Aplikasi Rangkaian Unipolar (Keamanan Ruangan)

(Sensor Flame & Sensor Infrared)

1. Tujuan[Kembali]

    - Untuk mempelajari rangkaian transistor Unipolar

    - Untuk mempelajari prinsip krja sensor

2.Alat dan Bahan[Kembali]

  • Alat:
    • Voltmeter

                    DC voltmeter digunakan untuk mengukur besar beda potensial pada rangkaian.

    • Power supply
                    Battery dibutuhkan sebagai sumber daya energi agar rangkaian dapat bekerja.
  • Bahan:
    • Resistor
Resistor ini digunakan pada sebagai hambatan yang resistansinya ditentukan untuk tiap-tiap cabang.
    • Relay

                        - Spesifikasi

    * Trigger Voltage (Voltage across coil) : 5V DC

    * Trigger Current (Nominal current) : 70mA

    * Maximum AC load current: 10A @ 250/125V AC

    * Maximum DC load current: 10A @ 30/28V DC

    * Compact 5-pin configuration with plastic moulding

    * Operating time: 10msec Release time: 5msec

    * Maximum switching: 300 operating/minute (mechanically)

    - Konfigurasi Pin

    * Coil End 1 : Used to trigger(On/Off) the Relay, Normally one end is connected to 5V and the other end to ground.

    * Coil End 2 : Used to trigger(On/Off) the Relay, Normally one end is connected to 5V and the other end to ground.

    * Common (COM) : Common is connected to one End of the Load that is to be controlled.

    * Normally Close (NC) : The other end of the load is either connected to NO or NC. If connected to NC the load remains connected before trigger.

    * Normally Open (NO) : The other end of the load is either connected to NO or NC. If connected to NO the load remains disconnected before trigger.

    • LED


Berfungsi sebagai lampu indikator keberadaan gas pada rangkaian.
    • Buzzer

    • Ground
Ground adalah titik yang dianggap sebagai titik kembalinya arus listrik arus searah atau titik kembalinya sinyal bolak balik atau titik patokan (referensi) dari berbagai titik tegangan dan sinyal listrik di dalam rangkaian elektronika.
    • Transistor Mosfet


MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) adalah sebuah perangkat semionduktor yang secara luas di gunakan sebagai switch dan sebagai penguat sinyal pada perangkat elektronik. MOSFET adalah inti dari sebuah IC ( integrated Circuit ) yang di desain dan di fabrikasi dengan single chip karena ukurannya yang sangat kecil. MOSFET memiliki empat gerbang terminal antara lain adalah Source (S), Gate (G), Drain (D) dan Body(B).
    • Flame sensor

FLAME SENSOR PIN DETAILS:

SENSOR PINDESCRIPTION
VCC+5 V DC
GNDGround of Arduino Uno
DoDigital Output
AoAnalog output

FUTURES OF THE FLAME SENSOR:
1. Detect fire, detect light source and sensitive to light with wavelenghth of 940nm.
2. Interface:Analog or digital.
3. Supply Voltage: +5 V.
4. Detection range: 20cm (1V) ~ 100cm (4.8V).

    • Infrared sensor

      • Pin Name

      Description

      VCC

      Power Supply Input

      GND

      Power Supply Ground

      OUT

      Active High Output

      IR Sensor Module Features

      • 5VDC Operating voltage

      • I/O pins are 5V and 3.3V compliant

      • Range: Up to 20cm

      • Adjustable Sensing range

      • Built-in Ambient Light Sensor

      • 20mA supply current

      • Mounting hole


3. Dasar Teori[Kembali]

  • Mosfet

MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) adalah suatu transistor dari bahan semikonduktor (silikon) dengan tingkat konsentrasi ketidakmurnian tertentu. Tingkat dari ketidakmurnian ini akan menentukan jenis transistor tersebut, yaitu transistor MOSFET tipe-N (NMOS) dan transistor MOSFET tipe-P (PMOS).

Bahan silicon digunakan sebagai landasan (substrat) dari penguras (drain), sumber (source), dan gerbang (gate). Selanjutnya transistor dibuat sedemikian rupa agar antara substrat dan gerbangnya dibatasi 


MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) adalah suatu transistor dari bahan semikonduktor (silikon) dengan tingkat konsentrasi ketidakmurnian tertentu. Tingkat dari ketidakmurnian ini akan menentukan jenis transistor tersebut, yaitu transistor MOSFET tipe-N (NMOS) dan transistor MOSFET tipe-P (PMOS). Bahan silicon digunakan sebagai landasan (substrat) dari penguras (drain), sumber (source), dan gerbang (gate). Selanjutnya transistor dibuat sedemikian rupa agar antara substrat dan gerbangnya dibatasi oleh oksida silikon yang sangat tipis. Oksida ini diendapkan di atas sisi kiri dari kanal, sehingga transistor MOSFET akan mempunyai kelebihan dibanding dengan transistor BJT (Bipolar Junction Transistor), yaitu menghasilkan disipasi daya yang rendah. 

MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) adalah suatu transistor dari bahan semikonduktor (silikon) dengan tingkat konsentrasi ketidakmurnian tertentu. Tingkat dari ketidakmurnian ini akan menentukan jenis transistor tersebut, yaitu transistor MOSFET tipe-N (NMOS) dan transistor MOSFET tipe-P (PMOS). Bahan silicon ini yang akan digunakan sebagai landasan (substrat) penguras (drain), sumber (source), dan gerbang (gate). Selanjutnya transistor ini dibuat sedemikian rupa agar antara substrat dan gerbangnya dibatasi oleh oksida silicon yang sangat tipis. Oksida ini diendapkan di atas sisi kiri kanal, sehingga transistor MOSFET akan mempunyai kelebihan dibanding dengan transistor BJT (Bipolar Junction Transistor), yaitu menghasilkan disipasi daya yang rendah. Bila dilihat dari cara kerjanya, transistor MOS dapat dibagi menjadi dua, yaitu: 

1) Transistor Mode Pengosongan (Transistor Mode Depletion)

Pada transistor mode depletion, antara drain dan source terdapat saluran yang menghubungkan dua terminal tersebut, dimana saluran tersebut mempunyai fungsi sebgai saluran tempat mengalirnya elektron bebas. Lebar dari saluran itu sendiri dapat dikendalikan oleh tegangan gerbang. Transistor MOSFET mode pengosongan terdiri dari tipe-N dan tipe-P, simbol transistor ditunjukkan dalam Gambar di bawah.

mosfet

Gambar 1 Simbol Transistor MOSFET Mode Depletion (a). N-Channel Depletion (b). P-Channel Depletion 

2) Transistor Mode peningkatan (Transistor Mode Enhancement) 

Transistor mode enhancement ini pada fisiknya tidak memiliki saluran antara drain dan sourcenya karena lapisan bulk meluas dengan lapisan SiO2 pada terminal gate. Transistor MOSFET mode peningkatan terdiri dari tipe-N dan tipe-P, simbol transistor ditunjukkan dalam Gambar di bawah.

mosfet

Gambar 2 Simbol Transistor MOSFET Mode Enhancement (a). N-Channel Enhancement (b). P-Channel Enhancement

  • Sensor Flame
Dalam suatu proses pembakaran pada pembangkit listrik tenaga uap, flame detector dapat mendeteksi hal tersebut dikarenakan oleh komponen-komponen pendukung dari flame detector. Sensor nyala api ini mempunyai sudut pembacaan sebesar 60 derajat, dan beroperasi normal pada suhu 25 – 85 derajat Celcius. Adapun unit flame detector dapat dilihat pada gambar dibawah ini:




Cara kerja flame detector mampu bekerja dengan baik untuk menangkap nyala api untuk mencegah kebakaran, yaitu dengan mengidentifikasi atau mendeteksi  nyala apiyang dideteksi oleh keberadaan spectrum cahaya infra red maupun ultraviolet dengan menggunakan metode optic kemudian hasil pendeteksian itu akan diteruskan ke Microprosessor yang ada pada unit flame detector akan bekerja untuk membedakan spectrum cahaya yang terdapat pada api yang terdeteksi tersebut dengan sistem delay selama 2-3 detik pada detektor ini sehingga mampu mendeteksi sumber kebakaran lebih dini dan memungkinkan tidak terjadi sumber alarm palsu.

 Pada sensor ini menggunakan tranduser yang berupa infrared (IR) sebagai sensing sensor. Tranduser ini digunakan untuk mendeteksi akan penyerapan cahaya pada panjang gelombang tertentu, yang memungkinkan alat ini untuk membedakan antara spectrum cahaya pada api dengan spectrum cahaya lainnya seperti spectrum cahaya lampu, kilatan petir, welding arc, metal grinding, hot turbine, reactor, dan masih banyak lagi.
  • Sensor Infrared

Sensor Infrared adalah komponen elektronika yang dapat mendeteksi benda ketika cahaya infra merah terhalangi oleh benda. Sensor infared terdiri dari led infrared sebagai pemancar sedangkan pada bagian penerima biasanya terdapat foto transistor, fotodioda, atau inframerah modul yang berfungsi untuk menerima sinar inframerah yang dikirimkan oleh pemancar.


Prinsip Kerja Sensor Infrared

 



Gambar 1. Ilustrasi prinsip kerja sensor infrared

 


Grafik Respon Sensor Infrared


Gambar 4. Grafik respon sensor infrared

Grafik menunjukkan hubungan antara resistansi dan jarak potensial untuk sensitivitas rentang antara pemancar dan penerima inframerah. Resistor yang digunakan pada sensor mempengaruhi intensitas cahaya inframerah keluar dari pemancar. Semakin tinggi resistansi yang digunakan, semakin pendek jarak IR Receiver yang mampu mendeteksi sinar IR yang dipancarkan dari IR Transmitter karena intensitas cahaya yang lebih rendah dari IR Transmitter. Sementara semakin rendah resistansi yang digunakan, semakin jauh jarak IR Receiver mampu mendeteksi sinar IR yang dipancarkan dari IR Transmitter karena intensitas cahaya yang lebih tinggi dari IR Transmitter.
  • Resistor

Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian. Fungsi resistor yang bersifat resistif merupakan salah satu komponen kategori pasif dalam elektronika. Satuan resistansi resistor disebut Ohm yang dilambangkan dengan simbol Omega (𝛀). Hukum Ohm mengatakan bahwa resistansi berbanding terbalik dengan jumlah arus yang mengalir melaluinya.

Rumus Hukum Ohm
 

Simbol Resistor

 Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna:
1. Masukkan angka langsung dari kode warna gelang pertama
2. Masukkan angka langsung dari kode warna gelang kedua
3. Masukkan angka langsung dari kode warna gelang ketiga
4. Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan        10(10^n)

 

  • Relay

    Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak Saklar/Switch). Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Sebagai contoh, dengan Relay yang menggunakan Elektromagnet 5V dan 50 mA mampu menggerakan Armature Relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V 2A.


 Pada dasarnya, Relay terdiri dari 4 komponen dasar  yaitu :

  1. Electromagnet (Coil)
  2. Armature
  3. Switch Contact Point (Saklar)
  4. Spring

Kontak Poin (Contact Point) Relay terdiri dari 2 jenis yaitu :

  • Normally Close (NC) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi CLOSE (tertutup)
  • Normally Open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi OPEN (terbuka)
    Sebuah Besi (Iron Core) yang dililit oleh sebuah kumparan Coil yang berfungsi untuk mengendalikan Besi tersebut. Apabila Kumparan Coil diberikan arus listrik, maka akan timbul gaya Elektromagnet yang kemudian menarik Armature untuk berpindah dari Posisi sebelumnya (NC) ke posisi baru (NO) sehingga menjadi Saklar yang dapat menghantarkan arus listrik di posisi barunya (NO). Posisi dimana Armature tersebut berada sebelumnya (NC) akan menjadi OPEN atau tidak terhubung. Pada saat tidak dialiri arus listrik, Armature akan kembali lagi ke posisi Awal (NC). Coil yang digunakan oleh Relay untuk menarik Contact Poin ke Posisi Close pada umumnya hanya membutuhkan arus listrik yang relatif kecil.

 

Beberapa fungsi Relay yang telah umum diaplikasikan kedalam peralatan Elektronika diantaranya adalah :

  1. Relay digunakan untuk menjalankan Fungsi Logika (Logic Function)
  2. Relay digunakan untuk memberikan Fungsi penundaan waktu (Time Delay Function)
  3. Relay digunakan untuk mengendalikan Sirkuit Tegangan tinggi dengan bantuan dari Signal Tegangan rendah.
  4. Ada juga Relay yang berfungsi untuk melindungi Motor ataupun komponen lainnya dari kelebihan Tegangan ataupun hubung singkat (Short).


4. Percobaan[Kembali]

  • Prosedur Percobaan
    • Tambahkan alat dan bahan yang dibutuhkan pada library
    • Susun pada schematic capture
    • Hubungkan tiap-tiap komponen seperti gambar dibawah
    • Run pada proteus (arah panah menunjukkan arah arus)
  • Foto



  • Prinsip kerja
Flame sensor

Pada saat sensor flame mendeteksi adanya api, maka logicstate akan belogika 1, maka arus akan mengalir dari Vout yang bertegangan 5V. Lalu dilanjutkan ke R5 dengan hambatan 10k ohm, dan terbaca tegangan pada kaki gate sebesar 2,5 volt, sehingga membuat transitor aktif. Dengan aktifnya transitor maka akan ada arus yang mengalir dari power supply kemudian ke relay selanjutnya ke kaki drain kemudian ke kaki source dan berakhir di ground. Karena ada arus yang mengalir di relay maka switch akan berpindah kekiri sehingga mengalir arus dari battery mengalir menuju indikator LED dan ke motor yang kita asumsikan sebagai pompa air.

Infrared sensor

Pada saat sensor flame mendeteksi adanya orang, maka logicstate akan belogika 1, maka arus akan mengalir dari Vout yang bertegangan 5V. Lalu dilanjutkan ke R6 dengan hambatan 10k ohm, dan terbaca tegangan pada kaki gate sebesar 2,5 volt, sehingga membuat transitor aktif. Dengan aktifnya transitor maka akan ada arus yang mengalir dari power supply kemudian ke relay selanjutnya ke kaki drain kemudian ke kaki source dan berakhir di ground. Karena ada arus yang mengalir di relay maka switch akan berpindah kekiri sehingga mengalir arus dari battery mengalir menuju indikator LED dan ke buzzer yang kita asumsikan sebagai alarm yg menandakan ada orang di dalam suatu ruangan.

5. Video[Kembali]

6. Download File[Kembali]

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Langganan: Postingan (Atom)

  BAHAN PRESENTASI MATA KULIAH ELEKTRONIKA OLEH: Suci Maretta Salim 2010951002 Dosen Pengampu: Darwison, M.T. 2020/2021 Referensi: a. Darwis...

  • (tanpa judul)
      BAHAN PRESENTASI MATA KULIAH ELEKTRONIKA OLEH: Suci Maretta Salim 2010951002 Dosen Pengampu: Darwison, M.T. 2020/2021 Referensi: a. Darwis...