DETEKTOR DAN COMPARATOR

DETEKTOR NON-INVERTING DENGAN VREF = -

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

6. Link Download

1. Pendahuluan[Kembali]

Dalam sistem elektronika, detektor merupakan salah satu rangkaian penting yang digunakan untuk mendeteksi keberadaan sinyal dengan membandingkan nilai input terhadap nilai referensi tertentu. Salah satu jenis rangkaian detektor yang umum digunakan adalah detektor non-inverting, yang berbasis pada konfigurasi penguat operasional (op-amp) non-inverting sebagai komparator. Dalam konfigurasi ini, sinyal input diberikan pada terminal non-inverting (+), sedangkan terminal inverting (-) terhubung ke tegangan referensi (Vref).

Detector non-inverting adalah salah satu jenis rangkaian elektronik yang digunakan untuk mendeteksi atau mengukur sinyal yang datang dari suatu sumber. Dalam kebanyakan aplikasi, detektor ini digunakan untuk mendeteksi atau mengukur sinyal analog seperti tegangan atau arus. Detektor non-inverting memiliki beberapa keunggulan, termasuk kestabilan, keakuratan, dan kehandalan yang tinggi dalam mengukur sinyal. Dalam pendahuluan ini, kita akan membahas tentang prinsip dasar dan aplikasi dari detektor non-inverting dengan menggunakan referensi tegangan negatif (Vref = -).

Pentingnya Detector Non-Inverting:

Detektor non-inverting adalah komponen penting dalam berbagai aplikasi elektronik, termasuk dalam pemrosesan sinyal, pengukuran, dan sistem kontrol. Salah satu keunggulan utama detektor non-inverting adalah bahwa mereka memungkinkan pengukuran sinyal dengan tingkat presisi yang tinggi, serta kemampuan untuk mengolah sinyal dengan kecepatan tinggi. Penggunaan referensi tegangan negatif (Vref = -) dalam detektor non-inverting memungkinkan pengukuran sinyal yang simetris terhadap nol, yang penting dalam banyak aplikasi.

Prinsip Dasar Detektor Non-Inverting:

Detektor non-inverting bekerja dengan prinsip umpan balik negatif. Prinsip dasarnya adalah bahwa sinyal input dikalikan dengan suatu faktor tertentu dan kemudian dibandingkan dengan referensi tegangan. Output dari detektor ini kemudian digunakan untuk mengontrol atau menentukan aksi selanjutnya, seperti pengukuran, pemrosesan, atau pengendalian. Dalam detektor non-inverting dengan Vref = -, sinyal output akan sejajar dengan sinyal input, tetapi terbalik polaritasnya.

2. Tujuan[Kembali]

• Memahami tentang penggunaan MQ-2 Gas Sensor, Flame Sensor, dan Flex Sensor sebagai Pendeteksi Kebakaran di Dapur
• Mengenali berbagai komponen yang ada pada pendeteksi kebakaran yang disimulasikan di proteus
• Mampu menggunakan proteus dan pengaplikasiannya untuk mendeteksi kebakaran 
• Mampu merancang rangkaian simulasi pendeteksi kebakaran tersebut dan mensimulasikannya pada proteus  

3. Alat dan Bahan[Kembali]

1) Alat 

• Multimeter

Pengertian dari alat yang juga dikenal dengan istilah multitester ini adalah sebuah peralatan khusus yang digunakan untuk mengukur komponen listrik. Mulai dari mengukur hubungan Arus litrik (Ampere), Tegangan listrik (Voltage), Hambatan listrik (Ohm), hingga Resistansi dari suatu rangkaian listrik. Berdasarkan fungsi dasarnya tersebut, alat ini sering disebut dengan AVO meter (Ampere, Voltage, Ohm).

Spesifikasi:

            

            ·    Osiloskop

                  Osiloskop adalah komponen elektronika yang mempunyai kemampuan menyimpan electron-elektron selama waktu yang tidak tertentu. Osiloskop dilengkapi dengan tabung sinar katode. Peranti pemancar elektron memproyeksikan sorotan elektron ke layar tabung sinar katode.

            Spesifikasi:

            Pinout:

3.2 BAHAN

       ·    Baterai

Baterai adalah sebuah sumber energi yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi listrik yang dapat digunakan seperti perangkat elektronik.

Pinout dari baterai :

•   ·    Power Supply

          Berfungsi sebagai sumber daya bagi rangkaian.

        ·    Resistor

            Resistor adalah komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika.

Rumus hukum ohm (V=IR)    

Untuk mengetahui nilai resistansi dari suatu resistor, dapat dilihat dari tabel berikut:

        Cobtoh  lain cara membaca resistor  :

        Gelang ke 1 : Merah  = 2

        Gelang ke 2 : Merah  = 2

        Gelang ke 3 : Coklat  = 1 (angka 1 menjadi pangkat dari angka 10 = 101

        Gelang ke 4 : Emas    = Toleransi 5%

        Maka nilai resistor tersebut adalah 22 * 101= 220 Ohm dengan toleransi 5%

             ·    Transistor

                 Transistor merupakan sebuah alat semikonduktor yang dapat dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal.

        

             ·    Ground

            

                

                  Ground adalah titik yang dianggap sebagai titik baliknya arus listrik atau beda potensialnya bernilai 0 (nol). Fungsi Ground adalah memberi perlidungan pada peggunaan peralatan listrik.

            ·   Dioda

Dioda adalah komponen yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Sebuah Dioda dibuat dengan menggabungkan dua bahan semi-konduktor tipe-P dan semi-konduktor tipe-N. Ketika dua bahan ini digabungkan, terbentuk lapisan kecil lain di antaranya yang disebut depletion layer. Ini karena lapisan tipe-P memiliki hole berlebih dan lapisan tipe-N memiliki elektron berlebih dan keduanya mencoba berdifusi satu sama lain membentuk penghambat resistansi tinggi antara kedua bahan seperti pada gambar di bawah ini. Lapisan penyumbatan ini disebut depletion layer.

Untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Oleh karena itu, Dioda sering dipergunakan sebagai penyearah dalam Rangkaian Elektronika. Dioda pada umumnya mempunyai 2 Elektroda (terminal) yaitu Anoda (+) dan Katoda (-) dan memiliki prinsip kerja yang berdasarkan teknologi pertemuan p-n semikonduktor yaitu dapat mengalirkan arus dari sisi tipe-p (Anoda) menuju ke sisi tipe-n (Katoda) tetapi tidak dapat mengalirkan arus ke arah sebaliknya.

 

Spesifikasi:

·         

• Op- Amp

Operasional amplifier (Op-Amp) adalah suatu penguat berpenguatan tinggi yang terintegrasi  dalam sebuah chip IC yang memiliki dua input inverting dan non-inverting dengan sebuah terminal output, dimana rangkaian umpan balik dapat ditambahkan untuk mengendalikan karakteristik tanggapan keseluruhan pada operasional amplifier (Op-Amp).

Konfigurasi PIN LM741:

Spesifikasi:

• Switch

Switch adalah suatu komponen jaringan komputer yang berfungsi untuk menghubungkan beberapa perangkat untuk meneruskan data ke perangkat yang dituju.

Pinout:

Spesifikasi:

• MQ-2 Gas Sensor

Sensor gas adalah perangkat yang digunakan untuk mendeteksi adanya gas atau konsentrasi gas pada suatu tempat. Berdasarkan konsentrasi gas, sensor akan menghasilkan perbedaan potensial yang sesuai dengan cara mengubah resistansi material di dalam sensor sehingga dapat diukur sebagai tegangan keluaran. Berdasarkan besarnya nilai tegangan keluaran ini dapat diperkirakan berapa konsentrasi gas yang ada.

Pinout:

Sensor MQ-2 terdapat 2 masukan tegangan yakni VH dan VC. VH digunakan untuk tegangan pada pemanas (Heater) internal dan Vc merupakan tegangan sumber serta memiliki keluaran yang menghasilkan tegangan berupa tegangan analog. Berikut konfigurasi dari sensor MQ-S :

1. Pin 1 merupakan heater internal yang terhubung dengan ground.
2. Pin 2 merupakan tegangan sumber (VC) dimana Vc < 24 VDC.
3. Pin 3 (VH) digunakan untuk tegangan pada pemanas (heater internal) dimana VH = 5VDC.
4. Pin 4 merupakan output yang akan menghasilkan tegangan analog.

Spesifikasi:

1. Catu daya pemanas : 5V AC/DC
2. Catu daya rangkaian : 5VDC
3. Range pengukuran : 200 - 5000ppm untuk LPG, propane 300 - 5000ppm untuk butane 5000 - 20000ppm untuk methane 300 - 5000ppm untuk Hidrogen
4.  Keluaran : analog (perubahan tegangan)

• Flame Sensor

Flame Sensor adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi dapat mendeteksi nyala api dengan panjang gelombang 760nm – 1100nm. Sensor nyala api ini mempunyai sudut pembacaan 60 derajat, dan beroperasi pada suhu -25 derajat -85 derajat.

Pinout:

 Spesifikasi :

- Jangkauan spektrum : 760 - 1100 (nm)

- Sudut yang terdeteksi : 0° - 60°

- Catu Daya : 3,3V - 5,3V

- Temperatur Kerja : -25°C sampai 85°C

- Dimensi : 27,3 x 15,4 (mm)

• Flex Sensor

Flex Sensor adalah sensor yang memiliki perubahan resistansi akibat adanya perubahan lekukan pada bagian sensor. Sensor ini memiliki output berupa resistansi. Sensor ini membutuhkan tegangan sebesar +5V agar bisa bekerja.

Pinout:

Spesifikasi :

- Mampu mendeteksi lengkungan sampai dengan 90 derajat.

- Memiliki output resistansi : 60K Ohm - 110K Ohm

- Toleransi : 30%

- Panjang penampang : 11,43 cm

- Cocok untuk aplikasi robotika, game (virtual motion), alat2 kesehatan ataupun aplikasi elektronik yang lain.

- Memerlukan rangkaian tambahan untuk terhubung ke mikrokontroler.

• Relay

Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak 

Saklar/Switch). 

Pinout:

Spesifikasi:

• Potensiometer

Potensiometer terdiri dari tiga buah terminal dan sebuah tuas yang dapat diputar untuk mengatur besar resistensi. Sehingga potensiometer berfungsi untuk mengatur resistensi, tegangan, dan juga arus litrik yang mengalir dalam suatu rangkaian listrik.

 

Pinout:

Spesifikasi:

• Motor DC

Motor DC adalah Motor listrik yang membutuhkan suplai tegangan arus searah atau arus DC (Direct Current) pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik.

Pinout:

Spesifikasi:

Grafik respon:

• Buzzer

Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang dapat menghasilkan getaran suara berupa gelombang bunyi

Pinout:

Spesifikasi:

4. Dasar Teori[Kembali]

Penguat operasional (Op-Amp) merupakan komponen elektronika analog yang sering digunakan dalam berbagai konfigurasi rangkaian, salah satunya sebagai komparator. Dalam konfigurasi komparator, op-amp berfungsi untuk membandingkan dua tegangan: tegangan input (Vin) dan tegangan referensi (Vref).

Pada detektor non-inverting, sinyal masukan diberikan ke terminal non-inverting (+), sedangkan terminal inverting (–) terhubung ke tegangan referensi (Vref). Op-amp akan membandingkan kedua tegangan tersebut dan menghasilkan output logika:

• Jika Vin > Vref, maka output op-amp akan menjadi tinggi (mendekati +Vcc).

• Jika Vin < Vref, maka output akan menjadi rendah (mendekati 0V atau –Vcc tergantung konfigurasi catu daya).

Ketika Vref bernilai negatif, maka ambang batas deteksi berada di bawah 0 volt. Artinya, sinyal input harus melampaui nilai negatif tersebut agar output berubah dari rendah ke tinggi. Hal ini memungkinkan detektor digunakan untuk mendeteksi sinyal yang masih berada dalam wilayah tegangan negatif atau nol kecil.

Konfigurasi ini sangat berguna dalam berbagai aplikasi seperti:

• Sistem pendeteksi tegangan rendah

• Pengaman rangkaian dari tegangan drop

• Sistem pengendali otomatis yang memerlukan keputusan berdasarkan nilai ambang

Secara sederhana, prinsip kerja detektor non-inverting ini bergantung pada sifat op-amp sebagai pembanding ideal yang memiliki penguatan sangat tinggi, sehingga perubahan kecil antara Vin dan Vref dapat menghasilkan perubahan signifikan pada output.

5. Percobaan[Kembali]

A).Rangkaian Detector Non Inverting Vref -

Prinsip Kerja: Tegangan input berupa gelombang segitiga dan tegangan referensi  Vref<0 , dengan menggunakan persamaan V0= Vi-(-Vref), sehingga didaptakan bentuk gelombang input seperti rangkaian diatas, dengan Vi>0 maka V0= +Vsat dan sebaliknya.

B) Rangkaian Aplikasi Detector Non Inverting Vref -

1. MQ-2 Gas sensor

Prinsip Kerja :

Ketika terjadi kebocoran Gas LPG maka sensor gas mq-2 akan mendeteksi adanya Gas LPG, sehingga sensor berlogika satu dan membuat arus mengalir ke kaki non inverting vref+ . Pada Aplikasi Pendeteksi Kebakaran di Dapur, rangkaian yang dipakai adalah rangkaian detektor non inverting, dimana pada rangkaian detektor non inverting itu terdapat tegangan referensi yang dapat diatur menggunakan potensiometer. Awalnya arus dari sensor gas mq-2 menuju ke kaki non inverting vref+ di mana tegangan input bernilai +5 volt.  Sedangkan pada kaki inverting tegangan referensi bernilai negative 1,50 volt. Kemudian, di rangkaian detektor non inverting vref+ , terdapat tegangan saturasi yang dimana ketika tegangan input >= tegangan referensi maka output yg dihasilkan adalah +Vsat, namun apabila tegangan input kecil dari tegangan referensi maka outputnya -Vsat, didapat dengan rumus (+-vsat= +-vs+-2) sehingga yang kita dapatkan pada rangkaian ini adalah +vsat karena tegangan input>= tegangan referensi, kita dapatkan +vsat sebesar 4,03 volt.

Kemudian arus menuju ke kaki non inverting vref- di mana tegangan input bernilai +4,03 volt yang berasal dari keluaran detector non inverting vref+.  Sedangkan pada kaki inverting tegangan referensi bernilai negative 0,12 volt. Kemudian, di rangkaian detektor non inverting vref- , terdapat tegangan saturasi yang dimana ketika tegangan input >= tegangan referensi maka output yg dihasilkan adalah +Vsat, namun apabila tegangan input kecil dari tegangan referensi maka outputnya -Vsat, didapat dengan rumus (+-vsat= +-vs+-2) sehingga yang kita dapatkan pada rangkaian ini adalah +vsat karena tegangan input>= tegangan referensi, kita dapatkan +vsat sebesar 3,89 volt.

Lalu, arus akan melewati R3 dimana pada R3 terdapat hambatan sebesar 10k, kemudian arus memasuki kaki basis transistor sehingga tegangan yg terbaca pada kaki base adalah vbe = vcc-Ib.rb. Karena tegangan pada kaki basis didapat 0,78 volt, maka transistor akan aktif (transistor aktif ketika tegangan pada kaki basis sebesar >=0,7V). Arus dari sumber tegangan sebesar 5V mengalir menuju relay kemudian ke kaki kolektor lalu emitor dan ke ground. Karena transistor aktif, maka switch relay akan berpindah ke kiri, lalu baterai akan mengeluarkan arus menuju ke pompa penghisap dan pompa menghisap gas bergerak dan buzzer berbunyi

2. Flame sensor

Prinsip Kerja :

Ketika kebocoran gas menyebabkan kebakaran , maka flame sensor akan mendeteksi adanya api sehingga logicstate akan berlogika satu, membuat arus mengalir ke kaki non inverting vref+ . Pada Aplikasi Pendeteksi Kebakaran di Dapur, rangkaian yang dipakai adalah rangkaian detektor non inverting, dimana pada rangkaian detektor non inverting itu terdapat tegangan referensi yang dapat diatur menggunakan potensiometer. Awalnya arus dari sensor gas flame menuju ke kaki non inverting vref+ di mana tegangan input bernilai +5 volt.  Sedangkan pada kaki inverting tegangan referensi bernilai negative 1,50 volt. Kemudian, di rangkaian detektor non inverting vref+ , terdapat tegangan saturasi yang dimana ketika tegangan input >= tegangan referensi maka output yg dihasilkan adalah +Vsat, namun apabila tegangan input kecil dari tegangan referensi maka outputnya -Vsat, didapat dengan rumus (+-vsat= +-vs+-2) sehingga yang kita dapatkan pada rangkaian ini adalah +vsat karena tegangan input>= tegangan referensi, kita dapatkan +vsat sebesar 4,03 volt.

Kemudian arus menuju ke kaki non inverting vref- di mana tegangan input bernilai +4,03 volt yang berasal dari keluaran detector non inverting vref+.  Sedangkan pada kaki inverting tegangan referensi bernilai negative 0,07 volt. Kemudian, di rangkaian detektor non inverting vref- , terdapat tegangan saturasi yang dimana ketika tegangan input >= tegangan referensi maka output yg dihasilkan adalah +Vsat, namun apabila tegangan input kecil dari tegangan referensi maka outputnya -Vsat, didapat dengan rumus (+-vsat= +-vs+-2) sehingga yang kita dapatkan pada rangkaian ini adalah +vsat karena tegangan input>= tegangan referensi, kita dapatkan +vsat sebesar 3,89 volt.

Lalu, arus akan melewati R3 dimana pada R3 terdapat hambatan sebesar 10k, kemudian arus memasuki kaki basis transistor sehingga tegangan yg terbaca pada kaki base adalah vbe = vcc-Ib.rb. Karena tegangan pada kaki basis didapat 0,78 volt, maka transistor akan aktif (transistor aktif ketika tegangan pada kaki basis sebesar >=0,7V). Arus dari sumber tegangan sebesar 5 volt mengalir menuju relay kemudian ke kaki kolektor lalu emitor dan ke ground. Karena transistor aktif, maka switch relay akan berpindah ke kiri, lalu baterai akan mengeluarkan arus menuju ke pompa air dan pompa air bergerak.

3. Flex sensor

Prinsip Kerja :

Ketika kebakaran terjadi, dan jika terdeteksi adanya pembengkokan barang dari logam maka flex sensor akan berlogika satu, membuat arus mengalir ke kaki non inverting vref+ . Pada Aplikasi Pendeteksi Kebakaran di Dapur, rangkaian yang dipakai adalah rangkaian detektor non inverting, dimana pada rangkaian detektor non inverting itu terdapat tegangan referensi yang dapat diatur menggunakan potensiometer. Awalnya arus dari sensor gas mq-2 menuju ke kaki non inverting vref+ di mana tegangan input bernilai +5 volt.  Sedangkan pada kaki inverting tegangan referensi bernilai negative 1,50 volt. Kemudian, di rangkaian detektor non inverting vref+ , terdapat tegangan saturasi yang dimana ketika tegangan input >= tegangan referensi maka output yg dihasilkan adalah +Vsat, namun apabila tegangan input kecil dari tegangan referensi maka outputnya -Vsat, didapat dengan rumus (+-vsat= +-vs+-2) sehingga yang kita dapatkan pada rangkaian ini adalah +vsat karena tegangan input>= tegangan referensi, kita dapatkan +vsat sebesar 4,03 volt.

Kemudian arus menuju ke kaki non inverting vref- di mana tegangan input bernilai +4,03 volt yang berasal dari keluaran detector non inverting vref+.  Sedangkan pada kaki inverting tegangan referensi bernilai negative 0,07 volt. Kemudian, di rangkaian detektor non inverting vref- , terdapat tegangan saturasi yang dimana ketika tegangan input >= tegangan referensi maka output yg dihasilkan adalah +Vsat, namun apabila tegangan input kecil dari tegangan referensi maka outputnya -Vsat, didapat dengan rumus (+-vsat= +-vs+-2) sehingga yang kita dapatkan pada rangkaian ini adalah +vsat karena tegangan input>= tegangan referensi, kita dapatkan +vsat sebesar 3,89 volt.

Lalu, arus akan melewati R3 dimana pada R3 terdapat hambatan sebesar 10k, kemudian arus memasuki kaki basis transistor sehingga tegangan yg terbaca pada kaki base adalah vbe = vcc-Ib.rb. Karena tegangan pada kaki basis didapat 0,78 volt, maka transistor akan aktif (transistor aktif ketika tegangan pada kaki basis sebesar >=0,7V). Arus dari sumber tegangan sebesar 5 volt mengalir menuju relay kemudian ke kaki kolektor lalu emitor dan ke ground. Karena transistor aktif, maka switch relay akan berpindah ke kiri, lalu baterai akan mengeluarkan arus menuju ke motor, lalu motor bergerak memasukkan benda- benda logam ke tempat yang aman.

 

Gambar Rangkaian Secara Keseluruhan

6. Link Download[Kembali]

Download Rangkaian

• Download File Rangkaian Detector Non Inverting Vref=- [Klik Disini]

• Download File Rangkaian Aplikasi Detector Non Inverting Vref=- [Klik Disini]

Download Datasheet

• Datasheet voltmeter klik disini

• Datasheet transistor klik disini

• Datasheet osiloskop klik disini

• Datasheet dioda klik disini

• Datasheet baterai klik disini

• Datasheet Op- Amp klik disini

• Datasheet resistor klik disini