laporan dsk p6
DESCRIPTION
Laporan Dasar Sisten Kontrol Percobaan 6 Tentang On/Off kontroller dan Plant Pengatur SuhuTRANSCRIPT
Abstrak
Sistem kontrol otomatis telah menjadi bagian yang sangat penting dalam dunia industry
saat ini karena kemudahan yang diberikannya. Pesatnya perkembangan dunia industri menuntut
adanya proses yang lebih cepat dan mudah.ON-OFF Kontroler ialah salah satu contoh dari sistem
kontrol otomatis ini. ON-OFF Kontroler ialah suatu sistem kontrol dengan elemen penggerak
dengan menggunakan dua kondisi yaitu posisi ON dan OFF. Rangkaian OP AMP yang digunakan
yaitu inverting amplifier sebagai penguatan sinyal kontrol.
Metode pengambilan data dengan mensimulasikan rangkaian pada Proteus 8 Profesional.
Hasil dari percobaan sistem close-loop merupakan sistem aksi yang di umpan–balikkan ke kontroler
untuk memperkecil kesalahan sistem. Dengan adanya gangguan pada sistem open-loop maka
keluaran sistem tidak sesuai dengan apa yang kita harapkan karena keluarannya tidak
dibandingkan dengan masukan.
BAB VII
PERCOBAAN VI
APLIKASI ON/OFF KONTROLER PADA PLANT PENGATUR SUHU
7.1 TUJUAN PERCOBAAN
1. Memahami dasar–dasar penguatan operasional.
2. Memahami rangkaian kontroler On-Off close loop.
3. Memahami aplikasi op-amp pada plant pengatur suhu.
4. Memahami pengaruh gain pada rangkaian inverting.
7.2 DASAR TEORI
7.2.1 On-Off Controller
On-off controller pada dasarnya merupakan sistem kontrol loop tertutup.
Dalam sistem kontrol dua posisi, elemen penggerak hanya mempunyai dua posisi
tetap, yang dalam beberapa hal, benar- benar merupakan posisi “on” dan “off”.
Kontrol dua posisi atau on-off controller relatif sederhana dan murah, oleh
karenanya banyak digunakan dalam sistem kontrol industri maupun rumah- rumah.
Sinyal kesalahan penggerak, yang merupakan selisih antara sinyal masukan
dan sinyal umpan balik diumpankan ke kontroller. Keluaran kontroller diumpankan
ke plant untuk memperkecil kesalahan dan membuat agar keluaran sistem
mendekati harga yang diinginkan. Sistem kontrol umpan balik bisa digambarkan
sebagai berikut:
Gambar 7.1 Sistem Kontrol Loop Tertutup
Misal sinyal keluaran kontroller adalah m(t) dan sinyal kesalahan penggerak
adalah e(t). Pada kontrol dua posisi, sinyal m(t) akan tetap pada harga maksimum
atau minimumnya, bergantung pada kesalahan penggerak, positif atau negatif,
sedemikian rupa sehingga : M(t) = M1untuk e(t)>0 dan M(t) = M2 untuk e(t)<0
Kontroler Input
Plant atauProses
Elemen Ukur
Output
Dimana M1 dan M2 adalah konstanta. Harga minimum, M2, biasanya nol,
atau –M1. Kontroller dua posisi biasanya berupa perangkat listrik, salah satu contoh
yang digunakan secara luas dengan penggerak selenoid listrik.
Gambar 7.2(a) dan (b) menunjukkan diagram blok kontroller dua posisi.
Daerah harga sinyal penggerak antara posisi on dan off disebut celah diferensial
(differential gap). Suatu celah differensial ditunjukkan pada gambar 7.2(b). Celah
diferensial ini menyebabkan keluaran kontroller m(t) tetap pada harga sekarang
sampai sinyal kesalahan penggerak bergeser sedikit dari harga nol. Pada beberapa
kasus, celah diferensial ini disebabkan oleh gesekan yang tidak diinginkan adanya
celah diferensial untuk mencegah operasi mekanisme on-off yang terlalu sering.
Gambar 7.2 (a) Diagram Blok Kontroller on-off. (b) Diagram blok on-off dengan celah
diferensial.
Dari gambar 7.3, dapat dilihat bahwa amplitudo osilasi keluaran dapat
diperkecil dengan memperkecil celah diferensial. Akan tetapi hal ini akan
menyebabkan kenaikan angka switching on-off permenit sehingga akan
memperpendek umur ketahanan komponen. Besar celah diferensial harus
ditentukan berdasarkan beberapa pertimbangan seperti ketelitian yang diperlukan
dan umur komponen.
Celah
diferensial
m e M
1 M
2
m e M
1 M
2
( a ) ( b )
Gambar 7.3 Respon output pada sistem kontrol on-off
Pada percobaan on- off controller, on-off controller digunakan digunakan
untuk mengatur temperatur sehingga didapatkan kestabilan di sekitar temperatur
referensi yang digunakan.
Sistem yang digunakan dalam sistem on-off controller untuk pengaturan
temperatur ini adalah sebagai berikut:
1. Elemen Ukur : Sensor LM 35
2. Controller : OP Amp sebagai penguat selisih
3. Plant : OP Amp sebagai komparator, serta saklar transistor
Sebagai pencuplik suhu elemen digunakan thermistor sebagai tranducernya, yang
beR2ungsi mengubah besaran suhu ke besaran tegangan.
Tranducer adalah alat yang dapat mengubah sinyal dari suatu bentuk energi
ke bentuk energi lain. Besaran yang biasa diukur dengan tranducer adalah posisi,
gaya, kecepatan, percepatan, tekanan, dan temperatur. Output dari tranducer antara
lain berupa tegangan, arus, resistansi, kapasitansi, atau frekuensi.
Spesifikasi statis tranducer menggambarkan hubungan steady state antara
input (berupa besaran fisis) dan output (berupa besaran listrik). Spesifikasi dinamis
menggambarkan seberapa cepat output berubah karena adanya perubahan input.
1. Spesifikasi statis
Yang termasuk dalam spesifikasi ini adalah ketelitian, resolusi, repeatibility,
lineritas dan histerisis.
Celah
diferensial
H(t)
T 0
2. Spesifikasi dinamis
Yang termasuk spesifikasi ini antara lain waktu naik (rise time), waktu konstan
(time constant), waktu batas(dead time) dan lain- lain.
Pada percobaan tranducer, tranducer yang digunakan adalah tranducer
temperatur, dalam hal ini sensor (LM 35).
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. sensor LM35 memiliki
keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor
suhu yang lain, sensor 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 sensor LM35 hanya membutuhkan arus sebesar 60 µA hal ini
berarti sensor 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.
7.2.2 OP-AMP
Merupakan suatu penguat berperolehan tinggi dikopel-langsung, yang
umpan baliknya ditambahkan untuk mengendalikan karakteristik keseluruhan. Op-
amp digunsksn untuk membentuk fungsi-fungsi linier yang bermacam-macam dan
sering disebut sebagai analog .
Nama penguat operasional telah diberikan kepada penguat gain-tinggi yang
dirancang untuk melaksanakan tugas-tugas matematis seperti penjumlahan,
pengurangan, perkalian dan pembagian. Semuanya bekerja dengan tegangan tinggi
sampai setinggi 300V, tetapi sanggup menyelesaikan berbagai perhitungan. Op-
Amp adalah suatu penguat berperolehan tinggi dikopel-langsung, yang umpan
baliknya ditambahkan untuk mengendalikan karakteristik keseluruhan. Op-amp
digunakan untuk membentuk fungsi-fungsi linier yang bermacam-macam dan
sering disebut sebagai analog .
Terminal- terminal op-amp yaitu:
1. Terminal catu daya.
Op-amp membutuhkan catu daya +V dan –V yang keduanya dihubungkan ke
supply daya.
2. Terminal keluaran
Ujung tegangan keluaran Vo diukur terhadap ground, karena dalam sebuah Op-
amp hanya ada satu terminal keluaran. Batas keluaran Vo disebut tegangan
kejenuhan positip (+Vsat) dan batas bawahnya disebut tegangan kejenuhan
negatip (-Vsat).
3. Terminal- terminal masukan
Dalam Op-amp terdapat masukan bertanda (-) yang kemudian disebut masukan
inverting dan yang bertanda (+) disebut masukan non inverting. Tegangan
keluaran Vo tergantung pada perbedaan tegangan kedua terminal tersebut.
Op-amp ideal memiliki karakteristik sebagai berikut :
1. Resistansi masukan R1 = tak terhingga
2. Resistansi keluaran Ro = 0.
3. Perolehan tegangan Av = - tak terhingga.
4. Lebar pita = tak terhingga.
5. Vo = 0 kalau V1 = V2 tidak tergantung pada besarnya V1.
6. Karakteristiknya tidak tergantung pada temperatur.
Bentuk dasar penguat operasi adalah suatu blok dengan dua masukan, satu
keluaran dan dicatu secara simetris, seperti diperlihatkan gambar 7.4.
VCC
keluaran
VEE
Gambar 7.4 Simbol penguat operasi
Catu daya diberikan lewat jalur VCC dan VEE, catu positif melalui VCC dan
catu negatif melalui VEE. Adanya catu simetris ini memungkinkan tegangan
keluaran Vout berayun positif maupun negatif terhadap jalur ground (netral, nol
-
+
masukan
inverting
masukan
noninverting
volt) Pencatuan asimetris masih dimungkinkan dengan konsekuensi timbulnya
beberapa keterbatasan.
Tegangan keluaran bersifat kebalikan dari tegangan masukan inverting
(membalik). Bila tegangan masukan inverting positif (+), tegangan akan cenderung
negatif (-), begitu pula sebaliknya. Masukan noninverting (tak membalik)
berlawanan sifat dari masukan inverting. Polaritas tegangan keluaran cenderung
mengikuti polaritas masukan noninverting ini. Untuk alasan ini, masukan (-) nya
disebut masukan pembalik dan masukan (+)nya disebut tak membalik.
Ragam kerja saturasi hanya mengenal dua keadaan, yaitu tegangan keluaran
mendekati tegangan catu positif dan tegangan keluaran mendekati catu negatif.
Secara matematis dapat diekspresikan sebagai berikut :
CCVVout ; EEVVout
VINV< VNI VINV> VNI
Tegangan keluaran akan mendekati potensial catu positif bila tegangan
masukan inverting lebih kecil dari tegangan masukan noninverting, tegangan
keluaran akan mendekati potensial catu negatif bila tegangan masikan inverting
lebih besar dari tegangan masukan noninverting.
7.2.2.1 Penguat Pembalik (Inverting Amplifier)
Rangkaian inverting amplifier adalah salah satu dari rangkaian Op-amp
yang paling luas digunakan . Rangkaian itu merupakan sebuah penguat yang gain
rangkaian tertutupnya dari Ei ke Vo ditentukan oler R2 dan R1 yang dapat
memperkuat isyarat AC dan DC.
Untuk memahami kerja rangkaian diperlihatkan pada gambar 7.5.
1. Tegangan Ed antara masukan (+) dan masukan (-) pada dasarnya nol.
2. Arus yang di alirkan antara terminal (+) dan (-) dapat diabaikan.
Gambar 7.5 Rangkaian Inverting amplifier (penguat pembalik).
Dalam gambar tegangan positif Ei diterapkan melalui tahanan masukan Ri
kemasukan (-) op-ampnya. Umpan balik negatif dibust olh tahanan umpan balik
R2. Tegangan antara masukan (+) dan (-)nya pada dasarnya sama dengan 0V.
Karenanya, terminal masukan (-) juga 0V, juga potensial ground yang berada pada
masukan (-) nya. Karena ujung R1 yang satu ada di Ei dan yang laian ada di 0V,
penurunan tegangan melalui Ri adalah Ei. Arus I yang melalaui R1 didapat dari
hukum Ohm:
1R
EiI
Seluruh arus masukan I men galir melalui R2, karena jumlah yang dialirkan
oleh terminal masukan (-)nya dapat diabaikan, maka penurunan tegangan yang
melalui R2:
21
22 RR
EiIxRVR
Dari gambar ujung R2 dan RL beban terhubung, tegangan dari hubungan
ini ke ground adalah Vo. Ujung R2 dan RL yang lain ke ground, karenanya Vo
menyamai VR2 . Untuk memperoleh polaritas Vo, diingat bahwa ujung kiri dari R2
memakasa ujung kanan R2 menjadi negatif. Karenanya, Vo negatif bila Ei positif,
sehingga persamaan Vo :
1
2
R
REiVo
sehingga gain tegangannya:
1
2
R
R
Ei
VoA
Tanda minus dalam persamaan diatas menandakan bahwa polaritas keluaran
Vo terbalik terhadap Ei. Sehingga rangkaian tersebut dinamakan penguat pembalik.
Pada rangkaian inverting amplifier ini sinyal keluaran yang dihasilkan akan
mempunyai beda fasa sebesar 180o dari sinyal masukannya. Adapun dalam
menentukan besar sudut beda fasa dari pola lissajous adalah sebagai berikut:
-
ab
Gambar 7.6 Pola Lissajous
Dari gambar diatas sudut dihitung dari persamaan berikut:
b
aarcsin
7.2.2.2 Penguat tak-membalik (Non-inverting Amplifier)
Gambar 7.7 adalah sebuah penguat tak membalik yaitu tegangan keluaran
Vo mempunyai polaritas yang sama dengan tegangan masukkan Ei tahanan
masukan dari penguat pembalik adalah R1, tahanan masukan masukan dari penguat
tak-pembalik luar biasa besarnya, biasanya melebihi 100 Mohm.
Gambar 7.7 Rangkaian Noninverting amplifier (penguat tak membalik)
Karena tegangan Ed antara masukan (+) dan (-) dari Op-amp adalah nol
kedua masukan tersebut berada pada potensial X yang sama. Karenanya Ei tampak
melintasi R1, Ei menyebabkan arus I mengalir seperti diberikan oleh I = Ei/R1.
Arah I tergantung pada polaritas Ei.
Karenanya I mengalir melalui R2 dan penurunan tegangan melintasi R2
dinyatakan oleh VR1 dan dinyatakan sebagai
VR2 = I(R2) = 1
2
R
Rx Ei
Tegangan Vo didapat dengan menambahkan penurunan tegangan melintas
Riyang adalah Ei ketegangan melintasi R2 yang adalah VR2 :
Vo = (1 +1
2
R
R) Ei
Sehingga gain tegangannya adalah :
A = Ei
Vo= 1 +
1
2
R
R
Persamaan tersebut memperlihatkan bahwa gain tegangan dari sebuah
penguat tak pembalik menyamai besarnnya gain sebuah penguat pembalik (R2/R1)
ditambah 1.
7.2.2.3 Penguat Penjumlah
Gambar 7.8 menunjukkan penjumlah tak membalik dua masukan dengan
modal pemahaman analisa rangkaian listrik dapat diketahui bahwa tegangan
masukan (-) nya adalah Ei, didapat darp persamaan simpul :
021
R
EE
R
EE ii
sedemikian rupa sehingga :
R
EEEi
21
Gambar 7.8 Penjumlah tak membalik dua masukan
Kemudian Ei dikalikan dua untuk memperoleh tegangan keluaran Vo:
21 EEVo
Jika isyarat yang harus dijumlahkan lebih dari dua, maka semua hambatan
dipilih yang mempunyai nilai sama kecuali tahanan umpan baliknya. Penjumlah
masukan tak membalik dengan N masukan diperlihatkan pada gambar 7.9
Gambar 7.9 Penguat penjumlah Nmasukan
R2 dibuat sama dengan :
R2 = (n-1)R
n adalah banyaknya masukan. Dan Ei adalah jumlah tegangan-tegangan
masukannya dibagi dengan masukan itu. Kemudian gain penguat tersebut sama
dengan banyaknya masukan. Karenanya Vo maenjumlahkan tegangan-tegangan
masukannya.
7.2.2.4 Penguat Differensial
Rangakaian dasar penguar differensial ditunjukkan pada gambar 7.10.
Hubungan antara input dan output ditunjukkan pada persamaan berikut ini.
43;21
2
1120 |)( RRRR
R
RVVV
Gambar 7.10 Penguat differensial
7.2.3 Sensor Suhu LM35
Aplikasi kontroler ON/OFF pada perancangan modul praktikum ini adalah
untuk mengatur prototipe sistem pengaturan temperatur elemen. Blok plant terdiri
atas elemen besi yang dililit oleh kawat-kawat tembaga atau biasa disebut elemen
pemanas. Suhu dari plant diubah menjadi sinyal listrik berupa tegangan oleh sensor
LM35, yang mempunyai karakteristik tegangan keluaran 0 mV +10 mV/°C.
Sebagai contoh pada saat suhu kamar 27°C maka tegangan keluaran sensor adalah
270 mV. Sensor suhu yang bertujuan untuk mengukur temperatur elemen pemanas
terletak pada rangkaian. Tegangan sensor berkisar antara 270mV-1,5 Volt dengan
10mV mewakili 1C.
Terdapat selang waktu sekitar 1,5 detik, sensor temperatur tidak bereaksi.
Hal ini dikarenakan terdapat jarak antara pemanas dengan sensorsehingga udara
panas yang dihasilakn dari kipas angin membutuhkan waktu untuk mencapai
sensor. Temperamen semacam ini sering dijumpai pada komponen-komponen
yang memiliki sifat transportasi. Selang waktu ini dinamakan sebagai waktu tunda.
7.2.4 Transistor
Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai
sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal
atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat beR2ungsi semacam kran listrik,
dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET),
memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.
Pada umumnya, trnsistor memiliki 3 terminal yaitu Basis (B), Emittor (E)
dan Kolektor (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitter dapat
dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus input
Basis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor.
Transistor merupakan komponen yang sangat penting dalam dunia
elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam
Amplifier (penguat)
Switch (saklar)
Logic gate, memori dan fungsi rangkaian-rangkaian lainnya.
(a) (b)
Gambar 7.11 (a) Simbol transistor BJT NPN (b) Simbol Transistor BJT PNP
7.2.4.1 Cara Kerja Transistor
Dari banyak tipe-tipe transistor modern, pada awalnya ada dua tipe dasar
transistor, bipolar juction transistor (BJT atau transistor bipolar) dan field-effect
transistor (FET), yang masing-masing bekerja secara berbeda.
Transistor bipolar dinamakan demikian karena kanal konduksi utamanya
menggunakan dua polaritas pembawa muatan: elektron dan lubang, untuk
membawa arus listrik. Dalam BJT, arus listrik utama harus melewati satu
daerah/lapisan pembatas dinamakan depletion zone, dan ketebalan lapisan ini dapat
diatur dengan kecepatan tinggi dengan tujuan utnuk mengatur aliran arus utama
tersebut
Fungasi transistor antara lain:
Buffer (Penyangga)
Switch
Penguat (gain)
7.2.4.2 Transistor Sebagai Switch
Cara termudah menggunakan sebuah transistor adalah sebagai sebuah
saklar. Kita mengoperasikan transistor ini pada salah satu dari keadaan saturasi atau
keadaan titik sumbat (cut off) dan bukan dioperasikan pada sepanjang garis beban.
Transistor akan seperti sebuah saklar jika sebuah transistor berada dalam keadaan
saturasi. Transistor tersebut seperti sebuah saklar dalam keadaan tertutup, sehingga
arus akan mengalir dari kolektor ke emitter. Jika transistor berada dalam keadaan
tersumbat (cut off), maka transistor akan seperti sebuah saklar terbuka dari kolektor
ke emitter sehingga arus tidak akan mudah mengalir melalui transistor, seperti
ditunjukkan pada gambar di bawah ini:
Gambar 7.12 Transistor sebagai switch
Dengan mengontrol bias dari transistor hingga komponen ini menjadi jenuh,
maka akan terjadi seolah-olah diperoleh hubungan singkat di antara kaki emitter
dan kaki kolektor. Peristiwa ini dapat dimanfaatkan sebaik mungkin sehingga
transistor bisa dipakai sebagai saklar elektronika.
7.2.5 LED
LED (Light Emitting Diode) atau dioda pemancar cahaya adalah suatu
bahan padat sejenis dioda yang mengkonversi arus listrik menjadi cahaya. Dalam
penggunannya digunakan sebagai penanda berupa nyala lampu pijar. Strukturnya
juga sama dengan dioda, tetapi elektron yang melewati sambungan P-N juga
melepaskan energi berupa energi panas dan energi cahaya. Untuk mendapatkan
emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang dipakai adalah gallium, arsenic,
dan phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang
berbeda pula.
Gambar 7.13 Simbol LED
Pada dasarnya semua warna bisa dihasilkan, namun akan menjadi sangat
mahal dan tidak efisien. Dalam memilih LED selain warna, perlu diperhatikan
tegangan kerja, arus maksimum dan disipasi dayanya.Rumah (chasing) LED dan
bentuknya juga bermacam-macam, ada yang persegi empat, bulat dan lonjong.
Karakteristik LED meyerupai karakteristik dioda pada umumnya, antara lain :
Karakteristik V-I yang sama dengan tegangan bias maju 2,2 volt.
Untuk mengeluarkan emisi cahaya harus diberi bias maju dengan range arus
antara 5-20 mA.
Memiliki tegangan breakdown antara 5-50 volt pada bias mundur.
7.2.6 Aplikasi Kontrol On-Off
7.2.6.1 Kontrol On-Off untuk mengatur suhu
Gambar rangkaiannya adalah sebagai berikut:
Gambar 7.14 Penerapan kontrol on-off pada pengendalian suhu
Rangkaian tersebut mengontrol beban, dalam hal ini adalah led berdasarkan
perbandingan tegangan LM35 sistem terhadap set point(Vref). Sebagai transducer
adalah sensor suhu LM35 yang berungsi untuk mengkonversi besaran suhu ke
beraran listrik berupa tegangan.
Sebagai komparator digunakan op-amp, dengan masukan terinversi (-)
terhubung ke sensor LM35, sedang masukan tak terinversi (+) terhubung ke
potensiometer. Ketika tegangan sensor LM35 di atas atau sama dengan tegangan
referensi, maka tidak ada arus yang mengalir ke transistor sehingga led mati, begitu
juga sebaliknya. Selain sebagai komparator op-amp juga digunakan untuk
membangkitkan tegangan.Untuk beban yang lebih besar cukup dengan mengganti
transistor dengan daya yang lebih besar, atau dengan relay, IGBT, mosfet dan lain-
lain.Dengan plant tersebut kita dapat mengontrol suhu sampai 140oC (maksimal
sampai 150oC, suhu maksimum yang dibenarkan untuk LM35, namun kondisi
seekstrim itu tidak disarankan).
7.3 PENGUJIAN ALAT
7.3.1 Alat dan bahan
1. Laptop.
2. Software Proteus 8.3 SP2.
7.3.2 Cara kerja
1. Sistem On - Off Kontroller secara close loop
1. Merangkai rangkaian seperti gambar berikut.
Gambar7.15 Kontrol on-off pada pengendalian suhu
2. Run program simulasi.
3. Variasikan potensiometer dari 20%-60%.
4. Catat tegangan referensi.
5. Ubah sensor LM35 + atau – sampai LED beralih dari menyala ke
mati.
6. Catat nilai suhu yang tertera pada sensor LM35 serta tegangan
LM35.
7. Ubah sensor LM35 + atau – sampai LED beralih dari mati ke
menyala.
8. Ulangi langkah 6.
9. Ulangi langkah 2-8 sebanyak 2 kali.
2. Pengkondisi Gain
1. Merangkai rangkaian seperti gambar berikut.
Gambar 7.16 Pengkondisian Gain
2. Variasikan V1.
3. Run program simulasi.
4. Catat tegangan input (V1) dan tegangan output (V0).
5. Catat gain percobaan dengan rumus Gpercobaan = Vo/Vi dan Gperhitungan
= -R2/R1.
6. Ulangi langkah 3-6 sebanyak 3 kali.
7.3.3 Data Percobaan
a. On-OffKontroller secara close loop
Tabel 7.1 Data percobaan padaon-offcontroller secaraclose loop
Percobaan R3(Ohm) Vref (V) LED Suhu (ºC) VLM35(V)
1 200 +0.4 Mati 40 +0.4
+0.4 Nyala 39 +0.39
2 400 +0.8 Mati 80 +0.8
+0.8 Nyala 79 +0.79
3 600 +1.2 Mati 120 +1.2
+1.2 Nyala 119 +1.19
b. Pengkondisian Sinyal
Tabel.7.2 Data percobaan pada pengkondisian Sinyal
Percobaan Vin(V) Vout(V) G.percobaan G.perhitungan
1 +1 -2.52 -2.52 -2.5
2 +4 -10 -2.5 -2.5
3 +10 -22.5 -2.25 -2.5
4 +15 -22.5 -1.5 -2.5
5 +20 -22.5 -1.125 -2.5
7.4 ANALISA dan PEMBAHASAN
7.4.1 Kontrol On-Off Kontroller secara close loop
Pada percobaan ini dilakukan pengukuran tegangan LM35, tegangan
referensi dan suhu sensor LM35 pada rangkaian on / off kontroller. Pengukuran ini
dimaksudkan untuk mengetahui besarnya celah differensial. Besar celah diferensial
harus ditentukan berdasarkan beberapa pertimbangan seperti ketelitian yang
diperlukan dan umur komponen. Memperkecil celah differensial akan
menyebabkan kenaikan angka “switching” “on-off” per menit sehingga akan
memperpendek umur ketahanan komponen. Percobaan ini juga bertujuan untuk
mengetahui pengaruh besar kecilnya potensio meter, tegangan LM35, suhu LM35
terhadap kondisi LED.
Tabel 7.3 Data percobaan on - off controller secara close loop
Percobaan R3(Ohm) Vref (V) LED Suhu (ºC) VLM35(V)
1 200 +0.4 Mati 40 +0.4
+0.4 Nyala 39 +0.39
2 400 +0.8 Mati 80 +0.8
+0.8 Nyala 79 +0.79
3 600
+1.2 Mati 120 +1.2
+1.2 Nyala 119 +1.19
Dari percobaan tersebut diketahui bahwa semakin besar potensiometer
semakin besar plua tegangan referensinya dan tegangan LM35. Pada percobaan
potensiometer 200 Ohm pada tegangan LM35 +0.4 LED mati, hal tersebut
dikarenakan tegangan LM35 telah menyamai tegangan referensi atau lebih.Pada
percobaan potensiometer 400 Ohm pada tegangan LM35 +0.8 LED mati, hal
tersebut dikarenakan tegangan LM35 telah menyamai tegangan referensi atau
lebih.Pada percobaan potensiometer 400 Ohm pada tegangan LM35 +1.2 LED
mati, hal tersebut dikarenakan tegangan LM35 telah menyamai tegangan referensi
atau lebih.
Dalam percobaan ini terdapat celah differensial (differensial gap) yang
merupakan daerah harga sinyal penggerak antara posisi on dan off. Celah
differensial ini menyebabkan keluaran kontroler tetap pada harga sekarang sampai
sinyal kesalahan penggerak bergeser sedikit dari harga nol. Dalam hal ini, apabila
celah differensial semakin kecil maka akan menyebabkan relay cepat rusak, jika
diaplikasikan pada relay. Karena itu, untuk pengaplikasian pada relay, celah
diferensial harus diperbesar.
7.4.4 Pengkondisi Sinyal
Pengkondisian sinyal dilakukan sebelum sinyal input akan dimasukkan ke
On-Off kontroller. Kegunaan dari rangkaian pengkondisi sinyal adalah untuk
memperkuat sinyal masukan sampai batas tertentu, sebelum masuk ke on off
kontroller. Pada percobaan pengkondisi sinyal ini menggunakan penguat pembalik
(Inverting Amplifier), dimana pada penguat ini memiliki gain seperti berikut:
1
2,
R
RunganGainPerhit
Vi
VoaanGainPercob ,
Dimana : Vo = tegangan output (Volt)
Vi = tegangan input (Volt)
R2 = Resistor feedback (Ohm)
R1 = Resistor Input (Ohm)
Contoh Perhitungan yaitu pada Vi = 1 Volt, Vo = -2,52 Volt, R2 = 25K Ohm, dan
R1 = 10K Ohm maka gain tegangannya adalah :
Vi
VoaanGainPercob =
1
52,2 = -2,52
5,210
25
1
2
R
RunganGainPerhit
Dengan analogi perhitungan yang sama maka didapat perhitungan gain
percobaan dan gain perhitungan pada percobaan pengkondisi sinyal sebagai
berikut:
Tabel 7.4 Data Perhitungan Gain Pengkondisi sinyal
Percobaan Vin(V) Vout(V) G.percobaan G.perhitungan
1 +1 -2.52 -2.52 -2.5
2 +4 -10 -2.5 -2.5
3 +10 -22.5 -2.25 -2.5
4 +15 -22.5 -1.5 -2.5
5 +20 -22.5 -1.125 -2.5
Dari tabel diatas dapat diketahui bahwa semakin tinggi tegangan input maka
besarnya penguatan pada percobaan akan tetap dan cenderung turun dibandingkan
penguatan perhitungan yang cenderung tetap sertategangan output akan naik ketika
tegangan input dinaikkan, tetapi dengan kondisi negatif. Akan tetapi terdapat
sedikit anomali pada variasi tegangan input +10 volt, 15 volt dan +20 volt, yaitu
nilai V out yang berubah menjadi -22.5 dan tetap meskipun tegangan input
dinaikkan lagi. Nilai gain juga berubah menjadi -2.25, -1.5 dan -1.125, bukan
konstan seperti pada tegangan input dibawah +10 volt. Hal ini dikarenakan adanya
batasan tegangan input pada IC TL 084 dimana tegangan input dibatasi pada nilai
± 10 volt. Pemberian tegangan input diatas 10 volt (pada input inverting) dan
dibawah -10 volt (pada input non inverting) akan menyebabkan perubahan nilai
penguatan dari IC tersebut. Selain itu, hal ini disebabkan karena tegangan output
dalam percobaan ini dipengaruhi oleh tegangan suplai op-amp itu sendiri, dalam
percobaan ini suplai Op-Amp adalah 24 volt. Hal ini akan menyebabkan output
selalu lebih kecil dari tegangan suplai, sekalipun secara perhitungan penguatannya
bisa lebih dari 24 volt.
Gambar 7.17 Grafik hubungan tegangan input dan tegangan output
Dari grafik tersebut dapat diketahui percobaan pengkondisi sinyal ini
memakai penguat inverting dikarenakan polaritas tegangan keluaran cenderung
terbalik dari polaritas masukan. Untuk alasan ini, bila masukannya (-) dan
keluarannya (+) dan bila masukannya (+) keluarannya (-).
-25
-20
-15
-10
-5
0
0 5 10 15 20 25
V o
utp
ut
V input
Grafik Hubungan Vin - Vout
7.5 PENUTUP
7.5.1 Kesimpulan
1. Pada percobaan on – offcontroller secara close loop pada percobaan 1
ketika LED pada keadaan menyala didapatkan suhu sebesar 390C dan
pada keadaan LED mati didapatkan suhu sebesar 400C dan range
suhunya sebesar 10.Pada percobaan 2 ketika LED dalam keadaan aktif
didapatkan suhu sebesar 790C dan pada keadaan LED tidak aktif
didapatkan suhu sebesar 800C dan range suhunya sebesar 10.Pada
percobaan 3 ketika LED dalam keadaan aktif didapatkan suhu sebesar
1190C dan pada keadaan LED tidak aktif didapatkan suhu sebesar
1200C dan range suhunya sebesar 10.
2. Pada percobaan on – offcontroller secara close loop, celah diferensial
yang terjadi adalah 10C, atau sensor LM35 akan merepresentasikan
sebesar 0.01 volt.
3. Pada percobaan kontrol on-off kontroller secara close loop semakin
besar nilai potensiometer semakin besar pula tegangan referensinya
serta suhu dan tegangan LM35.
4. Pada percobaan kontrol on-off kontroller secara close loop jika tegangan
LM35 menyamai atau melebihi tegangan referensi maka LED akan mati
5. Dari percobaan tersebut diketahui bahwa semakin besar potensiometer
semakin besar pula tegangan referensinya dan tegangan LM35.
6. Pada percobaan pengkondisian sinyal semakin tinggi tegangan input
maka besarnya penguatan akan tetap dan cenderung turun seperti yang
tertera pada percobaan 3,4 dan juga 5.
7. Pada percobaan 1 pengkondisian sinyal didapatkan gain percobaan
sebesar -2.52 (inverting) dan gain perhitungan sebesar -2.5.
8. Pada variasi tegangan ke 2 percobaan pengkondisian sinyal, inputnya 4
volt dan outputnya adalah -10 volt. Hasilnya adalah gain negatif,
membuktikan bahwa percobaan menggunakan inverting amplifier.
9. Terjadi perbedaan antar gain percobaan dan perhitungan dimana gain
perhitungan nilainya tetap dan gain percobaan cenderung turun apabila
V input diatas 10 V, hal ini dikarenakan adanya batasan tegangan input
pada IC TL 084 dimana tegangan input dibatasi pada nilai 10 V
10. Pada percobaan pengkondisian sinyal, pada tegangan 10 volt keatas,
penguatan percobaan tidak tetap, hal ini disebabkan karena adanya
pembatasan tegangan input dari datasheet, dan tegangan penguatan tidak
bisa melebihi tegangan suplai. Tegangan tidak akan lebih dari 24 volt
karena tegangan suplai nya adalah 24 volt.
7.5.2 Saran
1. Seharusnya praktikum menggunakan modul yang sebenarnya tidak
menggunakan simulasi agar dapat mengetahui aplikasi On/Off dalam
kenyataan.
2. Sebaiknya kontroler ON/OFF hanya digunakan pada plant-plant yang
bersifat lamban dan tidak membutuhkan presisi tinggi. contohnya:
setrika.
DAFTAR PUSTAKA
1. Buku Petunjuk Praktikum Dasar Sistem Kontrol, Teknik Elektro
Universitas Diponegoro, Semarang, 2008.
2. Malvino,Prinsip-Prinsip Elektronika, Erlangga, Jakarta, 1985
3. Robert F. Coughlin Fredericck F. Driscoll, Penguat Operasional dan
Rangkaian Terpadu Linier, Penerbit Erlangga Jakarta 1985.
4. Wasito.S, Vademekum Elektronika, Edisi II, Gramedia Jakarta, 1995.
.