Baby Incubator

LAPORAN PRAKTEK ELEKTRONIKA TERAPAN

“RANGKAIAN PENGENDALI PANAS PADA PESAWAT BABY INCUBATOR”

Nama : Naufal Zukhrufa

NPM : P2.31.38.1.13.065

DOSEN PEMBIMBING : ZAHARA GUSTI,BE.ST

POLITEKNIK KESEHATAN KEMENKES JAKARTA II

JURUSAN TEKNIK ELEKTROMEDIK

JL. Hang Jebat III Blok F3, KebayoranBaru, Jakarta Selatan 12120

Telp. 021-7243687, 7231826, Fax. 021-7222387

SIMULATION BABY INCUBATOR

1. TUJUAN1. Agar mahasiswa mengetahui tentang sensor suhu LM352. Agar mahasiswa mengetahui kegunaan MOC dan TRIAC3. Agar mahasiswa bisa membuat rangkaian simulasi baby incubator4. Agar mahasiswa mengerti bagaimana cara kerja dari rangkaian baby incubator5. Agar mahasiwa menganalisa bagaimana kerja LM35, MOC, dan TRIAC pada

rangkaian simulasi baby incubator

2. DASAR TEORI

1. LM35

Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor Suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen elektronika elektronika yang diproduksi oleh National Semiconductor. LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan.

Meskipun tegangan sensor ini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan kesensor adalah sebesar 5 volt, sehingga dapat digunakan dengan catu daya tunggal dengan ketentuan bahwa LM35 hanya membutuhkan arus sebesar 60 µA hal ini berarti LM35 mempunyai kemampuan menghasilkan panas (self-heating) dari sensor yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan yang rendah yaitu kurang dari 0,5 ºC pada suhu 25 ºC .

1. Struktur Sensor LM35

Gambar Sensor Suhu LM35

Gambar diatas menunjukan bentuk dari LM35 tampak depan dan tampak bawah. 3 pin LM35 menujukan fungsi masing-masing pin diantaranya, pin 1 berfungsi sebagai sumber tegangan kerja dari LM35, pin 2 atau tengah digunakan sebagai tegangan keluaran atau Vout

dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampai dengan 1,5 Volt dengan tegangan operasi sensor LM35 yang dapat digunakan antar 4 Volt sampai 30 Volt. Keluaran sensor ini akan naik sebesar 10 mV setiap derajad celcius sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut :

VLM35 = 10 mV/ @ C

2. Karakteristik Sensor LM35.

1. Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.

2. Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC seperti terlihat pada gambar 2.2.

3. Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.4. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.5. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.6. Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada

udara diam.7. Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.8. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.

Grafik akurasi LM35 terhadap suhu

Sensor LM35 bekerja dengan mengubah besaran suhu menjadi besaran tegangan. Tegangan ideal yang keluar dari LM35 mempunyai perbandingan 100°C setara dengan 1 volt. Sensor ini mempunyai pemanasan diri (self heating) kurang dari 0,1°C, dapat dioperasikan dengan menggunakan power supply tunggal dan dapat dihubungkan antar muka (interface) rangkaian control yang sangat mudah.

IC LM 35 sebagai sensor suhu yang teliti dan terkemas dalam bentuk Integrated Circuit (IC), dimana output tegangan keluaran sangat linear terhadap perubahan suhu. Sensor ini berfungsi sebagai pegubah dari besaran fisis suhu ke besaran tegangan yang memiliki koefisien sebesar 10 mV /°C yang berarti bahwa kenaikan suhu 1° C maka akan terjadi kenaikan tegangan sebesar 10 mV.

IC LM 35 ini tidak memerlukan pengkalibrasian atau penyetelan dari luar karena ketelitiannya sampai lebih kurang seperempat derajat celcius pada temperature ruang. Jangka sensor mulai dari – 55°C sampai dengan 150°C, IC LM35 penggunaannya sangat mudah, difungsikan sebagai kontrol dari indicator tampilan catu daya terbelah. IC LM 35 dapat dialiri arus 60 μA dari supplay sehingga panas yang ditimbulkan sendiri sangat rendah kurang dari 0 ° C di dalam suhu ruangan.

Untuk mendeteksi suhu digunakan sebuah sensor suhu LM35 yang dapat dikalibrasikan langsung dalam C (celcius), LM35 ini difungsikan sebagai basic temperature sensor. Adapun keistimewaan dari IC LM 35 adalah :

Kalibrasi dalam satuan derajat celcius. Lineritas +10 mV/ º C. Akurasi 0,5 º C pada suhu ruang. Range +2 º C – 150 º C. Dioperasikan pada catu daya 4 V – 30 V. Arus yang mengalir kurang dari 60 μA Impedansi output 0,1 ohm pada beban 1 mA. Tegangan output -1 Vdc s/d +6 Vdc. Low self heatingnya sebesar 0,08 º C Rentang suhu antara -55 s/d 150 º C

2. POTENSIOMETER

Potensiometer ( Variabel Resistor ) adalah komponen elektronika yang masih masuk keluarga Resistor yang mempunyai resistansi yang dapat diatur. Meskipun masih termasuk Resistor tetapi bentuk dari Potensiometer berbeda jauh dengan bentuk resistor. Potensiometer akan berganti Resistansi dengan cara mengatur atau menggeser bagian pengatur dari Potensiometer tersebut. Komponen elektronika ini pada umumnya memiliki 3 kaki. Potensiometer biasa digunakan untuk pengatur tegangan atau resistansi suatu perangkat elektronik, misalnya sebagai pengatur Tone Control suatu perangkat audio dan masih banyak lagi yang lainnya. Berikut adalah simbol Potensiometer:

Simbol Potensiometer

Prinsip kerja dari Potensiometer dapat kita asumsikan dua buah resistor biasa yang dirangkai seri, tapi dapat dirubah nilai resistansinya. Resistansi total pada potensiometer akan selalu tetap dan ini merupakan nilai Potensiometer ( Variabel Resistor ). Jika nilai resistansi dari R1 diperbesar dengan cara memutar bagian potensiometer, maka otomatis nilai resistansi dari R2 akan berkurang, begitu juga sebaliknya.

Struktur Potensiometer beserta Bentuk dan Simbolnya

Pada dasarnya bagian-bagian penting dalam Komponen Potensiometer adalah :

Penyapu atau disebut juga dengan Wiper Element Resistif Terminal

Kelebihan Potensiometer:

Potensiometer memiliki ketahanan maksimum dimana arus sesaat akan terus mengalir, pembagi dapat bervariasi tegangan output dari tegangan maksimum (Vs) ke ground ( nol Volt ) sebagai wiper bergerak dari satu ujung potensiometer yang lain. 

Kekurangan Potensiometer:Potensiometer jarang digunakan untuk mengatur beban lebih dari 1 watt, karena potensiometer biasa digunakan untuk pengatur sinyal analog.

3. OPTOISOLATOR

MOC3021 adalah Optocoupler / Optoisolator TRIAC Driver yang dirancang untuk mengarah-kendalikan rangkaian elektronika bertegangan 220 Volt AC (listrik PLN)dalamkemasan standar DIP 6-pin. Optoisolator merupakan komponen semikonduktor yang tersusun atas LED infrared dan sebuat phototriac yang digunakan sebagai pengendali triac. Optoisolator biasanya digunakan sebagai antar mukaantara rangkaian pengendali dengan rangkaian daya (triac) dan juga sebagai pengaman rangkaian kendali, karena antara infrared dan photo triac tidak terhubung secara elektrik, sehingga bila terjadi kerusakan pada rangkaian daya(triac) maka rangkaian pengendali tidak ikut rusak..

Optoisolator biasanya terdiri dari dua macam optoisolator yang terintergrasi dan rangkaian zerocrossing detector dan optoisolator yang tidak memiliki rangkaian zero crossing detector. Optoisolator yang terintergrasi dengan zero crossing detector biasanya menggunankan triac sebagai Solid State Relat (SSR), sedangkan yang tidak terintergrasi dengan zero crossing detector biasanya menggunakan triac untuk mengendalikan tegangan. Simbolnya adalah sebagai berikut:

4. TRIACTriac merupakan komponen semikonduktor yang tersusun atas diode empat lapis

berstruktur p-n-p-n dengan tiga p-n junction. Triac memiliki tiga buah elektrode, yaitu : gate, MT1, MT2. Triac biasanya digunakan sebagai pengendali dua arah (bi-directional).

Bentuk dan symbol TRIAC

PRINSIP KERJA TRIAC

Triac akan tersambung (on) ketika berada di quadran I yaitu saat arus positif kecil melewati terminal gate ke MT1,dan polaritas MT2 lebih tinggi dari MT1, saat triac terhubung dan rangkaian gate tidak memegang kendali, maka triac tetap tersambung selama polaritas MT2 tetap lebih tinggi dari MT1 dan arus yang mengalir lebih besar dari arus genggamnya (holding current/Ih), dan triac juga akan tersambung saat arus negatif melewati terminal gate ke MT1,dan polaritas MT1 lebih tinggi dari MT2, dan triac akan tetap terhubung walaupun rangkaian gate tidak memegang kendali selama polaritas MT1 lebih tinggi dari MT2. Selain dengan cara memberi pemicuan melalui teminal gate, triac juga dapat dibuat tersambung (on) dengan cara memberikan tegangan yang tinggi sehingga melampaui tegangan breakover-nya terhadap terminal MT1 dan MT2, namun cara ini tidak diizinkan karena dapat menyebabkan triac akan rusak. Pada saat triac tersambung (on) maka tegangan jatuh maju antara terminal MT1 dan MT2 sangatlah kecil yaitu berkisar antara 0.5 volt sampai dengan 2 volt.

Kurva karakteristik TRIAC

5. OP-AMP (LM741)

Pengertian

Penguat operasional (Op Amp) didefinisikann sebagai suatu rangkaian terintegrasi yang berisi beberapa tingkat dan konfigurasi penguat diferensial. Penguat operasional memilki dua masukan dan satu keluaran serta memiliki penguatan DC yang tinggi. Untuk dapat bekerja dengan baik, penguat operasional memerlukan tegangan catu yang simetris yaitu tegangan yang berharga positif (+V) dan tegangan yang berharga negatif (-V) terhadap tanah (ground). Simbol dari penguat operasional :

Simbol OP-AMP

Aplikasi Penguat Operasional

1. Pembanding (Comparator)

Comparator adalah penggunaan op amp sebagai pembanding antara tegangan yang masuk pada input (+) dan input (-).

Jika input (+) lebih tinggi dari input (-) maka op amp akan mengeluarkan tegangan positif dan jika input (-) lebih tinggi dari input (+) maka op amp akan mengeluarkan tegangan negatif. Dengan demikian op amp dapat dipakai untuk membandingkan dua buah tegangan yang berbeda.

Komparator membandingkan dua tegangan listrik dan mengubah keluarannya untuk menunjukkan tegangan mana yang lebih tinggi.

di mana Vs adalah tegangan catu daya dan penguat operasional beroperasi di antara +

Vs dan − Vs.)

2. Penguat Pembalik (Inverting)

Penguat pembalik adalah penggunanan op amp sebagai penguat sinyal dimana sinyal outputnya berbalik fasa 180 derajat dari sinyal input.

dimana :

Zin = Rin karena V adalah bumi maya (virtual ground)

sebuah resistor dengan nilai :

ditempatkan di antara masukan non-pembalik dan bumi. Walaupun tidak dibutuhkan, hal ini mengurangi galat karena arus bias masukan.

Bati dari penguat ditentukan dari rasio antara Rf dan Rin, yaitu:

Tanda negatif menunjukkan bahwa keluaran adalah pembalikan dari masukan.

3. Penguat tidak membalik (Non Inverting)

Penguat Tak-Membalik (Non-Inverting Amplifier) merupakan penguat sinyal dengan karakteristik dasar sinyal output yang dikuatkan memiliki fasa yang sama dengan sinyal input. Penguat tak-membalik (non-inverting amplifier) dapat dibangun menggunakan penguat operasional, karena penguat operasional memang didesain untuk penguat sinyal baik membalik ataupun tak membalik. Rangkain penguat tak-membalik ini dapat digunakan untuk memperkuat isyarat AC maupun DC dengan keluaran yang tetap sefase dengan sinyal inputnya. Impedansi masukan dari rangkaian penguat tak-membalik (non-inverting amplifier) berharga sangat tinggi dengan nilai impedansi sekitar 100 MOhm.

Rangkaian diatas merupakan salah satu contoh penguat tak-membalik memnggunakan sumber tegangan DC simetris. Dengan sinyal input yang diberikan pada terminal input non-inverting, maka besarnya penguatan tegangan rangkaian penguat tak membalik diatas tergantung pada harga Rin dan Rf yang dipasang. Besarnya penguatan tegangan output dari rangkaian penguat tak membalik diatas dapat dituliskan dalam persamaan matematis sebagai berikut:

Apabila besarnya nilai resistor Rf dan Rin rangkaian penguat tak membalik diatas sama-sama 10KOhm makabesarnya penguatan tegangan dari rangkaian penguat diatas dapat dihitung secara matematis sebagai berikut:

4. Penguat Differensial

Penguat diferensial digunakan untuk mencari selisih dari dua tegangan yang telah dikalikan dengan konstanta tertentu yang ditentukan oleh nilai resistansi yaitu sebesar Rf/R1 untuk R1 = R2 dan Rf = Rg. Penguat jenis ini berbeda dengan diferensiator. Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut:

Sedangkan untuk R1 = R2 dan Rf = Rg maka bati diferensial adalah:

3. ALAT-ALAT DAN BAHAN1. LM352. LM7413. POTENSIOMETER 50K4. RESISTOR 1K5. RESISTOR 10K6. RESISTOR 1,5K7. RESISTOR 22K8. LED9. KAPASITOR 4,7 Uf10. MOC 302111. TRIAC 60012. BEBAN (LAMPU)13. PORJECT BOARD14. JUMPER

4. WIRING DIAGRAM

5. PROSEDUR PEMBUATAN1. Siapkan alat dan bahan yang akan digunakan.2. Pastikan komponen yang digunakan dalam keadaan baik dan siap digunakan.3. Rangkailah sesuai dengan wiring atau skematik.4. Setelah selesai, siapkan power supplay DC +12 dan -12 volt.5. Kalibrasi Oschyloscope 2 channel.6. Posisikan CH1 di TP1 dan CH2 di TP2, atur Potensiometer 1 agar tegangan

pada TP2 bernilai 10x dari TP1.7. Pindahkan CH1 ke TP3, atur Potensiometer 2 untuk menentukan batas suhu

yang dikehendaki. Misalkan, batas suhu sebesar 37 @C, maka setting TP3 sebesar 3,7 V.

8. Apabila sudah, posisikan LM35 berdekatan dengan beban (lampu AC). Kenapa menggunakan lampu? Lampu AC memiliki suhu, sehingga lebih praktis dalam menggetahui kerja sensor sebagai indicator dan sumber suhu.

9. Perhatikan perubahan pada TP1, TP2 dan TP3.

6. HASIL PERCOBAAN Penguatan tegangan dari LM35 (A) sebesar 10x tegangan LM35 Batas suhu yang diinginkan: 37 @C, maka referensi pada komparator,

Vreff = 37 @C x 10mV x 10= 3700mV= 3,7 V

Hasil Praktek

Tegangan yang dihasilkan oleh LM35 pada TP1 sebesar 280mV (dikarenakan suhu ruangan pada saat itu 28 @ C), karena mengatur besarnya potensiometer 1 sebesar 10x penguatan dari inputan, maka besar tegangan pada TP2 sebesar 2,8 V. Potensiometer 2 sudah diatur besar tegangan 3,7V untuk 37 @C.

Pada saat Rangkaian mendapat catu daya, LED1 aktif dan Lampu AC juga aktif. Dengan memperhatikan besar tegangan pada TP2 dan TP3 di oschyloscope terlihat perubahan tegangan pada TP2. Dari awalnya 2,8 V meningkat terus menerus (dikarenakan suhu pada lampu bertambah) sehingga mencapai tegangan referensi sebesar 3,7 V. Pada saat mencapai tegangan referensi, LED 1 dan Lampu AC mati, sedangkan LED 2 aktif. Pada saat tegangan pada TP2 turun >3,7V maka LED 2 mati, sedangkan LED 1 kembali hidup dan Lampu AC juga hidup. Hal itu terjadi terus menerus.

7. CARA KERJA RANGKAIANSensor LM35 memiliki spesifikasi 10mV/ @C, sensor akan mendeteksi besarnya suhu

pada ruangan dan dijadikan besaran tegangan (TP1). Tegangan tersebut dikuatkan sebesar 10x penguatan (TP2). Setelah mendapatkan penguatan, lanjut ke komperator. Disini tegangan inputan dibandingkan dengan tegangan referensi. Apabila tegangan input pada komperator (terminal negatif) lebih besar dari tegangan referensi (terminal positif), maka akan menghasilkan negatif saturasi (-sat). Dengan –sat, LED 1 terbias mundur dan LED 2 terbias maju. LED 2 hidup sedangkan LED 1 mati.

Sebaliknya, saat tegangan input (terminal negatif) lebih kecil dari tegangan referensi (terminal positif), maka akan menghasilkan positif saturasi (+sat). Pada saat ini LED 1 terbias maju dan transistor mendapatkan basis. Dengan aktifnya transitor, infrared pada Optoisolator/MOC hidup dan DIAC juga aktif. Dengan aktifnya Optoisolator, Gate TRIAC mendapat teganan dan DIAG juga aktif. Lampu AC pun menyala.

8. KESIMPULANLM35 akan mendeteksi suhu dan mengubahnya dalam besaran tegangan, dengan

mengatur potensiometer 1, tegangan pada LM35 dikuatkan sebesar 10x penguatan. Dengan adanya tegangan referensi dengan mengatur potensiometer 2 pada komperator, terjadinya perbandingan antara terminal positif dan terminal negatif. Apablia pada komparator menghasilkan –sat, maka lampu mati dan pada saat komparator mengahasilkan +sat, lampu akan hidup.

LAMPIRAN

Peningkatan suhu (CH2) dan batas suhu (CH1)

Tegangan LM35 (CH2) dan Tegangan referensi (CH1)

Inputan belum mencapai tegangan referensi, LED 1(merah) aktif dan Lampu hidup

Penguatan tegangan LM35 10x penguatan

Inputan mencapai tegangan referensi pada komparator

Inputan mencapai referensi, LED 1 mati dan Lampu juga mati, LED 2 (hijau) hidup.