Voltage Follower

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

a) Prosedur

b) Rangkaian simulasi dan prinsip kerja

c) Video simulasi

6. Download File

1. Pendahuluan [kembali]

Voltage follower, juga dikenal sebagai unity gain amplifier, adalah jenis sirkuit elektronik yang memiliki karakteristik unik di mana tegangan outputnya sama dengan tegangan inputnya. Hal ini dicapai dengan menggunakan operational amplifier (op-amp) dengan gain tegangan yang sangat tinggi.

Salah satu kegunaan utama dari voltage follower adalah sebagai buffer antara sumber sinyal dengan beban, karena memiliki impedansi input yang tinggi dan impedansi output yang rendah. Dengan demikian, voltage follower mampu menghasilkan tegangan output yang stabil tanpa mempengaruhi sumber sinyal.

Selain itu, voltage follower juga digunakan dalam aplikasi di mana diperlukan isolasi tegangan antara dua bagian sirkuit, atau untuk mengubah impedansi sinyal. Meskipun sederhana dalam desainnya, voltage follower memiliki peran yang penting dalam menjaga integritas sinyal dalam sistem elektronik.

2. Tujuan [kembali]

Dapat memahami peng-aplikasian Op-Amp, detektor, dan amplifier
Dapat memahami rangkaian Op-Amp, detektor, dan amplifier
Dapat mensimulasikan rangkaian Op-Amp, detektor, dan amplifier
Membuat rangkaian kontrol kebun dengan menggunakan touch sensor, rain sensor, dan sound sensor.

3. Alat dan Bahan [kembali]

Alat / Instrumen
1) DC Voltmeter

DC Voltmeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besar tengangan pada suatu komponen. Cara pemakaiannya adalah dengan memparalelkan kaki2 Voltmeter dengan komponen yang akan diuji tegangannya.

Berikut adalah Spesifikasi dan keterangan Probe DC Volemeter

Generators
1. Power Supply

Berfungsi sebagai sumber daya bagi sensor ataupun rangkaian.

Spesifikasi :
Input voltage: 5V-12V
Output voltage: 5V
Output Current: MAX 3A
Output power:15W
conversion efficiency: 96%

2. Baterai

Baterai merupakan sebuah alat yang mengubah energi kimia yang tersimpan menjadi energi listrik. Pada percobaan kali ini, baterai berfungsi sebagai sumber daya atau.

Spesifikasi dan Pinout Baterai:

Input voltage: ac 100~240v / dc 10~30v
Output voltage: dc 1~35v
Max. Input current: dc 14a
Charging current: 0.1~10a
Discharging current: 0.1~1.0a
Balance current: 1.5a/cell max
Max. Discharging power: 15w
Max. Charging power: ac 100w / dc 250w
Jenis batre yg didukung: life, lilon, lipo 1~6s, lihv 1-6s, pb 1-12s, nimh, cd 1-16s
Ukuran: 126x115x49mm
Berat: 460gr

Bahan

1) Resistor

Resistor adalah komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika (V=I R).

Cara menghitung nilai resistor:
Tabel warna

Contoh :
Gelang ke 1 : Coklat = 1
Gelang ke 2 : Hitam = 0
Gelang ke 3 : Hijau = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105
Gelang ke 4 : Perak = Toleransi 10%
Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.

Spesifikasi:

2) Dioda

Spesifikasi

Untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Oleh karena itu, Dioda sering dipergunakan sebagai penyearah dalam Rangkaian Elektronika. Dioda pada umumnya mempunyai 2 Elektroda (terminal) yaitu Anoda (+) dan Katoda (-) dan memiliki prinsip kerja yang berdasarkan teknologi pertemuan p-n semikonduktor yaitu dapat mengalirkan arus dari sisi tipe-p (Anoda) menuju ke sisi tipe-n (Katoda) tetapi tidak dapat mengalirkan arus ke arah sebaliknya.

3) Transistor

Merupakan transistor tipe NPN yang digunakan untuk switching agar mengaktifkan kontak relay dan relay tersebut akan memberikan kontak pada motor DC dan output lainnya.

Spesifikasi :

Bi-Polar Transistor
DC Current Gain (hFE) is 800 maximum
Continuous Collector current (IC) is 100mA
Emitter Base Voltage (VBE) is > 0.6V
Base Current(IB) is 5mA maximum

4) Op Amp - LM741

Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional.

Konfigurasi PIN LM741

Spesifikasi:

5) Switch atau Button

Switch adalah suatu komponen jaringan komputer yang berfungsi untuk menghubungkan beberapa perangkat untuk meneruskan data ke perangkat yang dituju.

Pinout :

Spesifikasi:

6) Sensor Touch

Merupakan sensor yang mendeteksi sentuhan. Sensor Sentuh ini pada dasarnya beroperasi sebagai sakelar apabila disentuh, seperti sakelar pada lampu, layar sentuh ponsel dan lain sebagainya. Sensor Sentuh ini dikenal juga sebagai Sensor Taktil.

Pin Out

Spesifikasi

Grafik Respon Sensor Touch

7) Sensor PIR

Sensor pir adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya pancaran sinar infra merah. Sensor pir ini bersifat pasif, artinya sensor ini tidak memancarkan sinar infra merah tetapi hanya menerima radiasi sinar infra merah dari luar

Pin OUT

Spesifikasi:
Vin : dc 5v 9v.
Radius : 180 derajat.
Jarak deteksi : 5 7 meter.
Output : digital ttl.
Memiliki setting sensitivitas.
Memiliki setting time delay.
Dimensi : 3,2 cm x 2,4 cm x 2,3 cm.
Berat : 10 gr.
Grafik Respons Sensor PIR

8) Sensor Api

Sensor api atau Flame sensor merupakan salah satu alat pendeteksi kebakaran melalui adanya nyala api yang tiba-tiba muncul. Besarnya nyala api yang terdeteksi adalah nyala api dengan panjang gelombang 760 nm sampai dengan 1.100 nm. Transducer yang digunakan dalam mendeteksi nyala api adalah infrared.

Kegunaan dari masing masing Pin pada sensor api adalah :

Pin1 (VCC pin: Sumber tegangan berkisar dari 3.3V to 5.3V
Pin2 (GND): Merupakan pin ground
Pin3 (AOUT): Merupakan output analog
Pin4 (DOUT): Merupakan outpun digital

Spesifikasi:

Spectrum range: 760nm ~ 1100nm
Detection angle: 0 - 60 degree
Power: 3.3V ~ 5.3V
Operating temperature: -25℃ ~ 85℃
Dimension: 27.3mm * 15.4mm
Mounting holes size: 2.0mm

Grafik :

9) Logicstate

Gerbang Logika (Logic Gates) adalah sebuah entitas untuk melakukan pengolahan input-input yang berupa bilangan biner (hanya terdapat 2 kode bilangan biner yaitu, angka 1 dan 0) dengan menggunakan Teori Matematika Boolean sehingga dihasilkan sebuah sinyal output yang dapat digunakan untuk proses berikutnya.

Pinout

10) LED
Pinout

Tegangan LED menurut warna yang dihasilkan:
Infra merah : 1,6 V.
Merah : 1,8 V – 2,1 V.
Oranye : 2,2 V.
Kuning : 2,4 V.
Hijau : 2,6 V.
Biru : 3,0 V – 3,5 V.
Putih : 3,0 – 3,6 V.
Ultraviolet : 3,5 V.
11) Relay

Spesifikasi

Relay umumnya adalah tegangan input 5 VDC, 12 VDC atau 48 VDC. Untuk common dan NO NC umumnya 220 vac dengan arus kerja 10 A.

Konfigurasi pin Relay dihubungkan ke 5V
GND dihubungkan ke GND
IN1/Data dihubungkan ke pin 2

Pinout

12) Motor

Motor Listrik DC atau DC Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion). Motor DC ini juga dapat disebut sebagai Motor Arus Searah. Seperti namanya, DC Motor memiliki dua terminal dan memerlukan tegangan arus searah atau DC (Direct Current) untuk dapat menggerakannya. Motor Listrik DC ini biasanya digunakan pada perangkat-perangkat Elektronik dan listrik yang menggunakan sumber listrik DC seperti Vibrator Ponsel, Kipas DC dan Bor Listrik DC.

Spesifikasi

Pinout

Grafik Respons:

13) Buzzer

Buzzer Elektronika adalah sebuah komponen elektronika yang dapat menghasilkan getaran suara berupa gelombang bunyi. Buzzer elektronika akan menghasilkan getaran suara ketika diberikan sejumlah tegangan listrik dengan taraf tertentu sesuai dengan spesifikasi bentuk dan ukuran buzzer elektronika itu sendiri.

Buzzer Pin Configuration

Pin Number	Pin Name	Description
1	Positive	Identified by (+) symbol or longer terminal lead. Can be powered by 6V DC
2	Negative	Identified by short terminal lead. Typically connected to the ground of the circuit

Buzzer Features and Specifications

Rated Voltage: 6V DC
Operating Voltage: 4-8V DC
Rated current: <30mA
Sound Type: Continuous Beep
Resonant Frequency: ~2300 Hz
Small and neat sealed package
Breadboard and Perf board friendly

14) Ground

Sistem ground yang merupakan sebuah titik referensi tegangan yang memiliki nilai “nol”. Titik “nol” pada listrik AC & DC Untuk rangkaian DC, ground merupakan jalur kabel listrik yang berhubungan dengan kutub negatif (-) dari baterai/accu. Atau dengan kata lain ground ini digunakan untuk meniadakan beda potensial dengan mengalirkan arus sisa dari kebocoran tegangan atau arus pada rangkaian.

4. Dasar Teori [kembali]

1) Resistor

Simbol :

Resistor adalah komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika (V=I R).

Jenis Resistor yang digunakan disini adalah Fixed Resistor, dimana merupakan resistor dengan nilai tetap terdiri dari film tipis karbon yang diendapkan subtrat isolator kemudian dipotong berbentuk spiral. Keuntungan jenis fixed resistor ini dapat menghasilkan resistor dengan toleransi yang lebih rendah.

Cara menghitung nilai resistor:

Tabel warna

Contoh :

Gelang ke 1 : Coklat = 1

Gelang ke 2 : Hitam = 0

Gelang ke 3 : Hijau = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105

Gelang ke 4 : Perak = Toleransi 10%

Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.

2) Dioda

Spesifikasi

Dioda adalah komponen yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Sebuah Dioda dibuat dengan menggabungkan dua bahan semi-konduktor tipe-P dan semi-konduktor tipe-N. Ketika dua bahan ini digabungkan, terbentuk lapisan kecil lain di antaranya yang disebut depletion layer. Ini karena lapisan tipe-P memiliki hole berlebih dan lapisan tipe-N memiliki elektron berlebih dan keduanya mencoba berdifusi satu sama lain membentuk penghambat resistansi tinggi antara kedua bahan seperti pada gambar di bawah ini. Lapisan penyumbatan ini disebut depletion layer.

Ketika tegangan positif diterapkan ke Anoda dan tegangan negatif diterapkan ke Katoda, dioda dikatakan dalam kondisi bias maju. Selama keadaan ini tegangan positif akan memompa lebih banyak hole ke daerah tipe-P dan tegangan negatif akan memompa lebih banyak elektron ke daerah tipe-N yang menyebabkan depletion layer hilang sehingga arus mengalir dari Anoda ke Katoda. Tegangan minimum yang diperlukan untuk membuat dioda bias maju disebut forward breakdown voltage.

Jika tegangan negatif diterapkan ke anoda dan tegangan positif diterapkan ke katoda, dioda dikatakan dalam kondisi bias terbalik. Selama keadaan ini tegangan negatif akan memompa lebih banyak elektron ke material tipe-P dan material tipe-N akan mendapatkan lebih banyak hole dari tegangan positif yang membuat depletion layer lebih besar dan dengan demikian tidak memungkinkan arus mengalir melaluinya. Kondisi ini hanya terjadi pada dioda yang ideal, kenyataannya arus yang kecil tetap dapat mengalir pada bias terbalik dioda.

Dioda dapat dibagi menjadi beberapa jenis:

1. Dioda Penyearah (Dioda Biasa atau Dioda Bridge) yang berfungsi sebagai penyearah arus AC ke arus DC.

2. Dioda Zener yang berfungsi sebagai pengaman rangkaian dan juga sebagai penstabil tegangan.

3. Dioda LED yang berfungsi sebagai lampu Indikator ataupun lampu penerangan.

4. Dioda Photo yang berfungsi sebagai sensor cahaya.

5. Dioda Schottky yang berfungsi sebagai Pengendali.

Untuk menentukan arus zenner berlaku persamaan:

Keterangan:

Pada grafik terlihat bahwa pada tegangan dibawah ambang batas tegangan mundur (reverse) sebuah dioda akan tembus (menghantar) dan tidak bisa menahan lagi. Batas ini disebut dengan area tegangan breakdown dioda. Kondisi dioda pada area ini adalah tembus atau menghantar dan tidak menghambat. Kemudian pada level tegangan diantara tegangan breakdown dan tegangan forward terdapat area tegangan reverse dan tegangan cut off. Pada area ini kondisi dioda adalah menahan atau tidak mengalirkan arus listrik.

3) Transistor

Transistor adalah sebuah komponen di dalam elektronika yang diciptakan dari bahan-bahan semikonduktor dan memiliki tiga buah kaki. Masing-masing kaki disebut sebagai basis, kolektor, dan emitor.

1. Emitor (E) memiliki fungsi untuk menghasilkan elektron atau muatan negatif.

2. Kolektor (C) berperan sebagai saluran bagi muatan negatif untuk keluar dari dalam transistor.

3. Basis (B) berguna untuk mengatur arah gerak muatan negatif yang keluar dari transistor melalui kolektor.

Berfungsi sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. Selain itu, transistor biasanya juga dapat digunakan sebagai saklar dalam rangkaian elektronika. Jika ada arus yang cukup besar di kaki basis, transistor akan mencapai titik jenuh. Pada titik jenuh ini transistor mengalirkan arus secara maksimum dari kolektor ke emitor sehingga transistor seolah-olah short pada hubungan kolektor-emitor. Jika arus base sangat kecil maka kolektor dan emitor bagaikan saklar yang terbuka. Pada kondisi ini transistor dalam keadaan cut off sehingga tidak ada arus dari kolektor ke emitor.

Rumus-rumus transistor:

Spesifikasi :

Bi-Polar Transistor
DC Current Gain (hFE) is 800 maximum
Continuous Collector current (IC) is 100mA
Emitter Base Voltage (VBE) is > 0.6V
Base Current(IB) is 5mA maximum

Konfigurasi Transistor

Konfigurasi Common Base adalah konfigurasi yang kaki Basis-nya di-ground-kan dan digunakan bersama untuk INPUT maupun OUTPUT. Pada Konfigurasi Common Base, sinyal INPUT dimasukan ke Emitor dan sinyal OUTPUT-nya diambil dari Kolektor, sedangkan kaki Basis-nya di-ground-kan. Oleh karena itu, Common Base juga sering disebut dengan istilah “Grounded Base”. Konfigurasi Common Base ini menghasilkan Penguatan Tegangan antara sinyal INPUT dan sinyal OUTPUT namun tidak menghasilkan penguatan pada arus.

Konfigurasi Common Collector (CC) atau Kolektor Bersama memiliki sifat dan fungsi yang berlawan dengan Common Base (Basis Bersama). Kalau pada Common Base menghasilkan penguatan Tegangan tanpa memperkuat Arus, maka Common Collector ini memiliki fungsi yang dapat menghasilkan Penguatan Arus namun tidak menghasilkan penguatan Tegangan. Pada Konfigurasi Common Collector, Input diumpankan ke Basis Transistor sedangkan Outputnya diperoleh dari Emitor Transistor sedangkan Kolektor-nya di-ground-kan dan digunakan bersama untuk INPUT maupun OUTPUT. Konfigurasi Kolektor bersama (Common Collector) ini sering disebut juga dengan Pengikut Emitor (Emitter Follower) karena tegangan sinyal Output pada Emitor hampir sama dengan tegangan Input Basis.

Konfigurasi Common Emitter (CE) atau Emitor Bersama merupakan Konfigurasi Transistor yang paling sering digunakan, terutama pada penguat yang membutuhkan penguatan Tegangan dan Arus secara bersamaan. Hal ini dikarenakan Konfigurasi Transistor dengan Common Emitter ini menghasilkan penguatan Tegangan dan Arus antara sinyal Input dan sinyal Output. Common Emitter adalah konfigurasi Transistor dimana kaki Emitor Transistor di-ground-kan dan dipergunakan bersama untuk INPUT dan OUTPUT. Pada Konfigurasi Common Emitter ini, sinyal INPUT dimasukan ke Basis dan sinyal OUTPUT-nya diperoleh dari kaki Kolektor.

4) Op Amp - LM741

Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional.

Karakteristik penguat ideal adalah:

Gain sangat besar (AOL >>). Penguatan open loop adalah sangat besar karena feedback-nya tidak ada atau RF = tak terhingga, serta pada rentang frekuensi yang luas.
Impedansi input sangat besar (Zi >>). Impedansi input adalah sangat besar sehingga arus input ke rangkaian dalam op-amp sangat kecil sehingga tegangan input sepenuhnya dapat dikuatkan.
Impedansi output sangat kecil (Zo <<).

Konfigurasi PIN LM741:

Spesifikasi:

Respons karakteristik kurva I-O:

5) Sensor Touch

Pin Out

Spesifikasi

Grafik Respon Sensor Touch

6) Sensor PIR

Pin OUT

Spesifikasi:

Vin : dc 5v 9v.
Radius : 180 derajat.
Jarak deteksi : 5 7 meter.
Output : digital ttl.
Memiliki setting sensitivitas.
Memiliki setting time delay.
Dimensi : 3,2 cm x 2,4 cm x 2,3 cm.

Berat : 10 gr.

Grafik Respons Sensor PIR:

7). Sensor Api

Kegunaan dari masing masing Pin pada sensor api adalah :

Pin1 (VCC pin: Sumber tegangan berkisar dari 3.3V to 5.3V
Pin2 (GND): Merupakan pin ground
Pin3 (AOUT): Merupakan output analog
Pin4 (DOUT): Merupakan outpun digital

Spesifikasi:

Spectrum range: 760nm ~ 1100nm
Detection angle: 0 - 60 degree
Power: 3.3V ~ 5.3V
Operating temperature: -25℃ ~ 85℃
Dimension: 27.3mm * 15.4mm
Mounting holes size: 2.0mm

Grafik:

5. Percobaan [kembali]

a) Prosedur

Siapkan semua bahan dan alat
Hubungkan semua bahan dan alat
Atur tegangan dan hambatan
Jalankan simulasi
Jika terjadi kesalahan, periksa rangkaian kembali

b) Rangkaian simulasi dan prinsip kerja

Gambar Rangkaian

Prinsip Kerja

1. Touch Sensor

Secara umum touch sensor berfungsi untuk membuka pintu brangkas. Pada saat test pin berlogika 1 maka pintu brangkas akan terbuka.

Secara rinci, pada saat touch sensor mengalirkan arus ke resistor 5k, kemudian mengalir ke rangkaian voltage follower, dimana pada rangkaian ini terjadi 1x, sehingga Vout=Vin. Kemudian arus mengalir ke resistor 10k,b kemudian dilanjutkan ke kaki base menuju kaki emitor menuju ground, dan terdeteksi bahwa Vbe lebih dari 0,7 V, yang berarti transistor on. Kemudian arus mengalir ke kumparan delay menuju ke kaki kolektor menuju emitor dan menuju ground. Karena transistor on, membuat relay berpindah dari kanan ke kiri sehingga terjadi rangakaian loop dari baterai menuju motor, sehingga motor hidup.

2. PIR Sensor

Secara umum PIR sensor berfungsi untuk mendeteksi gerakan yang mencurigakan. Pada saat test pin berlogika 1 maka lampu alarm dan alarm aktif.

Secara rinci, pada saat PIR sensor mengalirkan arus ke resistor 5k, kemudian mengalir ke rangkaian voltage follower, dimana pada rangkaian ini terjadi 1x, sehingga Vout=Vin. Kemudian arus mengalir ke resistor 10k,b kemudian dilanjutkan ke kaki base menuju kaki emitor menuju ground, dan terdeteksi bahwa Vbe lebih dari 0,7 V, yang berarti transistor on. Kemudian arus mengalir ke kumparan delay menuju ke kaki kolektor menuju emitor dan menuju ground. Karena transistor on, membuat relay berpindah dari kanan ke kiri sehingga terjadi rangakaian loop dari baterai menuju motor, sehingga motor hidup.

3. Flame Sensor

Secara umum flame sensor berfungsi untuk memancarkan air apabila terjadi kebakaran. Pada saat test pin berlogika 1 maka motor bergerak untuk memancarkan air.

Secara rinci, pada saat flame sensor mengalirkan arus ke resistor 5k, kemudian mengalir ke rangkaian voltage follower, dimana pada rangkaian ini terjadi 1x, sehingga Vout=Vin. Kemudian arus mengalir ke resistor 10k,b kemudian dilanjutkan ke kaki base menuju kaki emitor menuju ground, dan terdeteksi bahwa Vbe lebih dari 0,7 V, yang berarti transistor on. Kemudian arus mengalir ke kumparan delay menuju ke kaki kolektor menuju emitor dan menuju ground. Karena transistor on, membuat relay berpindah dari kanan ke kiri sehingga terjadi rangakaian loop dari baterai menuju motor, sehingga motor hidup.

c) Video Simulasi

6. Download File [kembali]

Rangkaian Simulasi klik disini
Rangkaian Simulasi Aplikasi Voltage Follower klik disini
Datasheet LM741 klik disini
Datasheet PIR Sensor klik disini
Datasheet Voltmeter klik disini
Datasheet Amperemeter klik disini
Datasheet Osiloskop klik disini
Video Penjelasan klik disini

[menuju awal]

Search This Blog

ALFI SYUKRI