Diode zener merupakan tipe khusus dari diode sambungan silikon yang kerapkali digunakan sebagai pengatur tegangan atau penstabil tegangan. Seperti halnya dengan diode penyearah silikon, maka diode zener pun mempunyai tahanan yang sangat rendah terhadap aliran arus jika ia dibias maju. Jika ia dibilas balik pada tegangan rendah, ia hanya mengizinkan aliran arus yang sangat kecil. Tetapi jika tegangan bias terbalik yang dikenakan dinaikkan secara perlahan-lahan, maka akan tercapai suatu titik dimana diode zener akan dadal (Breakdown) dan tiba-tiba mulai melakukan konduksi. Perubahan yang tajam dari tidak melakukan konduksi menjadi konduksi disebut efek zener.
Tingkat tegangan yang mana terjadi pendadalan pada diode zener dapat dikendalikan sampai batas tertentu yang diinginkan selama dalam proses pembuatannya. Oleh sebab itu alat ini dapat dirancang agar mempunyai daerah tegangan dadal yang luas dengan nilai serendah kira-kira 2V dan sampai setinggi beberapa ratus volt. Bila dikenai tegangan yang lebih besar dari tegangan dadalnya, maka penurunan tegangan pada diode zener yang melakukan konduksi pada hakikatnya adalah konstan walaupun arus yang melalui diode bertambah dengan bertambahnya tegangan yang dikenakan. Hal ini menyebabkan alat tersebut sesuai untuk digunakan sebagai elemen acuan tegangan konstan atau elemen kendali. Besarnya arus zener maksimum adalah :
Izmax = Pz x Vz ... (2.10.) dimana : Iz max = Arus zener maksimum
Pz = Daya diode zener Vz = Tegangan zener
2.6. LED (Light Emitting Diode)
LED (Light Emitting Diode) atau diode pemancar cahaya adalah diode semikonduktor yang memancarkan cahaya jika dibias maju. Berbagai bahan telah digunakan dalam pembentukan bahan tipe-P dan tipe-N untuk sambungan diode. Salah satu pembuat alat ini menggunakan gallium arsenida dan gallium alumunium arsenida untuk bahan sambungannya. Sambungan yang dibuat dari bahan ini memancarkan cahaya infra merah. Bahan lain yang berbeda digunakan untuk memancarkan cahaya warna lain seperti hijau atau kuning.
Jika LED dibias maju maka arus bias akan menyebabkan diinjeksikannya elektron ke dalam bahan tipe-P dan lubang diinjeksikan ke dalam bahan tipe-N. Dinyatakan dalam tingkat energi, elektron bebas berada pada tingkat yang lebih tinggi dari pada lubang. Jika elektron bebas bergerak melalui daerah dekat sambungan, mereka bergabung kembali dengan lubang. Dalam proses penggabungan kembali ini, energi dilepas, sebagian dalam bentuk cahaya sangat rendah, yakni kurang dari satu persen.
Diode pemancar cahaya mempunyai beberapa keuntungan dibandingkan dengan sumber cahaya lain. LED bekerja pada tegangan rendah, sehingga sesuai dengan alat semikonduktor lainnya. Mereka mempunyai waktu respon yang sangat cepat, ukurannya kecil dan umurnya panjang. Keuntungan ini menyebabkan LED sesuai sekali khususnya untuk memperagakan informasi yang diperoleh dari peralatan elektronik.
2.7. Trimpot (Trimmer Potensio)
Trimmer potensio atau potensiometer kecil seperti pada gambar 2.13. adalah jenis resistor variabel yang tahanannya dapat diubah-ubah. Potensiometer bergungsi untuk membagi tegangan. Ujung-ujungnya dipasang paralel dengan sumber tegangan. Nilai resistansi variabel diperoleh diantara kaki tengah dengan salah satu kaki pada ujung kiri atau kanan, sedangkan diantara ujung-ujung kaki kiri atau kanan nilai resistansinya konstan.
Gambar 2.13. Trimmer potensio.
2.8. LDR (Light Dependent Resistor)
LDR (Light Dependent Resistor) merupakan suatu resistor yang nilai hambatannya tergantung pada intensitas cahaya. Tampilan fisik dan simbol LDR dapat dilihat pada gambar 2.14. dibawah ini :
Gambar 2.14. LDR (Light Dependent Resistor).
Biasanya LDR (atau lebih dikenal dengan fotoresistor) dibuat berdasarkan kenyataan bahwa film kadmium sulfida mempunyai tahanan yang besar kalau
tidak terkena cahaya dan tahanannya akan menurun kalau permukaan film itu terkena sinar.
Resistor peka cahaya atau fotoresistor adal mengenainya. Fotoresistor dapat merujuk pula pada light dependent resistor
(LDR), atau fotokonduktor.
Fotoresistor dibuat dari yang mengenainya memiliki semikonduktor akan menyebabka meloncat ke
Besarnya tahanan LDR / fotoresistor dalam kegelapan mencapai jutaan ohm dan turun sampai beberapa ratus ohm dalam keadaan terang. LDR dapat digunakan dalam suatu jaringan kerja (network) pembagi potensial yang menyebabkan terjadinya perubahan tegangan kalau sinar yang datang berubah.
LDR digunakan untuk mendeteksi intensitas cahaya, yang mana intensitas cahaya sendiri dinyatakan dalam dua satuan fisika, yaitu lumens per meter persegi dan Watt per meter persegi. Kedua satuan itu agak berbeda. yang satu berdasarkan pada kepekaan mata manusia, yang satu lagi berdasarkan energi listrik yang dialirkan ke sumber cahaya.
2.9. IC Regulator (Lm 7809 dan LM 7805)
IC Regulator fungsinya adalah untuk penstabil tegangan. Pada perancangan ini tegangan 12 V yang masuk dari power suplai masuk ke LM 7809 untuk tegangannya diturunkan menjadi 9 V, kemudian tegangan 9 V tersebut dimasukkan kembali ke LM 7805 untuk diturunkan menjadi 5 V stabil. Tegangan 5 V inilah yang menjadi sumber tegangan ke ADC 0804, seperti pada gambar 2.15.
Gambar 2.15. Bentuk fisik LM 7809 dan 7805.
2.10. Komparator (pembanding)
Komparator adalah pembanding yang membandingkan dua tegangan dan menyatakan mana yang lebih besar dari tegangan tersebut. Gambar 2.16. memuta diagram blok dasar suatu pembanding. Bila tegangan masukan A lebih besar dari tegangan masukan B, maka pembanding memberikan keluaran logis 1. Bila tegangan pada masukan B lebih besar dari masukan A, maka keluarannya adalah logis 0. Ini dituliskan A > B = 1 dan A < B = 0 .
Komparator A B Vout Vout Verror +Vsat -Vsat
Gambar 2.16. Blok diagram suatu pembanding tegangan.
Komponen terpenting dari pembanding adalah op amp. Gambar 2.17. meringkaskan gerakan tersebut. Tegangan kesalahan positif mendorong output ke +Vsat, harga positif maksimum dari tegangan output. Tegangan kesalahan negatif menimbulkan tegangan output –Vsat.
Gambar 2.17. Tegangan kesalahan (V error) dari pembanding.
2.11. ADC (Analog to Digital Converter)
ADC (Analog to Digital Conveter) 0804 merupakan suatu alat yang dapat mengubah besaran analog menjadi besaran digital. Dalam fungsinya ada beberapa jenis ADC yang masing-masing mempunyai kelebihan, berdasarkan pada metode pengubahan isyarat analog kedigital ADC dibedakan menjadi :
1. Metode Pencacah (Counting) 2. Metode Pengubahan jenis Simultan 3. Metode Pengubahan jenis Kontinu
Untuk menentukan jenis ADC yang digunakan dalam sistem akuisisi data ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu :
1. Kecepatan konversi 2. Resolusi
3. Rentang masukan analog maksimum 4. Jumlah kanal masukan
Pemilihan ADC umumnya ditentukan oleh metode yang digunakan untuk konversi data, sedangkan Rentang tegangan masukan analog maksimum adalah watak untai ADC ang digunakan sehingga masukan analog yang akan dimasukkan ke ADC tersebut terlebih dahulu harus disesuaikan dengan tegangan analog maksmal yang diizinkan. Resolusi ADC berkaitan dengan cacah bit dan rentang tegangan pada masukan analog. Dengan pertimbangan diatas penulis sengaja memilih ADC 0804 sebagai Konverter A/D . ADC 0804 adalah suatu IC CMOS pengubah analog ke digital 8-bit dengan satu kanal masukan seperti pada gambar 2.16. dibawah ini.
Deskripsi Fungsi Pin ADC 0804
1. Pin WR (Write), pulsa high pada input write maka ADC akan melakukan konversi data, tegangan analog menjadi data digital. Pin WR dihubungkan dengan pin INTR. Setelah selesai konversi pin INTR akan memberi pulsa low pada pin WR
2. Pin INTR (Interrupt), bila konversi data analog menjadi digital telah selesai maka pin INTR akan mengeluarkan pulsa low ke pin WR. Perangkat ADC dapat diopersikan dalam mode free running
dengan menghubungkan pin INT ke input WR.
3. Pin CS (Chip select), agar ADC dapat aktif , melakukan konversi data maka input chip select harus diberi logika low. Data output akan berada pada kondisi three state apabila CS mendapat logika high.
4. Pin RD (Read), agar data ADC data dapat dibaca oleh sistem mikroprosessor maka pin RD harus diberi logika low.
5. Pin Vin (+) dan Vin (-) merupakan input tegangan deferensial yang akan mengambil nilai selisih dari kedua input. Dengan memanfaatkaninput Vin maka dapat dilakukan offset tegangan nol pada ADC.
6. Pin Vref, tegangan referensi dapat diatur sesuai dengan input tegangn pada Vin (+) dan Vin (-), Vref = Vin / 2.
110 100 111 011 101 110 011 010 101 100 011 010 001 111 000 ½ V ¾ V ¼ V 7/8 V 5/8 V 3/8 V 1/8 V 7/8 V ¾ V 5/8 V ½ V 3/8 V ¼ V 1/8 V 0 V
7. Pin CLOCK, clock untuk ADC dapat diturunkan pada clock CPU atau RC eksternal dapat ditambahkan untuk memberikan generator clock dari dalam CLK In menggunakan schmitt triger.
ADC jenis pendekatan berturut-turut membandingkan masukan analog terhadap sebuah tegangan referensi DAC yang berulang-ulang menjadi dua bagian. Proses ini dijelaskan pada gambar 2.19. dimana sebuah bilangan biner tiga angka (100) yang menyatakan tegangan penuh sumber referensi, dibagi menjadi dua bagian (bilangan biner 100) menyatakan ½ V. Perbandingan antara tegangan referensi ini (½ V) terhadap masukan analog dilakukan. Jika hasil perbandingan menunjukkan bahwa pendekatan pertama ini terlalu kecil (½ V adalah terlalu kecil dari pada masukan analog), maka perbandingan berikutnya akan dilakukan terhadap ¾ V (bilangan biner 110). Jika perbandingan menunjukkan bahwa perkiraan pertama terlalu besar (½ V lebih besar dari pada masukan analog), maka pembanding berikutnya dilakukan terhadap ¼ V (bilangan biner 010). Setelah tiga pendekatan berturut-turut, bilangan digital dipisahkan.
Metoda pendekatan berturut-turut sedikit lebih rumit dari pada metoda yang lain, karena dia memerlukan sebuah register pengontrol khusus untuk membuka pulsa-pulsa ke bit pertama, kemudian ke bit kedua dan seterusnya. Akan tetapi biaya tambahan untuk register pengontrol ini adalah kecil, sehingga pengubah dapat menengani sinyal-sinyal kontinu dan tidak kontinu dengan resolusi yang besar dan kecil pada kecepatan dan biaya yang sedang.
Diagram balok yang dasar diperlihatkan pada gambar 2.20. Pengubah ini menggunakan sebuah register pengontrol digital yang mampu membuka masukan 1 dan masukan 0 ; sebuah pengubah digital ke analog beserta sumber daya referensi; sebuah rangkaian pembanding, sebuah loop pengontrol waktu, dan register distribusi. Register distribusi menyerupai sebuah pencacah melingkar (ring counter) dengan sebuah angka 1 yang bersirkulasi didalamnya menentukan langkah mana yang berlangsung.
Pada permulaan siklus pengubahan, SAR dibuat ”set” dengan angka 1 didalam bit yang paling berarti (MSB-most significant bit) dan 0 didalam semua bit yang kurang berarti. Dengan demikian register distribusi mencatat bahwa siklus telah dimulai dan bahwa proses adalah dalam fasa membaca 100..., menyebabkan suatu tegangan keluaran pada bagian pengubah digital ke analog sebesar setengah dari tegangan referensi. Pada saat yang sama, sebuah pulsa memasuki susunan pengatur waktu keterlambatan. Sementara pengubah D/A dan pembanding telah diam, pulsa yang terlambat ini dimasukkan ke gerbang bersama keluaran pembanding. Bila bit paling berarti dibuat ”set” di dalam register pengontrol melalui tindakan pengatur waktu, bit paling berarti bisa tetap dalam
Keterlambatan waktu
Flip-flop pemulai dan menghentikan SAR Pengubah digital ke analog Sumber referensi C Mulai Set MSB Akhir pengubahan Keluaran digital Masukan analog
keadaan 1 ataupun kembali ke keadaan 0, bergantung pada keluaran pembanding. Angka tunggal 1 di dalam register distribusi digeser keposisi berikutnya dan mengawasi jumlah perbandingan yang dilakukan.
Gambar 2.20.Diagram balok sederhana untuk A/D jenis pendekatan berturut-turut. Prosedur ini berulang mengikuti diagram gambar 2.17. sampai pendekatan akhir telah dikoreksi dan register distribusi menunjukkan akhir pengubahan. Di dalam sistem ini sinkronisasi tidak dibutuhkan karena pembanding hanya mengontrol satu flip-flop pada satu waktu. Pada pengubah jenis pendekatan berturut-turut, keluaran digital berhubungan dengan suatu nilai yang telah dimiliki oleh masukan analog selama pengubahan. Jadi waktu celah sama dengan waktu pengubahan total. Waktu celah pengubahan ini dapat dikurangi dengan menggunakan teknik redundansi atau sebuah rangkaian cuplik dan tahan (sample and hold circuit).