DETEKTOR NON-INVERTING DENGAN VREF = -

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

6. Problem

1. Pendahuluan (kembali)

Dalam dunia elektronika, op-amp adalah salah satu komponen yang paling esensial dan serbaguna yang telah mengubah lanskap teknologi modern. Ditemukan pada tahun 1940-an, op-amp telah menjadi tulang punggung dalam desain rangkaian elektronika, memungkinkan kita untuk menciptakan perangkat yang semakin canggih dn kompleks.

Op-amp adalah sebuah penguat elektronika dengan dua input dan satu input. Terdiri dari berbagai transistor, resistor, dan kapasitor yang diatur secara cerdas, op-amp mampu menghasilkan output yang proporsional terhadap perbedaan antara kedua inputnya. Kemampuan ini memberikan op-ampsifat dasar sebagai penguat sinyal, berbagai macam aplikasi, termasuk sebagai komparator, integrator, differensiator, dan banyak lagi.

Pentingnya op-amp dalam dunia elektronika tidak bisa diabaikan. Dan sirkuit audio sederhana hingga sistem control industry yang rumit, op-amp hadir di mana-mana. Karena kemampuannya yang serbaguna dan mudah diimplementasikan op-amp telah menjadi andalan bagi para perancang elektronika dalam mengeksplorasi ide-ide kreatif.

Namun, untuk memahami sepenuhnya potensi op-amp, kita perlu melangkah lebih jauh dari sekedar penggunaan praktis. Kita perlu memahami prinsip dasar yang mengatur operasi op-amp, mulai dari struktur internalnya hingga persamaan matematika yang mendefinisikan perilakunya. Dengan pemahaman yang mendalam tentang op-amp, kita dapat mengoptimalkan desain rangkaian, mengatasi tantangan teknis dan bahkan menciptakan inovasi baru yang memanfaatkan keunggulannya.

2. Tujuan (kembali)

Mengetahui dan memahami detector inverting dengan Vref = -
Mampu mengaplikasikan rangkaian percobaan detector inverting Vref = -
Mampu memahami tentang penggunaan MQ-2 Gas Sensor, Flame Sensor, dan Flex Sensor sebagai Pendeteksi Kebakaran di Dapur
Mampu mengenali berbagai komponen yang ada pada pendeteksi kebakaran yang disimulasikan di proteus
Mampu menggunakan proteus dan pengaplikasiannya untuk mendeteksi kebakaran
Mampu merancang rangkaian simulasi pendeteksi kebakaran tersebut dan mensimulasikannya pada proteus

3. Alat dan Bahan (kembali)

1) Alat

Multimeter

Pengertian dari alat yang juga dikenal dengan istilah multitester ini adalah sebuah peralatan khusus yang digunakan untuk mengukur komponen listrik. Mulai dari mengukur hubungan Arus litrik (Ampere), Tegangan listrik (Voltage), Hambatan listrik (Ohm), hingga Resistansi dari suatu rangkaian listrik. Berdasarkan fungsi dasarnya tersebut, alat ini sering disebut dengan AVO meter (Ampere, Voltage, Ohm).

Spesifikasi:

· Osiloskop

Osiloskop adalah komponen elektronika yang mempunyai kemampuan menyimpan electron-elektron selama waktu yang tidak tertentu. Osiloskop dilengkapi dengan tabung sinar katode. Peranti pemancar elektron memproyeksikan sorotan elektron ke layar tabung sinar katode.

Spesifikasi:

Pinout:

3.2 BAHAN

· Baterai

Baterai adalah sebuah sumber energi yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi listrik yang dapat digunakan seperti perangkat elektronik.

Pinout dari baterai :

· Power Supply

Berfungsi sebagai sumber daya bagi rangkaian.

· Resistor

Resistor adalah komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika.

Rumus hukum ohm (V=IR)

Untuk mengetahui nilai resistansi dari suatu resistor, dapat dilihat dari tabel berikut:

Cobtoh lain cara membaca resistor :

Gelang ke 1 : Merah = 2

Gelang ke 2 : Merah = 2

Gelang ke 3 : Coklat = 1 (angka 1 menjadi pangkat dari angka 10 = 101

Gelang ke 4 : Emas = Toleransi 5%

Maka nilai resistor tersebut adalah 22 * 101= 220 Ohm dengan toleransi 5%

· Transistor

Transistor merupakan sebuah alat semikonduktor yang dapat dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal.

· Ground

Ground adalah titik yang dianggap sebagai titik baliknya arus listrik atau beda potensialnya bernilai 0 (nol). Fungsi Ground adalah memberi perlidungan pada peggunaan peralatan listrik.

· Dioda

Dioda adalah komponen yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Sebuah Dioda dibuat dengan menggabungkan dua bahan semi-konduktor tipe-P dan semi-konduktor tipe-N. Ketika dua bahan ini digabungkan, terbentuk lapisan kecil lain di antaranya yang disebut depletion layer. Ini karena lapisan tipe-P memiliki hole berlebih dan lapisan tipe-N memiliki elektron berlebih dan keduanya mencoba berdifusi satu sama lain membentuk penghambat resistansi tinggi antara kedua bahan seperti pada gambar di bawah ini. Lapisan penyumbatan ini disebut depletion layer.

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

Spesifikasi:

Op- Amp

Operasional amplifier (Op-Amp) adalah suatu penguat berpenguatan tinggi yang terintegrasi dalam sebuah chip IC yang memiliki dua input inverting dan non-inverting dengan sebuah terminal output, dimana rangkaian umpan balik dapat ditambahkan untuk mengendalikan karakteristik tanggapan keseluruhan pada operasional amplifier (Op-Amp).

Konfigurasi PIN LM741:

Spesifikasi:

Switch

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

Pinout:

Spesifikasi:

MQ-2 Gas Sensor

Sensor gas adalah perangkat yang digunakan untuk mendeteksi adanya gas atau konsentrasi gas pada suatu tempat. Berdasarkan konsentrasi gas, sensor akan menghasilkan perbedaan potensial yang sesuai dengan cara mengubah resistansi material di dalam sensor sehingga dapat diukur sebagai tegangan keluaran. Berdasarkan besarnya nilai tegangan keluaran ini dapat diperkirakan berapa konsentrasi gas yang ada.

Pinout:

Sensor MQ-2 terdapat 2 masukan tegangan yakni VH dan VC. VH digunakan untuk tegangan pada pemanas (Heater) internal dan Vc merupakan tegangan sumber serta memiliki keluaran yang menghasilkan tegangan berupa tegangan analog. Berikut konfigurasi dari sensor MQ-S :

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

Spesifikasi:

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

Flame Sensor

Flame Sensor adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi dapat mendeteksi nyala api dengan panjang gelombang 760nm – 1100nm. Sensor nyala api ini mempunyai sudut pembacaan 60 derajat, dan beroperasi pada suhu -25 derajat -85 derajat.

Pinout:

Spesifikasi :

- Jangkauan spektrum : 760 - 1100 (nm)

- Sudut yang terdeteksi : 0° - 60°

- Catu Daya : 3,3V - 5,3V

- Temperatur Kerja : -25°C sampai 85°C

- Dimensi : 27,3 x 15,4 (mm)

Flex Sensor

Flex Sensor adalah sensor yang memiliki perubahan resistansi akibat adanya perubahan lekukan pada bagian sensor. Sensor ini memiliki output berupa resistansi. Sensor ini membutuhkan tegangan sebesar +5V agar bisa bekerja.

Pinout:

Spesifikasi :

- Mampu mendeteksi lengkungan sampai dengan 90 derajat.

- Memiliki output resistansi : 60K Ohm - 110K Ohm

- Toleransi : 30%

- Panjang penampang : 11,43 cm

- Cocok untuk aplikasi robotika, game (virtual motion), alat2 kesehatan ataupun aplikasi elektronik yang lain.

- Memerlukan rangkaian tambahan untuk terhubung ke mikrokontroler.

Relay

Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak

Saklar/Switch).

Pinout:

Spesifikasi:

Potensiometer

Potensiometer terdiri dari tiga buah terminal dan sebuah tuas yang dapat diputar untuk mengatur besar resistensi. Sehingga potensiometer berfungsi untuk mengatur resistensi, tegangan, dan juga arus litrik yang mengalir dalam suatu rangkaian listrik.

Pinout:

Spesifikasi:

Motor DC

Motor DC adalah Motor listrik yang membutuhkan suplai tegangan arus searah atau arus DC (Direct Current) pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik.

Pinout:

Spesifikasi:

Grafik respon:

Buzzer

Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang dapat menghasilkan getaran suara berupa gelombang bunyi

Pinout:

Spesifikasi:

4. Dasar Teori (kembali)

1. Detector Non-Inverting dengan Vref (-)

Rangkaian detektor non inverting dengan tegangan input Vi berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi Vref < 0 Volt adalah seperti gambar 81

Resistor

Simbol:

Resistor merupakan salah satu komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk membatasi arus yang mengalir pada suatu rangkaian dan berfungsi sebagai terminal antara dua komponen elektronika. Tegangan pada suatu resistor sebanding dengan arus yang melewatinya

Resistor berfungsi untuk menghambat arus dalam rangkaian listrik. Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna:

1. Masukan angka langsung dari kode warna gelang pertama.

2. Masukan angka langsung dari kode warna gelang kedua.

3. Masukan angka langsung dari kode warna gelang ketiga.

4. Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10^n), ini merupakan nilai toleransi dari resistor

Contoh :

Gelang ke 1 : Coklat = 1

Gelang ke 2 : Hitam = 0

Gelang ke 3 : Hijau = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105

Gelang ke 4 : Perak = Toleransi 10%

Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.

Dioda

Ketika tegangan positif diterapkan ke Anoda dan tegangan negatif diterapkan ke Katoda, dioda dikatakan dalam kondisi bias maju. Selama keadaan ini tegangan positif akan memompa lebih banyak hole ke daerah tipe-P dan tegangan negatif akan memompa lebih banyak elektron ke daerah tipe-N yang menyebabkan depletion layer hilang sehingga arus mengalir dari Anoda ke Katoda. Tegangan minimum yang diperlukan untuk membuat dioda bias maju disebut forward breakdown voltage.

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

Dioda dapat dibagi menjadi beberapa jenis:

1. Dioda Penyearah (Dioda Biasa atau Dioda Bridge) yang berfungsi sebagai penyearah arus AC ke arus DC.

2. Dioda Zener yang berfungsi sebagai pengaman rangkaian dan juga sebagai penstabil tegangan.

3. Dioda LED yang berfungsi sebagai lampu Indikator ataupun lampu penerangan.

4. Dioda Photo yang berfungsi sebagai sensor cahaya.

5. Dioda Schottky yang berfungsi sebagai Pengendali.

Untuk menentukan arus zenner berlaku persamaan:

Keterangan:

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

Transistor

Transistor merupakan salah satu Komponen Elektronika Aktif yang paling sering digunakan dalam rangkaian Elektronika, baik rangkaian Elektronika yang paling sederhana maupun rangkaian Elektronika yang rumit dan kompleks. Transistor pada umumnya terbuat dari bahan semikonduktor seperti Germanium, Silikon, dan Gallium Arsenide.

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

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

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

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

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

Rumus-rumus transistor:

Konfigurasi Transistor:

Konfigurasi Common Base adalah konfigurasi yang kaki Basis-nya di-ground-kan dan digunakan bersama untuk INPUT maupun OUTPUT. Pada Konfigurasi Common Base, sinyal INPUT dimasukan ke Emitor dan sinyal OUTPUT-nya diambil dari Kolektor, sedangkan kaki Basis-nya di-ground-kan. Oleh karena itu, Common Base juga sering disebut dengan istilah “Grounded Base”. Konfigurasi Common Base ini menghasilkan Penguatan Tegangan antara sinyal INPUT dan sinyal OUTPUT namun tidak menghasilkan penguatan pada arus.

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

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

Op- Amp LM741

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

Karakteristik penguat ideal adalah:

Gain sangat besar (AOL >>). Penguatan open loop adalah sangat besar karena feedback-nya tidak ada atau RF = tak terhingga, serta pada rentang frekuensi yang luas.

Impedansi input sangat besar (Zi >>). Impedansi input adalah sangat besar sehingga arus input ke rangkaian dalam op-amp sangat kecil sehingga tegangan input sepenuhnya dapat dikuatkan.
Impedansi output sangat kecil (Zo <<)

Konfigurasi PIN LM741:

Respons karakteristik kurva I-O:

MQ-2 Gas Sensor

Sensor Gas merupakan sebuah alat untuk membaca keberadaan bermacam jenis gas dalam suatu tempat, biasanya sensor ini di gunakan dalam sebuah sistem keselamatan. Jenis alat sensor ini di gunakan untuk membaca kebocoran gas dan menghubungkan kepada sebuah sistem pengaturan untuk menutup segala proses yang menyebabkan atau mengalami kebocoran gas tersebut. Sensor gas juga dapat membunyikan alarm agar di ketahui oleh pangawas yang berada di sekitar kebocoran gas tersebut terjadi agar para pekerja yang berada di area tersebut dapat segera mengadakan evakuasi sehingga mencegah sesuatu hal yang lebih buruk. Alat ini sangat penting untuk menghindari kejadian-kejadian yang dapat mengancam nyawa pekerja maupun hewan atau tumbuhan yang berada di sekitar area tersebut, karena beberapa jenis gas bisa sangat membahayakan.

Sensor gas dapat di golongkan dari cara pengerjaannya (semikonduktor, oksidasi, katalis, infrared, dan lain sebagainya). Ada dua jenis sensor gas, yaitu sensor gas portable dan sensor gas yang terpasang. Jenis sensor yang pertama merupakan alat sensor yang dapat di gunakan selagi berkeliling, yang biasanya di pasang di saku, sabuk atau topi pegawai. Jenis sensor ke dua yaitu alat sensor yang telah terpasang, biasanya alat sensor ini di pasang di dekat ruang control, dan biasanya dapat membaca lebih dari satu jenis gas yang berbahaya.

Pinout:

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

Grafik respon MQ-2 Gas sensor:

Gambar. Panjang Gelombang Cahaya

Dalam suatu proses pembakaran pada pembangkit listrik tenaga uap, flame detector dapat mendeteksi hal tersebut dikarenakan oleh komponen-komponen pendukung dari flame detector. Sensor nyala api ini mempunyai sudut pembacaan sebesar 60 derajat, dan beroperasi normal pada suhu 25 – 85 derajat Celcius.

Cara kerja flame detector mampu bekerja dengan baik untuk menangkap nyala api untuk mencegah kebakaran, yaitu dengan mengidentifikasi atau mendeteksi nyala apiyang dideteksi oleh keberadaan spectrum cahaya infra red maupun ultraviolet dengan menggunakan metode optic kemudian hasil pendeteksian itu akan diteruskan ke Microprosessor yang ada pada unit flame detector akan bekerja untuk membedakan spectrum cahaya yang terdapat pada api yang terdeteksi tersebut dengan sistem delay selama 2-3 detik pada detektor ini sehingga mampu mendeteksi sumber kebakaran lebih dini dan memungkinkan tidak terjadi sumber alarm palsu.

Pada sensor ini menggunakan tranduser yang berupa infrared (IR) sebagai sensing sensor. Tranduser ini digunakan untuk mendeteksi akan penyerapan cahaya pada panjang gelombang tertentu, yang memungkinkan alat ini untuk membedakan antara spectrum cahaya pada api dengan spectrum cahaya lainnya seperti spectrum cahaya lampu, kilatan petir, welding arc, metal grinding, hot turbine, reactor, dan masih banyak lagi.

Flex Sensor

Pinout:

Grafik respon:

5. Prinsip Kerja [kembali]

Detektor non-inverting bekerja berdasarkan prinsip perbandingan tegangan antara input (Vin) dan tegangan referensi (Vref) pada op-amp yang dikonfigurasi sebagai komparator. Dalam konfigurasi ini, Vin diberikan pada terminal non-inverting (+), sedangkan Vref diberikan pada terminal inverting (–). Karena op-amp memiliki penguatan tegangan yang sangat besar, maka output akan berubah drastis tergantung pada selisih antara Vin dan Vref, sesuai dengan kondisi berikut:

Jika Vin > Vref, maka output op-amp akan berada dalam kondisi logika tinggi (mendekati +Vcc).
Jika Vin < Vref, maka output op-amp akan berada dalam kondisi logika rendah (mendekati 0V atau –Vcc, tergantung catu daya op-amp).

Ketika Vref diberikan dengan nilai negatif, maka sinyal input harus melebihi tegangan negatif tersebut agar output berubah menjadi tinggi. Misalnya, jika Vref = –2V, maka output hanya akan menjadi tinggi ketika Vin lebih besar dari –2V. Dengan demikian, rangkaian ini berfungsi sebagai pendeteksi ambang batas negatif, di mana output akan berubah status saat sinyal input melewati batas tertentu yang ditentukan oleh Vref.

6. Problem [kembali]

Penggunaan detektor non-inverting dengan tegangan referensi negatif memiliki beberapa tantangan atau masalah yang perlu diperhatikan, di antaranya:

Kesalahan Deteksi pada Nilai Tegangan Mendekati Nol Ketika nilai Vin mendekati nol dan Vref bernilai negatif, perbedaan tegangan yang kecil bisa menyebabkan op-amp sangat sensitif terhadap noise atau fluktuasi kecil, sehingga memicu output berubah secara tidak stabil.
Ketergantungan pada Catu Daya Simetris Rangkaian ini sering kali membutuhkan catu daya simetris (misalnya ±12V) agar op-amp dapat beroperasi optimal dengan Vref negatif. Jika hanya menggunakan catu daya tunggal (misalnya 0V dan +12V), maka penggunaan Vref negatif menjadi sulit atau membutuhkan tambahan rangkaian.
Perlu Kalibrasi yang Tepat Pemilihan nilai Vref harus sangat tepat agar sesuai dengan titik ambang yang diinginkan. Jika tidak, sistem bisa gagal mendeteksi sinyal secara akurat atau menghasilkan output yang salah.
Ketidaksempurnaan Op-Amp Nyata Op-amp ideal akan menghasilkan output logika tinggi atau rendah dengan perubahan sekecil apa pun antara Vin dan Vref. Namun, pada kenyataannya, op-amp memiliki keterbatasan seperti offset voltage, slew rate, dan input bias current yang dapat memengaruhi akurasi deteksi.
Pengaruh Gangguan Luar (Noise)
Tegangan input yang lemah atau nilai referensi yang sangat kecil (negatif) dapat membuat rangkaian rentan terhadap gangguan elektromagnetik atau noise dari lingkungan sekitar, yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan.

7. Soal Latihan [kembali]

Sebuah rangkaian detektor non-inverting menggunakan op-amp dengan catu daya ±12V. Tegangan referensi (Vref) diberikan sebesar –2V pada terminal inverting (–), dan sinyal input (Vin) diberikan pada terminal non-inverting (+).

Ditanya : Tentukan output op-amp (Vout) dalam kondisi berikut!

a) Vin = –3V

b) Vin = –2V

c) Vin = –1V

d) Vin = 0V

e) Vin = +1V

Gunakan prinsip dasar komparator:

Jika Vin > Vref, maka Vout = +Vcc (≈ +12V)
Jika Vin < Vref, maka Vout = –Vcc (≈ –12V)

Jawab :

Vref = –2V
Vcc = ±12V

Gunakan rumus logika komparator:

$V_{o u t} = {\begin{cases} + V_{c c}, & jika V_{i n} > V_{r e f} \\ - V_{c c}, & jika V_{i n} < V_{r e f} \end{cases}$

Jawaban:

a) Vin = –3V → –3V < –2V → Vout = –12V

b) Vin = –2V → –2V = –2V → Di kondisi ideal, saat sama, output bisa tidak stabil, tapi umumnya dianggap Vout = –12V

c) Vin = –1V → –1V > –2V → Vout = +12V

d) Vin = 0V → 0V > –2V → Vout = +12V

e) Vin = +1V

→ +1V > –2V → Vout = +12V

8. Percobaan [kembali]

A).Rangkaian Detector Non Inverting Vref -

Prinsip Kerja: Tegangan input berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi Vref<0 , dengan menggunakan persamaan V0= Vi-(-Vref), sehingga didaptakan bentuk gelombang input seperti rangkaian diatas, dengan Vi>0 maka V0= +Vsat dan sebaliknya.

B) Rangkaian Aplikasi Detector Non Inverting Vref -

1. MQ-2 Gas sensor

Prinsip Kerja :

Ketika terjadi kebocoran Gas LPG maka sensor gas mq-2 akan mendeteksi adanya Gas LPG, sehingga sensor berlogika satu dan membuat arus mengalir ke kaki non inverting vref+ . Pada Aplikasi Pendeteksi Kebakaran di Dapur, rangkaian yang dipakai adalah rangkaian detektor non inverting, dimana pada rangkaian detektor non inverting itu terdapat tegangan referensi yang dapat diatur menggunakan potensiometer. Awalnya arus dari sensor gas mq-2 menuju ke kaki non inverting vref+ di mana tegangan input bernilai +5 volt. Sedangkan pada kaki inverting tegangan referensi bernilai negative 1,50 volt. Kemudian, di rangkaian detektor non inverting vref+ , terdapat tegangan saturasi yang dimana ketika tegangan input >= tegangan referensi maka output yg dihasilkan adalah +Vsat, namun apabila tegangan input kecil dari tegangan referensi maka outputnya -Vsat, didapat dengan rumus (+-vsat= +-vs+-2) sehingga yang kita dapatkan pada rangkaian ini adalah +vsat karena tegangan input>= tegangan referensi, kita dapatkan +vsat sebesar 4,03 volt.

Kemudian arus menuju ke kaki non inverting vref- di mana tegangan input bernilai +4,03 volt yang berasal dari keluaran detector non inverting vref+. Sedangkan pada kaki inverting tegangan referensi bernilai negative 0,12 volt. Kemudian, di rangkaian detektor non inverting vref- , terdapat tegangan saturasi yang dimana ketika tegangan input >= tegangan referensi maka output yg dihasilkan adalah +Vsat, namun apabila tegangan input kecil dari tegangan referensi maka outputnya -Vsat, didapat dengan rumus (+-vsat= +-vs+-2) sehingga yang kita dapatkan pada rangkaian ini adalah +vsat karena tegangan input>= tegangan referensi, kita dapatkan +vsat sebesar 3,89 volt.

Lalu, arus akan melewati R3 dimana pada R3 terdapat hambatan sebesar 10k, kemudian arus memasuki kaki basis transistor sehingga tegangan yg terbaca pada kaki base adalah vbe = vcc-Ib.rb. Karena tegangan pada kaki basis didapat 0,78 volt, maka transistor akan aktif (transistor aktif ketika tegangan pada kaki basis sebesar >=0,7V). Arus dari sumber tegangan sebesar 5V mengalir menuju relay kemudian ke kaki kolektor lalu emitor dan ke ground. Karena transistor aktif, maka switch relay akan berpindah ke kiri, lalu baterai akan mengeluarkan arus menuju ke pompa penghisap dan pompa menghisap gas bergerak dan buzzer berbunyi

2. Flame sensor

Prinsip Kerja :

Ketika kebocoran gas menyebabkan kebakaran , maka flame sensor akan mendeteksi adanya api sehingga logicstate akan berlogika satu, membuat arus mengalir ke kaki non inverting vref+ . Pada Aplikasi Pendeteksi Kebakaran di Dapur, rangkaian yang dipakai adalah rangkaian detektor non inverting, dimana pada rangkaian detektor non inverting itu terdapat tegangan referensi yang dapat diatur menggunakan potensiometer. Awalnya arus dari sensor gas flame menuju ke kaki non inverting vref+ di mana tegangan input bernilai +5 volt. Sedangkan pada kaki inverting tegangan referensi bernilai negative 1,50 volt. Kemudian, di rangkaian detektor non inverting vref+ , terdapat tegangan saturasi yang dimana ketika tegangan input >= tegangan referensi maka output yg dihasilkan adalah +Vsat, namun apabila tegangan input kecil dari tegangan referensi maka outputnya -Vsat, didapat dengan rumus (+-vsat= +-vs+-2) sehingga yang kita dapatkan pada rangkaian ini adalah +vsat karena tegangan input>= tegangan referensi, kita dapatkan +vsat sebesar 4,03 volt.

Kemudian arus menuju ke kaki non inverting vref- di mana tegangan input bernilai +4,03 volt yang berasal dari keluaran detector non inverting vref+. Sedangkan pada kaki inverting tegangan referensi bernilai negative 0,07 volt. Kemudian, di rangkaian detektor non inverting vref- , terdapat tegangan saturasi yang dimana ketika tegangan input >= tegangan referensi maka output yg dihasilkan adalah +Vsat, namun apabila tegangan input kecil dari tegangan referensi maka outputnya -Vsat, didapat dengan rumus (+-vsat= +-vs+-2) sehingga yang kita dapatkan pada rangkaian ini adalah +vsat karena tegangan input>= tegangan referensi, kita dapatkan +vsat sebesar 3,89 volt.

Lalu, arus akan melewati R3 dimana pada R3 terdapat hambatan sebesar 10k, kemudian arus memasuki kaki basis transistor sehingga tegangan yg terbaca pada kaki base adalah vbe = vcc-Ib.rb. Karena tegangan pada kaki basis didapat 0,78 volt, maka transistor akan aktif (transistor aktif ketika tegangan pada kaki basis sebesar >=0,7V). Arus dari sumber tegangan sebesar 5 volt mengalir menuju relay kemudian ke kaki kolektor lalu emitor dan ke ground. Karena transistor aktif, maka switch relay akan berpindah ke kiri, lalu baterai akan mengeluarkan arus menuju ke pompa air dan pompa air bergerak.

3. Flex sensor

Prinsip Kerja :

Ketika kebakaran terjadi, dan jika terdeteksi adanya pembengkokan barang dari logam maka flex sensor akan berlogika satu, membuat arus mengalir ke kaki non inverting vref+ . Pada Aplikasi Pendeteksi Kebakaran di Dapur, rangkaian yang dipakai adalah rangkaian detektor non inverting, dimana pada rangkaian detektor non inverting itu terdapat tegangan referensi yang dapat diatur menggunakan potensiometer. Awalnya arus dari sensor gas mq-2 menuju ke kaki non inverting vref+ di mana tegangan input bernilai +5 volt. Sedangkan pada kaki inverting tegangan referensi bernilai negative 1,50 volt. Kemudian, di rangkaian detektor non inverting vref+ , terdapat tegangan saturasi yang dimana ketika tegangan input >= tegangan referensi maka output yg dihasilkan adalah +Vsat, namun apabila tegangan input kecil dari tegangan referensi maka outputnya -Vsat, didapat dengan rumus (+-vsat= +-vs+-2) sehingga yang kita dapatkan pada rangkaian ini adalah +vsat karena tegangan input>= tegangan referensi, kita dapatkan +vsat sebesar 4,03 volt.

Kemudian arus menuju ke kaki non inverting vref- di mana tegangan input bernilai +4,03 volt yang berasal dari keluaran detector non inverting vref+. Sedangkan pada kaki inverting tegangan referensi bernilai negative 0,07 volt. Kemudian, di rangkaian detektor non inverting vref- , terdapat tegangan saturasi yang dimana ketika tegangan input >= tegangan referensi maka output yg dihasilkan adalah +Vsat, namun apabila tegangan input kecil dari tegangan referensi maka outputnya -Vsat, didapat dengan rumus (+-vsat= +-vs+-2) sehingga yang kita dapatkan pada rangkaian ini adalah +vsat karena tegangan input>= tegangan referensi, kita dapatkan +vsat sebesar 3,89 volt.

Lalu, arus akan melewati R3 dimana pada R3 terdapat hambatan sebesar 10k, kemudian arus memasuki kaki basis transistor sehingga tegangan yg terbaca pada kaki base adalah vbe = vcc-Ib.rb. Karena tegangan pada kaki basis didapat 0,78 volt, maka transistor akan aktif (transistor aktif ketika tegangan pada kaki basis sebesar >=0,7V). Arus dari sumber tegangan sebesar 5 volt mengalir menuju relay kemudian ke kaki kolektor lalu emitor dan ke ground. Karena transistor aktif, maka switch relay akan berpindah ke kiri, lalu baterai akan mengeluarkan arus menuju ke motor, lalu motor bergerak memasukkan benda- benda logam ke tempat yang aman.

Gambar Rangkaian Secara Keseluruhan

9. Download File [kembali]

Rangkaian Detektor Non-Inverting dengan Vref = - [klik disini]

Rangkaian Aplikasi Detektor Non-Inverting dengan Vref = - [klik disini]

Download Datasheet

Datasheet Voltmeter [klik disini]
Datasheet Osiloskop [klik disini]
Datasheet Dioda [klik disini]
Datasheet Baterai [klik disini]
Datasheet Op-Amp [klik disini]
Datasheet Resistor [klik disini]
Datasheet Transistor [klik disini]

Search This Blog

Shafira Zilka Assyifa