PENGENDALI JARAK JAUH ON-OFF PC (Personal Computer) DENGAN TRANDUSER ULTRASONIK

  i

  

PENGENDALI JARAK JAUH ON-OFF PC (Personal

Computer) DENGAN TRANDUSER ULTRASONIK

TUGAS AKHIR

  Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat Memperoleh gelar Sarjana Teknik

  Program Studi Teknik Elektro Disusun oleh:

  

FRISCIA ANTHONY

NIM : 015114010

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

2007

  

ON-OFF REMOTE CONTROL PC (Personal Computer)

USING ULTRASONIC TRANDUCER

FINAL PROJECT

  Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree

  In Electrical Engineering Presented by :

  

FRISCIA ANTHONY

Student ID Number : 015114010

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

2007

  ii

   

   

   

HALAMAN MOTTO

  

Knowledge is essential of life as human prestige parameter, but knowledge

which legalize is most valuable opportunity.

• * * *

  

After rain close over my eyes see the rainbow decorate it, seen really chromatic

• * * *

  

The massive mistake most absolute in life is

when good hopes have reverse to our deed.

• - - - - - - - - - - - - - - - - -

  Fording ocean even if will ever find the land

  Happiness and grief always shadowed by God will

  Yesterday, today and tomorrow could be that land

  Happiness will be felt lovely when we accept it every single time

  do not care any capacities.

  

vi

  

INTISARI

Tugas akhir ini bertujuan untuk merancang dan merealisasikan alat pengendali

jarak jauh untuk menghidupkan dan mematikan PC (Personal Computer) dengan

menggunakan sensor ultrasonik.

  Sebagai rangkaian pengendali digunakan osilator IC 555. Osilator tersebut

berfungsi untuk menghasilkan frekuensi 40 kHz yang dibutuhkan sensor ultrasonik

untuk memancarkan sinyal. Tegangan masukan yang diterima sensor ultrasonik pada

rangkaian penerima, dikuatkan pada rangkaian penguat, lalu diubah menjadi tegangan

DC sebagai tegangan masukan untuk mengendalikan rangkaian driver relay. Relay

berfungsi sebagai saklar dengan pemasangan secara paralel kabel common dan normally

open pada tombol power PC.

  

Sebagai hasil akhir jarak pancar penerima ultrasonik adalah sejauh 8 meter.

Kata kunci: Ultrasonik, Remote Control

vii

  

ABSTRACT

Objective of this final project is design and implementation a remote control

sensored tools and that functions to turn on and off your PC (Personal Computer) use

with ultrasonic sensored.

  As a parallel controlled we used an oscillator IC 555. That Oscillator totally

functions to produce 40 kHz frequency, which is Ultrasonic sensored need it to signal

relay. Input voltage that ultrasonic sensored accept in receiver and gained with

amplifier. Then switch it on to DC voltage as an input voltage to controlled parallel

driver relay. Function of Relay is to be a switch and assembling with parallel cable in

common and normally open in PC power button.

  As final result distance relay controlled makes along 8 meters. The keywords: Ultrasonic, remote control

viii

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah Bapa dan Tuhan Yesus Kristus,

oleh karena kasih dan setia-Nya sehingga penulis dapat meyelesaikan Tugas Akhir yang

berjudul “Pengendali Jarak Jauh ON-OFF PC (Personal Computer) Dengan

Tranduser Ultrasonik” . Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk

memperoleh gelar Sarjana pada jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas

Sanatha Dharma Yogyakarta.

  Penulisan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan dan dukungan dari berbagai

pihak. Pada kesempatan ini tidak lupa penulis mengucapkan terima kasih yang dalam

kepada :

  1. Bapak Ir. Greg Heliarko, S.J.,S.S.,B.S.T.,M.A.,M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi.

  2. Bapak A Bayu Primawan, ST., M.Eng., selaku Kepala Jurusan Teknik Elektro

  

3. Bapak Damar Wijaya, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak

memberikan bimbingan dan pengarahan hingga tugas akhir ini dapat tersusun.

  

4. Ibu Wiwien Widyastuti, S.T., M.T., selaku Dosen Penguji yang telah memberikan

masukan, petunjuk dan saran.

  

5. Bapak Petrus Setya Prabowo, S.T., selaku Dosen Penguji dan Dosen Pembimbing

yang telah memberikan masukan dan saran.

  

6. Bapak Martanto, S.T., M.T., selaku Dosen Penguji yang telah memberikan masukan

koreksi dan saran.

ix

  7. Bapak B. Djoko Untoro Suwarno, S.Si., M.T., selaku Dosen Penguji yang telah memberikan masukan, pengarahan dan saran.

  8. Abah dan Mamah atas doa, kasih sayang dan cinta yang tulus yang tetap setia mempertahankanku untuk memperjuangkan pendidikan.

  9. Adikku Yolanda Ryan Anthony dan sepupuku Dedi atas doa dan semangat persodaraan.

  10. Alm. Nenek dan Kakekku atas petuah-petuah hidup.

  11. Buat ‘Hati Biruku’ yang setia menemaniku menempuh perjalanan-perjalanan yang

penuh selera. Moses sebagai sahabat penting satu dimensi ruang kecil. Hanya untuk

raga kita tapi tidak aspirasi kita. Dika dan Wija sebagai sahabat yang berbahagia.

Sahabat yang selalu menyanjung inspirasi sebagai perjuangan masa depan. Buat

Yuyun yang selalu mendukung dan membantuku tanpa pamrih dan Made Gadis as

sister next door atas dukungan jarak jauh. Teman-teman Elektro yang bersemangat:

Eling, Sigit Vikita, Puguh “Kumis”, Fredy, Niko, Roy, Suryo, Hadi, Tyo, Nugroho,

Ancis, Ulis dan semua yang tidak bisa dirunut satu persatu. Anak-anak penghuni

Asrama Kapuas. Bu Endang, Rini, Sulis dan keponakanku Luna. Terima kasih atas

suasana kekeluargaan yang diberikan.

  Semoga Tuhan memberikan berkat yang tidak berkesudahan kepada semua pihak yang telah membantu penulis. Penulis sangat menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penulisan dan penyusunan Tugas Akhir ini, maka dari itu segala saran dan kritik yang bersifat membangun sangat diharapkan penulis.

  Yogyakarta, September 2007 Penulis x

  xi DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL ............................................................................................. i HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING .................................................. iii

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ......................................... v HALAMAN MOTTO ............................................................................................ vi

  

INTISARI ................. ............................................................................................. vii

ABSTRACT ............... ............................................................................................. viii

KATA PENGANTAR ........................................................................................... ix

DAFTAR ISI ............ ............................................................................................. xi

DAFTAR TABEL .... ............................................................................................. xiv

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. xv

DAFTAR LAMPIRAN

  ......................................................................................... xvii BAB

  I PENDAHULUAN .............................................................................

  1

1.1 Latar Belakang ..............................................................................

  1 1.2 Batasan Masalah ...........................................................................

  3 1.3 Tujuan Penelitian ..........................................................................

  3

1.4 Manfaat Penelitian ........................................................................

  3

1.5 Metode Penelitian .........................................................................

  4

1.6 Sistematika Penulisan ...................................................................

  5

  xii

  33

3.2 Perancangan Hardware ................................................................

  49 4.3 Penerima Ultrasonik .....................................................................

  48

4.2 Osilator Ultrasonik .......................................................................

  48

4.1 Tingkat Keberhasilan Alat ............................................................

  43 BAB

IV REALISASI DAN ANALISIS KERJA ALAT ..............................

  42

3.2.5 Driver Relay ........................................................................

  37 3.2.4 Penyearah Setengah Gelombang .........................................

  36 3.2.3 Rangkaian Penguat ..............................................................

  34 3.2.2 Sensor dan Aktuator Ultrasonik ..........................................

  33 3.2.1 IC 555 Sebagai Osilator .......................................................

  33

3.1 Alat dan Bahan yang dibutuhkan..................................................

  BAB II DASAR TEORI ................................................................................

  27 BAB III PERANCANGAN ALAT .................................................................

  26

2.6 Driver Relay .................................................................................

  24

2.5 Penyearah Setengah Gelombang ..................................................

  20

2.4.3 Tanggapan Frekuensi ...........................................................

  16 2.4.2 Analisis Sinyal AC ..............................................................

  15 2.4.1 Titik Kerja DC .....................................................................

  11

2.4 Rangkaian Penguat .......................................................................

  9

2.3 IC 555 Sebagai Osilator ................................................................

  6 2.2 Tranduser Ultrasonik ....................................................................

  6

2.1 Gelombang Ultrasonik ..................................................................

  52

  xiii 4.3.1 Rangkaian Penguat ..............................................................

  52

  4.3.2. Penyearah Setengah Gelombang dan Filter kapasitor ......

  56

4.3.3. Driver Relay .....................................................................

  59 BAB V PENUTUP ................................................................................. ..

  61 5.1 Kesimpulan .................................................................................

  63 5.2 Saran ……. .................................................................................

  63 DAFTAR PUSTAKA …….. ................................................................................

  64 LAMPIRAN

  xiv DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data tingkat keberhasilan alat .................................................... 11Tabel 4.2 Data pelemahan masukan penguat .............................................. 16Tabel 4.3 Data penguatan terhadap jarak penerima ultrasonik .................... 54Tabel 4.4 Data tegangan DC filter kapasitor terhadap jarak penerima ultrasonik ..................................................................... 58Tabel 4.5 Data driver relay .......................................................................... 60

  

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Gelombang ultrasonik di udara..........................................................

  29 Gambar 2.15 Driver relay .......................................................................................

  46 Gambar 3.11 Rangkaian driver relay ......................................................................

  45 Gambar 3.10 Keluaran V CE rangkaian transistor sebagai saklar ..............................

  43 Gambar 3.9 Rangkaian transistor sebagai saklar ...................................................

  42 Gambar 3.8 Keluaran penyearah setengah gelombang .........................................

  41 Gambar 3.7 Penyearah setengah gelombang .........................................................

  41 Gambar 3.6 Simulasi Gain V O /V S ..........................................................................

  37 Gambar 3.5 Simulasi Gelombang Transisent ........................................................

  36 Gambar 3.4 Rangkaian penguat ............................................................................

  35 Gambar 3.3 Gelombang keluaran osilator .............................................................

  34 Gambar 3.2 IC 555 Sebagai Osilator .....................................................................

  32 Gambar 3.1 Diagram Blok Alat ............................................................................

  29 Gambar 2.14 Kurva pensaklaran .............................................................................

  7 Gambar 2.2 Kontruksi dasar tranduser ultrasonik .................................................

  28 Gambar 2.13 Karakteristik transistor ......................................................................

  26 Gambar 2.12 Rangkaian transistor sebagai saklar ...................................................

  20 Gambar 2.11 Rangkaian penyearah setengah gelombang .......................................

  17 Gambar 2.10 Rangkaian penguat analisis sinyal AC ..............................................

  15 Gambar 2.9 Rangkaian penguat analisis titik kerja DC ........................................

  14 Gambar 2.8 Rangkaian penguat ............................................................................

  14 Gambar 2.7 Diagram Blok IC 555 ........................................................................

  12 Gambar 2.6 Diagram sambungan pin IC 555 ........................................................

  11 Gambar 2.5 Osilator menggunakan IC 555 ...........................................................

  10 Gambar 2.4 Timing Diagram ................................................................................

  10 Gambar 2.3 Kemasan tranduser ultrasonik ...........................................................

  46

  

xvi

Gambar 3.12 Pengendali jarak jauh ON-OFF PC (Personal Computer) dengan tranduser ultrasonik ...............................................................

  47 Gambar 4.1 Grafik tingkat keberhasilan alat .........................................................

  49 Gambar 4.2 Osilator ultrasonik .............................................................................

  50 Gambar 4.3 Keluaran osilator ultrasonik ..............................................................

  51 Gambar 4.4 Penerima ultrasonik ...........................................................................

  52 Gambar 4.5 Grafik pelemahan terhadap jarak penerima ultrasonik ......................

  53 Gambar 4.6 Grafik penguatan terhadap jarak penerima ultrasonik .......................

  55 Gambar 4.7 Penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor ....................

  56 Gambar 4.8 Bentuk gelombang penyearah setengah gelombang .........................

  57 Gambar 4.9 Bentuk gelombang ripple .................................................................

  57 Gambar 4.10 Grafik V DC terhadap jarak penerima ultrasonik .................................

  58 Gambar 4.11 Grafik V CE terhadap jarak penerima ultrasonik ..................................

  60 Gambar 4.12 Pemasangan kabel relay pada PC ......................................................

  62

  xvii DAFTAR LAMPIRAN

  

LAMPIRAN A Rangkaian Keseluruhan Alat ............................................... L1

LAMPIRAN B Data Analisis Kerja Alat ..................................................... L2

LAMPIRAN C Data Sheet ........................................................................... L3

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Penelitian

  Banyaknya komputer yang masih menyala setelah digunakan, disebabkan para pengguna komputer malas mematikannya setelah beberapa jam menggunakan komputer. Bahkan kadang membiarkan komputer dalam keadaan menyala tanpa aktifitas apapun. Hasil penelitian yang dilakukan Fujitsu Siemens bisa dijadikan perbandingan, meski merujuk kondisi perusahaan-perusahaan di Inggris. Dalam laporannya disebutkan, terjadi pemborosan hingga ribuan poundsterling per tahun, akibat kebiasaan membiarkan komputer tetap menyala saat tidak digunakan. Perusahaan pembuat komputer itu menyebutkan, sekitar 123 juta poundsterling terbuang tiap tahunnya di Inggris, untuk biaya listrik pada komputer yang tidak dimatikan atau ditinggalkan dalam mode hibernate. Laporan juga membeberkan dampak pemborosan energi tersebut terhadap lingkungan. Fujitsu Siemens mensurvei 1.000 karyawan, dan diketahui bahwa sekitar 370 diantaranya, tidak pernah mematikan komputer sebelum meninggalkan kantor (Susrini, 2005).

  Sistem operasi terbaru yang diluncurkan ke pasaran banyak menyajikan fitur-fitur terbaru yang memberikan fungsi-fungsi baru pada interface PC (Personal Computer).

  Namun sebagian besar orang justru memanfaatkan PC hanya bagian interface kulitnya saja, kurang mengeksplorasi sistem operasi tersebut. Sebagai contoh, untuk mematikan komputer saja selalu menggunakan pilihan menu start kemudian turn off. Orang beranggapan bahwa melakukan turn off dengan tombol push on akan merusak sistem komputer. Hal ini keliru karena power option properties pada sistem operasi menyediakan empat pilihan yaitu do nothing, hibernate, standby, shutdown (Tutorial Windows XP, 2001).

  Agar memudahkan pengguna komputer mematikan dan menghidupkan komputer tanpa menekan tombol power maupun menu start, maka dibuat alat pengendali jarak-jauh perangkat PC dengan menggunakan gelombang ultrasonik yang berfungsi sebagai ON-OFF. Alat ini dirancang dengan komponen-komponen diskret dan rangkaian terintegrasi. Rangkaian ini mudah dirakit karena komponen yang dibutuhkan dalam perancangan mudah diperoleh di pasaran, serta harga komponen yang relatif murah. Penggunaan alat ini juga sangat mudah dan tidak ada resiko yang ditimbulkan saat pemasangan alat ini.

  Alat ini digunakan untuk menghindari pemborosan energi. Selain itu juga untuk mengubah anggapan masyarakat bahwa mematikan komputer melalui tombol power tidak akan merusak sistem komputer, asalkan pilihan pada power option properties sudah ditentukan untuk shutdown. Pada tugas akhir ini penulis akan merealisasikan serta membahas kinerja alat pengendali jarak-jauh perangkat PC dengan sensor ultrasonik.

  1.2 Batasan Masalah

  Sinyal yang dikirimkan ke rangkaian penerima dengan frekuensi kerja 40kHz sejauh maksimal 8 meter. Alat ini terdiri dari rangkaian osilator dengan IC 555, tranduser ultrasonik, rangkaian penguat, rangkaian penyearah setengah gelombang dan driver relay.

  1.3 Tujuan Penelitian

  Tujuan pembuatan alat ini adalah membuat alat pengendali jarak jauh untuk menghidupkan dan mematikan PC yang mempunyai nilai jual tinggi.

  1.4 Manfaat Penelitian

  Pengendali jarak jauh ON-OFF PC bermanfaat bagi:

  1. Masyarakat Memberi kemudahan bagi pengguna komputer untuk menghidupkan dan mematikan komputernya dari jarak jauh.

  2. Pendidikan/dunia kampus Menjadi acuan atau bahan referensi alat pengendali jarak-jauh PC dengan sensor lainnya.

  3. Komersil Menjadi bahan pertimbangan bagi industri hardware komputer untuk mengimplementasikannya pada setiap unit PC.

1.5 Metode Penelitian

  Untuk mendapatkan hasil yang optimal dari alat yang dibuat serta analisanya, maka digunakan berbagai pendekatan. Namun intinya mewujudkan suatu konsep dengan panduan berbagai literatur, sehingga dapat menjadi hasil yang konkret.

  Adapun langkah-langkah teknisnya tetap berpedoman pada metode ilmiah:

  1. Penemuan masalah/ide; Yaitu berusaha mendapatkan konsep rancangan pembuatan piranti/instrument yang ditindak lanjuti dengan prototype.

  2. Perumusan masalah; Yaitu penyusunan suatu dasar teori untuk peralatan yang ada. Pada langkah ini dicari hipotesis yang mendukung pembuatan alat.

  3. Menguji

  Hipotesis

  dengan Eksperimen; Yaitu berusaha mewujudkan konsep perancangan yang ada menjadi alat, dengan menghitung besaran-besaran komponen yang akan digunakan.

  4. Realisasi ide; Yaitu membuat alat tersebut menjadi riil serta menganalisanya.

1.6 Sistematika Penulisan

  Untuk memudahkan penyusunan laporan secara menyeluruh, maka penulis membuat sistematika penulisan laporan:

  BAB I Pendahuluan; Bab ini berisi latar belakang masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat pembuatan alat, metode pembuatan alat dan sistematika penulisan.

BAB II Dasar teori; Bab ini berisi teori yang mendukung pembuatan alat, yaitu tentang teori transduser ultrasonik dan komponen pendukung alat ini. BAB III Perancangan Alat; Bab ini membahas langkah-langkah pemilihan rangkaian dan komponen, agar didapat variabel yang diinginkan untuk membuat alat. BAB IV Relisasi dan Analisis Kerja Alat; Bab ini menjelaskan kinerja alat dan hasil yang dicapai. BAB V Penutup; Bab ini berisi kesimpulan dan saran

BAB II DASAR TEORI

2.1 Gelombang Ultrasonik

  Menurut frekuensinya gelombang akustik dapat dibagi menjadi tiga, yaitu: 1) gelombang infrasonik, 2) gelombang sonik dan 3) gelombang ultrasonik.

  Gelombang infrasonik adalah gelombang akustik yang berfrekuensi sangat rendah sehingga tidak dapat didengar. Batas tertinggi frekuensi gelombang ini adalah sekitar 20 Hz. Gelombang sonik atau suara adalah gelombang akustik yang dapat didengar, karena frekuensinya berada dalam ambang batas pendengaran telinga. Batas bawah dan batas atas frekuensi gelombang suara ini masing-masing adalah 20 Hz hingga 20 kHz. Sedangkan gelombang ultrasonik adalah gelombang akustik berfrekuensi tinggi di atas 20 kHz, sehingga tidak dapat didengar. Batas atas dari frekuensi gelombang ultrasonik ini masih belum dapat ditentukan dengan jelas. Yang dapat diketahui adalah daerah-daerah frekuensi yang biasa dipakai dalam berbagai macam penggunaan.

  Penggunaan yang memerlukan intensitas tinggi (macrosonic) biasanya menggunakan frekuensi puluhan kilohertz. Demikian juga halnya dengan aplikasi di bidang akustik bawah air (Fuchs, 1995).

  Bila tekanan udara diukur sepanjang arah penjalaran gelombang ultrasonik, maka diperoleh grafik seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1.

  Gambar 2.1

  Gelombang ultrasonik di udara (Trisnobudi, 2000) Tekanan akustik didefinisikan sebagai perbedaan antara tekanan udara sesaat.

  Kecepatan gelombang ultrasonik pada medium udara ditunjukkan pada persamaan (2.1)

  

d Ρ

c

  = (2.1)

  

d ρ

d d

  dengan Ρ adalah perubahan tekanan medium udara, sedangkan ρ adalah perubahan rapat massa medium udara.

  Gelombang ultrasonik mempunyai kecepatan rambat gelombang yang berbeda- beda pada setiap medium. Cepat rambat gelombang ultrasonik pada udara lebih lambat dari pada medium air, karena kecepatan partikel udara lebih rendah dari kecepatan partikel dalam air (Fuchs, 1995).

  Pada medium udara, gelombang ultrasonik mempunyai kecepatan rambat 331

  m/s pada suhu C . Perubahan terjadi saat C

  1 yaitu 0.61m/s. Persamaan Kecepatan rambat gelombang dinyatakan sebagai:

• V

  61 × ∆ (2.2) dengan ∆ adalah perubahan suhu medium. Sehingga pada suhu ruang normal, T kecepatan gelombang ultrasonik pada medium udara adalah:

  V C T = ( ) .

  10 / s ( . 61 × 27 ) = 347 m / s Persamaan (2.2) dapat disederhanakan menjadi:

• 2 V = 331 .

  S = V × t

  (2.3) dengan S adalah jarak tempuh gelombang ultrasonik dan t adalah waktu yang dibutuhkan gelombang ultrasonik untuk mencapai jarak tersebut. Apabila diinginkan untuk mengirimkan gelombang ultrasonik seperti batasan masalah dengan jarak sejauh 8 meter, maka waktu yang dibutuhkan adalah:

  

2

8 .

  10

  t = = ms .

  2

  2 347 .

  10

2.2 Tranduser Ultrasonik Tranduser ultrasonik bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara.

  Tranduser ini menghasilkan gelombang suara dan kemudian menangkapnya kembali dengan perbedaan waktu sebagai dasar penginderaannya. Perbedaan waktu antara gelombang suara yang dipancarkan dengan ditangkap kembali gelombang suara tersebut adalah berbanding lurus dengan jarak atau tinggi objek yang memantulkannya. Jenis objek yang dapat diinderakan, antara lain objek padat, cair dan butiran (Trisnobudi, 2000).

  Tranduser ini mempunyai frekuensi kerja ± 40 kHz, namun frekuensi maksimal bisa lebih dari 40 kHz. Tranduser jenis ini tidak terpengaruh oleh perubahan cahaya, baik gelap maupun terang, karena tranduser ini bekerja berdasarkan gelombang suara yang berada pada frekuensi di atas 20 kHz. Bentuk kontruksi dan kemasan tranduser ultrasonik dapat dilihat pada Gambar 2.2 dan Gambar 2.3.

   Gambar 2.2

  Kontruksi dasar tranduser ultrasonik (Onda, 2003)

Gambar 2.3 Kemasan tranduser ultrasonik (Senscomp, 2004)

  Tranduser ultrasonik terdiri dari sensor dan aktuator. Jika aktuator diberi sinyal pembangkit sesuai dengan frekuensi kerjanya, maka gelombang ultrasonik akan dipancarkan ke sensor, kemudian sensor mengubahnya menjadi sinyal elektrik.

  Timing diagram proses perpindahan gelombang ultrasonik dari aktuator ke

  sensor dapat dilihat pada Gambar 2.4. A adalah sebuah sinyal masukan pulsa aktif tinggi atau B adalah sinyal masukan pulsa aktif rendah. Jika salah satunya dikirimkan ke sensor, maka detektor menerima sinyal tersebut, mulai dari pinggiran positif sinyal A atau pinggiran negatif sinyal B sampai sinyal C menjadi OFF atau rendah (low).

  Sehingga D adalah sinyal keluaran dari sensor dengan rentang waktu antara transmit (pengiriman) dan receive (penerimaan).

Gambar 2.4 Timing Diagram

  (Onda, 2003)

2.3 IC 555 Sebagai Osilator

  Osilator adalah rangkaian yang digunakan untuk menghasilkan sebuah gelombang keluaran tanpa membutuhkan sumber masukan. Osilator digunakan sebagai sumber masukan untuk aplikasi rangkaian yang membutuhkan masukan dengan frekuensi kerja tertentu. Perbedaan tipe osilator menghasilkan gelombang keluaran yang bermacam-macam antara lain gelombang sinus, gelombang kotak, gelombang segitiga dan gelombang gergaji.

  Pada penulisan ini, osilator mengunakan IC 555 dengan konfigurasi mode

  

astable waveforms seperti yang ditunjukkan Gambar 2.5. Masukan ambang

  (threshold) dihubungkan dengan masukan picu (trigger). Komponen luar R , R dan

  A B C

  digunakan sebagai acuan untuk menentukan frekuensi kerja osilator. Kapasitor

  0.01 uF dihubungkan dengan kontrol masukan tetapi tidak mempengaruhi operasi kerja dari osilator, sehingga bisa diabaikan.

Gambar 2.5 Osilator menggunakan IC 555 (Schuler, 2003)

  Pada kondisi awal, saat V diberi masukan, kapasitor C belum terisi muatan,

  CC

  sehingga tegangan picu juga 0 Volt dan arus hanya melalui R . Saat kapasitor C terisi

  B

  muatan, arus mengalir melalui R + R sampai tegangan picu sebesar 2 /

  3 V .

  A B CC

  Kemudian arus mengalami pengosongan muatan melewati R sampai tegangan picu

  B

  sebesar 1 /

3 V (Floyd, 1996).

  _CC

  Dalam perancangan osilator, biasanya keadaan ON lebih cepat dicapai dari pada keadaan OFF. Hal tersebut berkaitan dengan duty cyle gelombang keluaran. Dengan menggunakan IC 555, duty cycle gelombang keluarannya dapat diatur berdasarkan nilai komponen luarnya. Untuk menentukan komponen luar pada konfigurasi mode

  astable waveforms

  , persamaan yang digunakan adalah:

  1

  f = (2.4) ^O + t t

  1

  2

  dengan f O adalah frekuensi osilasi osilator, t

  1 adalah perioda waktu pelucutan muatan, t 2 adalah perioda waktu pengisian muatan. t R R C

  = . 693 × ( ) (2.5)

_{A B}

× +

  2

  dengan R A dan R B adalah hambatan pembagi tegangan untuk peculutan dan pengisian muatan dan C adalah kapasitor untuk pelucutan dan pengisisan muatan

  t = 693 . × R × C (2.6)

1 B

  Diagram sambungan pin IC 555 ditunjukan Gambar 2.6. Pin 1 adalah ground, pin 2 adalah tegangan picu, pin 3 adalah keluaran, pin 4 sebagai reset, pin 5 sebagai tegangan kontrol, pin 6 adalah tegangan ambang, pin 7 adalah tegangan pelucutan dan pin 8 sebagai V CC .

  Diagram blok IC 555 ditunjukkan pada Gambar 2.7. IC 555 terdiri dari dua pembanding tegangan, flip-flop, transistor pelucutan, tiga resistor pembagi tegangan sebesar 5 k Ω dan keluaran penguat dengan kapasitas arus maksimal 200mA (Schuler, 2003)

  Gambar 2.6

  Diagram sambungan pin IC 555 (National Semiconductor, 2000)

   Gambar 2.7

  Diagram Blok IC 555 (Schuler, 2003)

2.4 Rangkaian Penguat

  Rangkaian penguat pada penulisan ini sangat penting, agar sinyal masukan dari tranduser ultrasonik yang kecil dapat dikuatkan dengan beberapa kali penguatan.

  Pada penulisan ini, rangkaian penguat menggunakan dua buah rangkaian penguat dengan konfigurasi common emitter tunggal yang dengan umpan balik. Jadi emitor penguat tingkat kedua memberi umpan balik basis penguat tingkat pertama, seperti ditunjukkan Gambar 2.8.

Gambar 2.8 Rangkaian penguat (Horenstein, 1996)

  Alasan rangkaian ini digunakan dalam perancangan adalah karena titik kerja DC pada kedua penguat stabil dan penguatan yang dihasilkan cukup besar. Hal ini berkaitan dengan umpan balik yang dipakai, yaitu umpan balik negatif. Dengan umpan balik negatif, nilai R E , R

  1 dan R 2 sebagai faktor umpan balik, membuat arus DC I E pada transistor Q menjadi konstan untuk memberi umpan balik tegangan basis

  2

  transistor Q . Meskipun tidak bisa mengeliminasi efek dari saturasi, tetapi bisa

  1

  mengurangi efek ketidakstabilan penguatan dalam perubahan pada penguatan (Horenstein, 1996).

  Persamaan faktor umpan balik dinyatakan sebagai:

  R _E =

  (2.7) β

  1

  2

  R R R _E

( )

+ +

  dengan R E ,R

  1 , R 2 adalah hambatan pembagi tegangan pada emitor kedua penguat.

  A A = (2.8) ( − ) ^{umpan balik} +

  A

  1 β

  A

  dengan adalah penguatan umpan balik rangkaian dan A adalah penguatan

  ( umpan balik ) −

  pada rangkaian.

2.4.1 Titik Kerja DC

  Arah arus DC yang mengalir pada Gambar 2.9 digunakan untuk menentukan titik kerja DC.

Gambar 2.9 Rangkaian penguat analisis titik kerja DC (Horenstein,

  1996) Analisis DC pada penguatan pertama:

  

V

V _{CC CE} −

  1 I _C = (2.9)

  1 R _C

  1

  dengan I C1 adalah arus yang mengalir pada hambatan R C1 , V CC adalah tegangan catu rangkaian, V CE1 adalah tegangan antara kolektor dan emitor pada transistor Q

  1 , R C1

  adalah hambatan pada kolektor transistor Q

1 .

  V − _{E BE}

  V

  2

  1 I = (2.10) ^B +

1 R R

  1

  2 dengan I B1 adalah arus yang mengalir pada basis transistor Q

  1 V E2 adalah tegangan ,

  pada emitor transistor Q

  2 , V BE1 adalah tegangan antara basis dan emitor transistor Q 1 , R

  1 dan R 2 adalah hambatan pembagi tegangan pada emitor kedua penguat.

  V −

  V

• +

  2

  1 I = ( hfe _E 1 ) (2.11) ^{E BE}

  R R

• 1

  1

  2

  dengan hfe adalah penguatan arus transistor dan I E1 adalah arus yang mengalir pada emitor transistor Q

  1 .

  Diasumsikan transistor Q

  1 dalam kondisi ON sehingga V BE1 = 0.7Volt (silicon)

  

I

I (2.12)

• I = _{E C B}

  1

  1

  1 V = _{CE CC C C} V − ( I . R ) (2.13)

  1

  1

  1 Analisis DC pada penguatan kedua: V − _{CC C}

  V

  2 I = (2.14) _C

  2 R _C

  2

  dengan I C2 adalah arus yang mengalir pada hambatan R C2 , V C2 adalah tegangan pada kolektor Q

  2 dan R C2 adalah hambatan pada kolektor transistor Q 2 .

  V − _{CC C}

  V

  2 I = (2.15) _B

2 R hfe C .

  2

  dengan I B2 adalah arus yang mengalir pada basis transistor Q

  2 dan hfe adalah penguatan arus transistor.

  Diasumsikan transistor Q

  2 dalam kondisi ON sehingga V BE2 = 0.7Volt (silicon)

  

I

I (2.16)

• I =

  _{E C B}

  2

  2

  2

  dengan I E2 adalah arus yang mengalir pada emitor transistor Q 2 .

  V =

_{E E E}

I . R (2.17)

  2

  2

  dengan V E2 adalah tegangan pada emitor transistor Q

  2 , I E2 adalah arus yang mengalir

  pada emitor transistor Q

  2 dan R E adalah hambatan pada emitor transistor Q 2 .

  V V _C = (2.18)

• V

2 E

  2 CE

  2

  dengan V CE2 adalah tegangan antara kolektor dan emitor transistor Q 2 .

  Karena R E konstan, maka tegangan V E yang memberi umpan balik basis transistor Q

  1 menghasilkan arus basis yang juga konstan. Kedua penguat akan

  bergantung satu sama lain, sehingga penguatan tidak terpengaruh perubahan suhu yang dapat menyebabkan hanyutan (drift) dan perubahan hfe (Horeinstein, 1996).

2.4.2 Analisis Sinyal AC

  Pada uraian titik kerja DC, nilai-nilai komponen resistor yang digunakan tidak berpengaruh pada penguatan, hanya pada titik kerja transistor saja. Tetapi pada analisis sinyal AC, penguatan ditentukan resistor yang digunakan.

  Pada frekuensi tinggi 40 kHz, kapasitor akan berimpedansi sangat rendah sehingga akan terlihat seolah-olah hubung singkat ke ground. Untuk persamaan analisis sinyal AC dapat ditentukan dengan acuan Gambar 2.10.

  Gambar 2.10

  Rangkaian penguat analisis sinyal AC (Horenstein, 1996) Impedansi masukkan dan hambatan dalam emitor: 26 mV

  re = (2.19)

  1 I _E

  1

  dengan r e1 adalah hambatan dalam emitor penguat pertama dan I E1 adalah arus DC yang mengalir pada kaki emitor transistor Q

  1 .

  26 mV

  re =

  (2.20)

  2 I _E

  2

  dengan r e2 adalah hambatan dalam emitor penguat kedua dan I E2 adalah arus DC yang mengalir pada kaki emitor transistor Q

  1 .

  R . hfe . re

  1

  1 Rin = (2.21)

  R hfe re .

• 1

  1

  1

  dengan R in1 adalah hambatan masukan penguatan penguat pertama, R

  1 adalah hambatan pada basis penguat pertama dan hfe adalah penguatan arus transistor.

  Rin Rc = || Zin (2.22)

  2

  1

  2

  dengan R in2 adalah hambatan masukan penguat kedua, R C1 adalah hambatan basis penguat kedua dan Z in2 adalah impedansi masukan penguat kedua.

• Zin = re ( hfe 1 ) R || R (2.23)

  2

  2 E

  2

  dengan R E dan R 2 adalah hambatan pada emitor penguat kedua.

  Penguatan tegangan tingkat pertama:

  V _O

  1 A = (2.24)

_V

  

1

V _S

  dengan V O1 adalah tegangan keluaran penguat pertama, A

  V1 adalah penguatan tegangan tingkat pertama dan V S adalah tegangan masukan.

  V _S i _in = (2.25) Rin

  1 dengan i in adalah arus masukan.

  R

  1 i i

  = (2.26)

  1 ^{b in} + R hfe . re

  1

  1 dengan i b1 adalah arus yang mengalir pada hambatan hfe.r e1 .

• +

  = (2.27)
• = (2.28)

  1

  

1

  1

  1

  2

  1

  R Rin ib hfe A _V

  Persamaan (2.27) disederhanakan menjadi:

  ) . ( . .

  1

  1

  

1

  1

  2

  R Rin hfe A _V

  Penguatan tegangan tingkat kedua:

  1

  2

  2 _O ^{O V} V

  V A = (2.31)

  1

  . . .

  1

  1

  1

  1

  1

  1

  1 . Rin

  V R re hfe R i ^S _b

  Persamaan (2.27) dapat disederhanakan menjadi:

  = (2.29) Persamaan (2.28) dan (2.29) disubtitusikan dengan persamaan (2.24) menjadi: ) . ( .

  1

  

1

  1 ) . ( .

  R R re hfe Rin i V ^b _S

  2

  1

  1 . .

  Rin ib hfe

  V _O

  Persamaan (2.25) disubtitusikan dengan persamaan (2.26) menjadi:

1 R re hfe Rin ib

• = (2.30)

1 R re hfe Rin

• = (2.30)

Dengan V O2 adalah tegangan keluaran penguat kedua dan A

  V2 adalah penguatan

  tegangan tingkat kedua,

  hfe i R R . ( || ) _b

  2 C

  2 L A _V = − (2.32)

  2 hfe . re . i i ( hfe _{b b E} + + 1 ) R || R

  2

  2

  2

  2