DESIGN ADJUSTABLE ( POWER SUPPLY ) KONTROL LT1083 DAN L200 BERBASIS ARDUINO UNO
SKRIPSI
BERTO SIMARMATA 150801051
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2019
DESIGN ADJUSTABLE ( POWER SUPPLY ) KONTROL LT1083 DAN L200 BERBASIS ARDUINO UNO
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas akhir dan memenuhi syarat mencapai gelar sarjana Sains
BERTO SIMARMATA 150801051
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2019
ii
PERNYATAAN
DESIGN ADJUSTABLE ( POWER SUPPLY ) KONTROL LT1083 DAN L200 BERBASIS ARDUINO UNO
SKRIPSI
Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing – masing disebutkan sumbernya.
Medan, Agustus 2019
Berto Simarmata 150801051
PENGHARGAAN
Segala Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat, kasih karunia dan penyertaanNya selama penulis melaksanakan studi hingga menyelesaikan skripsi ini sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan. Pada kesempatan ini, penulis juga mengucapkan terimakasih terkhusus kepada kedua Orang tua terbaik yang telah mendidik dan membesarkan saya sampai saat. Selama kuliah sampai penyelesain tugas akhir ini, penulis mendapatkan banyak bantuan dalam bentuk moral, materi, dorongan, serta bimbingan dari berbagai pihak oleh karena itu dengan sepenuh hati, penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar- besarnya kepada :
1. Terimakasih yang sebesar besarnya kepada Bapak Dr. Kerista Tarigan,M.eng.Sc selaku Dosen Pembimbing yang telah meluangkan waktu untuk membimbing, mengarahkan dan memberikan kepercayaan kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini.
2. Terimakasih yang sebesar besarnya kepada Bapak Drs. Kurnia Brahmana, M.Si selaku Kepala Laboratorium Teknik Digital yang telah meluangkan waktu untuk membimbing, memberikan kebebasan pemakain alat di laboratorium, mengarahkan dan memberikan kepercayaan kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini.
3. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, M.S selaku Ketua Departemen Fisika, dan Awan Magfirah M.S selaku Sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU, Kak Tini, Bang Jo selaku staf Departemen Fisika yang telah membantu penulis dalam urusan administrasi.
4. BapakDrs. Takdir Tamba selaku Dosen Penguji saya atas saran dan masukan dalam penulisan Skripsi ini.
5. Terima kasih buat Keluargaku Abangku Toga Raja Simarmata, Jefri Koko Simarmata dan Kakak Kakak Ku Friska Simarmata, Ferayanti Simarmata, Florisky Simarmata, dan kak Rempi Pasaribu dan juga adikku Ira Pinitta
iv
Simarmata yang telah memberikan dukungan, doa dan memberikan semangat kepada penulis.
6. Terimakasih yang sebesar besarnya kepada rekan rekan asisten laboratorium teknik digital, abangda Peter Jaya Simnjuntak, abangda Elco Firdaus Siagian, abangda Berkhad Simanjuntak, saudari Heny Mellini, saudari Elyana Nainggolan, adinda Santo Togatorop, adinda Pahala Lumban Tobing, adinda Desse Mawarny, adinda Frans J Hulu, adinda Esdayanti Panjaitan, adinda Hary Surya Purba, atas segala doa dan semangatnya serta lelucon yang menghilangkan rasa penat. Semoga kita semua sukses dan terberkati.
7. Teman teman Fisika 2015 Physics Unity Khususnya God Is Good yang sudah memberikan kasih, kehangatan, persahabatan, doa, dukungan dan cerita yang tidak dapat dibeli. Tanpa kalian penulis bukan apa apa dimasa perkuliahan.
Semoga kita sukses semua Tuhan Memberkati Kita Semua.
8. Adik adik fisika Stambuk, 2016 Physics Reform, 2017 Physiscs Invinty dan khususnya buat fisika stambuk 2018 Physics Staunch yang sudah menemani, memberi warna selama Perkuliahan.
9. Semua pihak yang telah membantu penulisan dalam pelaksanaan dan kelancaran penelitian ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu Penullis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi kesempurnaan skripsi ini. Akhir kata, semoga tulisan ini bermamfaat bagi para pembaca dan kepentingan orang banyak.
Medan, Agustus 2019
Berto Simarmata
DESIGN ADJUSTABLE ( POWER SUPPLY ) KONTROL LT1083 DAN L200 BERBASIS ARDUINO UNO
ABSTRAK
Seiring dengan kemajuan teknologi, diperlukan perangkat elektronika yang sangat bervariasi yang membutuhkan daya input yang bervariasi juga. maka dirancang sebuah adjustabel power supply dengan menggunkan voltage regulator LT1083 DAN current regulator L200 serta variable frekuensi menggunakan tip 47N60C3 dan NE555. Sumber tegangan dan arus di dapatkan dari rangkaian filer dan rectifier menggunakan trafo 10 A. Pengujian di lakukan menggunakan AVO meter.
Nilai dari tegangan, arus dan frequensi akan di baca oleh sensor, kemudia hasilnya akan di tampilkan di Liquid cristal display (LCD). Untuk mendapatkan hasil yang akurat di perlukan kalibrasi terhadap output sensor. Untuk menampilkan output di LCD digukan arduino uno sebagai mikrokontroler.
Kata kunci: voltage regulator, frekuensi, current regulator, sensor, kalibrasi.
vi
ADJUSTABLE POWER SUPPLY DESIGN USING LT1083 AND L200 CONTROL BASED ON ARDUINO UNO
ABSTRACT
Due to the development of technology there are so many variation of electronic devices which require varies input power as well. therefore an adjustable power supply is designed using the voltage regulator LT1083 AND the L200 current regulator and frequency variable using 47N60C3 and NE555. Voltage and current sources are obtained from a series of fiters and rectifiers using an 10 Amperes transformer. The testing is using an AVO meter. The value of the voltage, current and frequency will be read by the sensor, then the results will be displayed on the Liquid crystal display (LCD). For more accurate results, it requires calibration of the sensor output. To display the output on the LCD Arduino Uno is used as a microcontroller.
Key word: voltage regulator, frekuensi, current regulator, sensor, calibration.
DAFTAR ISI
halaman
Persetujuan i
Pernyataan ii
Penghargaan iii
Abstrak v
Abstract vi Daftar Isi vii
Daftar Tabel x
Daftar Gambar xi
Daftar Lampiran xii
Bab 1. Pendahuluan 1.1. Latar belakang 1
1.2. Rumusan masalah 2
1.3. Batasan Masalah 2
1.4. Tujuan Penelitian 2
1.5. Manfaat Penelitian 2
1.6. Sistematika penulisan 2
Bab 2. Tinjauan Pustaka 2.1 Transformator 4
2.1.1 Tipe Transformator 5
2.2 IC Regulator 6
2.2.1 LT 1083 6
2.2.2 LT200 8
2.2.3 LM350 9
2.3 Transistor 9
2.3.1 Jenis-jenis Transistor 10 2.3.2 Pasangan Darlington 12 2.4 Teori Rangkaian 12
viii
2.4.1 Teori Thevenin 13
2.4.2 Teori Norton 15
2.5 IC NE555 15
2.6 Arduino 18
2.6.1 Jenis-jenis Board Arduino 18
2.6.2 Pemrograman Arduino 20
2.6.3 Arduino Uno 20
2.7 Sensor Arus dan Tegangan 23
2.7.1 Sensor Arus 23
2.7.2 Sensor Tegangan 24
2.8 LCD 24
2.9 Fuse ( sekering) 25
Bab 3 Perancangan Sistem
3.1 Waktu Dan Tempat 26
3.2 Diagram Blok 26
3.2.1 Penjelasan Fungsi Tiap Blok dari Diagram Blok 26
3.3 Rangkaian Minimum Arduino Uno 27
3.4 Rangkaian Rectifier ( penyearah) 28
3.5 Rangkaian Voltage Regulator 29
3.6 Rangkaian current regulator 29
3.7 Rangkaian Sensor Tegangan 30
3.8 Rangkaian Sensor Arus 31
3.9 LCD 16x2 32
3.10 Adustable frekuensi 32
3.11 Diagam alir ( flowchart) 34
Bab 4 PENGUJIAN ALAT DAN PROGRAM
4.1 Pengujian LCD 16x2 36
4.2 Pengujian Sensor Tegangan 36
4.3 Pengujian Sensor Arus 40
4.4 Pengujian voltage Regulator 43
4.5 pengujian current regulator 44
4.6 Pengujian power switching 44
Bab 5 kesimpulan dan saran
5.1 kesimpulan 45
5.2 saran 45
Daftar pustaka lampiran
x
Daftar Tabel
Nomor Judul Halaman
Tabel 2.1 Jenis-Jenis Dan Spesifikasi Arduino 19 Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Sensor Tegangan Sebelum Kalibrasi 37 Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian Sensor Tegangan Setelah Kalibrasi 38 Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian Sensor Arus Sebelum Kalibrasi 41 Tabel 4.4 Data Hasil Pengujian Sensor Arus Setelah Kalibrasi 42 Tabel 4.5 Data Hasil Pengujian Voltage Regulator 43 Tabel 4.6 Data Hasil Pengujian Current Regulator 44
Daftar Gambar
Nomor Judul Halaman
Gambar 2.1. Transformator Tipe Cangkang (Shell Type) 5 Gambar 2.2. Transformator Tipe Inti (Core Type) 5
Gambar 2.3 Rangkaian Adjustable LT1083 7
Gambar 2.4 Komponen LT1083 7
Gambar 2.5 Rangkaian Programmable Regulator Arus L200 8
Gambar 2.6 Rangkaian Umum LM350 9
Gambar 2.7 (A) Pasangan Darlington, (B) Triple Darlington 13
Gambar 2.8 Rangkaian Ekuivalen Thevenin 14
Gambar 2.9 Rangkaian Ekuivalen Norton 15
Gambar 2.10 IC NE555 16
Gambar 2.11 Adjustable Duty Cycle Menggunakan IC NE555 17
Gambar 2.12 Perangkat Arduino 21
Gambar 2.13 Sensor Arus Acs712 23
Gambar 2.14 Rangkaian Pembagi Tegangan 24
Gambar 2.15 Liquid Cristal Display (LCD) 24
Gambar 2.16 Fuse (Sekring) 25
Gambar 3.1 Diagram Blok 26
Gambar 3.2 Diagram Sistem Minimum Arduino 27
Gambar 3.3 Rangkaian Filter 28
Gambar 3.4 Rangkaian Voltage Regulator 29
Gambar 3.5 Board Rangkaian Voltage Regulator 29
Gambar 3.6 Rangkaian Current Regulator 30
Gambar 3.7 Board Rangkaian Current Regulator 30
Gambar 3.8 Rangkaian Sensor Tegangan 31
Gambar 3.9 Rangkaian Sensor Arus 32
Gambar 3.10 Rangkaian LCD 16x2 32
Gambar 3.11 Rangkaian Power Switch 33
Gambar 3.12 Rangkaian Keseluruhan 35
xii
Daftar Lampiran
Nomor judul halaman
I Program Keseluruhan II Foto pengujian III Datasheet komponen
1.1. Latar Belakang Masalah
Pada era digitalisasi, teknologi berkembang dengan sangat pesat, diantaranya di temukan nya beragam perangkat dari skala industry, laboratorium, dan rumah dengan keguaan tertentu hingga perangkat perangkat yang multi-guna. Hadirnya perangkat-perangkat ini tentunya membutuhkan asupan daya ( arus, tegangan) yang berbeda beda supaya masing masing perangkat berfungsi dengan baik. Padalah catu daya yang didapat kan di pasaran seringkali sudah memiliki Patokan output dengan nilai tertentu.
Dengan permasalahan yang di ungkapkan diatas maka penulis membuat rancang bangun dan pengujian catu daya (power supply) variasi tegangan (v), arus (I). Dan membandingkannya dengan reverensi dan datasheet yang di dapat pada bahan pecobaan (misalnya resistansi).
Catu daya merupakan perangkat elektronik yang dapat di memberikan pasokan listrik pada perangkat listrik atau alat elektronika lainnya. Pada dasarnya power supply membutuhkan sumber energy listrik (misalnya PLN, baterai) AC mauoun DC dan kemudian mengubahnya menjadi energi listrik sesuai dengan yang dibutuhkan perangkat yang akan di gunakan. Catu daya dapat di golongkan berdasarkan fungsi, konversi listrik, dan bentuknya.
Secara umum prinsip rangkaian catu daya terdiri atas komponen utama yaitu ; transformator, diode, kapasitor, resistor dan kondensator. Dalam pembuatan rangkaian catu daya, selain menggunakan komponen utama juga diperlukan komponen pendukung agar rangkaian tersebut dapat berfungsi dengan baik.
Komponen Pendukung tersebut antara lain : lampu indicator, voltmeter dan amperemeter, jack dan plug, Printed Circuit Board (PCB), kabel dan steker, serta Chasis. Baik komponen utama maupun komponen pendukung sama sama berperan penting dalam rangkaian catu daya.
2
I.2. Tujuan Dan Manfaat
Adapun tujuan penulis dalam laporan ini adalah:
1. Untuk memahami prinsip kerja catudaya dan komponennya.
2. Merancang catu daya variasi tegangan, arus dan frekuensi 3. Melakukan pengujian terhadap beberapa sampel
I.3. Batasan Masalah
Batasan masalah dibuat dalam laporan ini agar permasalahan yang dibahas dalam pembuatan power supply tidak menyimpang dari pembahasan yang ada, batasan masalah yang dibahas adalah sebagai berikut:
1. Alat yang dirancang adalah catudaya variable sederhana.
2. Keberhasilan alat berfokus pada keluaran yang linear.
1.4.Rumusan masalah
Berdasarkan uraian diatas, penulis tertarik untuk mengangkat permasalahan tersebut ke dalam bentuk skripsi sebagai Tugas Akhir dengan judul “DESIGN ADJUSTABLE ( POWER SUPPLY ) KONTROL LT1083 DAN L200 BERBASIS ARDUINO UNO
”
Pada alat ini akan digunakan sebuah mikrokontroler Arduino Uno dan Sensor ACS712 sebagai sensor Arus, dan sensor tegangan menggunakan pembagi tegangan dan menggunakan LT 1083 sebagai penstabil tegangan yang dapat diatur tegangan keluarannya (adjustable voltage regulator) dengan kemampuan arus keluaran dari 1,2v sampai 30v.
1.5. SISTEMATIKA PENULISAN
Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman maka penulis membuat sistematika pembahasan bagaimana sebenarnya DESIGN ADJUSTABLE ( POWER SUPPLY ) KONTROL LT1083 DAN L200 BERBASIS ARDUINO UNO maka penulis menulis laporan ini sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN
Pada bab ini berisikan mengenai latar belakang , rumusan masalah, Tujuan penulisan, batasan masalah, serta sistematika penulisan.
BAB IIDASAR TEORI
Bab ini berisi tentang teori dasar yang digunakan sebagai bahan Acuan pengerjaan proyek tugas akhir, serta komponen dan aplikasi yang perlu diketahui Untuk mempermudah dalam memahami sistem kerja alat ini.
BAB IIIPERANCANGAN DAN PEMBUATAN
Pada bagian ini akan dibahas perancangan dari alat, yaitu diagram blok dari rangkaian, skematik dari masing-masing rangkaian dan diagram alir dari program yang akan diisikan ke mikrokontroler Arduino Uno.
BAB IVPENGUJIAN DAN ANALISA
Pada bab ini akan dibahas hasil analisa dari rangkaian dan sistem kerja alat, penjelasan mengenai program-program yang digunakan untuk mengaktifkan rangkaian, penjelasan mengenai program yang diisikan ke mikrokontroler Arduino Uno.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini merupakan penutup yang meliputi tentang kesimpulan dari pembahasan yang dilakukan dalam tugas akhir ini serta saran apakah rangkaian ini dapat dibuat lebih efisien dan dikembangkan perakitannya pada suatu metode lain yang mempunyai sistem kerja yang sama.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Transformator
Transformator atau trafo adalah alat yang memindahkan tenaga listrik antar dua rangkaian listrik atau lebih melalui induksi elektromagnetik. Sebuah transformator daya biasanya terdiri dari sepasang lilitan yaitu primer dan sekunder, yang dihubungkan oleh rangkaian magnetik atau inti (core). Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Ketika tegangan bolak-balik diberikan pada salah satu kumparan ini, umumnya pada kumparan primer, arus akan mengalir yang menciptakan gaya magnetomotif dan fluks bolak-balik di inti. Fluks bolak-balik ini menghubungkan kedua kumparan menginduksi gaya gerak listrik pada masing- masing lilitan. Pada kumparan primer ini terjadi gaya gerak listrik balik dan jika efisiensi transformatornya sempurna, tegangan primer yang diberikan akan ditahan supaya tidak ada arus akan mengalir.
Namun pada kenyataannya, ada arus mengalir pada transformator karena termagnetisasi. Pada kumparan sekunder, ggl yang terinduksi adalah tegangan sekunder pada rangkaian terbuka. Jika beban terhubung ke kumparan sekunder, yang memungkinkan aliran arus sekunder, maka arus ini menciptakan gaya magnetomotif sehingga mengganggu keseimbangan antara tegangan primer yang diberikan dan gaya gerak listrik balik. Untuk mengembalikan keseimbangan, arus primer meningkat harus ditarik dari suplai untuk memberikan gaya magnetomotif yang seimbang. Karena tidak ada perbedaan antara tegangan yang diinduksi dalam satu putaran baik lilitan primer atau sekunder, maka tegangan total diinduksi dalam masing-masing lilitan oleh fluks umum harus sebanding dengan angka lilitan.
Dengan demikian hubungan ini, ditetapkan bahwa:
𝐸1 𝐸2
⁄ = 𝑁1 𝑁2
⁄ (2.1)
Dan, hubungan keseimbangan dalam arus dan lilitan pada kumparan
𝐼1𝑁1 = 𝐼2𝑁2 (2.2)
Dimana E adalah tegangan yang terinduksi, I adalah arus, dan N adalah jumlah lilitan pada masing-masing kumparan. (Martin J. Heathcote, 2019)
2.1.1 Tipe Transformator
Pada umumnya konfigurasi transformator terdiri atas bagian-bagian sebagai berikut inti (core) yang dilaminasi, dua buah kumparan (kumparan primer dan sekunder), tangki, sistem pendingin, terminal dan bushing. Ada dua tipe dasar transformator berdasarkan konfigurasi lilitan dan intinya yaitu tipe cangkang (shell type) dan tipe inti (core type)
a. Jenis konstruksi transformator tipe cangkang dibentuk dari lapisan inti berisolasi, dan kumparan dibelitkan di pusat inti. Pada transformator ini, kumparan atau belitan transformator dikelilingi oleh inti, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1
Gambar 2.1. Transformator tipe cangkang (shell type)
b. Jenis konstruksi tipe inti, kumparan mengelilingi inti dan kontruksi dari intinya berbentuk huruf L atau huruf U, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2. Transformator tipe inti (core type)
Adapun klasifikasi transformator berdasarkan rasio lilitan pada kumparan primer dan sekundernya yaitu transformator step up dan step down.
a. Trafo Step Up. Seperti namanya, transformator step up adalah trafo yang berfungsi untuk menaikan taraf atau level tegangan AC dari rendah ke taraf
6
yang lebih tinggi. Tegangan sekunder sebagai tegangan keluaran yang lebih tinggi dapat ditingkatkan dengan cara memperbanyak jumlah lilitan di kumparan sekundernya daripada jumlah lilitan di kumparan primernya. Pada pembangkit listrik, Trafo jenis ini digunakan sebagai penghubung trafo generator ke grid.
b. Trafo Step Down, adalah Trafo yang digunakan untuk menurunkan taraf level tegangan AC dari taraf yang tinggi ke taraf yang lebih rendah. Pada trafo step down ini, Rasio jumlah lilitan pada kumparan primer lebih banyak jika dibandingkan dengan jumlah lilitan pada kumparan sekundernya. Di jaringan distribusi, transformator atau trafo step down ini biasanya digunakan untuk mengubah tegangan grid yang tinggi menjadi tegangan rendah yang bisa digunakan untuk peralatan rumah tangga. Sedangkan di rumah tangga, sering digunakan untuk menurunkan taraf tegangan listrik yang berasal dari PLN (220V) menjadi taraf tegangan yang sesuai dengan peralatan elektronik.
2.2 IC Regulator
Regulator merupakan rangkaian yang digunakan untuk menjaga tegangan keluaran tetap stabil meskipun terjadi perubahan tegangan atau pada kondisi beban berubah-ubah. Regulator tegangan dalam bentuk rangkaian terpadu (Integrated Circuit/IC ) terdapat dalam beberapa harga tegangan IC jenis ini memiliki 3 terminal, yaitu masukan (input), keluaran (output) dan ground. Beberapa catu daya yang terdiri dari trafo, penyearah dan penyaring ternyata memiliki daya kerja kurang baik.
Untuk itu, agar diperoleh tegangan keluaran DC yang lebih konstan terhadap perubahan beban atau tegangan masukan AC, digunakan penstabil tegangan atau regulator. Regulator atau penstabil tegangan berfungsi agar tegangan searah yang dihasilkan stabil pada nilai tetap (Dennis L. Eggleston, 2011)
2.2.1 LT 1083
Komponen LT1083 regulator yang dapat diatur positif yang dirancang untuk memberikan 7.5A, 5A dan 3A dengan efisiensi yang lebih tinggi daripada komponen yang tersedia saat ini. Semua rangkaian internal dirancang untuk beroperasi hingga masukan ke keluaran diferensial 1Volt. Tegangan dropout maksimal 1,5Volt pada
arus keluaran maksimum, dan berkurang pada arus beban yang lebih rendah.
Komponen LT1083 kompatibel dengan regulator 3 pin terminal yang lebih tua.
Kapasitor keluaran 10μF diperlukan pada perangkat baru ini. LT1083 meningkatkan efisiensi, tidak seperti regulator PNP, di mana hingga 10% dari arus keluaran terbuang sia-sia.
LT1083 menghasilkan tegangan referensi 1,25 V antara output dan adjust terminal. Dengan menempatkan resistor R1 antara dua terminal ini, arus konstan disebabkan mengalir melalui R1 dan turun melalui R2 untuk mengatur tegangan output keseluruhan. Biasanya ini arus ini adalah arus beban minimum sebesar 10mA.
Karena IADJ sangat kecil dan konstan jika dibandingkan dengan arus melalui R1, ini merepresentasikan kesalahan yang sangat kecil dan biasanya bisa diabaikan.
Gambar 2.3 Rangkaian adjustable LT1083
LT1083 dirancang sebagai sumber tegangan dan arus yang presisi, penemuan regulator ini digunakan dalam berbagai aplikasi yang memerlukan keluaran arus tinggi, penyesuaian untuk nol, dan tidak menghasilkan panas. Fitur kunci dari LT1083 adalah kemampuan untuk menyediakan output rentang tegangan yang lebar.
(Linear Technology)
Gambar 2.4 Komponen LT1083
8
2.2.2 L200
L200 adalah regulator tegangan variabel positif yang mencakup pembatas arus dan daya hingga 2 A pada 2,85 hingga 36 V. Tegangan output ditetapkan dengan dua resistor atau, jika tegangan output variabel kontinu diperlukan, dengan satu resistor tetap dan satu variabel. Arus keluaran maksimum ditetapkan dengan nilai resistor yang rendah. Perangkat ini memiliki semua karakteristik umum untuk regulator tetap. L200 khususnya cocok untuk aplikasi yang membutuhkan tegangan output variasi atau ketika tegangan tidak disediakan oleh regulator standar diperlukan atau ketika batas khusus harus ditempatkan pada arus keluaran.
Adapun aplikasi umum dari L200 yaitu regulator arus dan tegangan.
Konfigurasi khas dari L200 sebagai regulator tegangan dengan batasan arus eksternal seperti yang ditunjukkan dalam gambar 2.5. Tegangan tetap 2,77 V di terminal R1 memungkinkan untuk memaksa arus konstan melalui resistor variabel R2. Jika R2 bervariasi, maka tegangan pada pin 2 jugabervariasi dan begitu juga tegangan output.
Tegangan output diberikan oleh persamaan berikut:
𝑉𝑂 = 𝑉𝑅𝑒𝑓∗ (1 + 𝑅2
𝑅1) (2.3)
Dimana Vref = 2,77 V dan arus keluaran maksimum diberikan oleh persamaan
𝐼𝑂𝑚𝑎𝑥 = 𝑉5−2
𝑅3 (2.4)
Dimana V5-2 = 0,45 V, Untuk menjaga arus yang cukup untuk regulasi yang baik nilai R1 harus dijaga tetap rendah. Ketika tanpa beban, arus keluaran adalah Vref /R1. Nilai R1 yang sesuai adalah antara 500 Ω dan 1.5 kΩ. Jika beban selalu ada, nilai maksimum untuk R1 dibatasi oleh nilai arus 10 μA pada input penguat kesalahan (error) pada pin 4. (SGS-Thomson Microelectronics)
Gambar 2.5 Rangkaian Programmable Regulator Arus L200
2.2.3 LM350
LM350 adalah regulator tegangan positif tiga terminal yang dapat diatur dan mampu memasok lebih dari 3,0 A lebih dari satu output rentang tegangan 1,2 V hingga 33 V. Regulator tegangan ini sangat mudah digunakan dan hanya membutuhkan dua resistor eksternal atur tegangan output. LM350 menggunakan pembatasan arus internal, shutdown termal dan kompensasi area aman.
LM350 memiliki berbagai aplikasi termasuk lokal, pada regulator. Perangkat ini juga membuat regulator switching sangat sederhana yang dapat disesuaikan, regulator output yang dapat diprogram, atau dengan menghubungkan resistor tetap antara pengaturan dan keluaran. LM350 dapat digunakan sebagai regulator arus presisi. Prinsip kerja LM350 menghasilkan dan mempertahankan nominal referensi 1,25 V (Vref) antara output dan penyesuaiannya terminal. Tegangan referensi ini dikonversi menjadi pemrograman arus (IPROG) oleh R1 (lihat gambar 2.6), dan arus konstan ini mengalir melalui R2 ke ground. Tegangan output yang diatur diberikan oleh persamaan:
𝑉𝑂𝑢𝑡 = 𝑉𝑅𝑒𝑓∗ (1 + 𝑅2
𝑅1) + 𝐼𝑎𝑑𝑗𝑅2 (2.5) Karena arus dari terminal (IAdj) menggambarkan sebuah kesalahan dalam persamaan, LM350 dirancang untuk kontrol IAdj hingga kurang dari 100 A dan jaga agar konstan. Untuk melakukan ini, semua arus operasi diam dikembalikan ke output terminal. Ini memberlakukan persyaratan arus minimum. Jika arus beban kurang dari arus minimum, tegangan output akan naik. (On Semiconductor)
Gambar 2.6 Rangkaian Umum LM350
2.3 Transistor
Transistor adalah suatu monokristal semikonduktor dimana terjadi dua pertemuan P-N, dari sini dapat dibuat dua rangkaian yaitu P-N-P dan N-P-N.
10
Transistor adalah komponen semikonduktor yang memiliki berbagai macam fungsi seperti sebagai penguat, pengendali, penyearah, osilator, modulator dan lain sebagainya. Transistor memiliki tiga terminal yang dikenal dengan emiter (E), basis (B) dan kolektor (C). Emitor adalah bahan semikonduktor yang diberi tingkat doping sangat tinggi. Bahan kolektor diberi doping dengan tingkat yang sedang. Sedangkan basis adalah bahan dengan doping yang sangat rendah.
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 dioda maka pada persambungan emiter dan basis serta pada persambungan basis dan kolektor terdapat daerah pengosongan. Perbedaan potensial antara kaki emitor dan basis sebesar Vo, juga antara kaki basis dan kolektor. Oleh karena potensial ini berlawanan dengan muatan pembawa pada masing-masing bahan tipe P dan N, maka arus rekombinasi hole-elektron tidak akan mengalir. Sehingga pada saat transistor tidak diberi tegangan bias, maka arus tidak akan mengalir.
Selanjutnya apabila antara terminal emitor dan basis diberi tegangan bias maju (emitor positif dan basis negatif) serta antara terminal basis dan kolektor diberi bias mundur (basis positif dan kolektor negatif), maka transistor mendapat bias aktif.
Setelah transistor diberi tegangan bias aktif, maka daerah pengosongan pada persambungan emitor-basis menjadi semakin sempit karena mendapat bias maju.
Sedangkan daerah pengosongan pada persambungan basis kolektor akan menjadi semakin melebar karena mendapat bias mundur. (Herman Dwi Surjono, 2011)
2.3.1 Jenis-jenis Transistor
Secara umum, Transistor dapat digolongkan menjadi dua keluarga besar yaitu Transistor Bipolar dan Transistor Efek Medan (Field Effect Transistor). Perbedaan yang paling utama diantara dua pengelompokkan tersebut adalah terletak pada bias input (atau output) yang digunakannya. Transistor Bipolar memerlukan arus untuk mengendalikan terminal lainnya sedangkan Field Effect Transistor (FET) hanya menggunakan tegangan saja (tidak memerlukan arus). Pada pengoperasiannya, Transistor Bipolar memerlukan muatan pembawa (carrier) hole dan elektron sedangkan FET hanya memerlukan salah satunya.
2.3.1.1 Bipolar Junction Transistor
Transistor Bipolar (BJT) adalah transistor yang struktur dan prinsip kerjanya memerlukan perpindahan muatan pembawanya yaitu elektron di kutub negatif untuk mengisi kekurangan elektron atau hole di kutub positif. Bipolar berasal dari kata
“bi” yang artinya adalah “dua” dan kata “polar” yang artinya adalah “kutub”.
Transistor Bipolar juga sering disebut juga dengan singkatan BJT yang kepanjangannya adalah Bipolar Junction Transistor. Tiga Terminal Transistor ini diantaranya adalah terminal basis, kolektor dan emitor. Transistor Bipolar terdiri dari dua jenis yaitu Transistor NPN dan Transistor PNP.
a. 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.
b. Transistor PNP adalah transistor bipolar yang menggunakan arus listrik kecil dan tegangan negatif pada terminal basis untuk mengendalikan aliran arus dan tegangan yang lebih besar dari emitor ke kolektor.
2.3.1.1 Field Effect Transistor
Transistor jenis FET ini terdiri dari tiga jenis yaitu Junction Field Effect Transistor (JFET), Metal Oxide Semikonductor Field Effect Transistor (MOSFET) dan Uni Junction Transistor (UJT).
a. JFET adalah transistor efek medanyang menggunakan persimpangan (junction) p-n bias terbalik sebagai isolator antara gerbang (gate) dan kanalnya. JFET terdiri dari dua jenis yaitu JFET kanal P (p-channel) dan JFET kanal N (n-channel). JFET terdiri dari tiga kaki terminal yang masing- masing terminal tersebut diberi nama gate (G), drain (D) dan source (S).
b. MOSFET adalah transistor efek medan yang menggunakan isolator (biasanya menggunakan Silicon Dioksida atau SiO2) diantara gerbang (gate) dan kanalnya. MOSFET ini juga terdiri dua jenis konfigurasi yaitu MOSFET Depletion dan MOSFET Enhancement yang masing-masing jenis MOSFET ini juga terbagi menjadi MOSFET kanal-P (P-channel) dan MOSFET kanal- N (N-channel). MOSFET terdiri dari tiga kaki terminal yaitu gate (G), drain (D) dan source (S).
12
c. UJT adalah jenis yransistor yang digolongkan sebagai Field Effect Transistor (FET) karena pengoperasiannya juga menggunakan medan listrik atau tegangan sebagai pengendalinya. Berbeda dengan jenis FET lainnya, UJT mememiliki dua terminal basis (B1 dan B2) dan 1 terminal emitor. UJT digunakan khusus sebagai pengendali (switch) dan tidak dapat dipergunakan sebagai penguat seperti jenis transistor lainnya.
2.3.2 Pasangan Darlington
Transistor bipolar BJT adalah perangkat yang mengontrol arus, dan arus basis harus dipasok secara terus menerus untuk menjaga mereka dalam keadaan aktif. Arus DC gain hFE biasanya 5 hingga 10 pada transistor daya tinggi dan perangkat ini kadang-kadang terhubung dalam konfigurasi Darlington atau triple Darlington, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.7, untuk mencapai gain arus yang lebih besar. Beberapa kelemahan bertambah dalam konfigurasi ini termasuk sedikit lebih tinggi keseluruhan nilai VCE(sat) dan kecepatan switching yang lebih lambat.
Baik dalam satuan tunggal atau dibuat sebagai konfigurasi Darlington pada chip tunggal (monolitik Darlington (MD)), BJT memiliki waktu penyimpanan yang signifikan selama transisi turn-off. Waktu switching yang khas berada dalam kisaran beberapa ratus nanodetik hingga beberapa mikrodetik. Karena penguatan tergantung pada harga β , maka memproduksi transistor dengan β yang tinggi banyak memberi keuntungan. Tetapi untuk maksud tersebut diperlukan lapisan yang sangat tipis pada daerah basis yang akan mengakibatkan transistor mempunyai tegangan dadal (breakdown voltage) rendah.
Untuk mencapai maksud tersebut di atas bisa dilakukan dengan menghubungkan dua transistor yang biasa disebut dengan pasangan Darlington seperti terlihat pada gambar dibawah. Pasangan transistor tersebut dapat di pasangkan dalam paket dengan ujung-ujung kaki Emiter transistor pertama (E1) langsung ke basis transistor kedua (B2).
Gambar 2.7(a) pasangan darlington, (b) Triple Darlington
Jika kita berasumsi arus masukan i seperti diperlihatkan pada gambar diatas dan menghitung arus yang mengalir, akan didapat penguatan efektif βIC '/ IB ' adalah
Iβtotal =Iβ1I β2
Pasangan Darlington sering juga digunakan dengan arus emitor yang relatif tinggi, sehingga β2 relatif kecil; jika tidak Q1 mempunyai berarus rendah sehingga β1
bisa berharga kecil.
Kita mungkin berangan-angan dapat menghitung re dari arus emitor dari Q2. Namun demikian Q2 dikendalikan dari sumber (Q1) yang memiliki arus yang sangat rendah, karenanya memiliki hambatan keluaran yang tinggi. Rangkaian in idi gunakan untuk pengandaan arus yang keluar dari emiter transistor kedua (E2). Dengan syarat bahwa tipe transistor yang di gunakan adalah sama.
2.4. Teori Rangkaian
Teori Thevenin mengatakan bahwa sebuah rangkaian yang mengandung beberapa sumber tegangan dan hambatan dapat diganti dengan sebuah sumber tegangan yang dipasang seri dengan sebuah hambatan (resistor). Dengan kata lain rangkaian elektronika yang rumit dapat disederhanakan menjadi sebuah rangkaian hambatan linier yang terdiri dari 1 sumber arus dengan 1 resistor. Teori Norton hampir sama dengan teori Thevenin. Yang membedakan teori Norton dengan Thevenin adalah pada penggunaan sumber arus pada teori Norton dan sumber tegangan pada teori Thevenin. Pada teori Norton hambatan dipasang paralel dengan sumber arus sedangkan pada teori Thevenin Hambatan dipasang seri dengan sumber tegangan.
14
2.4.1 Teori Thevenin
Menyatakan bahwa sembarang dua terminal rangkaian dapat diubah menjadi sebuah rangkaian ekuivalen yang terdiri atas sebuah sumber tegangan (ETH) dan sebuah impedans ekuivalen yang diseri dengan sumber tegangan (ZTH). Teorema thevenin menyatakan: setiap rangkaian sumber-sumber dan impedansi-impedansi dapat diganti dengan satu sumber tegangan satu impedansi seri dengan sumber itu.
Dimana sumber tegangan tersebut sama dengan tegangan pada jepitan-jepitan terbuka dari rangkaian dan impedansi itu sama dengan impedansi yang di ukur antara jepitan-jepitan terbuka dari rangkaian dengan semua sumber-sumber dalam rangkaian tidak bekerja, yaitu sumber tegangan di hubung singkat, sumber arus terbuka.
Suatu rangkaian aktif (dengan sumber tegangan dan atau sumber arus dependen maupun independen) yang bersifat linier dengan dua terminal a dan b, dapat diganti oleh suatu tegangan VT dan resistor RT yang tersusun seri.
Gambar 2.8 Rangkaian ekuivalen Thevenin
VT adalah tegangan diantara kaki-kaki a – b dalam keadaan tanpa beban (open circuit). RT adalah resistansi diantara kaki-kaki a – b saat semua sumber independen pada rangkaian diganti dengan resistansi dalamnya. Dengan teorema ini, kita dapat menghitung arus beban dengan cepat bila beban diubah-ubah.
Untuk membuat rangkaian pengganti tersebut, maka terdapat dua aturan yang digunakan untuk mencari tegangan dan hambatan pengganti.
a. Aturan I : tegangan pengganti adalah hambatan yang terdapat pada titik-titik yang dikehendaki dengan beban dianggaptidak ada atau merupakan rangkaian terbuka (open circuit)
Rangkaian aktif linier
a
b
Rangkaian ekivalen
Thevenin a
b RT
VT
b. Aturan II : hambatan pengganti adalah hambatan yang terjadi pada titik-titik rangkaian dengan sumber tegangan diaggap sebagai rangkaian tertutup (close crcuit) dan sumber arus dianggap sebagai rangkaian terbuka (open circuit)
2.4.2 Teori Norton
Suatu rangkaian aktif yang bersifat linier dengan 2 terminal a dan b, dapat diganti oleh suatu sumber arus IN yang diparalelkan dengan sebuah resistor RN.
Gambar 2.9 Rangkaian ekuivalen Norton
IN adalah arus yang melalui kaki-kaki a – b dalam keadaan dihubung singkatkan (short circuit) atau disebut ISC. RN adalah resistansi diantara kaki-kaki a – b saat semua sumber independen pada rangkaian diganti dengan resistansi dalamnya. Hubungan antara besaran-besaran tersebut diatas adalah sebagai berikut :
SC OC T
N I
R V
R = = (2.6)
T T SC
N R
I V
I = = (2.7)
2.5 IC NE555
IC Timer atau IC pewaktu adalah jenis IC yang digunakan untuk berbagai rangkaian elektronika yang memerlukan fungsi pewaktu dan multivibrator di dalamnya. Beberapa rangkaian yang memerlukan IC Timer diantaranya seperti waveform generator, frequency meter, jam digital, counter dan lain sebagainya. IC Timer atau IC pewaktu yang paling populer saat ini adalah IC 555 yang dikembangkan oleh Hans R. Camenzind yang bekerja untuk Signetic Corporation pada tahun 1970-an. Pada dasarnya, IC Timer 555 merupakan IC monolitik pewaktu
Rangkaian aktif linier
a
b
Rangkaian ekivalen Thevenin
a
b RN
IN
16
yang menghasilkan osilasi (oscilation) dan waktu penundaan (delay time) dengan keakuratan dan kestabilan tinggi.
IC Timer 555 yang umum digunakan adalah IC Timer 555 yang berbentuk DIP (Dual Inline Package) dengan 8 kaki terminalnya. Namun seiring dengan perkembangannya, saat ini kita dapat menemui beberapa versi IC 555, diantaranya seperti IC 556 yang menggabungkan 2 buah IC 555 dalam satu kemasan (14 kaki), IC 558 yang menggabungkan 4 buah IC555 dalam satu kemasan (16 kaki) serta IC555 yang mengkonsumsi daya rendah seperti 7555 dan TLC555. Nama IC 555 diambil dari 3 buah resistor yang terdapat dalam kemasan IC dengan nilai masing- masingnya 5 kΩ.
Gambar 2.10 IC NE555
Berikut ini adalah susunan dan konfigurasi Kaki IC 555 yang berbentuk DIP 8 kaki.
a. Kaki 1 (GND) : terminal ground atau terminal negatif sumber tegangan DC.
b. Kaki 2 (TRIG) : terminal trigger (pemicu), digunakan untuk memicu output menjadi “high”, kondisi high akan terjadi apabila level tegangan pada kaki trigger ini berubah dari high menuju ke <1/3Vcc (lebih kecil dari 1/3Vcc).
c. Kaki 3 (OUT) : terminal output (keluaran) yang memiliki 2 keadaan yaitu tinggi (high) dan rendah (low).
d. Kaki 4 (RESET) : terminal reset. Apabila kaki 4 digroundkan, output ICakan menjadi rendah dan menyebabkan perangkat ini menjadi off. Oleh karena itu, untuk memastikan IC dalam kondisi on, kaki 4 biasanya diberikan sinyal high.
e. Kaki 5 (CONT) : terminal control voltage (pengatur tegangan), memberikan akses terhadap pembagi tegangan internal. secara default, tegangan yang ditentukan adalah 2/3 vcc.
f. Kaki 6 (THRES) : terminal threshold, digunakan untuk membuat output menjadi low. Kondisi low pada output ini akan terjadi apabila kaki 6 atau kaki threshold ini berubah dari low menuju > 1/3 vcc (lebih besar dari 1/3 vcc).
g. Kaki 7 (DISCH) : terminal discharge. Pada saat output low, impedansi kaki 7 adalah low. sedangkan pada saat output high, impedansi kaki 7 adalah high.
Kaki discharge ini biasanya dihubungkan dengan kapasitor yang berfungsi sebagai penentu interval pewaktuan. Kapasitor akan mengisi dan membuang muatan seiring dengan impedansi pada kaki 7. Waktu pembuangan muatan inilah yang menentukan interval pewaktuan dari IC 555.
h. Kaki 8 (Vcc) : terminal positif sumber tegangan DC (sekitar 4,5V atau 16V).
Berikut ini adalah generator pulsa dengan duty cycle yang dapat diatur dengan IC timer 555. Rangkaian ini merupakan multivibrator astabil dengan duty cycle 50%. Perbedaan dari desain standar timer 555 adalah resistansi antara pin 6 dan 7 dari IC yang terdiri dari P1, P2, R2, D1 dan D2.
Gambar 2.11 adjustable duty cycle menggunakan IC NE555
Komponen yang digunakan adalah C2 = 10µF, C3 = 0.1µF, R1 = R2 = 4.7K, D1 = D2 = 1N4148, IC = 555 dan C1, P1 dan P2 harus dikalkulasikan. Dioda D1 dan D2 menetapkan waktu pengisian yang tetap untuk C1 yang menghasilkan duty cycle 50%. Duty cycle (n) tergantung pada P1 dan P2 dengan persamaan berikut:
18
𝑛 = 1 + 𝑃2
𝑃1 (2.8)
Jika P2 = 0 (n = 100%) maka frekuensinya dapat dihitung dengan rumus berikut:
f = 0,69 / ((2 * P1 + P2 + 4.7kΩ) * C1 (2.9)
2.6 Arduino
Arduino adalah platform dari physical computing yang bersifat open-source.
Arti platform adalah arduino tidak sekedar alat pengembangan, tetapi adalah sebuah kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman dan Integrated Development Environment (IDE) yang canggih. Physical computing adalah membuat sebuah sistem atau perangkat fisik dengan menggunakan software dan hardwareyang sifatnya interaktif yaitu dapat menerima rangsangan dari lingkungan dan merespon dengan baik. Ada banyak modul-modul pendukung (sensor, tampilan, penggerak dan sebagainya) yang dibuat agar bisa disambung-kan dengan arduino. Salah satu hal yang membuat arduino menarik adalah karena sifatnya yang open source, baik untuk hardware maupun software-nya.
Secara umum, arduino terdiri atas dua bagian yaitu hardware yang meliputi papan input/output (I/O) dan software yang meliputi IDE untuk menulis program, driver koneksi dengan komputer dan library untuk mengembangkan program.
2.6.1 Jenis-jenis Board Arduino
Seperti mikrokontroller yang banyak jenisnya, Arduino lahir dan berkembang, kemudian muncul dengan berbagai jenis. Berikut adalah jenis-jenis arduino hingga saat ini beserta spesifikasinya
Tabel 2.1 Jenis-jenis dan spesifikasi Arduino
USB Regular Regular Micro - Mini B Regular Micro - Mini - - -
Flash (Kb) 256 256 32 32 16 32 32 32 32 32 16 32 16
SRAM (Kb) 8 8 2,5 2 1 2 2 2,5 2 2 1 2 1
EEPROM (Kb) 4 4 1 1 0,512 1 1 1 1 1 0,512 1 0,512
Digital IO/PWM 54/15 54/15 20/7 14/6 14/6 14/4 - 14/6 14/6 14/6 14/6 14/6
Analog In 16 16 12 8 8 6 - 6 8 6 6 6
Kecepatan CPU 16 Mhz 16 Mhz 16 Mhz 16 Mhz 16 Mhz 16 Mhz 16 Mhz 16 Mhz 8 Mhz 8 Mhz 16 Mhz 8 Mhz
Tegangan Input 7 – 12 V 7 – 12 V 7 – 12 V 7 – 9 V 7 – 9 V 7 – 12 V 7 – 12 V 2,5 – 12 V 3,7 – 7 V 3,3 – 12 V 5 – 12 V 3,3 – 12 V
Tegangan Pengoperasian 5 V 5 V 5 V 5 V 5 V 5 V 5 V 5 V 3,3 V 3,3 V 5 V 3,3 V
Prosesor Atmega 2560 Atmega 2560 Atmega 32u4 Atmega 328 Atmega 168 Atmega 328 Atmega 328 Atmega 32u4 Atmega 328 Atmega 328P Atmega 168 Atmega 328 Atmega 168
Nama Mega 2560 Mega ADK Micro Mini Nano Ethernet Esplora Arduino BT Fio Pro (168) Pro (328) Pro Mini
20
2.6.2 Pemrograman Arduino
Software Arduino yang digunakan adalah driver dan IDE yang ditulis menggunakan Java. Sebuah kode program arduino umumnya disebut dengan istilah
“sketch”. IDE arduino terdiri dari
1. Editor program yaitu sebuah window yang memungkinkan pengguna untuk menulis dan mengedit program dalam bahasa processing
2. Compiler program yaitu sebuah modul yang mengubah kode processing menjadi kode biner.
3. Uploader yaitu sebuah modul yang memuat kode biner dari komputer ke dalam memori di dalam papan arduino. (Siswo Wardoyo, 2015)
2.6.3 Arduino Uno
Arduino Uno adalah salah satu kit mikrokontroler yang berbasis pada ATmega28.Modul ini sudah dilengkapi dengan berbagai hal yang dibutuhkan untuk mendukung mikrokontroler untuk bekerja, hanya sambungkan ke power suply atau sambungkan melalui kabel USB ke PC, Arduino Uno ini sudah siap sedia. Arduino Uno ini memilki 14 pin digital input/output, 6 analog input, sebuah resonator keramik 16MHz, koneksi USB, colokan power input, ICSP header, dan sebuah tombol reset.
Arduino memiliki kelebihan tersendiri dibanding board mikrokontroler yang lain selain bersifat open source, arduino juga mempunyai bahasa pemrogramannya sendiri yang berupa bahasa C. Selain itu dalam board arduino sendiri sudah terdapat loader yang berupa USB sehingga memudahkan kita ketika memprogram mikrokontroler didalam arduino. Sedangkan pada kebanyakan board mikrokontroler yang lain yang masih membutuhkan rangkaian loader terpisah untuk memasukkan program ketika kita memprogram mikrokontroler. Port USB tersebut selain untuk loader ketika memprogram, bisa juga difungsikan sebagai port komunikasi serial.
Arduino menyediakan 20 pin I/O, yang terdiri dari 6 pin input analog dan 14 pin digital input/output. Untuk 6 pin analog sendiri bisa juga difungsikan sebagai output digital jika diperlukan output digital tambahan selain 14 pin yang sudah tersedia. Untuk mengubah pin analog menjadi digital cukup mengubah konfigurasi pin pada program. Dalam board kita bisa lihat pin digital diberi keterangan 0-13, jadi
untuk menggunakan pin analog menjadi output digital, pin analog yang pada keterangan board 0-5 kita ubah menjadi pin 14-19. dengan kata lain pin analog 0-5 berfungsi juga sebagi pin output digital 14-16.
Sifat open source arduino juga banyak memberikan keuntungan tersendiri untuk kita dalam menggunakan board ini, karena dengan sifat open source komponen yang kita pakai tidak hanya tergantung pada satu merek, namun memungkinkan kita bisa memakai semua komponen yang ada dipasaran.
Bahasa pemrograman arduino merupakan bahasa C yang sudah disederhanakan syntax bahasa pemrogramannya sehingga mempermudah kita dalam mempelajari dan mendalami mikrokontroller.
Berikut ini rangkaian sistem Arduino dapat dilihat pada Gambar 2.5 sebagai berikut:
Gambar 2.12 Perangkat Arduino
• Supply Daya
Arduino dapat diberikan power melalui koneksi USB atau power supply.Powernya diselek secara otomatis.Power supply dapat menggunakan adaptor DC atau baterai. Adaptor dapat dikoneksikan dengan mencolok jack adaptor pada koneksi port input supply. Board arduino dapat dioperasikan menggunakan supply dari luar sebesar 6 - 20 volt. Jika supply kurang dari 7V, kadangkala pin 5V akan menyuplai kurang dari 5 volt dan board bisa menjadi tidak stabil. Jika menggunakan lebih dari 12 V, tegangan di regulator bisa menjadi sangat panas dan menyebabkan kerusakan pada board.Rekomendasi tegangan ada pada 7 sampai 12 volt.
22
Penjelasan pada pin power adalah sebagai berikut :
• Vin
Tegangan input ke board arduino ketika menggunakan tegangan dari luar (seperti yang disebutkan 5 volt dari koneksi USB atau tegangan yang diregulasikan).
Pengguna dapat memberikan tegangan melalui pin ini, atau jika tegangan suplai menggunakan power jack, aksesnya menggunakan pin ini.
• 5V
Regulasi power supply digunakan untuk power mikrokontroller dan komponen lainnya pada board. 5V dapat melalui Vin menggunakan regulator pada board, atau supply oleh USB atau supply regulasi 5V lainnya.
• 3V3
Suplai 3.3 volt didapat oleh FTDI chip yang ada di board. Arus maximumnya adalah 50mA.
• Pin Ground
berfungsi sebagai jalur ground pada arduino
• Memori
ATmega328 memiliki 32 KB flash memori untuk menyimpan kode, juga 2 KB yang digunakan untuk bootloader. ATmega328 memiliki 2 KB untuk SRAM dan 1 KB untuk EEPROM.
2.6.3.1 Input & Output
Setiap 14 pin digital pada arduino dapat digunakan sebagai input atau output, menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead(). Input/output dioperasikan pada 5 volt.Setiap pin dapat menghasilkan atau menerima maximum 40 mA dan memiliki internal pull-up resistor (disconnected oleh default) 20-50K Ohm.
Beberapa pin memiliki fungsi sebagai berikut :
• Serial : 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan mengirim (TX) TTL data serial. Pin ini terhubung pada pin yang koresponding dari USB ke TTL chip serial.
• Interupt eksternal : 2 dan 3. Pin ini dapat dikonfigurasikan untuk trigger sebuah interap pada low value, rising atau falling edge, atau perubahan nilai.
• PWM : 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Mendukung 8-bit output PWM dengan fungsi analogWrite().
• SPI : 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin ini mensuport komunikasi SPI, yang mana masih mendukung hardware, yang tidak termasuk pada bahasa arduino.
• LED : 13. Ini adalah dibuat untuk koneksi LED ke digital pin 13. Ketika pin bernilai HIGH, LED hidup, ketika pin LOW, LED mati.
2.7 Sensor Arus dan Tegangan 2.7.1 Sensor Arus
Sensor arus adalah alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik.Sensor arus ini menggunakan metode Hall Effect Sensor. Hall Effect Sensor merupakan sensor yang digunakan untuk mendeteksi medan magnet. Hall Effect Sensor akan menghasilkan sebuah tegangan yang proporsional dengan kekuatan medan magnet yang diterima olehsensor tersebut. Pendeteksian perubahan kekuatanmedan magnet cukup mudah dan tidak memerlukan apapun selain sebuah inductor yang berfungsi sebagai sensornya. Kelemahan dari detektor dengan menggunakan induktor adalah kekuatan medan magnet yang statis (kekuatan medan magnet nya tidak berubah) tidak dapat dideteksi. Sensor ini terdiri dari sebuah lapisan silikon yang berfungsi untuk mengalirkan arus listrik. Dengan metodeini arus yang dilewatkan akan terbaca pada fungsibesaran tegangan berbentuk gelombangsinusoidal. (Sapiie, 2000)
Gambar 2.13 Sensor Arus Acs712
24
2.7.2 Sensor Tegangan
Komponen tegangan adalah sensor tegangan yang berfungsi untuk menentukan tegangan jala-jala listrik setiap saat. Hal ini diperlukan untuk mengukur tegangan setiap saat. Sensor tegangan ini berupa pembagi tegangan. Tegangan yang dihasilkan masih berupa sinyal sinusoidal.
Tegangan ini akan diteruskan ke input rangkaian penyearah. (Gamayel, 2007)
Gambar 2.14 Rangkaian Pembagi Tegangan
2.8 LCD
Liquid crystal display (LCD) adalah salah satu komponen elektronika yang berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik. Jenis LCD yang dipakai pada alat ini adalah LCD M1632. LCD terdiri dari dua bagian, yang pertama merupakan panel LCD sebagai media penampil informasi dalam bentuk huruf/angka dua baris, masing–masing baris bisa menampung 16 huruf/angka. Liquid Crystal Display (LCD) adalah modul penampil yang banyak digunakan karena tampilannya menarik. LCD yang umum, ada yang panjangnya hingga 40 karakter (2x40 dan 4x40), dimana kita menggunakan DRAM untuk mengatur tempat penyimpanan tersebut. (Gamayel.R, 2007).
Gambar 2.15 Liquid cristal display (LCD)
2.9 Fuse ( Sekring)
Fuse atau dalam bahasa Indonesia disebut dengan Sekering adalah komponen yang berfungsi sebagai pengaman dalam Rangkaian Elektronika maupun perangkat listrik. Fuse pada dasarnya terdiri dari sebuah kawat halus pendek yang akan meleleh dan terputus jika dialiri oleh Arus Listrik yang berlebihan ataupun terjadinya hubungan arus pendek (short circuit) dalam sebuah peralatan listrik / Elektronika.
Dengan putusnya Fuse tersebut, Arus listrik yang berlebihan tersebut tidak dapat masuk ke dalam Rangkaian Elektronika sehingga tidak merusak komponen- komponen yang terdapat dalam rangkaian Elektronika yang bersangkutan. Karena fungsinya yang dapat melindungi peralatan listrik dan peralatan Elektronika dari kerusakan akibat arus listrik yang berlebihan, Fuse atau sekering juga sering disebut sebagai Pengaman Listrik.
Fuse terdiri dari 2 Terminal dan biasanya dipasang secara Seri dengan Rangkaian Elektronika / Listrik yang akan dilindunginya sehingga apabila Fuse tersebut terputus maka akan terjadi “Open Circuit” yang memutuskan hubungan aliran listrik agar arus listrik tidak dapat mengalir masuk ke dalam Rangkaian yang dilindunginya.
Gambar 2.16 Fuse (Sekring)
BAB 3
PERANCANGAN SISTEM
3.1 Waktu Dan Tempat
Pembuatan Perancangan Adjustable Power Supply Control LT1083 dan L200 Berbasis Arduino dilakukakn pada bulan Februari 2019 sampai Juli 2019 di Laboratorium Teknologi Digital Universitas Sumatera Utara
3.2 Diagram Blok
Gambar 3.1 Diagram Blok
3.11.1 Penjelasan Fungsi Tiap Blok dari Diagram Blok
1. Blok trafo : Menurunkan tegangan dari sumber PLN 220 V AC ke 30 V DC dengan keluaran arus 10A.
2. Blok Voltage Regulator : Mempertahankan tegangan keluaran sesuai yang diingikan
3. Blok Current Control : Mempertahankan arus keluaran sesuai yang diingikan
4. Blok Power Switch : Menghubungkan atau memutuskan aliran arus pada rangkaian
AC to DC (rectifier)
Voltage Regulator
Arduino Uno
Current Control
Power Switch
Osilator
Lcd
OUT PUT
5. Arduino Uno : digunakan sebagai pengelolah data, tegangan, arus dan frekuesi analog akan diubah menjadi data digital dan kemudian akan ditampilkan ke LCD 16X2
6. Blok LCD : Menampilkan hasil percobaan 7. Blok Osilator : Menghasilkan sinyal listrik
3.12 Rangkaian Minimum Arduino Uno
Rangkaian minimum system sederhana minimal harus memiliki beberapa bagian berikut ini :
1. Rangkaian catu daya DC dengan tegangan sesuai dengan tegangan suplai mikrokontroler. Rangkaian catu daya ini berfungsi untuk mensuplai sumber tegangan ke mikrokontroler, agar mikrokontroler menyala.
2. Rangkaian osilator sebagai pembangkit frekuensi eksternal. Rangkaian osilator sifatnya optional, karena beberapa jenis mikrokontroler telah memiliki osilator internal namun frekuensinya lebih rendah.
3. Rangkaian antarmuka untuk pemrograman, cukup memasang konektor yang terhubung langsung ke pin-pin mikrokontroler yang berfungsi sebagai jalur pemrograman. Pada mikrokontroler AVR dikenal dengan nama ISP (In System Programming atau ISP)
4. Rangkaian antarmuka yang terhubung ke port atau jalur data pada pin mikrokontroler.
Gambar 3.2 Diagram Sistem Minimum Arduino
28
3.13 Rangkaian Rectifier (penyearah)
Dalam perancangan ragkaian penyearah kita membutuhkan beberapa komponen seperti trasformator, dioda, dan kapasitor. Dalam penelitian ini penulis menggunakan rangkaian penyearah gelombang penuh. Yaitu menggunakan 4 buah dioda. Prinsip kerja rangkaian gelombang penuh dengan sistem jembatan dapat dijelaskan seperti berikut.
Pada saat rangkaian jembatan mendapatkan bagian positif dari siklus sinyal AC maka:
D5 dan D6 hidup (on), karena mengalami bias maju D3 dan D4 mati (off), karena mangalami bias mundur Sehingga arus akan mengalis melalui D6 menuju capasitor.
Sedangkan apabila rangkaian jembatan memperoleh bagian siklus negatif dari sinyal AC maka:
D5 dan D6 mati (off), karena mengalami bias mundur D3 dan D4 hidup(on), karena mangalami bias maju
Sehingga arus akan mengalir melalui D4 menuju ke kapasitor. Arah dan besar arus yang mengalir pada kedua siklus adalah sama yaitu mengalir melalui kapasitor dan menuju ground. Besarnya arus yang mengalir pada penyearah gelombang penuh adalah Idc = 2Im/π = 0.636Im. sedangkan harga Vdc dengan memperhitungkan Vɤ adalah: Vdc = 0.636 (Vm – 2Vɤ). Harga Vɤ ini kita peroleh karena setiap satu siklus terdapat dua buah dioda yang di hubungkan dengan seri.
Gambar 3.3 Rangkaian Filter 3.14 Rangkaian Voltage Regulator
Pada penelitian ini penulis menggunakan LT 1083 sebagai voltage regulator.
LT1083 mampu meregulasikan tegangan dengan arus keluaran hingga mencapai 7,5A. Sedangkan tegangan jatuh ketika ada beban adalah dibawah dari 1.5v pada saat kita menggunakan arus maksimum. Kelebihan dari komponen ini mampu meregulasikan tegangan keluaran dengan sangat presisi dan liner. Untuk melindungi komponen dari arus bias kita menggunakan dioda antara kaki input dan kaki output.
Gambar 3.4 Rangkaian Voltage Regulator
Gambar 3.5 Board Rangkaian Voltage Regulator
3.15 Rangkaian current regulator
Pada penelitian ini penulis menggunakan L200 sebagai current regulator.
Komponen ini mampu meregulasikan arus pada tengangan keluaran tetap atau bervariasi. Komponen ini mampu meregulasikan arus hingga 2A pada tegangan 2,85 sampai 36 Vdc. Untuk meninggkatkan jumlah arus yang di regulasikan
30
penulis menggunakan transistor TIP41 dimana output dari L200 di hubungkan lansung dengan base tansistor tersebut. Transistor jenis Tip41 biasa di gunakan sebagai medium power switching yang liner dengan output hingga mencapai 6A dc atau 10A current ( pulse).
Gambar 3.6 Rangkaian current regulator
Gambar 3.7 Board Rangkaian current regulator
3.7 Rangkaian Sensor Tegangan
Sensor tegangan yang digunakan dalam penelitian ini adalah rangkaian pembagi tegangan. Rangkaian pembagi tegangan terdiri atas dua resistor yang dihubungkan seri, kemudian dibaca oleh pin analog pada Arduino Nano. Rangkaian pembagi tegangan ini berfungsi untuk membagi tegangan atau mengurangi tegangan
yang masuk pada Arduino (range 0 hingga 5 Volt) sehingga tidak merusak Arduino Nano. Dalam penelitian ini, resistor yang digunakan adalah resistor 100 k dan 10 k sehingga range tegangan yang mampu dan masih aman bagi Arduino Nano adalah 0 hingga 55 Volt. Rangkaian pembagi tegangan ini ditambahkan kapasitor 0,1
F sebagai penyaring noise. Berikut adalah rangkaian sensor tegangan pada penelitian ini:
Gambar 3.8 Rangkaian Sensor Tegangan
3.8 Rangkaian Sensor Arus
Sensor arus yang digunakan dalam penelitian ini adalah ACS712. Arus yang diberikan yang mengalir melalui jalur konduksi tembaga ini menghasilkan medan magnet yang dibaca oleh IC Hall terintegrasi dan diubah menjadi tegangan proporsional. Kelebihan dari sensor ini adalah pengisolasian dari rangkaian sensor dengan rangkaian utamanya, sehingga tidak mengurangi daya dari rangkaian utamanya. Sensor arus ACS712-5A adalah versi yang lebih akurat dibandingkan dengan versi ACS712-10A dan ACS712-30A. Sensor arus ACS712-5A memiliki range – 5 A hingga 5 A dimana memiliki resolusi yang lebih baik daripada versi lainnya. Berikut adalah rangkaian sensor arus pada penelitian ini:
32
Gambar 3.9 Rangkaian Sensor Arus 3.9 LCD 16x2
Penampil data yang digunakan dalam penelitian ini adalah LCD 16x2. LCD 16x2 memiliki 2 baris yang mampu memuat 16 karakter. Rangkaian dari LCD ini dihubungkan ke pin digital Arduino dan dapat diatur kecerahannya dengan mengunakan potensiometer. Berikut adalah rangkaian LCD 16x2 pada penelitian ini:
Gambar 3.10 Rangkaian LCD 16x2
3.10 Adjustable Frekuensi
Rangkaian ini dibuat dengan menggunakan ic timer NE 555, transistor, dan beberapa komponen tambahan. Kelebihan dari Perangkat ini adalah rangkaian pengaturan waktu presisi yang mampu menghasilkan penundaan waktu atau osilasi yang akurat.
Frekuensi keluaran yang di hasilkan oleh rangkaian pembangkit frekuensi ditentukan oleh nilai resistor yang kita hubungkan dengan kaki 6 dan kaki 7 NE 555 serta sebuak kapasitor yang di hubungkan dari kaki 6 ke ground. Sehingga untuk menghasilkan frekuensi yang bervariasi kita menggantikan resistor tersebut dengan resistor variable.
Selain variable frekuensi pada rangkaian ini kita menghubungkan keluaran NE555 dengan power switch sehingga pada keluaran PSA kita bisa mengeluarkan arus dalam bentuk pulsa atau arus DC. MOSFET yang penulis gunakan sebagai power switch dalam penelitian ini adalah MOSFET jenis IRF512, Komponen ini dapat digunakan sebagai switching power, motor drivers, relay driver yang memungkinkan untuk high speed switch dan low switch power. MOSFET tipe ini dapat di operasikan langsung dari IC. driver yang penulis gunakan untuk mengoperasikan IRF512 adalah IC driver jenis IR2110D.
Gambar 3.11 rangkaian power switch
34
FLOW CHART
Baca (Arus (I) Tegangan (V) Frekuensi(f)) Inisialisasi Pin (I/O) Arduino
seSelesai Tampilkan Hasil
Baca ( I,V,f)
Start
Tampilkan judul
Tidak
Y a Baca sensor
g
Gambar 3.12: Rangkaian Keseluruhan
36
BAB 4
PENGUJIAN ALAT DAN PROGRAM
4.1 Pengujian LCD 16x2
Pengujian LCD 16x2 dengan program berikut
#include <LiquidCrystal.h> //inisialisasi penggunaan library LCD
LiquidCrystal lcd(3,4,9,10,11,12); //inisialisasi pin lcd(rs, rw, d4, d5, d6, d7)
void setup() {
lcd.begin(16,2); //inisialisasi banyak kolom dan baris }
void loop() //rutin perulangan {
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("Berto Simarmata");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("NIM : 150801051");
}
4.2 Pengujian Sensor Tegangan
Pengujian sensor tegangan menggunakan rangkaian pembagi tegangan dengan program berikut.
#include <LiquidCrystal.h> //inisialisasi penggunaan library LCD
#define SENSOR_TEG A0 //inisialisasi pin sensor tegangan
LiquidCrystal lcd(3,4,9,10,11,12); //inisialisasi pin lcd(rs, rw, d4, d5, d6, d7) float tegangan;
void setup()
{
Serial.begin(9600); //inisialisasi penggunaan serial monitor dengan kecepatan //komunikasi 9600 bit per sekon
lcd.begin(16,2); //inisialisasi banyaknya kolom dan baris }
void loop() //rutin perulangan {
int baca_adc(int channel) {
int sum = 0; //inisialisasi total dimulai dari nol
Serial.print("Tegangan = ");
Serial.print(tegangan);
Serial.print(" V ");
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("PENGUJIAN SENSOR TEGANGAN");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("TEGANGAN = ");
lcd.setCursor(12, 1);
lcd.print(tegangan);
lcd.setCursor(16, 1);
lcd.print("V");
delay(100);
}
Pembacaan dari sensor tegangan ini berupa sinyal analog pada pin analog Arduino yang terdapat ADC (analog to digital converter) dengan resolusi 10 bit yang dipresentasikan dalam range nilai 0 – 1023 dari 0 hingga 5 Volt. Pembagi tegangan berfungsi untuk memperluas range pembacaan tegangan.
Dalam penelitian ini menggunakan resistor 100 k dan 10 k hingga tegangan maksimal yang mampu dibaca adalah 55 Volt. Dengan begitu dapat dihitung LSB (low significant bit) atau skala sensor tegangan yang mempresentasikan tiap perubahan 1 nilai analog yaitu
LSB = Tegangan Referensi
1023 x R1+R2
R2 LSB = 5 Volt
1023 x 100 k +10 k
10 k = 0.053 Volt
Pengujian sensor tegangan dilakukan untuk menguji pembacaan sensor tegangan dibandingkan dengan pembacaan oleh multimeter. Pengujian sensor tegangan ini dilakukan 15 kali dengan tegangan dari power suplai variabel.
