota linear 8misalnya ka!el % rak% rantai atau ikat pinggang 9 !ergerak# • 7am ) 7am actuator ungsi pada prinsip yang sama dengan yang ada pada !aji % tetapi menyediakan perjalanan yang relati ter!atas# (e!agai cam !erputar seperti roda% !entuk eksentrik mem!erikan dorong di dasar poros# Be!erapa aktuator linier mekanik &anya menarik 8&oist misalnya% dri.e rantai dan !elt dri.e9 dan lain"lain &anya pus& 8aktuator cam misalnya9# actuator mekanis !iasanya mengkon.ersi gerak rotasi dari se!ua& kenop kontrol atau menangani ke perpinda&an linear melalui sekrup dan - atau roda gigi yang tom!ol atau menangani terpasang# (e!ua& jackscre5 mo!il jack atau merupakan mekanis aktuator akra!# =ain keluarga aktuator didasarkan pada poros tersegmentasi # Rotasi jack pegangan dikon.ersi menjadi gerakan mekanis linear kepala jack# actuator mekanis adala& juga sering digunakan dalam !idang laser dan optik untuk memanipulasi posisi ta&ap linear % ta&apan putar % cermin gunung % goniometers dan instrumen posisi lainnya# Hntuk posisi yang akurat dan !erulang% tanda indeks dapat digunakan pada tom!ol"tom!ol kontrol# Be!erapa aktuator !a&kan mencakup encoder dan pem!acaan posisi digital# Ini mirip dengan penyesuaian tom!ol"tom!ol yang digunakan pada mikrometer kecuali !a&5a tujuan mereka adala& penyesuaian posisi daripada pengukuran posisi# •
No # '# +#
Keuntungan aktuator Kekurangan aktuator mekanik mekanik Mura& Manual operasi saja Tidak ada sum!er daya yang diperlukan ,# Mandiri 0# Identik dengan perilaku memperluas atau menca!ut# !able &. kekurangan dan kelebihan dari actuator mekanik 0#1#0# aktuator elektrik# Aktuator elektrik merupakan perangkat elektromekanik yang meng&asilkan daya gerakan# Ada !e!erapa aktuator elektrim% yaitu) motor stepper% motor dc% motor ac% dll# a. Motor ste##er Sebuah motor ste##er adalah #erangkat elektromekanis yang mengubah #ulsa listrik menHadi gerakan mekanis diskrit.
+'
/atang atau gelendong dari motor ste##er ber#utar secara bertaha# langkah diskrit ketika #erintah #ulsa elektrik yang ditera#kan dalam urutan yang te#at. Rotasi motor memiliki hubungan langsung bebera#a in#ut #ulsa ini ditera#kan. Urutan #ulsa yang ditera#kan secara langsung berkaitan dengan arah #utaran motor shaft. 5ece#atan rotasi #oros motor secara langsung berhubungan dengan frekuensi #ulsa masukan dan #anHang #utaran secara langsung berhubungan dengan Humlah #ulsa in#ut yang ditera#kan. 5elebihan dan kekurangan dari motor ste##er, antara lainA ;o. .
2.
$.
&.
'.
.
*.
5elebihan 5ekurangan Sudut rotasi motor resonansi da#at terHadi #ro#osional dengan #ulsa Hika tidak dikontrol. masukan. Motor ini memiliki torsi tidak mudah untuk #enuh #ada berdiri=masih bero#erasi #ada 8Hika lilitan energi). kece#atan sangat tinggi. !e#at #osisi dan kemam#uan untuk mengulangi gerakan seHak motor ste##er yang baik memiliki akurasi $ = 'N dari langkah dan kesalahan ini adalah non kumulatif dari satu langkah ke de#an. Res#on 37cellent untuk me=mulaiOberhenti Omembalikkan. Sangat handal karena ada kuas tidak ada kontak di motor. Lleh karena itu ke=hidu#an motor hanya ter=gantung #ada kehidu#an bantalan. res#on motor untuk #ulsa in#ut digital memberikan kontrol loo# terbuka, membuat motor lebih sederhana dan lebih murah untuk mengendalikan. kemungkinan untuk menca#ai kece#atan #utaran rendah sangat ++
+.
sinkron dengan beban yang langsung digabungkan #ada #oros. berbagai kece#atan rotasi da#at direalisasikan sebagai kece#atan sebanding dengan frekuensi #ulsa masukan. !abel &.2. 5elebihan dan kekurangan dari motor ste##er Salah satu keuntungan #aling signi6kan dari motor ste##er adalah kemam#uannya untuk secara akurat dikendalikan #ada sistem loo# terbuka. 5ontrol loo# terbuka berarti ada informasi um#an balik tentang #osisi yang dibutuhkan. Jenis kontrol meenghilangkan kebutuhan mahal #erangkat um#an balik sensing dan se#erti encoders o#tik. Posisi %nda dikenal hanya dengan melacak #ulsa masukan langkah.
%da $ ti#e dasar motor ste##er, yaituA a) Permanen magnet 8PM). b)
Gambar &. 2' Permanent Magnet
+,
/.
Gambar &.2.
+0
#enghubung antara dua belitan stator, kualitas ini. sangat #enting dalam bebera#a a#likasi.
Gam!ar 0#+4# Permanent Magnet " /y!rid Sebuah motor ste##er da#at menHadi #ilihan yang baik Hika dikendalikan gerakan di#erlukan. Mereka da#at digunakan untuk keuntungan dalam a#likasi di mana %nda #erlu untuk mengontrol rotasi sudut, kece#atan, #osisi dan sinkronisme. 5arena keuntungan di=herent terdaftar sebelumnya, motor ste##er telah menemukan tem#at mereka. (alam a#likasi yang berbeda. /ebera#a di antaranya adalah #rinter, #lotter, #eralatan kantor highend, hard disk dri"e, #eralatan medis, mesin fa7, otomotif dan banyak lagi.
0#1#1# aktuator *uida# Aktuator *uida merupakan aktuator yang !eroprasi dengan menggunakan gas 8pneumatik9 atau menggunakan cairan 8&idrolik9# (istem &idrolik maupun pneumatik keduanya menggunakan prinsip yang sama yaitu penekanan *uida dan menyalurkan nya dalam !entuk tekanan ke tempat atau posisi di mana dia akan !ekerja#
a# Pneumatik Aktuator adala& !agian keluaran untuk mengu!a& energi suplai menjadi energi kerja yang dimanaatkan# (inyal keluaran dikontrol ole& sistem kontrol dan aktuator !ertanggung ja5a! pada sinyal kontrol melalui elemen kontrol terak&ir# Aktuator pneumatik dapat digolongkan menjadi + kelompok ) gerak lurus dan #utar # '# Gerakan lurus 8gerakan linear9 ) ∗ (ilinder kerja tunggal# ∗ (ilinder kerja ganda# +1
+# Gerakan putar ) ∗ Motor udara ∗ Aktuator yang !erputar 8ayun9
(IMBO=
NAMA KOMPONEN
(I=IN$ER KERA THNGGA=
(I=IN$ER KERA THNGGA=% PIN(TON $ENGAN MAGNET TETAP
(I=IN$ER KERA GAN$A
!abel. &.$ Simbol=simbol aktuator linear
(IMBO=
NAMA KOMPONEN
MOTOR H$ARA% PHTARAN (ATH ARA/% KAPA(ITA( TETAP#
MOTOR H$ARA% PHTARAN (ATH ARA/% KAPA(ITA( BERARIA(I
MOTOR H$ARA% PHTARAN +3
$HA ARA/% KAPA(ITA( BERARIA(I
AKTHATOR PHTAR =INTA(AN TERBATA(% PHTARAN $HA ARA/
!abel &.&. Simbol aktuator gerakan #utar
a# (ilinder Kerja Tunggal a9 Konstruksi (ilinder kerja tunggal mempunyai seal piston tunggal yang dipasang pada sisi suplai udara !ertekanan# Pem!uangan udara pada sisi !atang piston silinder dikeluarkan ke atmos2r melalui saluran pem!uangan# ika lu!ang pem!uangan tidak diproteksi dengan se!ua& penyaring akan memungkinkan masuknya partikel &alus dari de!u ke dalam silinder yang !isa merusak seal# Apa!ila lu!ang pem!uangan ini tertutup akan mem!atasi atau meng&entikan udara yang akan di!uang pada saat silinder gerakan keluar dan gerakan akan menjadi tersentak"sentak atau ter&enti# (eal ter!uat dari !a&an yang *eksi!el yang ditanamkan di dalam piston dari logam atau plastik# (elama !ergerak permukaan seal !ergeser dengan permukaan silinder#
GAMBAR
KETERANGAN '# RHMA/ (I=IN$ER +# =HBANG MA(HK H$ARA BERTEKANA N# ,# PI(TON 0# BATANG PI(TON 1# PEGA( PENGEMBA NG +4
Gambar &.2+. Gambar konstruksi silinder kerHa tunggal
!# Prinsip Kerja $engan mem!erikan udara !ertekanan pada satu sisi permukaan piston% sisi yang lain ter!uka ke atmos2r# (ilinder &anya !isa mem!erikan gaya kerja ke satu ara& # Gerakan piston kem!ali masuk di!erikan ole& gaya pegas yang ada didalam silinder direncanakan &anya untuk mengem!alikan silinder pada posisi a5al dengan alasan agar kecepatan kem!ali tinggi pada kondisi tanpa !e!an# Pada silinder kerja tunggal dengan pegas% langka& silinder di!atasi ole& panjangnya pegas # Ole& karena itu silinder kerja tunggal di!uat maksimum langka&nya sampai sekitar 6 mm# c# Kegunaan Menurut konstruksinya silinder kerja tunggal dapat melaksanakan !er!agai ungsi gerakan % seperti ) menjepit !enda kerja pemotongan pengeluaran pengepresan pem!erian dan pengangkatan#
d# Macam"Macam (ilinder Kerja Tunggal Ada !ermacam"macam perencanaan silinder kerja tunggal termasuk ) (ilinder mem!ran 8diaragma9 (ilinder mem!ran dengan rol
!# (ilinder Ganda a9# Konstruksi Konstruksi silinder kerja ganda adala& sama dengan silinder kerja tunggal% tetapi tidak mempunyai pegas pengem!ali# (ilinder kerja ganda mempunyai dua saluran 8saluran masukan dan saluran pem!uangan9# (ilinder terdiri
+6
dari ta!ung silinder dan penutupnya% piston dengan seal% !atang piston% !antalan% ring pengikis dan !agian penyam!ungan# Konstruksinya dapat dili&at pada gam!ar !erikut ini ) Biasanya tabung silinder ter!uat dari ta!ung !aja tanpa sam!ungan# Hntuk memperpanjang usia komponen seal permukaan dalam ta!ung silinder dikerjakan dengan mesin yang presisi# Hntuk aplikasi k&usus ta!ung silinder !isa di!uat dari aluminium % kuningan dan !aja pada permukaan yang !ergeser dilapisi c&rom keras# Rancangan k&usus dipasang pada suatu area dimana tidak !ole& terkena korosi# Penutu# akhir tabung adala& !agian paling penting yang ter!uat dari !a&an cetak seperti aluminium !esi tuang# Kedua penutup !isa diikatkan pada ta!ung silinder dengan !atang pengikat yang mempunyai !aut dan mur# /atang #iston ter!uat dari !aja yang !ertemperatur tinggi# Hntuk meng&indari korosi dan menjaga kelangsungan kerjanya% !atang piston &arus dilapisi c&rom# Ring seal dipasang pada ujung ta!ung untuk mencega& ke!ocoran udara# Bantalan penyangga gerakan !atang piston ter!uat dari P7% atau perunggu# $i depan !antalan ada se!ua& ring pengikis yang !erungsi mencega& de!u dan !utiran kecil yang akan masuk ke permukaan dalam silinder#
!9# Prinsip Kerja $engan mem!erikan udara !ertekanan pada satu sisi permukaan piston 8ara& maju9 % sedangkan sisi yang lain 8ara& mundur9 ter!uka ke atmos2r% maka gaya di!erikan pada sisi permukaan piston terse!ut se&ingga !atang piston akan terdorong keluar sampai mencapai posisi maksimum dan !er&enti# Gerakan silinder kem!ali masuk% di!erikan ole& gaya pada sisi permukaan !atang piston 8ara& mundur9 dan sisi permukaan piston 8ara& maju9 udaranya ter!uka ke atmos2r# Keuntungan silinder kerja ganda dapat di!e!ani pada kedua ara& gerakan !atang pistonnya# Ini memungkinkan pemasangannya le!i& *eksi!el# Gaya yang di!erikan pada !atang piston gerakan keluar le!i& !esar daripada gerakan masuk# Karena eekti permukaan piston dikurangi pada sisi !atang piston ole& luas permukaan !atang piston (ilinder akti adala& di!a5a& kontrol suplai udara pada kedua ara& gerakannya# Pada prinsipnya panjang langka& +:
silinder di!atasi% 5alaupun aktor lengkungan dan !engkokan yang diterima !atang piston &arus diper!ole&kan# (eperti silinder kerja tunggal% pada silinder kerja ganda piston dipasang dengan seal jenis cincin O atau mem!ran# c9# Pemasangan (ilinder enis pemasangan silinder ditentukan ole& cara cara gerakan silinder yang ditempatkan pada se!ua& mesin atau peralatan # (ilinder !isa dirancang dengan Henis #emasangan #ermanen jika tidak &arus diatur setiap saat# Alternati lain% silinder !isa menggunakan Henis #emasangan yang diatur % yang !isa diu!a& dengan menggunakan perlengkapan yang cocok pada prinsip konstruksi modul# Alasan ini adala& penyeder&anaan yang penting sekali dalam penyimpanan% le!i& k&usus lagi dimana silinder pneumatik dengan jumla& !esar digunakan seperti &alnya silinder dasar dan !agian pemasangan dipili& secara !e!as mem!utu&kan untuk disimpan#
Pemasangan silinder dan kopling !atang piston &arus diga!ungkan dengan &ati"&ati pada penerapan yang rele.an% karena silinder &arus di!e!ani &anya pada ara& aksial# (ecepat gaya dipinda&kan ke se!ua& mesin% secepat itu pula tekanan terjadi pada silinder# ika sum!u sala& ga!ung dan tidak segaris dipasang% tekanan !antalan pada ta!ung silinder dan !atang piston dapat diterima# (e!agai aki!atnya adala& )
Tekanan samping yang !esar pada !antalan silinder
mem!erikan meningkat#
indikasi
!a&5a
pemakaian
silinder
Tekanan samping pada !atang piston akan mengikis
!antalan# Tekanan tidak seim!ang pada seal piston dan !atang
piston#
Tekanan samping ini sering menda&ului aktor pengurangan pera5atan silinder yang suda& direncanakan se!elumnya# Pemasangan !antalan silinder yang dapat diatur dalam tiga dimensi mem!uat kemungkinan untuk meng&indari tekanan !antalan yang !erle!i&an pada silinder# Momen !engkok yang akan terjadi selanjutnya +'
di!atasi ole& penggesekan yang !ergeser pada !antalan# Ini !ertujuan !a&5a silinder diutamakan !ekerja &anya pada tekanan yang suda& direncanakan% se&ingga !isa mencapai secara maksimum pera5atan yang suda& direncanakan#
Gam!ar di !a5a& menunjukkan cara pemasangan silinder#
Gambar &.2- cara #emasangan silinder.
e#9 Kegunaan (ilinder pneumatik tela& dikem!angkan pada ara& !erikut ) Ke!utu&an penyensoran tanpa sentu&an 8menggunakan
magnit pada piston untuk mengaktikan katup !atas -limit s5itc& dengan magnit 9 Peng&entian !e!an !erat pada unit penjepitan dan pena&an luar ti!a"ti!a#
(ilinder rodless digunakan dimana tempat ter!atas# Alternati pem!uatan material seperti plastik Mantel pelindung ter&adap pengaru& lingkungan yang
merusak% misalnya siat ta&an asam Penam!a& kemampuan pem!a5a !e!an# Aplikasi ro!ot dengan gam!aran k&usus seperti !atang
piston tanpa putaran% !atang piston !erlu!ang untuk mulut pengisap#
+''
#9 Macam"Macam (ilinder Kerja Ganda (IMBO=
NAMA KOMPONEN
(I=IN$ER KERA GAN$A
(I=IN$ER KERA GAN$A $ENGAN BATANG PINTON $ENGAN (I(I GAN$A
(I=IN$ER KERA GAN$A $ENGAN BATA=AN H$ARA TETAP $A=AM (ATH ARA/
(I=IN$ER KERA GAN$A $ENGAN BANTA=AN H$ARA TINGGI% $APAT $IATHR PA$A (ATH (I(I
(I=IN$ER KERA GAN$A $ENGAN BANTA=AN H$AR GAN$A# $APAT $IATHR PA$A KE$HA (I(I
(I=IN$ER KERA GAN$A $ENGAN BANTA=AN H$ARA% $APAT $IATHR PA$A KE$HA (I(I $AN PI(TON BERMAGNET
!abel &.'. Silinder kerHa +'+
g#9 (ilinder $engan Peredam $iak&ir =angka&
ika silinder &arus menggerakkan massa yang !esar% maka dipasang peredam di ak&ir langka& untuk mencega& !enturan keras dan kerusakan silinder# (e!elum mencapai posisi ak&ir langka&% peredam piston memotong langsung jalan arus pem!uangan udara ke udara !e!as# Hntuk itu disisakan sedikit sekali penampang pem!uangan yang umumnya dapat diatur# (epanjang !agian terak&ir dari jalan langka& % kecepatan masuk dikurangi secara drastis#
angan sekali"sekali menutup !aut pengatur secara penu& se!a! akan mengaki!atkan !atang piston tidak dapat mencapai posisi ak&ir gerakannya# Pada gaya yang sangat !esar dan percepatan yang tinggi% &arus dilakukan upaya pengamanan k&usus# Pasangla& peredam kejut luar untuk memperkuat daya &am!at#
Gambar &.$0 5onstruksi silinder kerHa ganda dengan bantalan udara
0#1#3# aktuator smart aktuator pieDoelektrik Ampli2ed adala& aktuator tertentu menggunakan pieDoelektrik !a&an se!agai !a&an akti% dan memiliki desain k&usus untuk mengatasi keter!atasan tradisional aktuator pieDoelektrik langsung klasik% stroke ter!atas# As classical pieDoelectric materials &a.e a strain o #'% it is practically impossi!le to reac& signi2cant stroke 5it&out displacement ampli2cation 8' mm displacement 5ould re\uired ' meter o pieDoelectric material9# (e!agai !a&an pieDoelektrik klasik memiliki strain %'% maka praktis tidak mungkin untuk mencapai stroke signi2kan tanpa ampli2kasi perpinda&an 8' mm perpinda&an akan di!utu&kan ' meter dari !a&an pieDoelektrik9# T&e solution to reac& middle range stroke is to use an
+',
ampli2cation system# (olusi untuk mencapai stroke rentang tenga& adala& menggunakan sistem ampli2kasi# BAB 1 PENGENA=AN P=7
Programma!le =ogic 7ontroller 8P=79 adala& komputer elektronik yang muda& digunakan yang memiliki ungsi kendali untuk !er!egai tipe dan tingkat kesulitan yang !eraneka ragam# $e2nisi program logic controller menurut capiel8':6+9 adala& (istem elektronik yang !eroperasi secara digital dan didisain untuk pemakaian di lingkungan industri% dimana sistem ini menggunakan memori yang dapat di program untuk penyimpanan secara internal intruksi"intruksi yang mengimplementasikan ungsi"ungi spesi2k seperti logika% urutan%per5aktuan% untuk mengontrol mesin melalui modul"modul I-O maupun analog#
1#' (I(TEM P=7 (istem P=7 memiliki tiga komponen utama yaitu unit prosesor% !agian masukan-keluaran% dan perangkat pemrograman# ;ungsi kerja dari ketiga komponen terse!ut digam!ar secara diagram pada gam!ar !erikut
Gam!ar 1#' komponen utama plc perincian diagram diatas se!agai !erikut
+'0
Hrutan kerja dari gam!ar diagram !lok diatas dimulai dari perangkat masukan yang akan mem!erikan sinyal pada modul masukan# (inyal terse!ut diteruskan ke prosesor dan akan diola& sesuai dengan program di!uat# (inyal dari prosesor kemudian di!erikan ke modul keluaran untuk mengaktikan perangkat keluaran
1#'#' MO$H= MA(HKAN Modul masukan adala& !agian dari sistem P=7 yang !erungsi memproses sinyal dari perangkat masukan yang kemudian mem!erikan sinyal terse!ut ke prosesor
1#'#+ PRO(E(E(OR Prosesor adala& !agian dari 7entral Processing Hnit 87PH9 dari P=7 yang akan menerima% menganalisa% memproses dan mem!erikan inormasi kemodul keluaran#
1#'#, PERANGKAT KE=HARAN Perangkat keluaran adala& komponen"komponen memerlukan sinyal untuk mengaktikan komponen terse!ut#
yang
1#'#0 7ATH $A>A (istem P=7 memiliki dua macam catu daya di!edakan !erdasarkan ungsi dan operasinya yaitu catu daya dalam dan catu daya +'1
luar# 7atu daya dalam merupakan !agian dari unit P=7 itu sendiri sedangkan catu daya luar yang mem!erikan catu daya pada keseluru&an !agian dari sistem termasuk didalamnya untuk mem!erikan catu daya pada catu daya dalam dari P=7# 7atu daya dalam akan mengaktikan proses kerja pada P=7# Besarnya tegangan catu daya yang dipakai disesuaikan dengan karakteristik P=7# Bagian catu daya dalam pada P=7 sama dengan !agian"!agian yang lain dimana terdapat langsung pada satu unit P=7 atau terpisa& dengan !agian yang lain# 7atu daya dalam P=7 adala& menggunakan#
$i P=7 dikenal + sinyal yaitu) sinyal diskrit dan analog# (inyal $iscrete adala& sinyal yang meng&asilkan + sinyal yakni dan '% sedang sinyal analog adala& sinyal yang meng&asilkan range tertentu seperti % '% +% ,% 0% dst#
1#+ RE=A> $alam dunia elektronika% relay dikenal se!agai komponen yang dapat mengimplementasikan logika s5itc&ing# (e!elum ta&un 4an% relay merupakan otakF dari rangkaian pengendali# Baru setela& itu muncul P=7 yang mulai menggantikan posisi relay# Relay yang paling seder&ana iala& relay elektromekanis yang mem!erikan pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik# (ecara seder&ana relay elektromekanis ini dide2nisikan se!agai !erikut ) Alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup 8atau mem!uka9 kontak saklar# (aklar yang digerakkan 8secara mekanis9 ole& daya-energi listrik#
(ecara umum% relay digunakan untuk memenu&i ungsi C ungsi !erikut ) Remote control ) dapat menyalakan atau mematikan alat dari jarak jau& Penguatan daya ) menguatkan arus atau tegangan 7onto& ) starting relay pada mesin mo!il Pengatur logika kontrol suatu system
PRIN(IP KERA Relay terdiri dari coil dan contact# Per&atikan gam!ar +#+% coil adala& gulungan ka5at yang mendapat arus listrik% sedang contact adala& +'3
sejenis saklar yang pergerakannya tergantung dari ada tidaknya arus listrik di coil# 7ontact ada + jenis ) Normally Open 8kondisi a5al se!elum diaktikan open9% dan Normally 7losed 8kondisi a5al se!elum diaktikan close9# (ecara seder&ana !erikut ini prinsip kerja dari relay ) ketika 7oil mendapat energi listrik 8energiDed9% akan tim!ul gaya elektromagnet yang akan menarik armature yang
!erpegas% dan contact akan menutup#
Gam!ar 1#+ (kema relay elektromekanik
Keuntungan dan kerugian penggunaan Relay)
Keuntungan) " Muda& mengadaptasi !ermacam"macam tegangan operasi " Tidak muda& terganggu dengan adanya peru!a&an temperature disekitarnya% karena relay masi& !isa !ekerja pada temperature +,, K 8"0o 79 sampai ,1, K 86o 79 " Mempunyai ta&anan yang cukup tinggi pada kondisi tidak kontak " Memungkinkan untuk menyam!ungkan !e!erapa saluran secara independent " Adanya isolasi logam antara rangkaian kontrol dan rangkaian utama +'4
Ole& karena keuntungan"keuntungan di atas maka penggunaan relay sampai saat ini masi& diperta&ankan# Kerugian) " K&ususnya untuk NO% !ila akan diaktikan tim!ul percikan api " Memerlukan tempat yang cukup !esar " Bila diaktikan% !er!unyi " Kontaktor !isa terpengaru& dengan adanya de!u " Kecepatan menyam!ung atau memutus saluran ter!atas
Relay yang dipolarisasi 8PolariDed Relay9
Pada prakteknya relay ini digunakan !ila energi yang diper!ole&kan untuk dipakai sangat kecil# Adapun energi listrik yang diperlukan yaitu sekitar %' C %1 m<# Metoda operasinya ada !e!erapa macam% diantaranya)
a# Posisi normal tertentu Posisi sam!ungan relay ini akan tetap pada posisi yang sama% !aik itu se!elum ataupun sesuda& diaktikan# Bila energi listrik dialirkan maka medan magnet yang terjadi diintensikan ole& medan magnet permanen# Begitu pula !ila arus dialirkan &anya se!entar saja maka posisi kontak akan kem!ali ke tempat semula !egitu arus diputuskan#
!# Posisi normal pada kedua sisinya Posisi sam!ungan yang akti tidak tetap% tergantung dari posisi terak&ir disam!ungkan# Relay ini !ekerja !ila arus listrik disalurkan% maka sam!ungan kontaknya akan !erpinda& ke sam!ungan yang lainnya# (elanjutnya !ila arus listrik diputus maka posisi sam!ungan yang menyam!ung adala& posisi ak&ir setela& diaktikan#
c# Posisi normal ditenga&
+'6
Apa!ila relay ini tidak diaktikan maka tidak ada satu saluran pun yang menyam!ung karena posisi lengan kontak ada di tenga&"tenga&# Apa!ila arus listrik disalurkan maka posisi kontak akan ditentukan ole& ara& arus yang disam!ungkan# $an !ila arus diputus% posisi lengan kem!ali ke tenga&#
Relay Mengunci 8=atc&ing relays9 =atc&ing relay adala& relay yang dikontrol dengan electromagnetic% dimana relay ini akan tetap !erada pada posisi setela& diaktikan 5alaupun sum!er energi suda& diputuskan% seola&ola& terkunci pada posisi ak&ir# (istem pengunci !iasanya dengan mempergunakan kerja mekanik# Penggunaan relay ini !iasanya untuk jaringan listrik di ruma& tinggal#
Remnant Relay Relay ini disainnya k&usus% maksudnya adala& !ila relay ini diaktikan maka akan terjadi elektromagnet# Elektromagnet ini akan tinggal dan tetap ada 5alaupun sum!er energinya tela& di&ilangkan# Atau dengan kata lain relay ini dikunci pada posisi ak&ir# Hntuk menyalakan relay ini maka arus yang dipakai adala& arus positi% sedangkan untuk mematikannya mempergunakan arus negati#
Relay Tunda
Time $elay (5itc& On Relay +':
Bila sakelar ( diaktikan maka relay tunda 5aktu mulai !ekerja# Ketika 5aktu yang ditentukan tercapai maka terminal '6 akan tersam!ungkan# (inyal output 8keluaran9 akan ada selama sinyal input ada# Elemen tunda 5aktu digam!arkan pada kotak yang di!atasi dengan garis strip#
Proses !ekerjanya tunda 5aktu) Bila sakelar ( diaktikan maka arus listrik akan mengalir melalui ta&anan R'% yang !esarnya !isa diatur# Arus ini tidak mengalir ke relay K' melainkan akan mengalir ke terminal K' N7% yang selanjutnya arus listrik mengalir ke kapasitor 7 dan menampungnya di sana# Bila kapasitor 7 tidak !isa menampung arus listrik lagi 8tegangan yang diijinkan tela& tercapai9 maka arus listrik akan mengalir ke relay K'# =amanya mengisi kapasitor ini tergantung pada !esarnya R'# (elanjutnya !ila relay K' suda& akti maka terminal '6 akan tersam!ung dengan terminal '1# $i sini !isa kita !andngkan dengan katup tunda 5aktu &idup pada rangkaian pneumatik
Gam!ar 1#+#'Time $elay (5itc& O Relay ++
Bila sakelar ( diaktikan maka relay tunda 5aktu mulai !ekerja# (inyal output akan ada selama sinyal input ada# Tapi !ila sinyal input diputus maka sinyal output tidak akan langsung &ilang% melainkan tetap ada sampai !atas 5aktu yang tela& ditentukan# Elemen tunda 5aktu digam!arkan pada kotak yang di!atasi dengan garis strip#
Proses !ekerjanya tunda 5aktu) Bila sakelar ( diaktikan maka arus listrik akan mengalir ke relay K' dan relay K' langsung !ekerja# (e!elum relay K' diaktikan% arus listrik mengalir ke kapasitor 7 melalui ta&anan R+ dan menampungnya sampai kapasitor mencapai tegangan yang diijinkan# $engan diaktikannya relay K' maka s5itc& K' akti se&ingga arus listrik yang tertampung di kapasitor 7 akan mengalir melalui R' !ila sakelar ( dinon"aktikan# =amanya mengosongkan kapasitor 7 tergantung pada !esaran R'# Bila tegangan di 7 suda& tidak ada maka terminal '3 akan tersam!ung lagi dengan terminal '1# $i sini !isa kita !andingkan dengan katup tunda 5aktu mati pada rangkaian pneumatik#
++'
Kontaktor >ang dimaksudkan dengan kontaktor adala& sakelar yang diatuasikan dengan elektromagnet# $aya untuk mengontrolnya !isa renda& tapi daya !e!an !isa tinggi% dengan kata lain untuk mengaktuasikan elektromagnet cukup misalnya dengan tegangan renda& tapi !isa menyalurkan arus yang !ertegangan le!i& tinggi# Kontaktor !anyak digunakan untuk keperluan yang !ermacammacam# Misalnya digunakan untuk menyalakan motor% sistem pemanas% alat pengatur temperatur ruangan% keran% dll#
Tipe"tipe kontaktor) a# Kontaktor yang elektromagnetnya dilindungi) !# Kontaktor denganelektromagnet inti) c# Kontaktor dengan armature sistem engsel)
Gam!ar 1#+#, kontakor Keuntungan mempergunakan kontaktor) " Be!an tinggi !isa diaktikan dengan !e!an renda& " Terdapat isolasi logam antara rangkaian kontrol dan rangkaian utama " (edikit pera5atannya " Tidak terpengaru& ole& temperature
+++
Kerugiannya) " Muda& aus " Hkurannya !esar " Menim!ulkan suara " Kecepatan menyam!ung ter!atas
1#, A=ABAR BOO=EAN Alja!ar !oolean merupakan alja!ar yang !er&u!ungan dengan .aria!el".aria!el !iner dan operasi"operasi logik# aria!el".aria!el diperli&atkan dengan &uru"&uru ala!et% dan tiga operasi dasar dengan AN$% OR dan NOT 8komplemen9# ;ungsi !oolean terdiri dari .aria!el" .aria!el !iner yang menunjukkan ungsi% suatu tanda sama dengan% dan suatu ekspresi alja!ar yang di!entuk dengan menggunakan .aria!el" .aria!el !iner% konstanta"konstanta dan '% sim!ol"sim!ol operasi logik% dan tanda kurung# $alam logika dikenal aturan s!! ) ♦(uatu keadaan tidak dapat dalam keduanya !enar dan sala&
sekaligus ♦Masing"masing adala& !enar - sala&# ♦(uatu keadaan dise!ut !enar !ila tidak sala&#
$alam aja!ar !oolean keadaan ini ditunjukkan dengan dua konstanta ) =OGIKA ^' dan ^
$A=I= BOO=EAN @ '# L ATAH L' +# # L ,# ' J ' L ' 0# J L 1# ' # ' L ' 3# ' # L # ' L 4# ' J L J ' L ++,
TEOREMA BOO=EAN '# /K# KOMHTATI; AJBLBJA A#BLB#A +# /K# A((O(IATI; 8AJB9J7 L AJ8BJ79 8A#B9 # 7 L A # 8B#79 ,# /K# $I(TRIBHTI; A # 8BJ79 L A#B J A#7 A J 8B#79 L 8AJB9 # 8AJ79 0# /K# I$ENTITA( AJLA A#'LA 1# /K# NEGA(I A J A L ' A # A L 3# /K# I$EMPOTEN AJALA A#ALA 4#/K% IKATAN AJ'L' A#L 6# /K# ABR(ORP(I 8A#B9 J A L A 8AJB9 # A L A :# $E MORGAN( 8 A # B 9 L A J B 8 A J B 9 L A # B ++0
'#
A J A # B L A J B A J A # B L A J B
RANGKAIAN =OGIKA $A(AR Pengertian GERBANG 8GATE9 ) Rangkaian satu atau le!i& sinyal masukan tetapi &anya meng&asilkan satu sinyal keluaran# ♦
Rangkaian digital 8dua keadaan9% karena sinyal masukan atau keluaran &anya !erupa tegangan tinggi atau lo5 8 ' atau 9# ♦
(etiap keluarannya tergantung sepenu&nya pada sinyal yang di!erikan pada masukanmasukannya# ♦
Ger!ang logika atau ger!ang logik adala& suatu entitas dalam elektronika dan matematika Boolean yang mengu!a& satu atau !e!erapa masukan logik menjadi se!ua& sinyal keluaran logik# Ger!ang logika terutama diimplementasikan secara elektronis menggunakan dioda atau transistor% akan tetapi dapat pula di!angun menggunakan susunan komponen"komponen yang memanaatkan siat"siat elektromagnetik 8relay9% cairan% optik dan !a&kan mekanik# $alam logika dan !idang teknik yang memakainya% konjungsi% atau dan% adala& operator logika dalam kalkulus proposisional# /asil dari dua proposisi juga dise!ut konjungsi mereka# /asil konjungsi adala& !enar ji ka kedua proposisinya !enar@ jika tidak% &asilnya adala& sala& $alam logika dan !idang teknik yang memakainya% disjungsi% atau atau% adala& operator logika dalam kalkulus proposisional# /asil dari dua proposisi juga dise!ut disjungsi mereka# /asil disjungsi adala& sala& jika kedua proposisinya sala&@ jika tidak% &asilnya adala& !enar# $alam logika dan !idang teknik yang memakainya% negasi% atau tidak% adala& operator logika dalam kalkulus proposisional# /asil dari dua proposisi juga dise!ut negasi mereka# /asil negasi adala& !enar jika proposisinya sala&@ jika tidak% &asilnya adala& sala&#
++1
sum!er) e!ook rangkaian logika 1#,
Ba&asa Pemrograman Program P=7 dapat di!uat dengan menggunakan !e!erapa cara yang dise!ut !a&asa pemrograman# Bentuk program !er!eda" !eda sesuai dengan !a&asa pemrograman yang digunakan# Ba&asa pemrograman terse!ut antara lain) diagram ladder% kode mneumonik% diagram !lok ungsi% dan teks terstruktur# Be!erapa merk P=7 &anya mengem!angkan program diagram ladder dan kode mneumonik#
'# $iagram =adder $iagram ladder terdiri atas se!ua& garis .ertikal di se!ela& kiri yang dise!ut !us !ar% dengan garis !erca!ang ke kanan yang dise!ut rung# (epanjang garis instruksi% ditempatkan kontak"kontak yang mengendalikan-mengkondisikan instruksi lain di se!ela& kanan# Kom!inasi logika kontak"kontak ini menentukan kapan dan !agaimana instruksi di se!ela& kanan ++3
dieksekusi# 7onto& diagram ladder ditunjukkan pada gam!ar di !a5a& ini#
Gam!ar 1#+#,# 7onto& $iagram =adder
Terli&at dari gam!ar di atas !a&5a garis instruksi dapat !erca!ang kemudian menyatu kem!ali# (epasang garus .ertikal dise!ut kontak 8kondisi9# Ada dua kontak% yaitu kontak NO 8Normally Open9 yang digam!ar tanpa garis diagonal dan kontak N7 8Normally 7losed9 yang digam!ar dengan garis diagonal# Angka di atas kontak menunjukkan !it operand#
Prinsip"prinsip =adder $iagram P=7 # Motor di&u!ungkan ke sum!er daya melalui , saklar yang dirangkai secara seri ditam!a& saklar o.er load se!agai pengaman# Motor akan menyala !ila seluru& saklar dalam kondisi menutup#
Gam!ar +# rangkaian start C stop motor #
++4
sum!er) &ttp)--anaklistrik:6#!logspot#com-+:-4- ladder" diagram#&tml Kesimpulan ) '# =adder diagram tersusun dari dua garis .ertical yang me5akili rel daya +# $iantara garis .ertikal terse!ut disusun garis &oriDontal yang dise!ut rung 8anak tangga9 yang !erungsi untuk menempatkan komponen kontrol sistem# Aturan"Aturan $alam =eader $iagram $alam menggam!arkan kon.ensi" kon.ensi tertentu)
se!ua&
ladder
diagram%
diterapkan
A# Garis" garis .ertikal diagram mempresentasikan rel" rel daya% di mana diantara keduanya komponen" komponen rangkaian tersam!ung# B# Tiap" tiap anak tangga mende2nisikan se!ua& operasi di dalam proses kontrol# 7# (e!ua& diagram tangga di!aca dari kiri ke kanan dan dari atas ke !a5a&# Anak tangga teratas di!aca dari kiri ke kanan# Berikutnya anak tangga kedua di!aca dari kiri ke kanan dan demikian seterusnya# Ketika P=7 !erada dalam keadaan !ekerja% P=7 mem!aca seluru& program tangga dari a5al sampai ak&ir% anak tangga terak&ir ditandai dengan jelas% kemudian memulai lagi dari a5al# $# Tiap" tiap anak tangga &arus dimulai dengan se!ua& input atu sejumla& input dan &arus !erak&ir dengan setidaknya se!ua& output# Itila& input digunakan !agi se!ua& langka& kontrol% seperti misalnya menutup kontak se!ua& saklar% yang !erperan se!agai se!ua& input ke P=7# Istila& output digunakan untuk perangkat yang tersam!ung ke output se!ua& P=7# E# Perangkat" perangkat listrik ditampilkan dalam kondisi normalnya# $engan demikian% se!ua& saklar yang dalam keadaan normalnya ter!uka &ingga suatu o!jek menutupnya% diperli&atkan pada diagram tangga# (e!ua& aklar yang dalam keadaan normalnya tertutup diperli&atkan tertutup# ;# (e!ua& perangkat tertentu dapat digam!arkan pada le!i& dari satu anak tangga# (e!agai conto&% kita dapat memiliki se!ua& relay yang menyalakan satu !ua& perangkat listrik atau le!i&# /uru" &uru dan nomor dipergunakan untuk mem!eri la!el !agi perangkat terse!ut pada riap" tiap situai kontrol yang di&adapinya#
++6
G# Input" input dan output" output seluru&nya diidenti2kasikan melalui alamat" alamatnya# Alamat ini mengindikasikan lokasi input atau output di dalam memori P=7#
1#0 Instruksi $iagram =adder Instruksi diagram ladder adala& instruksi sisi kiri yang mengkondisikan instruksi lain di sisi kanan# Pada program diagram ladder instruksi ini disim!olkan dengan kontak"kontak seperti pada rangkaian kendali elektromagnet# Instruksi diagram ladder terdiri atas enam instruksi ladder dan dua instruksi !lok logika# Instruksi !lok logika adala& instruksi yang digunakan untuk meng&u!ungkan !agian yang le!i& kompleks#
Instruksi =O$ dimulai dengan !arisan logic yang dapat diteruskan menjadi ladder diagram rung# Instruksi =O$ digunakan setiap kali rung !aru dimulai#
•
$iagram =adder 8 relay circuit 9
•
=ist Program Address
Instruction
$ata
=O$
'
"
"
1. Instruksi AN$ • •
Instruksi AN$ digunakan untuk mem!uat program kontak sirkuit seri Instruksi AN$ dimasukan se!elum set yang kedua yang !er&u!ungan dan selanjutnya ++:
•
$apat dilanjuti contact normally closed
Ger!ang =ogic AN$
instruksi
NOT
untuk
Ta!el Ke!enaran ger!ang AN$ INPHT '
INPHT +
INPHT ,
O;;
O;;
O;;
ON
O;;
O;;
O;;
ON
O;;
ON
ON
ON
$iagram =adder 8relay circuit9
dengan
'
'
=ist Program Address
Instruction
$ata
=O$
'
AN$
'
+,
Instruksi OR
# Instruksi OR digunakan untuk memprogram parallel contact
circuit # Instruksi OR dimasukan se!elum set kedua dan selanjutnya # Instruksi ini dapat diikuti ole& instruksi NOT pada contact normaly closed
Ger!ang =ogic OR
Ta!el Ke!enaran ger!ang OR INPHT '
INPHT +
INPHT ,
O;;
O;;
O;;
ON
O;;
ON
O;;
ON
ON
ON
ON
ON
$iagram =adder 8relay circuit9
'
'
=ist Program
+,'
Address
Instruction
$ata
=O$
'
OR
'
2. Instruksi AN$ =O$ # # #
Instruksi AN$ =O$ digunakan untuk menyam!ung dua atau le!i& circuit seri yang dimulai dengan =O$ instruction# Instruksi AN$ =O$ sama dengan NO$E pada ladder program# Instruksi AN$ =O$ dimasukan setela& memasukkan circuit" circuit yang akan disam!ung# Ger!ang =ogic AN$ =O$
AN$ =O$
$iagram =adder 8relay circuit9
AN$ =O$
=ist Program
+,+
# # #
Address
Instruction
$ata
=O$
'
'
=O$
+
+
OR
,
,
AN$ =O$
Key Operation Instruksi OR =O$
Instruksi OR =O$ digunakan untuk menyam!ung dua atau le!i& circuit parallel yang dimulai dengan =O$ instruction Instruksi OR =O$ sama dengan NO$E pada ladder diagram Instruksi OR =O$ dimasukan setela& memasukkan circuit yang akan disam!ung
Ger!ang =ogic OR =O$
$iagram =adder 8relay circuit9
OR =O$
=ist Program
+,,
Address
Instruction
$ata
=O$
'
'
AN$
+
+
=O$
,
,
AN$
0
0
OR =O$
3. Instruksi NOT
Instruksi NOT digunakan se!elum memasukan input address untuk menyatakan kontak yang normaly closed NOT mem!uat pem!acaan input menjadi # Instruksi ke!alikannya # Instruksi ini dapat dimasukan setela& memasukkan instruksi =O$% AN$% OR #
Ger!ang =ogic NOT
Ta!el Ke!enaran ger!ang NOT INPHT
OHTPHT
O;;
ON
ON
O;;
$iagram =adder 8relay circuit9
+,0
=ist Program
Address
Instruction
$ata
=O$ NOT
'
"
"
1#0 (I(TEM /I$RO=IK
/idrolik adala& ilmu pergerakan *uida% tidak ter!atas &anya pada *uida air# arang dalam kese&arian kita tidak menggunakan prinsip &idrolik% tiap kali kita minum air% tiap kali kita menginjak rem kita mengaplikasikan prinsip &idrolik#
KEHNTHNGAN (istem &idrolik !anyak memiliki keuntungan# (e!agai sum!er kekuatan untuk !anyak .ariasi pengoperasian# Keuntungan sistem &idrolik antara lain) a#
Ringan
!#
Muda& dalam pemasangan
c#
(edikit pera5atan
d#
(istem &idrolik &ir ' e2sien% !ukan !erarti menga!aikan terjadinya # gesekan *uida#
KOMPONEN (I(TEM /I$RO=IK
+,1
Motor /idrolik Motor &idrolik !erungsi untuk mengu!a& energi tekanan cairan &idrolik menjadi energi mekanik# Pompa /idrolik# Pompa umumnya digunakan untuk meminda&kan sejumla& .olume cairan yang digunakan agar suatu cairan terse!ut memiliki !entuk energi# Katup 8al.e9 Katup pada sistem di!edakan atas ungsi% disain dan cara kerja katup#
1#1 E=EKTRO PNHMATIK
Elektropneumatik merupakan pengem!angan dari pneumatik% dimana prinsip kerjanya Memili& energi pneumatik se!agai media kerja 8tenaga penggerak9 sedangkan media kontrolnya Mempergunakan sinyal elektrik ataupun elektronik# (inyal elektrik dialirkan ke kumparan yang terpasang pada katup pneumatik dengan mengaktikan sakelar% sensor ataupun sakelar pem!atas yang !erungsi se!agai penyam!ung ataupun pemutus sinyal# (inyal yang dikirimkan ke kumparan tadi akan meng&asilkan medan elektromagnit dan akan mengaktikan-mengaktuasikan katup pengatur ara& se!agai elemen ak&ir pada rangkaian kerja pneumatik# (edangkan media kerja pneumatik akan mengaktikan atau menggerakkan elemen kerja pneumatik seperti motor"pneumatik atau silinder yang akan menjalankan sistem#
Elemen utama Elektro"pneumatik Bila energi listrik tersedia dan akan dipakai maka perlu diproses dan didistri!usikan ole& komponen utama# Hntuk mempermuda& penunjukkannya maka komponen itu digam!arkan dalam !entuk sim!ol pada diagram rangkaiannya#
Elemen utama Elektro"pneumatik Bila energi listrik tersedia dan akan dipakai maka perlu diproses dan didistri!usikan ole& komponen utama# Hntuk mempermuda&
+,3
penunjukkannya maka komponen itu digam!arkan dalam !entuk sim!ol pada diagram rangkaiannya# (inyal masukan listrik kerjanya tergantung kepada ungsi sinyal itu# Ada yang dise!ut Normally openF 8NO% pada kondisi tidak akti sam!ungan tidak tersam!ung9% Normally closedF 8N7% kondisi tidak akti sam!ungan tersam!ung9 dan 7&ange O.erF 8tersam!ung !ergantian% kom!inasi dari NO dan N79#
(akelar tekan% dioperasikan manual
(akelar tekan !iasa Elemen sinyal masukan diperlukan untuk memungkinkan se!ua& sistem kontrol dinyalakan# >ang paling umum dipakai adala& sakelar tekan 8Pus&"!utton s5itc&9# $ise!ut sakelar tekan karena untuk mengalirkan sinyal% mengaktuasikannya dengan menekan tom!ol atau sakelar (im!ol yang digunakan)
(akelar tekan manual secara umum untuk kontak NO 8General Pus&"!utton s5itc&% NO9
(akelar tekan manual% diaktikan dengan cara ditekan untuk kontak NO
+,4
(aklear tekan manual% diaktikan dengan cara ditekan untuk kontak N7
(akelar tekan mengunci 8=atc&ing Pus&"!utton s5itc&es9
(akelar ini diaktuasikan-diaktikan dengan tom!ol yang mengunci# Adapun menguncinya sakelar ini dise!a!kan kerja mekanik# Hntuk mengem!alikan ke posisi semula 8posisi tidak akti9 maka sakelar ini &arus ditekan lagi# Penunjukkan sistem ini !erdasarkan standardisasi erman% diatur dengan nomor $IN 0, 31# Penunjukkan aktuasi) I tanda mengaktikan% O tanda untuk mengem!alikan ke posisi se!elum !ekerja# Posisi penempatan sakelar) a9# Berjajar ke pinggir) pada posisi ini perlu diper&atikan !a&5a tanda untuk mengaktikan disimpan dise!ela& kanan# !9# Berjajar ke !a5a&) pada posisi ini tanda untuk mengkatikan !erada pada posisi atas#
7onto& sakelar tekan mengunci)
Gam!ar 1#1 sakelar# (um!er@ 555#reocities#com-aldodi-kerja-kp0a#pd
+,6
(im!ol"sim!ol yang digunakan)
(akelar mengunci manual% diaktikan dengan cara ditekan untuk kontak NO
(akelar mengunci manual% diaktikan dengan cara ditarik untuk kontak N7
(akelar mengunci manual% diaktikan dengan cara diputar untuk kontak NO
(akelar Pem!atas 8=imit (5itc&es9
Mekanik Tipe (entu& 8Mec&anical =imit (5itc&es 7ontacting Type9 (akelar pem!atas ini dipakai se!agai indikasi dalam kontrol otomasi yang menyatakan !a&5a posisi ini merupakan posisi ak&ir !aik itu untuk mesin ataupun untuk silinder# Biasanya sistem kontak yang dipakai adala& sistem tersam!ung !ergantian 87&ange o.er9# (akelar
+,:
sum!er) 555#reocities#com-aldodi-kerja-kp0a#pd pem!atas ini akan !ekerja !ila tuas sakelar tertekan# 7onto& konstruksi dan sim!ol sakelar pem!atas mekanik)
Tipe Tidak (entu& 8Non"7ontacting Proimity =imit (5itc&9 (akelar pem!atas tipe ini !iasanya dipakai !ila sakelar pem!atas mekanik tidak dapat digunakan# Macam sakelar pem!atas tipe ini antara lain) a# (akelar Pem!atas 8sensor9 Bulu& Penggunaan sakelar ini !iasanya dikarenakan keadaan sekitar yang tidak memungkinkan dipasangnya sakelar mekanik% misalnya karena !anyaknya de!u% pasir ataupun lem!a!#(akelar ini diaktuasikan-diaktikan dengan magnet yang terpasang pada silinder# $engan adanya magnet maka !ulu& ka5at akan tersam!ung atau terputus !ila magnet itu mendekat atau menjau&i !ulu& ka5at terse!ut# !# (akelar Pem!atas Indukti $igunakan !ila sakelar pem!atas mekanik ataupun !ulu& tidak dapat digunakan# Biasa dipakai untuk sensor peng&itung !enda kerja yang ter!uat dari logam% pada suatu mesin atau !an !erjalan# (akelar pem!atas ini &anya akan !eraksi atau terpakai untuk logam# (akelar pem!atas atau sensor ini !iasanya terdiri dari oscillator% pemicu tegangan dan penguat# Biasanya ada dua macam% yaitu yang dialiri arus !olak"!alik dan arus seara&% tapi keduanya mempunyai tegangan operasi antara 'C, .olts# c# (akelar Pem!atas Kapasiti (ensor kapasiti ini mempunyai respons ter&adap segala material% metal maupun non"metal# Tapi sensor ini terpengaru&i ole& adanya peru!a&an" peru!a&an yang diaki!atkan keadaan sekelilingnya% misalnya dengan de!u logam# d# (akelar Pem!atas Optik
+0
(ensor ini mem!eri respons pada semua !enda kerja# (inyal masukannya !erupa sinar#
(olenoid
$i lapangan kita !isa menemukan solenoid dengan arus seara& 8$79 ataupun arus !olak !alik 8A79# (edangkan yang sering digunakan pada Electro"pneumatik adala& (olenoid $7# (olenoid $7 secara konstrukti selalu mempunyai inti yang pejal dan ter!uat dari !esi lunak# $engan demikian mempunyai !entuk yang simple dan koko&# (elain itu maksudnya agar diperole& konduktansi optimum pada medan magnet# Bila ada kelonggaran udara% tidak akan mengaki!atkan kenaikan temperature operasi% karena temperature operasi &anya akan tergantung pada !esarnya ta&anan kumparan serta arus listrik yang mengalir# Bila solenoid $7 diaktikan 8s5itc&ed on9 maka arus listrik yang mengalir meningkat secara perla&an# Ketika arus listrik dialirkan ke dalam kumparan akan terjadi elektromagnet# (elama terjadinya induksi akan meng&asilkan gaya yang !erla5anan dengan tegangan yang digunakan# Bila solenoid dipasikan 8s5itc&ed o9 maka medan magnet yang perna& terjadi akan &ilang dan dapat mengaki!atkan tegangan induksi yang !esarnya !isa !e!erapa kali lipat di!andingkan dengan tegangan yang ada pada kumparan# Tegangan induksi ini dapat mengaki!atkan rusaknya isolasi pada gulungan koil% selanjutnya !ila &al ini terjadi terus akan terjadi percikan api# Hntuk mengatasi &al ini maka &arus di!uat rangkaian yang meredam percikan api% misalnya dengan memasang ta&anan yang di&u!ungkan secara paralel dengan induktansi# (e&ingga !ila terjadi# pemutusan arus listrik% energi akan tersimpan dalam !entuk medan magnet dan dapat &ilang le5at ta&anan yang dipasang tadi#
sum!er)555#reocities#com-aldodi-kerja-kp0a#pd Elemen Elektro Pneumatik Apa!ila suatu kontrol mempergunakan sinyal kontrolnya dengan sinyal listrik dan sinyal kerjanya mempergunakan pneumatik maka &arus +0'
ada suatu alat yang dapat menga5inkan sinyal kontrol listrik dengan sinyal kerja pneumatik itu# (istem yang menga5inkan sinyal kontrol dan sinyal kerja ini !iasanya terdiri dari katup yang diaktuasikan dengan solenoid# Maksudnya adala& untuk menyalurkan sinyal kerja mempergunakan katup"katup pneumatik% sedangkan yang mengatur mem!uka atau menutup terse!ut adala& arus listrik yang dialirkan ke kumparan ka5at 8solenoid9#
Katup +-+ diaktuasikan dengan sinyal listrik% kem!ali dengan pegas Pada prinsipnya katup ini mempunyai dua posisi dan dua saluran% kon2gurasi katup adala& N7# Bila katup ini akan diaktikan maka arus listrik &arus dialirkan ke solenoid yang terpasang pada katup terse!ut# $engan diaktikannya solenoid maka saluran '8P9 !ila di&u!ungkan dengan sum!er energi akan menyalurkan sinyal pneumatik ke saluran +8A9# (edangkan kem!alinya !ila arus listrik ditutup 8dimatikan9 maka katup akan kem!ali ke posisi semula karena katup terdorong pegas yang dipasang !erla5anan dengan solenoid# $engan demikian saluran ' 8P9 ataupun saluran + 8A9 kedua"duanya tertutup dan udara yang ada di saluran +8A9 tidak dapat keluar#
Katup ,-+ diaktuasikan dengan sinyal listrik% kem!ali dengan pegas
a# Normally 7losed ,-+ Katup ,-+ N7 !ekerja !ila arus listrik dialirkan ke solenoid se&ingga ter!entuk elektromagnet yang mengaki!atkan !ergesernya armature dan selanjutnya udara dialirkan dari saluran masuk '8P9 ke saluran keluar +8A9# (edangkan sakuran ,8R9 tertutup# (e!aliknya !ila arus listrik diputuskan maka elektromagnet yang ter!entuk pada solenoid meng&ilang dan !eraki!at saluran '8P9 tertutup sedangkan udara yang !erada di saluran +8A9 akan di!uang melalui saluran !uang
+0+
Gam!ar 1#1#' katup '-+ sum!er) 555#reocities#com-aldodi-kerja-kp0a#pd !# Normally Open ,-+ Katup ini ke!alikan dari katup ,-+ N7# adi !ila arus listrik tidak ada maka saluran '8P9 mengalirkan udara ke saluran +8A9 dan saluran ,8R9 tertutup# Tapi !ila solenoid dialiri arus
gam!ar 1#1#+ katup ,-+ sum!er) 555#reocities#com-aldodi-kerja-kp0a#pd
listrik% saluran '8P9 tertutup dan udara dari +8A9 dialirkan langsung ke ,8R9# +0,
Katup ,-+ diaktuasikan sinyal listrik dan kontrol Pneumatik% kem!ali dengan Pegas# Katup ini !ila diaktikan masi& mempergunakan sinyal kontrol pneumatik# (edangkan ungsi kumparan ini &anya untuk mengaktikan sum!at yang ada pada katup% dengan demikian gaya elektromagnet yang diperlukan untuk mengaktikan sum!at tidak terlalu !esar# $engan kata lain arus listrik yang diperlukan tidak terlalu !esar pula# Prinsip kerja saluran yang terdapat pada katup ini sama dengan prinsip kerja katup ,-+ yang tela& di!a&as di atas#
Katup 0-+ pada prinsipnya terdiri dari + !ua& #
Gam!ar 1#1#, katup 0-+ sum!er) 555#reocities#com-aldodi-kerja-kp0a#pd
katup ,-+# Biasanya digunakan untuk mengaktuasikan silinder kerja ganda# (inyal listrik digunakan seperti pada katup ,-+% !erungsi se!agai pem!uka sum!at sedangkan yang mengatur katup piston adala& sinyal kontrol pneumatik# Pada posisi diaktuasikan saluran '8P9 dan saluran 08A9 tersam!ungkan sedangkan saluran +8B9 dengan saluran ,8R9# Apa!ila sinyal listrik diputuskan maka katup piston didorong kem!ali ke posisi semula se&ingga saluran '8P9 tersam!ungkan dengan +8B9 dan saluran 08A9 dengan ,8R9#
+00
gam!ar katup 0-+ sum!er) 555#reocities#com-aldodi-kerja-kp0a#pd
1#1#' $iagram Rangkaian pada Rangkaian =istrik Pada diagram rangkaian listrik digam!arkan !agaimana ditempatkannya perlengkapan dan juga alat listrik ditempatkan% dengan mempergunakan sim!ol yang tela& ditetapkan-distandardisasikan# $iagram rangkaian ini merupakan dokumen yang sangat penting% yang di!utu&kan ole& !agian pera5atan% untuk memper!aiki dan mera5at sistem kontrol listrik# Ada !e!erapa cara untuk menampilkan-menggam!arkan ungsi% operasi peralatan serta instalasi rangkaian#
$iagram Ka!el 8
+01
Gam!ar 1#1#0 rangkaian instalasi sum!er) 555#reocities#com-aldodi-kerja-kp0a#pd
$iagram Rangkaian $i!andingkan dengan penggam!aran instalasi ka!el% dimana penggam!aran rangkaian kontrol dan utamanya dijadikan satu% maka pada penggam!aran rangkaian secara skematis ini ditampilkan !erdasarkan ungsinya# $engan cara menggam!arkan rangkaian kontrol dan rangkaian utama dipisa&kan# Pada sistem ini penggam!aran untuk sam!ungan 8N7 dan NO9 relay untuk keperluan latc&ing 8mengunci sam!ungan9 ataupun memutus sam!ungan akan digam!arkan pada rangkaian kontrol# Penggam!aran rangkaian secara skematis !iasanya menggunakan garis lurus% dimana arus listrik mengalir dari atas ke !a5a&# $i !a5a& ini ditampilkan gam!ar dengan ungsi yang sama
+03
dengan penggam!aran instalasi ka!el#
gam!ar instalasi ka!el sum!er) 555#reocities#com-aldodi-kerja-kp0a#pd
$iagram Rangkaian $asar Pada tingkat tertentu% misalnya dalam penggam!aran a5al% penggam!aran rangkaian ini tidak !isa langsung lengkap-komplit% melainkan di!uat da&ulu sketsa ungsinya 8pre"desain9 dengan &anya menggam!arkan &al yang penting"penting saja# Begitu pula untuk penunjukkan perlengkapannya &anya cukup dengan menunjukkan sim!ol &uru# Biasanya dalam penggam!aran rangkaian dasar yang digam!arkan &anya rangkaian utamanya saja# 7onto& penggam!aran $iagram Rangkaian $asar)
Be!erapa conto& aplikasi P=7 seperti)
+04
Trac
lig&t
=it Kon.eyor (istem pengemasan !arang (istem perakitan peralatan elektronik (istem pengamanan gedung Ro!ot Pemrosesan makanan
1#3 7onto&"conto& P=7 P=7 mempunyai !e!erapa type (iemens%simantec dan lain se!againya#
diantarnya%P=7
omron%
1#3#' Instruksi dasar P=7 OMRON Programman P=7 dasar merk OMRON menggunakan !a&asa program dari OMRON juga yaitu (>((
# Gam!ar 1#3#' P=7 OMRON (um!er) &ttp)--nisguru#!logspot#com
+06
Tampilan menu utama program (>(
merupankan perinta& program untuk penyam!ungan antara komputer dengan P=7# Hpload Program Merupakan perinta& untuk meli&at isi program dalam P=7 $o5n =oad Program Merupakan perinta& untuk mentranser program yang tela& di!uat ke dalam P=7 Run Perinta& untuk menjalankan program yang tela& di traner ke P=7 (top Perinta& untuk meng&entikan program yang sedang dijalankan di P=7 Monitoring Perinta& untuk meli&at kondisi pada saat P=7 !ekerja
Addressing pada P=7 7MP' Addressing adala& &al yang sangat penting dari pemrograman P=7% !erikut ini kon.ensi pemrograman yang digunakan pada P=7 Omron# (etiap merk P=7 mempunyai kon.ensi yang !er!eda# IR enis data area
' 7&annel
Bit
(atu c&annel terdiri dari '3 !it 8!it sampai !it '19
Berikut ini keseluru&an#
struktur
memory
area
P=7
Omron
secara
+0:
Gam!ar 1#3#+ memory plc omron (um!er) &ttp)--nisguru#!logspot#com
KEHNTHNGAN MENGGHNAKAN P=7 OMRON Keuntungan P=7 menurut ;actory Automatic Omron adala& se!agai !erikut a# =ama pengerjaan untuk sistem !aru desain ulang le!i& singkat# !# Modi2kasi sitem tanpa tam!a&an !iaya yang masi& ada input dan output# c# Perkiraan !iaya suatu sistem desain !aru le!i& pasti# d# Relati muda& untuk dipelajari# e# $esain sistem !aru muda& untuk dimodi2kasi dan aplikasi P=7 sangat luas# # Muda& dalam &al pera5atan 8maintenance9 dan sangat &andal# +1
g# (tandarisasi sistem control muda& diterapkan# PENGA=AMATAN P=7 OMRON 7'M 8$IGITA= I-O9 Modul $igital I-O adala& sala& satu modul yang paling &ir selalu digunakan pada P=7# Penggunaan modul ini !iasanya mem!utu&kan po5er supply tam!a&an untuk men"dri.e input dan output# Pada digital input% terminal di&u!ungkan dengan saklar% pus& !utton% atau relay !eserta po5er supply# 7ara pemasangan rangkaian pada terminal ini dapat dili&at pada gam!ar !erikut#
Gam!ar 1#3#, cara pemasangan rangkain terminal (um!er) &ttp)--nisguru#!logspot#com (etiap input terminal yang digunakan% di&u!ungkan dengan saklar atau relay# =alu saklar"saklar atau relay"relay ini di&u!ungkan ke po5er supply dan po5er supply itu di&u!ungkan ke terminal 7OM# Gam!ar terse!ut adala& conto& pemasangan rangkaian input untuk modul 7'<"I$+'' $7 Input Hnit# Po5er supply yang digunakan adala& +0 $7 dan pemasangannya !ole& di!olak"!alik# Hntuk digital output% ada , macam jenis output) 7ontact Output Hnit% Triac Output Hnit% dan Transistor Output Hnit#
+1'
Gam!ar 1#3#0 7ontact Output Hnit% Triac Output Hnit% dan Transistor Output Hnit (um!er ) ) &ttp)--nisguru#!logspot#com 7ontact output unit adala& output unit yang ter!uat dari relay atau kontaktor# Ketika energiDed atau akti% relay-kontaktor di dalam terminal ter&u!ung se&ingga jalur dari output terminal ke 7OM ter&u!ung# enis output unit ini !isa digunakan tanpa po5er supply# Biasanya po5er supply digunakan &anya untuk mem!erikan daya pada rangkaian output seperti lampu# Triac output unit mirip dengan contact output unit% yakni tidak mem!utu&kan po5er supply untuk diaktikan# Per!edaannya &anya pada komponen yang meng&u!ungkan terminal di dalamnya# Triac output unit menggunakan triac dengan opto isolator se&ingga peng&u!ungan terminal terjadi secara solid state% !ukan mekanik# >ang terak&ir% transistor output unit% ter!uat dari rangkaian transistor# =ain dengan contact output unit dan triac output unit% transistor output unit mem!utu&kan po5er supply untuk dapat diaktikan# Berikut ini adala& conto& pemasangan rangkaian output untuk 7'<" O7+'' 7ontact Output Hnit#
+1+
Gam!ar 1#3#1 rangkaian 7'<"O7+'' (um!er) ) &ttp)--nisguru#!logspot#com Po5er supply pada gam!ar di atas digunakan untuk menyalakan lampu" lampu yang ter&u!ung dengan terminal output# Besar daya po5er supply !e!as% asal tidak mele!i&i rating output unit#Hntuk mengakses input dan output ini pada program ladder di 7"Programmer% kita &arus mengeta&ui letak pengalamatan modul digital I-O unit# Pengalamatan ini dapat dili&at pada IO Ta!le and Hnit (etup# Misalkan P=7 yang kita gunakan terdiri dari) Po5er supply C 7PH unit C $igital Input C $igital Output# Maka pada IO Ta!le and Hnit (etup akan terli&at seperti ini setela& diatur#
Terli&at !a&5a input unit terletak pada alamat dan output unit pada alamat '# ika kita ingin mengakses input unit pin ke '% maka kontaktor pada ladder diagram di!eri alamat #'# ika kita ingin mengakses output unit pin ke 0% maka relay-kontaktor pada ladder diagram di!eri alamat '#0# 7onto& diagram ladder dengan pin input #' dan #, serta output '#0 !isa dili&at di gam!ar di !a5a& ini#
+1,
Gam!ar 1#3#3 digram leader pada plc (um!er@ ) &ttp)--nisguru#!logspot#com
Pendeteksi pulsa 8Pulse 7atc&9 8pada (iemens (4"+9 Pada suatu saat diperlukan input yang dapat mendeteksi pulsa digital yang mempunyai durasi sangat pendek atau le!i& kecil dari 5aktu telusuran 8scan cycle9 dari 7PH# Hntuk itu diperlukan suatu ungsi k&usus yang dapat mendeteksi transisi naik 8positi.e going9 atau transisi turun 8negati.e going9 dan memperta&ankan nilai ak&irnya sampai input yang !ersangkutan di!aca ole& 7PH# ;ungsi ini dise!ut pulse catc&F dan dapat diaktikan secara indi.idual untuk tiap digital input#
Gam!ar '#0 ) Kondisi kerja dengan dan tanpa pendeteksi pulsa 8pulse catc&9# (e!agai catatan anda &arus memper&atikan ungsi 2lter pada input yang sama# Pengaturan input 2lter ini tidak !ole& meng&ilangkan pulsa yang akan dideteksi atau dengan kata lain pengaturan 5aktu input 2lter &arus le!i& kecil dari le!ar pulsa minimum yang akan dideteksi#
+10
$alam !lok diagram di!a5a& terli&at !a&5a input 2lter akan memproses sinyal digital se!elum pendeteksi pulsa# 7onto& praktis dari pemakaian pendeteksi pulsa ini dapat dili&at pada gam!ar !erikut
Gam!ar 1#4) 7onto& pemakaian pendeteksi pulsa#
Gam!ar 1#4#' ) Menu kon2gurasi P=7 siemens (um!er) ) &ttp)--nisguru#!logspot#com
+11
Hntuk mengaktikan ungsi pendeteksi pulsa ini dapat dilakukan pada menu command ie5 b (ystem Block dan klik pada menu Pulse 7atc& BitsF# (iemens (4"+ mempunyai kemampuan untuk mengatur status dari digital output setela& transisi 7PH dari Run ke (top# (tatus dari digital output akan tetap setela& 7PH !er&enti sesuai dengan kon2gurasi yang ditentukan pada output ta!leF# (tatus output ini dapat dipili& untuk mengikuti status se!elumnya atau mengikuti ta!el output 8li&at gam!ar !erikut9#
Gam!ar 1#4#+ ) Menu kon2gurasi status output (um!er) ) &ttp)--nisguru#!logspot#com
Instruksi (imatic dan IE7 '','", pada 7PH (4"+ (4"+ 7PH mempunyai kemampuan untuk menjalankan program dalam dua ormat instruksi yaitu instruksi (imatec dan instruksi IE7 '','" ,# Instruksi (imatec di!uat secara k&usus untuk dijalankan pada 7PH P=7 jenis (iemens (4"+# Instruksi (imatec ini tidak dapat dijalankan pada 7PH dari jenis lain misalnya 7+/ dari Omron Instruksi IE7 merupakan instruksi yang dikem!angkan ole& International Electrotec&nical 7ommission dan instruksi ini mempunyai ormat standar yang dikenal ole& !eragam jenis P=7# Kedua instruksi terse!ut masing masing mempunyai keunggulan# Pili&a yang di!uat mutlak tergantung kepada pem!uat program# Meskipun demikian% di!a5a& ini dise!utkan &al"&al yang patut dijadikan pertim!angan untuk memili& jenis instruksi diatas# (imatic +13
•
Instruksi (imatic !iasanya mempunyai 5aktu eksekusi yang tersingkat
•
Ada tiga jenis editor yang !isa digunakan dalam instruksi (imatec yaitu 8=A$% (T=%dan ;B$9
IE7 '','",
•
Biasanya le!i& muda& !elajar mem!uat program untuk !er!agai jenis P=7# Instruksi yang dipakai le!i& sedikit se&ingga le!i& muda& mempelajarinya# Be!erapa instruksi !ekerja !erlainan dengan instruksi yang sama pada (imatec# Instruksinya kemungkinan mempunyai 5aktu eksekusi yang le!i& lama#
•
Instruksi ini &anya !isa digunakan dengan editor =A$ dan ;B$
•
IE7 '','", mem!erikan spesi2kasi !a&5a .aria!el".aria!el &arus dideklarasikan dengan jenis dan sistem pengecekan dari tipe datanya#
•
•
•
1# Tipe $ata aria!el pada (imatic dan IE7 '','", (etiap instruksi (imatic dan IE7 '','", atau parameter su!rutin diidenti2kasi ole& de2nisi yang !aku yang dise!ut signatureF# Hntuk semua instruksi standar% jenis data yang diijinkan untuk setiap operand instruksi diam!il dari signatureF# Hntuk parameter su!rutin% su!rutin signature"nya di!uat ole& pemakai melalui ta!el .aria!el lokal# =i&at conto& tipe data elementaryF dan compleF pada ta!el ) !erikut ini#
Ta!el 1#4#, ) Tipe data elementary (um!er) ) &ttp)--nisguru#!logspot#com
+14
Ta!el 1#4#0 ) Tipe data comple (um!er) ) &ttp)--nisguru#!logspot#com
(tep 4"Micro-
+16
pemeriksaan kesala&an jenis ini tidak terdapat pada editor untuk instruksi (IMATI7# Karena mode pemrograman IE7 '','", adala& strongly data typeF dan (IMATI7 adala& !ukan strongly data typeF% maka tidak diijinkan untuk melakukan peminda&an pogram antar kedua !a&asa ini#
+1:
Kelompok ' $atar Pustaka '# "% Modul Pelati&an Pengenalan Komponen $asar Elektronika% IT(% (ura!aya% +:# +# &ttp)--id#5ikipedia#org-5iki-Transormator ,# &ttp)--sya&5ilal5i#!logspot#com-+''-0-pemrosesan"sinyal"suara" dengan"sistem#&tml 0# &ttp)--555#scri!d#com-doc-'40+:663-$asar"Mekatronika"!y" Amirinking>a&oocoId 1# &ttp)--translate#google#co#id-translate &lLidslLenuL&ttp)--en#5ikipedia#org-5iki-In.erter+6electrical +:eiL($\T7'/o,.OD1T7$5saLoiLtranslatectLresult resnumL'.edL7$k4gE5AApre.L-searc&,;\,$in.erter +3&l,$id+3client,$2reo"a+3rls,$org#moDilla)en" H()ocial+3!i5,$'+6+3!i&,$36,+3prmd,$i.nsr 3# &ttp)--!rig&tsiteomylie#!logspot#com-+''-'-kon.erter"analog"ke" digital#&tml 4# &ttp)--tutorial"pd#tp#ac#id-!ank-+Op"amp#pd 6# &ttp)--!logs#unpad#ac#id-aandri-5p" content-uploads-+:-,-perancangan"2lter'#pd :# &ttp)--k'+6#5idyagama#ac#id-mekatronika-diktatpd-Ba!I +(istem+mekanik#pd '# &ttp)--lecturer#eepis"its#edu-prima-elektronika +digital-elektronikadigital'-!a&anajar-Ba!6!Mu +$emu#pd ''# &ttp)--aculty#petra#ac#id-&any-doc-simulasi#doc '+# &ttp)--++#:'#'1#'0-upload-2les-1,3'Modul+#pd ',# MacP&erson% G% dkk# (torage and pumping capacity analysis using &ydraulic modeling# 7anada ) 7ity o 7&illi5ack# 555#epem#gr-pds-+'+#pd '0# Preis% Ami# $kk# On"=ine /ydraulic Modeling O a
+3
$atar Gam!ar
'# +# ,# 0# 1# 3# 4#
Gam!ar I#' $iagram (eder&ana Pem!entukan Ilmu Mekatronika Gam!ar I#+ mekanisme mesin pengerak piston Gam!ar I#, (ensor Eek"/all Gam!ar I#0 $iagram !lok sensor eek &all Gam!ar I#1 (ensor ultrasonik Gam!ar I#3 $iagram Blok Gam!ar I#4 Rangkaian motor penggerak miniatur lit untuk perinta& naik" turun dengan menggunakan plc 6# Gam!ar I#6 Konstruksi (ilinder Kerja Tunggal :# Gam!ar I#: (kema Po5er (uply '# Gam!ar I#' Micro5a.e ''# Gam!ar I#'' Mesin 7uci '+# Gam!ar I#'+ Mouse ',# Gam!ar I#', Printer '0# Gam!ar I#'+ "Ray '1# Gam!ar I#'+ Alat pencuci dara& '3# Gam!ar I#'0 Ro!ot '4# Gam!ar I#'1 Ro!ot Burung /antu '6# Gam!ar I#'3 Pa!rik Pem!uatan Mo!il ':# Gam!ar I#'4 Pesa5at (iluman +# Gam!ar I#'6 Mesin Bu!ut +'# Gam!ar I#': Mesin ;rais ++# Gam!ar I#+ (irkuit komputer +,# Gam!ar I#+' Micro processor +0# Gam!ar I#+0 $iagram pem!agian mekatronika +1# Gam!ar I# +1 a9# ele.ator jaman dulu% I#+1 !9# ele.ator Daman sekarang# +3# Gam!ar I#+3 diagram *oor .ersus time +4# Gam!ar I#+4 $iagram !lok open loop control system +6# Gam!ar I#+6 $iagram !lok close loop control system +:# Gam!ar I#+: diagram !lok close loop control system 5it& sensor ,# Gam!ar I#, diagram !lok control system lengkap ,'# Gam!ar I# ,' $iagram !lok lengkap control system ,+# Gam!ar I#,+ diagram !lok dasar open loop control system ,,# Gam!ar I#,, Becak motor ,0# Gam!ar I#,0 Air 7onditioner 5it& in.erter ,1# Gam!ar I#,1 $iagram !lok close loop control system ,3# Gam!ar I#,38a9 diagram !lok open loop control sytem% I#,38!9 diagram !lok close loop control system ,4# &ttp)--static#5i#com-media-a!0:1,0da:e+'c::30dadca1!4 41,#5imp ,6# &ttp)--+#!p#!logspot#com-"oD"j\=s"cs-Taaa:!" HI-AAAAAAAAAGA-R45e1K5m-s'3-kutu!Jdioda#jpeg
+3'
,:# &ttp)--upload#5ikimedia#org-5iki!ooks-en-t&um!-'-'+-(E;or5 ardBiased$iode#s.g-,41p"(E;or5ardBiased$iode#s.g#png 0# &ttp)--upload#5ikimedia#org-5iki!ooks-en-t&um!-3-3'-(ERe.e rseBiased$iode#s.g-,41p"(ERe.erseBiased$iode#s.g#png 0'# &ttp)--'#!p#!logspot#com-kKAGKpE5-TK.e+d(nyI-AAAAA AAAA(-:NREPdiNk-(34M>5N(rI-AAAAAA AAAA5-tD,=ig75-s,+-'6p"P&otodiode"closeup#jpg 0,# &ttp)--pigment4up#com-images-large-$ioda+Bridge +,1A=RG#jpg 00# &ttp)--'#!p#!logspot#com-u3K/A0c\'TH-(NpPg," KI-AAAAAAAAA7M-ouT4II-AAAAAAAAAEg-AGBo6ue=o-s,+-cond1Jcopy#jpg 06# &ttp)--555#clickpartelectronics#com-images-T('17eramic7a pacitor#gi 0:# &ttp)--t&eonlinetutorials#com-t&eonlinetutorials2les--+''-0multilayer"ceramic"capacitor#gi 1# &ttp)--555#!om!ay&ar!or#com-productImage-443':'+13 +64:,:-Elecsound7l+'MetalliDedPolyester;ilm7apacitor#jpg 1'# &ttp)--555#!om!ay&ar!or#com-productImage-443':'+13 +64:,:-Elecsound7l+'MetalliDedPolyester;ilm7apacitor#jpg 1+# &ttp)--+#!p#!logspot#com-B'Ni1Ma(I-TM3ENpGGI-AAAAA AAAA$o-'s&G,AMt&0-s'3-mikaJmilar#jpg 1,# &ttp)--img#diytrade#com-cdimg-':00'6-'','16--'+,,',: 1-Polystyrene;ilm7apacitor"Radial=ead#jpg 10# &ttp)--555#sayelectric#com-5p" content-uploads-+''-+-trimmer"kapasitor#gi 11# &ttp)--555#o"digital#com-uploads-+'4:-+'60" +-Electric$ou!le=ayer(uper7apacitor(77G61#jpg 13# &ttp)--upload#5ikimedia#org-5ikipedia-commons-'-'d-Tuningc apacitor#jpg 14# &ttp)--i#i#aliimg#com-p&oto-++1'0-7ar!on;ilmResistor# jpg 16# &ttp)--'#!p#!logspot#com->+=kNi(R-TRN=Emi4I-AAAAAA AAA7M-"k(EHl>-s'3-precisionJ5ire5oundJresistor#jpg 1:# &ttp)--555#!in!in#net-p&otos-truo&m-'k"-'k"15"aial" 5ire5ound"resistor"rc#jpg 3# &ttp)--emsadesign#2les#5ordpress#com-+'-3-use" resistor#jpg 3'# &ttp)--img#en#c&ina#cn--%%0+1%:4'%,3%,3%dcd06,!#jpg 3+# &ttp)--image#made"in"c&ina#com-0jD7BTkp/Pai5-;ied" Metal";ilm"Resistor#jpg 3,# &ttp)--555#!in!in#net-p&otos-arcol-'k"-'k"#15"car!on"comp" resistor"rc#jpg +3+
30# &ttp)--electronics"diy#com-store-7$(P&otoresistor#gi 31# &ttp)--555#piclist#com-images-555-&o!!yelec-picture-resist. r#jpg 33# &ttp)--img#ali!a!a#com-p&oto-++1'':,-M;4+Po5erT&ermi stor#jpg 34# &ttp)--0#!p#!logspot#com-B6$&+<N.g-(tem6OuI-AAAAA AAA$e5-,ua7ukB(I-s0-=ayJoutJtransistorJ!cJ104#!mp 36# &ttp)--'#!p#!logspot#com-$4:g+D<\0M-(0dNpHnmI-AAA AAAAAAAH-6Ku=Dy"no-s,+-induktorJsetenga&Jlingkaran#jpg 3:# &ttp)--id#5ikipedia#org-5iki-(irkuitterpadu 4# &ttp)--translate#google#co#id-translate &lLidslLenuL&ttp)--en#5ikipedia#org-5iki-In.erter+6electrical +:eiL($\T7'/o,.OD1T7$5saLoiLtranslatectLresult resnumL'.edL7$k4gE5AApre.L-searc&,;\,$in.erter +3&l,$id+3client,$2reo"a+3rls,$org#moDilla)en" H()ocial+3!i5,$'+6+3!i&,$36,+3prmd,$i.nsr 4'# &ttp)--sya&5ilal5i#!logspot#com-+''-0-pemrosesan"sinyal" suara"dengan"sistem#&tml 4+# &ttp)--555#scri!d#com-doc-'40+:663-$asar"Mekatronika"!y" Amirinking>a&oocoId 4,# &ttp)--translate#google#co#id-translate &lLidslLenuL&ttp)--en#5ikipedia#org-5iki-In.erter+6electrical +:eiL($\T7'/o,.OD1T7$5saLoiLtranslatectLresult resnumL'.edL7$k4gE5AApre.L-searc&,;\,$in.erter +3&l,$id+3client,$2reo"a+3rls,$org#moDilla)en" H()ocial+3!i5,$'+6+3!i&,$36,+3prmd,$i.nsr 40# &ttp)--!rig&tsiteomylie#!logspot#com-+''-'-kon.erter" analog"ke"digital#&tml 41# &ttp)--tutorial"pd#tp#ac#id-!ank-+Op"amp#pd 43# &ttp)--sya&5ilal5i#!logspot#com-+''-0-pemrosesan"sinyal" suara"dengan"sistem#&tml 44# &ttp)--555#scri!d#com-doc-'40+:663-$asar"Mekatronika"!y" Amirinking>a&oocoId 46# &ttp)--translate#google#co#id-translate &lLidslLenuL&ttp)--en#5ikipedia#org-5iki-In.erter+6electrical +:eiL($\T7'/o,.OD1T7$5saLoiLtranslatectLresult resnumL'.edL7$k4gE5AApre.L-searc&,;\,$in.erter +3&l,$id+3client,$2reo"a+3rls,$org#moDilla)en" H()ocial+3!i5,$'+6+3!i&,$36,+3prmd,$i.nsr 4:# &ttp)--!rig&tsiteomylie#!logspot#com-+''-'-kon.erter" analog"ke"digital#&tml 6# &ttp)--tutorial"pd#tp#ac#id-!ank-+Op"amp#
6'# 6+# 6,#
Gam!ar 1#'komponen utama sistem P=7 Gam!ar 1#+skema relay elektromagnetik Gam!ar 1#+#' time delay s5itc& o relay
+3,
