Aplikasi : DETEKTOR INVERTING DENGAN VREF =0
Rangkaian detektor inverting dengan nilai referensi (Vref) sebesar 0 adalah suatu konfigurasi yang umumnya digunakan dalam elektronika. Tujuan utamanya adalah mendeteksi perubahan polaritas sinyal input. Dalam konteks ini, sinyal input yang berosilasi akan diubah menjadi sinyal keluaran yang memiliki polaritas terbalik, menciptakan efek deteksi yang berguna dalam berbagai aplikasi elektronik. Mari kita eksplorasi prinsip kerja dan kegunaan praktis dari rangkaian ini.
- Mengetahui prinsip kerja rangkaian detektor inverting dengan vref=0.
- Mengetahui komponen yang digunakan dalam membuat rangkaian pengaplikasian opamp yaitu alat pendeteksi benda hilang jenis logam menggunakan sensor magnet, sensor infrared, dan sensor suara
- Mengetahui bentuk rangkaian dan mensimulasikan pengaplikasian opamp pada software proteus.
ALAT
- Input voltage: ac 100~240v / dc 10~30v
- Output voltage: dc 1~35v
- Max. Input current: dc 14a
- Charging current: 0.1~10a
- Discharging current: 0.1~1.0a
- Balance current: 1.5a/cell max
- Max. Discharging power: 15w
- Max. Charging power: ac 100w / dc 250w
- Jenis batre yg didukung: life, lilon, lipo 1~6s, lihv 1-6s, pb 1-12s, nimh, cd 1-16s
- Ukuran: 126x115x49mm
- Berat: 460gr
Sensor flame atau sensor api berfungsi untuk mendeteksi adanya api atau nyala api dalam suatu area tertentu. Sensor ini digunakan dalam berbagai sistem untuk keamanan, deteksi kebakaran, dan kontrol otomatis.
Sensor suhu LM35 adalah sensor suhu analog yang digunakan untuk mengukur suhu dalam satuan derajat Celcius. Sensor ini menghasilkan tegangan keluaran yang proporsional secara linear terhadap suhu, yaitu sebesar 10 mV per 1°C. Artinya, jika suhu ruangan 25°C, maka output tegangan dari LM35 adalah 250 mV. Salah satu keunggulan utama LM35 adalah akurasi pengukuran yang cukup tinggi serta tidak memerlukan kalibrasi eksternal, karena telah dikalibrasi secara internal oleh pabrik pembuatnya.
Sensor LM35 memiliki bentuk fisik seperti transistor kecil (umumnya dalam kemasan TO-92), dengan tiga pin utama yaitu Vcc (tegangan input), Vout (tegangan keluaran), dan GND (ground). Sensor ini dapat bekerja dalam rentang suhu sekitar -55°C hingga +150°C, dan membutuhkan tegangan kerja antara 4V hingga 30V.
- Superior Weather Resistance
- 5mm Round Standard Directivity
- Uv Resistant Eproxy
- Forward Current (If): 30ma
- Forward Voltage (Vf): 1.8v To 2.4v
- Reverse Voltage: 5v
- Operating Temperature: -30℃ To +85℃
- Storage Temperature: -40℃ To +100℃
- Luminous Intensity: 20mcd
- Infra merah : 1,6 V.
- Merah : 1,8 V – 2,1 V.
- Oranye : 2,2 V.
- Kuning : 2,4 V.
- Hijau : 2,6 V.
- Biru : 3,0 V – 3,5 V.
- Putih : 3,0 – 3,6 V.
- Ultraviolet : 3,5 V.
- Konfigurasi pin Relay dihubungkan ke 5V
- GND dihubungkan ke GND
- IN1/Data dihubungkan ke pin 2
Penguat operasional (Operational Amplifier) atau yang biasa disebut dengan op-amp, merupakan penguat elektronika yang banyak digunakan untuk membuat rangkaian detektor, komparator, penguat audio, video, pembangkit sinyal, multivibrator, filter, ADC, DAC, rangkaian penggerak dan berbagai macam rangkaian analog lainnya.
Op-amp pada umumnya tersedia dalam bentuk rangkaian terpadu yang memiliki karakteristik mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat di dalamnya.
Ada tiga karakteristik utama op-amp ideal, yaitu;
1. Gain sangat besar (AOL >>).
Penguatan open loop adalah sangat besar karena feedback-nya tidak ada atau RF = tak terhingga.
2. Impedansi input sangat besar (Zi >>).
Impedansi input adalah sangat besar sehingga arus input ke rangkaian dalam op-amp sangat kecil sehingga tegangan input sepenuhnya dapat dikuatkan.
3. Impedansi output sangat kecil (Zo <<).
Impedansi output adalah sangat kecil sehingga tegangan output stabil karena tahanan beban lebih besar yang diparalelkan dengan Zo <<.
Adapun simbol op-amp adalah seperti pada gambar 64.
dimana,
V1 adalah tegangan masukan dari kaki non inverting
V2 adalah tegangan masukan dari kaki inverting
Vo adalah tegangan keluaran sehingga
(1)
Vo AOL.Ed
AOL.(V1V2) Ed V1V2
Adapun tegangan output maksimum yang dapat dihasilkan adalah:
Vo(max) AOL.Ed(max) Vo(max) 2 dibawah tegangan sumber Vs
V sat
Tegangan output maksimum secara praktis dihasilkan sekitar 2 Volt dibawah tegangan sumber Vs dan disebut juga sebesar tegangan saturasi Vsat . Gambar 65 memperlihatkan kurva karakteristik hubungan Vi terhadap Vo untuk rangkaian op-amp dengan tegangan input dihubungkan ke kaki input non inverting (+) dan tegangan 0 Volt (di ground) ke kaki input inverting (-). Sesuai dengan nama input op-amp yaitu apabila input dimasukkan ke kaki non inverting (+) yang artinya tidak membalik maka tegangan output yang dihasilkan adalah sefasa dengan tegangan input. Seperti terlihat pada gambar 1 yaitu saat input Vi bertegangan positif maka output yang dihasilkan juga bertegangan positif dan sebaliknya.
Contoh 1:
Diket:
Rangkaian non inverting dengan Vi dihubungkan ke input (+) dan men-ground input (-). Op-amp yang digunakan adalah IC 741 dengan AOL = 200.000 x dan tegangan sumber yang digunakan adalah ±Vs=±15 Volt.
Dit:
Hitunglah Ed(max) ?
Jawab:
dimana Vsat VS 2
13Volt
maka Ed(max) Vsat 13Volt 65Volt AOL 200.000
Artinya, berdasarkan gambar 65 maka untuk berfungsi sebagai rangkaian detektor maka tegangan input Vi adalah > 65 µ Volt dan < -65 µ Volt sehingga akan menghasilkan Vo dalam kondisi +Vsat atau –Vsat.
4.1. Detektor
Rangkaian detektor ada 2 macam yaitu:
4.1.1. Detektor inverting
a. Dengan Vref = 0 Volt
Rangkaian detektor inverting dengan tegangan input Vi berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi Vref = 0 Volt adalah seperti gambar 66.
Dengan menggunakan persamaan (1) maka Vi = V2 dan Vref = V1 sehingga
bentuk gelombang tegangan output Vo ( Vo(max) Vsat AOL.(V1 V2 ) ) yang dihasilkan adalah seperti gambar 67.
Adapun kurva karakteristik Input-Ouput (I-O) adalah seperti gambar 68. Dengan Vi > 0 (artinya Vi > 65 µ Volt untuk rangkaian detektor dengan ±Vs = ±15 Volt) maka Vo = -Vsat dan sebaliknya bila Vi < 0 (artinya Vi < -65 µ Volt untuk rangkaian detektor dengan ±Vs = ±15 Volt) maka Vo = +Vsat.
b. Dengan Vref = bertegangan positif
Rangkaian detektor inverting dengan tegangan input Vi berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi Vref > 0 Volt adalah seperti gambar 69.
Dengan menggunakan persamaan (1) maka Vi = V2 dan Vref = V1 sehingga bentuk gelombang tegangan output Vo (Vo(max) AOL.(V1 V2 ) ) yang dihasilkan adalah seperti gambar 70.
Adapun kurva karakteristik Input-Ouput (I-O) adalah seperti gambar 71. Dengan Vi > Vref maka Vo = -Vsat dan sebaliknya bila Vi < Vref maka Vo =
+Vsat.
c. Dengan Vref = bertegangan negatif
Rangkaian detektor inverting dengan tegangan input Vi berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi Vref < 0 Volt adalah seperti gambar 72.
Dengan menggunakan persamaan (1) maka Vi = V2 dan Vref = V1 sehingga bentuk gelombang tegangan output Vo (Vo(max) AOL.(V1 V2 ) ) yang dihasilkan adalah seperti gambar 73.
Adapun kurva karakteristik Input-Ouput (I-O) adalah seperti gambar 74. Dengan Vi > Vref maka Vo = -Vsat dan sebaliknya bila Vi < Vref maka Vo =
+Vsat.
Detektor inverting dengan Vref= 0 adalah salah satu jenis komparator yang menggunakan op-amp dalam konfigurasi pembanding, di mana sinyal masukan diberikan ke terminal inverting (-), sedangkan terminal non-inverting (+) dihubungkan ke nol volt (ground). Rangkaian ini bekerja dengan prinsip membandingkan tegangan input terhadap nol. Jika tegangan input lebih kecil dari nol, maka output op-amp akan berada pada kondisi tegangan positif maksimum (mendekati +Vcc), sedangkan jika tegangan input lebih besar dari nol, maka output akan menjadi negatif maksimum (mendekati -Vcc). Oleh karena itu, detektor ini sangat efektif digunakan sebagai zero-crossing detector, yaitu rangkaian yang mendeteksi saat sinyal melewati titik nol, baik dari negatif ke positif maupun sebaliknya. Aplikasi dari detektor ini banyak dijumpai dalam sistem pengolahan sinyal AC, konversi sinyal analog ke digital, dan pendeteksian fase dalam sistem kendali. Penggunaan referensi nol volt membuat rangkaian ini lebih sederhana karena tidak memerlukan pembagi tegangan tambahan, namun tetap memberikan respons yang cepat dan akurat terhadap perubahan polaritas sinyal. Konsep ini dijelaskan secara rinci dalam buku Microelectronic Circuits oleh Sedra dan Smith serta dalam Electronic Devices and Circuit Theory oleh Boylestad, yang menyatakan bahwa komparator jenis ini sangat ideal untuk mendeteksi perubahan polaritas dalam sinyal gelombang seperti sinus atau segitiga.
1) Zero-Crossing Detector untuk Konversi Sinyal Sinus ke Gelombang Persegi
Deskripsi:
Dalam sistem pengolahan sinyal, seringkali diperlukan konversi sinyal sinusoidal menjadi gelombang persegi. Detektor inverting dengan Vref = 0 sangat efektif digunakan untuk mendeteksi titik nol dari sinyal sinusoidal.
Penjelasan:
Ketika sinyal sinus masuk ke input inverting (-) dari op-amp dan input non-inverting dihubungkan ke ground (0 V), maka setiap kali sinyal melewati nol (dari positif ke negatif atau sebaliknya), output dari op-amp akan beralih antara tegangan maksimum positif dan negatif. Hasilnya adalah gelombang persegi yang sinkron dengan frekuensi dan fase sinyal sinus awal, yang cocok untuk digunakan dalam rangkaian logika digital atau mikrokontroler.
2) Deteksi Fase Gelombang dalam Rangkaian Inverter AC
Deskripsi:
Dalam inverter atau sistem kontrol berbasis AC, diperlukan informasi akurat mengenai kapan gelombang AC berada di titik nol agar switching (penyambungan beban) dilakukan dengan efisien dan aman.
Penjelasan:
Detektor inverting dengan Vref = 0 digunakan untuk mendeteksi zero-crossing dari gelombang AC 220V (yang telah diturunkan dan diisolasi terlebih dahulu). Output dari detektor ini digunakan untuk memberi sinyal trigger ke mikrokontroler atau ke rangkaian thyristor, sehingga penyambungan dilakukan tepat saat arus hampir nol, meminimalisir lonjakan arus (inrush current).
3) Sensor Keamanan Deteksi Gerak Berbasis Sensor Piezoelektrik
Deskripsi:
Dalam beberapa sistem keamanan, sensor piezoelektrik menghasilkan sinyal analog kecil akibat getaran atau tekanan. Sinyal ini perlu diubah menjadi sinyal digital untuk dapat dikenali oleh sistem pemrosesan logika.
Penjelasan:
Sinyal dari sensor piezoelektrik diumpankan ke input inverting op-amp, sedangkan input non-inverting di-ground-kan. Ketika sensor mendeteksi getaran, sinyal input akan berubah-ubah dan melewati titik nol. Setiap kali terjadi crossing pada nol volt, detektor inverting mengubah outputnya, sehingga menghasilkan pulsa digital. Pulsa ini bisa dihitung sebagai jumlah getaran, atau menjadi pemicu alarm jika jumlah crossing melebihi ambang batas.
Problem 1: Analisis Output Zero-Crossing Detector
Soal:
Diberikan sinyal masukan berbentuk gelombang sinus dengan frekuensi 1 kHz dan amplitudo 2 Vpp, dihubungkan ke input inverting (-) dari op-amp. Input non-inverting (+) dihubungkan ke ground (0 V). Berapa bentuk output dari op-amp? Jelaskan kenapa bentuk tersebut muncul.
Jawaban:
Output akan berbentuk gelombang persegi dengan frekuensi 1 kHz. Setiap kali sinyal sinus melintasi nol (positif ke negatif atau sebaliknya), op-amp akan mengubah keadaan outputnya dari +Vcc ke -Vcc atau sebaliknya. Ini terjadi karena input dibandingkan dengan 0 V, dan op-amp dalam mode open-loop akan segera memberikan respons maksimum saat input melewati titik referensi.
Problem 2: Deteksi Noise pada Input Sinyal
Soal:
Sebuah detektor inverting dengan Vref = 0 digunakan untuk mendeteksi crossing dari sinyal AC. Namun, saat tidak ada sinyal (Vin ≈ 0), output tetap berubah-ubah antara +Vcc dan -Vcc. Apa penyebabnya dan bagaimana solusi teknis untuk mengatasi hal tersebut?
Jawaban:
Penyebabnya adalah noise atau gangguan kecil di sekitar 0 volt, yang menyebabkan op-amp mendeteksi fluktuasi kecil sebagai crossing. Karena op-amp sangat sensitif (penguatan sangat tinggi), perubahan mikrovolt saja bisa mengubah output. Solusinya adalah menambahkan hysteresis melalui umpan balik positif agar tercipta ambang batas tegangan tertentu sebelum output berubah, sehingga noise tidak menyebabkan switching palsu.
Problem 3: Perancangan Threshold dengan Referensi Nol
Soal:
Anda diminta merancang sebuah sistem yang mendeteksi arah perubahan tegangan dari sensor analog. Anda hanya boleh menggunakan op-amp dengan satu input referensi (ground). Apakah detektor inverting dengan Vref = 0 cocok untuk digunakan? Bagaimana Anda memastikan sistem bekerja dengan akurat?
Jawaban:
Ya, detektor inverting dengan Vref = 0 cocok untuk mendeteksi arah perubahan tegangan, terutama jika sinyal input berfluktuasi di sekitar 0 volt. Untuk memastikan akurasi, pastikan input sensor dikondisikan agar memiliki DC offset nol dan bebas dari noise tinggi. Bila diperlukan, bisa ditambahkan filter low-pass sebelum masuk ke op-amp dan hysteresis kecil pada jalur feedback op-amp untuk mencegah switching palsu akibat fluktuasi minor.
1) Sebuah op-amp dikonfigurasi sebagai detektor inverting dengan V<sub>ref</sub> = 0. Jika sinyal input sebesar +1,5 V diberikan ke terminal inverting (-), maka:
A. Output op-amp akan berada pada level tegangan positif maksimum
B. Output op-amp akan berada pada level tegangan negatif maksimum
C. Output op-amp akan tetap pada nol volt
D. Output akan berosilasi secara terus-menerus
Jawaban: B
Penjelasan: Karena input diberikan ke terminal inverting (-) dan lebih besar dari V<sub>ref</sub> (0 V), maka op-amp akan menghasilkan tegangan negatif maksimum.
2) Apa fungsi utama dari detektor inverting dengan referensi 0 volt?
A. Memperkuat sinyal input menjadi lebih besar
B. Menyaring frekuensi tinggi dari sinyal AC
C. Mendeteksi perubahan polaritas sinyal terhadap titik nol
D. Mengubah sinyal digital menjadi sinyal analog
Jawaban: C
Penjelasan: Fungsi utama detektor inverting dengan V<sub>ref</sub> = 0 adalah untuk mendeteksi kapan sinyal input melintasi titik nol (zero crossing).
3) Apa kelemahan utama dari detektor inverting dengan V<sub>ref</sub> = 0 jika digunakan tanpa tambahan hysteresis?
A. Tidak dapat mendeteksi tegangan negatif
B. Memerlukan daya tinggi untuk beroperasi
C. Rentan terhadap noise dan menyebabkan output tidak stabil
D. Output selalu berada pada logika tinggi
Jawaban: C
Penjelasan: Tanpa hysteresis, detektor sangat sensitif terhadap noise kecil di sekitar titik nol, sehingga output bisa berubah-ubah meskipun tidak ada perubahan signifikan pada input.
- Buka software proteus terlebih dahulu
- Untuk membuat rangkaian ini, pertama, siapkan semua alat dan bahan yang bersangkutan, di ambil dari library proteus
- Letakkan semua alat dan bahan sesuai dengan posisi dimana alat dan bahan terletak.
- Tepatkan posisi letak nya dengan gambar rangkaian
- Selanjutnya, hubungkan semua alat dan bahan menjadi suatu rangkaian yang utuh
- Lalu mencoba menjalankan rangkaian , jika tidak terjadi error, maka motor akan bergerak yang berarti rangkaian bekerja
.png)
.png)
.png)
Sensor Flame : saat sensor infrared mendeteksi adanya api yang ditandai dengan logistate menjadi 1 dan sensor akan mengeluarkan tegangan dari kaki Vout sebesar 5V kemudian dilanjutkan ke kaki inverting OPAMP, karena disini OPAMP bertindak sebagai detektor inverting dengan Vref=0, maka nilai tegangan pada kaki non-inverting (referensi) akan sama dengan nol. Lalu tegangan Vout dapat dicari dengan rumus V0=AoL(V1 – V2), dimana nilai V1 adalah nilai Vref nya, didapatkan tegangan output, lalu diumpankan ke detektor inverting. dengan rumus Vout nya ((V+)-(V-) ) x AOL = + maka V out medekati nilai Vsat+, lalu tegangan output akan diumpankan ke resistor lalu ke kaki base transistor. Setelah tegangan mencukupi transistor aktif, karena transistor sudah aktif maka arus akan mengalir dari power menuju relay, menuju kaki kolektor, kaki emitor, dan menuju ground. Karena arus telah mengalir ke relay maka switch relay akan tertutup sehingga arus mengalir pada loop yang menyebabkan motor bergerak
Sensor Gas : saat sensor gas meneteksi adanya gas/asap api, maka logistate akan menjadi 1 dan sensor akan mengeluarkan tegangan dari kaki Vout sebesar 5V kemudian dilanjutkan ke kaki inverting OPAMP, karena disini OPAMP bertindak sebagai detektor inverting dengan Vref=0, maka nilai tegangan pada kaki non-inverting (referensi) akan sama dengan nol. Lalu tegangan Vout dapat dicari dengan rumus V0=AoL(V1 – V2), dimana nilai V1 adalah nilai Vref nya, didapatkan tegangan output,
Sensor Suhu : pada saat buzzer tersebut telah mngeluarkan suara, maka sensor sound logistate akan menjadi 1 dan sensor akan mengeluarkan tegangan dari kaki Vout sebesar 5V kemudian dilanjutkan ke kaki inverting OPAMP, karena disini OPAMP bertindak sebagai detektor inverting dengan Vref=0, maka nilai tegangan pada kaki non-inverting (referensi) akan sama dengan nol. Lalu tegangan Vout dapat dicari dengan rumus V0=AoL(V1 – V2), dimana nilai V1 adalah nilai Vref nya, didapatkan tegangan output,lalu diumpankan ke detektor inverting. dengan rumus Vout nya ((V+)-(V-) ) x AOL = + maka V out medekati nilai Vsat+, lalu tegangan output akan diumpankan ke resistor lalu ke kaki base transistor. Setelah tegangan mencukupi transistor aktif, karena transistor sudah aktif maka arus akan mengalir dari power menuju relay, menuju kaki kolektor, kaki emitor, dan menuju ground. Karena arus telah mengalir ke relay maka switch relay akan tertutup sehingga arus mengalir pada loop yang menyebabkan motor bergerak
- Rangkaian Aplikasi Pendeteksi dan pemadam kebakaran
- Rangkaian Vref=0 klik disini
- Rangkaian Aplikasi klik disini
- library sensor infrared klik disini
- library sensor magnet klik disini
- library sensor sound klik disini
- Datasheet led klik disini
- Datasheet motor klik disini
- Datasheet LDR klik disini
- Datasheet Load cell klik disini
- Datasheet NPN klik disini
- Datasheet Relay klik disini
- Datasheet dioda klik disini
- Datasheet Resistor klik disini
- Datasheet Battery klik disini
- Datasheet Transistor klik disini
- Datasheet Capasitor klik disin
- Datasheet Op-Amp klik disini
- Datasheet Voltmeter klik disini
- Datasheet Ground klik disini
- Datasheet sensor magnet klik disini
- Datasheet sensor infrared klik disini
- Datasheet sensor sound klik disini
- Datasheet Logicstate klik disini
- Datasheet Power supply klik disini
- Vidio Penjelasan Rangkaian Aplikasi klik disini
Komentar
Posting Komentar