BAB II LANDASAN TEORI

BAB II Landasan Teori

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1

Tinjauan Pustaka

Pada Proyek Akhir ini PLC yang digunakan merupakan salah satu jenis PLC baru yang dimiliki oleh institusi Politeknik Negeri Bandung. Dengan adanya pembuatan perangkat keras simulator Hotwater Tank Easy Veep 2.1 diharapkan membantu mahasiswa dan para trainer untuk mempelajari PLC FESTO dapat

secara nyata.

PLC Festo ini merupakan jenis PLC yang bisa digunakan pada aplikasi sehari-hari. hari. Selain PLC tersebut disediakan juga beberapa modul perangkat keras praktikum yang dapat disimulasikan dengan menggunakan perangkat perangkat lunak easy veep dan perangkat keras tersebut berbentuk easy port. Easy port yang dimiliki merupakan tipe easy port yang menggunakan USB sebagai penghubung antara PLC tersebut dengan Komputer (PC). Easy veep adalah perangkat lunak yang digunakan untuk bahan simulator dari PLC FESTO, didalam easy veep ini tedapat modul-modul modul modul aplikasi dari FESTO FEC 34. PLC Festo ini merupakan salah satu alat yang dipersiapkan oleh institusi Politeknik Negeri Bandung sebagai bahan ajar untuk praktikum di UPT PLC POLBAN, jadi dengan adanya Perangkat Keras Simulator Hotwater Tank Pada Easy Veep 2.1 Berbasis PLC Festo mahasiswa tidak hanya dapat mensimulasikan tetapi dapat menerapkan hasil pembelajaran PLC langsung pada aplikasi perangkat keras. Materi yang dibahas yaitu PLC, PLC, PLC FESTO, Easy Veep 2.1, relay, solenoide valve, pompa air, IC LM35 dan perangkat lunak (software).

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

5


2.2

Easy Veep

2.2.1 Pengenalan Easy Veep

Easy Veep adalah sebuah softwere yang dirancang sedemikian rupa agar

menyerupai dengan plant aslinya oleh festo didactic system dengan tujuan sebagai simulasi dari proyek yang telah dibuat di PLC FESTO tersebut. Dengan simulator ini maka hardwere yang berupa plant dapat digantikan menggunakan simulasi 2dimensi ini yang dirancang nyata dan atraktif.

Untuk menggunakan Easy Veep ini membutuhkan : 

Sebuah PC dengan OS windows 95 atau yang lebih tinggi



PLC dengan 24 Vdc yang bisa dipakai sebagai interface ke komputer



Easy sy Veep interface untuk menghubungkan antara PLC dengan komputer (PC)

2.2.2

Hot Water Tank Easy Veep Bagian ini adalah simulasi diantara banyak simulasi yang ada dalam Easy

Veep yaitu membahas dan dapat dipelajari contoh-contoh contoh contoh penggunaannya. Hot Water Tank adalah modul tangki yang menggunakan air pada pipa yang berfungsi sebagai jalur penghubung antar air dengan tangki. Modul ini akan mengatur alur jumlah air dan memanaskannya serta apabila air mencapai suhu yang telah ditentukan oleh pemogram maka air itu dapat dikeluarkan secara otomatis.


6


Gambar 2.1 Tampilan Hot Water Tank Pada Easy Veep

2.3

Pengenalan PLC

Dalam bidang industri penggunaan mesin otomatis dan pemrosesa pemrosesan secara otomatis merupakan hal yang semestinya. Sistem pengontrolan dengan elektromekanik dengan menggunakan relay-relay relay relay mempunyai banyak kelemahan diantarnya kontak-kontak kontak tersebut akan rusak karena panas atau terbakar atau karena hubungan bungan singkat (short ( circuit), selain itu dibutuhkann pula biaya yang cukkup besar saat instalasi, pemeliharaan dan modifikasi dari sistem yang telah dibuat jia kemudian diperlukan modifikasi. Dengan menggunakan Programmable Logic Control (PLC) hal hal-hal ini dapat di atasi, karena sistem PLC mengintegrasikan berbagai macam komponen yang berdiri sendiri menjadi satu sistem kendali terpadu dan dengan mudah untuk merenvasi tanpa harus merubah instrument yang ada. Adapun sistem kontrol dengan PLC di Industri memenuhi beberapa kriteria diantaranya :


7


 Pemograman yang y sederhana  Perubahan program tanpa harus merubah sistem secara keseluruhan.  Lebih kecil ecil dalam ukuran, dan dapat diandalkan diandalkan kinerjanya dibandingkan

dengan kontrol relay.

 Biaya perawatan yang murah dan mudah.

Programmable Logic Control (PLC) diperkenalkan pertama kali pada tahun

1969 oleh Richard E. Morley yang merupakan pendiri dari Modicon Corporation Corporation. Sistem komunikasi pada PLC menggunakan sinyal biner (logic on on-off), sehingga

dengan sinyal ini PLC mempunyai keuntungan bahwa sinyal ini ini dapat digunakan

dalam kontrol program yang diproses secara digital dan disimpan dalam memori elektronik. Sinyal inilah yang digunakan sebagai sinyal kontrol untuk mengendalikan aktuator. Alat at ini mempunyai kemampuan menyimpan instruksi--instruksi untuk melaksanakan elaksanakan fungsi kendali atau melaksanakan suatu perintah kerja yang sekuensial, perhitungan aritmatik, pemrosesan numerik, sarana komunikasi dari suatu proses. PLC adalah elemen sistem kendali yang fungsi pengendalianya dapat diprogram sesuai dengan kebutuhan. kebutuhan. PLC telah mampu berkomunikasi dengan operator, dengan modul-modul modul kendali tertentu PID kontroler, multi multichannel analog I/O, berkomunikasi dengan computer atau PLC lain, juga dapat mentransmisikan data untuk keperluan pengontrolan jarak jauh (remote (remote). Programmable Logic Control (PLC) memiliki fungsi dan kegunaan yang dapat di katakan hampir tidak terbatas. Tapi dalam prakteknya fungsi dari PLC dapat dibagi secara umum dan secara khusus. Secara umum um fungsi dari PLC adalah sebagai berikut : 1.

Kontrol Sekuensial uensial PLC memproses input berupa sinyal biner menjadi output yang digunakan

untuk keperluan pemprosesan teknik secara berurutan (sekuensial), disini PLC menjaga agar semua step/langkah dalam proses sekuensial berlangsung dalam urutan yang tepat.


8


2.

Monitoring Plant

PLC secara terus menerus (real time) memonitor status suatu sistem

(misalnya temperatur, tekanan, level ketinggian, dan flow) lewat bantuan HMI(Human Macine Interface) untuk menerjemahkan dari bahasa mesin ke tampilan yang mudah ah dimengerti di manusia sehingga dapat memberikan pesan pada

operator untuk memudahkan mengambil tindakan selanjutnya ataupun PLC itu sendiri sudah diprogram untuk otomatis bila sistem tersebut melebihi batas nilai tertentu maka akan mengambil tindakan yang diperlukan sehubungan sehubungan dengan yang dikontrol. proses Keuntungan dari PLC antara lain :



Mudah

untuk

memprogramdan

mengubah

program

sesuai

kebutuhan 

Pengkabelan relatif lebih sederhana untuk sistem yang kompleks



Mempunyai ukuran yang kompak dan praktis serta bersifal multimodul dan fleksible untuk diinstaal di lapangan industri



Aplikasi Universal



Relatif lebih sedikit menggunakan komponen



Konsumsi daya relatif rendah



Pemeliharaan dan perbaikan yang mudah apabila apabila terjadi kesalahan sistem

2.4

Perangkat PLC Pada dasarnya PLC mempunya struktur atau sistem yang mirip dengan

komputer yaitu berbasiskan mikroprosessor. Komponen dasar PLC adalah sebagai berikut : 1.

Central Proscessing/Controlling Unit Central Proscessing/Controlling Unit (CCU) berfungsi sebagai otak atau

pusat yangg mengendalikan serta mengawasi operasi dan sistem pengolah data dalam PLC yang dapat dengan mudah diprogram dengan menggunakan pengontrol peralatan. Central Proscessing/Controlling Unit (CCU) ini merupakan sebuah mikroprosessor.


9


2.

Struktur input/output

Modul input/output dari PLC adalah sistem komunikasi PLC dengan dunia

luar, maka PLC mampu mengendalikan dan mengawasi suatu proses. Tiap I/O memiliki ki alamat tersendiri yang akan digunakan pada program. Unit I/O ini mempunyai karakeristik yang berbeda-beda berbeda sesuai dengan jenis atau tipe PLC

nya. Modul input PLC berhubungan dengan elemen sensor yang memberikan informasi keadaan proses. Sinyal informasi ini akan diolah sesuai dengan program yang telah dibuat oleh CCU. Modul output PLC berhubungan dengan elemen actuator yang akan memberikan aksi kendali kepada plant.

3.

Program device Program device ini adalah sistem yang terinteraksi dengan pemakai. Jadi,

alat ini memudahkan pemakai untuk meprogram dan mengubah program PLC. Alat ini dapat berupa hand held programmer/console programmer/console berbentuk seperti kalkulator kecil untuk memasukan program. Apabila PLC tersebut sudah terprogram, maka alat ini tidak diperlukan lagi dan PLC akan bekerja secara mandiri. 2.5

Pemograman PLC Festo Didactic Pada dasarnya setiap PLC memiliki karakteristik bahasa pemograman

tersendiri, namun memiliki prinsip yang sama yaitu dengan ladder ddiagram, intruction list dan function func chart. 2.5.1

Ladder Diagram Disebut ladder diagram karena teknik pemrograman ini menggunakan

diagram yang bentuknya mirip seperti seperti tangga. Sistem penulisan program dengan ladder diagram ini adalah teknik yang paling populer karena sudah banyak digunakan dalam penggambaran rangkaian control dengan menggunakan relay dan kontaktor.


10


Gambar 2.2 Contoh Ladder Diagram

Pemograman ladder diagram pada dasarnya memiliki fungsi seperti relay yaitu mengenali normally open dan normaly close. Tampilan Tampilan urutan kerja sinyal listrik sesuai dengan aksi yang diberikan. Berikut adalah simbol pada PLC:



Fungsi-fungsi fungsi Blok

fungsi fungsi blok yang disediakan yaitu timer, Counter (naik PLC memiliki fungsi-fungsi

dan turun), pemanfaatan register, operasi looping dan jumping, operasi aritmatik, operasi biner dan bit dll. 

Logika input

Normally Open (NO), saklar akan aktif jika diberi tegangan atau input energized ergized atau logika benar jika nilainya 1. Namun apabila Normally Close (NC), saklar akan aktif jika tidak diberi tegangan atau input de-energized energized atau logika benar bila nilainya 0. 

Logika Output

Hasil operasi logic diinverskan dan ditransfer ke modul outp output. Jadi jika hasil operasi logika adalah 1, maka output tidak akan memberikan tegangan. Intruksi-intruksi intruksi yang terdapat pada Ladder diagram PLC 

Instruksi AND dan AND NOT

Jika terdapat instruksi LD dan setelahnya ada LD atau LD NOT dalam satu garis instruksi ksi secara seri, maka instruksi LD yang kedua dan setelahnya menggunakan AND untuk kontak NO atau AND NOT untuk kontak NC. Gambar 2.2 akan menujukkan contoh instruksi AND dan AND NOT.


11


Gambar 2.3 Contoh instruksi AND dan AND NOT

Cara kerja dari instruksi diatas yaitu jika kotak instruksi yang terdapat pada sisi paling kanan ingin diaktifkan, maka syaratnya yaitu ketiga kontak sebelumnya harus aktif secara bersamaan. Jika salah satu tidak aktif, maka instruksi tidak akan

aktif. 

Instruksi LOAD (LD) dan LOAD NOT (LD NOT)

Masing-masing masing instruksi ini membutuhkan satu baris kode mnemonik. Contoh untuk instruksi ini ditunjukkan pada Gambar 2.3

Gambar 2.4 Contoh instruksi LD dan LD NOT

Kondisi awal untuk LD yaitu Normally Open (NO), dan untuk LD NOT adalah Normaly Close (NC). Kondisi keduanya keduanya belum aktif dan operand operandnya masih 0. Saat aktif, maka logika operandnya akan menjadi 1.



Instruksi OR dan OR NOT

Jika terdapat beberapa instruksi LD atau LD NOT yang terhubung secara parallel, maka untuk menyatukannya menggunakan instruksi OR atau OR NOT. Berikut adalah Gambar 2.4 yang akan menunjukkan contoh instruksi OR dan OR NOT.


12


Gambar 2.5 Contoh instruksi OR dan OR NOT

Instruksi akan aktif jika memenuhi syarat berikut, salah satu dari kontak sebelumnya aktif. 2.5.2

Instruction list

Teknik ini merupakan bahasa yang dimengerti mesin pemrograman PLC yang memiliki 21 instruksi. Instructin list berbeda dengan 2 cara pemograman funtion chart dan Ladder diagram yang menggunakan banyak gambar sebagai instruksinya. Pada Instruction list ini pemograman PLC seperti bahasa pemograman yang digunakan untuk memprogram mikrokontroller yaitu menggunakan tulisan. 2.5.3 Function tion Chart Teknik pemrograman ini adalah menjelaskan urutan operasi dan iinteraksi antara proses parallel. Fungtion chart, ladder diagram dan instruction list pada dasarnya bertujuan sama dan saling berhubungan, hanja saya beda ccara penggunaan.


13


2.6 PLC FESTO Didactic Sistem

Ada banyak jenis PLC yang digunakan diindustri dan salah satunya adalah PLC FESTO, dan diantara PLC Festo yang bermacam-macam, bermacam macam, Politeknik Negeri Bandung mempunya PLC Festo tipe FEC 34. PLC FESTO FEC 34 ini memiliki

12 input dan 8 output, 6 transistor output, 2 relay, dan Ethernet 10 base dengan dimensi 130 x 80 x 35 mm. Berikut tampilan dan element-element element element PLC FESTO FEC 34 :

Gambar 2.6 Tampilan PLC FESTO FEC 34


14


Gambar 2.7 Element Input PLC FESTO

Gambar 2.8 Element Output PLC FESTO

Berikut ini adalah table spesifikasi sp dari PLC FESTO tipe FEC 34. Dalam tabel ini dapat ditemukan data fisik, data kelistrikan, dan data ketahanan dari PLC FESTO tersebut.


15


2.7 Air Air merupakan senyawa kimia yang sangat penting bagi kehidupan makhluk hidup di bumi ini. Fungsi air bagi kehidupan tidak dapat digantikan oeh senyawa lain. Penggunaan air yang utama dan sangat vital bagi kehidupan adalah sebagai air minum. Hal ini yang terutama terutama untuk mencukupi kebutuhan air di dalam tubuh manusia itu sendiri. Kehilangan air untuk 15% dari berat badan dapat mengakibatkan kematian yang diakibatkan oleh dehidrasi. Karenanya orang dewasa perlu meminum minimal sebanyakl 1,5-2 1,5 2 liter air sehari uuntuk keseimbangan dalam tubuh dan membantu proses metabolisme (Slamet,2007). Di dalam tubuh manusia, air diperlukan untuk transportasi zat-zat zat zat makanan dalam bentuk larutan dan melarutkan berbagai jenis zat yang diperlukan tubuh. Misalnya untuk melarutkan oksigen ksigen sebelum memasuki pembuluh-pembuluh pembuluh pembuluh darah yang ada disektar alveoli (Mulia,2005). Air adalah salah satu penghantar panas dan listrik yang terbaik serta zat yang sangat penting di muka bumi ini. ini Secara ilmiah air merupakan kekayaan alam yang dapat diperbaharui erbaharui dan mempunyai daya regenerasi. Daya regenerasi yang dimaksud yaitu selalu mengalami sirkulasi dan mengikuti daur. Menurut Undang-undang undang tentang sumber daya air pada pasal 1, yang dimaksud dengan air adalah semua air yang terdapat diatas, ataupun di bawah permukaan tanah, termasuk dalam pengertian ini air permukaan, air tanah, air hujan, dan air laut


16


yang berada di darat didasari hal itu maka di zaman ini timbul pengembangan pengembangan

pengembangan teknologi untuk mengolah air demi kebutuhan manusia itu sendi sendiri.

2.8 Sensor

Perkembangan teknologi dalam bidang sensor demikian pesatnya, terbukti

dari dimensi sensor yang saat ini telah sampai pada ukuran mikro, dan selain itu sensor juga telah mengalami integrasi. Sensor adalah suatu perangkat elektronik

yang dapat mengindra atau mendeteksi suatu besaran fisik, mekanik, kimia, optik

ataupun elektrik. Maksud diproduksinya sensor adalah apabila ingin mengukur

suhu, pressure, flow, dll akan lebih mudah dibandingkan dengan zaman dahulu yang memerlukan satu buah sensor untuk setiap variable fisik, sedangkaan saat ini hanya memerlukan satu buah sensor untuk mengukur beberapa variable fisik. Dalam memilih sensor yang tepat, maka diperlukan pengetahuan tentang persyaratan umum yang dimiliki sensor tersebut. persyaratan umum tersebut adalah : 

Tanggapan waktu :

Tanggapan waktu akan menunjukkan seberapa

cepat sensor merespon terjadinya perubahan masukan. 

Linieritas

: Sensor akan menghasilkan

sinyal

keluaran

yang

berubah secara kontinyu sebagai respon terhadap masukan yang juga berubah secara kontinyu. 

Sensitivitas : Menunjukkan seberapa jauh kepekaan sensor terhadap kuantitas yang diukur.


17


2.8.1 Sensor Level

Sensor ini berfungsi untuk mengetahui ketika ada air yang mengenai sensor. Sensor sor ini terdiri dari lima buah kabel tembaga, dimana kabel 1 dihubungkan ke Vcc +55 volt dan yang lainnya dihubungkan ke input base Transistor .

Empat kabel ini akan diletakkan secara berdampingan tetapi tidak bersentuhan satu dengan yang lain. Sehingga pada saat air terisi dan menyentuh kabel tembaga yang dihubungkan pada base transistor maka akan mengalir dari yang terhubung ke +5V dan memberi triger transistor sehingga transistor kabel

aktif dan vcc akan terhubung dengan ground dalam arti akan berlogi berlogic 0. 1 2

P2 1 2

P1

output

output

VCC R2 1K

R1 1K R7

Q1

10K

VCC

R3 1K

R8

Q2

R5 1K

R4 1K VCC P3

10K

1 2

R9

Q3

10K

R6 1K

R10

Q4

1 2

GND

GND GND

GND

3 2 1

GND

3 2 1

GND

VCC P4

10K

P5

P6

Gambar 2.9 Rangkaian Sensor Level

2.8.2

Sensor Suhu LM35DZ Suhu adalah suatu besaran yang menyatakan derajat panas atau dinginya

suatu zat. Sensor Suhu yang digunakan pada alat ini adalah sensor suhu LM35DZ yang merupakan komponen elektronika yang memiliki fungsi bengubah besaran fisis berupa suhu 0C menjadi besaran elektrik yaitu berupa tegangan Volt DC. IC LM35DZ ini memiliki parameter bahwa setiap kenaikan besaran tega tegangan yang dikeluarkan 10mV maka suhu yang dibaca oleh IC tersebut sebesar 10C. POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

18


Sensor LM35DZ ini mampu mengukur suhu dari range 00C – 1000C. Sensor

ini dapat dihubungkan langsung dengan perangkat kontrol khusus dan tidak

membutuhkan utuhkan setting karena memiliki keakuratan yang tinggi, output yang dikeluarkanpun linier dan mudah dalam perancangan aplikasinya dibandingkan dengan sensor suhu yang lain. Berikut adalah karakteristik lain dari sensor suhu

LM35DZ :

a.

Memiliki sensitivitas suhu, dengan factor skala linier antara tegangan

dan suhu 10mVolt/0C, sehingga dapat dikalibrasi langsung dengan

celcius. b.

Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,50C pada suhu 250C.

c.

Memiiki jangkauan maksimal operasi suhu antara -550C sampai +1500C.

d.

Bekerja pada tegangan 4-30 4 volt.

e.

Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60µA.

f.

Memiliki pemanasan sendiri yang rendah yaitu kurang dari 0,10C pada udara diam.

g.

Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.

h.

Memiliki ketidaklinearan hanya sekitar ±¼0C

Gambar 2.0 Konfigurasi IC LM35DZ

Sensor suhu ini memerlukan rangkaian pengondisi sinyal kembali agar mendapatkan output sesuai dengan keinginan. Output berupa tegangan 10mV/0C dikuatkan kembali sebesar 10 kali penguatan agar mendapatkan mendapatkan hasil 1V/0C untuk memudahkan dan menyesuaikan dengan fungsi alat. Berikut adalah rangkaian penguatan pengondisi signal seperti pada gambar 2.11 s/d gambar 2.14 :


19


Gambar 2.11 Rangkaian inverting

Gambar 2.12 Rangkaian penyangga

Gambar 2.13 Rangkaian non-inverting

Gambar 2.14 Rangkaian diferensiator

Output dari IC LM35DZ dikuatkan kembali dengan rangkaian pe penguat tersebut dengan menambahkan menambahk IC op-am am comparator LM741N. IC LM741N ini dapat berfungsi sebagai penguat sinyal dan sebagai komparator.


20


Operasional Amplifier atau di singkat op-am am merupakan salah satu

komponen analog yang popular digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian

elektronik. Aplikasi op-am op am popular yang paling sering dibuat antara lain adala rangkaian inverter, non-inverter, non integrator dan differensiator. e ektronika memiliki LM741 yang sering digunakan oleh banyak praktisi elektronika

karakteristik tipikal open loop gain sebesar 104~105 (ideal). Pada dasarnya op op-am adalah differential amplifier (penguat diferensial) yang memiliki dua masukan. Input op-am am ideal yang telah dimaklumi ada yang dinamakan inverting dan non non inverting.

Gambar 2.15 Kaki IC LM741

2.8.3

Solenoid Valve Solenoid adalah sebuah perangkat yang dapat difungsikan sebagai aktuator.

Perangkat ini terdiri dari 2 bagian utama, yaitu kumparan atau koil, dan inti besi. Cara kerja dari perangkat ini adalah jika ada tegangan yang mengalir di kumparan, maka di dalamnya akan menimbulkan menimbulkan medan magnetis yang akan menarik besi masuk kedalam kumparan. Prinsip kerja yang digunakan adalah prinsip elektromagnetik.


21


Gambar 2.16 Struktur Fungsi Solenoid Valve

Gambar 2.17 Tampilan Solenoid Valve

Ada dua jenis solenoid yang digunakan pada alat ini yaitu solenoid yang membutuhkan suplai tegangan seberas 12 Volt Dc dan solenoid yang membutuhkan tegangan sebesar 220 VoltAC untuk bekerja.

2.9

Relay Relay adalah suatu komponen elektronika yang menggunak menggunakan gaya

elektromagnetik untuk memutus atau menghubungkan aliran besaran listrik. Relay


22


memiliki dua bagian yaitu kontak dan coil. Coil merupakan gulungan kawat yang

mendapat aliran arus listrik sedangkan kontak merupakan sejenis saklar yang

pergerakannya tergantung ergantung dari ada atau tidaknya arus listrik pada coil. Ada 2 jenis kontak pada relay yaitu :



Normally Open (kondisi awal sebelum diaktifkan adalah open atau membuka)



Normally Closed (kondisi awal sebelum diaktifkan adalah closed atau menutup)

Gambar 2.18 Contoh cara kerja Relay

Secara sederhana prinsip kerja dari relay adalah ketika Coil mendapat energi listrik (energized), maka akan timbul gaya elektromagnet ya yang akan menarik armature yang berpegas, dan contact akan menutup. Seperti saklar, relay juga dibedakan berdasar pole dan throw throw yang dimilikinya. Berikut gambaran tentang pole dan throw: • Pole : banyaknya contact yang dimiliki oleh relay • Throw : banyaknya kondisi (state) yang mungkin dimiliki contact Berikut ini penggolongan relay berdasar jumlah pole dan throw : • SPST (Single Pole Single Throw) • DPST (Double Pole Single Throw) • SPDT (Single Pole Double Throw) • DPDT (Double Pole Double Throw)


23


• 3PDT (Three Pole Double Throw)

• 4PDT (Fourr Pole Double Throw)

Gambar 2.19 Contoh Relay

2.10 Transistor Transistor adalah suatu monokristal semikonduktor dimana terjadi dua pertemuan P-N, N, dari sini dapat dibuat dua rangkaian yaitu P-N-P P P dan N N-P-N. Dalam keadaan kerja normal, transistor harus diberi polaritas sebagai berikut : 1. Pertemuan Emitter-Basis Emitter Basis diberi polaritas dari arah maju seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.18 2.1 (a). 2. Pertemuan Basis-kolektor Basis kolektor diberi polaritas dalam arah mundur seperti ditunjukkan pada gambar 2.18 2.1 (b).

Gambar 2.20 Dasar Polaritas Transistor


24


Transistor adalah suatu komponen yang dapat memperbesar level sinyal

keluaran sampai beberapa kali sinyal masukan. Sinyal masukan disini dapat

berupa sinyal AC ataupun DC. Prinsip dasar transistor sebagai penguat adalah arus kecil pada basis mengontrol arus yang lebih besar dari kolektor melewati transistor. Transistor berfungsi sebagai penguat ketika arus basis berubah.

Perubahan kecil arus basis mengontrol perubahan besar pada aru arus yang mengalir dari kolektor ke emitter. Pada saat ini transistor berfungsi sebagai penguat.

Dan dalam pemakaiannya pemak iannya transistor juga bisa berfungsi sebagai saklar

dengan memanfaatkan daerah penjenuhan (saturasi) dan daerah penyumbatan

(cut-off). Pada daerahh penjenuhan nilai resistansi penyambungan kolektor emitter

secara ideal sama dengan nol atau kolektor terhubung langsung (short). Ini menyebabkan tegangan kolektor emitter Vce = 0 pada keadaan ideal. Dan pada daerah cut off, nilai resistansi persambungan kolektor emitter secara ideal sama dengan tak terhingga atau terminal kolektor dan emitter terbuka yang menyebabkan tegangan Vce sama dengan tegangan sumber Vcc.

2.11 Dioda Dioda adalah sebuah kata majemuk yang berarti ‘dua elektroda’, dimana ‘di’ berarti dua, dan ‘oda’ berasal dari elektroda. Jadi, dioda adalah kristal yang menggabung separuh semikonduktor type-n type dan separuh semikonduktor type type-p, atau disebut pula pn junction. junction Sisi p (Anoda) mempunyai banyak hole (pembawa mayoritas) dan sisi n (Katoda) mempunyai banyak electron (pembawa mayoritas). Simbol, struktur dan fisik beberapa dioda dapat dilihat pada Gambar 2.21


25


Gambar 2.21 Simbol, Struktur dan Fisik Dioda

2.11.1 Prategangan Dioda

Pada saat Dioda tidak diberikan tegangan (unbiased), ( ), terjadi difusi elektron ke segala arah pada setiap tepi-tepi tepi tepi semikonduktor. Beberapa difusi melewati junction, sehingga akan tercipta ion positif pada daerah n dan ion negatif pada daerah p. Jika ion-ion ion ion ini bertambah banyak, maka daerah di sekitar junction akan terjadi kekosongan dari elektron bebas dan hole. Daerah ini disebut dengan depletion layer, atau lapisan pengosongan. Pada suatu saat, depletion layer akan berlaku sebagai penghalang bagi elektron untuk berdifusi lanjut melalui junction. Diperlukan tegangan tertentu agar elektron dapatt menembus penghalang tersebut, yang dikenal dengan istilah tegangan offset.


26


Gambar 2.22 Struktur Pasangan Elektron-Hole Dioda (a) Kondisi Awal, (b) Kondisi setelah terjadi difusi elektron dan (c) Lapisan Pengosongan (Depletion Layer)

Jika dioda diberi tegangan seperti tampak pada Gambar 2.20, dimana kutub positif baterai dihubungkan dengan bahan type-p type dan kutub negatif baterai dihubungkan dengan bahan type-n, type , maka rangkaian ini disebut dengan forward biased atau prategangan maju. Bila tegangan ini melebihi tegangan yang diakibatkan oleh lapisan pengosongna, maka forward biased dapat menghasilkan arus yang besar. Kutub negatif dari sumber dapat mendorong elektron pada bahan type-n menuju junction. Elektron ini dapat melewati junction dann jatuh ke dalam hole. Bila ini terjadi, elektron akan dapat terus bergerak melalui hole pada bahan type-p yang ada menuju kutub positif baterai.


27


Gambar 2.23 Forward Biased

Sebaliknya, jika sumber tegangan tersebut dibalik polaritasnya, maka

rangkain yang tampak pada Gambar 2.23.. itu disebut dengan reverse biased. Hubungan ini memaksa elektron bebas di dalam daerah n berpindah dari junction

ke arah terminal positif sumber, sedangkan hole di dalam daerah p juga bergerak

menjauhi junction ke arah terminal negatif. Gerakan erakan ini akan membuat lapisan pengosongan semakin besar sehingga beda potensialnya mendekati harga sumber tegangan. Namun pada situasi ini, masih terdapat arus kecil, arus pembawa minoritas, atau disebut arus balik (reverse current), IS.. Disamping itu juga terdapat arus bocor permukaan, ISL. Jika keadaan ini terus berlanjut, akan tercapai titik pendobrakan, yang disebut dengan breakdown voltage.

Gambar 2.24 Reverse Biased

2.11.2. Grafik Dioda Jika sebuah dioda dirangkaian dirangkai seperti pada Gambar 2.25,, dimana tegangan Vin dirancang untuk dapat diubah-ubah diubah ubah besarnya, maka akan didapat tegangan (Vd) dan arus (Id)) pada dioda yang berbeda-beda berbeda beda pula. Dengan menghubungkan titik-titik tegangan dan arus dioda, maka maka akan didapat grafik dioda seperti pada Gambar 2.26.


28


Gambar 2.25 Rangkaian Dioda

Gambar 2.26 Grafik Dioda Forward Biased

Jika dibalik prategangannya, secara lengkap, grafik tersebut menjadi grafik seperti pada Gambar 2.27.


29


Gambar 2.27 Grafik Dioda Lengkap

Gambar-gambar gambar diatas menjelaskan karakteristik dioda, yaitu sebagai komponen non-linear. linear. Bila diberikan forward biased dioda menjadi sangat tidak konduksi sebelum tegangannya melampaui potensial barier, sehingga arusnya sangat kecil sekali. Ketika tegangannya mendekali potensial barier, pasangan elektron-hole mulai melintasi junction.. Di atas 0.7 volt, biasa disebut tegangan lutut (knee voltage), ), Vg, atau tegangan offset, dioda menjadi sangat konduk dan mengalirkan arus yang besar. Semakin makin besar tegangannya, arus bertambah dengan sangat cepat pula. Hal ini menunjukkan, bahwa dioda memiliki tahanan tertentu, disebut tahanan bulk (bulk ( resistance). Sebaliknya, pada saat dioda di-reverse di biased, terdapat arus balik yang sangat kecil. Jika ka tegangan ini ditambah, akan dicapai tegangan breakdown, dimana terjadi peningkatan peningkat arus yang sangat besar, yang dapat merusakkan dioda. Sehingga diperlukan kehati-hatian untuk memberikan tegangan dioda, jangat sampai jatuh ke daerah breakdown.


30

BAB II LANDASAN TEORI

Recommend Documents