Quiz Dan Latihan 4

Quiz 4
 Pendeteksi Asap dan Api dengan Flame Sensor dan 

Sensor Gas MQ6

(Alat Pengaman Ruangan)

1. Tujuan

• Dapat menyelesaikan permasalahan yang diberikan bapak pembimbing pada kelas sensor C
• Mengetahui prinsip kerja dari sensor yang digunakan
• Mengetahui prinsip kerja pada rangkaian sensor yang dibuat

2. Komponen Elektronik

• Flame Sensor

• Sensor Gas (MQ6)

• Battery

• Alternator Current (AC)

• IC NE555

• Capacitor

• Resistor

• Transistor

• Relay 2 Pole

• SCR (Silicon Controlled Rectifier)

• DIODE

• Motor DC

• Motor AC

• Optocoupler Triac

• Led RED-YELLOW dan RED-GREEN

• LogicState

3. Rangkaian Simulasi

[Back]

4. Landasan Teori

Flame Sensor

Flame sensor merupakan sensor yang mempunyai fungsi sebagai pendeteksi nyala api yang dimana api tersebut memiliki panjang gelombang antara 760nm – 1100nm. Sensor ini menggunakan infrared sebagai tranduser dalam mensensing kondisi nyala api.

Dalam kebanyakan pertandingan kompetisi robot, pendeteksian akan nyala api misalny lilin masih tetap jadi salah satu aturan yang umum dalam kompetensi lomba yang tidak akan pernah ditinggalkan. Dikarena itulah sensor ini mempunyai peran yang vital yang berfungsi sebagai “mata” bagi robot dalam menyelesaikan tugasnya menemukan posisi nyala api.

Biasanya digunakan pada kompetisi robot Cerdas Indonesia atau KRCI baik berbentuk laba-laba maupun seperti tank. Selain itu sensor ini sering juga digunakan untuk mendeteksi api pada ruangan di perkantoran, apartemen, maupun di perhotelan. Suhu normal pembacaan normal sensor ini yaitu pada 25 – 85°C dengan besar sudut pembacaan pada 60°.

Dengan memperhatikan jarak sensing antara objek yang akan disensing dengan sensor tidak boleh terlalu dekat, yang berakibat lifetime sensor yang cepat rusak.

Flame detector mampu mengaktifkan alarm bila mendeteksi adanya percikan api yang lebih beresiko menyebabkan bencana kebakaran. Prinsip flame detector menggunakan metode optic yang bekerja seperti UV (ultraviolet) dan IR (infrared), pencitraan visual api, serta spektroskopi yang berfungsi untuk mengidentifikasi api atau flame.flame detector juga mapu membedakan antara false alarm atau peringatan palsu dengan api sungguhan melalui komponen system yang dirancang dengan fungsi mendeteksi adanya penyerapan cahaya yang terjadi pada gelombang tertentu.

\

Gambar 3.3.2 Grafik Flame sensor

Terdeteksinya panas api maka akan semakin kecil resistansi pada sensor Flame Sensor sehingga memungkinkan arus untuk mengalir dan sensor ON.

Cara Kerja Sensor Flame

Cara kerja sensor ini yaitu dengan mengidentifikasi atau mendeteksi  nyala api dengan menggunakan metode optik. 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 dimana memungkinkan alat ini untuk membedakan antara spectrum cahaya pada api dengan spectrum cahaya lainnya seperti spectrum cahaya lampu.

Berikut adalah contoh simulasi sensor flame menggunakan software “Proteus”.

Fitur dari flame sensor

• Tegangan operasi antara 3,3 – 5 Vdc
• Terdapat 2 output yaitu digital output dan analog output yang berupa tegangan
• Sudah terpackage dalam bentuk modul
• Terdapat potensiometer sebagai pengaturan sensitivitas sensor dalam mensensing

Sensor Gas (MQ6)

          Sensor MQ-2 adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi konsentrasi gas yang mudah terbakar di udara serta asap dan output membaca sebagai tegangan analog. Sensor gas asap MQ-2 dapat langsung diatur sensitifitasnya dengan memutar trimpotnya. Sensor ini biasa digunakan untuk mendeteksi kebocoran gas baik di rumah maupun di industri. Gas yang dapat dideteksi diantaranya : LPG, i-butane, propane, methane , alcohol, Hydrogen, smoke. Sensor ini sangat cocok di gunakan untuk alat emergensi sebagai deteksi gas-gas, seperti deteksi kebocoran gas, deteksi asap untuk pencegahan kebakaran dan lain lain.

           Sensor gas ini tersusun oleh senyawa SnO2, dengan sifat conductivity rendah pada udara yang bersih, atau sifat penghantar yang tidak baik. Sifat conductivity semakin naik jika konsentrasi gas asap semakin tinggi di sekitar sensor gas. Sensor ini dapat mendeteksi konsentrasi gas yang mudah terbakar di udara serta asap dan keluarannya berupa tegangan analog. Sensor dapat mengukur konsentrasi gas mudah terbakar dari 300 sampai 10.000 sensor ppm. Dapat beroperasi pada suhu dari -20°C sampai 50°C dan mengkonsumsi arus kurang dari 150 mA pada 5V .

           Sensor Asap MQ-2 berfungsi untuk mendeteksi keberadaan asap yang berasal dari gas mudah terbakar di udara. Pada dasarnya sensor ini terdiri dari tabung aluminium yang dikelilingi oleh silikon dan di pusatnya ada elektroda yang terbuat dari aurum di mana ada element pemanasnya. Ketika terjadi proses pemanasan, kumparan akan dipanaskan sehingga SnO2 keramik menjadi semikonduktor atau sebagai penghantar sehingga melepaskan elektron dan ketika asap dideteksi oleh sensor dan mencapai aurum elektroda maka output sensor MQ-2 akan menghasilkan tegangan analog.

            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 :

1. Pin 1 merupakan heater internal yang terhubung dengan ground.

2. Pin 2 merupakan tegangan sumber (VC) dimana Vc < 24 VDC.

3. Pin 3 (VH) digunakan untuk tegangan pada pemanas (heater internal) dimana VH = 5VDC.

 4. Pin 4 merupakan output yang akan menghasilkan tegangan analog.

Grafik sensitivitas sensor gas terhadap beberapa gas

Konfigurasi Sensor Gas

Spesifikasi:
A. Kondisi Standar Bekerja

• Tegangan Sirkuit(Vc) : 5V ± 0.1 AC atau DC
• Tegangan Pemanasan(Vh) : 5V ± 0.1 AC atau DC
• Resistansi Load(PL) : 20kΩ
• Konsumsi Pemanasan(Ph) : kurang dari 750mw

B. Kondisi Lingkungan

• Suhu Penggunaan : -10℃ hingga 50℃
• Suhu Penyimpanan : -20℃ hingga 70℃
• Kelembapan Terkait : Kurang dari 95% Rh
• Konsentrasi Oksigen : 21%(Kondisi Standar) konsentrasi oksigen dapat mempengaruhi sensitivitas

C. Karakteristik Sensitivitas

• Resistansi Pengindraan(Rs) : 10KΩ- 60KΩ (1000ppm LPG )
• Kondisi Standar Deteksi : Temp: 20℃±2℃ Vc:5V±0.1 Humidity: 65%±5% Vh: 5V±0.1
• Jangkauan Deteksi : 200-10000ppm LPG , iso-butane,propane,LNG

Pengaturan Sensitivitas
Nilai resistansi MQ-6 adalah perbedaan untuk berbagai jenis dan berbagai konsentrasi gas. Jadi, Bila menggunakan komponen ini, penyesuaian sensitivitas sangat diperlukan. Disarankan untuk mengkalibrasi detektor untuk 1000ppm konsentrasi LPG di udara dan menggunakan nilai resistansi beban (RL) sekitar 20KΩ (10KΩ sampai 47KΩ). Ketika akurat mengukur, titik alarm yang tepat untuk detektor gas harus ditentukan setelah mempertimbangkan pengaruh suhu dan kelembaban.

Catatan Tambahan
   Sama seperti Sensor Gas MQ lainnya, di pasaran biasanya dijual hanya murni sensor tetapi ada juga yang sudah ditambahkan sebuah modul yang dilengkapi dengan resistor variabel yang digunakan untuk mengatur tingkat sensitivitas, sehingga pengguna tidak perlu membuat rangkaian sensor dan tinggal menggunakannya saja.

IC NE555

NE555 yang mempunyai 8 pin (kaki) ini merupakan salah satu komponen elektronika yang cukup terkenal, sederhana, dan serba guna dengan ukurannya yang kurang dari 1/2 cm3 dan harganya di pasaran sangat murah sekitar Rp. 2.000 s/d Rp. 5.000.

Pada dasarnya aplikasi utama IC NE555 ini digunakan sebagai Timer (Pewaktu) dengan operasi rangkaian monostable dan Pulse Generator (Pembangkit Pulsa) dengan operasi rangkaian astable. Selain itu, dapat juga digunakan sebagai Time Delay Generator dan Sequential Timing. 

• Fungsi masing-masing kaki (pin) IC NE555

Gb. 1: Simbol IC NE555

PIN	KEGUNAAN
1	Ground (0V), adalah pin input dari sumber tegangan DC paling negative
2	Trigger, input negative dari lower komparator (komparator B) yang menjaga osilasi tegangan terendah kapasitor pada 1/3 Vcc dan mengatur RS flip-flop
3	Output, pin keluaran dari IC 555.
4	Reset, adalah pin yang berfungsi untuk me reset latch didalam IC yang akan berpengaruh untuk me-reset kerja IC. Pin ini tersambung ke suatu gate (gerbang) transistor bertipe PNP, jadi transistor akan aktif jika diberi logika low. Biasanya pin ini langsung dihubungkan ke Vcc agar tidak terjadi reset
5	Control voltage, pin ini berfungsi untuk mengatur kestabilan tegangan referensi input negative (komparator A). pin ini bisa dibiarkan tergantung (diabaikan), tetapi untuk menjamin kestabilan referensi komparator A, biasanya dihubungkan dengan kapasitor berorde sekitar 10 nF ke pin ground
6	Threshold, pin ini terhubung ke input positif (komparator A) yang akan me-reset RS flip-flop ketika tegangan pada pin ini mulai melebihi 2/3 Vcc
7	Discharge, pin ini terhubung ke open collector transistor internal (Tr) yang emitternya terhubung ke ground. Switching transistor ini berfungsi untuk meng-clamp node yang sesuai ke ground pada timing tertentu
8	Vcc, pin ini untuk menerima supply DC voltage. Biasanya akan bekerja optimal jika diberi 5V s/d 15V. Supply arusnya dapat dilihat di datasheet, yaitu sekitar 10mA s/d 15mA.

Gb. 2: Skema Internal IC NE555

• Skema Internal

  Pada diagram blok disamping, internal IC NE555 yang kecil ini terdiri dari: 2 buah komparator (Pembanding tegangan), 3 buah Resistor sebagai pembagi tengangan, 2 buah Transistor (dalam praktek dan analisis kerjanya, transistor yang terhubung pada pin 4 biasanya langsung dihubungkan ke Vcc), 1 buah Flip-flop S-R yang akan mengatur output pada keadaan logika tertentu, dan 1 buah inverter.

Dengan melihat Gambar 2 dan Tabel diatas, secara umum cara kerja internal IC ini dapat dijelaskan bahwa, ketika pin 4 sebagai reset diberi tegangan 0V atau logika low (0), maka ouput pada pin 3 pasti akan berlogika low juga. Hanya ketika pin 4 (reset) yang diberi sinyal atau logika high (1), maka output NE555 ini akan berubah sesuai dengan tegangan threshold (pin 6) dan tegangan trigger (pin 2) yang diberikan.

Ketika tegangan threshold pada pin 6 melebihi 2/3 dari supply voltage (Vcc) dan logika output pada pin 3 berlogika high (1), maka transistor internal (Tr) akan turn-on sehingga akan menurunkan tegangan threshold menjadi kurang dari 1/3 dari supply voltage. Selama interval waktu ini, output pada pin 3 akan berlogika low (0).

Setelah itu, ketika sinyal input atau trigger pada pin 2 yang berlogika low (0) mulai berubah dan mencapai 1/3 dari Vcc, maka transistor internal (Tr) akan turn-off. Switching transistor yang turn-off ini akan menaikkan tegangan threshod sehingga output IC NE555 ini yang semula berlogika low (0) akan kembali berlogika high (1).

Sebetulnya cara kerja dasar IC NE555 merupakan full kombinasi dan tidak terlepas dari semua komponen internalnya yang terdiri dari 3 buah resistor, 2 buah komparator, 2 buah transistor, 1 buah flip-flop dan 1 buah inverter, yang kesemuanya itu akan di bahas pada kesempatan lain. Sekaligus dengan rangkaian/komponen external yang mendukungnya.

SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER)

Silicon controlled rectifier (SCR) atau thyristor merupakan device semikonduktor yang mempunyai perilaku cenderung tetap on setelah diaktifkan dan cenderung tetap off setelah dimatikan (bersifat histeresis) dan biasa digunakan sebagai saklar elektronik, protektor, dan lain sebagainya. Sebelum kita mengetahui lebih dalam tentang pengertian dan prinsip kerja dasar dari Silicon controlled rectifier (SCR), sebaiknya kita tahu terlebih dulu tentang definisi dari dioda shockley. Karena SCR itu sendiri memang device yang dikembangkan dari sebuah dioda shockley, yaitu dioda yang terdiri dari empat lapisan bahan semikonduktor, atau yang juga biasa disebut sebagai dioda PNPN.

Perkembangan dioda shockley menjadi SCR sebenarnya dicapai hanya dengan menambah suatu tambahan kecil yang tidak lebih dari sambungan kawat ketiga yang diberi nama “gate” dari struktur PNPN yang telah ada. untuk lebih jelasnya perhatikan gambar dibawah ini.

Perkembangan dioda shockley menjadi SCR

Berikut ini gambar simbol skematik dan diagram skematik dari SCR.

SCR

Jika sebuah gate dari SCR dibiarkan mengambang atau tidak terhubung (terputus), maka SCR akan berperilaku sama persis seperti dioda shockley. Seperti halnya dioda shockley, SCR juga akan aktif dan mengunci (latch) saat diberikan tegangan breakover antara katoda dan anoda. Untuk mematikan kembali SCR dapat dilakukan dengan cara mengurangi arus sampai salah satu dari transistor internal tersebut jatuh dan berada dalam mode cutoff , dan perilaku SCR yang seperti ini juga seperti dioda shockley. Lalu sekarang coba kita bahas tentang kawat atau terminal gate yang menjadi perbedaan dari kedua perangkat ini. Kita tahu kalau terminal gate SCR terhubung langsung ke basis transistor yang lebih rendah, itu berarti terminal gate ini dapat digunakan sebagai alternatif untuk mengaktifkan SCR (latch up). Dengan memberikan tegangan yang kecil antara gate dan katoda, transistor yang bawah atau transistor yang lebih rendah akan dipaksa ON oleh arus basis yang dihasilkan, hal ini akan menyebabkan arus basis transistor atas mengalir dan transistor atas akan aktif dan menghantarkan arus basis untuk transistor yang bawah (tidak dibutuhkan lagi pasokan tegangan dari terminal gate), sehingga kini kedua transistor saling menjaga agar tetap aktif  atau saling mengunci (latch). Arus yang diperlukan gate untuk memulai latch up tentu saja jauh lebih rendah daripada arus yang melalui SCR dari katoda ke anoda, sehingga SCR tidak perlu mencapai penguatan.

Cara yang paling umum digunakan dan dianggap aman untuk mengaktifkan SCR adalah dengan memberikan tegangan pada terminal gate, dan cara atau metode seperti ini disebut dengan “memicu” (triggering). Bahkan dalam penggunaannya SCR biasanya sengaja dibuat atau dipilih dengan tegangan breakover yang jauh lebih besar melampaui tegangan terbesar yang diperkirakan akan dialami oleh sumber listrik. Sehingga SCR hanya bisa diaktifkan dengan pulsa tegangan yang diterapkan ke terminal gate, bukan dengan tegangan breakover.

Perlu dikatakan bahwa SCR terkadang bisa dimatikan secara langsung dengan menjumper atau mengkorsletkan terminal gate dan katoda, yang disebut dengan “reverse triggering”, dimana gate dengan tegangan negatif (mengacu pada katoda), sehingga transistor yang lebih rendah atau dibawah dipaksa cutoff. Saya mengatakan ini kadang-kadang karena cara ini mungkin akan melibatkan semua arus kolektor dari transistor atas yang melewati basis transistor yang dibawah. Dan arus ini mungkin sangat substansial sehingga membuat triggered shut off dari SCR begitu sulit. Dan sebuah thyristor Gate-Turn-Off (GTO) yang merupakan variasi dari SCR yang akan mampu mempermudah tugas ini. akan tetapi bahkan dengan sebuah GTO sekalipun, arus gate yang dibutuhkan untuk mematikannya mungkin sebanyak 20% dari arus anoda (beban). Simbol skematik dari GTO ditunjukkan oleh gambar ilustrasi dibawah ini.

thyristor - GTO

SCR dan GTO mempunyai skema yang sama yaitu dua transistor yang terhubung secara positif-dengan mode feedback atau berbalikan. Satu-satunya perbedaan dari rancangan konstruksi adalah untuk memberikan transistor NPN sebuah β yang lebih besar dari PNP. Hal ini memungkinkan arus gate yang lebih kecil (forward atau reverse) untuk mengerahkan tingkat  kontrol yang lebih besar atas konduksi dari katoda ke anoda. Dalam keadaan terkunci (latch), transistor PNP menjadi lebih tergantung pada NPN bukan sebaliknya. Thyristor Gate-Turn-Off juga dikenal dengan nama Gate-controlled switch (GCS).

Pengetesan fungsi dasar SCR, atau mengidentifikasi terminal dapat dilakukan dengan ohmmeter. Karena koneksi internal antara gate dan katoda adalah PN junction tunggal, alat ukur harus menunjukkkan adanya sambungan atau koneksi antara terminal-terminal ini saat probe merah dihubungkan ke gate dan probe hitam pada katoda. Seperti gambar dibawah ini.

pengujian SCR

Dan SCR akan menunjukkan terminal terbuka atau tak terhingga (OL jika pada display multimeter digital) saat pengukuran dilakukan pada sambungan-sambungan yang lain. Perlu dipahami bahwa tes ini sangat kasar dan bukan merupakan penilaian yang komprehensif dari SCR.  Hal ini dilakukan untuk memberikan indikasi tahanan SCR masih baik atau sudah rusak. Dan satu-satunya  cara untuk menguji SCR yang lebih mendalam adalah dengan arus beban.

Jika anda menggunakan multimeter yang mempunyai fungsi dioda cheknya, indikasi tegangan antara sambungan atau persimpangan gate ke katoda mungkin hasilnya tidak akan sesuai dengan persimpangan PN silikon pada umumnya (yang biasanya sekitar 0,7 volt). Dalam beberapa kasus, hasil pengukuran tegangan akan jauh lebih rendah. Hal ini disebabkan oleh resistor internal yang terhubung antara gate dan katoda yang dimasukkan kedalam beberapa SCR. Resistor ini ditambahkan untuk mengurangi kerentanan SCR terhadap pemicu (trigger) palsu, yang berasal dari lonjakan tegangan palsu, dari noise rangkaian, atau dari pelucutan listrik statis. Dengan kata lain, adanya resistor yang terhubung di persimpangan gate-katoda mengharuskan sinyal trigger yang kuat (arus yang besar) untuk diterapkan pada gate SCR. Fitur ini ditemukan pada SCR yang lebih besar bukan SCR yang kecil. Ingatlah bahwa SCR dengan resistor internal yang terhubung antara gate dan katoda akan menunjukkan kontinuitas hubungan dalam dua arah antara dua terminal.

Resistor internal pada kaki gate dan katoda SCR

SCR dengan nilai resistor internal yang kecil terkadang juga disebut sebagai SCR gate sensitif, karena kemampuannya yang dipicu (triggered) oleh sinyal positif gate yang sangat sedikit.
Rangkaian tes untuk SCR berikut ini sangat baik untuk digunakan sebagai alat uji SCR, selain itu juga sangat baik untuk mengetahui dan memahami operasi dasar SCR. Sebuah sumber tegangan DC yang digunakan sebagai daya dari rangkaian dan dua push button switch yang digunakan untuk mengaktifkan dan mematikan SCR. 

Rangkaian sederhana penguji SCR

Push button NO (tombol on) menghubungkan gate dengan anoda, sehingga arus dari terminal negatif baterai akan melalui PN junction katoda-gate, kemudian melalui saklar, melalui resistor beban dan kembali ke baterai. Arus gate inilah yang akan membuat SCR latch on, sehingga meskipun tombol on dilepas, beban akan tetap mendapat daya listrik. Dengan menekan push button NC (tombol off), arus yang melalui SCR akan terhenti, sehingga hal tersebut akan memaksa untuk mematikan SCR (Turn off).

Jika SCR tidak bisa atau gagal untuk latch, mungkin masalahnya ada pada beban rangkaian bukan pada SCR. Arus beban dengan jumlah minimum tertentu diperlukan atau wajib dimiliki untuk menjaga agar SCR latch on. Tingkat atau level arus minimum ini disebut “holding current”. Holding current biasanya berkisar antara 1 miliampere sampai 50 miliampere atau mungkin lebih untuk unit yang lebih besar.

Untuk pengujian sepenuhnya dapat dilakukan dengan menguji trigger dengan tegangan breakover. Untuk menguji batas tegangan breakover dapat dilakukan dengan cara meningkatkan suplai tegangan DC sampai SCR aktif dan mengunci (latch) dengan sendirinya (tanpa perlu menekan tombol pushbutton). Saat tes tegangan breakover ini perlu kehati-hatian karena mungkin memerlukan tegangan yang sangat tinggi. Dalam bentuk sederhana, rangkaian tes SCR bisa cukup sebagai rangkaian kontrol start/stop untuk motor DC, lampu, atau beban-beban yang praktis lainnya.

Rangkaian kontrol start/stop motor DC

Contoh penggunaan SCR pada sirkuit DC adalah sebagai perangkat atau device crowbar yang berfungsi untuk memproteksi bila terjadi tegangan lebih (over voltage). Sirkuit crowbar terdiri dari sebuah SCR yang dihubungkan pararel dengan output dari power supply DC. Rusaknya SCR dan power supply dapat dicegah dengan pemasangan secara benar dan bijaksana sebuah fuse atau resistansi seri yang besar setelah SCR untuk membatasi arus hubung singkat dari rangkaian.
TRANSFORMATOR

OPTOCOUPLER

Pengertian Optocoupler dan Prinsip Kerjanya – Dalam Dunia Elektronika, Optocoupler juga dikenal dengan sebutan Opto-isolator, Photocoupler atau Optical Isolator. Optocoupler adalah komponen elektronika yang berfungsi sebagai penghubung berdasarkan cahaya optik. Pada dasarnya Optocoupler terdiri dari 2 bagian utama yaitu Transmitter yang berfungsi sebagai pengirim cahaya optik dan Receiver yang berfungsi sebagai pendeteksi sumber cahaya.
Masing-masing bagian Optocoupler (Transmitter dan Receiver) tidak memiliki hubungan konduktif rangkaian secara langsung tetapi dibuat sedemikian rupa dalam satu kemasan komponen.

Simbol dan Bentuk Optocoupler

Dibawah ini adalah Simbol Optocoupler dan Bentuk-bentuknya :

Jenis-jenis Optocoupler

Jenis-jenis Optocoupler yang sering ditemukan adalah Optocoupler yang terbuat dari bahan Semikonduktor dan terdiri dari kombinasi LED (Light Emitting Diode) dan Phototransistor. Dalam Kombinasi ini, LED berfungsi sebagai pengirim sinyal cahaya optik (Transmitter) sedangkan Phototransistor berfungsi sebagai penerima cahaya tersebut (Receiver). Jenis-jenis lain dari Optocoupler diantaranya adalah kombinasi LED-Photodiode, LED-LASCR dan juga Lamp-Photoresistor.

Prinsip Kerja Optocoupler

Pada prinsipnya, Optocoupler dengan kombinasi LED-Phototransistor adalah Optocoupler yang terdiri dari sebuah komponen LED (Light Emitting Diode) yang memancarkan cahaya infra merah (IR LED) dan sebuah komponen semikonduktor yang peka terhadap cahaya (Phototransistor) sebagai bagian yang digunakan untuk mendeteksi cahaya infra merah yang dipancarkan oleh IR LED. Untuk lebih jelas mengenai Prinsip kerja Optocoupler, silakan lihat rangkaian internal komponen Optocoupler dibawah ini :

Dari gambar diatas dapat dijelaskan bahwa Arus listrik yang mengalir melalui IR LED akan menyebabkan IR LED memancarkan sinyal cahaya Infra merahnya. Intensitas Cahaya tergantung pada jumlah arus listrik yang mengalir pada IR LED tersebut. Kelebihan Cahaya Infra Merah adalah pada ketahanannya yang lebih baik jika dibandingkan dengan Cahaya yang tampak. Cahaya Infra Merah tidak dapat dilihat dengan mata telanjang.

Cahaya Infra Merah yang dipancarkan tersebut akan dideteksi oleh Phototransistor dan menyebabkan terjadinya hubungan atau Switch ON pada Phototransistor. Prinsip kerja Phototransistor hampir sama dengan Transistor Bipolar biasa, yang membedakan adalah Terminal Basis (Base) Phototransistor merupakan penerima yang peka terhadap cahaya.

Aplikasi Optocoupler

Optocoupler banyak diaplikasikan sebagai driver pada rangkaian pada Mikrokontroller, driver pada Motor DC, DC dan AC power control dan juga pada komunikasi rangkaian yang dikendalikan oleh PC (Komputer).

5. Prinsip Kerja Rangkaian

• Flame Sensor (Sensor Api)

Flame sensor akan mengeluarkan keluaran High apabila transduser pada sensor api tersebut mendeteksi adanya api disekitar. Ketika sensor tersebut mendeteksi adanya keberadaan api, maka sensor tersebut akan memberikan tegangan pada inputan kaki trigger(pin2) pada IC NE555, dimana akan berdampak pada logika keluaran pada pin Outputnya (pin3). Ketika IC NE555 mendapatkan tegangan reset maka IC tersebut akan bekerja dan akan mengeluarkan tegangan output yang dipengaruhi dari tegangan Trigger dan Treshold(pin6) nya, pada saat trigger HIGH(Sensor api mendeteksi api) maka akan tegangan Treshold akan mengalami pengurangan tegangan sampai 1/3 dari tegangan Vcc nya, pada fase inilah tegangan output(pin3) akan berlogikakan LOW dan berdampak pada base transistor yang terhubung dengannya.

Karena base transistor tesebut tidak mendapatkan tegangan pada basenya, maka arus listrik pada emitor dan collectornya tidak terhubung danberdampak pada Relay yang menjadi OFF, sehingga Switch pada relay tetap berada di kanan dan Motor, Buzzer dan LED ON, dengan kata lain api akan tertangani secara automatic.

Begitu sebaliknya ketika Flame sensor tidak mendeteksi adanya keberadaan api.

• Sensor Gas (MQ6)

Ketika sensor api mendeteksi adanya keberadaan asap, maka sensor gas MQ6 akan memberikan tegangan sinyal melalui tegangan outputnya dan akan memberikan tegangan pada base transistro yang terhubung dengannya, sehingga base tersebut akan mengalami bias positif dan arus lsitrik pada emitor tidak mengalir menuju collector, dan berdampak pada relay yang menjadi OFF, sehingga switch relay tersebut akan berpindah ke kiri dan menghubungkan Loop pada Motor, Buzzer dan LED, sehingga asap dapat tertangani secara automatic.

6. Video Tutorial

7. Link Download

• Rangkaian Simulasi DISINI!!
• Video Tutorial DISINI!!
• Library Modul Sensor Gas (MQ6) DISINI!!
• Library Modul Flame Sensor DISINI!!
• DataSheet Flame Sensor DISINI!!
• DataSheet Sensor Gas (MQ6) DISINI!!
• DataSheet IC NE555 DISINI!!
• DataSheet SCR(Silicon Controlled Rectifier) DISINI!!
• HTML DISINI!!

Latihan 4

Sensor Pendeteksi Posisi Matahari

1. Tujuan 
Untuk mengetahui bagaimana prinsip kerja rangkaian sensor accelerometer dengan mengaplikasikan vibration sensor dan menggunakan op amp.
 
2. Alat dan Bahan 

• Potensiometer  
• LDR 
• LM 358 
• Resistor
• Transistor NPN
• Transistor PNP 
• Dioda 
• Motor DC
• Sumber DC

3. Teori 
Alat dan Bahan

·         Potensiometer

Potensiometer adalah sebuah jenis resistor yang mengatur sebuah tahanan atau hambatan secara linier atau Komponen resistif tiga kawat yang bertindak sebagai pembagi tegangan yang menghasilkan sinyal output tegangan variabel kontinu yang sebanding dengan posisi fisik wiper di sepanjang trek.

·         Resistor

Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkain elektronika.

·         Transistor NPN

Transistor NPN adalah transistor bipolar yang menggunakan arus listrik kecil dan tegangan positif pada terminal Basis untuk mengendalikan aliran arus dan tegangan yang lebih besar dari Kolektor ke Emitor Cara kerja transistor NPN adalah jika kaki basis transistor diberi tegangan bias maka arus pda kolektor akan mengalir ke kaki emitor.

·         Transistor PNP

Fungsi transistor yang lazim dilihat pada system kontrol adalah sebagai driver atau pengendali motor DC. Motor DC akan off atau on jika kondisi transistor dalam keadaan saturasi atau cut off.

·        

            Dioda

Untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya.

·         Motor DC

Motor Listrik DC atau DC Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion).

·         Sumber DC

Sebagai sumber arus DC

·         LM 358

Sensor suhu IC LM 35 merupkan chip IC produksi Natioanal Semiconductor yang berfungsi untuk mengetahui temperature suatu objek atau ruangan dalam bentuk besaran elektrik, atau dapat juga di definisikan sebagai komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah perubahan temperature yang diterima dalam perubahan besaran elektrik. Sensor suhu IC LM35 dapat mengubah perubahan temperature menjadi perubahan tegangan pada bagian outputnya. Sensor suhu IC LM35 membutuhkan sumber tegangan DC +5 volt dan konsumsi arus DC sebesar 60 µA dalam beroperasi. Bentuk fisik sensor suhu LM 35 merupakan chip IC dengan kemasan yang berfariasi, pada umumnya kemasan sensor suhu LM35 adalah kemasan TO-92  seperti terlihat pada gambar dibawah.

Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa sensor suhu IC LM35 pada dasarnya memiliki 3 pin yang berfungsi sebagai sumber supply tegangan DC +5 volt, sebagai pin output hasil penginderaan dalam bentuk perubahan tegangan DC pada Vout dan pin untuk Ground.

 Karakteristik Sensor suhu IC LM35 adalah :

·         Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.

·         Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC seperti terlihat pada gambar 2.2. Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.

·         Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.

·         Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.

·         Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.

·         Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.

·         Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.

Sensor suhu IC LM35 memiliki keakuratan tinggi dan mudah dalam perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, sensor suhu LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kontrol khusus serta tidak memerlukan seting tambahan karena output dari sensor suhu LM35 memiliki karakter yang linier dengan perubahan 10mV/°C. Sensor suhu LM35 memiliki jangkauan pengukuran -55ºC hingga +150ºC dengan akurasi ±0.5ºC. Tegangan output sensor suhu IC LM35 dapat diformulasikan sebagai berikut :

Vout LM35 = Temperature º x 10 mV

• Sensor suhu IC LM 35 terdapat dalam beberapa varian sebagai berikut :
• ·         LM35, LM35A memiliki range pengukuran temperature  -55ºC hingga +150ºC.
• ·         LM35C, LM35CA memiliki range pengukuran temperature -40ºC hingga +110ºC.
• ·          LM35D memiliki range pengukuran temperature 0ºC hingga +100ºC. 
• Kelebihan dari sensor suhu IC LM35 antara lain :
• ·         Rentang suhu yang jauh, antara -55 sampai +150ºC Low self-heating, sebesar 0.08 ºC
• ·         Beroperasi pada tegangan 4 sampai 30 V
• Rangkaian menjadi sederhana Tidak memerlukan pengkondisian sinyal

·       
     LDR

LDR (Light Dependent Resistor) merupakan salah satu komponen resistor yang nilai resistansinya akan berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya yang mengenai sensor ini.

Pada umumnya prinsip kerja sensor cahaya ldr ini adalah “Semakin tinggi intensitas cahaya (Terang) yang diterima oleh LDR maka semakin rendah pula nilai resistansi/tahanannya, Sebaliknya Semakin rendah intensitas cahaya (Gelap) yang diterima oleh LDR maka semakin tinggi pula nilai resistansi/tahanannya.” 

Sensor  LDR terbuat dari bahan kadmium sulfida yang merupakan bahan semikonduktor yang nilai tahanan/resistansinya berubah ubah sesuai dengan intensitas cahaya yang diterima bahan tersebut.

Adapun spesifikasi atau karakteristrik umum dari sensor cahaya LDR adalah sebagai berikut :

·                     Tegangan maksimum (DC): 150V

·                     Konsumsi arus maksimum: 100mW

·                     Tingkatan Resistansi/Tahanan : 10Ω sampai 100KΩ

·                     Puncak spektral: 540nm (ukuran gelombang cahaya)

·                     Waktu Respon Sensor : 20ms – 30ms

·                     Suhu operasi: -30° Celsius – 70° Celciu

grafik sensitivitas sensor

Pada grafik sensistivitas sensor diatas dapat terlihat bahwa semakin  besar cahaya yang ditangkap olehsensor maka akan semakin kecil resistansinya

grafik respon spectral sensor

Dari grafik didapatkan bahwa sensitifitas relatif dari sel photokonduktif tergantung pada panjang gelombang warna cahaya. Setiap tipe bahan photokonduktor memiliki kurva respon spektral yang berbeda
 
4. Rangkaian dan Prinsip Kerja [kembali]
a. Susun rangkaian seperti pada gambar

b. Kemudian RUN rangkaian maka LED akan hidup saat intensitas cahaya tinggi, dan begitu pula sebaliknya

Prinsip Kerja:

Tegangan diberikan oleh sumber DC kemudian diteruskan ke diode. Namun karena diode dalam posisi reverse bias, maka arus tidak dapat lewat kemudian diteruskan ke transistor. Namun arus masih belum dapat lewat karena tidak ada arus yang mengalir di basis sehingga transistor dalam keadaan off. Sehingga arus tidak dapat diteruskan. Hal ini menyebabkan arus masuk ke potensiometer, LDR, dan Lm 358. Ketika LDR mendapatkan intensitas cahaya yang tinggi maka resistansi LDR akan rendah sehingga arus dapat mengalir. Saat LDR1 lebih tinggi, maka arus akan masuk ke R1 dan LM 358 kemudian diteruskan ke resistor dan dibagi dua ke masing masing transistor. Arus ini yang mengaktifkan basis dari Q1 dan Q2 sehingga arus bisa mengalir dari collector ke emittor. Sehingga motor dapat berputar searah jarum jam. Untuk keadaan saat intensitas  prinsipnya sama namun perputaran berlawanan arah dengan arah jarum jam.

 
5. Video 

 
6. Link Download 
File Rangkaian Simulasi - Download
Data sheet sensor ldr  -Download
data sheet sensor lm35 Download
video simulasi  download 
library sensor ldr download
library sensor lm 35 download