PENGENDALI JARAK JAUH
ON-OFF
PC (
Personal
Computer
) DENGAN TRANDUSER ULTRASONIK
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat Memperoleh gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Disusun oleh:
FRISCIA ANTHONY NIM : 015114010
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
ON-OFF REMOTE CONTROL PC (Personal Computer)
USING ULTRASONIC TRANDUCER
FINAL PROJECT
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree
In Electrical Engineering
Presented by :
FRISCIA ANTHONY Student ID Number : 015114010
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
HALAMAN MOTTO
Knowledge is essential of life as human prestige parameter, but knowledge
which legalize is most valuable opportunity.
* * *
After rain close over my eyes see the rainbow decorate it, seen really chromatic
* * *
The massive mistake most absolute in life is
when good hopes have reverse to our deed.
- - -
Fording ocean even if will ever find the land Happiness and grief always shadowed by God will Yesterday, today and tomorrow could be that land
INTISARI
Tugas akhir ini bertujuan untuk merancang dan merealisasikan alat pengendali jarak jauh untuk menghidupkan dan mematikan PC (Personal Computer) dengan menggunakan sensor ultrasonik.
Sebagai rangkaian pengendali digunakan osilator IC 555. Osilator tersebut berfungsi untuk menghasilkan frekuensi 40 kHz yang dibutuhkan sensor ultrasonik untuk memancarkan sinyal. Tegangan masukan yang diterima sensor ultrasonik pada rangkaian penerima, dikuatkan pada rangkaian penguat, lalu diubah menjadi tegangan DC sebagai tegangan masukan untuk mengendalikan rangkaian driver relay. Relay berfungsi sebagai saklar dengan pemasangan secara paralel kabel common dan normally open pada tombol power PC.
Sebagai hasil akhir jarak pancar penerima ultrasonik adalah sejauh 8 meter.
ABSTRACT
Objective of this final project is design and implementation a remote control sensored tools and that functions to turn on and off your PC (Personal Computer) use with ultrasonic sensored.
As a parallel controlled we used an oscillator IC 555. That Oscillator totally functions to produce 40 kHz frequency, which is Ultrasonic sensored need it to signal relay. Input voltage that ultrasonic sensored accept in receiver and gained with amplifier. Then switch it on to DC voltage as an input voltage to controlled parallel driver relay. Function of Relay is to be a switch and assembling with parallel cable in common and normally open in PC power button.
As final result distance relay controlled makes along 8 meters.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah Bapa dan Tuhan Yesus Kristus,
oleh karena kasih dan setia-Nya sehingga penulis dapat meyelesaikan Tugas Akhir yang
berjudul “Pengendali Jarak Jauh ON-OFF PC (Personal Computer) Dengan
Tranduser Ultrasonik”. Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana pada jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas
Sanatha Dharma Yogyakarta.
Penulisan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan dan dukungan dari berbagai
pihak. Pada kesempatan ini tidak lupa penulis mengucapkan terima kasih yang dalam
kepada :
1. Bapak Ir. Greg Heliarko, S.J.,S.S.,B.S.T.,M.A.,M.Sc., selaku Dekan Fakultas
Sains dan Teknologi.
2. Bapak A Bayu Primawan, ST., M.Eng., selaku Kepala Jurusan Teknik Elektro
3. Bapak Damar Wijaya, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak
memberikan bimbingan dan pengarahan hingga tugas akhir ini dapat tersusun.
4. Ibu Wiwien Widyastuti, S.T., M.T., selaku Dosen Penguji yang telah memberikan
masukan, petunjuk dan saran.
5. Bapak Petrus Setya Prabowo, S.T., selaku Dosen Penguji dan Dosen Pembimbing
7. Bapak B. Djoko Untoro Suwarno, S.Si., M.T., selaku Dosen Penguji yang telah
memberikan masukan, pengarahan dan saran.
8. Abah dan Mamah atas doa, kasih sayang dan cinta yang tulus yang tetap setia
mempertahankanku untuk memperjuangkan pendidikan.
9. Adikku Yolanda Ryan Anthony dan sepupuku Dedi atas doa dan semangat
persodaraan.
10.Alm. Nenek dan Kakekku atas petuah-petuah hidup.
11.Buat ‘Hati Biruku’ yang setia menemaniku menempuh perjalanan-perjalanan yang
penuh selera. Moses sebagai sahabat penting satu dimensi ruang kecil. Hanya untuk
raga kita tapi tidak aspirasi kita. Dika dan Wija sebagai sahabat yang berbahagia.
Sahabat yang selalu menyanjung inspirasi sebagai perjuangan masa depan. Buat
Yuyun yang selalu mendukung dan membantuku tanpa pamrih dan Made Gadis as
sister next door atas dukungan jarak jauh. Teman-teman Elektro yang bersemangat:
Eling, Sigit Vikita, Puguh “Kumis”, Fredy, Niko, Roy, Suryo, Hadi, Tyo, Nugroho,
Ancis, Ulis dan semua yang tidak bisa dirunut satu persatu. Anak-anak penghuni
Asrama Kapuas. Bu Endang, Rini, Sulis dan keponakanku Luna. Terima kasih atas
suasana kekeluargaan yang diberikan.
Semoga Tuhan memberikan berkat yang tidak berkesudahan kepada semua
pihak yang telah membantu penulis. Penulis sangat menyadari bahwa masih banyak
kekurangan dalam penulisan dan penyusunan Tugas Akhir ini, maka dari itu segala
saran dan kritik yang bersifat membangun sangat diharapkan penulis.
Yogyakarta, September 2007
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v
HALAMAN MOTTO ... vi
INTISARI ... ... vii
ABSTRACT ... ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... ... xi
DAFTAR TABEL .... ... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR LAMPIRAN ... xvii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Batasan Masalah ... 3
1.3 Tujuan Penelitian ... 3
1.4 Manfaat Penelitian ... 3
1.5 Metode Penelitian ... 4
BAB II DASAR TEORI ... 6
2.1 Gelombang Ultrasonik ... 6
2.2 Tranduser Ultrasonik ... 9
2.3 IC 555 Sebagai Osilator ... 11
2.4 Rangkaian Penguat ... 15
2.4.1 Titik Kerja DC ... 16
2.4.2 Analisis Sinyal AC ... 20
2.4.3 Tanggapan Frekuensi ... 24
2.5 Penyearah Setengah Gelombang ... 26
2.6 Driver Relay ... 27
BAB III PERANCANGAN ALAT ... 33
3.1 Alat dan Bahan yang dibutuhkan... 33
3.2 Perancangan Hardware ... 33
3.2.1 IC 555 Sebagai Osilator ... 34
3.2.2 Sensor dan Aktuator Ultrasonik ... 36
3.2.3 Rangkaian Penguat ... 37
3.2.4 Penyearah Setengah Gelombang ... 42
3.2.5 Driver Relay ... 43
BAB IV REALISASI DAN ANALISIS KERJA ALAT ... 48
4.1 Tingkat Keberhasilan Alat ... 48
4.2 Osilator Ultrasonik ... 49
4.3.1 Rangkaian Penguat ... 52
4.3.2. Penyearah Setengah Gelombang dan Filter kapasitor ... 56
4.3.3. Driver Relay ... 59
BAB V PENUTUP ... .. 61
5.1 Kesimpulan ... 63
5.2 Saran ……. ... 63
DAFTAR PUSTAKA …….. ... 64
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data tingkat keberhasilan alat ... 11 Tabel 4.2 Data pelemahan masukan penguat ... 16 Tabel 4.3 Data penguatan terhadap jarak penerima ultrasonik ... 54 Tabel 4.4 Data tegangan DC filter kapasitor terhadap jarak
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Gelombang ultrasonik di udara... 7
Gambar 2.2 Kontruksi dasar tranduser ultrasonik ... 10
Gambar 2.3 Kemasan tranduser ultrasonik ... 10
Gambar 2.4 Timing Diagram ... 11
Gambar 2.5 Osilator menggunakan IC 555 ... 12
Gambar 2.6 Diagram sambungan pin IC 555 ... 14
Gambar 2.7 Diagram Blok IC 555 ... 14
Gambar 2.8 Rangkaian penguat ... 15
Gambar 2.9 Rangkaian penguat analisis titik kerja DC ... 17
Gambar 2.10 Rangkaian penguat analisis sinyal AC ... 20
Gambar 2.11 Rangkaian penyearah setengah gelombang ... 26
Gambar 2.12 Rangkaian transistor sebagai saklar ... 28
Gambar 2.13 Karakteristik transistor ... 29
Gambar 2.14 Kurva pensaklaran ... 29
Gambar 2.15 Driver relay ... 32
Gambar 3.1 Diagram Blok Alat ... 34
Gambar 3.2 IC 555 Sebagai Osilator ... 35
Gambar 3.3 Gelombang keluaran osilator ... 36
Gambar 3.4 Rangkaian penguat ... 37
Gambar 3.5 Simulasi Gelombang Transisent ... 41
Gambar 3.6 Simulasi Gain VO/VS ... 41
Gambar 3.7 Penyearah setengah gelombang ... 42
Gambar 3.8 Keluaran penyearah setengah gelombang ... 43
Gambar 3.9 Rangkaian transistor sebagai saklar ... 45
Gambar 3.12 Pengendali jarak jauh ON-OFF PC (Personal Computer)
dengan tranduser ultrasonik ... 47
Gambar 4.1 Grafik tingkat keberhasilan alat ... 49
Gambar 4.2 Osilator ultrasonik ... 50
Gambar 4.3 Keluaran osilator ultrasonik ... 51
Gambar 4.4 Penerima ultrasonik ... 52
Gambar 4.5 Grafik pelemahan terhadap jarak penerima ultrasonik ... 53
Gambar 4.6 Grafik penguatan terhadap jarak penerima ultrasonik ... 55
Gambar 4.7 Penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor ... 56
Gambar 4.8 Bentuk gelombang penyearah setengah gelombang ... 57
Gambar 4.9 Bentuk gelombang ripple ... 57
Gambar 4.10 Grafik VDC terhadap jarak penerima ultrasonik ... 58
Gambar 4.11 Grafik VCE terhadap jarak penerima ultrasonik ... 60
DAFTAR LAMPIRAN
BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang Penelitian
Banyaknya komputer yang masih menyala setelah digunakan, disebabkan para pengguna komputer malas mematikannya setelah beberapa jam menggunakan komputer. Bahkan kadang membiarkan komputer dalam keadaan menyala tanpa aktifitas apapun. Hasil penelitian yang dilakukan Fujitsu Siemens bisa dijadikan perbandingan, meski merujuk kondisi perusahaan-perusahaan di Inggris. Dalam laporannya disebutkan, terjadi pemborosan hingga ribuan poundsterling per tahun, akibat kebiasaan membiarkan komputer tetap menyala saat tidak digunakan. Perusahaan pembuat komputer itu menyebutkan, sekitar 123 juta poundsterling terbuang tiap tahunnya di Inggris, untuk biaya listrik pada komputer yang tidak dimatikan atau ditinggalkan dalam mode hibernate. Laporan juga membeberkan dampak pemborosan energi tersebut terhadap lingkungan. Fujitsu Siemens mensurvei 1.000 karyawan, dan diketahui bahwa sekitar 370 diantaranya, tidak pernah mematikan komputer sebelum meninggalkan kantor (Susrini, 2005).
Sistem operasi terbaru yang diluncurkan ke pasaran banyak menyajikan fitur-fitur terbaru yang memberikan fungsi-fungsi baru pada interface PC (Personal Computer). Namun sebagian besar orang justru memanfaatkan PC hanya bagian interface
mematikan komputer saja selalu menggunakan pilihan menu start kemudian turn off.
Orang beranggapan bahwa melakukan turn off dengan tombol push on akan merusak sistem komputer. Hal ini keliru karena power option properties pada sistem operasi menyediakan empat pilihan yaitu do nothing, hibernate, standby, shutdown (Tutorial Windows XP, 2001).
Agar memudahkan pengguna komputer mematikan dan menghidupkan komputer tanpa menekan tombol power maupun menu start, maka dibuat alat pengendali jarak-jauh perangkat PC dengan menggunakan gelombang ultrasonik yang berfungsi sebagai ON-OFF. Alat ini dirancang dengan komponen-komponen diskret dan rangkaian terintegrasi. Rangkaian ini mudah dirakit karena komponen yang dibutuhkan dalam perancangan mudah diperoleh di pasaran, serta harga komponen yang relatif murah. Penggunaan alat ini juga sangat mudah dan tidak ada resiko yang ditimbulkan saat pemasangan alat ini.
Alat ini digunakan untuk menghindari pemborosan energi. Selain itu juga untuk mengubah anggapan masyarakat bahwa mematikan komputer melalui tombol power
tidak akan merusak sistem komputer, asalkan pilihan pada power option properties
1.2 Batasan Masalah
Sinyal yang dikirimkan ke rangkaian penerima dengan frekuensi kerja 40kHz
sejauh maksimal 8 meter. Alat ini terdiri dari rangkaian osilator dengan IC 555, tranduser ultrasonik, rangkaian penguat, rangkaian penyearah setengah gelombang dan driver relay.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan pembuatan alat ini adalah membuat alat pengendali jarak jauh untuk menghidupkan dan mematikan PC yang mempunyai nilai jual tinggi.
1.4 Manfaat Penelitian
Pengendali jarak jauh ON-OFF PC bermanfaat bagi: 1. Masyarakat
Memberi kemudahan bagi pengguna komputer untuk menghidupkan dan mematikan komputernya dari jarak jauh.
2. Pendidikan/dunia kampus
Menjadi acuan atau bahan referensi alat pengendali jarak-jauh PC dengan sensor lainnya.
3. Komersil
1.5 Metode Penelitian
Untuk mendapatkan hasil yang optimal dari alat yang dibuat serta analisanya, maka digunakan berbagai pendekatan. Namun intinya mewujudkan suatu konsep dengan panduan berbagai literatur, sehingga dapat menjadi hasil yang konkret.
Adapun langkah-langkah teknisnya tetap berpedoman pada metode ilmiah: 1. Penemuan masalah/ide;
Yaitu berusaha mendapatkan konsep rancangan pembuatan piranti/instrument
yang ditindak lanjuti dengan prototype.
2. Perumusan masalah;
Yaitu penyusunan suatu dasar teori untuk peralatan yang ada. Pada langkah ini dicari hipotesis yang mendukung pembuatan alat.
3. Menguji Hipotesis dengan Eksperimen;
Yaitu berusaha mewujudkan konsep perancangan yang ada menjadi alat, dengan menghitung besaran-besaran komponen yang akan digunakan.
4. Realisasi ide;
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk memudahkan penyusunan laporan secara menyeluruh, maka penulis membuat sistematika penulisan laporan:
BAB I Pendahuluan;
Bab ini berisi latar belakang masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat pembuatan alat, metode pembuatan alat dan sistematika penulisan.
BAB II Dasar teori;
Bab ini berisi teori yang mendukung pembuatan alat, yaitu tentang teori transduser ultrasonik dan komponen pendukung alat ini.
BAB III Perancangan Alat;
Bab ini membahas langkah-langkah pemilihan rangkaian dan komponen, agar didapat variabel yang diinginkan untuk membuat alat. BAB IV Relisasi dan Analisis Kerja Alat;
Bab ini menjelaskan kinerja alat dan hasil yang dicapai. BAB V Penutup;
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Gelombang Ultrasonik
Menurut frekuensinya gelombang akustik dapat dibagi menjadi tiga, yaitu: 1) gelombang infrasonik,
2) gelombang sonik dan 3) gelombang ultrasonik.
Gelombang infrasonik adalah gelombang akustik yang berfrekuensi sangat rendah sehingga tidak dapat didengar. Batas tertinggi frekuensi gelombang ini adalah sekitar 20 Hz. Gelombang sonik atau suara adalah gelombang akustik yang dapat didengar, karena frekuensinya berada dalam ambang batas pendengaran telinga. Batas bawah dan batas atas frekuensi gelombang suara ini masing-masing adalah 20 Hz
Penggunaan yang memerlukan intensitas tinggi (macrosonic) biasanya menggunakan frekuensi puluhan kilohertz. Demikian juga halnya dengan aplikasi di bidang akustik bawah air (Fuchs, 1995).
Bila tekanan udara diukur sepanjang arah penjalaran gelombang ultrasonik, maka diperoleh grafik seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Gelombang ultrasonik di udara (Trisnobudi, 2000)
Tekanan akustik didefinisikan sebagai perbedaan antara tekanan udara sesaat. Kecepatan gelombang ultrasonik pada medium udara ditunjukkan pada persamaan (2.1)
ρ
d d
c= Ρ (2.1)
Gelombang ultrasonik mempunyai kecepatan rambat gelombang yang berbeda-beda pada setiap medium. Cepat rambat gelombang ultrasonik pada udara lebih lambat dari pada medium air, karena kecepatan partikel udara lebih rendah dari kecepatan partikel dalam air (Fuchs, 1995).
Pada medium udara, gelombang ultrasonik mempunyai kecepatan rambat 331
m/s pada suhu 00C. Perubahan terjadi saat 10C yaitu 0.61m/s. Persamaan Kecepatan rambat gelombang dinyatakan sebagai:
T C
V
V = (00 )+0.61×∆
(2.2)
dengan ∆T adalah perubahan suhu medium. Sehingga pada suhu ruang normal, kecepatan gelombang ultrasonik pada medium udara adalah:
s m s
V =331.102/ +(0.61×27)=347 /
Persamaan (2.2) dapat disederhanakan menjadi:
t V
S = × (2.3)
Apabila diinginkan untuk mengirimkan gelombang ultrasonik seperti batasan masalah dengan jarak sejauh 8 meter, maka waktu yang dibutuhkan adalah:
ms
t 0.2
10 . 347
10 . 8
2 2
= =
2.2 Tranduser Ultrasonik
Tranduser ultrasonik bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara. Tranduser ini menghasilkan gelombang suara dan kemudian menangkapnya kembali dengan perbedaan waktu sebagai dasar penginderaannya. Perbedaan waktu antara gelombang suara yang dipancarkan dengan ditangkap kembali gelombang suara tersebut adalah berbanding lurus dengan jarak atau tinggi objek yang memantulkannya. Jenis objek yang dapat diinderakan, antara lain objek padat, cair dan butiran (Trisnobudi, 2000).
Gambar 2.2 Kontruksi dasar tranduser ultrasonik (Onda, 2003)
Gambar 2.3 Kemasan tranduser ultrasonik (Senscomp, 2004)
Tranduser ultrasonik terdiri dari sensor dan aktuator. Jika aktuator diberi sinyal pembangkit sesuai dengan frekuensi kerjanya, maka gelombang ultrasonik akan dipancarkan ke sensor, kemudian sensor mengubahnya menjadi sinyal elektrik.
Sehingga D adalah sinyal keluaran dari sensor dengan rentang waktu antara transmit
(pengiriman) dan receive (penerimaan).
Gambar 2.4 Timing Diagram (Onda, 2003)
2.3 IC 555 Sebagai Osilator
Osilator adalah rangkaian yang digunakan untuk menghasilkan sebuah gelombang keluaran tanpa membutuhkan sumber masukan. Osilator digunakan sebagai sumber masukan untuk aplikasi rangkaian yang membutuhkan masukan dengan frekuensi kerja tertentu. Perbedaan tipe osilator menghasilkan gelombang keluaran yang bermacam-macam antara lain gelombang sinus, gelombang kotak, gelombang segitiga dan gelombang gergaji.
0.01 uF dihubungkan dengan kontrol masukan tetapi tidak mempengaruhi operasi kerja dari osilator, sehingga bisa diabaikan.
Gambar 2.5 Osilator menggunakan IC 555 (Schuler, 2003)
Pada kondisi awal, saat VCC diberi masukan, kapasitor C belum terisi muatan,
sehingga tegangan picu juga 0 Volt dan arus hanya melalui RB. Saat kapasitor C terisi
muatan, arus mengalir melalui RA + RB sampai tegangan picu sebesar 2/3VCC.
Kemudian arus mengalami pengosongan muatan melewati RB sampai tegangan picu
menggunakan IC 555, duty cycle gelombang keluarannya dapat diatur berdasarkan nilai komponen luarnya. Untuk menentukan komponen luar pada konfigurasi mode astable waveforms, persamaan yang digunakan adalah:
2 1
1
t t fO
+
= (2.4)
dengan fO adalah frekuensi osilasi osilator, t1 adalah perioda waktu pelucutan muatan,
t2 adalah perioda waktu pengisian muatan.
t2 =0.693×(RA +RB)×C (2.5)
dengan RA dan RB adalah hambatan pembagi tegangan untuk peculutan dan pengisian
muatan dan C adalah kapasitor untuk pelucutan dan pengisisan muatan
t1 =0.693×RB×C (2.6)
Diagram blok IC 555 ditunjukkan pada Gambar 2.7. IC 555 terdiri dari dua pembanding tegangan, flip-flop, transistor pelucutan, tiga resistor pembagi tegangan sebesar 5 kΩ dan keluaran penguat dengan kapasitas arus maksimal 200mA (Schuler, 2003)
Gambar 2.6 Diagram sambungan pin IC 555 (National Semiconductor, 2000)
2.4 Rangkaian Penguat
Rangkaian penguat pada penulisan ini sangat penting, agar sinyal masukan dari tranduser ultrasonik yang kecil dapat dikuatkan dengan beberapa kali penguatan. Pada penulisan ini, rangkaian penguat menggunakan dua buah rangkaian penguat dengan konfigurasi common emitter tunggal yang dengan umpan balik. Jadi emitor penguat tingkat kedua memberi umpan balik basis penguat tingkat pertama, seperti ditunjukkan Gambar 2.8.
Gambar 2.8 Rangkaian penguat (Horenstein, 1996)
DC IEpada transistor Q2 menjadi konstan untuk memberi umpan balik tegangan basis
transistor Q1. Meskipun tidak bisa mengeliminasi efek dari saturasi, tetapi bisa
mengurangi efek ketidakstabilan penguatan dalam perubahan pada penguatan (Horenstein, 1996).
Persamaan faktor umpan balik dinyatakan sebagai:
) (R1 R2
R R
E E
+ + =
β (2.7)
dengan RE,R1 , R2 adalah hambatan pembagi tegangan pada emitor kedua penguat.
β
A A
Aumpan balik
+ =
−
1
)
( (2.8)
dengan A(umpan−balik) adalah penguatan umpan balik rangkaian dan A adalah penguatan pada rangkaian.
2.4.1 Titik Kerja DC
Gambar 2.9 Rangkaian penguat analisis titik kerja DC (Horenstein, 1996)
Analisis DC pada penguatan pertama:
1 1 1
C CE CC C
R V V
I = − (2.9)
dengan IC1adalah arus yang mengalir pada hambatan RC1, VCCadalah tegangan catu
rangkaian, VCE1 adalah tegangan antara kolektor dan emitor pada transistor Q1, RC1
adalah hambatan pada kolektor transistor Q1.
2 1
1 2 1
R R
V V
I E BE
B +
−
dengan IB1 adalah arus yang mengalir pada basis transistor Q1, VE2 adalah tegangan
pada emitor transistor Q2, VBE1 adalah tegangan antara basis dan emitor transistor Q1,
R1 dan R2 adalah hambatan pembagi tegangan pada emitor kedua penguat.
2 1
1 2
1 ( 1)
R R
V V hfe
I E BE
E +
− +
= (2.11)
dengan hfe adalah penguatan arus transistor dan IE1 adalah arus yang mengalir pada
emitor transistor Q1.
Diasumsikan transistor Q1dalam kondisi ON sehingga VBE1 = 0.7Volt (silicon)
1 1
1 C B
E I I
I = + (2.12)
VCE1 =VCC −(IC1.RC1) (2.13)
Analisis DC pada penguatan kedua:
2 2 2
C C CC C
R V V
I = − (2.14)
dengan IC2adalah arus yang mengalir pada hambatan RC2, VC2 adalah tegangan pada
hfe R
V V I
C C CC B
.
2 2 2
−
= (2.15)
dengan IB2 adalah arus yang mengalir pada basis transistor Q2 dan hfe adalah
penguatan arus transistor.
Diasumsikan transistor Q2dalam kondisi ON sehingga VBE2 = 0.7Volt (silicon)
IE2 =IC2 +IB2 (2.16)
dengan IE2 adalah arus yang mengalir pada emitor transistor Q2.
E E
E I R
V 2 = 2. (2.17)
dengan VE2 adalah tegangan pada emitor transistor Q2, IE2 adalah arus yang mengalir
pada emitor transistor Q2 dan RE adalah hambatan pada emitor transistor Q2.
VC2 =VE2 +VCE2 (2.18)
Karena RE konstan, maka tegangan VE yang memberi umpan balik basis
transistor Q1 menghasilkan arus basis yang juga konstan. Kedua penguat akan
bergantung satu sama lain, sehingga penguatan tidak terpengaruh perubahan suhu yang dapat menyebabkan hanyutan (drift) dan perubahan hfe (Horeinstein, 1996).
2.4.2 Analisis Sinyal AC
Pada uraian titik kerja DC, nilai-nilai komponen resistor yang digunakan tidak berpengaruh pada penguatan, hanya pada titik kerja transistor saja. Tetapi pada analisis sinyal AC, penguatan ditentukan resistor yang digunakan.
Pada frekuensi tinggi 40 kHz, kapasitor akan berimpedansi sangat rendah sehingga akan terlihat seolah-olah hubung singkat ke ground. Untuk persamaan analisis sinyal AC dapat ditentukan dengan acuan Gambar 2.10.
Impedansi masukkan dan hambatan dalam emitor:
1 1
26
E
I mV
re = (2.19)
dengan re1 adalah hambatan dalam emitor penguat pertama dan IE1 adalah arus DC
yang mengalir pada kaki emitor transistor Q1.
2 2
26
E
I mV
re = (2.20)
dengan re2 adalah hambatan dalam emitor penguat kedua dan IE2adalah arus DC yang
mengalir pada kaki emitor transistor Q1.
1 1
1 1 1
. . .
re hfe R
re hfe R Rin
+
= (2.21)
dengan Rin1 adalah hambatan masukan penguatan penguat pertama, R1 adalah
hambatan pada basis penguat pertama dan hfe adalah penguatan arus transistor. Rin2 =Rc1 ||Zin2 (2.22)
dengan Rin2 adalah hambatan masukan penguat kedua, RC1 adalah hambatan basis
Zin2 =re2 +(hfe+1)RE ||R2 (2.23)
dengan REdan R2 adalah hambatan pada emitor penguat kedua.
Penguatan tegangan tingkat pertama:
S O V
V V
A 1 = 1 (2.24)
dengan VO1 adalah tegangan keluaran penguat pertama, AV1 adalah penguatan
tegangan tingkat pertama dan VS adalah tegangan masukan.
1
Rin V
i S
in = (2.25)
dengan iin adalah arus masukan.
b iin
re hfe R
R i
1 1
1 1
.
+
= (2.26)
Persamaan (2.25) disubtitusikan dengan persamaan (2.26) menjadi: 1 1 1 1 1 . Rin V re hfe R R i S b +
= (2.27)
Persamaan (2.27) dapat disederhanakan menjadi:
1
1 1
1
1. ( . )
R re hfe R Rin i V b S +
= (2.28)
VO1 =hfe.ib1.Rin2 (2.29)
Persamaan (2.28) dan (2.29) disubtitusikan dengan persamaan (2.24) menjadi:
) . ( . . . . 1 1 1 1 1 2 1 1 re hfe R Rin ib R Rin ib hfe AV +
= (2.30)
Persamaan (2.27) disederhanakan menjadi:
) . ( . . 1 1 1 1 2 1 re hfe R Rin R Rin hfe AV +
= (2.30)
Penguatan tegangan tingkat kedua:
1 2 2 O O V V V
Dengan VO2 adalah tegangan keluaran penguat kedua dan AV2 adalah penguatan
tegangan tingkat kedua,
2 2 2 2 2 2 2 || ) 1 ( . . ) || ( . R R hfe i i re hfe R R i hfe A E b b L C b V + + −
= (2.32)
dengan ib2 adalah arus yang mengalir pada hambatan hfe.re2, RC2 adalah hambatan
kolektor penguat kedua.
Dengan hfe>>1, persamaan (2.32) disederhanakan menjadi:
) || ( || 2 2 2 2 R R re R Rc A E L V +
= (2.33)
Persamaan penguatan total rangkaian dinyatakan sebagai.
AVtotal= AV1.AV2 (2.34)
2.4.3 Tanggapan Frekuensi
Tanggapan frekuensi masukan: in Lin C R f 1 2 1 π
= (2.36)
Tanggapan frekuensi keluaran:
out L C Lo C R R f ) ( 2 1 2 + =
π (2.37)
Tanggapan frekuensi umpan balik:
[
E]
fbLfb C R R R f ) || ( 2 1 2 1 + =
π (2.38)
Tanggapan frekuensi kolektor:
c C Lc C R f 1 2 1 π
2.5Penyearah Setengah Gelombang
Salah satu aplikasi dari dioda adalah mengubah masukan gelombang AC menjadi keluaran DC yang disebut perataan gelombang (rectification wave). Dalam hal ini yang diratakan adalah masukan AC bagian negatif saja, sehingga yang keluar hanya keluaran positif (Schilling, 1989).
Untuk setengah gelombang, persamaan tegangan DC adalah:
14 . 3
Vp
Vdc= (2.40)
dengan Vp adalah tegangan puncak gelombang.
Dengan rangkaian yang ditunjukkan Gambar 2.11, maka persamaan Kirchhoff’s Voltage Law (KVL) adalah:
L D in D
R V V
I = − (2.41)
dengan Vin adalah tegangan masukan, VD adalah tegangan dioda saat aktif, ID arus
yang mengalir pada dioda dan RL adalah hambatan beban.
Dari persamaan (2.41) ada 2 parameter yang tidak diketahui nilainya yaitu VD
dan ID, karena keduanya bergantung dengan karakteristik dioda itu sendiri. Tegangan
dioda biasanya sekitar 0.7 Volt, karena itu jika Vin tidak lebih besar dari VD, maka
dioda tidak dapat memberi tegangan prasikap maju. Dioda akan terhubung buka sehingga arus IDakan menjadi nol. Sebaliknya jika Vin lebih besar dari VD, maka ada
arus yang mengalir pada rangkaian sebesar ID. Dengan dasar ini, dapat disimpulkan
bahwa jika masukannya gelombang AC, maka siklus positif saja yang akan muncul (Schuler, 2003).
2.6Driver Relay
yang ditunjukkan Gambar 2.12. Melihat dari kurva karakteristik transistor pada Gambar 2.13, pada titik A, arus basis IB = 0, identik dengan saklar off-open yaitu saat
transistor hanya melewatkan arus kolektor IC yang kecil, sehingga tegangan di
kolektor VCE mendekati VCC yang disebut tegangan pancung (cut-off).
Gambar 2.12 Rangkaian transistor sebagai saklar (Paynter, 2003)
Sedangkan pada titik B, arus basis IB cukup besar bagi transistor untuk saturasi.
Hal ini identik dengan saklar yang sedang on-close yaitu saat transistor melewatkan arus kolektor IC yang besar, sehingga VC kecil. Tegangan ini merupakan
tegangan saturasi kolektor-emitor (VCE sat) yang besarnya antara 0,2 Volt sampai 0,3
Gambar 2.13 Karakteristik transistor (Floyd, 1996)
Karakteristik transistor pada Gambar 2.13, diilustrasikan seperti rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar 2.14.
Gambar 2.14 Kurva pensaklaran (Paynter, 2003)
VCE(cut−off) =VCC −IC(cut−off)RC (2.42)
dengan VCE(cut-off) adalah tegangan antara kolektor dan emitor saat cut-off, VCC adalah
tegangan catu rangkaian, IC(cut-off) adalah arus yang mengalir pada hambatan RC saat
cut-off.
VCE(sat) =VCC −IC(sat)RC (2.43)
dengan VCE(sat) adalah tegangan antara kolektor dan emitor saat saturasi, IC(sat) adalah
arus yang mengalir pada hambatan RC saat saturasi.
Saat saturasi, VCE akan sangat kecil, sehingga jika diasumsikan VCE << 0.1Volt,
persamaan (2.39) disederhanakan menjadi:
C CC sat
C
R V
I ( ) = (2.44)
Arus IB , IC , IE yang mengalir dinyatakan sebagai:
B BE B B
R V V
dengan IB adalah arus yang mengalir pada hambatan RB, VB adalah tegangan
masukan, VBE adalah tegangan antara basis dengan emitor saat transistor aktif, RB
adalah hambatan basis transistor
IC =βIB (2.46)
dengan ICadalah arus yang mengalir pada hambatan RC dan β adalah penguatan arus
pada transistor.
IE =(β +1)IB (2.47)
dengan IEadalah arus pada kaki emitor transistor.
Dengan β>>1, maka persamaan (2.43) dapat disederhanakan menjadi:
IC =IE (2.48)
Gambar 2.15 adalah gambar rangkaian driver relay. Rangkaian ini merupakan rangkaian transistor sebagai saklar yang terpasang dengan relay dan dioda. Dioda digunakan sebagai pengaman arus yang masuk ke kolektor transistor. Sedangkan
relay yang terpasang paralel dengan keluaran rangkaian transistor sebagai saklar digunakan untuk kontak ON dan OFF. Kontak relay terhubung dengan VO atau VCE,
sebagai pengaman. Agar saat kontak relay OFF, tegangan induksi akibat VCC yang
mengalir pada kontak relay lainnya tidak merusak transistor.
BAB III
PERANCANGAN ALAT
3.1 Alat dan Bahan yang dibutuhkan
Pengendali jarak jauh ON-OFF PC dengan gelombang ultrasonik terdiri dari beberapa rangkaian dan komponen diskret:
1. Rangkaian osilator IC 555 untuk membangkitkan gelombang dengan frekuensi kerja 40 kHz.
2. Sepasang transduser ultrasonik yang dapat memancarkan dan menerima gelombang ultrasonik dengan frekuensi kerja 40 kHz.
3. Rangkaian penguat untuk menguatkan sinyal yang diterima dari transduser ultrasonik.
3. Rangkaian penyearah gelombang untuk mengubah tegangan AC menjadi DC. 4. Rangkaian driver relay sebagai pensaklaran perangkat PC
3.2 Perancangan Hardware
Gambar 3.1 Diagram Blok Alat
3.2.1 IC 555 Sebagai Osilator
Rangkaian osilator ini berfungsi untuk memicuaktuator ultrasonik agar aktuator tersebut dapat menghasilkan sinyal dengan frekuensi ultrasonik (40 kHz). Untuk dapat membuat suatu rangkaian osilator dengan frekuensi sebesar ±40 kHz, Maka perlu diperhitungkan besarnya nilai kapasitor dan resistor eksternal yang terpasang di luar IC 555.
Mengacu pada bab II, komponen eksternal osilator dengan IC 555 dapat diperoleh. Nilai t1 dan t2 dicari dengan persamaan (2.4)
us t
t 25
10 . 40
1
3 2
1+ = =
AKTUATOR
OSILATOR
RANKAIAN PENGUAT
SENSOR PENYEARAH SETENGAH GELOMBANG
DRIVER RELAY
PERANGKAT PC
PENERIMA ULTRASONIK PEMANCAR ULTRASONIK
Pada perancangan ini duty cycle yang digunakan 68%. Sehingga dipilih pembagian waktu ON dan OFF adalah t1 =8us, t2 =17us dan C = 1nF, maka RA
dan RB dapat dicari dengan persamaan (2.5) dan (2.6). Nilai RBadalah:
= ≅ Ω
× =
×
= − − k
C t
RB 115440.01 12
10 . 1 693 . 0 10 . 8 693 . 0 9 6 1
sedangkan nilai RA adalah:
− = ≅ Ω
× =
− ×
= R − − k
C t
RA B 12.10 12531.02 13
10 . 1 693 . 0 10 . 17 693 . 0 3 9 6 2
Gambar rangkaian hasil perancangan ditunjukkan pada Gambar 3.2.
Hasil simulasi untuk rangkaian Gambar 3.2 ditunjukkan pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3 Gelombang keluaran osilator
Dari Gambar 3.3 diketahui frekuensi osilasi sebesar:
kHz
fO 40
10 . 25
1
6 =
= −
3.2.2 Sensor dan Aktuator Ultrasonik
3.2.3 Rangkaian Penguat
Gambar 3.4 Rangkaian penguat
Gambar 3.4 adalah rangkaian penguat yang sudah dirancang berdasarkan persamaan pada uraian 2.4.1 dan 2.4.2. Dari data sheet 2N3904 dapat diketahui bahwa saat IC(sat) = 10mA, arus basis IB=1mA. Dengan persamaan (2.16) dan (2.17),
tegangan VE dapat diperoleh:
2 10.10 3 1.10 3
− − +
= E
I
V VE 11.10 3 680 7.48
2 = × Ω=
−
Jika R1 = 100kΩ, R2 = 100Ω dan β =hfe=100, maka arus emitor pada Q1
dapat dihitung berdasarkan persamaan (2.11).
mA
IE 6.8
100 10
. 100
7 . 0 48 . 7 ) 1 100
( 3
1 =
+ − +
Dengan IE1 dan IE2 yang sudah diperoleh, hambatan internal emitor pada
masing-masing transistor Q1 dan Q2 dapat diperoleh dengan persamaan (2.19) dan
(2.20)
Ω =
= −− 3.8
10 . 8 . 6 10 . 26 3 3 1 re Ω =
= −− 2.3
10 . 11 10 . 26 3 3 2 re
Penguat ini dirancang dengan penguatan AV1= 550 dan AV2=2, sehingga
penguatan total adalah AVtotal = AV1.AV2= 1100. Dari data sheet tranduser ultrasonik, sensitivitas penerimaan sinyal adalah -65 dB. Dengan masukan osilator sebesar 5V, maka tegangan yang diterima oleh sensor ultrasonik adalah 2.8mV. Sehingga dengan penguatan 1100 kali, penyearah setengah gelombang mendapat masukan 3V dan tegangan keluaran penyearah adalah 2.3V. Tegangan 2.3V adalah tegangan yang dirancang untuk memberi masukan untuk driver relay pada jarak 8 meter. Dengan persamaan analisis sinyal AC pada uraian 2.4.2, nilai komponen perancangan dapat dicari.
Ω =4620 2 Rin Ω = + + = k
Zin2 2.3 (100 1)680||100 8.8
Ω = − × = 9726 4620 10 . 8 . 8 10 . 8 . 8 4620 3 3 1 Rc
Rc1 yang dipakai pada perancangan ini adalah 10kΩ sesuai yang ada di pasaran.
) 100 || 680 ( 3 . 2 || 2 2 +
= Rc RL
184 ||
2 RL =
Rc
Jika RC2= 3.9kΩ, maka nilai RC2:
184 9 . 3 9 . 3 = + × L L R k R k Ω =194 L R
Karena resistor 194Ω tidak ada di pasaran, maka RL menggunakan hambatan
200Ω.
Rangkaian penguat dirancang dengan tanggapan frekuensi 700 Hz, 40 kHz dan 1
F
Cin 3 2.10 9
700 10 . 100 28 . 6
1 = −
× ×
=
Nilai kapasitor di pasaran yang paling mendekati 2 nF adalah 2200 pF. Nilai Cout adalah:
nF
Cout 1
10 . 40 ) 440 10 . 9 . 3 ( 28 . 6 1 3
3 + × ≅
× =
Nilai Cfb adalah:
[
]
nFCfb 1
10 . 1 ) 680 || 100 ( 10 . 100 28 . 6 1 6
3 + × ≅
× =
Sedangkan tanggapan frekuensi kolektor:
Hz
fLC 0.34
10 . 47 10 . 10 28 . 6 1 6
3× =
×
= −
Gambar 3.5 Simulasi Gelombang Transient
Dari Gambar 3.5 diketahui bahwa dengan tegangan masukan Vin sebesar 1mV,
diperoleh penguatan 1200 kali. Sehingga tegangan keluaran Vout yang dihasilkan
adalah 1.2V.
Gambar 3.6 menunjukkan tanggapan frekuensi penguatan dalam decibles. Penguatan saat frekuansi 40 kHz adalah 62 dB, sama dengan pengutan saat frekuensi 145 kHz. Pada saat frekuensi sebesar 1 MHz, penguatan menurun menjadi 60 dB. Artinya rangkaian penguat yang dirancang dapat bekerja sebagai penguat dengan frekuensi osilasi 40 kHz hingga 145 kHz.
3.2.4Penyearah Setengah Gelombang
Dari data sheet IN4148, arus maksimal yang mengalir pada dioda adalah 1mA. Maka RLdapat dicari dengan persamaan (2.41)
RL = − − =2.3kΩ
10 . 1
7 . 0 3
3
Hasil simulasi dari rangkaian Gambar 3.5 ditunjukkan pada Gambar 3.8. Tegangan keluaran (VL) sebesar 2.3V adalah selisih antara tegangan masukan (Vin =
3V) dengan tegangan dioda (VD = 0.7V).
Gambar 3.8 Keluaran penyearah setengah gelombang
3.2.5Driver Relay
Transistor dapat diaplikasikan sebagai saklar dengan memanfaakan karakteristik daerah kerja transistor dalam keadaan ekstrim jenuh (saturation) dan ekstrim terpancung (cut off). Dari data sheet 2N2222 diketahui bahwa arus basis saat VCE
saturasi adalah 1mA, sehingga RB dapat dicari dengan persamaan (2.45).
Ω = −
= − k
RB 1.6
10 . 1
7 . 0 3 . 2
Karena di pasaran tidak ada nilai resistor sebesar 1.6kΩ maka resistor yang digunakan RB= 1.2kΩ. Dengan penguatan arus (β) sebesar 100, maka arus kolektor
dapat ditentukan dengan persamaan (2.46).
IC =100×1.10−3 =100mA
Jika tegangan basis yang masuk ke transistor dirancang sebesar 2.3V, maka hambatan kolektor dapat ditentukan dengan persamaan (2.44)
= − =120Ω 10
. 100
12
3 C
R
Saat transistor dalam keadaan cut-off, tegangan basis tidak cukup untuk mengendalikan arus kolektor, sehingga VCE akan mencapai bahkan hingga sama
dengan VCC. Keadaan ini menyebabkan kolektor seolah-olah menjadi hubung singkat
dengan VCC. Dengan persamaan (2.42) diperoleh tegangan tegangan antara kolektor
dan emitor cut-off.
V VCE(cut−off) =12−0×120Ω=12
terhubung buka. Dengan persaman (2.43) diperoleh tegangan antara kolektor dan emitor saturasi.
VCE(sat) =12−100.10 3×120Ω=0V
−
Rangkaian hasil perancangan ditunjukkan pada Gambar 3.9.
Gambar 3.9 Rangkaian transistor sebagai saklar
Hasil simulasi rangkaian pada Gambar 3.9 ditunjukkan pada Gambar 3.10. Dengan tegangan masukan VB dari 0 sampai 2.3 V, tegangan catu 12 V dan transistor
2N2222, diperoleh tegangan VCE(cut-off) sebesar 12V dan VCE(sat) sebesar 0.25V.
Sedangkan untuk waktu keluaran gelombang diperoleh waktu tunda 0.3us, waktu
Gambar 3.10 Keluaran VCE rangkaian transistor sebagai saklar
Setelah mendapatkan hasil perancangan, rangkaian transistor sebagai saklar dipasangkan dioda dan relay, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.11.
Rangkaian keseluruhan dari alat ditunjukkan pada Gambar 3.12.
BAB IV
REALISASI DAN ANALISIS KERJA ALAT
4.1 Tingkat Keberhasilan Alat
Setelah alat direalisasikan, diperoleh data keberhasilan alat untuk menghidupkan PC seperti ditunjukkan Tabel 4.1. Data tersebut berdasarkan sampel sebanyak 30 kali percobaan pada setiap jarak pancar dari osilator.
Tabel 4.1 Data tingkat keberhasilan alat Jarak Penerima
Ultrasonik (m)
Jumlah Keberhasilan
% Keberhasilan
1 30 100
1.5 30 100
2 30 100
2.5 30 100
3 30 100
3.5 30 100
4 30 100
4.5 30 100
5 30 100
5.5 30 100
6 30 100
6.5 30 100
7 30 100
7.5 30 100
8 28 93.33
Tabel 4.1 dapat digambarkan dalam grafik seperti ditunjukkan pada Gambar 4.1
Gambar 4.1 Grafik tingkat keberhasilan alat
Dari Gambar 4.1 diketahui bahwa pada jarak 8.5 meter alat sudah tidak optimal lagi untuk menghidupkan PC. Tingkat keberhasilan alat hanya 33.33%. Sedangkan pada 8 meter, alat masih berfungsi dengan baik dengan tingkat keberhasilan 93.33%. Dari keterangan data Tabel 4.1 diketahui bahwa alat sudah bekerja baik pada jarak 8 meter sesuai dengan perancangan. Kemampuan alat terbatas pada 8 meter saja dikarenakan pelemahan sinyal yang terjadi pada proses pengiriman sinyal melalui aktuator ultrasonik. Data pelemahan sinyal ditunjukkan pada Tabel 4.2 uraian 4.3.1
4.2 Osilator Ultrasonik
diberi tegangan masukan dari baterai 9V. Pada saat pengukuran dengan multimeter, tegangan baterai adalah 8.5V. Hal ini masih memungkinkan untuk mengendalikan penerima dengan tegangan catu 12V.
Gambar 4.2 Osilator ultrasonik
Hambatan R1 sebelumnya kurang tepat memenuhi nilai 12 kΩ seperti pada
perancangan, sehingga osilator tidak tepat menghasilkan frekuensi ±40 kHz. Dengan menggunakan R1 sebelumnya diperoleh frekuensi osilator sebesar 36.55 kHz. Padahal
alat dirancang bekerja pada frekuensi 40 kHz seperti yang tertera pada data sheet
tranduser ultrasonik. Agar memenuhi frekuensi yang dibutuhkan, maka hambatan menggunakan potensio. Dari keluaran osiloskop diketahui bahwa frekuensi yang dihasilkan osilator adalah 39 kHz, sedangkan dari frekuensi counter terukur 39.75
Gambar 4.3 Keluaran osilator ultrasonik
Bentuk gelombang keluaran osilator ditunjukkan pada Gambar 4.3. Dari keluaran osiloskop diketahui bahwa tegangan keluaran yang dihasilkan osilator adalah 5.9 V. Pada teori osilator dengan IC 555, tegangan keluaran yang dihasilkan adalah VCC sebagai high dan Ground sebagai low. Sehingga seharusnya tegangan
4.3 Penerima Ultrasonik
Alat penerima ultrasonik ditunjukkan pada Gambar 4.4.
Gambar 4.4 Penerima ultrasonik
4.3.1 Rangkaian Penguat
Dari data sheet tranduser ultrasonik, sensor ultrasonik akan menerima sinyal dengan pelemahan sebesar 65 dB pada frekuensi 40 kHz. Persamaan pelemahan adalah:
⎟⎟
⎠ ⎞ ⎜⎜
⎝ ⎛ × =
− −
Osilator O
Sensor IN dB
V
V V Log
Tabel 4.2 Data pelemahan masukan penguat Jarak Penerima
Ultrasonik (m)
Pelemahan (dB)
1 47.1 1.5 49.4
2 50.3 2.5 52.5
3 57.4 3.5 59.2
4 59.9 4.5 61.1
5 62.2 5.5 62.9
6 63.4 6.5 63.8
7 64.1 7.5 64.5
8 65.9 8.5 68.6
9 71.33 9.5 73.8
10 75.4
Data Tabel 4.2 dapat digambarkan dalam grafik seperti ditunjukkan pada Gambar 4.5
Dari Gambar 4.5, pelemahan pada jarak 8 meter merupakan pelemahan minimal yang masih bisa dikuatkan oleh penguat. Setelah jarak 8 meter, pelemahan melebihi dari pelemahan yang sudah dirancang. Sehingga idealnya alat ini akan bekerja dengan baik apabila digunakan pada jarak 8 meter.
Saat sinyal diterima penguat, perubahan tegangan masukan berbanding lurus dengan jarak pancar sinyal. Semakin jauh sinyal yang dikirimkan dari osilator, maka tegangan masukan pada penguat juga akan menurun. Akan tetapi perubahan tegangan keluaran pada penguat tidak berubah secara drastis terhadap masukan. Hal ini karena penguatan umpan balik dapat mengurangi gradien kenaikan penguatan yang besar. Tabel 4.3 merupakan perubahan penguatan terhadap jarak pancar ultrasonik.
Tabel 4.3 Data penguatan terhadap penerima ultrasonik Jarak Penerima
Ultrasonik (m)
Penguatan (dB)
1 39.6 1.5 41.9
2 42.8 2.5 44.6
3 49.4 3.5 50.5
4 51 4.5 52.5
5 52.8 5.5 53.6
6 54 6.5 54
7 54.2 7.5 54.2
Data Tabel 4.3 dapat digambarkan dalam grafik seperti ditunjukkan pada Gambar 4.6
Gambar 4.6 Grafik penguatan terhadap jarak penerima ultrasonik
4.3.2 Penyearah Setengah Gelombang dan Filter kapasitor
Dalam perancangan sebelumnya, rangkaian penyearah tidak menggunakan filter
kapasitor. Tetapi saat realisasi alat, penulis mengamati bahwa alat kurang bekerja dengan baik saat digunakan pada jarak lebih dari 3 meter. Hal itu karena jika dengan tegangan DC dari penyearah saja, tegangan yang diperoleh tidak cukup untuk penyaklaran. Untuk mendapatkan tegangan DC yang sesuai dengan kebutuhan alat, maka tegangan ripple dari penyearah harus direduksi. Rangkaian penyearah yang sudah diubah ditunjukkan pada Gambar 4.7 (Boylesatad, 1996).
Gambar 4.7 Penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor
Gambar 4.8 Bentuk gelombang penyearah setengah gelombang
Gambar 4.9 Bentuk gelombang ripple
Tabel 4.4 menunjukkan data perbandingan tegangan DC keluaran filter
kapasitor terhadap jarak penerima ultrasonik. Persamaan untuk menghitung tegangan DC filter kepasitor adalah:
2
)
(Penguat
O m
V
V = (4.2)
2
Vfilter V
Tabel 4.4 Data tegangan DC filter kapasitor terhadap jarak penerima ultrasonik Jarak Penerima
Ultrasonik (m)
Vdc
(V)
1 1.25 1.5 1.25
2 1.25 2.5 1.2
3 1.174 3.5 1.1
4 1.05 4.5 1.05
5 1 5.5 1
6 1 6.5 0.95
7 0.95 7.5 0.9
8 0.9 8.5 0.8
9 0.7 9.5 0.7
10 0.7
Dari Gambar 4.10, grafik ini menunjukkan perubahan tegangan DC berbanding lurus dengan jarak pancar ultrasonik. Dapat diamati bahwa pada jarak lebih dari 8 meter, tegangan masukan untuk rangkaian driver relay hanya sebesar 0.8V hingga 0.7V. Apabila tegangan masukan driver relay sama dengan atau kurang dari tegangan
VBE, maka transistor tidak memungkinkan untuk menjadi saklar. Sehingga dapat
disimpulkan bahwa tegangan DC yang cukup untuk penyaklaran hanya sampai pada jarak pancar 8 meter saja.
4.3.3 Driver relay
Tabel 4.5 Data driver relay
Jarak Penerima Ultrasonik
(m)
VCE (V)
1 0.5 1.5 0.5
2 0.5 2.5 0.5
3 0.5 3.5 0.5
4 0.5 4.5 0.5
5 0.5 5.5 0.5
6 0.5 6.5 0.5
7 0.5 7.5 0.5
8 0.5 8.5 0.7
9 12 9.5 12
10 12
Pada saat transistor menjadi saklar, tegangan kolektor emitor menjadi sangat rendah hingga mendekati 0V. Pada Gambar yang ditunjukkan Gambar 4.11, jarak pancar 1 meter hingga 8 meter tegangan kolektor emitor adalah sebesar 0.5V. Grafik tersebut menunjukkan bahwa alat berfungsi baik sebagai saklar apabila digunakan dengan jarak maksimal 8 meter.
Terkait dengan pelemahan sinyal yang terjadi pada tegangan masukan penerima ultrasonik. Penulis mencoba untuk melakukan percobaan dengan tegangan catu osilator ultrasonik 12V. Dari percobaan tersebut diperoleh jarak pancar yang lebih jauh hingga 10 meter. Data penambahan jarak pancar dengan catu 12V ditunjukkan pada lampiran B.
4.4 Pemasangan Penerima Ultrasonik Pada PC
Untuk pemasangan alat penerima ultrasonik pada PC perlu diperhatikan jenis
power supply yang digunakan pada PC. Alat ini hanya dipakai pada power supply
Gambar 4.12 Pemasangan kabel relay pada PC
Penulis juga melakukan pemasangan alat pada CPU sistem operasi lain selain
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
1. Alat bekerja dengan baik
2. Alat ini mampu mencapai jarak pancar maksimal hingga 8 meter sesuai dengan perancangan.
5.2 Saran
1. Pada saat proses shut down, disarankan pengguna menyimpan data terlebih dahulu.
2. Alat ini ditujukan untuk semua jenis komputer yang sudah support dengan sistem operasi Windows 2000, Me, XP atau versi diatasnya. Karena sudah menyediakan pengaturan shut down lewat tombol power.
3. Sebaiknya menggunakan relay dengan arus maksimal 3 A. Agar arus dari PC tidak mengunci kontak relay saat penyaklaran.
DAFTAR PUSTAKA
Boylestad R.L, 1996, Electronic Devices and Circuit Theory, Prentice-Hall Inc, Englewood Cliffs, New Jersey.
Floyd, 1996, Electronic Fundamentalscircuit Device and Applications, McGraw-Hill Inc, United State of America.
Horenstein, 1996, Microelectronic Circuit and Divice, Prentice-Hall Inc, Englewood Cliffs, New Jersey.
Paynter, 2003, Introductory Electronic Device and Cicuit, Prentice-Hall Inc, Englewood Cliffs, New Jersey.
Schuler C.A, 2003, Electronics Principles and Applications Six Edition, The McGraw-Hill Companies Inc, Singapore.
Schilling, 1989, Electronic cicuit Discrete and Integrated, Simon and Schuster a Viacom Company, Upper Saddle River, New Jersey.
Tutorial Windows XP, 2001, Microsoft www.innovativeelectronics.com
www.st.com/stonline/books/pdf/ www.detik.com
IC 555 SEBAGAI OSILATOR FRISCIA ANTHONY 015114010
PENERIMA ULTRASONIK FRISCIA ANTHONY 015114010
DATA KELUARAN OSILATOR DATA KELUARAN PENERIMA OSILATOR Jarak Penerima Ultrasonik (m) Vo-osilator (V) 1 5.9 1.5 5.9 2 5.9 2.5 5.9 3 5.9 3.5 5.9 4 5.9 4.5 5.9 5 5.9 5.5 5.9 6 5.9 6.5 5.9 7 5.9 7.5 5.9 8 5.9 8.5 5.9 9 5.9 9.5 5.9 10 5.9 Jarak Penerima Ultrasonik (m)
VIN
-sensor (mVpp)
VO-penguat
(Vpp) Vfilter (mVpp) Vdc (V) VCE (V)
1 26 2.5 1.4 1.25 0.5 1.5 20 2.5 1.4 1.25 0.5 2 18 2.5 1.4 1.25 0.5 2.5 14 2.4 1.4 1.2 0.5 3 8 2.35 1.4 1.174 0.5 3.5 6.5 2.2 1.2 1.1 0.5 4 6 2.1 1.2 1.05 0.5 4.5 5 2.1 1 1.05 0.5
5 5 2 1 1 0.5
5.5 5 2 1 1 0.5
6 4 2 1 1 0.5
DATA PERCOBAAN ALAT PADA JARAK 10 METER DENGAN TEGANGAN BATERAI OSILATOR 12 V
Jarak Penerima Ultrasonik (m)
Jumlah Keberhasilan
% Keberhasilan
1 30 100
1.5 30 100
2 30 100
2.5 30 100
3 30 100
3.5 30 100
4 30 100
4.5 30 100
5 30 100
5.5 30 100
6 30 100
6.5 30 100
7 30 100
7.5 30 100
8 30 100
8.5 30 100
9 30 100
9.5 30 100 10 30 100 10.5 12 40
11 5 16.66
DATA SHEET
Timers and signal generators
Timers and signal generators
Timers and signal generators
Timers and signal generators
Order codeOrder code Order code
Order code Manufacturer codeManufacturer codeManufacturer codeManufacturer code DescriptionDescriptionDescriptionDescription
77-1212 n/a n/a
82-0336 NE555 NE555 SINGLE TIMER (RC)
N DIP8 (Plastic Package) D SO8 (Plastic Micropackage) 1 2 3 4 5 6 7
8 1 - GND
2 - Trigger 3 - Output 4 - Reset
5 - Control voltage 6 - Threshold 7 - Discharge 8 - VCC
PIN CONNECTIONS(top view)
.
LOW TURN OFF TIME.
MAXIMUM OPERATING FREQUENCY GREATER THAN 500kHz.
TIMING FROM MICROSECONDS TO HOURS.
OPERATES IN BOTH ASTABLE AND MONOSTABLE MODES.
HIGH OUTPUT CURRENT CAN SOURCE OR SINK 200mA.
ADJUSTABLE DUTY CYCLE.
TTL COMPATIBLE.
TEMPERATURE STABILITY OF 0.005% PERoCORDER CODES Part Number Temperature Range Package N D
NE555 0oC, 70oC • •
SA555 –40oC, 105oC • •
SE555 –55oC, 125oC • • 555-01.TBL
DESCRIPTION
The NE555monolithictiming circuit is a highlystable controller capableof producing accuratetime delays or oscillation. In the time delay mode of operation, the time is precisely controlled by one external re-sistor and capacitor.For a stableoperation as an os-cillator, the free running frequency and the duty cy-cle are both accurately controlled with two external resistors and one capacitor. The circuit may be trig-gered and reset on falling waveforms, and the out-put structure can source or sink up to 200mA. The NE555 is available in plastic and ceramic minidip package and in a 8-lead micropackage and in metal can package version.
NE555
SA555 - SE555
THRESHOLD COMP 5kΩ 5kΩ 5kΩ TRIGGER R FLIP-FLOP S Q DISCHARGE OUT INHIBIT/ RESET RESET COMP
S - 808 6 S + CONTROL VOLTAGE VCC 555-03.EPS BLOCK DIAGRAM OUTPUT CONTROL VOLTAGE THRESHOLD COMPARATOR VCC R1
4.7kΩ 830R2Ω
Q5 Q6 Q7 Q8 Q9
R3
4.7kΩ 1kR4Ω5kR8Ω
Q1 Q2 Q3 Q4 Q10 Q11 Q12 Q13 THRESHOLD TRIGGER RESET DISCHARGE
G N D 2 4 7 1 Q14 Q15 R5
10kΩ 100kR6Ω 100kR7Ω 5kR10Ω
Q17
Q16 Q18
R9
5kΩ D2
R16 100Ω 4.7kR15Ω
R14 220Ω Q24 Q23 R17 4.7kΩ 3 Q22 R13 D1 Q19 Q20 Q21 R12 6.8kΩ 5
TRIGGER COMPARATOR FLIP FLOP
R11
5kΩ
3.9kΩ
555-04.EPS
SCHEMATIC DIAGRAM
ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS
Symbol Parameter Value Unit
Vcc Supply Voltage 18 V
Toper Operating Free Air Temperature Range for NE555
for SA555 for SE555
0 to 70 –40 to 105 –55 to 125
oC
Tj Junction Temperature 150 oC
ELECTRICAL CHARACTERISTICS
Tamb= +25oC, VCC= +5V to +15V (unless otherwise specified)
Symbol Parameter SE555 NE555 - SA555 Unit
Min. Typ. Max. Min. Typ. Max.
ICC Supply Current (RL∞) (- note 1)
Low State VCC= +5V
VCC= +15V
High State VCC= 5V
3 10
2
5
12 103
2
6 15
mA
Timing Error (monostable) (RA =2k to 100kΩ, C = 0.1µF)
Initial Accuracy - (note 2) Drift with Temperature Drift with Supply Voltage
0.5 30 0.05 2 100 0.2 1 50 0.1 3 0.5 % ppm/°C %/V Timing Error (astable)
(RA, RB= 1kΩto 100kΩ, C = 0.1µF,
VCC= +15V)
Initial Accuracy - (note 2) Drift with Temperature Drift with Supply Voltage
1.5 90 0.15 2.25 150 0.3 % ppm/°C %/V VCL Control Voltage level
VCC= +15V
VCC= +5V
9.6
2.9 3.3310 10.43.8 2.69 3.3310 114
V
Vth Threshold Voltage
VCC= +15V
VCC= +5V
9.4
2.7 3.3310 10.64 8.82.4 3.3310 11.24.2 V
Ith Threshold Current - (note 3) 0.1 0.25 0.1 0.25 µA
Vtrig Trigger Voltage
VCC= +15V
VCC= +5V
4.8
1.45 1.675 5.21.9 4.51.1 1.675 5.62.2 V
Itrig Trigger Current (Vtrig= 0V) 0.5 0.9 0.5 2.0 µA
Vreset Reset Voltage - (note 4) 0.4 0.7 1 0.4 0.7 1 V
Ireset Reset Current
Vreset= +0.4V
Vreset= 0V
0.1
0.4 0.41 0.10.4 0.41.5
mA
VOL Low Level Output Voltage
VCC= +15V, IO(sink)= 10mA
IO(sink)= 50mA
IO(sink)= 100mA
IO(sink)= 200mA
VCC= +5V, IO(sink)= 8mA
IO(sink)= 5mA
0.1 0.4 2 2.5 0.1 0.05 0.15 0.5 2.2 0.25 0.2 0.1 0.4 2 2.5 0.3 0.25 0.25 0.75 2.5 0.4 0.35 V
VOH High Level Output Voltage
VCC= +15V, IO(source)= 200mA
IO(source)= 100mA
VCC= +5V, IO(source)= 100mA
13 3
12.5 13.3
3.3 12.752.75 12.5 13.3 3.3
V
Notes : 1. Supply current when output is high is typically 1mA less. 2. Tested at VCC= +5V and VCC= +15V.
3. This will determine the maximum value of RA+ RBfor +15V operation the max total is R = 20MΩand for 5V operation,
the max total R = 3.5MΩ.
555-04.TBL
OPERATING CONDITIONS
Symbol Parameter SE555 NE555 - SA555 Unit
VCC Supply Voltage 4.5 to 18 4.5 to 16 V
Vth, Vtrig, Vcl, Vreset Maximum Input Voltage VCC VCC V 555-03.TBL
ELECTRICAL CHARACTERISTICS (continued)
Symbol Parameter SE555 NE555 - SA555 Unit
Min. Typ. Max. Min. Typ. Max.
Idis (off) Discharge Pin Leakage Current
(output high) (Vdis= 10V)
20 100 20 100 nA
Vdis(sat) Discharge pin Saturation Voltage
(output low) - (note 5) VCC= +15V, Idis= 15mA
VCC= +5V, Idis= 4.5mA
180
80 480200 18080 480200
mV
tr
tf
Output Rise Time
Output Fall Time 100100 200200 100100 300300 ns
toff Turn off Time - (note 6) (Vreset= VCC) 0.5 0.5 µs
Notes : 5. No protection against excessive Pin 7 current is necessary, providing the package dissipation rating will not be exceeded. 6. Time mesaured from a positive going input pulse from 0 to 0.8x VCCinto the threshold to the drop from high to low of the
output trigger is tied to treshold.
555-05.TBL
555-05.EPS
Figure 1 : Minimum Pulse Width Required for Trigering
555-06.EPS
Figure 2 : Supply Current versus Supply Voltage
555-07.EPS
Figure 3 : Delay Time versus Temperature
555-08.EPS
Figure 4 : Low Output Voltage versus Output Sink Current
555-09.EPS Figure 5 : Low Output Voltage versus Output
Sink Current
555-10.EPS
Figure 6 : Low Output Voltage versus Output Sink Current
555-11.EPS
Figure 7 : High Output Voltage Drop versus Output
555-12.EPS
Figure 8 : Delay Time versus Supply Voltage
555-13.EPS
Figure 9 : Propagation Delay versus Voltage Level of Trigger Value
CAPACITOR VOLTAGE = 2.0V/div t = 0.1 ms / div
INPUT = 2.0V/div
OUTPUT VOLTAGE = 5.0V/div
R1 = 9.1kΩ, C1 = 0.01µF, R = 1kL Ω
555-15.EPS Figure 11 Reset Trigger Output R1 C1 Control Voltage
0.01µF NE555
= 5 to 15V
VCC 4 2 3 1 5 6 7 8 555-14.EPS Figure 10 C (µF) 10 1.0 0.1 0.01 0.001
10 100 1.0 10 100 10 (t )d
µs µs ms ms ms s
10M
Ω
1MΩ 100k
Ω
10kΩ R1= 1kΩ 555-16.EPS Figure 12 APPLICATION INFORMATION MONOSTABLE OPERATION
In the monostable mode, the timer functions as a one-shot. Referring to figure 10 the external capaci-tor is initially held discharged by a transiscapaci-tor inside the timer.
The circuit triggers on a negative-going input signal when the level reaches1/3 Vcc. Once triggered, the circuit remains in this state until the set time has elapsed, even if it is triggered again during this in-terval.The duration of theoutput HIGH stateis given by t = 1.1 R1C1and is easily determined by
figure 12.
Notice that since the charge rate and the threshold levelof the comparator areboth directly proportional to supply voltage, the timing interval is independent of supply. Applying a negativepulse simultaneously to the reset terminal (pin 4) and the trigger terminal (pin 2) during the timing cycle discharges the exter-nal capacitor and causes the cycle to start over. The timing cycle now starts on the positive edge of the reset pulse. During the time the reset pulse in ap-plied, the output is driven to its LOW state.
When a negativetrigger pulse is applied to pin 2, the flip-flop is set, releasing the short circuit across the external capacitor and driving the output HIGH. The voltage across the capacitor increases exponen-tially with the time constantτ= R1C1. When the
volt-age across the capacitor equals2/3 Vcc, the
compa-ratorresets the flip-flop which then discharge the ca-pacitor rapidly and drivers the output to its LOW state.
Figure 11 shows the actual waveforms generatedin this mode of operation.
ASTABLE OPERATION
When the circuit is connected as shown in fi
