BAB II
LANDASAN TEORI 2.1 Sejarah PT. Dipo Technology
Unit Usaha Jasa Industri (Unit-UJI) Universitas Diponegoro, pada awalnya dilaksanakan oleh Laboratorium Fisika Atom dan Nuklir dengan produk-produk yang berbasis teknologi plasma. Dalam perjalanannya Unit-UJI ini menampung beberapa produk yang layak memasuki pasar dari beberapa jurusan di lingkungan Undip. Unit-UJI kini dipusatkan langsung dibawah koordinasi Lembaga Pengabdian Kepada Masyarakat dan berkantor di Lembaga Pengabdian Kepada Masyarakat. Unit-UJI ini diharapkan dapat berfungsi untuk tempat komersialisasi invensi-invensi dari Undip dengan produk yang telah mengalami pendewasaan teknologi. Sejalan dengan diperluasnya fungsi Unit-UJI, diberi nama “DIPO TECHNOLOGY”. Produk handalan dari Unit_UJI “DIPO TECHNOLOGY” adalah produk-produk yang berbasis teknologi plasma
Pada perkembangannya DIPO TECHNOLOGY bukan hanya sekedar unit jasa industri (Unit –UJI) saja namun sejak tahun 2008 DIPO TECHNOLOGY menjadi sebuah perusahaan (Perseroan Terbatas) khusus mengembangkan Teknologi Plasma. Pertengahan bulan Maret 2015 PT. DIPO TECHNOLOGY bersama dengan CPR Undip berhasil menyempurnakan memproduksi produk air purifier (penjernih udara dalam ruangan) kemudian diberi nama ZETA GREEN
Pada bulan April 2016 PT. DIPO TECNOLOGY dan CPR berhasil membuat conveyor pencucian dengan keluaran plasma ozon 450 gram/jam implementasi plasma ozon untuk pencucian produk holtikultura, dengan pembiayaan dari Kemenristekdikti melalui Program Pengembangan Teknologi
Industri (PPTI). Bulan Maret 2017 Kemenristekdikti melalui Universitas Diponegoro mempercayakan kepada PT. DIPO TECHNOLOGY untuk mengelola manajemen TEACHING INDUSTRY.
Saat ini PT. DIPO TECHNOLOGY sudah memiliki fasilitas alat-alat produksi (workshop), laboratorium uji plasma ozon, laboratorium uji mikrobiologi, bekerjasama dengan CPR (Center for Plasma Research) Universitas Diponegoro Semarang.
PT. DIPO TECHNOLOGY juga telah dilengkapi : AKTA NOTARIS, SIUP, TDP, SKT, NPWP.
Semua produk yang diproduksi oleh PT. DIPO TECHNOLOGY sudah melewati uji laboratorium dan uji Laboratorium Mikrobiologi CPR (Center for Plasma Research) Universitas Diponegoro Semarang yang dapat dipertanggung jawabkan. Beberapa produk sudah dipublikasikan melalui Jurnal Ilmiah baik Nasional maupun Internasional. Saat ini semua produk sudah memiliki paten, sudah didaftarkan ke BSN untuk proses SNI. Teknologi plasma dikembangkan dan di uji di berbagai lokasi sebagai penelitian lebih lanjut, berikut adalah portofolio kegunaan produk plasma untuk sterilisasi dengan beberapa instansi, dapat dilihat pada tabel 2.1
Tabel 2.1 Portofolio PT. DIPO Technology Pemberi Pekerjaan Lokasi Pekerjaan Periode / Waktu Pekerjaan Uraian Pekerjaan Kegunaan Produk RSND ( Rumah Sakit Nasional Diponegoro) Semarang Semarang Januari 2015 30 Unit Zeta Green Sterilisasi Ruang Cath lab (ruang operasi) IGD, ruang rawat inap pasien untuk menghambat pekembang biakan mikroorganisme, mengembalikan udara bersih dalam ruangan. RRumah Sakit HHidayatulloh Bantul, DIY Kab.Bantul, DIY Oktober 2016 3 unit Zeta Green Sterilisasi Ruang ruang rawat inap pasien untuk menghambat pekembangbiaka n mikroorganisme, mengembalikan udara bersih dalam ruangan. Hotel Santika Jakarta, Medan Jakarta, Medan Januari 2015, 2016 5 unit Zeta Green Ruang koridor, lobby, menghambat pekembang biakan mikroorganisme, mengembalikan udara bersih, menghilangkan bau penggap dan apek. PT. Wahana Karya Inovasi Tangerang Alam Sutra Tangerang
Maret 2015 2 unit Zeta Green
Ruang merokok dan ruang rapat mereduksi asap rokok dirubah menjadi udara bersih Bank BTN, Yayasan Budha Shu CHI, Lemhanas Jakarta dan Madiun Maret, April 2015 3 unit Zeta Green Ruang penyimpanan uang, Ruang merokok dan
Jakarta, Dinas Tenaga Kerja kab. Madiun ruang rapat mereduksi asap rokok dirubah menjadi udara bersih Kantor Perwakilan Bank Indonesia Provinsi Sumatera Utara Sumatera Utara 16-Sep Pengadaan 2 (dua) unit Plasma Ozon Generator untuk Kantor Perwakilan Bank Indonesia Provinsi Sumatera Utara Sterilisasi gudang penyimpanan pembibitan bawang Bank Indonesia Kantor Wilayah Jawa Tengah dan Kelompok Tani Mutiara Organik Kenteng RT 01 RW 08 Sumberejo, Ngablak Magelang Jawa Tengah Mei 2017 Pengadaan 2 unit Plasma Ozon Generator untuk pencucian dan sterilisasi ruang penyimpan an cold storage Sterilisasi dari mikroorganisme pembusuk pada komoditas khususnya cabai dan sayur dan untuk memperpanjang masa simpan produk pertanian Tim ALG-UNPAD Universitas Padjadjaran Mei 2017 Pengadaan Generator Ozon (Mesin D’Ozone) keluaran 150 gram/jam Untuk praktek dan penelitian, sterilisasi produk-produk makanan yang akan diteliti oleh mahasiswa dan dosen Jurusan Teknologi Industri Pangan FTIP-Universitas Padjadjaran Universitas Sebelas Maret Universitas Sebelas Maret Juli 2017 Pengadaan Power DC HV Untuk praktek dan penelitian, sterilisasi
Output 20KV Frek 15Khz Daya 480 W produk-produk makanan yang akan diteliti oleh mahasiswa dan dosen ASPAKUSA – Makmur Boyolali- Agribisnis Komoditas sayuran Boyolali – Jawa Tengah Oktober 2017 2 unit generator ozon keluaran 150 gram/jam dan 300 gram/jam Sterilisasi dari mikroorganisme pembusuk pada komoditas khususnya cabai dan sayur dan untuk memperpanjang masa simpan produk pertanian GAPOKTAN AGRO AYUNINGTAN I Senden, Selo, Boyolali – Jawa Tengah Nopember 2017 2 unit generator ozon keluaran 150 Sterilisasi dari mikroorganisme pembusuk pada komoditas khususnya sayur dan untuk memperpanjang masa simpan produk pertanian Asosiasi Pembibitan Bawang Grobogan Grobogan Jawa Tengah Nopember 2017 2 unit generator ozon keluaran 150 gram/jam Sterilisasi dari mikroorganisme pembusuk pada komoditas bawang Asosiasi Pembibitan Kentang Banjarnegara Banjarnegar a Desember 2017 2 unit generator ozon keluaran 150 gram/jam Sterilisasi pembibitan kentang dari mikroorganisme pembusuk pada kentang Rumah Kedelai Dinas Pertanian dan tanaman panagn Kabupaten Grobogan Grobogan Januari 2018 1 unit generator ozon keluaran 150 gram/jam Sterilisasi kedelai konsumsi dan pembibitan kedelai
Dinas Pertanian dan Tanaman pangan Kabupaten Magelang Kab. Magelang Januari 2018 14 Unit genertaor ozon kelauaran 150 dan 50 gram / jam Sterilisasi untuk cabai digunakan petani cabai di kab.Magelang 2.2 Teknik Digital
Teknik digital adalah hasil teknologi yang mengubah sinyal menjadi sinyal digital dengan urutan bilangan yang bernilai 0 dan 1(bilangan biner) yang terdapat dalam sebuah piranti elektronika tertentu untuk proses informasi dan interface mudah dan cepat. Bilangan yang dikenal sistem komputer digital berupa bilangan biner. Ada bilangan desimal, oktal dan hexa, agar bisa di gunakan di sistem digital memerlukan pengkorversian ke bilangan biner.
A. SISTEM DESIMAL DAN BINER
Dalam sistem bilangan desimal, nilai yang terdapat pada kolom ketiga pada Tabel 2.2 , yaitu A, disebut satuan, kolom kedua yaitu B disebut puluhan, C disebut ratusan, dan seterusnya. Kolom A, B, C menunjukkan kenaikan pada eksponen dengan basis 10 yaitu 100 = 1, 101 = 10, 102 = 100. Dengan cara yang sama, setiap kolom pada sistem bilangan biner, yaitu sistem bilangan dengan basis, menunjukkan eksponen dengan basis 2, yaitu 20 = 1, 21 = 2, 22 = 4, dan seterusnya (Pramono, 2001).
Tabel 2.2 Nilai bilangan desimal dan biner Kolom desimal Kolom biner C B A C B A 102 = 100 101 = 10 100 = 1 22 = 4 21 = 2 20 = 1 (ratusan) (puluhan) (satuan) (empatan) (duaan) (satuan)
Setiap digit biner disebut bit, bit paling kanan disebut least significant bit (LSB) dan bit paling kiri disebut most significant bit (MSB).
Bilangan decimal dapat dikonversikan ke bilangan biner, beriktu contoh pada tabel 2.3
Tabel 2.3 Daftar Bilangan Desimal dan Bilangan Biner Ekivalensinya
Membedakan bilangan pada sistem yang berbeda digunakan subskrip. Sebagai contoh 910 menyatakan bilangan sembilan pada sistem bilangan desimal, dan 011012 menunjukkan bilangan biner 01101. Subskrip tersebut sering diabaikan jika sistem bilangan yang dipakai sudah jelas (Herlambang, 2001). Pengubahan nilai decimal ke biner dapat dicontohkan pada tabel 2.4
Tabel 2.4 Contoh Pengubahan Bilangan Biner Menjadi Desimal
Konversi Desimal ke Biner
Cara untuk mengubah bilangan desimal ke biner adalah dengan pembagian. Bilangan desimal yang akan diubah secara berturut-turut dibagi 2, dengan
Desimal Biner C B A (4) (2) (1) 0 0 0 0 1 0 0 1 2 0 1 0 3 0 1 1 4 1 0 0 5 1 0 1 6 1 1 0 7 1 1 1
Biner Kolom biner Desimal
32 16 8 4 2 1 1110 - - 1 1 1 0 8 + 4 + 2 = 14 1011 - - 1 0 1 1 8 + 2 + 1 = 11 11001 - 1 1 0 0 1 16 + 8 + 1 = 25 10111 - 1 0 1 1 1 16 + 4 + 2 + 1 = 23 110010 1 1 0 0 1 0 32 + 16 + 2 = 50
memperhatikan sisa pembagiannya. Sisa pembagian akan bernilai 0 atau 1, yang akan membentuk bilangan biner dengan sisa yang terakhir menunjukkan MSBnya (Herlambang 2001).
Sebagai contoh, untuk mengubah 5210 menjadi bilangan biner, diperlukan langkah-langkah berikut : 52/2 = 26 sisa 0, LSB 26/2 = 13 sisa 0 13/2 = 6 sisa 1 6/2 = 3 sisa 0 3/2 = 1 sisa 1 ½ = 0 sisa 1, MSB
Sehingga bilangan desimal 5210 akan diubah menjadi bilangan biner 110100 (Herlambang, 2001).
2.3 Mikrokontroler ATMEGA16
Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer lengkap dalam satu serpih (chip). Mikrokontroler lebih dari sekedar sebuah mikroprosesor karena sudah terdapat atau berisikan ROM (Read-Only Memory), RAM (Read-Write Memory), beberapa Port masukan maupun keluaran, dan beberapa peripheral seperti pencacah/pewaktu, ADC (Analog to Digital converter), DAC (Digital to Analog converter) dan serial komunikasi.
Salah satu mikrokontroler yang banyak digunakan saat ini yaitu mikrokontroler AVR. AVR adalah mikrokontroler RISC (Reduce Instuction Set Compute) 8 bit berdasarkan arsitektur Harvard. Secara umum mikrokontroler AVR dapat dapat dikelompokkan menjadi 3 kelompok, yaitu keluarga AT90Sxx, ATMega dan
ATtiny. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan fiturnya (Amri, 2015).
Seperti mikroprosesor pada umumnya, secara internal mikrokontroler ATMega16 terdiri atas unit-unit fungsionalnya Arithmetic and Logical Unit (ALU), himpunan register kerja, register dan dekoder instruksi, dan pewaktu beserta komponen kendali lainnya. Berbeda dengan mikroprosesor, mikrokontroler menyediakan memori dalam serpih yang sama dengen prosesornya (in chip) (Amri, 2015).
2.3.1 Arsitektur ATMEGA16
Mikrokontroler ini menggunakan arsitektur Harvard yang memisahkan memori program dari memori data, baik bus alamat maupun bus data, sehingga pengaksesan program dan data dapat dilakukan secara bersamaan (concurrent) (Amri, 2015).
Berikut adalah blok diagram IO pada sistem ATmega 16 pada gambar 2.1: 1. Arsitektur RISC dengan throughput mencapai 16 MIPS pada frekuensi
16Mhz.
2. Memiliki kapasitas Flash memori 16Kbyte, EEPROM 512 Byte, dan SRAM 1Kbyte
3. Saluran I/O 32 buah, yaitu PORT A, PORT B, PORT C, PORT D 4. CPU yang terdiri dari 32 buah register.
5. User interupsi internal dan eksternal
6. PORT antarmuka SPI dan Bandar USART sebagai komunikasi serial 7. Fitur Peripheral
Dua buah 8-bit timer/counter dengan prescaler terpisah dan mode compare
Satu buah 16-bit timer/counter dengan prescaler terpisah, mode compare, dan mode capture
Real time counter dengan osilator tersendiri
Empat kanal PWM dan Antarmuka komparator analog
8 kanal, 10 bit ADC
Byte-oriented Two-wire Serial Interface
Watchdog timer dengan osilator internal
Gambar 2.1 Blok Diagram ATMega16
2.3.2 KONFIGURASI PENA (PIN) ATMEGA16
Konfigurasi pena (pin) mikrokontroler Atmega16 dengan kemasan 40-pena dapat dilihat pada Gambar 2.2. Dari gambar tersebut dapat terlihat ATMega16 memiliki 8 pena untuk masing-masing bandar A (Port A), bandar B (Port B), bandar C (Port C), dan bandar D (Port D) (Amri,2015).
Gambar 2.2 Pinout IC ATMega 16
(Courtesy : https://www.microchip.com/wwwproducts/ATmega16)
2.3.3 DESKRIPSI MIKROKONTROLER ATMEGA16 1. VCC (Power Supply) dan GND(Ground) 2. PORTA-PORTD (PA7..PA0)-(PD7...PD0)
Port port mempunyai peranan masing masing, salah satunya terdiri dari input analog pada konverter A/D. Port port tersebut mempunyai I/O 8-bit dua arah, jika A/D konverter tidak digunakan. Pin dapat menyediakan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk masing-masing bit). PORT A sampai PORT D output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sink tinggi dan
kemampuan sumber. Ketika PORT digunakan sebagai input dan secara eksternal ditarik rendah, pena–pena akan memungkinkan arus sumber jika resistor internal pull-up diaktifkan. PORT adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis.
3. RESET (Reset input) 4. XTAL1 (Input Oscillator) 5. XTAL2 (Output Oscillator)
6. AVCC adalah pena penyedia tegangan untuk bandar A dan Konverter A/D.
7. AREF adalah pena referensi analog untuk konverter A/D.
2.3.4 Memori Program
Arsitektur ATMega16 mempunyai dua memori utama, yaitu memori data dan memori program. Selain itu, ATMega16 memiliki memori EEPROM untuk menyimpan data. ATMega16 memiliki 16K byte On-chip In-System Reprogrammable Flash Memory untuk menyimpan program. Instruksi ATMega16 semuanya memiliki format 16 atau 32 bit, maka memori flash diatur dalam 8K x 16 bit. Memori flash dibagi kedalam dua bagian, yaitu bagian program boot dan aplikasi seperti terlihat pada Gambar 2.3. Bootloader adalah program kecil yang bekerja pada saat sistem dimulai yang dapat memasukkan seluruh program aplikasi ke dalam memori prosesor. (Amri, 2015).
Gambar 2.3 Peta Memori ATMega16
(Courtesy : https://www.microchip.com/wwwproducts/ATmega16)
2.3.5 Memori Data (SRAM)
Memori data AVR ATMega16 terbagi menjadi 3 bagian, yaitu 32 register umum, 64 buah register I/O dan 1 Kbyte SRAM internal. General purpose register menempati alamat data terbawah, yaitu $00 sampai $1F. Sedangkan memori I/O menempati 64 alamat berikutnya mulai dari $20 hingga $5F. Memori I/O merupakan register yang khusus digunakan untuk mengatur fungsi terhadap berbagai fitur mikrokontroler seperti kontrol register, timer/counter, fungsi-fungsi I/O, dan sebagainya. 1024 alamat berikutnya mulai dari $60 hingga $45F digunakan untuk SRAM internal (Amri, 2015).
2.3.6 Memori Data EEPROM
ATMega16 terdiri dari 512 byte memori data EEPROM 8 bit, data dapat ditulis/dibaca dari memori ini, ketika catu daya dimatikan, data terakhir yang ditulis pada memori EEPROM masih tersimpan pada memori ini, atau dengan kata lain
memori EEPROM bersifat nonvolatile. Alamat EEPROM mulai dari $000 sampai $1FF (Amri, 2015).
2.3.7 Perangkat Lunak Mikrokontroler ATMega16
Sebuah mikrokontroler tidak akan bekerja bila tidak diberikan program untuk diisikan ke dalam mikrokontroler tersebut. Oleh karena itu, dalam tugas akhir ini akan digunakan perangkat lunak BASCOM AVR sebagai media penghubung antara program yang akan diisikan ke mikrokontroler ATMega16 yang menggunakan bahasa Basic.
Pemrograman mikrokontroler AVR dapat menggunakan low level language (assembly) dan high level language (C, Basic, Pascal, JAVA, dll) tergantung compiler yang digunakan. Bahasa Assembler pada mikrokontroler AVR memiliki kesamaan instruksi, sehingga jika telah menguasai pemrograman satu jenis mikrokontroler AVR, maka akan dengan mudah untuk memprogram mikrokontroler AVR jenis lain, tetapi bahasa assembler relatif lebih sulit dipelajari daripada bahasa Basic, untuk pembuatan suatu proyek yang besar akan memakan waktu yang lama, serta penulisan programnya akan panjang. Sedangkan bahasa Basic memiliki keunggulan dibandingkan bahasa assembly yaitu penyusunan program akan lebih sederhana dan mudah pada proyek yang lebih besar. Bahasa Basic hampir bisa melakukan semua operasi yang dapat dikerjakan oleh bahasa mesin (Amri, 2015).
2.3.8 Digital to Analog Converter
Digital To Analog Converter (DAC) adalah perangkat yang digunakan untuk mengkonversi sinyal masukan dalam bentuk digital menjadi sinyal keluaran dalam bentuk analog (tegangan). Tegangan keluaran yang dihasilkan DAC sebanding dengan nilai digital yang masuk ke dalam DAC. Sebuah DAC menerima informasi
digital dan mentransformasikannya ke dalam bentuk suatu tegangan analog. Informasi digital adalah dalam bentuk angka biner dengan jumlah digit yang pasti (Diosanto et al, 2017).
Konverter D/A dapat mengonversi sebuah bilangan digital ke dalam sebuah tegangan analog dengan memberikan skala output analog berharga nol ketika semua bit adalah nol dan sejumlah nilai maksimum ketika semua bit adalah satu. Angka biner sebagai angka pecahan. Aplikasi DAC banyak digunakan sebagai rangkaian pengendali (driver) yang membutuhkan input analog seperti motor AC maupun DC, tingkat kecerahan pada lampu, pemanas (Heater) dan sebagainya. Umumnya DAC digunakan untuk mengendalikan peralatan komputer. Pada aplikasi modern hampir semua DAC berupa rangkaian terintegrasi (IC), yang diperlihatkan sebagai kotak hitam memiliki karakteristik input dan output tertentu (Diosanto et al, 2017).
Fungsi DAC (Digital to Analog Converter) adalah mengubah (mengkonversi) sinyal digital menjadi sinyal analog. adalah perangkat atau rangkaian elektronika yang berfungsi untuk mengubah suatu isyarat digital (kode-kode biner) menjadi isyarat analog (tegangan analog) sesuai harga dari isyarat digital tersebut. DAC dapat dibangun menggunakan penguat penjumlah inverting dari sebuah operasional amplifier (Op-Amp) yang diberikan sinyal input berupa data logika digital (0 dan 1). Blok diagram DAC ditunjukkan pada gambar 2.4, di bawah ini:
Gambar 2.4 Blok Diagram DAC
Jenis DAC (Digital To Analog Converter) Binary-Weighted DAC (Digital To Analog Converter) Suatu rangkaian Binary-weighted DAC dapat disusun dari beberapa Resistor dan Operational Amplifier (Op-Amp) seperti gambar 2.5 (Diosanto et al, 2017).
Gambar 2.5 Rangkaian Binary-Weighted DAC 2.4 Transformator
Transformator merupakan suatu peralatan listrik (elektromagnetik statis) yang berfungsi untuk memindahkan dan mengubah daya listrik dari suatu rangkaian listrik ke rangkaian listrik lainnya, dengan frekuensi yang sama dan perbandingan (transformasi) tertentu melalui suatu gandengan magnet dan bekerja berdasarkan prinsip induksi (elektromagnetik) dimana perbandingan tegangan antara sisi primer dan sisi sekunder berbanding lurus dengan perbandingan jumlah lilitan dan berbanding terbalik dengan perbandingan arusnya (Romu, 2015).
Transformator atau sering disingkat dengan istilah (Trafo) dapat mengubah taraf suatu tegangan AC ( Alternating Curent ) ke taraf yang lain. Maksud dari
pengubahan taraf tersebut diantaranya seperti menurunkan Tegangan AC dari 220VAC ke 12 VAC ( Voltage Alternating Curent ) ataupun menaikkan Tegangan dari 110VAC ke 220 VAC. Transformator ini bekerja berdasarkan prinsip Induksi (Elektromagnet) dan hanya dapat bekerja pada tegangan yang berarus bolak balik (AC). Transformator memegang peranan yang sangat penting dalam pendistribusian tenaga listrik. Transformator menaikan listrik yang berasal dari pembangkit listrik PLN ( Pembangkit Listrik Negara ) hingga ratusan kilo Volt untuk di distribusikan, dan kemudian Transformator lainnya menurunkan tegangan listrik tersebut ke tegangan yang diperlukan oleh setiap rumah tangga maupun perkantoran yang pada umumnya menggunakan tegangan AC 220Volt (Romu, 2015).
2.4.1 Jenis Jenis Transformator
Ada beberapa jenis Trafo yang digunakan dalam sistem kelistrikan untuk keperluan yang berbeda-beda. Keperluan-keperluan tersebut diantaranya seperti trafo yang digunakan untuk pembangkit tenaga listrik dan untuk keperluan distribusi dan transmisi tenaga listrik. Perangkat yang dalam bahasa Inggris disebut dengan Transformer ini dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa jenis, diantaranya seperti pengklasifikasian berdasarkan level tegangan, berdasarkan media atau bahan inti (core) trafo yang digunakan, berdasarkan pengaturan lilitan, berdasarkan penggunaannya dan juga berdasarkan tempat penggunaannya.
Berikut ini adalah beberapa jenis Trafo : 1. Step Up
Gambar 2.6 Transformator Step-Up
Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder lebih banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penaik tegangan. Transformator ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik sebagai penaik tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan tinggi yang digunakan dalam transmisi jarak jauh, juga terdapat dalam kelistrikan mobil berupa coil yang akan menciptakan pematik petir sebagai pembakaran. Gambar 2.6 adalah gambar transformator Step-Up
2. Step-down
Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Transformator jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor AC-DC. Dapat dilihat pada gambar 2.7
Gambar 2.7 Transformator Step-Down 2.4.2 Cara Kerja Transformator
Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (skunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan (Romu, 2015). Gambar 2.8 adalah bagian bagian transformator terdiri dari kumparan primer dan kumparan sekunder.
Gambar 2.8 Bagian-Bagian Transformator
Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah sebagai berikut. Ketika Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti
besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (Romu, 2015).
Gambar 2.9 Skema Transformator
kumparan primer dan kumparan sekunder terhadap medan magnet Pada gambar 2.9 , ketika arus listrik dari sumber tegangan yang mengalir pada kumparan primer berbalik arah (berubah polaritasnya) medan magnet yang dihasilkan akan berubah arah sehingga arus listrik yang dihasilkan pada kumparan sekunder akan berubah polaritasnya (Romu, 2015).
Gambar 2.10 Hubungan Antara Tegangan Primer, Jumlah Lilitan Primer, Tegangan Sekunder, dan Jumlah Lilitan Sekunder
Pada gambar 2.10 Hubungan antara tegangan primer, jumlah lilitan primer, tegangan sekunder, dan jumlah lilitan sekunder, dapat dinyatakan dalam persamaan 2.1:
Vp/Vs = Np/Ns ... (2.1) Keterangan :
Vp = tegangan primer (volt) Vs = tegangan sekunder (volt) Np = jumlah lilitan primer Ns = jumlah lilitan sekunder
Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan skunder transformator ada dua jenis yaitu :
1. Transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik rendah menjadi tinggi, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan primer (Ns > Np).
2. Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik tinggi menjadi rendah, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder (Np > Ns).
Pada transformator (trafo) besarnya tegangan yang dikeluarkan oleh kumparan sekunder adalah:
1. Sebanding dengan banyaknya lilitan sekunder (Vs ~ Ns). 2. Sebanding dengan besarnya tegangan primer ( VS ~ VP).
3. Berbanding terbalik dengan banyaknya lilitan primer, Vs ~ 1/Np
Sehingga dapat dituliskan:
Vs = Ns/Np x Vp ... (2.2) 2.5 Hukum Hukum Rangkaian
2.5.1 Hukum Ohm
Jika sebuah penghantar atau resistansi atau hantaran dilewati oleh sebuah arus maka pada kedua ujung penghantar tersebut akan muncul beda potensial, atau Hukum Ohm menyatakan bahwa tegangan melintasi berbagai jenis bahan pengantar adalah berbanding lurus dengan arus yang mengalir melalui bahan tersebut. Secara matematis :
V = I.R (Ramdhani, 2005). 2.5.2 Hubungan Seri Paralel Secara umum digolongkan menjadi 2 : 1. Hubungan seri
Jika salah satu terminal dari dua elemen tersambung, akibatnya arus yang lewat akan sama besar.
2. Hubungan paralel
Jika semua terminal terhubung dengan elemen lain dan akibatnya tegangan diantaranya akan sama.
Resistor (R) a. Hubungan seri
Pada gambar 2.11 hubungan seri resistor dihubungkan dengan tegangan, akan mengalir arus dan terdapat R ekuivalen sebagai pengganti resistor seri.
Gambar 2.11 Rangkaian Hubungan Seri Resistor KVL : ∑V = 0 (2.3) V1 + V2 + V3 − V = 0 V= V1 + V2 + V3 = iR1 + iR2 + iR3 V = i(R1 + R2 + R3 ) V/i= R1 + R2 + R3 Rek = R1 + R2 + R3 (2.4) Pembagi tegangan : V1 = iR1 (2.5) (2.6) (2.7) (2.8) V2 = iR2 V3 = iR3 dimana: i = V R + R 2 + R 1 3 sehingga : R1 V1 = V R1 + R2 + R3
V
2 = R2 V R1 + R2 + R3 V3 = R3 V R1 + R2 + R3b. Hubungan Paralel
Pada gambar 2.12 hubungan seri resistor dihubungkan dengan tegangan, akan mengalir arus dan terdapat R ekuivalen sebagai pengganti resistor paralel.
Gambar 2.12 Rangkaian Hubungan Paralel Resistor
(2.9) (2.10) Pembagi arus : I1=V/R1 I2=V/R2 I3=V/R3 Dimana : V=i.Rek
Sehingga : I1=Rek/R1.i I2=Rek/R2.i I3=Rek/R3.i 2.6 Transistor
Transistor adalah saklar elektronik, komponen semikonduktor yang terdiri atas sebuah bahan tpe p dan diapit oleh dua bahan type n (transistor NPN) atau terdiri atas sebuah bahan type n dan diapit oleh dua bahan type p (PNP). Sehingga transistor mempunyai tiga terminal yang berasal dari masing masing bahan tersebut.
Dibandingkan dengan FET, BJT dapat memberikan penguatan yang jauh lebi besar dan tanggapan frekuensi yang lebih baik. Pada BJT baik pembawa muatan mayoritas maupun pembawa muatan minoritas mempunyai peranan yang sama pentingnya (Herman, 2007).
Gambar 2.13 Diagram BJT : a) Jenis n-p-n dan b) Jenis p-n-p
Terdapat dua jenis kontruksi dasar BJT, yaitu jenis n-p-n dan jenis p-n-p. Transistor jenis n-p-n, BJT terbuat dari lapisan tipis semikonduktor tipe-p dengan
tingkat doping yang relatif rendah, yang diapit oleh dua lapisan semikonduktor tipe-n. Karena alasan sejarah pembuatannya, bagian di tengah disebut “basis” (base), salah satu bagian tipe-n (biasanya mempunyai dimensi yang kecil) disebut “emitor” (emitter) dan yang lainya sebagai “kolektor” (collector). Secara skematik kedua jenis transistor diperlihatkan pada gambar 2.13 (Herman, 2007).
Tanda panah pada gambar 2.13 menunjukkan kaki emitor dan titik dari material tipe-p ke material tipe-n. Perhatikan bahwa untuk jenis n-p-n, transistor terdiri dari dua sambungan p-n yang berperilaku seperti diode. Setiap diode dapat diberi panjar maju atau berpanjar mundur, sehingga transistor dapat memiliki empat modus pengoperasian. Salah satu modus yang banyak digunakan disebut “modus normal”, yaitu sambungan emitor-basis berpanjar maju dan sambungan kolektor-basis berpanjar mundur. Modus ini juga sering disebut sebagai pengoperasian transistor pada “daerah aktif” (Herman, 2007).
2.6.1 Kerja Transistor
Apabila pada terminal transistor tidak diberi tegangan bias dari luar, maka semua arus akan nol atau tidak ada arus yang mengalir. Sebagaimana terjadi pada persambungan diode, maka pada persambungan emitter dan basis serta pada persambungan basis dan kolektor terdapat daerah pengosongan. Tegangan penghalang (barrier potensial) pada masing masing persambungan dapat dilihat pada gambar 2.14. penjelasan kerja berikut ini didasarkan pada transistor jenis PNP (bila NPN maka semua potensialnya adalah sebaliknya) (Herman, 2007).
Gambar 2.14 Diagram Potensial Pada Transistor Tanpa Bias 2.6.2 Konfigurasi transistor
Secara umum terdapat tiga macam variasi rangkaian transistor yang dikenal dengan istilah konfigurasi, yaitu konfigurasi basis bersama (common-base configuration), konfigurasi emitor bersama (common-emitter configuration), dan konfigurasi kolektor bersama (common-collector configuration). Istilah bersama dalam masing masing konfigurasi menunjuk pada terminal yang dipakai bersama untuk input dan output. Gambar 2.15 menunjukan tiga macam konfigurasi tersebut (Herman, 2007).
Gambar 2.15 Konfigurasi Transistor; (a) Basis Bersama; (b) Emitor Bersama; (c) Kolektor Bersama
Pada konfigurasi basis bersama (Common base) sinyal input dimasukan ke emitor dan sinyal output diambil pada kolektor dengan basis sebagai gorundnya. Faktor penguatan arus pada basis bersama disebut dengan ALPHA (α). Alpha dc adalah perbandingan arus IC dengan arus IE pada titik kerja. Sendangkan alpha ac atau disebut alpha saja merupakan perbandingan perubahan IC dengan IE pada tegangan VCB tetap (Herman, 2007).
Pada konfigurasi emitor bersama (common emitter = CE) sinyal input diumpan pada basis dan output diperoleh dari kolektor dengan emitor sebagai groundnya. Faktor penguatan arus pada emitor bersama disebut dengan BETA(β). Seperti halnya alfa, istilah beta juga terdapat βdc maupun βac. Definisi Beta adalah :
(2.12) Istilah beta sering juga dikenal dengan HFE yang berasal dari parameter hybrid untuk factor penguatan arus pada emitor bersama. Data untuk harga hfe maupun beta ini lebih banyak dijupai dalam berbagai buku data disbandingkan dengan alfa. Umumnya transistor mempunyai harga beta dari 50 hingga lebih dari 600 tergantung dari jenis transistornya.
Dalam perencanaan rangkaian transistor perlu diperhatikan bahwa harga beta dipengaruhi oleh arus kolektor. Demikian pula variasi beta juga terjadi pada pembuatan di pabrik. Dua tipe dan jenis transistor yang sama serta dibuat dalam satu pabrik pada waktu yang sama, belum tentu mempunyai beta yang sama. Hubungan antara alfa dan beta dapat dikembangkan melalui beberapa persamaan berikut:
β = IC / IB ekuivalen dengan IB = IC / β α = IC / IE ekuivalen dengan IE = IC / α
2.6.3 Kurva karekteristik Transistor
Seperti halnya diode semi konduktor, sebagai komponen non linier, transistor bipolar mempunyai karakteristik yang dapat dilukiskan beberapa kurva, kurva karakteristik transistor yang paling penting adalah karakteristik input dan karakteristik output.
Gambar 2.16 sampai dengan gambar 2.18 adalah kurva karakterisrik input untuk emitor bersama (CE) untuk transistor npn bahan silikon kurva ini menunjukan hubungan antara arus input IB dengan input VBE untuk berbagai tegangan variasi output VCE, hal ini VCE disebut sebagai parameter (Herman, 2007).
Gambar 2.17 Kurva Karakteristik Output CE
Gambar 2.18 Kurva Transfer CE Transistor Silikon
Berbagai tegangan sambung transistor saturasi, aktif, dan cutoff ditentukan oleh bahan yang digunakan yaitu germanium dan silicon terdapat pada tabel 2.5
Tabel 2.5 Berbagai Tegangan Persambungan Transistor Npn VCE saturasi VBE Saturasi VBE Aktif VBE Cut-in VBE Cut-off Silicon 0.2 0.8 0.7 0.5 0.0 Germanium 0.3 0.3 0.2 0.1 -0.1
2.7 Teori Dasar inverter
Inverter adalah rangkaian yang mengubah DC menjadi AC. Atau lebih tepatnya inverter memindahkan tegangan dari sumber DC ke beban AC. Inverter digunakan pada aplikasi seperti adjustable-speed AC motor drives, uninterruptible power supplies (UPS), dan aplikasi ac yang dijalankan dari baterai (Ronggo, 2018) Pada dasarnya inverter adalah alat yang membuat tegangan bolak-balik dari tegangan searah dengan cara pembentukan gelombang tegangan. Namun gelombang yang terbentuk dari inverter tidak berbentuk gelombang sinusoida, melainkan gelombang persegi. Pembentukan tegangan AC tersebut dilakukan dengan menggunakan dua buah pasang saklar. Gambar 2.19 adalah gambar yang menerangkan prinsip kerja inverter dalam pembentukan gelombang tegangan persegi (Ronggo, 2018).
Prinsip kerja inverter dapat dijelaskan dengan menggunakan 4 sakelar seperti ditunjukkan pada diatas. Bila sakelar S1 dan S2 dalam kondisi on maka akan mengalir aliran arus DC ke beban R dari arah kiri ke kanan, jika yang hidup adalah sakelar S3 dan S4 maka akan mengalir aliran arus DC ke beban R dari arah kanan ke kiri. Inverter biasanya menggunakan rangkaian modulasi lebar pulsa (pulse width modulation – PWM) dalam proses conversi tegangan DC menjadi tegangan AC (Ronggo, 2018). Pembentukkan gelombang saklar dapat dilihat dari gambar 2.20:
Gambar 2.20 Bentuk Gelombang Tegangan
Berikut adalah trasnformator ideal yang terdapat pada transformator gambar 2.21 hubungan antara tegangan, arus dan jumlah lilitan
Gambar 2.21 Transformator Ideal
Transformator stepup pada sisi primer terdapat kumparan lebih sedikit dibandingkan dengan kumparan sekunder, hal ini dibuktikan dengan adanya jumlah kumparan yang melilit di inti besi, berikut adalah trafo step up pada gambar 2.22
Gambar 2.22 Step Up Transformator
Transformator saat ini sudah banyak menggunakan inti ferit yang penggunaannya jauh lebih ringkas, untuk menghasilkan tegangan ac maka menggunakan metode switching atau biasanya disebut juga swithing mode power supply pada gambar 2.23 :
Gambar 2.23 Power Supply Step Down Switching
2.8 Pandangan umum tentang plasma
Lucutan gas merupakan kajian yang sudah cukup lama dalam fisika. Lucutan dalam gas yang paling dikenal dalam alam adalah kilat (lightning). Gas yang sifat dasarnya merupakan isolator, karena kondisi tertentu berubah menjadi konduktor.
Bagaimana terjadinya kilat dan diikuti dengan petir? Awan yang berada dekat dengan permukaan bumi memiliki beda potensial yang sangat tinggi dengan permukaan bumi. Karena radiasi kosmis terjadilah ionisasi pada gas diantara awan dan bumi tersebut.
Gas yang terionisasi ini semakin banyak dan memungkinkan terjadinya ionisasi berantai kerena elektron-elektron yang dihasilkan dalam ionisasi dipercepat menuju awan dan dalam perjalanannya menumbuk atom dan molekul gas. Peristiwa ini berlangsung terus dan pada satu keadaan tertentu terjadi guguran elektronik (avalance electronics).
Udara (gas) di antara awan dan bumi menjadi penghantar berbentuk kanal dan memancarkan cahaya putih. Lucutan elektrik (electrical discharge) telah terjadi di alam, diikuti dengan suara petir merupakan suara tepukan antara udara yang terpisahkan dalam waktu singkat oleh kanal lucutan antara awan dengan bumi dan/atau antara awan dengan awan. Petir di alam ditunjukkan pada gambar 2.24
Gambar 2.24 Kilat Merupakan Lucutan Gas Yang Terbentuk Oleh Peristiwa Alam (Courtesy: http://outdoors.webshots.com/photo/1054032381041113742wLgysV)
Dalam laboratorium lucutan elektrik dapat dilakukan dalam tabung berisi gas. Apabila dua buah elektroda yang berupa plat sejajar diletakkan di dalam tabung
yang berisi gas dengan tekanan tertentu dan kedua elektroda dihubungkan dengan sumber tegangan tinggi DC, maka akan terjadi lucutan listrik diantara elektroda-elektrodanya. Gambar tabung lucutan gas dapat dilihat pada gambar 2.25. Elektron dari katoda akan bergerak menuju anoda dan selama perjalanannya elektron-elektron tersebut akan menumbuk molekul-molekul dan/atau atom-atom gas diantara kedua elektroda.
Untuk terjadinya ionisasi berantai, tahapan pertama yang harus dilalui adalah terjadinya ionisasi yang menghasilkan elektron. Elektron pertama ini diyakini oleh para ilmuwan berasal dari ionisasi gas oleh radiasi sinar kosmis. Elektron pertama ini dipercepat oleh beda potensial antara dua elektroda plat dalam tabung lucutan tersebut. Dalam perjalannya elektron ini akan menumbuk dan mengionisasi atom atau molekul gas lain, demikian seterusnya. Proses tumbukan beruntun tersebut akan menghasilkan guguran elektronik dan dapat mengakibatkan terjadinya ionisasi berantai (Nur, 2011).
Sumber Tegangan Tinggi
Gambar 2.25 Tabung Lucutan Gas A V
Pada suatu nilai tegangan tertentu akan terlihat adanya pancaran (emisi) cahaya pada katoda. Pancaran yang terjadi pada katoda akibat rekombinansi antara ion gas dan elektron sekunder dan akibat panas bramstrahlung ion pada katoda. Dalam gas sendiri terjadi perubahan yang menyebabkan gas berangsurangsur menjadi penghantar, keadaan ini disebut dadal (breakdown). Setelah keadaan dadal pijaran katoda yang disebabkan oleh tumbukan-tumbukan ion dan emisi elektron sekunder akan menimbulkan kenaikan arus, kondisi ini disebut lucutan normal (normal discharge). Pada keadaan ini proses ionisasi akan terjadi secara berantai dan tidak lagi memerlukan penambahan tegangan dari luar untuk terjadinya ionisasi. Setelah permukaan katoda seluruhnya berpijar, tegangan dan arus listrik akan naik secara simultan dan keadaan ini disebut lucutan abnormal (abnormal discharge). Apabila tegangan terus dinaikkan maka katoda akan semakin panas yang disebabkan tumbukan ion berenergi tinggi dan proses ini menjadi dominan untuk memproduksi elektron. Dalam hal ini tegangan lucutan menjadi menurun dan arus listrik meningkat, kondisi ini disebut lucutan arc (arc discharge). Lucutan arc tidak memerlukan lagi penambahan tegangan untuk mendukung lucutan, karena pada katoda akan terpancar elektron-elektron sekunder terus-menerus yang disebabkan proses thermionik (Nur, 2011).
2.9 Lucutan Penghalang Dielektrik (Dielectric Barrier Discharge)
Lucutan didefinisikan sebagai aliran arus listrik yang melalui gas dan proses-proses ionisasi gas yang disebabkan oleh adanya medan listrik. Lucutan gas diawali proses ionisasi gas dalam medan listrik yang kuat. Ionisasi gas menghasilkan ion yang bermuatan positif dan elektron yang bermuatan negatif. Masing-masing
muatan listrik tersebut bergerak menuju elektroda yang sesuai sehingga terjadi aliran muatan listrik.
Lucutan plasma berpenghalang dielektrik berbentuk koaksial (Coaxial Dielectric Barrier Discharge) merupakan sistem tertutup. Lucutan plasma ini dihasilkan pada celah di antara dua elektroda yaitu elektroda kawat sebagai elektroda aktif di bagian dalamnya dan elektroda terluar (elektroda pasif) yang berupa lembaran aluminium dengan tabung gelas pyrex sebagai penghalang (barrier). Bila kedua elektroda ini diberi tegangan listrik maka akan menghasilkan medan listrik yang tidak homogen, muatan ruang (space-charge) akan timbul sebelum terjadinya tembus total dan distribusi medan listrik yang terjadi akan mempengaruhi nilai dari tegangan tembus. Sistem pembangkit lucutan plasma penghalang dielektrik menggunakan gas sumber udara bebas pada tekanan atmosfer sebagai gas masukan. Ozon diproduksi di dalam lucutan plasma penghalang dielektrik dari gas di udara atau gas oksigen murni yang melewati celah diantara dua elektroda (Nur, 2011).
Gambar 2.26 Bentuk Konfigurasi Elektroda Lucutan Plasma Penghalang Dielektrik, (a) Geometri Elektroda Tampak Samping, (b) Geometri Elektroda
Pada gambar 2.26 ditunjukkan konfigurasi elektroda dari lucutan plasma penghalang dielektrik dan warna abu-abu menunjukkan bahan dielektrik, dengan karakteristik sebagai berikut: lucutan plasma penghalang dielektrik dioperasikan pada tekanan atmosfer diantara logam elektroda yang salah satunya dilindungi oleh penghalang dielektrik. Pembangkit AC (alternating current) tegangan tinggi akan menghasilkan lucutan di antara celah elektroda sehingga gas akan terionisasi. Bahan gelas dan keramik yang berbeda pada umumnya digunakan sebagai material penghalang. Lucutan biasanya terjadi dalam jumlah besar sepanjang daerah filamen (100-200 μ m). Lucutan ini dibentuk dengan melipat gandakan elektron yang bergerak dari elektroda aktif dan terakumulasi pada bahan dielektrik yang melindungi elektroda pasif pada waktu yang bersamaan. Aliran muatan pada 10-100 ns memungkinkan terjadinya perpindahan muatan selama waktu itu. Muatan listrik negatif ini dikumpulkan pada permukaan elemen dari bahan dielektrik sebagai muatan bebas (Nur, 2011).
2.10 Generator ozon teknologi plasma
Generator ozone adalah alat pembangkit plasma dan penghasil ozone, secara garis besar generator ozon teknologi plasma dapat dilihat di gambar 2.27
Gambar 2.27 Alur Sistem Generator Ozon
Seiring dengan perkembangan teknologi berbasis tegangan tinggi (high voltage), ozon dapat diproduksi pada tekanan udara atmosfer melalui proses lucutan elektron (electron discharge) menggunakan instrumentasi generator ozon. Hingga saat ini, pembentukan ozon dapat dilakukan dengan metoda radiasi sinar-UV, lucutan elektron dan reaksi elektrolisis kimia (Ebbing dan Gammon, 2009). Berdasarkan pada penelitian terdahulu menjelaskan bahwa produksi ozon yang cukup besar dihasilkan melalui metode pelucutan elektron.
Pada generator ozon masih terdapat penggunaan manual dengan menggunakan potensiometer untuk memvariasi output tegangan dan ozone yang keluar. Terdapat power sebagai pembangkit tegangan tinggi 0-10KV dan pompa
POWER HV Panel potensio meter Variasi kosentrasi Reaktor DBD Pompa Udara Ozone (O3)
sebagai pendingin dan penghasil udara oksigen yang akan di pecah dan di gabungkan dengan reactor DBD untuk menghasilkan ozon O3.
