Mengatur arah putar sekaligus kecepatan putar Teori Dasar Elektronika Zener Perencanaan Sistem

commit to user 14 Untuk membuat motor berjalan mundur, MOSFET 2 dihidupkan dan MOSFET 4 diberikan sinyal PWM. Jalannya arus dapat ditampilkan dalam diagram dengan warna merah. Gambar 2.13 Skema pengaturan motor berjalan mundur dengan MOSFET

2.5 Mengatur arah putar sekaligus kecepatan putar

Mengatur arah putaran dapat ditunjukan pada gambar berikut . Direction mengatur arah putar motor dan PWM mengatur kecepatan putar motor. Gambar 2.14 Pengatur arah putar sekaligus kecepatan putar commit to user 15

2.6 Teori Dasar Elektronika

Menjelaskan dan mengetahui karakteristik dari setiap komponen elektronika baik yang termasuk komponen pasif maupun komponen aktif. Mengetahui cara menentukan atau menghitung besarnya nilai dari suatu jenis komponen elektronika. a. Komponen aktif Komponen aktif adalah komponen elektronika yang dalam pengoperasiannya membutuhkan sumber arus atau sumber tegangan sendiri. seperti transistor, tranducer, integrated circuit dan sensor. b. Komponen Pasif Komponen pasif adalah komponen elektronika yang dalam pengoperasiannya tidak memerlukan sumber tegangan atau sumber arus tersendiri. seperti kapasitor, resistor, dioda, transformator dan relay.

2.7 Transistor

Transistor adalah komponen semikonduktor yang terdiri atas sebuah bahan tipe P dan diapit oleh dua bahan tipe N transistor NPN atau terdiri atas sebuah bahan tipe N dan diapit oleh dua bahan tipe P transistor PNP. Sehingga transistor mempunyai tiga terminal yang berasal dari masing-masing bahan tersebut. Disamping itu yang perlu diperhatikan adalah bahwa ukuran basis sangatlah tipis dibanding emitor dan kolektor. Perbandingan lebar basis ini dengan lebar emitor dan kolektor kurang lebih adalah 1 : 150, sehingga ukuran basis yang sangat sempit ini kemudian akan mempengaruhi kerja transistor. Simbol transitor bipolar ditunjukkan pada gambar 2.3. Pada kaki emitor terdapat tanda panah yang kemudian bisa diketahui bahwa itu merupakan arah arus konvensional. Pada transistor NPN tanda panahnya menuju keluar sedangkan pada transistor PNP tanda panahnya menuju kedalam. commit to user 16 Gambar 2.15 Simbol transistor bipolar Ketiga terminal transistor tersebut dikenal dengan Emitor E, Basis B dan KolektorC. Emitor merupakan bahan semikonduktor yang diberi tingkat doping sangat tinggi. Bahan kolektor diberi doping dengan tingkat yang sedang. Sedangkan basis adalah bahan dengan dengan doping yang sangat rendah. Perlu diingat bahwa semakin rendah tingkat doping suatu bahan, maka semakin kecil konduktivitasnya. Hal ini karena jumlah pembawa mayoritasnya elektron untuk bahan N; dan hole untuk bahan P adalah sedikit. Transistor terdiri dari dua jenis yaitu transistor bipolar dan unipolar. Transistor bipolar adalah transistor yang ada pada daerah N mempunyai banyak sekali elektron pita dan pada daerah P mempunyai banyak sekali hole. Jenis dari transistor bipolar adalah transistor PNP dan NPN, sedangkan pada transistor unipolar misalnya FET, MOSFET, JPET dan lain-lain. Fungsi dari transistor adalah sebagai penguat arus, saklar elektronika, osilator, pencampur mixer dan penyearah. JFET Junction Field Effect Transistor adalah salah satu model transistor junction dan mempunyai resistansi input yang cukup tinggi. JFET memerlukan pembawa mayoritas untuk dapat bekerja muatan hole atau elektron. JFET mempunyai kaki terminal, sama halnya dengan transistor bipolar yaitu Drain D, Source S dan Gate G. MOSFET Metal Oxide Semi Conductor adalah gate yang mempunyai gate terbuat dari bahan logam dan antara kanal dan gate dilapisi oleh suatu bahan silikon dioksida. MOSFET mempunyai jenis kanal N dan kanal P. Dalam penggunaan transistor untuk suatu proyek harus dipakai transistor yang tepat. Letak sambungan kaki suatu transistor sudah ditetapkan. commit to user 17

2.7.1 Fungsi Transistor:

Transistor dapat dipakai untuk bebagai keperluan misalnya : a Mengubah arus bolak balik menjadi arus searah, pekerjaan ini disebut penyearah. b Menguatkan arus rata atau tegangan rata maupun arus bolak balik atau tegangan bolak balik. c Menjangkitkan getaran listrik, dinamai oscilator. Rangkaian oscillator banyak ditemui pada rangkaian elektronika. d Mencampur arus tegangan bolak balik dengan frekuensi yang berlainan permodulasian. e Saklar elektronik : tujuannya agar saklar tidak cepat putus.

2.7.2 Cara Kerja Transistor

Dari banyak tipe-tipe transistor modern, pada awalnya ada dua tipe dasar transistor, bipolar junction transistor BJT atau transistor bipolar dan field-effect transistor FET, yang masing-masing bekerja secara berbeda. Transistor bipolar dinamakan demikian karena kanal konduksi utamanya menggunakan dua polaritas pembawa muatan: elektron dan lubang, untuk membawa arus listrik. Dalam BJT, arus listrik utama harus melewati satu daerahlapisan pembatas dinamakan depletion zone, dan ketebalan lapisan ini dapat diatur dengan kecepatan tinggi dengan tujuan untuk mengatur aliran arus utama tersebut. FET juga dinamakan transistor unipolar hanya menggunakan satu jenis pembawa muatan elektron atau hole, tergantung dari tipe FET. Dalam FET, arus listrik utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit dengan depletion zone di kedua sisinya dibandingkan dengan transistor bipolar dimana daerah Basis memotong arah arus listrik utama. Dan ketebalan dari daerah perbatasan ini dapat dirubah dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal konduksi tersebut. commit to user 18

2.8 Resistor

Resistor adalah suatu komponen elektronika yang fungsinya untuk menghambat arus dan tegangan listrik. Berdasarkan jenisnya resistor dibagi menjadi 2 jenis yaitu : - Resistor tetap - Resistor variabel Tetapi pada rangkaian intercom hanya menggunakan satu jenis resistor yaitu resistor tetap, jadi kami hanya membahas tentang resistor tetap saja. Resistor tetap adalah resistor yang memiliki hambatan tetap. Resistor memiliki batas kemampuan daya misalnya : 1,16 watt, 1,8 watt, ¼ watt, ½ watt, dan sebagainya. Artinya resistor hanya dapat dioperasikan dengan daya maksimal sesuai dengan kemampuan dayanya. Gambar 2.16 Simbol dan bentuk fisik resistor tetap Bentuk fisik dari resistor tetap ini terdiri dari 2 jenis yaitu ada yang memiliki 4 buah gelang dan 5 buah gelang seperti pada gambar diatas, tetapi untuk cara perhitungannya sama saja. Untuk mengetahui nilai hambatan suatu resistor dapat dilihat atau dibaca dari warna yang tertera pada bagian luar badan resistor tersebut yang berupa gelang warna. commit to user 19 Tabel 2.1 Kode Warna Resistor Keterangan : - Gelang ke 1 dan 2 menunjukkan angka - Gelang ke 3 menunjukkan faktor pengali - Gelang ke 4 menunjukkan toleransi

2.8.1 Karakteristik Resistor

Menurut karakteristik utamanya resistor dibagi 2 yaitu: a. Resistansinya b. Rating dayanya

2.8.2 Pertimbangan Untuk Memilih Resistor.

a. Ukuran fisiknya b. Bentuknya c. Cara pemasangan dan penyambungan pada rangkaian d. Nilai resistansinya e. Dissipasi dayanya f. Kemampuan menangani beban lebih g. Keandalan commit to user 20 h. Perubahan resistansi terhadap frekuensi dan terhadap tegangan yang jatuh i. Ketahanan sebagai beban j. Pengaruh kondisi dan lingkungannya

2.9 Dioda

Dioda merupakan suatu semikonduktor yang hanya dapat menghantar arus listrik dan tegangan pada satu arah saja. Bahan pokok untuk pembuatan dioda adalah Germanium Ge dan SilikonSilsilum Si.

2.9.1 Fungsi Dioda

Dioda berfungsi mengalirkan arus pada satu arah saja dan menahan arus dari arah yang berlawanan. Bisa dikatakan dioda juga berfungsi sebagai pencegah arus balik feed back.

2.9.2 Prinsip Kerja Dioda

Struktur dioda tidak lain adalah sambungan semikonduktor P dan N. Satu sisi adalah semikonduktor dengan tipe P dan satu sisinya yang lain adalah tipe N. Dengan struktur demikian arus hanya akan dapat mengalir dari sisi P menuju sisi N. Gambar 2.17 Simbol dan struktur dioda Gambar ilustrasi di atas menunjukkan sambungan PN dengan sedikit porsi kecil yang disebut lapisan deplesi depletion layer, dimana terdapat keseimbangan hole dan elektron. Seperti yang sudah diketahui, pada sisi P banyak terbentuk hole-hole yang siap menerima elektron sedangkan di sisi N commit to user 21 banyak terdapat elektron-elektron yang siap untuk bebas merdeka. Lalu jika diberi bias positif, dengan arti kata memberi tegangan potensial sisi P lebih besar dari sisi N, maka elektron dari sisi N dengan serta merta akan tergerak untuk mengisi hole di sisi P. Tentu kalau elektron mengisi hole disisi P, maka akan terbentuk hole pada sisi N karena ditinggal elektron. Ini disebut aliran hole dari P menuju N, Kalau mengunakan terminologi arus listrik, maka dikatakan terjadi aliran listrik dari sisi P ke sisi N. Gambar 2.18 Dioda dengan bias maju Sebalikya jika polaritas tegangan dibalik yaitu dengan memberikan bias negatif reverse bias. Dalam hal ini, sisi N mendapat polaritas tegangan lebih besar dari sisi P. Gambar 2.19 Dioda dengan bias negatif Maka yang terjadi adalah tidak akan terjadi perpindahan elektron atau aliran hole dari P ke N maupun sebaliknya. Karena baik hole dan elektron masing-masing tertarik ke arah kutup berlawanan. Bahkan lapisan deplesi depletion layer semakin besar dan menghalangi terjadinya arus. Dengan tegangan bias maju yang kecil saja dioda sudah menjadi konduktor. Tidak serta merta diatas 0 volt, tetapi tegangan beberapa volt commit to user 22 diatas nol baru bisa terjadi konduksi. Ini disebabkan karena adanya dinding deplesi deplesion layer. Untuk dioda yang terbuat dari bahan Silikon tegangan konduksi adalah diatas 0.7 volt. Kira-kira 0.2 volt batas minimum untuk dioda yang terbuat dari bahan Germanium. Gambar 2.20 Grafik arus dioda Sebaliknya untuk bias negatif dioda tidak dapat mengalirkan arus, namun memang ada batasnya. Sampai beberapa puluh bahkan ratusan volt baru terjadi breakdown, dimana dioda tidak lagi dapat menahan aliran elektron yang terbentuk di lapisan deplesi. Dioda yang digunakan pada rangkaian ini terdiri dari :

a. Zener

Phenomena tegangan breakdown dioda ini mengilhami pembuatan komponen elektronika lainnya yang dinamakan zener. Sebenarnya tidak ada perbedaan sruktur dasar dari zener, melainkan mirip dengan dioda. Tetapi dengan memberi jumlah doping yang lebih banyak pada sambungan P dan N, ternyata tegangan breakdown dioda bisa makin cepat tercapai. Jika pada dioda biasanya baru terjadi breakdown pada tegangan ratusan volt, pada zener bisa terjadi pada angka puluhan dan satuan volt. Gambar 2.21 Simbol Zener commit to user 23 Ini adalah karakteristik zener yang unik. Jika dioda bekerja pada bias maju maka zener biasanya berguna pada bias negatif reverse bias.

b. LED

LED adalah singkatan dari Light Emiting Dioda, merupakan komponen yang dapat mengeluarkan emisi cahaya. LED merupakan produk temuan lain setelah dioda. Strukturnya juga sama dengan dioda, tetapi belakangan ditemukan bahwa elektron yang menerjang sambungan P-N juga melepaskan energi berupa energi panas dan energi cahaya. LED dibuat agar lebih efisien jika mengeluarkan cahaya. Untuk mendapatkna emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang pakai adalah galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula. Gambar 2.22 Simbol LED Pada saat ini warna-warna cahaya LED yang banyak ada adalah warna merah, kuning dan hijau. LED berwarna biru sangat langka. Pada dasarnya semua warna bisa dihasilkan, namun akan menjadi sangat mahal dan tidak efisien. Dalam memilih LED selain warna, perlu diperhatikan tegangan kerja, arus maksimum dan disipasi daya-nya. Rumah chasing LED dan bentuknya juga bermacam-macam, ada yang persegi empat, bulat dan lonjong.

2.9.3 Forward Bias Dan Reverse Bias

a. Tegangan Knee Tegangan dimana mengalir dengan cepat setelah melewati potensial barrier. b. Arus Bocor Arus yang mengalir pada saat bias reverse, padahal seharusnya tidak ada arus yang mengalir. commit to user 24

2.9.4 Jenis Dioda

a. Dioda schotshy berfungsi untuk menyearahkan frekuensi diatas 300 MHz. b. Dioda varactor berfungsi untuk mengubah frekuensi resonansi. c. Dioda step recovery berfungsi untuk menghasilkan pulsa yang sangat cepat

2.10 IC INTEGRATED CIRCUIT

Sirkuit terpadu integrated circuit atau IC adalah komponen dasar yang terdiri dari resistor, transistor dan lain-lain. IC adalah komponen yang dipakai sebagai otak peralatan elektronika.Pada komputer, IC yang dipakai adalah mikroprosesor. Sirkuit terpadu dimungkinkan oleh teknologi pertengahan abad ke-20 dalam fabrikasi alat semikonduktor dan penemuan eksperimen yang menunjukkan bahwa alat semikonduktor dapat melakukan fungsi yang dilakukan oleh tabung vakum. Pengintegrasian transistor kecil yang banyak jumlahnya ke dalam sebuah chip yang kecil merupakan peningkatan yang sangat besar bagi perakitan tube-vakum sebesar-jari. Ukuran IC yang kecil, terpercaya, kecepatan switch, konsumsi listrik rendah, produksi massal, dan kemudahan dalam menambahkan jumlahnya dengan cepat menyingkirkan tube vacum. IC mempunyai ukuran seukuran tutup pena sampai ukuran ibu jari dan dapat diisi sampai 250 kali.

2.10.1 Fungsi IC Integrated Circuit

Di dalam rangkaian kontrol kecepatan ini memakai tipe NE555 dalam rangkaian kontrol kecepatan berfungsi sebagai Timer pewaktu sehingga menimbulkan sinyal daur aktif.

2.10.2 Prinsip Kerja IC NE 555 IC

NE555 yang mempunyai 8 pin kaki ini merupakan salah satu komponen elektronika yang cukup terkenal, sederhana, dan serba guna dengan commit to user 25 ukurannya yang kurang dari 12 cm3 sentimeter kubik. Pada dasarnya aplikasi utama IC NE555 ini digunakan sebagai Timer Pewaktu dengan operasi rangkaian monostable dan Pulse Generator Pembangkit Pulsa dengan operasi rangkaian astable. Selain itu, dapat juga digunakan sebagai Time Delay Generator dan Sequential Timing. Fungsi dan aplikasi IC NE555 ini banyak sekali digunakan diantaranya sebagai pengatur alarm, sebagai penggerak motor DC, bisa digabungkan dengan IC TTL Transistor-transistor Logic dan sebagai input jam digital untuk “keperluan yang diinginkan” kalau hanya untuk jam digital biasa, sudah banyak IC yang bisa langsung digunakan, bisa juga dimanfaatkan dalam rangkaian sakelar sentuh, dan jika digabungkan dengan infra merah ataupun ultrasonic, NE555 ini bisa dijadikan sebagai pemancar atau remote control. Apalagi jika digabungkan dengan teknik modulasi dan beberapa komponen elektronika yang mendukung, bisa dihasilkan remote control multi channel yang bisa mengontrol beberapa perangkat elektronik lain dalam satu remote. Untuk keperluan praktis dalam membuat sebuah rangkaian dengan IC ini, yang perlu diketahui adalah posisi dan fungsi masing-masing kakinya saja, yang dapat dilihat seperti berikut: Gambar 2.23 IC NE555 commit to user 26 Fungsi Masing-masing PIN Kaki IC NE555: PIN ke: KETERANGAN 1 Ground 0V, adalah pin input dari sumber tegangan DC paling negatif 2 Trigger, input negative dari lower komparator komparator B yang menjaga osilasi tegangan terendah kapasitor pada 13 Vcc dan mengatur RS flip-flop 3 Output, pin keluaran dari IC 555. 4 Reset, adalah pin yang berfungsi untuk me reset latch didalam IC yang akan berpengaruh untuk me-reset kerja IC. Pin ini tersambung ke suatu gate gerbang transistor bertipe PNP, jadi transistor akan aktif jika diberi logika low. Biasanya pin ini langsung dihubungkan ke Vcc agar tidak terjadi reset 5 Control voltage, pin ini berfungsi untuk mengatur kestabilan tegangan referensi input negative komparator A. pin ini bisa dibiarkan tergantung diabaikan, tetapi untuk menjamin kestabilan referensi komparator A, biasanya dihubungkan dengan kapasitor berorde sekitar 10 nF ke pin ground 6 Threshold, pin ini terhubung ke input positif komparator A yang akan me-reset RS flip-flop ketika tegangan pada pin ini mulai melebihi 23 Vcc 7 Discharge, pin ini terhubung ke open kolektor transistor internal Tr yang emitternya terhubung ke ground. Switching transistor ini berfungsi untuk meng-clamp node yang sesuai ke ground pada waktu tertentu. 8 Vcc, pin ini untuk menerima supply DC voltage. Biasanya akan bekerja optimal jika diberi 5V sd 15V. Sumber arusnya dapat dilihat di datasheet, yaitu sekitar 10mA sd 15mA. commit to user 27

2.11 Kapasitor

Kapasitor merupakan komponen yang dapat menyimpan dan melepaskan muatan listrik atau energi listrik. Sebuah kapasitor terdiri dari dua bahan penghantar yang dipisahkan oleh sebuah bahan isolasi yang disebut dielektrikum. Kemampuan untuk menyimpan muatan listrik pada kapasitordisebut dengan kapasitansi atau kapasitas. Kapasitas kapasitor merupakan sebuah ukuran dari banyaknya muatan listrik yang dapat disimpan oleh kapasitor tersebut dibagi per satuan beda petensialnya. Kapasitas terdapat dalam beraneka ragam yang sangat besar, dalam bentuk ukuran, tipe, pembuatanbahan baku, nilai voltage kerja dan nilai kapasitansinya. Nilai kapasitor dinyatakan dalam satuan farad F atau pada umumnya satuan tersebut mempunyai skala mikro Farad uF yang tertera pada badan kondesantor, artinya huruf ini menunjukan nilai sekian per sejuta dari 1 Farad. Satu Farad adalah nilai kapasitas yang sedemikian besarnya, sehingga tidak akan pernah dijumpai dalam bidang elektronika khususnya, atau juga pada umumnya dilengkapi dengan potensial kerja kapasitor tersebut.

2.11.1 Fungsi Kapasitor :

a. Untuk menyimpan muatan listrik. b. Untuk menahan arus searah dan melewatkan arus bolak-balik. c. Sebagai kopel penghubung pada rangkaian listrik. d. Sebagai penentu frekuensi.

2.11.2 Macam-macam kapasitor :

a. Kapasitor elektrolit, mempunyai kapasitas sebesar 1uF atau lebih dan mempunyai polaritas kutub + dan kutub -. b. Kapasitor non elektrolit, mempunyai kapasitas kurang dari 1 uF dan tidak mempunyai polaritas, umumnya terbuat dari bahan dielektrik keramik, mika atau poliyester. c. Kapasitor Variable varco. d. Kapasitor Trimmer. commit to user 28 Kebanyakan kapasitor tidak dipolaritaskan, yang artinya dapat dipasang bolak-balik, akan tetapi beberapa tipe dipolaritaskan, artinya tidak boleh dipasang bolak-balik. Kapasitor elektrolit selalu dipolaritaskan, kecuali jika ada tanda keterangan lainnya beberapa elektrolit non-polarisasi dibuat untuk penggunaan tertentu. Kapasitor yang dipolaritaskan selalu diberi tanda yang memperhatikan kutubnya. Cara yang umum ialah tanda negatif - dan tanda positif + pada kawat tiap sambungan, atau ada juga yang diberi tanda warna merah pada terminal positif atau warna hitam pada terminal negatif.

2.11.3 Prinsip Kerja

Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki elektroda metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutup positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Gambar 2.24 Prinsip dasar kapasitor commit to user 29 BAB III PERENCANAAN DAN PEMBUATAN KONTROL KECEPATAN Pada bab ini akan dijelaskan mengenai perencanaan sistem secara keseluruhan. Dimulai dari perencanaan sistem secara garis besar. Setelah itu dilanjutkan dengan penjelasan mengenai perencanaan perangkat keras yang digunakan.

3.1 Perencanaan Sistem

Perencanaan sistem secara garis besar dapat dilihat pada gambar 3.1 berikut ini : Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Secara keseluruhan sistem dapat dibagi menjadi tiga bagian. Bagian pertama adalah bagian input yang berupa pedal gas sebagai data level kecepatan mobil. Bagian kedua adalah bagian pengolah data yang berupa PWM Pulse Width Modulation sebagai pengolah data dari input pedal gas,dan Mosfet sebagai komponen switching tegangan. Ketiga adalah bagian putaran motor yang dihasilkan dari pulsa PWM.

3.2 Perancangan Rangkaian Kontrol Kecepatan