Belajar Elektronika

Clippers & Clampers

2019-08-31T08:25:00.004+07:00

Clipper adalah rangkaian dioda yang dapat melakukan 'clip' (memotong sinyal) terhadap sinyal input tanpa mendistorsi sinyal sisa. Umumnya rangkaian clipper digunakan untuk memotong atau mengeliminasi sinyal noise atau bentuk gelombang baru pada suatu sinyal atau gelombang.

Untuk memudahkan pembelajaran maka tegangan diode 0,7 Volt diabaikan sehingga sinyal yang melewati dioda tidak terpotong di 0,7 volt, atau dengan kata lain bab ini menggunakan dioda ideal.

Rangkaian dasar clipper ada dua yaitu :

Clipper seri
Clipper paralel

1. Rangkaian clipper seri

Rangkaian clipper seri dapat dilihat pada Gambar 1 yaitu dioda dipasang seri terhadap beban.

Gambar 1. Dasar rangkaian clipper seri

Pada rangkaian clipper seri Gambar 1, setiap setangah sinyal positif akan diteruskan dan setengah sinyal negatif akan di-blok sehingga hanya separuh sinyal positif saja yang muncul pada output rangkaian yang dapat dilihat pada Gambar 2 untuk sinyal persegi dan Gambar 3 untuk singal segitiga.

Gambar 2. Sinyal persegi terpotong (clipped) bagian bawah

Gambar 3. Sinyal segi tiga terpotong (clipped) bagian bawah

Biased Series Clipper

Biased series clipper adalah rangkaian dioda penyearah setengah gelombang yang diberi penambahan sumber tegangan dc.

Rangakain bias series clipper memiliki beberapa variasi rangkaian sebagai berikut :

Variasi pertama

Gambar 4. Biased series clipper

Gambar 4 menunjukan bahwa tegangan Vi sebesar atau samadengan Vm. Beberapa kondisi yang dapat terjadi pada Gambar 4 adalah sbb :

Tegangan input (Vi) harus lebih besar dari tegangan dc (V), maka tegangan output sebesar tegangan input dikurangi tegangan dc (Vi - V).
Jika tegangan input (Vi) besarnya sama dengan tegangan dc (V) maka tegangan output akan menjadi 0Volt (tidak ada output).
Jika tegangan input lebih kecil dari tegangan DC maka tidak ada arus yang mengalir ke dioda atau tegangan output pada dioda adalah 0 atau tidak ada tegangan.

Variasi kedua

Gambar 5a. Rangkaian Forward biased series clipper

Gambar 5a di atas jika diberi tegangan input dengan sinyal sinusoidal maka output dapat dilihat pada Gambar 5b.

Gambar 5b. Output forward bias series clipper Gambar 5a

Gambar 5b menunjukan bahwa dengan rangkaian dan sinyal input pada Gambar 5a akan mempunyai bentuk output seperti ditunjukan pada Gambar 5b dengan penjelasan bahwa dengan forward bias sebesar 5 Volt maka sinyal input dinaikan level tegangannya menjadi 5 Volt sehingga besarnya tegangan output (Vo) adalah tegangan input (Vi) ditambah dengan 5 Volt (Vi + 5 Volt).

2. Rangkaian clipper paralel
Rangkaian clipper paralel dapat dilihat pada Gambar 6 dimana dioda dipasang paralel terhadap beban atau output.

Gambar 6. Dasar rangkaian clipper paralel

Output sinyal menggunakan rangkaian clipper paralel Gambar 6 adalah terpotong setengah gelombang sinyal positif seperti ditunjukan pada Gambar 7a dan 7b.

Gambar 7. Output rangkaian clipper paralel

Gambar 7 menunjukan bahwa saat sinyal gelombang positif masuk pada rangkaian clipper paralel Gambar 6, maka sinyal tersebut akan langsung dibuang atau dialirkan sepenuhnya ke ground oleh dioda sehingga tegangan nya menjadi 0 volt. Saat setengah gelombang negatif dioda dalam keadaan bias reverse sehingga tidak mengalirkan arus listrik yang menyebabkan setengah gelombang negatif tidak terpotong dan masih utuh.

Bias Clipper paralel
Bias clipper paralel adalah rangkaian clipper paralel dimana dioda diberi bias baik forward maupun reverse. Gambar 8 menunjukan rangkaian bias reverse paralel menggunakan bias forward.

Gambar 8, Rangkaian bias clipper paralel

Gambar 8 menunjukan rangkaian clipper paralel dengan bias forward memiliki input sinyal sinusoidal dengan tegangan peak +16 Volt dan -16 Volt yang dapat dilihat pada Gambar 8a. Saat melewati rangkaian clipper paralel dengan bias forward dc sebesar 4 Volt maka sinyal input dengan tegangan dibawah 4 Volt akan dipotong, sehingga sinyal output berbentuk seperti pada Gambar 8b. Saat sinyal input diatas 4 volt tidak terjadi perubahan atau pemotongan sinyal.

Clampers
Rangkaian clampers digunakan untuk melakukan 'clamp' sebuah sinyal ke level dc yang berbeda. Clampers juga sering disebut sebagai dc restores. Rangkaian clampers sendiri terdiri dari beberapa komponen yaitu :

Kapasitor
Dioda
Elemen resitif (resistor)

Rangkaian dasar clamper dan sinyal input dapat dilihat pada Gambar 9.

Gambar 9. Rangkaian clamper

Jika sinyal input persegi pada Gambar 9 masuk ke rangkaian clamper yang juga ditunjukan Gambar 9 maka output sinyal dapat dijelaskan pada Gambar 10.

Gambar 10. Output rangkaian clamper

Saat sinyal input pada posisi setengah gelombang positif dioda akan on dan arus akan mengalir pada kapasitor dan dioda, kemudian kapasitor akan menyimpan muatan listrik. Saat keadaan setengah gelombang negatif dioda akan off (keadaan reverse), dan karena kapasitor menyimpan muatan listrik sebesar setengah gelombang positif tadi maka tegangan setengah gelomabng negatif dikurangkan dengan tegangan yang disimpan pada kapasitor sehingga tegangan pada setengah gelombang negatif menjadi dua kalinya (setengah gelombang negatif dikurangi setengah gelomabng positif) yang dapat dilihat pada sinyal output Gambar 10.

Dioda Varactor

2019-08-21T21:15:00.000+07:00

Dioda Varactor

Dioda atau diode Varactor (Diode Variable Capacitor) merupakan dioda P-N junction yang memiliki kapasitansi bervariasi tergantung dari besarnya tegangan reverse. Dioda Varactor hanya dioperasikan pada kondisi bias reverse.

Gambar 1. Dioda varactor

Depletion layer pada dioda varactor berperan sebagai bahan dielektrik dimana tidak mengijinkan arus mengalir. Saat kondisi reverse bias elektron pada N-region dan hole dari P-region bergerak saling menjauhi junction yang menyebabkan depletion layer semakin lebar dan kapasitansi berkurang. Jika tegangan reverse sangat rendah maka kapasitansi bertambah besar. Kapasitansi dioda varactor berbanding terbalik dengan lebar depletion layer dan berbanding lurus dengan luas permukaan N-region dan P-region.

Gambar 2. Dioda varactor tanpa bias

Gambar 2 menunjukan bahwa dioda varactor tanpa bias dimana pada N-region elektron memiliki konsentrasi tinggi dibanding P-region dan P-region memiliki konsentrasi hole lebih tinggi dibanding N-region sehingga elektron dan hole akan berusaha untuk melewati barrier. Jika tidak ada bias pada elektroda dioda maka elektron dan hole akan menjauh satu sama lain. Beberapa atom netral pada N-region sekitar junction kehilangan elektron sehingga menjadi muatan positf (ion positif), beberapa atom netral pada P-region sekitar junction mendapatkan elektron tambahan sehingga menjadi ion negatif. Ion positif dan ion negatif yang tercipta pada persimpangan (junction) dikenal sebagai depletion layer. Depletion layer yang tercipta akan mencegah arus lebih lanjut. Lebar depletion layer tergantung dari jumlah doping pada masing-masing region.

Cara kerja Dioda Varactor :
Dioda varactor bekerja pada daerah reverse bias karena pada reverse bias arus listrik tidak akan mengalir melalui dioda yang ditunjukan pada Gambar 3. Dioda varactor dirancang untuk menyimpan muatan listrik bukan untuk mengalirkan arus listrik.

Gambar 3. Dioda varactor kondisi reverse bias

Saat dibias tegangan reverse besar, depletion layer dioda varactor akan melebar sehingga kapasitansi menjadi berkurang. Saat tegangan reverse sangat kecil maka depletion layer akan menipis sehingga kapasitansi akan bertambah. Berkurangnya kapasitansi berarti berkurangnya storage charge, sedangkan dengan bertambahnya kapasitansi berarti bertambah storage charge muatan listrik. Besarnya kapasitansi pada dioda varactor tergantung dari besarnya tegangan reverse. Besarnya kapasitansi dioda varactor diukur atau dihitung dalam satuan picoFarad (pF).

Dioda varactor umum digunakan sebagai :

Frequency Multiplier
Voltage control Oscillator
Parametric Amplifier

Dioda Zener

2019-08-20T22:36:00.000+07:00

Dioda Zener

Dioda atau diode zener adalah dioda P-N junction yang bekerja dengan memanfaatkan area reverse bias sehingga pemasangannya selalu terbalik (berlawanan dengan dioda pada umumnya).

Gambar 1. Dioda Zener

Pada saat dioda zener dipasang dalam keadaan reverse dan mencapai tegangan breakdown maka dioda zener akan mengalirkan arus reverse yang besar sehingga tegangan pada dioda zener akan dijaga tetap stabil dikisaran tegangan breakdown.

Dioda zener di doping tinggi dibanding dengan dioda P-N junction biasa sehingga memiliki daerah depletion layer yang tipis dan mengijinkan arus lebih mengalir dibanding P-N junction pada umumnya. Dioda zener juga dapat bekerja pada forward bias seperti normal P-N junction meskipun ditujukan untuk bekerja dalam keadaan reverse.

Dioda Zener memiliki 2 jenis tegangan breakdown yaitu :

1. Zener breakdown

Tegangan breakdown yang terjadi karena lapisan depletion layer sangat tipis yang disebabkan karena doping tinggi pada masing-masing region. Saat diberi tegangan reverse maka daerah depletion layer menghasilkan medan listrik yang kuat. Saat tegangan reverse mendekati tegangan breakdown dioda zener, medan listrik pada sekitar depletion layer mampu menarik elektron dari pita valensi. Elektron valensi yang menerima cukup energi dari medan listrik kuat pada depletion layer akan memutus ikatan dengan atom induk dan menjadi elektron bebas. Elektron bebas inilah yang membawa arus listrik dari satu tempat ke tempat lain. Dengan meningkatnya tegangan reverse akan meningkatkan besarnya arus listrik.

Gambar 2. Kondisi Zener breakdown

2. Avalanche breakdown

Avalanche breakdown terjadi saat dioda zener dan normal P-N junction dioda pada kondisi tegangan reverse tinggi sehingga elektron bebas mendapatkan sejumlah energi yang besar sehingga laju atau pergerakan yang lebih cepat. Elektron dengan kecepatan tinggi akan bertabrakan dengan atom dan menghasilkan lebih banyak elektron, lalu elektron yang dihasilkan tadi akan mendapatkan energi yang besar dan menghasilkan kecepatan tinggi dan bertabrakan lagi dengan atom bebas dan menghasilkan elektron bebas. Karena tabrakan terjadi terus menerus dan menghasilkan elektron semakin banyak maka dioda akan mengalirkan arus listrik semakin besar.

Gambar 3. Avalanche breakdown

Kegunaan Dioda Zener.

Dioda zener umumnya digunakan sebagai voltage regulator yaitu untuk menjaga tegangan agar tetap stabil meskipun tegangan sumber mengalami kenaikan tegangan.

Gambar 2. Dioda Zener sebagai voltage regulator

Gambar 2 menunjukan rangkaian voltage regulator menggunakan dioda zener. Tegangan pada dioda zener akan stabil sekitar pada tegangan breakdown dioda zener menyebabkan tegangan pada kaki base transistor juga stabil, sehingga output pada kaki emitter transistor akan mengikuti tegangan pada kaki base transistor. Dengan adanya dioda zener yang terhubung pada kaki base transistor maka tegangan output akan selalu stabil dikisaran tegangan breakdown dioda zener saat DC input melebihi tegangan breakdown dioda zener.

Sumber :
https://www.physics-and-radio-electronics.com

EoF

Dioda Tunnel

2019-08-18T10:53:00.001+07:00

Dioda Tunnel atau dioda tunnel adalah dioda P-N junction dengan doping tinggi pada masing-masing region serta memiliki daerah depletion region sangat sempit dengan rentang nano meter sehingga dengan tegangan dibawah tegangan barrier depletion layer, dioda tunnel dapat mengalirkan arus listrik (arus tunnel).

Gambar 1. Simbol Diode Tunnel

Prinsip kerja Diode Tunnel

Saat Diode Tunnel tidak diberi bias (Unbiased)

Saat dioda tunnel tidak diberi bias pada kedua ujung kaki, pita valensi dan pita konduksi akan overlap karena doping yang tinggi sehingga tidak ada arus tunnel yang mengalir. Gambar 2 menunjukan tidak ada arus tunnel yang mengalir.

Gambar 2. Diode tunnel tanpa bias

Saat Diode Tunnel dibias maju (Forward biased)
Saat dioda tunnel diberi forward bias dengan tegangan lebih kecil dari tegangan barrier depletion layer arus tunnel akan melewati barrier yang dapat dilihat pada Gambar 3.

Gambar 3. Arus tunnel pada dioda tunnel

Saat diode tunnel diberi forward bias dibawah tegangan barrier
Gambar 4 menunjukan jika dioda tunnel diberi forward bias lebih kecil dibanding tegangan barrier maka arus tunnel yang mengalir sangat rendah atau minimum. Hal tersebut terjadi karena P-type dan N-type tidak berada pada posisi yang sejajar sehingga arus yang mengalir kecil.

Gambar 4. Arus tunnel rendah

Saat dioda tunnel diberi forward bias sedikit lebih besar
Gambar 5 menunjukan elektron mengalir dari N-region atau N-type diberi forward bias semakin besar hingga P-type dan N-type tidak overlap atau sejajar. Hal ini menyebabkan arus tunnel menjadi maksimum.

Gambar 5. Arus tunnel maksimum

Saat diode tunnel diberi forward bias lebih besar
Jika dioda tunnel diberikan tegangan forward bias lebih besar dari pada tegangan barrier depletion layer maka maka pita konduksi dan pita valensi mulai terjadi overlap sehingga arus tunnel mulai berkurang. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 6.

Gambar 6. Arus tunnel minimum atau rendah

Saat diode tunnel diberi forward bias jauh lebih besar

Jika dioda tunnel diberikan tegangan forward bias jauh lebih besar dari pada tegangan barrier depletion layer maka pita konduksi dan pita valensi tidak lagi overlap sehingga tidak ada arus tunnel mengalir dan dioda tunnel berprilaku seperti dioda PN-junction biasa.

Gambar 7. Tidak ada arus tunnel.

Keunggulan Dioda Tunnel :

Dapat dioperasikan untuk kecepatan tinggi.
Konsumsi daya rendah.
Low noise.

Kegunaan Dioda Tunnel :

Digunakan sebagai logic memory storage device.
Digunakan sebagai ultra high-speed switch.
Gigunakan pada rangkaian oscillator relaksasi.
Gigunakan pada penerima FM.

EoF

Diode P-N Junction

2019-08-12T17:47:00.001+07:00

Dioda atau diode merupakan perangkat elektronika yang berfungsi untuk mengalirkan arus listrik satu arah saja dari kaki Anoda ke kaki Katoda, arah arus sebaliknya akan diblok atau tidak dilewatkan oleh dioda. Dioda yang umum digunakan adalah dioda silikon. Simbol dioda dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Simbol Dioda

Dioda PN Junction

PN junction dioda dibuat dari dua material semikonduktor tipe N dan semikonduktor tipe P yang diletakan sangat berdekatan sehingga material tipe N dan tipe P bertemu, daerah pertemuan tersebut disebut sebagai junction.

Gambar 2. Dioda P-N junction

Gambar 2 menunjukan kaki Katoda memiliki semikonduktor tipe N yang umum disebut sebagai N-region dengan elektron sebagai majority carrier, sedangkan kaki Anoda memiliki semikonduktor tipe P dan umum disebut sebagai P-region dengan hole sebagai majority carrier.

Dioda memiliki daerah pertemuan antara semikonduktor tipe P dan semikonduktor tipe N (P-N junction) yang memiliki fungsi isolasi sehingga elektron dan hole tidak mudah untuk melewati atau menyeberangi junction, daerah tersebut disebut sebagai depletion layer atau lebih sering disebut sebagai depletion region.

Depletion layer merupakan daerah yang mengisolasi antara P region dan N-region sehingga elektron sulit untuk berpindah ke P-region, untuk memindahkan elektron ke P-region memerlukan bias maju sehingga memaksa elektron pindah dari N-region ke P-region sehingga arus listrik dapat mengalir. Depletion layer dapat melebar dan menyempit sesuai dengan bias yang digunakan. Jika menggunakan bias maju maka depletion layer akan semakin menyempit sehingga elektron lebih mudah berpindah ke P-region, semakin besar bias maju maka akan semakin sempit daerah depletion layer. Jika diberi bias mundur (reverse bias) maka depletion layer akan semakin melebar yang menyebabkan elektron sulit untuk berpindah ke P-region dan sebaliknya sehingga menyebabkan tidak ada arus listrik yang dilewatkan.

Dioda dengan kondisi Zero Bias

Kondisi zero bias adalah dimana kondisi dioda tidak diberi tegangan dengan masing-masing kaki dioda dihubungkan singkat seperti ditunjukan pada Gambar 3.

Gambar 3. Dioda PN-junction kondisi bias zero

Saat dioda tidak diberi tegangan tetapi masing-masing kaki dihubung singkat lalu dihubungkan ke pentanahan (grounding) maka beberapa hole (majority carrier) pada P region memiliki energi cukup untuk melewati barrier (junction) maka kondisi ini disebut sebagai forward current (IF). Demikian juga dengan hole (minority carrier) yang dihasilkan pada N region juga dapat melintasi barrier (junction) yang disebut sebagai reverse current (IR). Transfer elektron dan hole bolak-balik melewati junction disebut sebagai difusi seperti dapat dilihat pada Gambar 3. Jika jumlah hole dan elektron sama dan bergerak ke arah yang berlawanan maka keseimbangan akan terjadi dan hasilnya adalah tidak ada arus yang mengalir.

Dioda dengan Forward Bias

Dioda dengan forward bias (bias maju) adalah kondisi dimanan kaki Anoda diberi tegangan positif atau tegangan lebih besar dibanding dengan kaki Katoda. Tegangan pada Katoda bisa netral (0 Volt) atau tegangan negatif.

Gambar 4. PN-junction kondisi forward biased

Saat tegangan tegangan bias yang diberikan lebih besar dari tegangan barrier (0,7 Volt), maka hole dan elektron akan memiliki energi cukup untuk melewati junction dan arus listrik akan mengalir. Hal tersebut terjadi karena tegangan negatif akan menolak elektron hingga memberi elektron energi untuk melintasi junction dan menyebabkan depletion layer menyempit sehingga lebih mudah untuk elektron dan hole melintas junction.

Gambar 5. Kondisi forward bias pada PN-Junction

Gambar 6. Grafik karakterisitik dioda dengan forward bias

Keterangan Gambar 6

VF : Tegangan dioda dengan kondisi forward bias.
IF : Arus yang mengalir melalui dioda dalam kondisi forward bias
Knee : Adalah tegangan minimal dimana dioda dapat mengalirkan arus listrik dalam jumlah besar, tegangan knee silikon sebesar 0.7 Volt.

Dioda dengan Reverse Bias

Dioda dengan reverse bias adalah dimana dioda diberi tegangan terbalik dimana kaki Anoda diberi tegangan negatif atau netral (0 Volt) sedangkan kaki Katoda diberi tegangan positif.

Gambar 7. P-N junction kondisi reverse biased

Kondisi reverse bias pada Gambar 7 menginformasikan bahwa tegangan positif sumber akan menarik elektron pada N region, dan tegangan negatif sumber akan menarik hole pada P region yang menyebabkan daerah depletion layer akan semakin lebar yang membuat elektron dan hole sulit melewati junction sehingga dioda akan memiliki impedansi yang sangat tinggi. Dengan impedansi yang sangat tinggi arus tidak akan mengalir pada dioda.

Gambar 8. Grafik karakteristik dioda dengan reverse bias

Keterangan Gambar 8 :

VR : Tegangan dioda dengan kondisi reverse bias.
IR : Arus yang mengalir pada dioda dalam kondisi reverse bias
Breakdown : Merupakan tegangan reverse bias maksimum yang boleh digunakan pada dioda berdasar nilai yang diijinkan pabrikan

Pada Gambar 8 menunjukan bahwa jika dioda diberi tegangan reverse yang sangat besar hingga mencapai batasnya hingga terjadi breakdown maka dioda akan mengalirkan arus yang cukup besar. Dalam keadaan ini dioda dapat seketika rusak jika melewati tegangan reverse yang diperbolehkan oleh pabrik.

Gambar 9 menunjukan gabungan karakteristik forward bias dan forward reverse.

Gambar 9. Grafik karakteristik dioda

Sifat-sifat dioda silikon :

Menghantar tegangan maju minimum dengan tegangan 0.7 Volt.
Arus maju yang diijinkan cukup besar.
Hambatan maju sangat kecil, hambatan terbalik sangat besar dapat mencapai beberapa MΩ.
Tegangan terbalik (Voltage reverse)maksimum yang diijinkan cukup besar yaitu mencapai 1000 Volt atau lebih.

Penyebab kerusakan pada dioda :

Karena arus maju yang berlebih.
Karena tegangan terbalik yang terlalu tinggi.
Menghubungkan kaki dioda pada terminal sumber arus secara langsung tanpa beban (hubung singkat).

Untuk menghindari kerusakan dioda, arus maju maksimum dan tegangan terbalik yang direkomendasikan oleh pabrik jangan sampai dilampau atau dilewati.

Menghitung Arus yang mengalir pada dioda

Gambar 10. Dioda dengan forward bias

Gambar 10 menginformasikan bahwa arus mengalir dari kaki Anoda ke Katoda dengan beban resistor. Besarnya arus maksimum pada rangkaian dapat dicari dengan rumus yang mengacu pada Hukum Ohm :

I = V / R

Karena dioda minimum dapat bekerja membutuhkan forward bias sebesar sekitar 0.7 Volt maka arus maksimum menjadi :

I = (V - 0.7 Volt) / R

Jika V = 10 Volt, R = 1 kΩ maka arus pada rangkaian adalah :

I = 10 - 0.7 Volt / 1000 Ω
I = 9.3 mA

Arus pada rangkaian besarnya sama dengan arus yang melalui dioda.

Beberapa jenis Dioda :

EoF

Transistor BJT sebagai penguat

2019-08-06T22:45:00.000+07:00

Salah satu fungsi Transistor BJT adalah sebagai penguat sinyal baik sinyal dc maupun ac. Materi transistor sebagai penguat sinyal dc dapat dilihat pada materi transistor BJT sebagai saklar.

Dalam mendesain transistor menjadi penguat sinyal diperlukan desain rangkaian menggunakan analisa dc untuk menentukan titik kerja transistor serta menggunakan analisa rangkaian ac karena kedua hal tersebut harus dilakukan agar transistor bekerja sesuai harapan.

Sebelum mempelajari lebih jauh mengenai penguat transistor perlu diketahui sifat output pada kaki transistor :

Saat menggunakan transistor NPN, output diletakan pada kaki collector maka penguatan yang dilakukan adalah penguatan tegangan dimana tegangan output menjadi terbalik (inverting) terhadap sinyal masukan. Output pada kaki collector disebut sebagai common emitter atau collector follower yang ditunjukan Gambar 1a.
Saat menggunakan transistor NPN, dan output diletakan pada kaki emitter maka tegangan output lebih kecil sedikit dibanding tegangan input pada kaki base dengan fasa sinyal sama antara input dan output. Arus menjadi lebih besar dibanding dengan arus input yang mengalir pada kaki base. Output pada kaki emitter disebut sebagai common collector atau emitter follower dan digunakan sebagai penguat arus listrik yang ditunjukan pada Gambar 1b.
Jika menggunakan transistor PNP, lalu output diletakan pada kaki emitter (common collector) maka penguatan yang dilakukan adalah penguatan arus. Tegangan dianggap sama (lebih besar sedikit) dengan tegangan pada kaki base. Gambar 2 menunjukan penguat transistor PNP common collector.
Jika menggunakan transistor PNP, lalu output diletakan pada kaki collector maka penguatan adalah penguatan tegangan dengan fasa terbalik.

Gambar 1. Penguat transistor NPN kelas A

Gambar 2. Penguat transistor PNP kelas A

Dari Gambar 1 dan 2 dapat dijelaskan mengapa perlu dilakukan analisa dc dan ac jika transistor digunakan sebagai penguat sinyal kelas A :

Analisa dc diperlukan untuk menentukan titik kerja transistor, selain itu bias menggunakan sinyal dc berfungsi untuk menaikan sinyal ac ke level dc karena transistor hanya bisa bekerja jika kaki base-emitter mencapai 0,7 Volt dimana jika dilewati arus ac secara langsung maka sinyal ac akan terpotong pada bagian negatifnya yang menyebabkan sinyal ac hanya setengah gelombang positif saja.
Agar sinyal ac dapat dilewatkan transistor maka sinyal ac perlu ditumpangkan pada sinyal dc dimana memerlukan komponen yang berfungsi sebagai kopling yaitu kapasitor.
Saat sinyal ac ditumpangkan pada sinyal dc, maka sinyal ac tidak ada yang terpotong karena level tegangannya dinaikan diatas 0,7 Volt. Untuk melihat berapa besarnya penguatan sinyal ac perlu dilakukan analisa ac.

Penguat pada Transistor BJT memiliki beberapa tingkatan penguat yang umum digunakan yaitu :

Penguat kelas A

Yaitu saat titik kerja sebuah transistor (tegangan VCE) dibuat pada setengah atau separuh dari sumber tegangan transistor (VCC). Penguat tipe ini boros daya karena ada input ataupun tidak ada input, transitor telah bekerja dan mengalirkan arus listrik. Gambar 1 dan 2 menunjukan transistor sebagai penguat kelas A.

Penguat kelas B

Yaitu penguat transistor untuk menguatkan arus (penguat daya) bekerja disekitar titik cut-off sehingga setengah siklusnya terpotong (setengah gelombang). Jika penguat kelas B digunakan untuk menguatkan sinyal sinusoidal (misal audio) diperlukan satu transistor PNP dan satu NPN yang dipasang sedemikian rupa hingga transistor bekerja secara bergantian (push-pull transistor). Transistor PNP akan bekerja pada setengah gelombang negatif dan transistor NPN akan bekerja di setengah gelombang positif secara bergantian. Penguat kelas ini masih memiliki cacat karena pada kaki base tidak diberi bias tegangan dc.

Gambar 2. Penguat kelas B push-pull transistor

Penguat kelas AB

Rangkaian sama persis dengan kelas B. Hal yang membedakan adalah pada kelas AB masing-masing kaki base sudah diberi bias sebesar 0,7 Volt, sehingga tidak terjadi cacat bentuk gelombang.

Gambar 3. Penguat kelas AB push-pull transistor

Penguat kelas C

Merupakan penguat transistor yang digunakan untuk menguatkan sinyal tanpa menggunakan bias pada kaki base transistor, sehingga penguat transistor kelas C ini mampu menghasilkan daya lebih besar dari penguat AB atau B (mendekati 100%). Beberapa sifat penguat transistor kelas C adalah :

Penguat kelas C umumnya menggunakan rangkaian tambahan L-C pada kaki collector yang bertujuan untuk mengembalikan setengah gelombang sinyal positif yang hilang karena transistor bekerja tanpa dibias pada kaki base.
Tidak cocok digunakan untuk frekuensi rendah karena rangkaian L-C harus didesain sedemikian rupa agar menghasilkan gelombang sinusoidal tanpa cacat.
Penguat ini umumnya ditemui pada rangkaian penguat frekuensi radio. dan transistor yang digunakan adalah transistor daya.

Gambar 4. Penguat transistor kelas C

Dengan penjelasan singkat penguat transistor di atas, langsung saja kita masuk ke materi analisa dc dimana transistor diberi bias maju dengan tegangan dc pada kaki base .

Analisis dc penguat kelas A

Bab ini memberikan contoh analisis dc menggunakan transistor NPN sebagai penguat kelas A. Gambar 5a menunjukan penguatan transistor NPN kelas A dan Gambar 5b menunjukan rangkaian analisa dc dimana semua komponen dibelakang kapasitor (tidak terhubung tegangan dc) dihilangkan, dan kenapa bisa begitu?. Jawabnya sangat sederhana karena kapasitor tidak meneruskan arus dc sehingga komponen yang tidak dilewati arus dc dihilangkan.

Titik kerja penguat kelas A umumnya digunakan pada transistor dengan membuat VCE sebesar 0,5 * Vcc (setengah dari sumber tegangan).

Gambar 5. Analisis dc

Pada Gambar 5b dapat dicari rumus IB, dan IC sebagai berikut :

Rumus umum transistor BJT

Rp = R1 // R2

IC = β. IB
IE = IB + IC

Dari Gambar 5b dapat digambarkan titik kerja Q penguat transitor kelas A dengan VCEQ sebesar 0,5 . VCE yang umum digunakan pada penguat kelas A yang ditujukan oleh garis beban analisis dc pada Gambar 6.
Gambar 6. Garis beban dc penguat transistor kelas A

Arus maksimum dijinkan melewati kaki collector saat transistor jenuh (VC-E = 0) :
IC Maksimum = VCC / (RC + RE) ----> Rumus IC pada Gambar 5b dan Gambar 6.

Besarnya arus yang melewati kaki base (IB) pada Gambar 5b

Vth - IB . Rp - 0,7V - IE . RE = 0

Vth - IB . Rp - 0,7V - (IC + IB) . RE = 0
Vth - IB . Rp - 0,7V - (β. IB + IB) . RE = 0

Vth - 0,7V - IB . Rp - IB . (β + 1) . RE = 0
Vth - 0,7V - IB . (Rp +  (β + 1) . RE) = 0
IB . (Rp +  (β + 1)) . RE =  Vth - 0,7V
IB  =  Vth - 0,7V / (Rp +  (β + 1) . RE) ----> Rumus IB pada Gambar 5b.

Sehingga IC = β . (Vth - 0,7V) / (Rp + (β + 1) . RE) ----> Rumus IC pada Gambar 5b dan Gambar 6.

Tegangan VC-E (tegangan kaki collector - emitter) saat transistor tidak bekerja atau tidak ada bias pada base.
VC-E cut off = VCC (tegangan sumber)

Kesimpulan analisis dc penguat kelas A :
Penguat kelas A didesain dengan memberikan bias pada kaki base sehingga ada arus mengalir pada kaki base dengan nilai tertentu yang menyebabkan tegangan antara kaki collector - emitter sama dengan setengah dari tegangan sumber (0,5 . VCC) sehingga penguatan tegangan sinyal input (sinyal informasi) bisa optimal (tidak terpotong sinyal positif nya saja ataupun sebaliknya).

Analisis ac penguat kelas A
Penjelasan analisis ac transistor ini merupakan kelanjutan dari penjelasan analisis dc pada bab di atas. Analisis ac pada rangkaian penguat transistor bertujuan untuk :

Menentukan besarnya gain atau penguatan.
Menentukan hambatan input dan hambatan output.
Membuat respon atau tanggapan frekuensi.

Transistor memiliki memiliki re' (hambatan dinamis) yang nilainya umumnya diabaikan pada analisis dc, akan tetapi pada analisis ac nilai ini tidak bisa diabaikan karena mempengaruhi besarnya penguatan sinyal. Besarnya hambaran re' adalah berubah - ubah atau dinamis terhadap suhu transistor.

Gambar 7. Hambatan dinamis (Re') transistor

Besarnya re' pada suhu dengan satuan derajat Celcius (ºC) adalah :

Besarnya re' pada transistor

Pada suhu kamar 18 ºC, besarnya re' adalah :

re' = {(18 + 273 )/ 291} / {25 mV / IE}

re' = 25 mV / IE

Menggambar rangkaian ekivalen pada Analisis AC
Dalam menggambarkan rangkaian analisis ac, semua resistor yang terhubung pada kapasitor dihubungkan dengan grounding dan kapasitor dianggap terhubung singkat seperti ditunjukan pada Gambar 8 di bawah ini.

Gambar 8. Analisis ac

Gambar 8b menunjukan bahwa RE dianggap tidak ada karena kapasitor dinggap terhubung singkat (short), sehingga hambatan pada kaki emitter tinggal hambatan dinamis Re' transistor. RC dan RL menjadi susunan paralel terhadap kaki collector dan ground. R1 dan R2 menjadi paralel terhadap base dan ground. Sehingga dari Gambar 8b dapat dicari :

Hambatan input pada base (Rin)
Rb = β . re' --> jika ada C3
Rb = β . (re' + RE) --> jika tidak ada C3
Rin = R1 // R2 // Rb
Rin adalah hambatan input rangkaian total, Rb adalah hambatan input transistor yang dipengaruhi besarnya re' dan resistor pada kaki Emitter.

Hambatan output
Rout ac = RC // RL --> Gambar 8b
Hambatan output tidak dipengaruhi oleh besarnya RE karena rangkaian menggunakan common emitter (collector follower)

Setelah mengetahui hambatan input dan output selanjutnya adalah mencari variabel yang digunakan untuk menggambar garis beban ac yaitu :
Rac = re' + (RC // RL)
IC-ac maks = ICQ + (VCEQ / Rac)
VCE-ac maks = VCEQ + ICQ . Rac
Penguatan (Gain) = Vout / Vin = β.RC / β.re' = RC / re' --> dengan C3
Penguatan (Gain) = Vout / Vin = β.RC / β.re' = RC / (re' + RE) --> tanpa C3

Gambar 9. Garis beban ac penguat transistor kelas A

Gambar 10. Bentuk sinyal tidak terpotong pada penguat kelas A

Dari gambar 10 dapat disimpulkan bahwa dengan menjaga atau membuat tegangan dc pada VCE sebesar 0,5 . VCC sinyal output tidak akan terpotong selama input tidak terlalu besar dan melebihi garis beban ac.

EoF

Transistor BJT sebagai saklar

2019-08-04T13:05:00.001+07:00

Salah satu penggunaan Transistor BJT adalah digunakan sebagai saklar elektronik yang berfungsi untuk on/off komponen elektronika lainnya. Gambar 1 menunjukan dasar cara kerja Transistor BJT. Transistor BJT ini umumnya yang sering disebut dengan transistor.

Gambar 1. Transistor BJT

Berdasarkan arah arus pada transistor, BJT terdiri dari 2 jenis yaitu NPN (Negative-Positive-Negative) dan PNP (Positif-Negative-Positif). Gambar 1a menunjukan bahwa jika terdapat arus listrik menuju kaki base maka akan ada arus listrik mengalir dari kaki collector ke emitter yang besar dipengaruhi oleh besarnya arus listrik yang melewati kaki base. Gambar 1b menunjukan bahwa transistor akan bekerja saat ada arus listrik mengalir dari kaki emitter ke kaki base sehingga arus listrik dari kaki emitter dapat mengalir ke collector yang besarnya dipengaruhi oleh besarnya arus listrik pada kaki base.

Untuk mengetahui besarnya arus listrik yang mengalir pada kaki collector (IC) transistor NPN maupun PNP dapat dihitung menggunakan rumus :

IC = β . IB

Keterangan :
IC : arus listrik yang mengalir pada kaki collector.
IB : besarnya arus listrik yang mengalir pada kaki base.
β : Besarnya penguatan transistor

Gambar 2. Syarat transistor NPN dapat bekerja

Gambar 2 menunjukan syarat kondisi transistor NPN dapat bekerja dengan baik :

Pada tegangan input VBB harus lebih besar dari 0,7 Volt supaya tegangan pada kaki base-emitter mencapai 0,7 Volt sehingga menyebabkan arus listrik (IB) mengalir menuju ke kaki base.
Kaki collector harus terhubung pada tegangan sumber sehingga saat terdapat arus yang mengalir pada kaki base (IB), kaki collector dapat mengalirkan arus litrik dari tegangan sumber menuju kaki emitter (IE).
Pada sisi kaki collector atau emitter harus ada beban (diwakitli RC) yang juga berfungsi sebagai pembatas arus maksismum yang diperbolehkan melalui transistor agar transistor tidak terbakar atau rusak .

Dari Gambar 2 dapat dicari rumus untuk mengetahui besarnya arus pada kaki collector (IC). dengan persamaan sbb :

VBB - IB . RB - 0,7 Volt = 0

IB = VBB - 0,7 Volt / RB

Dari rumus IC = β . IB maka didapatkan :

IC = β . ( VBB - 0,7Volt ) / RB)

Arus maksimum yang diijinkan melewat kaki collector transistor adalah

IC = VCC / RC
Gambar 3. Syarat transistor PNP dapat bekerja

Gambar 3 menunjukan syarat kondisi transistor PNP dapat bekerja dengan baik :

Pada bagian kaki base harus dihubungkan dengan tegangan lebih rendah dari VEE dengan selisih tegangan lebih besar dari 0,7 Volt agar tegangan pada kaki emitter-base dapat mencapai 0,7 Volt sehingga menyebabkan arus listrik dapat mengalir dari kaki emitter menuju ke kaki collector.
Pada sisi kaki collector atau emitter harus ada beban (diwakitli RE) yang juga berfungsi sebagai pembatas arus maksismum yang diperbolehkan melalui transistor agar transistor tidak terbakar atau rusak .

Transistor yang difungsikan sebagai perangkat on/off (saklar) bekerja pada pada dua area kerja yaitu :

Transistor bekerja pada area jenuh atau saturasi sehingga arus listrik yang mengalir pada kaki collector-emitter adalah maksimal yang ditandai dengan tegangan antara kaki collector dan emitter mendekati 0 atau 0 Volt.
Transistor bekerja pada area cutt-off (tidak bekerja) yang ditandai dengan besarnya tegangan antar kaki collector-emitter adalah sama dengan tegangan sumber.

Salah satu contoh transistor digunakan sebagai saklar elektronik adalah transistor digunakan untuk mengendalikan relay yang digunakan untuk memutus dan menyambung arus listrik tegangan tinggi. Pada Gambar 4 menunjukan bahwa transistor NPN digunakan sebgai saklar mengaktifkan dan menon aktifkan perangkat relay. Transistor sendiri dipicu oleh program pada mikrokontroler sehingga memungkinkan melakukan pensaklaran otomatis. Saat mikrokontroler mengeluarkan tegangan maka akan ada arus yang mengalir pada kaki base yang menyebabkan arus mengalir dari kaki collector ke emitter yang mengakibatkan relay bekerja.

Gambar 4. Transistor sebagai saklar

Materi lanjutan transistor yaitu Transistor sebagai penguat.

EoF

Kapasitor

2019-07-18T06:39:00.000+07:00

Kapasitor (capacitor) merupakan komponen pasif elektronika yang berfungsi sebagai :

Penyimpan muatan listrik.
Mem-blok arus DC.
Sebagai kopling dimana memblok arus DC dan meneruskan arus AC.
Dapat digunakan pada rangkaina filter jika diintegrasikan dengan komponen lainnya seperti resistor, induktor, Op-am, transistror.
Digunakan sebagai penalaan (mencari frekuensi) yang diinginkan yang umumnya banyak ditemui pada rangkaian radio analog. Tipe kapasitor yang digunakan untuk penalaan adalah Varco (Variable condenser).
Sebagai penghambat arus listrik AC, dimana besarnya hambatan (reaktansi kapasitif) tergantung dari besarnya frekuensi yang melalui kapasitor.

Kapasitor juga sering disebut sebagai kondensator. Simbol kapasitor ada dua yaitu polar yang memiliki kutub positif (+) dan negatif (-) dan non polar yang tidak memiliki kutub pada kaki kapasitor. Kapasitor dengan simbol polar tidak boleh terbalik pemasangannya terhadap catu daya, sedang kapasitor dengan simbol non polar boleh dibolak balik koneksi kaki kapasitor terhadap rangkaian atau sumber catu daya. Gambar 1 menunjukan perbedaan simbol antara polar dan non polar. Semua jenis kapasitor yang tidak memiliki kutub pada ujung kakinya menggunakan simbol non polar.

Gambar 1. Simbol kapasitor

Jenis Kapasitor

Kapasitor memiliki beberapa jenis berdasarkan bahan isolator atau bahan dielektriknya sebagai berikut :

Kapasitor Mylar

Kapasitor yang dibuat dari bahan isolator polystyrene yang memiliki tingkat kebocoran kecil meskipun dalam suhu tinggi. kapasitor ini termasuk kapasitor yang tidak memiliki kutub pada kaki nya sehingga pemasangan pada rangkaian boleh terbalik. Kapasitor jenis ini umum digunakan sebagai filter pada rangkaian Audio atau rangkaian frekuensi rendah.

Gambar 2. Kapasitor mylar

Besarnya kapasitas kapasitor mylar biasanya sudah tertera pada kapasitor tersebut seperti pada Gambar 2 dengan contoh nilai 104. Kapasitor mylar mempunyai satuan standar pF (pico Farad) sehingga angka 104 pada kapasitor mylar = 100000 pF dan sering ditulis menjadi 100nF. Huruf J menandakan besarnya toleransi pada kapasitor mylar yaitu 5%.

Kapasitor Mika

Kapasitor mika dibuat dari bahan isolator mika. Kapasitor mika juga tidak memiliki kutub pada kakinya sehingga pemasangan pada rangkaian elektronika boleh terbalik. Kapasitor ini memiliki toleransi rendah dan umum digunakan pada rangkaian filter frekuensi tinggi. Kapasitor ini memiliki harga tolerasni ± 1% hingga 20% dan memiliki harga kisaran 1pF hingga 0.1 uF (mikro Farad).

Gambar 3. Kapasitor mika

Besarnya kapasitas kapasitor mika biasanya sudah tertera pada kapasitor tersebut seperti yang ditunjukan pada Gambar 3 dengan nilai 222. Kapasitor mika mempunyai satuan standar pF (pico Farad) sehingga 222 = 2200 pF dan sering ditulis menjadi 2.2nF atau 2n2. Huruf J menandakan toleransi kapasitor mika sebesar 5%.

Kapasitor Elektrolit / Elco (Electrolytic condenser)

Kapasitor ini memiliki bentuk tabung dan kakinya memiliki kutub positif dan kutub negatif sehingga dalam pemasangan pada rangkaian listrik tidak boleh terbalik. Kapasitor ini umumnya digunakan untuk menangani frekuensi sangat rendah dan untuk frekuensi tertinggi kisaran pada frekuensi audio. Kapasitor elektrolit ini mempunyai rentang nilai antara 1 hingga 500000 μF.

Gambar 4. Kapasitor elektrolit (elco)

Dalam menentukan kutub positif dan negatif kapasitor elektrolit sangat mudah, biasanya kaki yang lebih panjang adalah kutub positif dan sebaliknya. Atau bisa juga dengan melihat tanda negatif pada sisi kapasitor yang menyatakan kaki kapasitor pada sisi tersebut adalah kaki kutub negatif. Untuk menentukan nilai kapasitansi biasanya sudah langsung tertulis seperti pada Gambar 4 yaitu 680 μF dengan tegangan maksimum 35 Volt.

Kapasitor keramik
Kapasitor keramik dibuat dari bahan dielektrik dari keramik. Kapasitor keramik ini banyak digunakan untuk aplikasi frekuensi tinggi seperti pada RF transmitter. Kapasitor keramik tidak memiliki kutub pada kakinya sehingga pemasangan pada rangkaian boleh bolak-balik.

Gambar 5. Kapasitor keramik

Untuk menentukan nilai kapasitas kapasitor keramik biasanya sudah ditulis pada kapasitor tersebut seperti pada Gambar 5 ditulis 104. satu angka terakhir menandakan pengali. Kapasitor keramik mempunyai satuan standar pF sehingga 104 berarti 100000pF atau bisa ditulis 100nF (100 nano Farad).

Kapasitor kertas
Kapasitor kertas dibuat dari bahan dielektrik dari kertas. Kapasitor kertas juga tidak mempunyai kutub pada kakinya sehingga dalam pemasangan pada rangkaian elektronika boleh dibolak-balik. Kapasitor ini adalah kapasitor paling murah dari jenis kapasitor lainnya karena dibuat dari bahan kertas.

Gambar 6. Kapasitor kertas

Untuk menentukan nilai kapasitas kapasitor kertas biasanya sudah tertera pada kapasitor tersebut seperti pada Gambar 6 tampak nilai 473. Kapasitor kertas mempunyai satuan standar pF sehingga 473 berarti 4700pF atau bisa ditulis 4.7nF atau 4n7.

Kapasitor udara
Kapasitor udara adalah jenis dari variabel kapasitor atau varco (variable condenser) dan kapasitor ini digunakan sebagai penalaan frekuensi radio dan saat ini sudah jarang sekali ditemukan karena penerima radio saati ini umumnya telah menggunakan teknologi digital. Variabel kapasitor masih dapat ditemukan pada rangkaian pemancar radio analog dan penerima radio analog.

Gambar 7. Kapasitor udara

Kapasitor udara ini dibuat dengan elektroda dimana ditengah tengah elektroda hanya ada ruangan udara (bahan dielektrik udara).

Gambar 8. Gambar ilustrasi kapasitor udara

Gambar 9. Pelat kapasitor udara

Pada Gambar 8a di atas menunjukan bahwa kapasitor udara memiliki pelat sebagai elektroda diantara pelat memiliki ruang kosong (berisi udara). Pelat paralel umumnya memiliki bagian yang tetap dan ada yang dapat berputar yang menyebabkan perubahan nilai kapasitas kapasitor udara karena posisi pelat paralel yang berubah. Pada variabel kapasitor umumnya memiliki banyak pelat yang disusun paralel agar dapat memiliki nilai total kapasitas kapasitor lebih besar seperti yang ditunjukan pada Gambar 8b.

Kapasitor Tantalum
Kapasitor Tantalum merupakan kapasitor mirip sekali dengan kapasitor elektrolit dan juga memiliki kutub (+) dan kutub (-). Kapasitor tantalum memiliki pelet logam tantalum sebagai lapisan anoda, lalu dikelilingi lapisan isolasi yang membentuk dielektrik dan dikelilingi cairan elektrolot padat sebagai katoda-nya. Karena kapasitor Tantalum memiliki lapisan dielektrik sangat tipis dan permitivitasnya tinggi sehingga membuat Tantalum dapat memiliki nilai kapasitas kapasitor lebih tinggi dari kapasitor elektrolit dengan bobot yang lebih rendah.

Gambar 10. Kapasitor tantalum

Cara membaca nilai kapasitas kapasitor
Kapasitor memiliki satuan Farad yang memiliki beberapa tingkatan pembacaan seperti mili Farad, mikro Farad, nano Farad dan pico Farad. Setiap tingkatan dari Farad ke bawah yang ditunjukan pada Gambar 11 besarnya nilai kapasitas kapasitor dikalikan dengan 1000, begitu sebaliknya tingkatan dari bawah (pico Farad) ke atas nilai kapasitas kapasitor dibagi dengan 1000.

Gambar 11. Tangga satuan kapasitor

Contoh tingkatan satuan kapasitor :
0,1μF = 0,1 x1000 nF = 100nF
100pF = 100 : 1000 = 0,1 nF

Kemudian membaca nilai kapasitas kapasitor yang dimana kapasitor menggunakan kode alphabet adalah dengan menggunakan acuan Tabel 1 di bawah.

Tabel 1. Acuan pembacaan nilai kapasitas kapasitor alphabet

Angka	Posisi 1	Posisi 2	Pengali	Toleransi
0	-	0	1
1	1	1	10	F = 1%
2	2	2	100	G = 2%
3	3	3	1000	H = 3%
4	4	4	10.000	J = 5%
5	5	5	100.000	K = 10%
7	6	6	1.000.000	M = 20%
8	7	7	100.000.000

Umumnya kapasitor non polar nilainya ditulis menggunakan alphabet memiliki satuan standar pF (pico Farad). Contoh : kapasitor dengan nilai tertera 104J seperti yang ditunjukan Gambar 12 bernilai 100000 pF atau umum ditulus 100nF.

Gambar 12. Pembacaan nilai kapasitas kapasitor non polar

Reaktansi Kapasitif
Besarnya hambatan pada kapasitor (reaktansi kapasitif) tergantung dari nilai kapasitor dan frekuensi listrik yang melewati kapasitor tersebut. Semakin besar frekuensi listrik yang melalui kapasitor maka reaktansi kapasitif (hambatan pada kapasitor) akan semakin kecil. Sebaliknya semakin kecil frekuensi listrik yang melewati kapasitor maka hambatan semakin besar sehingga jika frekuensi listrik adalah 0 Hz atau bisa dikatakan listiki DC maka kapasitor tidak akan melewatkan arus listrik DC.

Hubungan antara frekuensi listrik dan kapasitas kapasitor dapat dituliskan dengan rumus reaktansi kapassitif (X_C) sbb :

Rumus reaktansi kapasitif

Dimana :
X_C: Raktansi kapasitif dengan satuan Ohm (Ω)

f : Frekuensi dalam satuan Hertz (Hz)

C : Nilai kapasitas kapasitor dengan satuan Farad (F)

π (Pi) : Nilai sebesar 3,14 atau 22/7

Contoh menentukan nilai reaktansi kapasitif suatu kapasitor
Rangkaian yang terdiri dari hanya satu kapasitor dengan nilai 1μF (1 mikro Farad) dilalui listrik sebesar 5 Volt dengan frekuensi 100Hz maka nilai reaktansi kapasitif adalah :

X_C= 1 / 2. 3,14. 100. 100.10^-6

X_C= 1592,36 Ω

Dari nilai nilai reaktansi kapasitif (Xc) yang didapatkan dapat dihitung besarnya arus yang melalui kapasitor yaitu :

I = V / X_C

I = 5 / 1592,36

I = 0,00314 A = 3,14 mA

Total kapasitas kapasitor pada rangkaian paralel
Nilai kapasitas kapasitor total suatu kapasitor yang dirangkai secara paralel adalah dengan menjumlahkan masing-masing besarnya kapasitas kapasitor.

Gambar 12. Kapasitor disusun paralel

Empat buah kapasitor dengan masing-masing nilai kapasitas kapasitor 1μF dipasang secara paralel seperti Gambar 13 di atas, maka total kapasitas kapasitor adalah :
C_total = C₁+ C₂ + C₃ + C₄
C_total = 1μF + 1μF + 1μF + 1μF
C_total= 4μF

Jika kapasitor dipasang secara paralel maka nilai kapasitas kapasitor total semakin besar atau bertambah.

Total kapasitas kapasitor pada rangkaian seri

Gambar 13. Kapasitor disusun secara seri

Total kapasitor yang dipasang secara seri pada suatu rangkaian seperti gambar di atas dapat dihitung dengan rumus :
1/C_total= 1/C₁+ 1/C₂+ 1/C₃+ 1/C₄
1/C_total= 1/1μF + 1/1μF + 1/μF + 1/μF
1/C_total= 4
C_total= 1/4 μF

Jika kapasitor dipasang secara seri maka kapasitas kapasitor total akan semakin kecil atau berkurang.

EoF

Induktor

2019-07-16T20:15:00.001+07:00

Induktor adalah komponen pasif elektronika dibuat dari kawat yang dililit, kadang induktor juga disebut sebagai lilitan atau kumparan. Induktor mempunyai sifat dan fungsi yang berkebalikan dari kapasitor dimana induktor meneruskan arus dc dan mem-blok arus AC, sehingga pada rangkaian filter, induktor akan memblok arus dengan frekuensi tinggi dan meneruskan arus dengan frekuensi rendah.

Gambar 1. Simbol induktror

Besarnya nilai hambatan induktor (reaktansi induktif) tergantung nilai besarnya induktansi dan besarnya frekuensi listrik yang melalui induktor. Hubungan antara induktansi, frekuensi dan reaktansi induktif (X_L) dapat dituliskan sebagai berikut :

X_L= 2 . π. f. L

Dimana :
f : Frekuensi listrik yang melalui induktor dalam satuan Ohm (Ω).
L: Besarnya induktansi induktor dalam satuan Henri (H).
π (Pi) adalah nilai sebesar 3,14 atau 22/7.

Dari rumus reaktansi induktif suatu induktor dapat disimpulkan bahwa semakin besar frekuensi listrik yang melewati suatu induktor maka reaktansi induktif akan semakin besar.

Untuk mendapatkan atau membuat induktor inti udara (tanpa inti besi) dengan perkiraan nilai induktansi yang diinginkan dapat dicari dengan rumus :

L = 0,39 . r². N²/ (9r +10p)

Dimana :

L : Induktansi induktor dalam satuan Henri (H).

N : jumlah lilitan.

p : Panjang induktor dalam satuan cm

r : Jari-jari kumparan.

Untuk mendapatkan induktanis mendekati harapan perlu dibuat agar lilitan sangat rapat.

Contoh membuat kumparan atau induktor :

Diinginkan membuat induktor inti udara dengan kumparan satu lapis yang memiliki garis tengah (diameter) 1 cm dan panjang 2 cm, berapa lilitan yang diperlukan untuk mendapatkan nilaiinduktansi sebesar 250 μH?

Jawaban :

L = 0,39 . r². N²/ (9r +10p)

sehingga

N = ( (9r + 10p) . L / (0,39 . r²) )^1/2

N = ( (9 . 0,5 + 10 . 2) . 250 / (0,39 . 0,5²) )^1/2

N = 198 lilitan

Beberapa jenis atau tipe induktor :

Induktor inti udara
Induktor inti udara ini adalah lilitan yang tidak memiliki inti ditengah lilitannya jadi hanya kawat lilitan saja yang bisa dilihat pada Gambar 2 di bawah. Komponen induktor ini banyak ditemukan pada rangkaian RF.

Gambar 2. Induktor inti udara

Induktor inti besi
Induktor inti besi adalah kawat yang dililitkan pada sebuah inti besi. Saat induktor diberi inti besi maka fluks magnetik yang dihasilkan oleh induktor yang dilewati arus listrik tidak banyak keluar atau bocor dari inti besi, selain itu inti besi juga akan berubah menjadi magnet (memiliki medan magnet) kemudian medan magnet ini besi akan ditambahkan langsung pada fluk magnetik yang dihasilkan oleh arus yang melalui kumparan sehingga membuat induktansi induktor menjadi lebih besar.

Gambar 3. Induktor inti besi

Menggunakan inti besi lebih menguntungkan dibanding menggunakan inti udara karena dengan ukuran yang sama induktor dengan inti besi memiliki induktansi lebih besar dibanding induktor dengan inti udara.

Induktor inti ferit
Induktor inti ferit adalah induktor dengan kawat yang dililit pada inti ferit. Inti ferit ini mempunyai fungsi yang sama dengan inti besi yaitu untuk meningkatkan permeabilitas medium disekitar kumparan untuk meningkatkan induktansi pada induktor.

Gambar 4. Induktor inti ferit

Secara fisik inti besi bisa jadi lebih berat dan lebih kuat. sedangkan inti ferit lebih ringan dan mudah patah jika terbentur atau jatuh.

Variabel induktor
Variabel induktor merupakan induktor yang nilai induktansinya dapat berubah dengan mengubah posisi atau letak inti ferit dimana inti ferit dapat digeser-geser didalam kumparan induktor. Gambar 4 adalah salah satu contoh variabel induktor yang diimplementasikan sebagai trafo IF (intermediate frekuensi) yang berfungsi menghilangkan frekuensi tinggi menjadi frekuensi lebih rendah (frekuensi antara) sebelum masuk ke rangkaian detektor.

Gambar 5. Variabel induktor

Variabel induktor akan banyak ditemui pada rangkaian pemancar radio ataupun penerima radio analog.

Induktor dengan inti toroida.
Induktor ini sering disebut dengan toroida. Inti toroida ini memiliki bentuk seperti donat. Umumnya toroida ini sangat baik digunakan dalam konverter dc to dc, dan juga untuk frekuensi audio. Biasanya sering ditemukan pada power supply atau pada rangkaian crossover audio.

Gambar 5. Induktor inti toroida

Total Induktansi pada induktor disusun seri

Untuk meghitung induktansi total induktor yang disusun secara seri adalah dengan menjumlahkan maisng-masing induktansinya sehingga rumus induktansi total adalah :

Ltotal = L1 + L2 + L3 + ..... + Ln

Gambar 6. Induktor disusun seri

Pada Gambar 6 diatas adalah empat buah induktor yang disusun seri dengan masing-masing induktor mempunyai nilai induktansi 1 mH ( mili Henri). Besarnya induktansi total adalah

Ltotal = L1 + L2 + L3 + L4
Ltotal = 1mH + 1mH + 1mH + 1mH
Ltotal = 4 mH

Dari rumus dapat diambil kesimpulan jika induktor dipasang secara paralel induktansi totalnya akan semakin besar,

Total induktansi pada induktor disusun paralel

Untuk mencari nilai induktansi total pada induktor yang disusun secara paralel dapat menggunakan rumus sebagai beriku :

1/Ltotal = 1/L1 + 1/L2 + 1/L3 + 1/L4 ............+ 1/Ln

Gambar 7. Induktor disusun paralel

Pada Gambar 7 menunjukan empat buah induktor disusun secara paralel dengan masing-masing induktor memiliki nilai induktansi 1mH, maka induktansi total induktor adalah :

1/Ltotal = 1/L1 + 1/L2 + 1/L3 + 1/L4
1/Ltotal = 1/1mH + 1/1mH + 1/1mH + 1mH
1/Ltotal = 4/1mH
Ltotal = 0,25 mH

Dari rumus induktansi total pada rangkaian paralel dapat diambil kesimpulan bahwa semakin banyak jumlah induktor yang dipasang secara paralel maka induktansi total semakin kecil.

Faktor Kualitas Induktor (Q)
Perbandingan antara reaktansi induktif X_Ldan rugi-rugi (r) yang ada pada kumparan atau induktor disebut dengan faktor kualitas Q. Nilai faktor kualitas ini dapat membantu untuk menentukan penggunaan induktor sebagai filter dengan kemampuan yang baik (daya pilah frekuensi baik) yaitu diperlukan nilai Q yang besar.

Jika induktor digunakan agar memiliki kemampuan filter rendah (daya pilah frekuensi lemah) diperlukan nilai Q yang kecil. Untuk melebarkan jalur frekuensi yang dapat dilewati oleh induktor dapat ditambahkan resistor yang dipasang paralel dengan induktor.

Contoh mencari nilai Q pada suatu induktor :

Sebuah induktor memiliki hambatan yang diukur oleh Ohm meter sebesar 20 Ω, pada saat dilewati arus listrik dengan frekuensi tertentu memilki reaktansi induktif sebesar 1250 Ω. Maka pada frekuensi tersebut besarnya Q induktor adalah :
Q = X_L/ r
Q = 1250 / 20
Q = 62,5

Resistor

2019-07-14T23:58:00.000+07:00

Resistor merupakan komponen pasif elektronika yang mempunyai satuan Ohm (Ω) bersifat sebagai hambatan sehingga resistor juga sering disebut sebagai hambatan. Resistor adalah komponen yang murni digunakan sebagai hambatan dan tidak memiliki kutub pada setiap ujung kakinya, sehingga dalam pemasangan boleh terbolak balik.

Resistor memiliki beberapa fungsi utama pada rangkaian elektronika yaitu :

Menghambat atau membatasi besarnya arus listrik yang mengalir pada suatu rangkaian elektronika.
Membagi tegangan atau menurunkan tegangan listrik.

Resistor memiliki dua tipe berdasar dari nilai hambatannya yaitu :

Fixed resistor : resistor yang hambatannya tetap atau tidak berubah.
Variable resistor : yaitu resistor yang nilainya dapat berubah atau diubah-ubah

Fixed Resistor

Resistor tetap atau fixed resistor umum disebut sebagai resistor yang memiliki simbol seperti pada Gambar 1.

Gambar 1. Simbol fixed resistor

Beberapa jenis fixed resistor dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 2. Jenis fixed resistor

Jenis fixed resistor berdasar dari bahan pembuat-nya :

1. Resistor campuran karbon

Resistor karbon dibuat dari campuran bahan resitif silinder dengan kabel timah tertanam. Silinder resitif itu sendiri terbuat dari karbon dan keramik dan serbuk karbon bertindak sebagai konduktor yang baik. Resitor ini adalah jenis yang paling umum ditemukan untuk keperluan umum yang memili nilai resistansi antara 0 hingga 100MΩ yang dapat menghantarkan daya listrik sekitar 1/8 Watt hingga 2 Watt.
Toleransi resistor campuran karbon ini dapat mencapai 5% dan memiliki kelemahan tidak stabil jika dioperasikan pada suhu tinggi (diatas 60 derajat C keatas).

2. Resistor karbon filem

Resistor karbon film dibuat dengan meletakan lapisan karbon (karbon film) pada subtrat keramik. Karbon film ini berfungsi sebagai penghambat arus listrik. Subtrat keramik berfungsi sebagai isolator panas atau listrik sehingga menghambat panas yang melaluinya. Resisto karbon film ini dapat bekerja pada suhu lebih tinggi dibanding resistor karbon.

3. Resistor selaput logam (metal film)
Resistor metal film sangat mirip dengan karbon film, yang mebedakan adalah bahan pembuat film dimana resistor metal film adalah timah dan antimon. Film logam bertindak sebagai bahan penghambat arus listrik. Resistor ini memiliki nilai resistansi antara 1- hingga 10MΩ dengan toleransi kurang dari 0,5%. Daya listrik yang dapat ditanggung oleh resistro ini biasanya tidak lebih dari 2 Watt.

4. Resistor metal oxide
Resistor ini memiliki konstruksi mirip dengan resistor metal film. Pada resistor ini film dibuat dari oksida logam seperti oksida timah. Inti keramik resistor metal oxide dilapisi dengan oksida timah yang ditambahkan dengan antimon oksida untuk meningkatkan resitivitasnya.
Resistor ini memiliki toleransi kurang dari 1% dan umumnya memiliki kemampuan menanggung daya listrik hingga 2 Watt.

5. Resistor Cermet
Resistor ini terbuat dari keramik dan metal. Resistor ini didesain untuk memiliki sifat optimal dari keramik yaitu tahan panas dan keras. Unsur logam yang umum digunakan secara umum adalah nikel, kobalt dan molibdenum. Resistor ini sangat tahan panas. Bentuk resistor Cermet dapat dilihat pada Gambar 2.

6. Resistor lilitan kawat
Resistor ini dibuat dengan melilitkan kawat pada sebuah inti. Kawat logam berfungsi sebagai tahanan (hambatan) dan inti logam adalah sebagai bahan yang tidak menghantar arus listrik. Nichrome atau manganin umumnya digunakan sebagai bahan pembuat kawat atau kabel logam karena dapat memberikan daya tahan yang tinggi terhadap arus listrik yang beroperasi pada suhu tinggi. Bahan inti yang paling umum digunakan pada resistor lilitan kawat ini adalah plastik, fiber glass, atau keramik. Bentuk resistor lilitan kawat dapat dilihat pada Gambar 2.

7. Variabel resistor
Variabel resistor adalah resistor yang nilainya dapat dirubah pada rentang nilai tertentu. Beberapa variabel resistor yang sering ditemui adalah :

Potensiometer

Gambar 3. Potensiometer

Potensiometer adalah variabel resistor yang dapat dirubah dengan memutar poros potensiometer tersebut. Apalikasi dari potensiometer ini sangat luas, salah satunya adalah jika Anda memiliki analog tape recorder atau radio dimana untuk mengeraskan volume suara Anda harus memutar knop volume yang disediakan, maka yang Anda putar adalah potensiometer.

Trimpot

Gambar 4. Trimpot

Gambar 5. Simbol variabel resistor

Trimpot merupakan salah satu jenis variabel resistor, yang membedakan trimpot dengan potensiometer adalah pada trimpot perlu alat bantu untuk mengubah nilai resistansinya yang umumnya menggunakan alat semacam obeng dengan kepala minus.

7. Chip resistor
Chip resistor adalah chip dengan ukuran sangat kecil digunakan pada teknologi SMD (Surface Mounted Device) dan SMT (Surface Mounted Technology). Material utama yang digunakan chip resistor adalah SiO2, RUO2, dan CuNi yang memungkinkan untuk membuat resistor dengan resistansi rendah, resistansi sangat tinggi, resistansi sangat rendah, anti sulfur resistor dan array resistor.

Gambar 6. Chip resistor

Bahan utama untuk membuat elektroda pada resistor chip adalah perak (Ag). Akan tetapi perak (Ag) dalam waktu yang alam akan mudah terkorosi dengan sulfur menjadi perak sulfida (Ag2S) dan perak sulfida bersifat non konduktif dimana jika dibiarkan dalam waktu yang lama maka tidak akan ada arus mengalir pada terminal resistor.
Untuk penggunaan jangka waktu yang lama perlu chip resistor yang tahan lama dan dalam dan tahan terhadap korosi sulfur maka perlu menggunakan resistor chip anti sulfur.

Gambar 7. Ukuran chip resistor

Gambar 7 menunjukan ukuran resistor chip yang umum digunakan yaitu : h height dalam mm, w (width) dalam mm, l (length) dalam mm. Untuk lebih detilnya dapat dilihat pada tabel di bawah.

Tabel 1. Kode ukuran resistor chip

Dari Tabel 1 di atas mempunyai makna jika resistor dengan kode ukuran 0603 mm memiliki ukuran 0,6 mm (panjang) x 0,3 mm (lebar) atau bisa jadi 1,6 mm (panjang) x 0,8 mm (lebar) jika menggunakan 0603 inch.

Besarnya resistansi chip resistor dilihat dari kode yang tertera pada chip resistor adalah sbb :

Jika menggunakan tiga digit : digit pertama dan kedua adalah menyatakan angka, digit ke tiga adalah pengali. Contoh : 101 mempunyai resistansi : 10 x 10^1 = 100Ω. Resistor chip dengan label 473 maka resistansinya adalah: 47 x 10^3 = 47 x 1000 = 47kΩ.
Jika menggunakan empat digit : digit pertama, kedua dan ketiga menyatakan angka dan digit ke empat menyatakan pengali. Contoh : Resistor chip dengan label 4702 mempunyai resistansi : 470 x 10^2 = 470 x 100 = 47000Ω atauk 47kΩ.

Nilai resistansi resistor berdasarkan Warna
Nilai hambatan atau resistansi dari suatu resistor dapat dilihat dari warna pada resistor tersebut. Resistor yang memiliki toleransi tinggi hingga 5% biasanya memiliki 4 kode warna sedangkan resistor yang memiliki toleransi rendah dibawah 1% biasanya memiliki 5 kode warna.

Nilai toleransi menyatakan bahwa nilai resistansi pada suatu resistor dianggap masih baik jika nilainya masih berada pada rentang nilai toleransi dari suatu resistor tersebut. Sebagai contoh resistor 1 kΩ memiliki toleransi 1% maka resistor masih baik jika bernilai 1 kΩ ± 10 Ω .

Empat kode warna resistor

Gambar 8. Empat kode warna resistor

Keterangan Gambar 8 :

Cincin 1 menyatakan angka pertama
Cincin 2 menyatakan angka ke dua
Pengali merupakan besarnya pengali yang diwakili banyaknya jumlah 0
Toleransi menunjukan besarnya toleransi gambar resistor 4k7 toleransi ± 1%

Semakin kecil toleransi resistor menandakan resistor tersebut mempunyai nilai hambatan lebih presisi terhadap nilai nominalnya.

Contoh resistor menggunakan empat kode warna adalah gambar resistor 4k7 dengan toleransi ± 5% seperti yang ditunjukan pada Gambar 9. Angka 4k7 adalah gaya penulisan yang umum digunakan pada resistor yang berarti nilai resistansi resistor adalah 4700 Ω atau juga bisa juga ditulis 4.7 kΩ.

Gambar 9. Resistor 4k7

Tabel 2. Empat kode warna resistor

Lima kode warna resistor
Resistor yang memiliki lima kode warna memiliki umumnya toleransi lebih kecil dibanding resistor dengan empat kode warna, sehingga resistor ini memiliki nilai resistansi yang lebih presisi.

Gambar 10. Lima kode warna resistor

Keterangan Gambar 10 :

Warna cincin 1 menyatakan angka pertama.
Warna cincin 2 menyatakan angka kedua.
Warna cincin 3 menyatakan angka ketiga.
Warna cincin 4 menyatakan pengali atau multiplier.
Warna cincin 5 menyatakan besarnya toleransi.

Gambar 11 adalah gambar resistor menggunakan lima kode warna dengan nilai resistansi 4k7 dan toleraransi ± 1%.

Tabel 3. Lima kode warna resistor

Gambar 11. Resistor 4k7 toleransi 1%

Hambatan total resistor pada rangkaian seri
Hambatan total resistor jika disusun secara seri seperti ditunjukan pada Gambar 12 adalah total jumlah masing-masing hambatan resistor yang dipasang secara seri antara satu sama lain.

Gambar 12. Rangkaian seri resistor

Pada gambar rangkaian seri resistor hambatan total adalah :
R_total = R₅+ R₆ + R₇ + R₈
R_total = 1k + 1k + 1k + 1k
R_total = 4 kΩ

Dari hambatan total dapat dihitung arus yang mengalir pada rangkaian adalah
I = V/R_total
I = 5/4k
I = 1,25 mA

Hambatan total resistor pada rangkaian paralel
Hambatan total pada resistor yang dihubungkan secara paralel seperti ditunjukan pada Gambar 13 dapat dicari dengan rumus :

1/R_total = 1/R₁+ 1/R₂ + 1/R₃ + 1/R₄

Gambar 13. Rangkaian paralel resistor

1/R_total = 1/R₁+ 1/R₂ + 1/R₃ + 1/R₄
1/R_total = 1/1k+ 1/1k + 1/1k + 1/1k
1/R_total = 4/1k
R_total = 0,25 kΩ

Dari hambatan R_totalparalel yang didapatkan oleh perhitungan di atas, maka arus listrik yang mengalir dapat dihitung

I = V/R_total
I = 5/0,25k
I = 20 mA

Sumbar sumber :

https://www.rohm.com/electronics-basics/resistors/chip-resistor-specifications

http://www.samsungsem.com/global/product/passive-component/chip-resistor/general-resistor/index.jsp

EoF

PWM Arduino

2019-07-07T17:57:00.000+07:00

Untuk melakukan pengaturan kecepatan motor dc diperlukan konfigurasi PWM (Pulse Width Modulation) pada mikrokontroler papan Arduino. Pulse Width Modulation merupakan rasio atau perbandingan high dan low (duty cycle) dari gelombang persegi.

Kenapa PWM dapat mengatur kecepatan motor dc?

Untuk menjawabnya mungkin lebih mudah dengan analogi LED, jika Anda memiliki saklar untuk memutus nyala LED, saat Anda menyambung dan memutus saklar secara cepat dengan perbandingan waktu sambung atau nyala lebih lama atau panjang dibanding memutus saklar maka LED akan terlihat terang. Saat Anda memanjangkan waktu putus dibanding waktu sambung maka LED akan terlihat redup. Hal tersebut berlaku pula untuk motor dc dimana saat sinyal persegi memiliki kondisi high lebih lama atau panjang dibanding low maka motor dc akan berputar cepat dan begitu pula sebaliknya.

Frekuensi atau kecepatan on/off motor dc yang digunakan pada grid linefollower adalah berdasar trial and error karena penulis menggunakan motor dc yang digunakan pada mainan Tamiya dan tidak mengetahui spesifikasi motor dc tersebut. Dengan frekuensi yang ditunjukan pada halaman ini Anda akan dapat membangun grid line follower dengan kecepatan seperti yang ditunjukan pada Video 1 yang berjalan dengan cukup halus.

Di bawah merupakan penjelasan teknis mengenai PWM Arduino menggunakan konfigurasi Timer/Counter.

Timer/Counter1 untuk Fast PWM 10 bit.

Pembuatan grid line follower ini akan difokuskan penggunaan timer/counter 1 dimana timer /counter tersebut merupakan timer yang dapat menghitung dari 0 hingga 16 bit serta mampu digunakan sebagai fast PWM atau Phase Correct PWM 8, 9, atau 10 bit.

Pada bab ini Anda harus memahami tentang bagaimana melakukan konfigurasi PWM, bagaimana cara mengubah duty cycle PWM sehingga kecepatan motor dc berubah supaya pergerakan grid linefollower lebih halus dan dapat dikontrol. Materi dan gambar pada halaman ini diambil dari datasheet IC mikrokontroler ATmega328P.

Gamba 1. Mode Fast PWM

Keterangan gambar :

TCNTn : Timer/Counter Register yang menggambarkan register counter yang menghitung dari 0 hingga max (tergantung berapa bit counter yang digunakan) dan dari max ke 0 secara terus menerus saat timer diaktifkan.
OCRnx : Merupakan register yang digunakan untuk mengubah duty cycle, nilai register ini akan dibandingkan dengan nilai TCNTn yang hasilnya akan mengubah duty cyle pada pin OCnx atau pin PWM.
OCnx : Output Compare Register yang berhubungan dengan hasill perbandingan register TCNTn dan OCRnx, OCnx ini berhubungan langsung dengan pin PWM.

PWM output pin yang digunakan pada rangkaian grid line follower ini menggunakan pin 9 dan 10 pada Arduino Uno karena pin tersebut bisa bekerja pada mode 8 , 9, dan 10 bit PWM sehingga kita punya banyak pilihan jika ingin mengubah mode PWM. Timer/Counter1 ini memiliki beberapa mode penggunaan PWM yaitu :

Phase Correct PWM 8, 9, atau 10 bit
Fast PWM 8,9, atau 10 bit
Phase and Frequency correct PWM
Phase Correct PWM
Fast PWM

Penulis menggunakan mode PWM yang cocok pada proyek pembuatan grid linefollower ini adalah dengan menggunakan fast PWM 10 bit. Mungkin Anda bisa menggunakan mode yang berbeda karena penulis belum mencoba semua mode seperti Phase Correct PWM (dengan mode phase correct PWM frekuensi akan menjadi lebih rendah dibanding fast PWM dan perubahan duty cycle lebih halus dibanding fast PWM ).

Untuk menggunakan mode fast PWM 10 bit dapat menggunakan data yang ditunjukan Tabel 1 yang diambil dari datasheet ATMega328P.

Tabel 1. Mode PWM

Gambar 3. Register TCCR1A

Gambar 4. Register TCCR1B

Tabel 2. Konfigurasi Output Mode Fast PWM

Tabel 3. Clock Select bit

Untuk melakukan konfigurasi fast PWM 10 bit Anda harus melakukan konfigurasi register TCCR1A dan TCCR1B. Untuk itu Anda harus mengubah nilai bit-bit pada setiap register TCCR1A, dan TCCR1B sesuai dengan opsi data pada tabel 1, 2, 3 termasuk Gambar 2, dan Gambar 3 di atas.

Nilai setiap bit pada register TCCR1A

bit 0, WGM10 bernilai 1
bit 1, WGM11 bernilai 1
bit 2 bernilai 0
bit 3 benrnilai 0
bit 4, COM1B0 bernilai 0
bit 5, COM1B1 bernilai 1
bit 6, COM1A0 bernilai 0
bit 7, COM1A1 bernilai 1

Sehingga nilai TCCR1A = 0b10100011 atau TCRR1A = 0xA3.

Nilai setiap bit pada register TCCR1B

bit 0, CS10 bernilai 0
bit 1, CS11 bernilai 0
bit 2, CS12 bernilai 1
bit 3, WGM12 bernilai 1
bit 4, WGM13 bernilai 0
bit 5 bernilai 0
bit 6, ICES1 bernilai 0
bit 7, ICNC1 bernilai 0

Sehingga nilai TCCR1B = 0b00001100 atau TCRR1B = 0x0C.

Maksud dari konfigurasi TCCR1A, dan TCCR1B di atas adalah sbb :

Pada Tabel 1, nilai bit WGM10, WGM11 bernilai 1 dan WGM12 bernilai 1 dan WGM13 bernilai 0 berarti menggunakan mode Fast PWM 10 bit.
Pada Tabel 2, nilai bit COM1B1 dan COM1A1 bernilai1, COM1B0 dan COM1A0 bernilai 0 berarti menggunakan non inverting mode. Jika Anda menggunakan inverting Anda akan mendapatkan kecepatan motor yang berkebalikan dimana jika Anda menginginkan cepat justru malah lambat, dan sebaliknya.
Pada Tabel 3, TCCR1B bit CS10, CS11, CS12 bernilai 0, 0, dan 1 yang berarti bahwa bahwa frekuensi adalah kecepatan clock crystal osc dibagi dengan 256 (clkio/256).

Karena konfigurasi menggunakan Fast PWM 10 bit maka frekuensi PWM adalah (rumus dari datasheet).

Menggunakan frekuensi sekitar 61 Hz motor dc tamiya dapat bekerja dengan baik seperti yang ditunjukan pada video1.

Setelah mengetahui konfigurasi fast PWM 10 bit yang perlu dilakukan adalah memberikan nilai kecepatan awal pada saat grind line follower baru mulai berjalan dengan mengisi nilai OCR1A dan OCR1B dengan range nilai 0 hingga 1023 (10bit).

Dengan penjelasan agak sedikit panjang di atas, sebenarnya kode yang dituliskan untuk mendapatkan fast PWM cukup menuliskan menuliskan nilai dari TCCR1A dan TCCR1B seperti contoh berikut berikut :

void main()

{ // fast PWM10bit

TCCR1A = 0b10100011;

TCCR1B = 0b00001100;

OCR1A = 500; //(duty cycle hampir 50%) Motor dc berputar lambat

OCR1B= 500; //(duty cycle hampir 50%) Motor dc berputar lambat

}

Materi selanjutnya : kode program pembacaan sensor garis

EoF

Konsep Kerja Grid Linefollower

2019-07-06T14:50:00.003+07:00

Pada blog ini, penulis akan berbagi pengalaman tentang bagaimana cara membuat grid linefollower menggunakan Arduino Uno dari nol secara gratis serta memberikan penjelasan detil sehingga Anda dapat memahami bagaimana linefollower bekerja baik dari sisi perangkat keras ataupun perangkat lunak. Pada blog ini Anda tidak akan menemukan penjelasan singkat atau praktis tentang membuat grid linefollower karena tujuan dibuatnya blog ini adalah untuk membuat Anda paham dan mengerti dalam melakukan perancangan linefollower sehingga Anda dapat mengembangkan grid linefollower sesuai dengan keinginan Anda.

Halaman ini menjelaskan secara umum tentang peralatan atau komponen serta cara kerja beberapa komponen yang digunakan pada grid linefollower. Diharapkan sebelum memulai belajar bagaimana cara membangun grid linefollower Anda membaca doa terlebih dahulu sehingga apa yang dibaca pada blog ini dapat lebih bermanfaat bagi Anda dan lebih mudah dipahami. Berikut beberapa penjelasan umum mengenai komponen yang akan digunakan dalam membangun grid linefollower.

Penjelasan Umum Perangkat atau Komponen yang Digunakan Grid Linefollower

Blog ini memberikan informasi bagaimana membangun grid linefollower sehingga dapat bergerak seperti pada video di bawah, beserta lengkap dengan program-nya.

Video grid line follower

Ardunino Uno
Arduino Uno merupakan papan mikrokontroler yang menggunakan chip ATmega328P, memiliki 14 pin digital input/output (6 pin dapat digunkan sebagai PWM output, 6 pin digunakan sebagai analog input), 16 MHz crystal oscillator, sebuah USB port, power jack, reset button. Tegangan operasi Arduino Uno adalah 5 Volt. Jika Anda menggunakan power source yang dihubungkan ke power jack Anda dapat menggunakan tegangan 7-12 Volt. Jika menggunakan USB port maka Anda harus menggunakan tegangan 5 Volt.

Gambar 1. Arduino Uno

Sensor garis (line)

Sensor garis dibangun dari dua komponen utama yaitu IR LED (Infrared LED) dan photodiode. Photodiode dan IR LED dipasang pada linefollower dengan posisi yang ditunjukan pada Gambar 2 dimana saat IR LED memancarkan cahaya infrared atau cahaya panas dan cahaya tersebut mengenai permukaan line atau garis yang dapat memantulkan cahaya maka cahaya akan dipantulkan tersebut akan diterima oleh photodiode. Dengan diterimanya cahaya infrared pada photodiode maka photodiode akan mengalirkan arus jika pada kedua kaki photodiode terdapat tegangan. Peletakan IR LED dan photodiode sebagai line sensor harus disesuaikan dengan kebutuhan sensitivitas. Penulis lebih suka posisi seperti Gambar 2 karena cahaya lebih mudah dipantulkan objek dibanding peletakan IR LED dan photodiode tegak lurus dengan line atau garis.

Gambar 2. Sensor gari putih (sensor line)

Apa itu IR LED (Infrared LED) ?
Adalah LED dimana jika diberi tegangan maju LED akan mengeluarkan cahaya panas atau cahaya infrared. Cahaya ini tak tampak oleh mata. Cara menggunakan IR LED sama persis seperti LED lain atau diode.

Apa itu Photodiode ?
Photodiode merupakan komponen diode dimana jika terkena cahaya panas (infrared) maka photodioda dapat mengalirkan arus listirk. Dengan kata lain photodiode akan bekerja hanya jika permukaannya terkena oleh cahaya infrared. Perlu diingat photodiode tidak mengubah cahya menjadi energi listrik seperti solar cell. Hal yang perlu diperhatikan dalam pemasangan photodiode adalah harus dipasang terbalik atau dalam kondisi reverse dengan sumber tegangan seperti pada Gambar 3 di bawah, jika tidak maka photodiode akan berfungsi sebagai diode biasa.

Gambar 3. Rangkaian penerima cahaya infra merah

Saat tidak terkena cahaya infrared, photodiode akan memblok semua arus sehingga tidak akan ada arus yang mengalir dari Katoda ke Anode, pada kondisi ini photodiode seperti kondisi reverse pada diode atau LED lainnya. Saat terdapat cahaya infrared mengenai permukaan photodiode, arus akan mengalir dari Katoda ke Anoda meskipun kondisi photodiode dalam keadaan reverse atau terbalik terhadap tegangan. Besarnya arus yang mengalir pada kaki photodiode tergantung dari intensitas cahaya infrared yang mengenai photodiode.

Pada Gambar 3, jika photodiode terkena cahaya panas atau infrared, tegangan Vout akan menjadi kecil karena ada arus yang mengalir atau dibuang melalui photodiode.

Op-amp Sebagai Komparator

Op-amp sebagai komparator bekerja jika op-amp tidak memiliki rangkaian umpan balik dengan kondisi sebagai berikut :

Vin+ lebih besar dari Vin- (Vin+ > Vin-) maka output op-amp akan high. High disini berarti tegangan output op-amp mendekati tegangan sumber.
Jika tegangn Vin+ lebih kecil dibanding Vin- (Vin+ < Vin-) atau Vin+ sama dengan Vin- (Vin+ = Vin-) maka tegangan output (Vout) menjadi low (0 volt ).

Gambar 4. Op-amp sebagai komparator

Op-amp sebagai komparator pada rangkaian grid linefollower berfungsi untuk mengatur tingkat sensitivitas rangkaian sensor infrared dengan membandingkan tegangan dc pada photodiode dengan tegangan dc sumber yang dapat diubah tegangannya melaui potensiometer. Untuk mendapatkan rangkaian sensor lengkap maka input rangkaian komparator digabung dengan rangkaian photodiode.

Gambar 5. Rangkaian pengatur sensivitfitas photodiode

Pada Gambar 5, saat photodiode menerima cahaya infrared, output akan menjadi low (mendekati 0 Volt atau 0 Volt) dimana LED indikator akan menyala karena arus mengalir dari sumber ke kaki no 1 op-amp. Rangkaian ini ditujukan untuk Arduino yang diprogram aktif low dimana tegangan rendah (low) akan menjadi trigger atau pemicu Arduino untuk mengeksekusi perintah program. Potensiometer digunakan untuk mengatur sensitivitas penerimaan cahaya infrared pada photodiode.

PWM (Pulse Width Modulation)

Fungsi PWM pada grid linefollower digunakan untuk mengatur kecepatan motor dc sehingga linefollower dapat berjalan dengan halus pada line atau track dimana kecepatan motor dc bisa ditambah atau sebaliknya secara bertahap hanya dengan mengatur duty cycle pulsa PWM. Gambaran umum bagaimana PWM bisa bekerja dapat dilihat dari cara kerja komparator dimana gelombang segitiga atau gigi gergaji dibandingkan tegangan dc. Dalam hal ini sinyal dc yang tegangannya diubah-ubah akan menyebabkan duty cycle atau perbandingan high dan low sinyal PWM berubah.

Gambar 6. Sinyal PWM

Keterangan gambar 6:
Gelombang warna kuning pada Gambar 6 di atas merupakan sinyal PWM yang dihasilkan dari perbandingan tegangan dc (hijau) dengan tegangan gelombang gigi gergaji (merah muda)

Cara kerja :
Gelombang gigi gergaji dimasukan pada kaki (+) op-amp, tegangan dc dimasukan pada kaki (-) melalui potensiometer agar tegangan dc bisa dirubah. Dengan berubahnya tegangan dc akibat dari berubahnya nilai potensiometer maka gelombang persegi (PWM) akan berubah duty cycle-nya atau berubah perbandingan high dan low-nya. Sehingga hanya dengan memutar posisi potensiometer maka akan merubah duty cycle gelombang PWM.

Gambar 7. Rangkaian pengatur duty cycle

Mengapa PWM dapat mengubah kecepatan motor DC?

Untuk mempermudah analogi mengapa PWM dapat mengatur kecepatan motor dc adalah dengan logika kita menyalakan dan memadamkan lampu pijar (bohlam) denga saklar manual. Jika saklar kita hidupkan dan matikan terus menerus dengan cepat dengan perbandingan posisi nyala lebih lama dibandingkan padam, maka lampu pijar akan terlihat lebih terang dibanding dengan perbandingan saklar posisi padam lebih lama dari pada nyala.

Begitu pula bila posisi high gelombang lebih lama dibanding posisi low maka motor dc akan berputar lebih cepat dibandingkan dengan posisi low lebih panjang atau lebih lama dibanding posisi high. Motor dc akan berputar dengan kecepatan maksimal saat posisi gelombang PWM selalu high atau posisi low-nya sangat pendek sekali.

Gambar 8. Ilustrasi cara kerja PWM pada mikrokontroler ATmega328P

PWM internal pada mikrokontroler kerjanya mirip seperti PWM pada rangkaian analog yaitu dengan membandingkan nilai counter TCNTn dengan nilai dari register OCRnx, sinyal PWM yang dihasilkan akan dikeluarkan pada port atau kaki OCnx yang bisa dilihat pada spesifikasi Arduino Uno. Untuk penjelasan detil mengenai PWM akan dibahas pada bab PWM Arduino Uno.

Driver Motor DC L239D

Untuk menggerakan motor dc diperlukan rangkaian tersendiri agar tidak mengganggu kinerja dari Arduino karena setiap pin Arduino hanya mampu mengeluarkan arus sekitar 20 mA. Rangkaian ini sering disebut dengan driver motor dc yang umumnya menggunakan komponen transistor. Dalam perancangan ini grid linefollower menggunakan motor dc yang kecil sehingga dapat menggunakan IC L239D dengan output maksimum sekitar 600mA setiap channel-nya, selain itu dengan driver motor dc L239D sangat mudah dibanding Anda harus merangkai beberapa transistor.

Gambar 9. Rangkaian driver motor DC L293D

Diskripsi gambar IC L293D di atas adalah sbb:

Kaki no.1 digunakan untuk melakukan enable atau disable putaran motor M2. Pada saat kaki no 1 high maka motor M2 akan dapat digunakan untuk berputar.
Kaki no.2 dan no.7 digunakan sebagai pengendali putaran motor M2 untuk berputar cw (clock wise) atau ccw (counter clock wise) atau mudahnya adalah untuk mengatur apakah motor M2 berputar ke kanan atau kekiri. Tegangan input untuk kaki-kaki ini didapatkan dari kaki Arduino Uno.
Kaki no.3 dan no.6 dihubungkan langsung dengan motor dc M2 agar dapat digunakan.
Kaki no 8 digunakan sebagai sumber dari IC L239D tegangan maksimum pada kaki ini adalah maksimum +5 Volt.
Kaki no.9 digunakan untuk enable atau disable putaran motor M1. Pada saat kaki no.9 high maka motor M1 dapat digunakan untuk berputar.
Kaki no 10 dan 15 dihubungkan langsung pada motor dc M1 agar dapat digunakan.
Kaki no 16 Adalah kaki input tegangan yang digunakan untuk menjalankan motor dc. Rekomendasi maksimum adalah 12 Volt.
Kaki no 3 dan 6 dihubungkan langsung dengan motor dc.
Kaki 5, 6, 13, 12 dihubungkan dengan grounding atau tegangan 0 Volt.

Materi selanjutnya adalah PWM Arduino Uno

EoF

Kode program lengkap grid line follower

2019-07-06T14:30:00.005+07:00

Bab pada halaman ini menjelaskan kode program pergerakan motor dc untuk melengkapi penjelasan kode program arah pergerakan grid line follower yang telah dijelaskan sebelumnya. Jika Anda menggunakan rangkaian yang disediakan oleh blog ini maka program di bawah dapat langsung digunakan dengan pergerakan seperti pada video.
Berikut adalah kode program lengkap grid line follower beserta penjelasan singkat :

//======================Kode program grid line follower lengkap ==================

#include "Arduino.h"
#define pinStart 13
#define sensor3 2
#define sensor2 7
#define sensor1 11
#define sensor4 12
#define v_kanan OCR1A
#define v_kiri OCR1B
#define speed_belok 400
#define waktu_delay 80
volatile uint8_t dataSensor = 0, temp = 0, flipflop = 1, counter = 0;

void inisialisasiPort(void)
{
int Pins[11] = {sensor1, sensor2, sensor3, sensor4, pinStart, 9, 10, A0, A1, A2, A3} ;
for (int i = 0; i < 12; i++)
{
if (i <= 4 )
{
pinMode(Pins[i], INPUT_PULLUP);
}
else
{
pinMode(Pins[i], OUTPUT);
digitalWrite(Pins[i], HIGH);
}
}
while (digitalRead(pinStart)==1) // Menunggu tombol start di tekan
{}
TCCR1A = 0b10100011;
TCCR1B = 0b00001100;
TCCR2B = 0b00000011;
TIMSK2 = 0b00000001 ;
sei ();
}

ISR(TIMER2_OVF_vect)
{
dataSensor = bacaSensor() ; // memanggil fungsi bacaSensor()
temp =digitalRead(sensor4) ; // Membaca data sensor4 (grid counter)
if (temp == 1)
{
if (flipflop == 0)
{
flipflop = 1 ;
counter++ ;
}
}
if (temp == 0)
flipflop = 0;
}

uint8_t bacaSensor() // Fungsi baca sensor garis (sensor1, 2, dan 3)
{
uint8_t data, nilai = 0;
data = digitalRead(sensor1);
if (data == 0)
{
nilai = 0b000000110;
}
if (data == 1)
{
nilai = 0b00000111;
}

data = digitalRead(sensor2);
if (data == 0)
{
nilai = 0b00000101 & nilai;
}
if (data == 1)
{
nilai = 0b00000111 & nilai;
}

data = digitalRead(sensor3);
if (data == 0)
{
nilai = 0b00000011 & nilai;
}
if (data == 1)
{
nilai = 0b00000111 & nilai;
}
return nilai;
}

void stop(void)
{
digitalWrite(A0, HIGH) ;
digitalWrite(A1, HIGH) ;
digitalWrite(A2, HIGH) ;
digitalWrite(A3, HIGH) ;
}

void maju(uint16_t speedKiri, uint16_t speedKanan)
{
digitalWrite(A0, HIGH) ;
digitalWrite(A1, LOW) ;
digitalWrite(A2, HIGH) ;
digitalWrite(A3, LOW) ;
v_kanan = speedKanan;
v_kiri = speedKiri;
}

void mundur(uint16_t speed_kiri, uint16_t speed_kanan)
{
digitalWrite(A0, LOW) ;
digitalWrite(A1, HIGH) ;
digitalWrite(A2, LOW) ;
digitalWrite(A3, HIGH) ;
v_kanan = speed_kanan;
v_kiri = speed_kiri;
}

void belok_kiri(uint16_t speed_kiri, uint16_t speed_kanan, uint8_t mode)
{
if (mode == 0)
{
digitalWrite(A0, LOW) ;
digitalWrite(A1, HIGH) ;
digitalWrite(A2, HIGH) ;
digitalWrite(A3, LOW) ;
v_kanan = speed_kanan;
v_kiri = speed_kiri;
}
if (mode == 1)
maju(speed_kiri, speed_kanan);
if (mode == 2)
mundur(speed_kiri, speed_kanan);
}
void belok_kanan(uint16_t speed_kiri, uint16_t speed_kanan, uint8_t mode)
{
if (mode == 0)
{
digitalWrite(A0, HIGH) ;
digitalWrite(A1, LOW) ;
digitalWrite(A2, LOW) ;
digitalWrite(A3, HIGH) ;
v_kanan = speed_kanan;
v_kiri = speed_kiri;
}
if (mode == 1)
maju(speed_kiri, speed_kanan);
if (mode == 2)
mundur(speed_kiri, speed_kanan);
}

void cek_speedmaju(void) //Untuk mengubah kecepatan pembacaan sensor maju
{
if (dataSensor == 0b00000111)
stop();
if (dataSensor == 0b00000100)
belok_kanan(720, 380, 1);
if (dataSensor == 0b00000001)
belok_kiri(380, 720, 1);
if (dataSensor == 0b00000110)
belok_kanan(400, 420, 0);
if (dataSensor == 0b00000011)
belok_kiri(420, 400, 0);
if (dataSensor == 0b00000000)
maju(998, 1022);
}

void tunggu_awal_belok(uint8_t mode)
{
while (dataSensor != 0b00000111)
{
if (mode == 1)
cek_speedmaju();
}
}

void tunggu_akhir_belok(void)
{
while (dataSensor != 0b00000000)
{}
}

void kondisi_counter_maju(uint8_t kondisi)
{
while(counter != kondisi)
{
cek_speedmaju();
}
}
void kondisi_counter_mundur(uint8_t kondisi)
{
while(counter != kondisi)
{
cek_speedmundur();
}
}
void cek_speedmundur(void)
{
// Saat ini prosedur ini tidak digunakan
}

void setup()
{
inisialisasiPort();
}

void loop()
{
cek_speedmaju(); // pengecekan pembacaan sensor garis saat maju
if(counter == 1)
{
_delay_ms(waktu_delay);
belok_kanan(speed_belok, speed_belok, 0);
tunggu_awal_belok(0);
tunggu_akhir_belok();
counter = 1;
kondisi_counter_maju(4);
}
cek_speedmaju();
if (counter == 4)
{
_delay_ms(waktu_delay);
belok_kiri(speed_belok, speed_belok, 0);
tunggu_awal_belok(0);
tunggu_akhir_belok();
counter = 4;
kondisi_counter_maju(5);
}
cek_speedmaju();
if (counter == 5)
{
_delay_ms(waktu_delay);
belok_kiri(speed_belok, speed_belok, 0);
tunggu_awal_belok(0);
tunggu_akhir_belok();
counter = 5;
kondisi_counter_maju(8);
}
cek_speedmaju();
if (counter == 8)
{
_delay_ms(waktu_delay);
belok_kanan(speed_belok, speed_belok, 0);
tunggu_awal_belok(0);
tunggu_akhir_belok();
counter = 8;
kondisi_counter_maju(9);
}
cek_speedmaju();
if (counter == 9)
{
_delay_ms(waktu_delay);
belok_kanan(speed_belok, speed_belok, 0);
tunggu_awal_belok(0);
tunggu_akhir_belok();
counter = 9;
kondisi_counter_maju(12);
}
cek_speedmaju();
if (counter == 12)
{
   _delay_ms(waktu_delay);
   belok_kiri(speed_belok, speed_belok, 0);
   tunggu_awal_belok(0);
   tunggu_akhir_belok();
   counter = 12;
   kondisi_counter_maju(13);
}
cek_speedmaju();
if (counter == 13)
{
_delay_ms(waktu_delay);
belok_kiri(speed_belok, speed_belok, 0);
tunggu_awal_belok(0);
tunggu_akhir_belok();
   counter = 13;
kondisi_counter_maju(16);
}
cek_speedmaju();
if (counter == 16)
{
   _delay_ms(waktu_delay);
   belok_kanan(speed_belok, speed_belok, 0);
   tunggu_awal_belok(0);
   tunggu_akhir_belok();
   counter = 16;
   kondisi_counter_maju(17);
}
cek_speedmaju();
if (counter == 17)
{
_delay_ms(waktu_delay);
   belok_kanan(speed_belok, speed_belok, 0);
   tunggu_awal_belok(0);
   tunggu_akhir_belok();
   counter = 17;
kondisi_counter_maju(20);
}
cek_speedmaju();
if (counter == 20)
{
   _delay_ms(waktu_delay);
   belok_kanan(speed_belok, speed_belok, 0);
   tunggu_awal_belok(0);
   tunggu_akhir_belok();
   counter = 20;
   kondisi_counter_maju(24);
}
cek_speedmaju();
if (counter == 24)
{
   _delay_ms(waktu_delay);
   belok_kanan(speed_belok, speed_belok, 0);
   tunggu_awal_belok(0);
   tunggu_akhir_belok();
   counter = 24;
   kondisi_counter_maju(25);
}
cek_speedmaju();
if (counter == 25)
{
   _delay_ms(waktu_delay);
   belok_kanan(speed_belok, speed_belok, 0);
   tunggu_awal_belok(0);
   tunggu_akhir_belok();
   counter = 25;
   kondisi_counter_maju(29);
}
if (counter == 29)
{
   _delay_ms(waktu_delay);
   belok_kiri(speed_belok, speed_belok, 0);
   tunggu_awal_belok(0);
   tunggu_akhir_belok();
   counter = 29;
   kondisi_counter_maju(30);
}
if (counter == 30)
{
_delay_ms(waktu_delay);
belok_kiri(speed_belok, speed_belok, 0);
tunggu_awal_belok(0);
tunggu_akhir_belok();
counter = 30;
kondisi_counter_maju(34);
}
if (counter == 34)
{
_delay_ms(waktu_delay);
belok_kanan(speed_belok, speed_belok, 0);
tunggu_awal_belok(0);
tunggu_akhir_belok();
counter = 34;
kondisi_counter_maju(35);
}
if (counter == 35)
{
_delay_ms(waktu_delay);
belok_kanan(speed_belok, speed_belok, 0);
tunggu_awal_belok(0);
tunggu_akhir_belok();
counter = 35;
kondisi_counter_maju(39);
}
if (counter == 39)
{
tunggu_awal_belok(1);
belok_kanan(speed_belok, speed_belok, 0);
tunggu_awal_belok(0);
tunggu_akhir_belok();
counter = 39;
kondisi_counter_maju(40);
}

if (counter == 40)
{
_delay_ms(waktu_delay);
belok_kiri(speed_belok, speed_belok, 0);
tunggu_awal_belok(0);
tunggu_akhir_belok();
counter = 40;
kondisi_counter_maju(41);
}
if (counter == 41)
{
_delay_ms(waktu_delay);
belok_kanan(speed_belok, speed_belok, 0);
tunggu_awal_belok(0);
tunggu_akhir_belok();
counter = 41;
kondisi_counter_maju(42);
}
if (counter == 42)
{
_delay_ms(waktu_delay);
belok_kiri(speed_belok, speed_belok, 0);
tunggu_awal_belok(0);
tunggu_akhir_belok();
counter = 42;
kondisi_counter_maju(43);
}
if (counter == 43)
{
_delay_ms(waktu_delay);
belok_kanan(speed_belok, speed_belok, 0);
tunggu_awal_belok(0);
tunggu_akhir_belok();
counter = 43;
kondisi_counter_maju(44);
}
if (counter == 44)
{
_delay_ms(waktu_delay);
belok_kiri(speed_belok, speed_belok, 0);
tunggu_awal_belok(0);
tunggu_akhir_belok();
counter = 44;
kondisi_counter_maju(45);
}
if (counter == 45)
{
_delay_ms(waktu_delay);
belok_kanan(speed_belok, speed_belok, 0);
tunggu_awal_belok(0);
tunggu_akhir_belok();
counter = 45;
kondisi_counter_maju(46);
}
if (counter == 46)
{
_delay_ms(waktu_delay);
belok_kanan(speed_belok, speed_belok, 0);
tunggu_awal_belok(0);
tunggu_akhir_belok();
counter = 46;
kondisi_counter_maju(49);
}

if (counter == 49)
{
   _delay_ms(waktu_delay);
   belok_kiri(speed_belok, speed_belok, 0);
tunggu_awal_belok(0);
tunggu_akhir_belok();
tunggu_awal_belok(1);
stop();
_delay_ms(waktu_delay+20);
belok_kanan(speed_belok, speed_belok, 0);
tunggu_awal_belok(0);
tunggu_akhir_belok();
counter = 0;
cek_speedmaju();
}
}

//==============================end====================================

Kode program di atas didesain agar grid linefollower berjalan pada jalur yang memiliki 4 garis horisontal dan 5 garis vertikal seperti gambar di bawah :

Gambar 1. Jalur grid linefollower

Video grid line follower

Editor yang umum digunakan untuk menuliskan program dan mengupload program ke papan Arduino adalah menggunakan Arduino IDE. Penulis lebih suka menggunakan Sloeber yang dapat di download dari http://eclipse.baeyens.it/ karena Sloeber menawarkan kemudahan dalam melakukan pengembangan kode program dan melakukan modifikasi pada library yang telah disediakan oleh pengembang open source Arduino
Jika Anda masih belum mengerti masksud program di atas Anda bisa bertanya melalui blog ini.

Interrupt Timer untuk pembacaan sensor garis

2019-07-06T08:33:00.003+07:00

Interrupt timer sangat cocok untuk keperluan mirip dengan multitasking seolah-olah program berjalan bersamaan padahal tidak. Interrupt timer terjadi saat compare match antara register OCRnx dan register TCNTn, saat compare match terjadi maka program akan memanggil sub program yang ditulis pada vector interrupt tersebut atau yang digunakan. Sebenarnya Anda dapat menggunakan interupt timer dan PWM secara bersamaan pada penggunaan Timer/ Counter yang sama.

Pada proyek ini digunakan Timer/Counter yang berbeda yaitu Timer/Counter2 untuk menjalankan kode program yang ditulis pada vector interrupt. Semua program yang ditulis pada vector interrupt bertujuan untuk mengecek semua pembacaan sensor. Timer/Counter 2 ini hanya bekerja pada 8 bit. Hal ini sangat membantu dibanding dengan menuliskan sub program yang selalu dipanggil secara manual (loop) karena jika program diluar loop cukup panjang maka sub program tersebut tidak bisa dipanggil secara cepat karena harus menyelesaikan semua program sebelum perintah pemanggilan sub program.

Pada proyek membangun grid linefollower ini, interrupt timer sangat berguna untuk melakukan pengecekan semua sensor pada line follower, contoh melakukan pengecekan pembacaan sensor garis agar linefollower berjalan mengikuti garis putih, sensor penghitung (counter) grid atau persimpangan yang telah dilalui.

Gambar 1. Register TCCR2A

Gambar 2. Register TCCR2B

Pada proyek ini tidak melakukan konfigurasi register TCCR2A karena tidak mengaktifkan PWM pada Timer/Counter2 sehingga semua bit WGMnx dan COMnx pada register TCCR2A bisa diabaikan.

Selanjutnya pada register TCCR2B dilakukan konfigurasi bit CSnx berdasarkan Tabel 1 untuk menentukan frekuensi timer.

Tabel 1. Clock Select Bit Description

Penulis melakukan konfigurasi register TCCR2B pada bit CS20 dan CS21 dengan men-set masing-masing bit bernilai 1 untuk mendapatkan frekuensi counting clk/32. Anda dapat menggunakan frekuensi yang lebih cepat seperti clk/8 atau clk/1, pada blog ini penulis menggunakan clk/32 bekerja dengan baik dan pembacaan sensor tidak bermasalah. Dari penjelasan di atas, penggunaan register timer TCCR2A dan timer TCCR2B cukup dengan menuliskan konfigurasi register TCCR2B saja karena tidak mengaktifkan PWM sehingga dapat dituliskan sbb :

TCCR2B = 0b00000011 ;
atau bisa ditulis
TCCR2B = 0x03;

Setelah melakukan konfigurasi timer register TCCR2B perlu dilakukan konfigurasi register TIMSK2 (Timer/Counter2 Interrupt Mask Register).

Gambar 3. Register TIMSK2

Penulis hanya mengaktifkan bit TOIE2 pada register TIMSK2 karena penulis menggunakan Timer/Counter2 Overflow Interrupt dimana counter akan selalu menghitung dari 0 hingga 255 (bekerja pada 8bit) setelah mencapai max akan terjadi over flow dan interrupt pun akan terjadi. Proses akan selalu berjalan terus menerus.

Mode Timer/Counter Overflow Interrupt tidak perlu melakukan konfigurasi register lainnya yang berhubungan dengan interrupt karena overflow akan berjalan otomatis saat interrupt di aktifkan.

Untuk menjalankan interrupt yang telah dikonfigurasi adalah dengan menuliskan perintah 'sei();'.

Mengaktifkan interrupt timer 2

TCCR2B = 0b00000011; // mengaktifkan timer dengan frekuensi clkio/32.
TIMSK2 = 0b00000001; //mengaktifkan mode Timer/Counter2 overflow Interrupt.
sei(); // Menjalankan semua interrupt yang telah di aktifkan.

Menuliskan Program pada Vector Interrupt

Setelah melakukan konfigurasi interrupt timer2 mode overflow hal yang perlu dilakukan adalah menuliskan program pada vector interrupt. Program yang ditulis pada vector ini umumnya adalah program yang sangat sering dipanggil dalam waktu cepat, pada projek ini digunakan untuk mengecek pembacaan sensor garis.

Penulisan program pada vector interrupt timer2 cukup mudah dapat dilihat sbb :

ISR(TIMER2_OVF_vect) //Vector interrupt timer2 mode overflow interrupt

{

// Tuliskan program pembacaan sensor Anda disini

dataSensor = bacaSensor() ;

temp =digitalRead(sensor4) ;

if (temp == 1)

{

if (flipflop == 0)

{

flipflop = 1 ;

counter++ ;

}

if (temp == 0)

flipflop = 0;

}

Penulisan program di atas bertujuan agar program pembacaan sensor baik sensor garis maupun sensor grid counter dieksekusi pada vector interrupt timer sehingga pembacaan sensor akan selalu dilakukan terus menerus tanpa harus menunggu program utama selesai dikerjakan.

Materi selanjutnya adalah mekanik dan pergerakan

EoF

PCB & rangkaian grid linefollower

2019-07-06T08:08:00.004+07:00

Pada halaman ini memberikan informasi mengenai gambar layout PCB rangkaian grid linefollower secara lengkap beserta desain layout PCB menggunakan software Eagle yang dapat Anda unduh. Selain itu pada halaman ini juga menunjukan gambar schematic rangkaian grid line follower serta penjelasannya.
Gambar 1. PCB layout rangkaian driver motor DC dan komparator

File layout PCB Rangkaian grid line follower dapat Anda unduh di sini

Gambar 2. PCB layout rangkaian sensor garis

Gambar 3 menunjukan gambar PCB layout sensor grid counter dan Anda dapat mengunduhnya di sini .

Gambar 3. PCB layout rangkaian sensor counter grid

Gambar 4 menunjukan koneksi antara Arduino Uno board dengan rangkaian grid linefollower.
Gambar 4. Koneksi Arduino Uno dengan rangkaian grid linefollower

Gambar schematic rangkaian grid line follower dapat di lihat pada gambar berikut :

Gambar 5. Skema rangkaian grid linefollower

Penjelasan Rangkaian Grid Line Follower

Rangkaian grid line follower terdiri dari 3 bagian yaitu rangkaian yaitu :

Rangkaian driver motor DC.
Rangkaian sensor pendeteksi garis putih dan counter grid
Papan Arduino Uno .

Cara kerja rangkaian sensor pendeteksi garis putih adanya garis putih :

Infrared memancarkan cahaya panas (tak tampak).
Saat photodiode mendeteksi adanya pantulan cahaya infrered akibat melintasi garis putih maka tegangan input op-amp akan berkurang drastis sehingga menyebabkan v+ lebih kecil dibanding v- sehingga output dari op-amp mendekati 0 Volt, yang menyebabkan indikator LED menyala, sekaligus memberi informasi biner 0 pada pin Arduino yang bersangkutan.
Sensitivitas pendeteksian cahaya infrared diatur dengan memutar potensiometer pada masing-masing rangkaian komparator.
Rangkaian grid counter sebenarnya sama persis seperti rangkaian sensor pendeteksi garis putih yang membedakan adalah tujuannya untuk menghitung adanya persilangan atau persimpangan yang dilewati.

Cara Kerja rangkaian motor DC :

Informasi biner yang diterima pada masing-masing pin Arduino Uno 2, 7, 11, dan 12 adalah informasi input-an dari rangkaian sensor pendeteksi garis putih yang kemudian diproses oleh mikrokontroler pada Arduino Uno (pin 10 dan 9). Kemudian hasil pemrosesan berupa perintah yang akan diteruskan pada rangkaian driver motor dc dengan tujuan mengatur kecepatan grid line follower dan mengatur arah gerak dari grid line follower.
Pin EN1(1) dan EN2(9) IC L293D dihubungkan pada pin PWM1 Arduino Uno (pin 10 dan 9) dengan tujuan untuk pengaturan kecepatan motor dc.
Pin 2, 7 (motor kanan) dan 10, 15(motor kiri) ditujukan untuk mengatur arah motor dc berputar searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam.
Tabel 4.1 menunjukan pengaturan pergerakan motor dc menggunakan IC L293D.

Tabel 1. Tabel pengaturan IC L293D

Tabel 1 memberikan informasi mengenai konfigurasi bit pada pin 2(IN1), 7(IN2),10(IN3), 15(IN4) IC driver motor dc L293D. Jika Anda benar-benar mengimplementasikan rangkaian dan kode program dari penulis lalu menghasilkan arah pergerakan kebalikannya dengan apa yang diinformasikan Tabel 4.1 maka Anda dapat mengganti posisi kutub motor dc, jika yang terbalik adalah maju jadi mundur dan sebaliknya, maka Anda dapat membalik polaritas sambungan sambungan kutub motor DC.

Dari penjelasan di atas program Arduino dapat ditulis sbb :

#define pinStart 13 // tombol start
#define sensor3 2 // sensor 3 (sensor line kiri) dilihat dari atas
#define sensor2 7 // sensor 2 (sensor tengah)
#define sensor1 11 // sensor 1 (sensor kanan) dilihat dari atas
#define sensor4 12 //sensor grid counter

void stop(void) // prosedur untuk menghentikan putaran motor dc
{
digitalWrite(A0, HIGH) ;
digitalWrite(A1, HIGH) ;
digitalWrite(A2, HIGH) ;
digitalWrite(A3, HIGH) ;
}

void maju(uint16_t speedKiri, uint16_t speedKanan) //prosedur bergerak maju dengan variabel kecepatan motor kiri dan kanan

{

digitalWrite(A0, HIGH) ;

digitalWrite(A1, LOW) ;

digitalWrite(A2, HIGH) ;

digitalWrite(A3, LOW) ;

v_kanan = speedKanan;

v_kiri = speedKiri;

}

void belok_kiri(uint16_t speed_kiri, uint16_t speed_kanan, uint8_t mode) //prosedur belok kiri dengan variabel kecepatan motor kiri dan kanan

{

digitalWrite(A0, LOW) ;

digitalWrite(A1, HIGH) ;

digitalWrite(A2, HIGH) ;

digitalWrite(A3, LOW) ;

v_kanan = speed_kanan;

v_kiri = speed_kiri;

}

void belok_kanan(uint16_t speed_kiri, uint16_t speed_kanan, uint8_t mode) //prosedur bergerak maju dengan variabel kecepatan motor kiri dan kanan

{

digitalWrite(A0, HIGH) ;

digitalWrite(A1, LOW) ;

digitalWrite(A2, LOW) ;

digitalWrite(A3, HIGH) ;

v_kanan = speed_kanan;

v_kiri = speed_kiri;

}

Keterangan program di atas adalah sbb:

void maju(uint16_t speedKiri, uint16_t speedKanan) adalah prosedur untuk mengatur pergerakan maju grid line follower yang memiliki dua variabel untuk mengatur kecepatan motor kanan dan motor kiri.
void belok_kanan(uint16_t speed_kiri, uint16_t speed_kanan, uint8_t mode) adalah prosedure untuk pegerakan belok kanan grid line follower yang memiliki dua variabel untuk mengatur kecepatan motor kanan dan motor kiri.
void belok_kiri(uint16_t speed_kiri, uint16_t speed_kanan, uint8_t mode) adalah prosedure untuk pegerakan belok kiri grid line follower yang memiliki dua variabel untuk mengatur kecepatan motor kanan dan motor kiri.

Materi selanjutnya adalah Kode lengkap grid linefollower

EoF

Mekanik dan Pergerakan Grid Line Follower

2019-07-05T23:38:00.004+07:00

Sebelum melanjutkan materi penulisan kode program lengkap, pada halaman ini akan membahas mengenai chassis grid linefollower serta pergerakannya yang bertujuan untuk menginformasikan posisi peletakan beberapa part atau komponen seperti peletakan tempat battery, sensor infrared, motor dc, serta peletakan roda bebas (free wheel). Gambar 1 menunjukan gambar dari grid linefollower yang telah dibuat oleh penulis.

Gambar 1. Grid linefollower tampak dari bawah

Keterangan Gambar 1 :

Motor kanan : Berfungsi untuk memutar roda kanan.
Mottor kiri : Berfungsi untuk memutar rodak kiri.
Senson grid counter : Berfungsi untuk menghitung jumlah persimpangan yang dilewati.
Sensor garis : Berfungsi untuk mengatus grid grid line follower agar tetep mengikuti garis berwarna putih.
Roda memungkinkan grid line follower berbelok dan dan berjalan dengan mudah.
Dukan battery digunakan untuk memegang tempat battery AA agar tidak jatuh.

Roda bebas diusahakan sedemikian rupa jangan terlalu dekat dengan roda belakang karena akan jika telalu dekat pergerakan robot linefollower tidak stabil pada saat jalan lurus. Diusahakan beban yang ditanggung grid linefollower titik beratnya ditaruh paling dekat dengan motor dc sehingga beban motor dc tidak berat saat berbelok dan bergerak maju.

Konsep Pergerakan Grid Linefollower
Grid linefollower dikendalikan oleh tiga sensor garis (line) dan satu sensor grid counter yang dapat dijelaskan pada Gambar 2 di bawah :

Gambar 2. Posisi sensor tampak dari atas

Sensor garis (line) tengah dan sensor garis kanan mengendalikan putaran motor kiri untuk menggerakan roda sebelah kiri.
Sensor garis tengah dan sensor garis kiri mengendalikan putarana motor kanan untuk menggerakan roda sebelah kanann.
Saat ketiga sensor tidak mendeteksi garis putih maka motor kanan dan motor kiri berhenti.
Sensor counte grid digunakan untuk mendeteksi dan menghitung jumlah persimpangan yang dilewati.

Tabel 1 di bawah menjelaskan bagaimana sensor-sensor mengendalikan pergerakan motor. Angka 0 menandakan bahwa sensor mengenai garis putih, 1 menandakan sensor tidak mengenai atau tidak membaca garis putih.

Tabel 1 Tabel Sensor Garis

Sensor kiri	Sensor tengah	Sensor kanan	Keterangan
0	0	0	Motor kiri dan kanan berputar untuk maju dengan kecepatan paling tinggi
0	0	1	Motor kanan berputar untuk maju sedikit lebih dan cepat dibanding motor kiri
0	1	1	Motor kanan berputar untuk maju jauh lebih cepat dibanding motor kiri
1	0	0	Motor kiri berputar untuk maju sedikit lebih cepat dibanding motor kanan
1	1	0	Motor kiri berputar untuk maju jauh lebih cepat dibanding motor kanan
1	1	1	Motor kanan dan kiri berhenti berputar

Berikut adalah beberapa komponen atau perangkat keras yang digunakan penulis untuk membangun grid line follower :

Motor dc beserta gear box dari Tamiya, Anda dapat membelinya dengan mudah secara online.
Gambar 3. Motor DC dengan gearbox
Roda bebas ball caster. Roda bebas ini juga mudah didapatkan dari toko online.
Gambar 4. Roda bebas
Papan Akrilik yang disesuaikan dengan ukuran komponen yang akan ditaruh diatasnya seperti papan Arduino Uno, roda bebas, dan battery.
Satu buah tempat battery AA isi 4.
Gambar 5. Tempat battery AA
Empat buah battery 1.2 volt rechargeable 1900 mAH.
Gambar 6, Battery rechargeable
Papan Arduino Uno R3.
Gambar 6. Arduino Uno
Papan rangkaian sensor grid dan rangkaian driver motor DC. Rangkaian ini adalah rangkaian yang dibuat oleh penulis sehingga Anda tidak dapat membelinya di toko online. Anda dapat mengunduh file layout PCB rangkaian pada blog ini secara gratis dan membuat PCB-nya. Gambar layout PCB menggunakan software CAD Eagle.
Gambar 7. Rangkaian driver motor DC dan comparator

Materi selanjutnya adalah PCB layout dan rangkaian

EoF

Kode Program Pembacaan Sensor Garis & Grid Counter

2019-07-05T23:30:00.003+07:00

Bab ini menunjukan cara kerja pembacaan sensor garis dan sensor grid counter menggunakan bahasa pemrogaman C/C++ pada Arduino Uno. Pembacaan output rangkaian sensor dilakukan pada pin 2, 7, 11, dan 12 Arduino Uno dengan penjelasan beberapa potongan kode program.

Gambar 1. Posisi sensor pada grid linefollower

Kode Program Inisialisasi Semua port Arduino Uno yang digunakan sebagai input/output pada rangkaian Grid Line Follower

// ================================================================

#define pinStart 13

#define sensor3 2

#define sensor2 7

#define sensor1 11

#define sensor4 12

void inisialisasiPort(void)
{
int Pins[11] = {sensor1, sensor2, sensor3, sensor4, pinStart, 9, 10, A0, A1, A2, A3} ;
for (int i = 0; i < 12; i++)
{
if (i <= 4 )
{
pinMode(Pins[i], INPUT_PULLUP);
}
else
{
pinMode(Pins[i], OUTPUT);
digitalWrite(Pins[i], HIGH);
}
}
while (digitalRead(pinStart)==1)
{}
}

Penjelasan kode program inisialisasi port di atas :

#define pinStart 13
Kode program ''#define <nama> <pin>' di atas bertujuan untuk mengganti nama pin dengan nama yang lebih mudah untuk diingat. Contoh, lebih enak menggunakan

while (digitalRead(pinStart)==1)

dari pada menggunakan

while (digitalRead(13)==1)

Selain itu jika ingin mengganti pin yang akan digunakan cukup dengan mengganti pin pada kode 'define <nama> <pin>' saja dari pada harus mengganti nama pin pada semua kode yang telah di-tulis.

void inisialisasiPort(void)
{
//Program inisialisasi port Arduino Uno
}
Prosedur inisialisasiPort di atas bertujuan untuk menjalankan blok kode program yang ditulis dalam prosedur tersebut, jika prosedur tersebut dipanggil maka semua blok kode program didalamnya akan dieksekusi atau dikerjakan.

int Pins[11] = {sensor1, sensor2, sensor3, sensor4, pinStart, 9, 10, A0, A1, A2, A3} ;
Kode program ini merupakan array dari semua pin Arduino Uno yang akan digunakan. Penulis lebih suka menggunakan teknik ini karena lebih singkat dalam melakukan inisialisasi port dari pada menuliskan kode inisialisasi setiap port yang mengakibatkan penulisan program bisa lebih panjang.

for (int i = 0; i < 12; i++)
{
if (i <= 4 )
{
pinMode(Pins[i], INPUT_PULLUP);
}
else
{
pinMode(Pins[i], OUTPUT);
digitalWrite(Pins[i], HIGH);
}
while (digitalRead(pinStart)==1)
{}
}
Program di atas digunakan untuk menentukan port yang akan digunakan sebagai output atau input. Caranya adalah melakukan inisialisasi dengan perintah 'pinMode(<pin>, <output atau input>)' dari nama pin yang disebut pada array dengan cara menggunakan perintah loop 'for' sebanyak jumlah pin yang digunakan.

pinMode(Pins[i], OUTPUT);
Kode program untuk menentukan bahwa pin Arduino yang digunakan sebagai input atau output. Pins[i] merupakan data array pin Arduino Uno. Jika tidak menggunakan array langsung saja ditulis pin yang digunakan.

digitalWrite(Pins[i], HIGH);
Merupakan kode program untuk membuat pin Arduino menjadi 1 atau pada pin tersebut akan mengeluarkan tegangan hampir +5Volt.

while (digitalRead(pinStart)==1)
{}
Kode program while di atas berarti saat nilai pinStart adalah 1 maka program akan berhenti pada while terus menurus sampai nilai variabel pinStart bernilai 0. Pada rangkaian grid line follower pin Arduino 13 terhubung pada tombol push button yang digunakan untuk menjalankan grid line follower.

Kode Program Pembacaan Sensor1, Sensor2 dan Sensor3 pada Arduino Uno
Di bawah ini adalah adalah contoh program pembacaan semua sensor pada grid line follower :

uint8_t bacaSensor()

{

uint8_t data, nilai = 0;

data = digitalRead(sensor1);

if (data == 0)

{ nilai = 0b000000110; }

if (data == 1)

{ nilai = 0b00000111; }

data = digitalRead(sensor2);

if (data == 0)

{ nilai = 0b00000101 & nilai; }

if (data == 1)

{ nilai = 0b00000111 & nilai; }

data = digitalRead(sensor3);

if (data == 0)

{ nilai = 0b00000011 & nilai; }

if (data == 1)

{nilai = 0b00000111 & nilai; }

return nilai;

}

Panjelasan kode program pembacaan sensor pada Arduino Uno

Sensor1 diletakan pada posisi kanan, sensor2 di posisi tengan, sensor3 pada posisi kiri. Sudut pandang sensor dilihat dari atas. Variabel 'pinStart' menunjukan pin pada Arduino Uno yang dihunungkan pada pin13 dan pada gambar rangkaian pin 13 terhubung dengan saklar push button untuk menjalankan line follower.

Rangkaian sensor dibuat sedemikikian rupa sehingga jika sensor photodiode mendeteksi adanya garis putih maka output komparator menjadi 0 atau mendekati 0 sehingga memberikan inputan 0 pada rangkaian Arduino Uno.

Penulis membuat semua program pembacaan sensor adalah aktif low dimana jika ada inputan 0 dari rangkaian sensor maka berarti program menganggap bahwa pada rangkaian sensor tersebut telah mendeteksi garis putih.

Kode program uint8_t bacaSensor() merupakan fungsi pembacaan sensor dengan nilai balik yang memuat data hasil pembacaan sensor1, sensor2 dan sensor3 yang semuanya merupakan sensor garis.
Pembacaan sensor dilakukan satu persatu setiap pin yaitu : sensor1 dibaca, kemudian sensor2 dibaca lalu sensor3 dibaca. Hasil pembacaan setiap sensor digabung menjadi satu kesatuan dalam nilai 8 bit sehingga lebih mudah untuk dibuat kode program percabangan 'if' untuk menentukan kecepatan motor atau untuk tujuan lainnya.
Contoh : data = digitalRead(sensor1);, saat sensor1 bernilai 0 maka penulis membuatnya menjadi bernilai 0b00000110. Nilai 0b00000110 menandakan sensor1 bernilai 0 yang berarti bahwa yang mendeteksi garis putih adalah sensor1, sensor 2 dan 3 lainnya bernilai 1 karena dianggap belum dilakukan pembacaan sensor atau dianggap tidak melakukan pendeteksian garis putih. Jika sensor1 tidak mendeteksi garis putih atau bernilai 1 maka variabel data dibuat bernilai 0b00000111. Jika sensor1, sensor2 dan sensor3 mendeteksi adanya garis putih maka variabel data dibuat bernilai 0b00000000. Jika sensor 2 dan 3 saja yang mendeteksi garis maka variabel data dibuat bernilai 0b00000001

Urutan pembacaan sensor pada program di atas adalah sbb :

Dilakukan pembacaan pada sensor1, jika output rangkaian sensor1 bernilai 0 (mendeteksi adanya garis putih) maka variabel 'data' menjadi 0 dan variabel 'nilai' dibuat menjadi 0b00000110, jika output rangkaian sensor1 bernilai 1 (tidak mendeteksi adanya garis putih) maka variabel 'data' bernilai 1 dan variabel nilai dibuat bernilai 0b00000111.
Kemudian program membaca sensor2, jika rangkaian sensor2 mengeluarkan bit 0(mendeteksi garis putih) maka variabel 'data' bernilai 0 dan variabel 'nilai' dibuat menjadi 0b00000101 yang di 'and' kan dengan variabel nilai pada pembacaan sensor1, sehingga bisa ditulis menjadi nilai = nilai & 0b00000101. Jika sensor2 tidak membaca garis putih maka variabel data otomatis akan bernilai 1 dan variabel nilai menjadi 0b00000111 di 'and' kan dengan variabel pembacaan sensor1 sehingga bisa ditulis menjadi nilai = nilai & 0b00000111.
Kemudian program membaca sensor3, jika rangkaian sensor3 mengeluarkan bit 0 (mendeteksi garis putih) maka variabel 'data' bernilai 0 dan variabel 'nilai' dibuat menjadi 0b00000011 yang di 'and' kan dengan variabel nilai pada pembacaan sensor2, sehingga bisa ditulis menjadi nilai = nilai & 0b00000011. Jika sensor3 tidak membaca garis putih maka variabel data otomatis akan bernilai 1 dan variabel nilai menjadi 0b00000111 di 'and' kan dengan variabel pembacaan sensor1 sehingga bisa ditulis menjadi nilai = nilai & 0b00000111.
Setelah sensor 1, 2, 3 dibaca dan variabel 'nilai' dari hasil pembacaan masing-masing sensor digabung maka variabel nilai tersebut dikembalikan pada fungsi ''uint_8 bacaSensor()) dengan kode program ''return nilai; ' sehingga bisa dilakukan pembacaan sensor cukup dengan contoh kode program 'dataSensor = bacaSensor() ;' yang hasil dari pembacaan sensor disimpan pada variabel 'dataSensor'.

Pembacaan Sensor Counter Grid (penghitung persimpangan)

Pembacaan data sensor4 (counter grid) dilakukan saat vector interrupt timer overflow karena hasilnya akan lebih cepat dibanding menuliskannya pada loop karena pada loop program harus menunggu program lain selesai dikerjakan sebelum kode pemanggilan fungsi pembacaan sensor dieksekusi. Jika kode pembacaan sensor4 ditulis pada vector interrupt timer overflow, kode program akan selalu dieksekusi saat terjadi overflow pada counter yang selalu terjadi secara periodik dan cepat. Selain itu jika program masih mengerjakan program lain program akan melakukan interupsi dan mengerjakan pembacaan sensor lalu akan kembali ke program semula.

Pemanggilan kode fungsi pembacaan sensor pada vector interupsi timer/counter2 mode overflow dapat dituliskan menjadi :

ISR(TIMER2_OVF_vect)
{
dataSensor = bacaSensor() ;
}

Pembacaan sensor counter grid ini berbeda dari penjelasan sebelumnya karena untuk menghitung grid atau persimpangan tidak bisa menggunakan metode pembacaan biasa seperti pembacaan sensor garis putih yang telah dijelaskan sebelumnya karena sensor harus menghitung satu garis putih yang dilewati sebagai satu hitungan, jika menggunakan pembacaan biasa, mikrokontroler akan menghitung banyak sekali pada satu persimpangan yang dilewati.

Penghitungan persimpangan dapat dilakukan menggunakan fitur external interrupt pada Arduino dimana program akan menghitung satu hitungan jika mikrokontroler mendeteksi pin pada kakinya setiap ada perubahan logika 1 menjadi 0 atau 0 menjadi 1 tergantung pada pilihan konfigurasi. Akan tetapi penulis tidak menggunakan fitur tersebut karena penulisan kode program yang kerjanya mirip external interrupt dapat dibuat sehingga penulis bisa menghemat pin external interrupt untuk tujuan lainnya. Kode program untuk pembacaan grid ditulis pada satu vector interup timer/counter2 yang telah dijelaskan di atas.

Berikut contoh penulisan program pembacaan sensor grid counter :

volatile uint8_t flipflop =1, temp=0, counter=0;

ISR(TIMER2_OVF_vect)
{
dataSensor = bacaSensor() ;
temp =digitalRead(sensor4) ;
if (temp == 1)
{
if (flipflop == 0)
{
flipflop = 1 ;
counter++ ;
}
}
if (temp == 0)
flipflop = 0;

}

Penjelasan kode program pembacaan sensor grid counter
Variabel global flipflop dan temp memiliki kode volatile didepannya bertujuan agar variabel global tersebut dapat diakses oleh blok kode program pada vector interrupt, karena tanpa kode volatile' variabel global tidak dapat dibaca oleh kode program pada blok vector interrupt.

Variabel global flipflop diberi nilai logika 1, variabel global temp dan counter diberi nilai logika 0.
Hasil pembacaan sensor4 disimpan pada variabel temp dengan perintah temp = digitalRead(sensor4);
Jika variabel temp (hasil pembacaan sensor4) bernilai 1 dan jika variabel flipflop bernilai 0, maka variabel flipflop diberi logika 1 dan variabel counter akan dijumlahkan dengan 1 dengan perintah counter++ . Sebelum ada persimpangan yang dilewati penjumlahan variable counter tidak akan dilakukan karena tidak memenuhi persyaratan kondisi.
Jika sensor4 mendeteksi adanya persimpangan maka variabel temp (hasil pembacaan sensor4) akan bernilai 0 dan variabel flipflop akan dibuat menjadi 0. Selama sensor masih mendeteksi adanya persimpangan (garis putih belum dilewati sepenuhnya) maka kondisi variabel flipflop dan temp akan selalu 0 yang menyebabkan penjumlahan variabel counter dengan 1 tidak bisa dilakukan.
Saat persimpangan sudah terlewati (sensor4 tidak mendeteksi garis persimpangan) maka variabel temp akan bernilai 1 sehingga kondisi variabel temp bernilai 1 dan variabel flipflop bernilai 0 tepenuhi lalu variabel flipflop dibuat lagi bernilai 1 dan variabel counter ditambah dengan 1. Hal ini menyebabkan variabel counter bernilai 1. Setelah itu variabel counter tidak akan ditambah dengan 1 jika tidak melewati persimpangan lagi.
Setiap melewati persimpangan variabel counter akan selalu ditambahkan dengan 1. dan variabel counter inilah yang dijadikan sebagai acuan sebagai perhitungan jumlah persimpangan atau grid yang telah dilalui.

Kode program lengkap dari penjelasan interrupt timer, pembacaan sensor garis, pembacaan sensor counter grid adalah sbb :

#include "Arduino.h"
#define pinStart 13
#define sensor3 2
#define sensor2 7
#define sensor1 11
#define sensor4 12
volatile uint8_t dataSensor = 0, temp = 0, flipflop = 1, counter = 0;
void inisialisasiPort(void)
{

int Pins[11] = {sensor1, sensor2, sensor3, sensor4, pinStart, 9, 10, A0, A1, A2, A3} ;
for (int i = 0; i < 12; i++)
{
if (i <= 4 )
{
pinMode(Pins[i], INPUT_PULLUP);
}
else
{
pinMode(Pins[i], OUTPUT);
digitalWrite(Pins[i], HIGH);
}
}
while (digitalRead(pinStart)==1)
{}
TCCR1A = 0b10100011; //phase correct PWM
TCCR1B = 0b00001100;
TCCR2B = 0b00000011; //source clock / 32
TIMSK2 = 0b00000001 ;
sei ();

}

ISR(TIMER2_OVF_vect)
{
dataSensor = bacaSensor() ;
temp =digitalRead(sensor4) ;
if (temp == 1)
{
if (flipflop == 0)
{
flipflop = 1 ;
counter++ ;
}
}
if (temp == 0)
flipflop = 0;
}

uint8_t bacaSensor()
{
uint8_t data, nilai = 0;
data = digitalRead(sensor1);
if (data == 0)
{ nilai = 0b000000110; }
if (data == 1)
{ nilai = 0b00000111; }

data = digitalRead(sensor2);
if (data == 0)
{ nilai = 0b00000101 & nilai; }
if (data == 1)
{ nilai = 0b00000111 & nilai; }

data = digitalRead(sensor3);
if (data == 0)
{ nilai = 0b00000011 & nilai; }
if (data == 1)
{nilai = 0b00000111 & nilai; }
return nilai;
}

Materi selanjutnya adalah interrupt timer

EoF

Hukum Ohm dan Hukum Kirchoff

2019-07-04T18:34:00.002+07:00

Hukum Ohm

Hukum Ohm adalah hukum dasar yang menyatakan hubungan antara arus listrik, tegangan dan hambatan. Hukum Ohm ini adalah hukum dasar yang wajib dipelajari jika Anda ingin belajar elektronika. Hukum Ohm pertama kali diperkenalkan oleh Georg Simon Ohm seorang ahli Fisika German.

Bunyi hukum Ohm adalah : Besarnya arus listrik (I) yang mengalir pada suatu penghantar berbanding lurus dengan tegangan (V) yang diterapkan pada penghantar tersebut dan berbanding terbalik dengan hambatannya (R).

Dari Hukum Ohm dapat dituliskan rumus hubungan antara tegangan, arus dan hambatan sbb :

V = I x R

dimana V adalah tegangan, I adalah arus litrik dan R adalah hambatan atau resistansi

Hukum Kirchoff

Hukum kirchoff adalah hukum yang digunakan untuk melakukan analisis tegangan dan arah arus pada suatu rangkaian. Hukum Kirchoff ini merupakan persamaan yang membahas tentang kekekalan muatan dan energi listrik pada suatu rangkaian yang ditemukan oleh seorang ahli Fisika German bernama Gustav Kirchoff.

Hukum Kirchoff terdiri dari dua bagian yang dikenal dengan hukum Kirchoff 1 dan hukum Kirchoff 2.

Bunyi Hukum Kirchoff 1 : Jumlah kuat arus yang masuk dalam titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus keluar dari titik percabangan. Hukum ini juga dikenal sebagai hukum titik cabang. Hukum ini menerangkan bahwa jumlah total arus masuk pada suatu rangkaian sama dengan jumlah total arus keluar rangkaian.

Gambar 1. Hukum Kirchoff 1

Pada gambar ilustrasi Hukum Kirchoff 1 di atas dapat ditulis persamaan arus:

I₁ + I₂ = I₃+ I₄+ I₅

Hukum Kirchoff 2 : Dalam rangkaian tertutup, jumlah aljabar GGL (E) dan jumlah penurunan potensial sama dengan 0. Maksud dari bunyi kukum tersebut adalah tidak ada energi listrik yang hilang dalam rangkaian tersebut. Hukum ini juga dikenal sebagai hukum loop.

Gambar 2. Hukum Kirchoff 2

Dari gambar ilustrasi Kirchoff 2 bisa ditulis persamaan

ΣE + Σ IR = 0

Persamaan diatas dapat dijabarkan sebagai berikut

E₁ - E₂ + I (R₃+R₄) = 0

Jika Anda masih bingung kenapa penjumlahan tegangan tiba-tiba tegangan E₂berubah menjadi negatif adalah disebabkan pembuatan loop arah arus searah jarum jam dimana penulis menganggap bahwa jika arah arus mengenai kutub negatif terlebih dahupu pada sumber tegangan maka tegangan itu dianggap negatif sehingga bernilai E₂negatif. Karena sumbar tegangan E₁ dilewati loop arus pada melalui kutub positif terlebih dahulu maka tegangan E₁bernilai positif.

Gambar 3. Rangkaian 1 loop

Besar dan arah arus listrik pada rangkaian satu loop Gambar 3 di atas dapat dicari dengan persamaan Hukum Kirchoff 2 (hukum loop), Gambar 3 dapat diselesaikan dengan langkah di bawah :
E₁ – E₂+ I (R₃ + R₄) = 0
3 – 5 + I.2 = 0
2I = 2
I = 1A

Karena arus listrik sebesar 1A memiliki nilai positif berarti arah arus sesuai atau searah dengan arah loop yang dibuat yaitu searah jarum jam.

Jika rangkaian memiliki loop lebih dari satu maka penyelesaian agak sedikit lebih rumit seperti yang ditunjukan pada Gambar 4 karena setiap loop akan memiliki persamaan sendiri.

Gambar 4. Rangkaian dua loop

Sebelum menyelesaikan persamaan dua loop pada Gambar 4 perlu diperhatikan aturan yg menentukan tanda positif atau negatif tegangan pada suatu persamaan. Jika setiap arah loop arus yang kita buat yang bertemu kutub negatif sumber tegangan terlebih dahulu berarti tegangan tersebut diberi tanda negatif dan sebaliknya jika arah arus bertemu dengan kutub positif terlebih dahulu pada sumber tegangan maka tegangan tersebut diberi tanda positif.

Penyelesaian Gambar 4 yang memiliki dua loop :

Persamaan pada loop 1
- E₁ – E₂+ I.R₁ + I₁.R₂ = 0
-16 – 8 +12.I +6.I₁= 0
24 = 12.I + 6I₁
4 = I1 + 2.I

Persamaan pada loop 2

E₂ + E₃ + R_3.I₂ – R₂.I₁ = 0 (R_3.I₂ – R₂.I₁ karena loop arah I₂ berlawanan dengan I₁)
8 + 10 + 6.I₂ – 6.I₁ = 0
18 + 6.I₂ – 6.I₁ = 0
18 = 6.I₁ – 6.I₂
3 = I₁ – I₂

Setelah menentukan persamaan loop 1 dan loop 2 yang perlu dilakukan adalah membuat persamaan arus sesuai hukum Kirchoff 1. Jika dilihat dari Gambar 4 maka persamaan arus dapat dituliskan

I = I₁ + I₂ ->  I₂ = I - I₁
Kemudian agar persamaan loop 1 dan loop 2 memiliki variabel yang sama perlu menghilangkan variabel I₂pada persamaan loop 2 sehingga :
3 = I₁ – I₂
3 = I₁ – (I - I₁)
3 = 2.I₁ – I

Sehingga persamaan loop 2 menjadi
3 = 2.I₁ – I

Penyelesaian persamaan loop 1 dan loop 2
4 = I₁+ 2.I
3 = 2.I₁ – I   x2
maka :
4 =  I₁ + 2.I

6 = 4.I₁-2.I

------------------------------ +

10 = 5.I₁
I₁ = 2A

Kemudian masukan hasil I₁ ke persamaan loop 2 sehingga

3 = 2.I₁ – I
3 = 2.2 – I
I = 4 - 3 = 1A

Dari persamaan arus I = I₁ + I₂dapat dicari nilai I₂

I₂= I + I₁

I₂= 1 – 2

I₂= -1A

Besarnya arus I₂ adalah -1A atau dengan kata lain besar nya arus pada I2 adalah 1A dengan arah loop arus berlawanan arah dengan arah loop yang buat pada loop 2.

Belajar Elektronika

2019-07-04T00:37:00.002+07:00

Alhamdulillah akhirnya blog mengenai pengetahuan elektronika dapat dibuat dan didalamnya akan dibahas tentang pengetahuan dasar elektronika serta pengetahuan elektronika yang lebih dalam seperti melakukan perancangan rangkaian elektronika serta pemrograman mikrokontroler. Penulis ingin berbagi tentang pengetahuan penulis mengenai ilmu elektronika baik secara teori maupun secara praktis yang telah dipelajari sejak tahun 2000 hingga sekarang karena penulis memiliki hobi dibidang elektronika meskipun saat ini penulis bekerja di bindang IT server.

Tujuan dibuatnya blog ini adalah sbb :

Berbagi pengetahuan elektronika kepada siapa saja yang berminat mempelajari elektronika. Karena elektronika itu mudah dan menyenangkan.
Ingin menginformasikan bahwa elektronika itu tidak sulit dan mudah dipahami. Jika Anda dapat memahami elektronika akan lebih mudah untuk membuat rangkaian elektronika untuk tujuan tertentu sesuai kebutuhan dan keinginan Anda.
Semoga blog ini dapat menjadi acuan pembelajaran elektronika serta pengetahuan lain yang menjadi pendukung ilmu elektronika seperti pemrograman mikrokontroler.
Blog ini akan terus ditulis secara bertahap dimulai dari pengetahuan dasar hingga pengetahuan yang lebih dalam sehingga dapat menyajikan materi elektronika yang lengkap.

Hal yang perlu diperhatikan sebelum membaca blog ini dan setiap akan memulai sesuatu pekerjaan atau yang lainnya diusahakan untuk selalu minimal mengucapkan Basmallah. Selamat membaca.

Materi pada Blog ini adalah :

Komponen Elektronika
1. Resistor
2. Kapasitor
3. Induktor

4. Transistor BJT :

5. Diode

Dasar Elektronika
1. Hukum Ohm dan Hukum Kirchoff
2. Clippers & Clampers