Pengukuran Arus dan Tegangan pada Sistem Penganalisis Komponen Frekuensi Harmonisa Arus Beban Peralatan Listrik

Pengukuran Arus dan Tegangan pada Sistem
Penganalisis Komponen Frekuensi Harmonisa
Arus Beban Peralatan Listrik
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada
Program Studi Teknik Elektro

disusun oleh:

Frederik Erik
NIM : 045114071

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2009

i

Current and Voltage Measurement of Load
Current Harmonic Frequency Component
Analyzer of Electrical Device
FINAL PROJECT
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements
to Obtain the SARJANA TEKNIK Degree
in Electrical Engineering

by:
Frederik Erik
Student Number : 045114071

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2009

ii

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO

”Segala perkara dapat ku tanggung di dalam Dia
yang m em beri kekuatan kepadaku ”
(Filipi 4:13)

Kupersembahkan karya tulisku ini kepada:
™ Tuhan Yesus Kristus, atas kasih karunianya.
™ Bapak Ignatius Lias.B dan Ibunda Norbetha
S.pd serta adikku Nikolas Beatus, Jelita Katrin
terima kasih untuk doa dan pengorbanan kalian,
aku mencintai kalian seumur hidupku.
™ Seseorang yang jauh disana (we’.Be2R) trim’s
semangatnya.
™ Dango kamuda diri’ (dKd).....kuliah nang banar
boh cu’.......!

vii

INTISARI
Penggunaan beban peralatan listrik non linear, mengakibatkan bentuk
gelombang arus tidak sama dengan bentuk gelombang tegangan. Bentuk
gelombang (arus) yang tidak sinus akan menimbulkan adanya komponen
harmonisa yang menyebabkan banyak implikasi pada jala-jala listrik Untuk
memperoleh bentuk gelombang arus beban peralatan listrik, sistem menggunakan
sensor arus berupa resistor yang akan diambil besaran tegangan pada saat resistor
dialiri arus listrik, sedangkan sensor tegangan menggunakan resistor sebagai
pembagi tegangan dan dilakukan penguatan tegangan. Sinyal tegangan keluaran
penguat dari sensor arus dan tegangan
.Tegangan masukan AC dari keluaran rangkaian sensor arus dan tegangan
terlebih dahulu melewati rangkaian penguat inverting yang dapat diatur
penguatannya dengan relay sebagai pemilihan saklar agar sesuai dengan
jangkauan ADC dan penguat operasional. Keluaran dari penguat inverting akan
melewati penyearah presisi sehingga keluaran dari penyearah presisi selalu
mempunyai nilai positif. Keluaran penyearah presisi diumpankan menuju ADC
yang digunakan agar nilai tegangan masukan ADC bisa diproses oleh
mikrokontroler karena sebelumnya merupakan sinyal analog yang perlu diubah
terlebih dahulu menjadi sinyal digital.
Dari pengujian dan analisis, Alat dapat mengukur nilai Vrms dengan baik

pada jangkauan 195~240 Vrms karena tingkat kesalahan kurang dari 2%. Sensor
arus dapat berkerja dengan baik pada saat skala pemilihan gain yang besar (5
Ampere), sedangkan skala kecil (0,5A dan 0,05 A) akan terjadi tegangan offset.
Tegangan Offset tidak berpengaruh di pengukuran besar tapi pengukuran yang
kecil saja. Untuk pengukuran arus terbaik, disarankan agar alat ini digunakan pada
jangkauan masukan maksimal 5Vp (peak arus).

Kata kunci:. Harmonisa, ADC, gain, listrik non linear.

viii

ABSTRACT
The use of non linear load in electric equipment causing the current wave
was not in the same form with the voltage wave. The current’s wave form that
was not sinusoidal generations the components of harmonic.That cause
multiplications in electric power line. In order to produc the current’s electricity
wave form, the system used resistor as the current censor, where the voltage will
be produced when the resistor receives electric current.
AC voltage input, which was the output of current and voltage censors,
firstly passed the inverting amplifier circuit where the gain could be regulated

with relay as the switch witch is optional in order to be conformed with the ADC
range and operation. The output from the inverting amplifier will pass through the
precision rectifier, so that the output from the precision rectifier will always have
positive values. The precision rectifier output was put toward ADC, which was
used to allow the ADC input voltage so that it is able to be processed by
microcontroller since it was the analog signal that firstly needed to be inverted
into digital signal.
From the observation and anallysis, the device was abel to measure the
Vrms at the voltage range of 195 - 240 Vrms since the error level is below 2 percent.
Current censor was capable to work well when the gain optional scale was
substantial (5Ampere), while in the small scale (0,5 Ampere and 0,05 Ampere) the
offset voltage will be produced. This offset voltage has no impact on substantial
measurement, but only on the small one. In order to get the best current
measurement, it was recommended to use this device in maximum range input 5
Vp (peak current).

Keywords: Harmonic, ADC, gain, non linear load.

ix

KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya tulis berjudul
Pengukuran Arus dan Tegangan pada Sistem Penganalisis Komponen Frekuensi
Harmonisa Arus Beban Peralatan Listrik.
Karya tulis ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma.
Penulisan skripsi ini didasarkan pada hasil-hasil yang penulis dapatkan selama
tahap perancangan, pembuatan dan pengujian alat.
Penulisan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak. Untuk itu,
penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Kedua orang tua penulis yang telah memberikan semangat dan doa yang tak
pernah putus sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Bapak Martanto, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing I karya tulis yang telah
meluangkan waktu, tenaga, dan pikirannya untuk membimbing penulis.
3. Bapak A. Bayu Primawan, S.T., M.Eng., selaku dosen pembimbing II karya
tulis yang telah meluangkan waktu, tenaga, dan pikirannya untuk
membimbing penulis.
4. Ibu Bernadeta Wuri Harini S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

5. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T, M.T Selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

x

6. Rekan-rekan seperjuangan yang telah membantu penulis dalam pengerjaan
karya tulis ini: Guntur TE’03 , Uci TE’03, Zainal TE’04.
7. Segenap dosen dan laboran Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma.
8. Segenap karyawan sekretariat Fakultas Teknik.
9. Teman-teman mahasiswa jurusan Teknik Elektro dan semua pihak yang tidak
dapat disebutkan satu persatu atas setiap bantuannya.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kelemahan dan kekurangan dari
penulisan karya tulis ini. Oleh karena itu segala kritik dan saran yang bersifat
membangun sangat penulis harapkan.
Akhir kata, semoga skripsi ini berguna bagi semua pihak dan dapat
menjadi bahan kajian lebih lanjut.

Yogyakarta, 24 Januari 2009

Penulis

xi

DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ................................................................................. i
HALAMAN JUDUL DALAM BAHASA INGGRIS ...................... ii
HALAMAN PENGESAHAN OLEH PEMBIMBING .................... iii
HALAMAN PENGESAHAN OLEH PENGUJI ............................... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ............................................... v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS .......... vi
PERSEMBAHAN DAN MOTTO ......................................................... vii
INTISARI ..................................................................................................... viii
ABSTRACT ................................................................................................ ix
KATA PENGANTAR .............................................................................. x
DAFTAR ISI

....................................................................................................... xii

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

DAFTAR TABEL ...................................................................................... xvii
DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................ xix
BAB I. PENDAHULUAN ....................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ........................................................................................... 1
1.2 Tujuan ........................................................................................................ 3
1.3 Manfaat ...................................................................................................... 3
1.4 Batasan Masalah ........................................................................................ 4
1.5 Metodologi Penelitian ................................................................................ 4
1.6 Sistematika Penulisan ................................................................................ 5

BAB II. DASAR TEORI ........................................................................... 6
2.1 Pengukuran ................................................................................................ 6
2.1.1 Pengukuran Tegangan dan Pengukuran Arus ................................... 7

xii

2.2 Nilai rms (root-mean square) ..................................................................... 9
2.3 Penguat Operasional (Op-Amp) ................................................................ 12
2.3.1 Penguat Operasional sebagai penguat inverting ............................... 12
2.3.2 Penguat Operasional sebagai Penyearah Gelombang Penuh ............ 13

2.3.3 Penguat Operasional sebagai Penyangga Tegangan ....................... 15
2.4 Relay .......................................................................................................... 15
2.5 Transistor sebagai Saklar ........................................................................... 16
2.6 Dioda Memancarkan Cahaya (Light Emitting Diode) ............................... 19
2.7 Phototransistor ........................................................................................... 20
2.8 Pembagi Tegangan……………………………………………………….. 21
2.9 Pengubah Analog ke Digital……………………………………………... 22

BAB III. PERANCANGAN RANGKAIAN ....................................... 26
3.1 Diagram Blok ............................................................................................. 26
3.2 Perancangan Perangkat keras.................................................................... 27
3.2.1 Rangkaian Sensor Arus ..................................................................... 27
3.2.2 Rangkaian Sensor Tegangan ............................................................. 29
3.2.3 Rangkaian Penguat inverting dengan Gain = 1 ................................ 30
3.2.4 Rangkaian Penguat inverting dengan Relay sebagai Saklar………... 31
3.2.5 Otocopler……………………………………………………………. 34
3.2.6 Transustor sebagai Pengaktif Relay………………………………… 36
3.2.7 Rangkaian Penyangga………………………………………………. 37
3.2.8 Rangkaian Penyearah Presisi……………………………………….. 38
3.2.9 Hubungan Sinyal Terkondisi dengan ADC0804…………………… 39

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................. 41
4.1 Sensor Tegangan ........................................................................................ 42
4.1.1 Rangkaian Penguat inverting dengan Gain = 1 ................................ 44
4.1.2 Rangkaian Penyearah Presisi ............................................................ 45
4.1.3 Hubungan Sinyal Terkondisi dengan ADC0804............................... 46

xiii

4.2 Sensor Arus ................................................................................................ 47
4.2.1 Sensor Arus pada Skala 5 Ampere.................................................... 49
4.2.2 Sensor Arus pada Skala 0,5 Ampere................................................. 50
4.2.3 Sensor Arus pada Skala 0,05 Ampere............................................... 51
4.3 Rangkaian Penguat Inverting dan Relay sebagai Saklar............................. 52
4.4 Rangkaian Penyearah Presisi...................................................................... 55
4.4.1 Rangkaian Penyearah Presisi dengan Skala 5 Ampere...................... 56
4.4.2 Rangkaian Penyearah Presisi dengan Skala 0,5 Ampere................... 57
4.4.3 Rangkaian Penyearah Presisi dengan Skala 0,05 Ampere................. 58

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ............................................... 60
5.1 Kesimpulan ................................................................................................ 60
5.2 Saran........................................................................................................... 61

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................... 62
LAMPIRAN

xiv

DAFTAR GAMBAR
Gambar 2-1. Penempatan Voltmeter pada pengukuran ................................ 9
Gambar 2-2. Penempatan Ampermeter pada pengukuran ............................ 9
Gambar 2-3. Gelombang sinusoidal penuh ................................................... 10
Gambar 2-4. Pulsa sinusoidal ....................................................................... 11
Gambar 2-5. Pulsa kotak .............................................................................. 11
Gambar 2-6. Gelombang segitiga ................................................................. 12
Gambar 2-7. Rangkaian penguat operasional sebagai penguat inverting .... 13
Gambar 2-8. Penyearah presisi gelombang penuh ....................................... 14
Gambar 2-9. Penguat operasional sebagai penyangga tegangan................... 15
Gambar 2-10. Relay ....................................................................................... 16
Gambar 2-11. Rangkaian saklar transistor ...................................................... 16
Gambar 2-12. Karakteristik keluaran transistor ............................................. 17
Gambar 2-13. Transistor sebagai saklar tertutup ........................................... 18
Gambar 2-14. Transistor sebagai saklar terbuka ............................................ 18
Gambar 2-15. Rangkaian LED ....................................................................... 19
Gambar 2-16. Rangkaian phototransistor ....................................................... 20
Gambar 2-17. Pembagi tegangan ................................................................... 21
Gambar 2-18. Diagram blok pengubah analog ke digital .............................. 22
Gambar 2-19. Pin ADC0804 ........................................................................... 25
Gambar 3-1. Diagram blok rancangan secara keseluruhan .......................... 26
Gambar 3-2. Rangkaian sensor Tegangan (a) rangkaian sensor Arus (b)..... 30
Gambar 3-3. Rangkaian penguat inverting dengan gain = 1 ........................ 31

xv

Gambar 3-4. Rangkaian penguat inverting dan relay sebagai saklar untuk
pemilihan gain ......................................................................... 34
Gambar 3-5. Rangkaian optocoplers ............................................................. 35
Gambar 3-6. Transistor sebagai pengaktif relay .......................................... 37
Gambar 3-7. Rangkaian penyangga ............................................................. 37
Gambar 3-8. Rangkaian penyearah presisi ................................................... 39
Gambar 3-9. Hubungan sinyal terkondisi dengan ADC0804 ...................... 40
Gambar 4-1. Gelombang keluaran sensor tegangan ..................................... 44
Gambar 4-2. Keluaran penyearah presisi ..................................................... 45
Gambar 4-3. Input ADC0804 (multimeter) dan keluaran ADC0804 (LED) 47
Gambar 4-4. Kotak merah sbagai rangkaian uji beban peralatan listrik ...... 48
Gambar 4-5. (a) keluaran sensor arus (b) keluaran sensor tegangan dengan
gain 1 kali skala 5 Ampere ...................................................... 49
Gambar 4-6. (a) keluaran sensor arus (b) keluaran sensor tegangan dengan
gain 10 kali skala 0,5 Ampere ................................................. 50
Gambar 4-7. (a) keluaran sensor arus (b) keluaran sensor tegangan dengan
gain 100 kali skala 0,05 Ampere ............................................. 51
Gambar 4-8. Bentuk gelombang penyearah presisi (Vp) pada skala
5 Ampere ................................................................................ 56
Gambar 4-9. Error pada skala 0,5A (Vp) setelah output dari
rangkaian penyearah presisi melewati 5,00Vp ........................ 57
Gambar 4-10. Offset Gain pada skala 0,5A (Vp) ............................................ 57
Gambar 4-11 Offset Gain pada skala 0,05mA (Vp). ...................................... 59

xvi

DAFTAR TABEL
Tabel 4-1.

Data pengamatan input output sensor tegangan dan
kesalahan pengukuran tegangan (Vrms) ..................................... 53

Tabel 4-2.

Data pengamatan input output rangkaian penguat inverting
dengan gain = 1 .......................................................................... 55

Tabel 4-3.

Data pengamatan input output rangkaian penyearah presisi ...... 57

Tabel 4-4.

Data pengamatan sensor Arus untuk skala 5 Ampere dengan
pemilih skala I untuk 1 kali ..................................................... 49-50

Tabel 4-5.

Data pengamatan sensor Arus untuk skala 0,5 Ampere
dengan pemilih skala II untuk 10 kali ..................................... 50-51

Tabel 4-6.

Data pengamatan sensor Arus untuk skala 0,05 Ampere
dengan pemilih skala III untuk 100 kali ..................................... 52

Tabel 4-7.

Data pengamatan input output Rangkaian Penguat Inverting
dan relay sebagai saklar untuk pemilih gain 1 kali ................... 53

Tabel 4-8.

Data pengamatan input output Rangkaian Penguat Inverting
dan relay sebagai saklar untuk pemilih gain 10 kali ................. 54

Tabel 4-9.

Data pengamatan input output Rangkaian Penguat Inverting
dan relay sebagai saklar untuk pemilih gain 100 kali ................ 55

Tabel 4-10. Data pengamatan pada input output Rangkaian penyearah
presis skala 5 Ampere .............................................................. 56-57
Tabel 4-11. Data pengamatan pada input output Rangkaian penyearah
presisi skala 0,5 Ampere ............................................................ 58

xvii

Tabel 4-12. Data pengamatan pada input output Rangkaian penyearah
presisi skala 0,05 Ampere .......................................................... 59

xviii

DAFTAR LAMPIRAN
Datasheet ADC0804 ....................................................................................... L01
Datasheet 4N35 ............................................................................................... L02
Datasheet Relay 5 volt .................................................................................... L03
Datasheet LF 356 ............................................................................................ L04
Datasheet LM 741

xix

BAB I
PENDAHULUAN
1.1

Latar Belakang Masalah
Seiring dengan perubahan kehidupan masyarakat yang semakin beragam,

rasanya tidak mudah untuk terlepas dari perkembangan teknologi yang semakin
pesat pula. Kemajuan dalam bidang elektronika membawa perkembangan dalam
hal peralatan listrik dan peralatan elektronika. Peralatan listrik baik dalam dunia
industri maupun peralatan rumah tangga yang mengarah pada aplikasi elektronika.
dewasa ini telah banyak kemudahan yang telah disumbangkan oleh dunia
teknologi bagi kehidupan manusia, namun semua itu tidaklah menutup
kemungkinan bagi dunia teknologi untuk terus berkembang dan menciptakan
berbagai temuan baru yang bisa menunjang kelancaran kehidupan manusia.
Penggunaan beban peralatan listrik yang non linier, mengakibatkan
bentuk gelombang arus tidak sama dengan bentuk gelombang tegangan pada
komponen elektronika daya peralatan listrik. Bentuk gelombang yang tidak sinus
akan menimbulkan adanya komponen harmonisa selain frekuensi fundamental.
Komponen arus dapat menimbulkan banyak implikasi pada jala-jala daya listrik.
Hal ini menyebabkan timbulnya rugi-rugi daya listrik, selain itu dapat
menginteferensi saluran komunikasi.
Dalam menganalisis komponen frekuensi harmonisa arus beban peralatan
listrik diperlukan peralatan yang mampu merekam bentuk gelombang yang
diperoleh dari sumber agar sesuai dengan kenyataan yang nantinya bentuk

1

2

gelombang dapat terlihat pada unit penampil. Untuk memperoleh bentuk
gelombang arus beban peralatan listrik, sistem menggunakan sensor arus berupa
resistor yang akan diambil besaran tegangan pada saat resistor dialiri arus listrik,
sedangkan sensor tegangan menggunakan resistor sebagai pembagi tegangan dan
dilakukan penguatan tegangan. Sinyal tegangan keluaran penguat dari sensor arus
dan tegangan selanjutnya diolah oleh mikrokontroler II setelah sebelumnya
melalui ADC untuk diketahui nilai Irms dan Vrms sehingga dapat dihitung nilai
Prms. Sinyal tegangan keluaran penguat dari sensor arus kemudian dimasukkan
ke dalam BPF terkendali digital. BPF ditala pada frekuensi tertentu (fundamental
atau harmonisanya), yang dikendalikan oleh mikrokontroler. Tegangan keluaran
filter dimasukkan ke dalam rangkaian yang dapat mengambil nilai puncak
gelombang, yang kemudian dihubungkan ke pengubah tegangan analog menjadi
data digital. Data digital kemudian direkam oleh mikrokontroler I sesuai dengan
komponen frekuensi harmonisa orde tertentu sesuai penalaan BPF. Setiap kali
mengubah frekuensi pusat dari BPF, dilakukan pengukuran terhadap amplitudo
gelombang. Hasil pembacaan amplitudo komponen harmonisa ini dapat langsung
dikirimkan ke PC. Kemudian data diproses lebih untuk menggambarkan grafik
hubungan antara amplitudo arus beban komponen harmonisa sebagai fungsi orde
frekuensi harmonisa listrik jala-jala. Sarana bantu pemrograman menggunakan
Visual Basic.
Pada penelitian yang akan digunakan sensor arus dan tegangan yang
nantinya dapat mengetahui bentuk gelombang tegangan sama dengan bentuk
gelombang arus yang sesunguhnya, selanjutnya akan dibuat pengondisi sinyal

3

yang akan memudahkan pemprosesan sinyal untuk level tegangan dan sebelum
dilewatkan pada bagian mikrokontroler sebagai pengontrol pada system
penganalisis komponen frekuensi harmonisa yang keluaranya berupa nilai rms
terlebih dahulu haruslah dilewatkan pada sebuah pengubah sinyal analog menjadi
data digital yang dikenal dengan nama (ADC).

1.2

Tujuan penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Merancang alat ukur berupa sensor arus dan tegangan untuk mengetahui
gelombang dari besaran arus dan tegangan.
2. Merancang dan membuat pengkondisi sinyal yang berfungsi untuk memproses
level tegangan.
3. Menerapkan pengubah tegangan analog menjadi digital (ADC) untuk
mengambil gelombang arus dan tegangan beban.

1.3

Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang akan dicapai dari penelitian ini adalah:

1. Dapat menghasilkan sebuah alat yang dapat mengubah besaran arus menjadi
besaran tegangan, yang akan dianalisis komponen harmonisanya.
2. Mempermudah pengukuran nilai sebuah rms dan komponen harmonisa arus
dan tegangan peralatan listrik.
3. Menambah literature tentang aplikasi mikrokontroler, yaitu alat ukur nilai rms
dari suatu pengukuran arus dan tegangan dari masukan tegangan AC dan

4

penyedia tegangan DC yang mempresentasikan nilai dari rms pengukuran arus
dan tegangan.

1.4

Batasan Masalah
Pada perancangan perangkat terdapat batasan-batasan sebagai berikut :

1. Terdapat tiga skala untuk pengukuran arus maksimum yaitu 5 Ampere; 0,5
Ampere; 0,05 Ampere.
2. Sensor arus yang digunakan adalah resistor yang

akan diambil besaran

tegangan pada saat resistor dialiri arus listrik.
3. Sensor tegangan yang digunakan adalah resistor sebagai pembagi tegangan.
4. Mendeteksi tegangan pada nilai 220 v dengan toleransi ± 20 v.
5. Perancangan pengkondisi sinyal untuk pemprosesan nilai tegangan dan arus
dari ADC yang digunakan.

1.5

Metodologi penelitian
Adapun metodologi yang dilakukan oleh penulis dalam penelitian ini

antara lain :
1. Mengumpulkan literatur dan bahan-bahan dari studi kepustakaan.
2. Menyusun literatur, bahan dan referensi yang ada.
3. Perancangan, pembuatan dan pengujian alat, baik perangkat lunak maupun
keras.
4. Penyusunan laporan dan makalah.

5

1.6

Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan terdiri dari beberapa bab, yaitu:
BAB 1.

Berisi latar belakang penelitian, tujuan dan manfaat penelitian,
batasan masalah, metodologi penelitian, dan sistematika
penulisan.

BAB II.

Berisi dasar teori meliputi sensor arus dan tegangan yang
digunakan adalah resistor yang akan diambil besaran tegangan
saat resistor dialiri arus listrik, nilai rms (root-mean-square),
penguat operasional sebagai pengkondisi sinyal, pengubahan
analog menjadi digital (ADC),

BAB III.

Berisi

perancangan

perangkat

keras

perangkat lunak.
BAB IV.

Berisi data pengamatan dan pembahasan.

BAB V.

Berisi kesimpulan dan saran.

dan

perancangan

BAB II
DASAR TEORI
2.1

Pengukuran
Secara definitif, pengukuran adalah upaya untuk mendapatkan besaran

kuantitatif yang merupakan hasil perbandingan antara suatu yang ingin diketahui
terhadap standarnya.dalam suatu pengukuran diperlukan instrument sebagai suatu
cara fisis untuk menentukan suatu besaran (kuantitas) atau variabel. Dengan
demikian, sebuah instrument dapat didefinisikan sebagai sebuah alat yang
digunakan untuk menentukan nilai dari suatu kuantitas atau variabel sehingga
instrument dapat pula disebut alat ukur.
Dalam

pengukuran

digunakan

istilah-istilah

yang

menentukan

Karakteristik suatu alat ukur :[1]
•

Presisi (ketelitian)
Adalah suatu ukuran kemampuan untuk mendapatkan hasil pengukuran yang
serupa.

•

Akurasi (ketepatan)
Merupakan sifat kedekatan pembacaan alat ukur dengan nilai sebenarnya dari
variabel yang diukur.

•

Sensitivitas (kepekaan)
Merupakan perubahan terkecil dari masukan yang mempengaruhi keluaran.

6

7

•

Resolusi (kemampuan pembacaan skala)
Resolusi diartikan sebagai satuan terkecil dari keluaran.

•

Repeability (kemampuan mengulangi)
Adalah sebagai ukuran deviasi dari hasil uji nilai rata-rata.

•

Threshold
Adalah nilai minimum perubahan masukan yang tidak dapat diamati atau
dideteksi,bila masukanya berangsur-angsur bertambah dari nol.

•

Linearitas
Merupakan kemampuan untuk menghasilkan ukuran alat ukur yang
menghasilkan keluaran yang linier.[1]

2.1.1 Pengukuran Tegangan Dan Pengukuran Arus
Suatu cara yang populer untuk pengukuran tahanan adalah menggunakan
metoda voltmeter ampermeter. Jika tegangan V antara ujung-ujung tahanan dan
arus I melalui tahanan tersebut diukur, tahanan Rx yang tidak diketahui dapat
ditentukan berdasarkan hukum ohm:[2]

V
I

(2-1)

V=Ix Rx

(2-2)

Rx =

8

V
I =
R

(2-3)

Persamaan (2-1) berarti bahwa tahanan ampermeter adalah nol dan
tahanan voltmeter tak terhingga.
Dalam gambar 2-1 arus sebenarnya (true current) yang disalurkan ke
beban diukur oleh ampermeter, tetapi voltmeter lebih tepat mengukur tegangan
sumber dari pada tegangan beban nyata. Untuk mendapatkan tegangan yang
sebenanya pada beban, penurunan tegangan di dalam ampermeter harus
dikurangkan dari penunjukan voltmeter. Voltmeter dihubungkan langsung
diantara ujung-ujung tahanan seperti dalam gambar 2-2, sehingga voltmeter
mengukur tegangan beban yang sebenarnya. Tetapi ampermeter menghasilkan
kesalahan (error) sebesar arus yang melalui voltmeter. Dalam pengukuran pada
gambar 2-1 dan gambar 2-2 pengukuran Rx kesalahan akan selalu terjadi. Cara
yang betul untuk menghubungkan voltmeter bergantung pada nilai Rx berserta
tahanan voltmeter dan ampermeter, umumnya tahanan ampermeter adalah rendah
sedangkan tahanan voltmeter adalah tinggi.[2]

9

Gambar 2-1.Penempatan voltmeter pada pengukuran.

Gambar 2-2.Penempatan Ampermeter pada pengukuran.

2.2 Nilai Rms (root-mean-square)
Nilai rms digunakan untuk menentukan keakuratan penghantaran suatu
alat dan tingkat tegangan suatu alat. Gelombang tegangan yang berupa sinusoidal
yang sederhana atau berbentuk empat persegi panjang yang sederhana sering
menjadi masalah dalam menentukan nilai rms. Nilai rms suatu gelombang dapat
dihitung berdasarkan rumus berikut:[3]

I rms =

1
T

T

∫I
0

2

.dt

(2-4)

10

Dengan T adalah perioda waktu. Secara umum, nilai rms merupakan akar dari
kuadrat rata-rata suatu gelombang. Apabila gelombang menjadi rusak sampai
pada harmonisanya, nilai rms dapat dihitung secara individual. Nilai rms dari
gelombang

nyata

hasil

dari

aproksimasi

yang

memuaskan

dengan

mengkombinasikan nilai rms dari setiap harmonisanya. Nilai rms suatu
gelombang dapat dihitung berdasarkan rumus berikut:[3]

I rms = I dc + I rms (1) + I rms ( 2) + ... + I rms ( n )
2

2

2

2

(2-5)

Dengan: Idc adalah tegangan komponen DC, Irms (1) dan Irms (n ) adalah nilai rms
dari frekuensi fundamental dan komponen harmonik ke-n, secara individu.
Berikut ini adalah nilai rms yang berbeda dari bermacam-macam bentuk
gelombang:[3]
•

Gelombang sinusoidal penuh

Gambar 2-3. Gelombang sinusoidal penuh.
Nilai rms dari gelombang sinusoidal penuh adalah:

I rms =

Ip
2

(2-6)

11

•

Pulsa sinusoidal

Gambar 2-4. Pulsa sinusoidal.

Nilai rms dari pulsa sinusoidal adalah:

I rms = I p
•

T0
2T

(2-7)

Pulsa kotak

Gambar 2-5. Pulsa kotak.
Nilai rms dari pulsa kotak adalah:

I rms = I p

\

T0
T

(2-8)

12

•

Gelombang segitiga

Gambar 2-6. Gelombang segitiga.
Nilai rms dari gelombang segitiga adalah:

I rms = 2 I p

T0
3T

(2-9)

Nilai puncak (peak) atau nilai maksimum merupakan nilai puncak
gelombang, baik pada bagian positif ataupun negatif. Nilai ini ditunjukkan oleh Ip
pada persamaan 2-5, 2-6, 2-7 dan 2-8.

2.3 Penguat Operasional (op_Amp)
2.3.1 Penguat Operasional sebagai Penguat Inverting
Rangkaian penguat operasional sebagai penguat inverting terdiri atas
sebuah penguat operasional dan dua buah resistor. Rangkaian ini menggunakan
feedback supaya penguatan dari penguat operasional lebih kecil dibandingkan
dengan penguatan large signal voltage gain sebesar 200.000 untuk ic LM741,
seperti yang tertera pada datasheet. Rangkaian penguat operasional sebagai
penguat inverting ditunjukkan pada gambar 2-7.

13

Rf
1k
Ri
Vi

Vo

+

Gambar 2-7.Rangkaian penguat operasional sebagai penguat inverting.

Besarnya penguatan dapat dihitung dengan:
Penguatan =

Rf
Ri

Rinv = Avinv. Rfinv

(2-10)

(2-11)

Besarnya gain dapat dihitung dengan:
Avinv =

Vo
Vi

(2-12)

2.3.2 Penguat Operasional sebagai Penyearah Presisi Gelombang
penuh
Rangkaian penguat operasional sebagai penyearah presisi gelombang
penuh terdiri atas dua buah penguat operasional, penguat operasional yang
pertama berfungsi sebagai penyearah presisi setengah gelombang dan penguat
operasional yang kedua berfungsi sebagai penjumlah pembalik. Keuntungan
menggunakan penyearah presisi gelombang penuh adalah tegangan keluaran yang
tidak mengalami pengurangan tegangan yang disebabkan oleh tegangan bias maju

14

dioda, sehingga tegangan dibawah tegangan bias maju dioda juga dapat
disearahkan. Untuk mengatur besarnya penguatan, dapat diatur berdasarkan rumus
berikut :
Penguatan =

Rf
R

(2-13)

Rfpp = Avpp . Rpp

(2-14)

Besarnya gain dapat dihitung dengan:
Avpp =

Vo
Vi

(2-15)

Rangkaian penguat operasional sebagai penyearah presisi gelombang
penuh ditunjukkan pada gambar 2-8.
R

D1

R
-

R/2

D2

Rf

+
R
+

Vi

Gambar 2-8. Penyearah presisi gelombang penuh.

Vo

15

2.3.3 Penguat Operasional Sebagai Penyangga Tegangan
Penguatan tegangan yang dihasilkan rangkaian penguat operasional
sebagai penyangga tegangan adalah sama dengan satu, sehingga tegangan
keluaran “mengikuti” tegangan masukan. Secara ideal, impedansi inputnya tak
terhingga dan impedansi outputnya sama dengan nol. Dengan demikian,
rangkaian penguat operasional sebagai penyangga tegangan dapat berfungsi
sebagai isolasi antara sumber dan beban sehingga level tegangan sumber dapat
terjaga. Penguat operasional sebagai penyangga mempunyai konfigurasi seperti
ditunjukkan gambar 2-9.

+
Vi

Vo

Gambar 2-9. Penguat operasional sebagai penyangga tegangan.

2.4 Relay
Relay adalah suatu komponen elektronika yang akan bekerja bila ada arus
yang melalui kumparannya. Sebuah relay terdiri dari kumparan yang dililitkan
pada inti besi dan kontak-kontak penghubung. Apabila kumparan yang melilit inti
besi dilalui arus listrik maka akan menimbulkan induksi medan magnet, dan
induksi ini akan menarik kontak-kontak penghubung relay. Diagram relay
ditunjukkan pada gambar 2-10 berikut ini.

16

3

Common

1
2

5

NC

4

NO

Kumparan
Gambar 2.10 Relay

Kontak penghubung relay terdiri dari dua bagian, yaitu :
1. Kontak NC (Normally Closed)
Kontak penghubung dalam kondisi menutup atau terhubung bila relay tidak
mendapat masukan tegangan pada kumparannya. Tetapi bila diberi tegangan
yang mencukupi pada kumparannya maka kontak penghubung menjadi
terbuka.
2. Kontak NO (Normally Open)
Kontak penghubung dalam kondisi terbuka bila relay tidak mendapat
tegangan pada kumparannya. Tetapi bila diberi tegangan yang mencukupi
pada kumparannya maka kontak penghubung menjadi tertutup.

2.5 Transistor Sebagai Saklar
Rangkaian saklar transistor ditunjukkan oleh gambar 2-11.
Vcc

Rc

Ic

Rb

VBB

Q

IB

Gambar 2-11 Rangkaian saklar transistor

17

Sedangkan karakteristik keluaran transistor ditunjukkan oleh gambar 2-12

Gambar 2-12 Karakteristik keluaran transistor.

Tansistor berada dalam keadaan saturasi/jenuh saat IB = IB0. Pada keadaan
ini, beda potensial antara kolektor dan emitter (Vce) adalah sangat kecil, yaitu
sama dengan Vce(sat), sedangkan arus kolektor IC yang mengalir hampir sama
dengan Vcc/Rc. Jika arus basis diperbesar menjadi IB1 atau IB2 atau lebih besar lagi,
nilai Vce dan IC tidak mengalami perubahan. Nilai Vce = Vce(sat) dan nilai IC =
Vcc/Rc. Hal inilah yang disebut dengan keadaan saturasi sebab nilai IC dan Vce
tidak berubah walaupun arus basis bertambah besar.
Nilai arus basis tergantung dari tegangan VBB yang digunakan untuk
meng-on-kan /mengaktifkan transistor dan juga pada hambatan Rb yang
dihubungkan seri dengan basis. Arus basis IB diperoleh berdasarkan persamaan :
IB =

V BB − Vbe
Rb

(2-16)

Arus colector Ic diperoleh berdasarkan persamaan :
Ic =

Vcc
Rc

(2-17)

18

Jika arus basis lebih dari 0 atau semakin besar maka transistor menjadi on
sehingga dapat berfungsi sebagai saklar tertutup. Transistor sebagai saklar tertutup
ditunjukkan oleh gambar 2-13.
Vcc

Vcc

Rc

Rc

Ic

Rb

VBB

Q

IB > 0

Gambar 2-13 Transistor sebagai saklar tertutup

Sedangkan jika arus basis sama dengan 0, maka dapat dikatakan transistor
bekerja di daerah cut-off sehingga transistor menjadi off dan berfungsi sebagai
saklar terbuka. Transistor sebagai saklar tebuka ditunjukkan oleh gambar 2-14.

Vcc

Rc

Ic

Vcc

Rc

Rb

VBB

Q

Ib = 0

Gambar 2-14 Transistor sebagai saklar terbuka

2.6 Dioda Memancarkan Cahaya (Light Emitting Diode)
Pada dioda yang diberi prategangan maju, elektron bebas melintasi
persambungan dan jatuh ke dalam lubang (hole). Pada saat elektron ini jatuh dari
tingkat energi yang lebih tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah, ia

19

memancarkan energi. Pada dioda-dioda biasa, energi ini keluar dalam bentuk
panas. Tetapi pada Light Emitting Diode (LED), energi memancar sebagai cahaya.
LED telah menggantikan lampu-lampu pijar dalam beberapa pemakaian karena
tegangannya yang rendah, umurnya yang panjang, dan switch mati-hidupnya yang
cepat.
Gambar 2-15 memperlihatkan lambang skematis untuk LED. Resistor
LED dapat dihitung sebagai berikut :

Rx =

Vcc − Vled
Iled

(2-18)

Dengan ILED adalah arus yang melalui LED, Vcc adalah tegangan catu daya, VLED
adalah tegangan pada LED, dan Rx adalah resistansi yang diseri dengan LED

Gambar 2-15 Rangkaian LED

20

2.7 Phototransistor
Phototransistor adalah sebuah transistor yang titik kerjanya dipengaruhi
oleh cahaya tertentu, cahaya yang memancar ke transistor tersebut akan
menyebabkan timbulnya arus basis (Ib), sehingga transistor tersebut on. Dalam
phototransistor untai basisnya dibiarkan terbuka sehingga bila tidak ada cahaya,
transistor ini akan off.
Rangkaian phototransistor sebagai sensor cahaya ditunjukkan pada
Gambar 2-16 sebagai berikut.
VCC 5V
Rc

Ic
2

Vo

1

QSD123

Ie
0

Gambar 2-16 Rangkaian Phototransistor

Arus kolektor yang tepat menimbulkan saturasi adalah:
IC(sat) =

Rc =

VCC
RC

Vcc
Ic

(2-19)

(2-20)

Sedangkan,
IE ≅ IC

(2-21)

21

Dan,
IC = β IB

(2-22)

2.8 Pembagi Tegangan
Rangkaian pembagi tegangan dapat dilihat pada gambar 2-17 berikut ini

Gambar 2-17 Pembagi tegangan

Dari gambar 2-17 diatas, nilai V0 bisa dihitung sebagai berikut:

Vo =

R2
xVL
R1 + R 2

(2-23)

Sedangkan nilai VL sendiri adalah sebagai berikut:

VL =VR1 + VR2

(2-24)

22

2.9 Pengubahan Analog ke Digital
Pengubahan sinyal analog ke system digital disebut pengkode atau encoder.
Gambar 2-18 memperlihatikan diagram blok pengubah analog ke digital yang
dapat memberikan gambaran kepada kita mengenai pengubahan sinyal analog ke
digital.

MSB
Masukkan analog

D

LSB
C

B

A

Pengubah analog ke digital
Gambar 2-18. Diagram blok pengubah analog ke digital.

Dari diagram blok gambar 2-18,memperlihatkan masukkan berupa sinyal
listrik analog yang harus diubah menjadi keluaran biner dari bit paling rendah
(LSB) sampai bit yang paling tinggi (MSB).
Pengubah analog ke digital yang digunakan oleh penulis adalah ADC0804
yang dibuat untuk dapat langsung berhubungan dengan mikroprosesor baik Zilog
80, 8080, atau mikroprosesor 8 bit lainnya. IC ini merupakan CMOS 8 bit yang
mendekati pengubah analog ke digital. Sinyal masukkan maupun sinyal keluaran
dari IC ini, sesuai untuk MOS dan TTL. IC ADC0804 mempunyai waktu
pengubahan 100µS terhadap pengubahan masukkan dan mengeluarkan dalam
bentuk biner. Beroperasi pada daya standar +5 volt dan dapat menerima masukkan

23

analog berkisar 0volt sampai 5 volt. Macam-macam pin (kaki) yang dimiliki oleh
IC ADC 0804.
a. CS
Berfungsi sebagai masukkan. Pin ini sebagai chip select dari kontrol
mikroprosesor.
b. RD
Berfungsi sebagai masukkan. Pin ini sebagai kontrol untuk membaca data dari
mikroprosesor.
c. WR
Berfungsi sebagai masukkan. Pin ini sebagai kontrol untuk menulis data ke
mikroprosesor.
d. CLK IN
Berfungsi sebagai masukkan. Pin ini sebagai pengatur detak.
e. INTR
Berfungsi sebagai keluaran. Pin ini sebagai sarana untuk memberikan
interupsi pada masukkan interupsi mikroprosesor.
f. V IN (+)
Berfungsi sebagai masukkan. Pin ini merupakan jalan masuk bagi sinyal
analog masukkan positif.
g. V IN (-)
Berfungsi sebagai masukkan. Pin ini merupakan jalan masuk bagi sinyal
analog masukkan negatif.

24

h. A GND
Berfungsi sebagai masukkan daya. Pin ini sebagai pembulatan analog.
i. V REF /2
Berfungsi sebagai masukkan. Pin ini merupakan jalan masuk bagi tegangan
acuan yang lain (±).
j. D GND
Berfungsi sebagai keluaran. Pin ini sebagai pembulatan digital.
k. DB7-DB0
Berfungsi sebagai keluaran. Pin ini merupakan jalan keluaran bagi data
keluaran bit7 sampai bit0.
l. CLKR
Berfungsi sebagai masukkan. Pin ini sebagai pengatur detak dengan
menghubungkannya ke resistor eksternal.
m. V CC (Or ref)
Berfungsi sebagai masukkan daya. Pin ini sebagai jalan masuk untuk catu
daya +5 volt dan tegangan acuan primer.
Resolusi ADC dengan jumlah bit (n), dapat dihitung dengan rumus berikut:
resolusi =

Vmak
Volt/step
2n − 1

(2-25)

25

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

CS
RD
WR
CLKIN
INTR
+IN
-IN
A GND
VREF/2
D GND

VCC
CLKR
DB0
DB1
DB2
DB3
DB4
DB5
DB6
DB7

20
19
18
17
16
15
14
13
12
11

ADC0804

Gambar 2-19. Pin ADC0804.

BAB III
RANCANGAN PENELITIAN
3.1

Diagram Blok
Gambar 3-1 menunjukkan diagram blok perancangan alat pengukuran arus

dan tegangan pada sistem penganalisis komponen frekuensi harmonisa arus beban
peralatan listrik.

Gambar 3-1. Diagram blok rancangan secara keseluruhan.

26

27

Tegangan masukan AC dari keluaran rangkaian sensor arus dan tegangan
terlebih dahulu melewati rangkaian penguat inverting yang dapat diatur
penguatannya dengan relay sebagai pemilihan saklar agar sesuai dengan
jangkauan ADC dan penguat operasional. Keluaran dari penguat inverting akan
melewati penyearah presisi sehingga keluaran dari penyearah presisi selalu
mempunyai nilai positif. Keluaran penyearah presisi diumpankan menuju ADC
yang digunakan agar nilai tegangan masukan ADC bisa diproses oleh
mikrokontroler karena sebelumnya merupakan sinyal analog yang perlu diubah
terlebih dahulu menjadi sinyal digital.
Mikrokontroler mengambil data keluaran dari ADC sebanyak 8 bit dengan
256 kali pencuplikan dengan kecepatan pengambilan data yang konstan. Nilai
tegangan rms hasil pencuplikan akan diperoses dalam mikrokontroler. Nilai rms
sebanyak 8 bit akan diteruskan mikrokontroler menuju LCD sebagai penampil
setelah disesuaikan dengan pemilihan jangkauan level tegangan pada relay
sebagai saklar. Proses penampillan nilai rms ke LCD membutuhkan 10 bit data
dan 3 bit data dibutuhkan untuk pemilihan jangkauan level tegangan pada relay
sebagai saklar .

3.2

Perancangan Perangkat Keras

3.2.1 Rangkaian Sensor Arus
Rangkaian sensor arus diambil dari 10 buah resistor 10 Ω /5w yang
dipasang secara paralel sehingga didapatkan resistor yang nilai resistansinya 1 Ω /
5w dimana pemilihan resistansi didasari atas pemilihan skala arus pada alat yang
akan dibuat yaitu skala pengukuran 5 Ampere, 0,5 Ampere, dan 0,05 Ampere.

28

Pemilihan skala tersebut haruslah sesuai dengan besarnya tegangan arus yang
dibutuhkan untuk penguatan pada rangkaian penguat inverting dan relay sebagai
saklar untuk pemilihan gain.
Nilai skala pemilihan arus untuk masukan penguat inverting dan relay
sebagai saklar untuk pemilihan gain, ditentukan sebagai berikut.
Nilai skala pada saat I = 5A diperlukan tegangan Ac sebesar 5 v dengan
Rx=1 Ω berdasarkan persamaan 2-2, sehingga didapatkan :
Vx = 5A x 1 Ω
= 5 volt
Tegangan pada masukan beban listrik akan terbebani sebesar 5v (peak) dari
tegangan masukan jala-jala 220 2 (peak), sehingga penurunan tegangan pada
beban dihitung sebagai berikut:
Vx :

2

5v :

2 = 3,53v

Didapatkan penurunan tegangan

3,53v
x100 =1,59% terhadap tegangan jala-jala
220v

listrik 220 v 2 , penurunan tegangan sebesar 1,59% dianggap kecil.
Nilai skala pada saat I = 0,5A diperlukan tegangan Ac sebesar 0,5v dengan
Rx=1 Ω berdasarkan persamaan 2-2, sehingga didapatkan :
Vx = 0,5A x 1 Ω
= 0,5 volt

29

Tegangan pada masukan beban listrik akan terbebani sebesar 0,5v (peak) dari
tegangan masukan jala-jala 220 2 (peak),penurunan tegangan pada beban
dihitung sebagai berikut:
Vx :

2
2 = 0,35v

0,5v :

Didapatkan penurunan tegangan

0,35v
x100 =0,15% terhadap tegangan jala-jala
220v

listrik 220 v 2 , penurunan tegangan sebesar 0,15% dianggap kecil.
Nilai skala pada saat I = 0,05A diperlukan tegangan Ac sebesar 0,05v
dengan Rx=1 Ω berdasarkan persamaan 2-2, sehingga didapatkan :
Vx = 0,05A x 1 Ω
= 0.0 5 volt
Tegangan pada masukan beban listrik akan terbebani sebesar 0,05v (peak) dari
tegangan masukan jala-jala 220 2 (peak), penurunan tegangan pada beban
dihitung sebagai berikut:
Vx :
0,05v :

2
2 = 0,035v

Didapatkan penurunan tegangan

0,035v
x100 = 0,015% terhadap tegangan jala220v

jala listrik 220 v 2 , penurunan tegangan sebesar 0,015% dianggap kecil.

30

3.2.2 Rangkaian Sensor Tegangan
Rangkaian sensor tegangan terdiri dari dua buah resistor yaitu R1 dan R2
sebagai pembagi tegangan. Tegangan maksimum dari beban adalah sebesar

240x 2 (peak) dan keluaran sensor yang dinginkan adalah sebesar 5v(peak).
Dengan menentukan R2=10k maka nilai R1 berdasarkan persamaan (2-22)
ditentukan sebagai berikut :
Vo
R2
=
Vi R1 + R 2

5
240 2

=

10k
R1 + 10k

R1 + 10k = 678,82k
R1 =668,82k

(a)

(b)

Gambar 3-2. Rangkaian sensor tegangan (a) dan sensor arus (b)

31

3.2.3 Rangkaian Penguat inverting dengan Gain = 1
Rangkaian penguat inverting digunakan untuk membatasi nilai tegangan.
Masukan maksimum dari ADC yang digunakan yaitu 5 Vp. Keluaran dari
rangkaian pembagi tegangan sebagai sensor tegangan 5 v nantinya akan dikuatkan
dengan rangkaian penguat inverting.
Nilai gain untuk amplitudo masukan tegangan AC maksimum 5 volt
berdasarkan persamaan (2-11) ditentukan sebagai berikut:

Avinv =

5
5

Avinv = 1
Dengan pemilihan Rfinv sebesar 100 kΩ maka nilai Rinv berdasarkan persamaan
(2-10) dapat dihitung
Rinv = 1 . 105
Rinv = 100 kΩ

Gambar 3-3. Rangkaian penguat inverting degan gain = 1

32

3.2.4 Rangkaian Penguat Inverting dan Relay sebagai Saklar
untuk Pemilih Gain.
Penguat inverting ini digunakan untuk membatasi nilai tegangan
masukkan maksimal agar sesuai dengan masukkan ADC 0804 yaitu 5 Vp, saat
tegangan masukkan melebihi tegangan masukkan ADC. Sesuai dengan batasan
masalah maka digunakan 3 gain yaitu dengan tegangan masukkan maksimum 5
Ampere, 0,5 Ampere dan 0,05Ampere. Pemilihan Riinv dan Rfinv, didasarkan pada
kebutuhan gain dengan perhitungan sebagai berikut:
Nilai gain untuk amplitudo masukan tegangan AC maksimum 5 volt
berdasarkan persamaan (2-11 ) ditentukan sebagai berikut :

Avinv1 =

5
5

Avinv1 = 1
Dengan pemilihan Rfinv sebesar 100 kΩ maka nilai Riinv 1 berdasarkan persamaan
(2-10) dapat dihitung:
Riinv 1= 1 . 105
Riinv 1= 100 kΩ
Nilai gain untuk amplitudo masukan tegangan AC maksimum 0,5 volt
berdasarkan persamaan (2-11 ) ditentukan sebagai berikut :

Avinv2 =

5
0,5

Avinv2 = 1 0

33

Dengan pemilihan Rfinv sebesar 100 kΩ maka nilai Riinv 2 berdasarkan persamaan
(2-10) dapat dihitung:

Riinv2 =

10 5
10

Riinv2 = 10KΩ
Nilai gain untuk amplitudo masukan tegangan AC maksimum 0,05 volt
berdasarkan persamaan (2-11 ) ditentukan sebagai berikut :

Avinv3 =

5
0,05

Avinv3 = 100
Dengan pemilihan Rfinv sebesar 100 kΩ maka nilai Riinv 3 berdasarkan persamaan
(2-10) dapat dihitung:

Riinv3 =

10 5
100

Riinv3 = 1KΩ
Rangkaian penguat inverting dan relay sebagai saklar untuk pemilihan gain
ditunjukkan gambar 3-4.

34

Gambar 3-4. Rangkaian penguat inverting dan relay sebagai saklar untuk
pemilihan gain.
Dari gambar 3-4, jika penguatan adalah sebesar 1x pada Vo sebagai
rangkaian penguat inverting maka relay1 pada posisi NC, relay1 aktif karena
mendapat masukan pada IN_1 yang berasal dari keluaran mikrokontroler.
Demikian juga untuk relay2 dan relay3 dengan besar penguatan yang berbeda
yaitu 10x dan 100x maka relay2 dan relay3 akan pada posisi NC jika pada IN_2
dan IN_3 mendapat masukan dari mikrokontroler. besarnya penguatan terjadi
karena perbandingan Vo dan Vi, serta besarnya R_inv dan Rf_inv ditentukan
dalam perhitungan.

3.2.5 Optocouplers
Rangkaian optocouplers digunakan sebagai isolator pengaman pada
keluaran ADC dan masukan mikrokontroler. Pada datasheet optocouplers 4N35M
diketahui besarnya Iled 10mA dan Vled 1,1volt sehingga dapat menghitung R. Nilai
Rx dihitung berdasarkan persamaan (2- 17) sebagai berikut:

35

=

5V − 1,1V
= 390Ω
10mA

Sesuai datasheet diketahui Ic 0,5mA sehingga Rc dapat dihitung
berdasarkan persamaan (2-19) sebagai berikut:
=

5V
0,5mA

=10k Ω
Gambar rangkaian optocouplers sebagai isolator dapat dilihat pada gambar 3-5

Gambar 3-5 Rangkaian optocouplers.
Dari gambar 3-5 jika keluaran pada ADC adalah aktif rendah,
mengakibatkan led aktif, hal ini menyebabkan transistor aktif dan IN
mikrokontroler akan bernilai aktif rendah. Jika nilai ADC aktif tinggi,
mengakibatkan led tidak aktif, sehingga transistor tidak aktif dan nilai IN
mikrokontroler akan bernilai aktif tinggi, sehingga data keluaran dari ADC dapat
diterima oleh mikrokontroler.

36

3.2.6 Transistor Sebagai Pengaktif Relay
Rangkaian Transistor digunakan sebagai pengaktif relay, pada datasheet
diketahui β transistor Fc9012 = 160, dan Rd coil = 125Ω, maka akan didapat nilai
RB melalui perhitungan berdasarkan persamaan (2-16) sebagai berikut :
Ic = 5V
125Ω
Ic = 40 mA
I B = β IC
IB =

IC

β

40mA
160
I B = 0.25mA
IB =

Berdasarkan persamaan (2-15)maka didapat RB:
RB =

Vcc − VBE
IB

RB = 5v − 0.7v
0.25mA
RB = 17200 Ω
= 17.2k Ω
Maka dipilih nilai RB = 15k agar benar-benar saturasi, gambar rangkaian dari
transistor sebagai pengaktif relay dapat dilihat pada gambar 3-6.

37

Gambar 3-6 transistor sebagai pengaktif relay

3.2.7 Rangkaian Penyangga
Dengan menggunakan rangkaian penyangga, maka tegangan keluaran dari
rangkaian penyangga adalah sama dengan tegangan masukkan dari rangkaian
penyangga baik dalam hal magnitudo maupun polaritasnya.
Rangkaian penyangga juga mempunyai hambatan masukkan yang tinggi sehingga
arus dari tegangan masukkan rangkaian penyangga dapat diabaikan. Rangkaian
penyangga ditunjukkan pada gambar 3-7.

LF356
2

-

3

+

tegangan keluaran pembalik

6
tegangan keluaran buf f er
U2

Gambar 3-7. Rangkaian penyangga.

38

3.2.8 Rangkaian Penyearah Presisi
Rangkaian penyearah presisi digunakan sebagai penyearah tegangan
keluaran buffer sehingga didapatkan harga mutlak dari tegangan keluaran
rangkaian penguat inverting dengan gain dan relay sebagai saklar. Tegangan
keluaran maksimum dari rangkaian penguat inverting dengan gain dan relay
sebagai saklar telah sesuai dengan tegangan masukan ADC0804 yaitu 5 Volt,
maka penguatan untuk rangkaian penyearah presisi berdasarkan persamaan (2-14)
ditentukan sebagai berikut :

Avpp =

5
5

Avpp = 1
Dengan mengacu pada gambar 2-8, maka dua buah resistor yang
dibutuhkan adalah sebesar R dan R 2 . Resistor yang terdapat dipasaran untuk
memenuhi kedua nilai resistor tersebut tanpa menghubungkan resistor secara seri
maupun paralel, adalah pasangan resistor R sebesar 20 KΩ dan resistor R 2
sebesar 10 KΩ. Dengan pemilihan Rpp sebesar 20 KΩ maka nilai Rfpp berdasarkan
persamaan (2-13) dapat dihitung sebagai berikut:
Rfpp = Avpp . Rpp
Rfpp = 1 . 2.105
Rfpp = 20kΩ

39

Dioda yang digunakan adalah 1N4148 karena gelombang keluaranny