BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Mikrokotroller
2.1.1 Perkembangan Mikrokontroller
Perkembangan Mikrokontroler dimulai dari awal tahun 1970an, Motorola mengeluarkan seri mikrokontroler 6800 yang terusdikembangkan hingga sekarang menjadi 68HC05, 68HC08,68HC11, 68HC12, dan 68HC16. Zilog juga mengeluarkan seri mikroprosesor Z80-nya yangterkenal dan terus dikembangkan hingga kini menjadi Z180 dan kemudian diadopsi juga oleh mikroprosesor Rabbit.
Intel mengeluarkan mikrokontrolernya yang populer di dunia yaitu 8051, yang karena begitu populernya maka arsitektur8051 tersebut kemudian diadopsi oleh vendor lain sepertiPhillips, Siemens, Atmel, dan vendor-vendor lain dalam produk mikrokontroler mereka.Masih ada mikrokontroler populer lainnya seperti Basic Stamps,PIC dari Microchip, MSP 430 dari Texas Instrument dan masih banyak lagi.
2.1.2 Pengertian Mikrokontroller
Mikrokontroller merupakan suatu terobosan teknologi mikroprosesor dan mikrokomputer terbaru yang hadir memenuhi kebutuhan pasar ( market needed ). Sebagai teknologi terbaru dengan teknologi semikonduktor yang mengandung transistor yang lebih banyak namun hanya membutuhkan ruang kecil sebagai wadah penempatannya dan dapat diproduksi secara massal sehingga harganya lebih murah dan dapat terjangkau oleh hampir seluruh kalangan masyarakat. Oleh karena itu mikrokontroller sangat cocok diterapkan untuk mengontrol berbagai
peralatan-peralatan yang lebih canggih dibandingkan dengan komputer PC, karena effektivitas dan kefleksibelannya yang tinggi. Sebagai contoh penerapan mikrokontroler pada umumnya adalah aplikasi mesin tiket dalam arena permainan(game), aplikasi dalam pengukuran jarak jauh, aplikasi mainan anak-anak dan lain sebagainya, berdasarkan contoh-contoh aplikasi tersebut penulis sangat tertarik menggunakan mikrokontroller sebagai peralatan utama dalam pembuatan alat pengontrol pada proyek akhir ini pada umumnya ,dan mikrokontroller AT89S51 pada khususnya, karena hanya dengan menambahkan beberapa komponen luar, mikrokontroller sudah dapat bekerja sesuai dengan program yang diberikan padanya.
Mikrokontroller AT89S51 merupakan salah satu mikrokontroller keluaran dari ATMEL dengan kapasitas 4 Kbyte Flash PEROM (Programmable And Erasable Read Only Memory). AT89S51 menggunakan teknologi non-volatil memori, memori tersebut dapat deprogram dan dihapus berulang-ulang sampai kurang lebih seribu kali. Memori ini bisa digunakan untuk menyimpam instruksi (perintah) berstandar MCS-51 code sehingga memungkinkan mikrokontroler ini Bekerja dalam modil single cjip operation (mode operasi keping tunggal) yang tidak memerlukan external memory (memori luar) untuk menyimpan source code tersebut.
2.1.3 Arsitektur Mikrokontoler ATMEGA 89S51
Mikrokontroler AT89S51 menggunakan Flash Programmable Erasable Read Only Memory (Flash PEROM) yang mempunyai banyak kepraktisan sehingga penghapusan data dapat dilakukan dengan cepat atau serentak (tidak byte demibyte seperti pada EPROM) yang dapat dilakukan secara elektris.
Mikrokontroler AT89S51 merupakan mikrokontroler CMOS 8 bit dengan 4
Kbytes Flash Programmable Memory.
Gambar 2.1 Blok Diagram ATMEGA89S51
Mikrokontroler AT89S51 memiliki karakteristik-karakteristik yang sangat menguntungkan dan memudahkan dalam merancang suatu alat. Karakteristik-karakteristik itu diantaranya adalah :
1. CPU 8-bit yang dioptimasi untuk aplikasi kontrol. 2. 4 Kbytes Flash PEROM.
3. Tahan 1000 kali pengulangan penulisan dan penghapusan. 4. Operasi statis secara penuh adalah antara 0 Hz sampai 24 Hz. 5. Memiliki tiga tingkat penguncian memori.
7. Memiliki 32 Jalur Input/Output yang dapat diprogram. 8. Memiliki 2 buah 16-bit Timer/Counter.
9. Memiliki 6 sumber interupsi.
10. Memiliki serial port yang dapat diprogram. 11. Kompatibel dengan MCS-51.
Dengan karakteristik diatas menjadikan pembuatan suatu sistim menjadi lebih efisien, baik dalam proses pembuatan rancangan perangkat keras maupun perangkat lunaknya.
Mikrokontroler AT89S51 mempunyai 40 kaki, 32 kaki diantaranya adalah kaki untuk keperluan port paralel. Satu port paralel terdiri dari 8 kaki, dengan demikian 32 kaki tersebut membentuk 4 buah port paralel, yang masing-masing dikenal dengan Port0, Port1, Port2, Port3. Nomor dari masing-masing jalur (kaki) dari port pralel mulai dari 0 sampai 7, jalur (kaki) pertama sebagai P0.0 dan jalur terakhir untuk Port3 adalah Port3.7.
2.1.4 Fungsi Pin pada Mikrokontroler ATMEGA 89S51
Pada mikrokontroler terdapat sebuah Pin yang dimana Pin itu merupakan sebuah port atau input dan output dalam memasukan dan mengeluarkan data, konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMega 89S51 adalah sebagai berikut.
Gambar 2.2. Konfigurasi Pin AT89S51
Mikrokontroler AT89S51 memiliki pin berjumlah 40 dan umumnya dikemas dalam DIP (Dual Inline Package). Masing-masing pin pada mikrokontroler AT89S51 mempunyai kegunaan sebagai berikut:
a) Vcc (pin 40), Catu daya 5 volt DC. b) GND (pin 20), Ground.
c) Port 0
Port 0 merupakan port dua fungsi yang berada pada pin 32-39 dari AT89S51. Dalam rancangan sistem sederhana port ini sebagai port I/O serbaguna. Untuk rancangan yang lebih komplek dengan melibatkan memori eksternal jalur ini dimultiplek untuk bus data dan bus alamat.
d) Port 1
Port 1 disediakan sebagai port I/O dan berada pada pin 1-8. Beberapa pin pada port ini memiliki fungsi khusus yaitu P1.5 (MOSI), P1.6 (MISO), P1.7 (SCK) yang digunakan untuk jalur download program.
e) Port 2
Port 2 ( pin 21-28 ) merupakan port dua fungsi yaitu sebagai I/O serbaguna, atau sebagai bus alamat byte tinggi untuk rancangan yang melibatkan memori eksternal.
f) Port 3
Port 3 adalah port dua fungsi yang berada pada pin 10-17, port ini memiliki multi fungsi, seperti yang terdapat pada tabel 2.1 berikut ini :
Tabel 2.1 Fungsi alternatif port 3
BIT NAME BIT ADDRESS ALTERNATE FUNCTION
P3.0 RXD B0h Receive data for serial port
P3.1 TXD B1h Transmit data for serial port
P3.2 INT0 B2h External interrupt 0
P3.3 INT1 B3h External interrupt 1
P3.4 T0 B4h Timer/counter 0 external input
P3.5 T1 B5h Timer/counter 1 external input
P3.6 WR B6h External data memory write strobe
a) PSEN (Program Store Enable)
PSEN adalah sebuah sinyal keluaran yang terdapat pada pin 29. Fungsinya adalah sebagai sinyal kontrol untuk memungkinkan mikrokontroler membaca program (code) dari memori eksternal. Biasanya pin ini dihubungkan ke pin OE EPROM. Jika eksekusi program dari ROM internal atau dari flash memori (ATMEL AT89SXX), maka PSEN berada pada kondisi tidak aktif (high).
b) ALE/PROG (Address Latch Enable)
Sinyal output ALE yang berada pada pin 30 fungsinya sama dengan ALE pada microprocessor INTEL 8085, 8088 atau 8086. Sinyal ALE dipergunakan untuk demultiplek bus alamat dan bus data. Sinyal ALE membangkitkan pulsa sebesar 1/6 frekuensi oscillator dan dapat dipakai sebagai clock yang dapat dipergunakan secara umum.
c) EA/Vpp (External Access Enable)
Masukan sinyal EA terdapat pada pin 31 yang dapat diberikan logika rendah (ground) atau logika tinggi (+5V). Jika diberikan logika tinggi maka mikrokontroler akan mengakses program dari ROM internal (EPROM/flash memori). Jika diberi logika rendah maka mikrokontroler akan mengakses program dari memori eksternal.
d) RST (Reset)
Input reset pada pin 9 adalah reset master untuk AT89S51. Pulsa transisi dari tinggi selama 2 siklus ke rendah akan mereset mikrokontroler.
e) Oscillator/XTAL1 dan XTAL2
Oscillator yang disediakan pada chip dikemudikan dengan XTAL yang dihubungkan pada pin 18 dan pin 19. Diperlukan kapasitor penstabil sebesar 30 pF. Besar nilai XTAL sekitar 3 MHz sampai 33 MHz. XTAL1 adalah input ke pembalikan penguat osilator (inverting oscillator amplifier) dan input ke clock internal pengoperasian rangkaian. Sedangkan XTAL2 yang berada pada pin 20, adalah output dari pembalikan penguat osilator.
Gambar 2.3 Konfigurasi Xtal Osilator
2.2 Organisasi Memori
a. Pemisahan Memori Program dan Data
Semua divais 8051 mempunyai ruang alamat yang terpisah untuk memori program dan memori data, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.4 dan gambar 2.5 Pemisahan secara logika dari memori program dan data,
mengijinkan memori data untuk diakses dengan pengalamatan 8 bit, yang dengan cepat dapat disimpan dan dimanipulasi dengan CPU 8 bit. Selain itu, pengalamatan memori data 16 bit dapat juga dibangkitkan melalui register DPTR. Memori program ( ROM, EPROM dan FLASH ) hanya dapat dibaca, tidak ditulis. Memori program dapat mencapai sampai 64K byte. Pada 89S51, 4K byte memori program terdapat didalam chip. Untuk membaca memori program eksternal mikrokontroller mengirim sinyal PSEN ( program store enable ) . Memori data ( RAM ) menempati ruang alamat yang terpisah dari memori program. Pada keluarga 8051, 128 byte terendah dari memori data, berada didalam chip. RAM eksternal (maksimal 64K byte). Dalam pengaksesan RAM Eksternal, mikrokontroller mingirimkan sinyal RD ( baca ) dan WR ( tulis ).
Gambar 2.5 Arsitektur Memori Mikrokontroller
b. Memori Program
Gambar 2.4 menunjukkan suatu peta bagian bawah dari memori program. Setelah reset CPU mulai melakukan eksekusi dari lokasi 0000H. Sebagaimana yang ditunjukkan pada gambar 2.5, setiap interupsi ditempatkan pada suatu lokasi tertentu pada memori program. Interupsi menyebabkan CPU untuk melompat ke lokasi dimana harus dilakukan suatu layanan tertentu. Interupsi Eksternal 0, sebagi contoh, menempatai lokasi 0003H. Jika Interupsi Eksternal 0 akan digunakan, maka layanan rutin harus dimulai pada lokasi 0003H. Jika interupsi ini tidak digunakan, lokasi layanan ini dapat digunakan untuk berbagai keperluan sebagai Memori Program.
Gambar 2.6 Peta Interupsi Mikrokontroller 8051
c. Memori Data
Pada gambar 2.6 menunjukkan ruang memori data internal dan eksternal pada keluarga 8051. CPU membangkitkan sinyal RD dan WR yang diperlukan selama akses RAM eksternal. Memori data internal terpetakan seperti pada gambar 2.6 Ruang memori dibagi menjadi tiga blok, yang diacukan sebagai 128 byte lower, 128 byte upper dan ruang SFR. Alamat memori data internal selalu mempunyai lebar data satu byte. Pengalamatan langsung diatas 7Fh akan mengakses satu alamat memori, dan pengalamatan tak langsung diatas 7Fh akan mengakses satu alamat yang berbeda. Demikianlah pada gambar 2.6 menunjukkan 128 byte bagian atas dan ruang SFR menempati blok alamat yang sama, yaitu 80h sampai dengan FFh, yang sebenarnya mereka terpisah secara fisik
128 byte RAM bagian bawah dikelompokkan lagi menjadi beberapa blok, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.7, 32 byte RAM paling bawah, dikelompokkan menjadi 4 bank yang masing-masing terdiri dari 8 register.
Instruksi program untuk memanggil register-register ini dinamai sebagai R0 sampai dengan R7. Dua bit pada Program Status Word (PSW) dapat memilih register bank mana yang akan digunakan. Penggunaan register R0 sampai dengan R7 ini akan membuat pemrograman lebih efisien dan singkat, bila dibandingkan pengalamatan secara langsung.
Gambar 2.7 Memori data internal
Semua pada lokasi RAM 128 byte paling bawah dapat diakses baik dengan menggunakan pengalamatan langsung dan tak langsung. 128 byte paling atas hanya dapat diakses dengan cara tak langsung, gambar 2.8.
Gambar 2.9 RAM internal 128 byte paling atas
d. Special Function Register
Sebuah peta memori yang disebut ruang special function register ( SFR ) ditunjukkan pada gambar berikut. Perhatikan bahwa tidak semua alamat-alamat tersebut ditempati, dan alamat-alamat-alamat-alamat yang tak ditempati tidak diperkenankan untuk diimplementasikan. Akses baca untuk alamat ini akan menghasilkan data random, dan akses tulis akan menghasilkan efek yang tak jelas.
e. Accumulator
ACC adalah register akumulator. Mnemonik untuk instruksi spesifik akumulator ini secara sederhana dapat disingkat sebagai A.
f. Register
Register B digunakan pada saat opersi perkalian dan pembagian. Selain untuk keperluan tersebut diatas, register ini dapat digunakan untuk register bebas.
g. Program Status Word.
Register PSW terdiri dari informasi status dari program. h. Stack Pointer
Register Pointer stack mempunyai lebar data 8 bit. Register ini akan bertambah sebelum data disimpan selama eksekusi push dan call. Sementara stack dapat berada disembarang tempat RAM. Pointer stack diawali di alamat 07h setelah reset. Hal ini menyebabkan stack untuk memulai pada lokasi 08h.
i. Data Pointer
Pointer Data (DPTR) terdiri dari byte atas (DPH) dan byte bawah (DPL). Fungsi ini ditujukan untuk menyimpan data 16 bit. Dapat dimanipulasi sebagai register 16 bit atau dua 8 bit register yang berdiri sendiri.
2.3 CPU (Central Processing Unit)
Central Processing Unit terdiri dari atas empat buah elemen penting, yaitu :
Control Unit berfungsi mengambil, mengkode, dan melaksanakan urutan instruksi sebuah program yang tersimpan dalam memori untuk mengatur kerja komponen komponen yang lain dengan cara mengirimkan sinyal – sinyal kontrol. Control Unit juga mengendalikan data bus (bus data) dan address bus (bus Alamat), dilanjutkan dengan menafsir dan mengatur sinyal yang dapat pada bus pengendali.
Arithmatic and Logic Unit berfungsi untuk melakukan operasi – operasi aritmatika dan logical bagi microprosesor.
Register yang merupakan memori internal bagi mikroprosesor.
Interkoneksi CPU, jalur-jalur yang menghubungkan ketiga komponen diatas.
2.4 Komponen-Komponen Pendukung
2.4.1 Resistor
Pada dasarnya semua bahan memiliki sifat resistif namun beberapa bahan seperti tembaga, perak, emas dan bahan metal umumnya memiliki resistansi yang sangat kecil. Bahan-bahan tersebut menghantar arus listrik dengan baik, sehingga dinamakan konduktor. Kebalikan dari bahan yang konduktif, bahan material seperti karet, gelas, karbon memiliki resistansi yang lebih besar menahan aliran elektron dan disebut sebagai insulator.
Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian. Sesuai dengan namanya resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Dari hukum Ohms diketahui, resistansi berbanding terbalik dengan jumlah arus yang mengalir melaluinya. Satuan resistansi dari suatu resistor disebut Ohm atau dilambangkan dengan simbol (Omega).
Tipe resistor yang umum adalah berbentuk tabung dengan dua kaki tembaga di kiri dan kanan. Pada badannya terdapat lingkaran membentuk gelang kode warna untuk memudahkan pemakai mengenali besar resistansi tanpa mengukur besarnya dengan Ohmmeter. Kode warna tersebut adalah standar manufaktur yang dikeluarkan oleh EIA (Electronic Industries Association) seperti yang ditunjukkan pada tabel berikut.
Tabel 2.2 Nilai warna gelang
Warna Nilai faktor
pengali Toleransi Hitam 0 1 Coklat 1 10 1% Merah 2 100 2% Jingga 3 1.000 Kuning 4 10.000 Hijau 5 100.000 Biru 6 106 Violet 7 107 Abu-abu 8 108 Putih 9 109 Emas - 0.1 5% Perak - 0.01 10% Tanpa warna - - 20%
Resistansi dibaca dari warna gelang yang paling depan ke arah gelang toleransi berwarna coklat, merah, emas atau perak. Biasanya warna gelang toleransi ini berada pada badan resistor yang paling pojok atau juga dengan lebar yang lebih menonjol, sedangkan warna gelang yang pertama agak sedikit ke dalam. Dengan demikian pemakai sudah langsung mengetahui berapa toleransi dari resistor tersebut. Kalau anda telah bisa menentukan mana gelang yang pertama selanjutnya adalah membaca nilai resistansinya.
Jumlah gelang yang melingkar pada resistor umumnya sesuai dengan besar toleransinya. Biasanya resistor dengan toleransi 5%, 10% atau 20% memiliki 3
gelang (tidak termasuk gelang toleransi). Tetapi resistor dengan toleransi 1% atau 2% (toleransi kecil) memiliki 4 gelang (tidak termasuk gelang toleransi). Gelang pertama dan seterusnya berturut-turut menunjukkan besar nilai satuan, dan gelang terakhir adalah faktor pengalinya.
Misalnya resistor dengan gelang kuning, violet, merah dan emas. Gelang berwarna emas adalah gelang toleransi. Dengan demikian urutan warna gelang resitor ini adalah, gelang pertama berwarna kuning, gelang kedua berwana violet dan gelang ke tiga berwarna merah. Gelang ke empat tentu saja yang berwarna emas dan ini adalah gelang toleransi. Dari tabel-1 diketahui jika gelang toleransi berwarna emas, berarti resitor ini memiliki toleransi 5%. Nilai resistansisnya dihitung sesuai dengan urutan warnanya. Pertama yang dilakukan adalah menentukan nilai satuan dari resistor ini. Karena resitor ini resistor 5% (yang biasanya memiliki tiga gelang selain gelang toleransi), maka nilai satuannya ditentukan oleh gelang pertama dan gelang kedua. Masih dari tabel-1 diketahui gelang kuning nilainya = 4 dan gelang violet nilainya = 7. Jadi gelang pertama dan kedua atau kuning dan violet berurutan, nilai satuannya adalah 47. Gelang ketiga adalah faktor pengali, dan jika warna gelangnya merah berarti faktor pengalinya adalah 100. Sehingga dengan ini diketahui nilai resistansi resistor tersebut adalah nilai satuan x faktor pengali atau 47 x 100 = 4.7K Ohm dan toleransinya adalah 5%.
Spesifikasi lain yang perlu diperhatikan dalam memilih resitor pada suatu rancangan selain besar resistansi adalah besar watt-nya. Karena resistor bekerja dengan dialiri arus listrik, maka akan terjadi disipasi daya berupa panas sebesar
W=I2R watt. Semakin besar ukuran fisik suatu resistor bisa menunjukkan semakin besar kemampuan disipasi daya resistor tersebut.
Umumnya di pasar tersedia ukuran 1/8, 1/4, 1, 2, 5, 10 dan 20 watt. Resistor yang memiliki disipasi daya 5, 10 dan 20 watt umumnya berbentuk kubik memanjang persegi empat berwarna putih, namun ada juga yang berbentuk silinder. Tetapi biasanya untuk resistor ukuran jumbo ini nilai resistansi dicetak langsung dibadannya, misalnya 100Ω5W.
2.4.2 Kapasitor
Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 lembar plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas, dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutup positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini "tersimpan" selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Di alam bebas, fenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif di awan.
Gambar 2.11 Struktur Kapasitor
Kapasitor merupakan komponen pasif elektronika yang sering dipakai didalam merancang suatu sistem yang berfungsi untuk mengeblok arus DC, filter dan penyimpanan energi listrik. Didalamnya 2 buah pelat elektroda yang saling berhadapan dan dipisahkan oleh sebuah insulator. Sedangkan bahan yang digunakan sebagai insulator dinamakan dielektrik. Ketika kapasitor diberikan tegangan DC maka energi listrik tersimpan pada tiap elektrodanya, selama kapasitor melakukan pengisian, arus mengalir. Aliran arus tersebut akan berhenti bila kapasitor telah penuh. Yang membedakan tiap-tiap kapasitor adalah
dielektriknya. Berikut ini adalah jenis-jenis kapasitor yang dipergunakan dalam perancangan ini.
a. Electrolytic Capasitor (ELCO)
Elektroda dari kapasitor ini terbuat dari aluminium yang menggunakan membran oksidasi yang tipis. Karakteristik utama Electrolytic Capasitor adalah perbedaan polaritas pada kedua kakinya. Dari karakteristik tersebut kita harus berhati-hati di dalam pemasangan pada rangkaian, jangan sampai terbalik. Bila polaritasnya terbalik maka akan menjadi rusak bahkan “Meledak”. Biasanya jenis kapasitor digunakan pada rangkaian
power supply. Kapasitor ini tidak bisa digunakan pada rangkaian frekuensi
mengalikan tegangan catu daya dengan 2. Misalnya kapasitor akan diberikan catu daya dengan tegangan 5 Volt, berarti kapasitor yangdipilih harus memiliki tegangan kerja minimum 2 x 5 =10 Volt.
b. Ceramic Capasitor
Kapasitor menggunakan bahan titanium acid barium untuk dielektriknya. Karena tidak dikonstruksi seperti koil maka komponen ini dapat
digunakan pada rangkaian frekuensi tinggi. Biasanya digunakan untuk melewatkan sinyal frekuensi tinggi menuju ke ground. Kapasitor ini tidak baik digunakan untuk rangkaian analog, karena dapat mengubah bentuk sinyal. Jenis ini tidak mempunyai polaritas dan hanya tersedia dengan nilai kapasitor yang sangat kecil dibandingkan dengan kedua kapasitor diatas. c. Nilai Kapasitor
Untuk mencari nilai dari kapasitor biasanya dilakukan dengan melihat angka/kode yang tertera pada badan kapasitor tersebut. Untuk kapasitor jenis elektrolit memang mudah, karena nilai kapasitansinya telah tertera dengan jelas pada tubuhnya. Sedangkan untuk kapasitor keramik dan beberapa jenis yang lain nilainya dikodekan. Biasanya kode tersebut terdiri dari 4 digit, dimana 3 digit pertama merupakan angka dan digit terakhir berupa huruf yang menyatakan toleransinya. Untuk 3 digit pertama angka yang terakhir berfungsi untuk menentukan 10n, nilai n dapat dilihat pada tabel dibawah.
Tabel 2.3 Nilai Kapasitor
Misalnya suatu kapasitor pada badannya tertulis kode 474J, berarti nilai kapasitansinya adalah 47 + 104 = 470.000 pF = 0.47μF sedangkan toleransinya 5%. Yang harus diingat didalam mencari nilai kapasitor adalah satuannya dalam pF (Pico Farad).
2.4.3 Transistor
Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.
Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E) dan Kolektot (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitor dapat dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus input Basis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor.
Transistor merupakan komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil (stabilisator) dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi.
Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori dan fungsi rangkaian-rangkaian lainnya.
A. Cara kerja Transistor
Dari banyak tipe-tipe transistor modern, pada awalnya ada dua tipe dasar transistor, bipolar junction transistor (BJT atau transistor bipolar) dan field-effect transistor (FET), yang masing-masing bekerja secara berbeda.
Transistor bipolar dinamakan demikian karena kanal konduksi utamanya menggunakan dua polaritas pembawa muatan: elektron dan lubang, untuk membawa arus listrik. Dalam BJT, arus listrik utama harus melewati satu daerah/lapisan pembatas dinamakan depletion zone, dan ketebalan lapisan ini dapat diatur dengan kecepatan tinggi dengan tujuan untuk mengatur aliran arus utama tersebut.
FET (juga dinamakan transistor unipolar) hanya menggunakan satu jenis pembawa muatan (elektron atau hole, tergantung dari tipe FET). Dalam FET, arus listrik utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit dengan
depletion zone di kedua sisinya (dibandingkan dengan transistor bipolar dimana daerah Basis memotong arah arus listrik utama). Dan ketebalan dari daerah perbatasan ini dapat diubah dengan perubahan tegangan yang diberikan.
B. Jenis-Jenis Transistor
Tabel 2.4 Simbol Transistor
PNP P-channel
NPN N-channel
BJT JFET
Secara umum, transistor dapat dibeda-bedakan berdasarkan banyak kategori:
Materi semikonduktor: Germanium, Silikon, Gallium Arsenide
Kemasan fisik: Through Hole Metal, Through Hole Plastic, Surface Mount, IC, dan lain-lain
Tipe: UJT, BJT, JFET, IGFET (MOSFET), IGBT, HBT, MISFET, VMOSFET, MESFET, HEMT, SCR serta pengembangan dari transistor yaitu IC (Integrated Circuit) dan lain-lain.
Polaritas: NPN atau N-channel, PNP atau P-channel
Maximum kapasitas daya: Low Power, Medium Power, High Power Maximum frekuensi kerja: Low, Medium, atau High Frequency, RF
Aplikasi: Amplifier, Saklar, General Purpose, Audio, Tegangan Tinggi, dan lain-lain.
a. BJT (Bipolar Junction Transistor)
BJT (Bipolar Junction Transistor) adalah salah satu dari dua jenis transistor. Cara kerja BJT dapat dibayangkan sebagai dua diode yang terminal positif atau negatifnya berdempet, sehingga ada tiga terminal. Ketiga terminal tersebut adalah emiter (E), kolektor (C), dan basis (B). Perubahan arus listrik dalam jumlah kecil pada terminal basis dapat menghasilkan perubahan arus listrik dalam jumlah besar pada terminal kolektor. Prinsip inilah yang mendasari penggunaan transistor sebagai penguat elektronik. Rasio antara arus pada koletor dengan arus pada basis biasanya dilambangkan dengan β atau . β biasanya berkisar sekitar 100 untuk transistor-transisor BJT.
b. FET
FET dibagi menjadi dua keluarga: Junction FET (JFET) dan Insulated Gate FET (IGFET) atau juga dikenal sebagai Metal Oxide Silicon (atau Semiconductor) FET (MOSFET). Berbeda dengan IGFET, terminal gate dalam JFET membentuk sebuah diode dengan kanal (materi semikonduktor antara Source dan Drain). Secara fungsinya, ini membuat N-channel JFET menjadi sebuah versi solid-state dari tabung vakum, yang juga membentuk sebuah diode antara grid dan katode. Dan juga, keduanya (JFET dan tabung vakum) bekerja di "depletion mode", keduanya memiliki impedansi input tinggi, dan keduanya menghantarkan arus listrik dibawah kontrol tegangan input.
FET lebih jauh lagi dibagi menjadi tipe enhancement mode dan depletion mode. Mode menandakan polaritas dari tegangan gate dibandingkan dengan source saat FET menghantarkan listrik. Jika kita ambil N-channel FET sebagai contoh: dalam depletion mode, gate adalah negatif dibandingkan dengan source, sedangkan dalam enhancement mode, gate adalah positif. Untuk kedua mode, jika tegangan gate dibuat lebih positif, aliran arus di antara source dan drain akan meningkat. Untuk P-channel FET, polaritas-polaritas semua dibalik. Sebagian besar IGFET adalah tipe enhancement mode, dan hampir semua JFET adalah tipe depletion mode.
2.4.4 Intergated Circuit (IC)
Sirkuit terpadu (bahasa Inggris: integrated circuit atau IC) adalah komponen dasar yang terdiri dari resistor, transistor dan lain-lain. IC adalah komponen yang dipakai sebagai otak peralatan elektronika. Pada komputer, IC yang dipakai adalah mikroprosesor. Dalam sebuah mikroprosesor Intel Pentium 4 dengan ferkuensi 1,8 trilyun getaran per detik terdapat 16 juta transistor, belum termasuk komponen lain. Fabrikasi yang dipakai oleh mikroprosesor adalah 60nm. Sirkuit terpadu dimungkinkan oleh teknologi pertengahan abad ke-20 dalam fabrikasi alat semikonduktor dan penemuan eksperimen yang menunjukkan bahwa alat semikonduktor dapat melakukan fungsi yang dilakukan oleh tabung vakum. Pengintegrasian transistor kecil yang banyak jumlahnya ke dalam sebuah chip yang kecil merupakan peningkatan yang sangat besar bagi perakitan tube-vakum sebesar-jari. Ukuran IC yang kecil, tepercaya, kecepatan "switch", konsumsi listrik rendah, produksi massal, dan kemudahan dalam menambahkan jumlahnya dengan cepat menyingkirkan tabung vakum.
IC di dalam sebuah sirkuit elektronik. Hanya setengah abad setelah penemuannya, IC telah digunakan dimana-mana. Radio, televisi, komputer, telepon selular, dan peralatan digital lainnya yang merupakan bagian penting dari masyarakat modern. Contohnya, sistem transportasi, internet, dll tergantung dari keberadaan alat ini. Banyak skolar percaya bahwa revolusi digital yang dibawa oleh sirkuit terpadu merupakan salah satu kejadian penting dalam sejarah umat manusia. IC mempunyai ukuran seukuran tutup pena sampai ukuran ibu jari dan dapat diisi sampai 250 kali dan digunakan pada alat elektronika seperti telepon, kalkulator, ponsel, radio dll.
Dan pada alat kontrol kompressor ini menggunakan Intergated Circuit (IC) LM 8705 (regulator) adalah untuk menstabilkan tegangan dari catu daya bila terjadi perubahan tegangan.
Keuntungan memakai IC LM 7805 :
Tidak membutuhkan penambahan komponen luar yang sangat sedikit. Mempunyai proteksi terhadap arus hubungan singkat
Mempunyai tegangan output yang konstan Mempunyai arus rendah
Memiliki ripple output yang sangat kecil Pembiayaan rendah
2.4.5 Dioda
Dalam elektronika, dioda adalah komponen aktif bersaluran dua (diode termionik mungkin memiliki saluran ketiga sebagai pemanas). Dioda mempunyai dua elektrode aktif dimana isyarat listrik dapat mengalir, dan kebanyakan diode digunakan karena karakteristik satu arah yang dimilikinya. Dioda varikap
(Variable Capacitor atau kondensator variabel) digunakan sebagai kondensator terkendali tegangan.
Sifat kesearahan yang dimiliki sebagian besar jenis diode seringkali disebut karakteristik menyearahkan. Fungsi paling umum dari diode adalah untuk memperbolehkan arus listrik mengalir dalam suatu arah (disebut kondisi panjar maju) dan untuk menahan arus dari arah sebaliknya (disebut kondisi panjar mundur). Karenanya, diode dapat dianggap sebagai versi elektronik dari katup pada transmisi cairan.
Dioda sebenarnya tidak menunjukkan kesearahan hidup-mati yang sempurna (benar-benar menghantar saat panjar maju dan menyumbat pada panjar mundur), tetapi mempunyai karakteristik listrik tegangan-arus taklinier kompleks yang bergantung pada teknologi yang digunakan dan kondisi penggunaan. Beberapa jenis diode juga mempunyai fungsi yang tidak ditujukan untuk penggunaan penyearahan. Awal mula dari diode adalah peranti kristal Cat's Whisker dan tabung hampa (juga disebut katup termionik). Saat ini diode yang paling umum dibuat dari bahan semikonduktor seperti silikon atau germanium.
Prinsip kerja diode termionik ditemukan kembali oleh Thomas Edison pada 13 Februari 1880 dan dia diberi hak paten pada tahun 1883 (U.S. Patent 307.031), namun tidak dikembangkan lebih lanjut.
Gambar 2.13 Dioda dan simbolnya
Seperti halnya dengan pengubahan daya, penyearah dibuat dari dioda, dimana dioda digunakan untuk mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah. Contoh yang paling banyak ditemui adalah pada rangkaian adaptor. Pada adaptor, diode digunakan untuk menyearahkan arus bolak-balik menjadi arus searah. Sedangkan contoh yang lain adalah alternator otomotif, dimana diode mengubah AC menjadi DC dan memberikan performansi yang lebih baik dari cincin komutator dari dinamo DC.
2.4.6 Relay
Relay adalah komponen elektronika berupa saklar elektronik yang digerakkan oleh arus listrik. Secara prinsip, relay merupakan tuas saklar dengan lilitan kawat pada batang besi (solenoid) di dekatnya. Ketika solenoid dialiri arus listrik, tuas akan tertarik karena adanya gaya magnet yang terjadi pada solenoid sehingga kontak saklar akan menutup. Pada saat arus dihentikan, gaya magnet akan hilang, tuas akan kembali ke posisi semula dan kontak saklar kembali terbuka.Relay biasanya digunakan untuk menggerakkan arus/tegangan yang besar (misalnya peralatan listrik 4 ampere AC 220 V) dengan memakai arus/tegangan yang kecil (misalnya 0.1 ampere 12 Volt DC). Relay yang paling sederhana ialah relay elektromekanis yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik.
Secara sederhana relay elektromekanis ini didefinisikan sebagai berikut :
Alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup (atau membuka) kontak saklar.
Saklar yang digerakkan (secara mekanis) oleh daya/energi listrik.
Dalam pemakaiannya biasanya relay yang digerakkan dengan arus DC dilengkapi dengan sebuah dioda yang di-paralel dengan lilitannya dan dipasang terbaik yaitu anoda pada tegangan (-) dan katoda pada tegangan (+). Ini bertujuan untuk mengantisipasi sentakan listrik yang terjadi pada saat relay berganti posisi dari on ke off agar tidak merusak komponen di sekitarnya.
Konfigurasi dari kontak-kontak relay ada tiga jenis, yaitu:
Normally Open (NO), apabila kontak-kontak tertutup saat relay dicatu Normally Closed (NC), apabila kontak-kontak terbuka saat relay dicatu Change Over (CO), relay mempunyai kontak tengah yang normal tertutup, tetapi ketika relay dicatu kontak tengah tersebut akan membuat hubungan dengan kontak-kontak yang lain. Penggunaan relay perlu memperhatikan tegangan pengontrolnya serta kekuatan relay men-switch arus/tegangan. Biasanya ukurannya tertera pada body relay. Misalnya relay 12VDC/4 A 220V, artinya tegangan yang diperlukan sebagai pengontrolnya adalah 12Volt DC dan mampu men-switch arus listrik (maksimal) sebesar 4 ampere pada tegangan 220 Volt. Sebaiknya relay difungsikan 80% saja dari kemampuan maksimalnya agar aman, lebih rendah lagi lebih aman.Relay jenis lain ada yang namanya reedswitch atau relay lidi. Relay jenis ini berupa batang kontak terbuat dari besi pada tabung kaca kecil yang dililitin kawat. Pada saat lilitan kawat dialiri arus, kontak besi tersebut akan menjadi magnet dan saling menempel sehingga menjadi saklar yang on.
Ketika arus pada lilitan dihentikan medan magnet hilang dan kontak kembali terbuka (off).
Gambar 2.14 Macam-macam Relay
Relay terdiri dari Coil & kontak, coil adalah gulungan kawat yang mendapat arus listrik, sedang kontak adalah sejenis saklar yang pergerakannya tergantung dari ada tidaknya arus listrik dicoil. kontak ada 2 jenis : Normally Open (kondisi awal sebelum diaktifkan open), dan Normally Closed (kondisi awal sebelum diaktifkan close). Secara sederhana berikut ini prinsip kerja dari relay adalah ketika coil mendapat energi listrik (energized), akan timbul gaya elektromagnet yang akan menarik armature yang berpegas, dan kontak akan menutup.
Gambar 2.15 Prinsip Kerja Relay
2.4.7. Transformator
Dikenal dengan istilah Trafo, adalah suatu alat elektronik yang memindahkan energi dari satu sirkuit elektronik ke sirkuit lainnya melalui pasangan magnet. biasanya dipakai untuk mengubah tegangan listrik dari tinggi ke rendah dan berarti juga mengubah arus listrik dari rendah ke tinggi.
2.4.8. Pengukuran tekanan udara (Pressure)
Tekanan udara diukur berdasarkan tekanan gaya pada permukaan dengan luas tertentu, misalnya 1 cm2. Satuan yang digunakan adalah atmosfer (atm), millimeter kolom air raksa (mmHg) atau bar, rumus tekanan adalah sebagai berikut:
Keterangan:
p: Tekanan (N/m² atau dn/cm²) F: Gaya (N atau dn)
A: Luas alas/penampang (m² atau cm²)
Satuan: 1 Pa = 1 N/m² = 10-5 bar = 0,99 x 10-5 atm = 0,752 x 10-2 mmHg atau torr = 0,145 x 10-3 lb/in² (psi) 1 torr= 1 mmHg
Berikut ini hasil konversi yang dipakai dalam sistim kompresor tekanan dalam bar yang dipakai untuk mengetahui level dari presure switch adalah 8,2 bar, 7,8 bar, dan 5,8 bar, konversi antara satuan tekanan udara.
8,2 bar = 7.895386 suasana (atm) 7,8 bar = 6.908463 suasana (atm) 5,8 bar = 4.934616 suasana (atm)
