BAB II LANDASAN TEORI

BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Sistem Respirasi

Gambar 2.1 Sistem respirasi manusia1

2.1.1 Pendahuluan Proses respirasi sangat penting untuk kelangsungan hidup karena berfungsi sebagai pemasok oksigen untuk metabolisme semua sel aktif dalam tubuh serta menyingkirkan CO2 yang merupakan hasil proses metabolisme dari sel. Sistem respirasi terdiri berbagai struktur yang terlibat dalam proses pertukaran gas antara

1

www.sainsbiologi.com

8

9 darah dengan lingkungan eksternal paru-paru, sekelompok pembuluh darah yang menuju ke paru-paru selama bernafas. Sistem respirasi tidak dapat menjalankan keseluruhan proses respirasi sendiri, sistem ini hanya berperan pada ventilasi dan pertukaran O2 dan CO2 antara paru-paru dengan darah. Semua makhluk hidup pasti melakukan pernapasan atau respirasi. Pernapasan

merupakan

rangkaian

proses

sejak

pengambilan

gas/udara,

penggunaannya untuk memecah zat, pengeluaran gas sisa pemecahan zat serta pemanfaatan energi yang dihasilkannya, yang berlangsung didalam tubuh makhluk hidup. Pengambilan gas dari lingkungannya berbeda-beda untuk setiap jenis makhluk hidup. Secara garis besarnya pengambilan gas oleh makhluk hidup dapat dibedakan menjadi dua, yaitu secara tidak langsung dan secara langsung. Pernapasan manusia termasuk pernapasan tidak langsung, artinya udara pernapasan yang diperlukan tubuh tidak dapat langsung masuk kedalam sel melalui permukaan tubuh, tetapi melalui selaput tipis yang terdapat didalam saluran pernapasan yaitu didalam gelembung paru-paru. Dengan demikian, pertukaran gas pada manusia dan vertebrata lainnya dilakukan melalui dua tahap, yakni : 1. Pertukaran gas dari udara luar/udara bebas kedalam sel-sel darah pada jaringan epitel selaput alveolus. Pertukaran gas ini dikenal dengan pernapasan luar atau respirasi eksternal. 2. Pertukaran gas dari sel-sel darah dalamd kapiler dengan sel-sel jaringan tubuh. Pertukaran gas ini dikenal dengan pertukaran dalam atau respirasi internal.

10 2.1.2 Mekanisme pernapasan manusia Pada hakikatnya bernapas adalah pengambilan udara pernapasan dari udara bebas untuk masuk kedalam tubuh atau paru-paru, serta mengeluarkan gas sisa ke udara bebas. Pengambilan udara pernapasan ini dikenal dengan inspirasi, sedangkan pengeluarannya dikenal dengan ekspirasi. Aliran udara dari udara bebas ke paru-paru dan sebaliknya ditentukan oleh perubahan tekanan udara dalam rongga paru-paru, rongga dada, dan rongga perut. Perubahan tekanan ini disebabkan oleh karena terjadinya perubahan volume setiap ruangan tersebut. Perubahan volume ruangan tersebut diatur oleh otot pernapasan, yang meliputi otot antar tulang rusuk, otot diafragma, dan otot dinding perut. Didalam tubuh, udara yang telah dihirup akan dipertahankan suhunya sesuai dengan suhu tubuh manusia yaitu sekitar 370 C.

Berdasarkan otot yang berperan aktif, pernapasan manusia dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu pernapasan dada dan pernapasan perut.

2.1.2.1 Pernapasan dada Otot yang berperan aktif pada pernapasan dada adalah otot antartulang rusuk luar, yang berperan mengangkat tulang-tulang rusuk dan otot antartulang rusuk dalam yang berperan menurunkan tulang rusuk keposisi semula. Bila otot antartulang rusuk luar berkontraksi maka tulang rusuk terangkat sehingga volume dada bertambah besar. Karena rongga dada merupakan ruangan tertutup maka bertambahnya volume rongga dada akan menurunkan tekanan rongga dada, sehingga menjadi lebih kecil dari tekanan udara rongga paru-paru.

11 Hal ini akan mendorong paru-paru mengembang sehingga volumenya menjadi lebih besar, tekanannya menjadi lebih kecil dari tekanan udara bebas. Akibat dari semua itu maka terjadilah aliran udara dari udara luar ke dalam rongga paru-paru melalui rongga hidung, batang tenggorok, bronkus, dan alveolus atau gelembung paru-paru. Sebaliknya bila otot antar tulang rusuk dalam berkontraksi, maka tulang rusuk akan tertarik ke posisi semula, sehingga volume rongga dada akan mengecil, dan tekanannya membesar. Tekanan ini akan mendesak dinding paruparu, sehingga rongga paru-paru ikut mengecil yang meyebabkan tekanan udara dalam rongga paru-paru meningkat. Keadaan ini akan menyebabkan udara dalam rongga paru-paru terdorong keluar. 2.1.2.2 Pernapasan perut Otot yang berperan aktif dalam pernapasan perut adalah otot diafragma dan otot dinding rongga perut. Bila otot diafragma berkontraksi, maka posisi diafragma akan mendatar. Posisi ini menyebabkan bertambah besarnya volume rongga dada, sehingga tekanan udara dalam rongga dada mengecil. Penurunan tekanan udara dalam rongga dada akan diikuti mengembangnya paru-paru dan penurunan tekanan udara dalam paru-paru, sehingga tekanan udara dalam paruparu menjadi lebih kecil dari tekanan udara luar. Hal inilah yang menyebabkan terjadinya aliran udara luar kedalam saluran pernapasan. Bila otot diafragma berelaksasi dan otot dinding perut berkontraksi, maka isi rongga perut akan terdesak kearah diafragma, sehingga posisi diafragma akan cekung ke arah rongga dada. Keadaan ini menyebabkan volume rongga dada

12 mengecil, dan tekanannya meningkat. Naiknya tekanan dalam rongga paru-paru akan menyebabkan isi rongga paru-paru terdorong ke luar, sehingga terjadilah ekspirasi. 2.1.3 Udara yang dipernapaskan Tekanan udara dalam paru-paru selalu berubah pada setiap gerakan pernapasan. Saat inspirasi dimulai, tekanan udara dalam paru-paru turun satu sampai dua mmHg lebih rendah dari tekanan udara luar. Sebaliknya pada saat ekspirasi baru dimulai, paru-paru memeras udara didalamnya sehingga tekanan udara dalam paru-paru tiga mmHg lebih tinggi dari tekanan udara luar. Seperti halnya tekanan udara dalam paru-paru, volume udara yang dipernapaskan oleh paru-paru juga bervariasi. Hal ini dapat terjadi karena pengaruh cara, kekuatan, dan posisi badan seseorang yang melakukan pernapasan. Secara garis besarnya udara yang dipernapaskan dapat dibedakan menjadi 6 macam, yaitu sebagai berikut : a. Udara Pernapasan (UP) Udara pernapasan merupakan udara yang masuk atau keluar paru-paru sebagai akibat pernapasan biasa. Udara pernapasan ini sering disebut sebagai tidal volume yang volumenya berkisar 500 cc. b. Udara Komplementer (UK) Udara komplementer merupakan udara yang masih dapat dimasukkan kedalam paru-paru secara maksimal setelah inspirasi normal. Volume udara ini lebih kurang 1.500 cc

13 c. Udara Cadangan (UC) Udara cadangan merupakan udara yang masih dapat dikeluarkan secara maksimal setelah melakukan ekspirasi normal. Volume udara cadangan adalah lebih kurang 1.500 cc d. Udara Residu (UR) Udara residu merupakan udara yang masih tersisa didalam paru-paru setelah melakukan ekspirasi maksimal. Volume udara ini sekitar 1.000 cc e. Kapasitas Vital Paru-paru (KV) Kapasitas vital paru-paru merupakan udara yang dapat dihembuskan semaksimal mungkin setelah melakukan inspirasi secara maksimal. Bila dituliskan secara matematik, maka kapasitas vital paru-paru didefinisikan sebagai : KV = UP + UK + UC Dimana, KV

: Kapasitas vital paru - paru

UP

: Udara pernapasan

UK

: Udara komplementer

UC

: Udara cadangan

(2.1)

14 f. Volume Total Paru-paru Volume total paru-paru merupakan udara yang dapat tertampung secara maksimal didalam paru-paru. Jadi volume total paru-paru sama dengan kapasitas vital paru-paru (KV) ditambah volume udara residu (UR). Dalam keadaan biasa, sekali menghirup udara adalah sebanyak 500 cc. Dari sejumlah udara tersebut hanya 350 cc yang dapat sampai ke alveolus paruparu, sedangkan 150 cc lainnya mengisi ruangan sepanjang saluran pernapasan. 2.2 Gambaran Umum Humidifier Humidifier merupakan suatu alat yang difungsikan untuk menjaga tingkat kelembaban udara yang dihasilkan dari ventilator. Udara yang berasal dari ventilator tersebut berupa oksigen dan udara tekan yang keduanya di mix didalam ventilator tersebut. Tingkat kelembaban tersebut dijaga dengan cara melakukan pemanasan air didalam suatu chamber yang disinkronkan dengan berapa besar suhu yang diatur untuk melakukan pemanasan air didalam chamber tersebut.

Gambar 2.2 Humidifier MR 730

Gambar 2.3 Humidifier MR 850

15

VENTILATOR

8

5

3

4 6

7 1

9

2

Gambar 2.4 Analogi diagram alir humidifier

Keterangan Gambar 2.4 1. Setting suhu

:

3. Heater wire 5. Sensor chamber

2. Tampilan display 4. Chamber

7. Sensor Heater

6. Chamber temperature 8. Water trap

Adapun penjelasan dari analogi diagram alir humidifier adalah sebagai berikut : Ketika besarnya suhu telah disetting pada kontrol setting suhu (1), maka akan terjadi pemanasan air didalam chamber (4). Pemanasan ini dilakukan oleh suatu sistem pemanas yang terdapat didalam alat ini. Besarnya suhu yang diatur ditampilkan pada suatu sistem penampil (2) yang berupa seven segment. Meskipun didalam alat ini terdapat berbagai pemilihan besarnya suhu pada kontrol setting suhu, namun yang paling umum digunakan adalah setting suhu dengan besar suhu 370C. Fungsi dari pemanasan air pada chamber dengan suhu yang telah disetting adalah agar oksigen dan udara tekan dari ventilator tetap terjaga tingkat kelembabannya. Kemudian besarnya panas yang terjadi didalam chamber dideteksi oleh suatu sensor (5) yang diletakkan pada tubing inspirasi. Agar uap-uap air yang telah terbentuk tetap terjaga suhunya sesuai suhu settingan,

16 maka didalam perjalanannya menuju hidung, didalam tubing tersebut digunakan heater wire (3). Dimana fungsi heater wire ini adalah menjaga agar uap air dengan suhu yang telah sesuai yang nantinya akan masuk dan dihirup oleh hidung tetap terjaga kestabilan suhunya. Adapun panasnya heater wire ini dideteksi oleh suatu sistem sensor (7) yang diletakkan kurang lebih 15 mm menuju hidung. Selain itu, dalam alat ini juga terdapat beberapa parameter yang saling mendukung. Diantaranya dalam alat ini terdapat sistem pendeteksi low water dan suhu lebih terhadap panas didalam chamber yang dideteksi oleh suatu sensor. 2.3 LM 35 sebagai Sensor Suhu LM 35 merupakan suatu sensor panas yang berfungsi untuk mendeteksi besarnya derajat panas/temperature. Dimana dalam aplikasinya LM 35 sangat presisi didalam mendeteksi besarnya derajat panas/temperature. Output yang dihasilkan oleh sensor ini sangat linier dan terkalibrasi pada satuan derajat celcius. Maksudnya setiap kenaikan 1 derajat celcius akan menghasilkan output pada sensor ini sebesar 10 mV. Pada LM 35 ini tidak dilengkapi dengan rangkaian luar/terminal kalibrasi. Ketelitian dalam mendeteksi panas pada sensor ini sampai ¼ derajat celcius. Sedangkan range atau jangkauan yang dapat dideteksi oleh LM 35 ini berkisar dari -550C sampai dengan 1500C. +VCC

LM35

Vout

Gambar 2.5 Sensor suhu LM 35

17 Output pada LM 35 ini memiliki tingkat impedansi yang sangat rendah. Selain itu IC tersebut menggunakan arus sebesar 60μA dan panas yang ditimbulkan oleh IC tersebut sangat rendah yaitu kurang dari 0,1 0C pada ruangan terbuka. IC ini juga dapat difungsikan dengan supply tunggal (+ dan ground) atau bisa juga difungsikan dengan supply (+ dan -). Untuk mengetahui lebih jelas tentang sensor ini, adapun spesifikasi dari IC LM 35 adalah : 1. Terkalibrasi pada satuan celcius 2. Perubahan linier 10 mV setiap 0C 3. Kepekaannya ± 0,250C 4. Dapat bekerja dengan sempurna pada tegangan 4V sampai dengan 30V 5. Impedansi output sangat rendah ± 0,1Ω pada beban 1mA 2.4 LM 741 sebagai Penguat Operasional Rangkaian penguat adalah suatu rangkaian yang memiliki feed back negative (umpan balik negative) sehingga pada rangkaian tersebut akan terjadinya suatu rangkaian tertutup atau yang biasa yang kita kenal dengan nama Amplifier close Loop (AcL). Dengan syarat dalam Amplifier close Loop ini harus kita beri suatu tahanan yang kita beri nama tahanan Rf. Selain itu rangkaian penguat juga dapat diartikan sebagai rangkaian yang menerima sebuah isyarat atau sinyal masukan pada salah satu inputnya dan akan mengeluarkan sebuah sinyal yang bentuknya tidak berubah yang mana keluarannya itu dapat menjadi lebih besar atau lebih kecil dari sinyal masukannya.

18 Sehingga dengan kata lain rangkaian penguat adalah suatu rangkaian yang outputnya atau keluarannya dapat diatur oleh kita. Op Amp banyak digunakan dalam sistem analog atau sistem analog computer. Sebab Op Amp dapat melaksanakan beberapa operasi aritmatik seperti penjumlahan, pengurangan, perkalian, integrasi, diferensiasi, dan lain-lain. Disamping itu Op Amp dapat juga digunakan sebagai penguat video, penguat audio, oscillator, detektor, dan lain-lain. Ada empat sifat dasar dalam operational amplifier ini. Adapun ke empat sifat dasar tersebut adalah : 1. Jika ada sebuah sinyal inputan masuk kedalam kaki inverting pada sebuah op amp maka output yang dihasilkan akan berlawanan fasa sebesar 180 0 terhadap inputannya.

+

IN -

OUT

-

+

+

Gambar 2.6 Analogi sifat dasar op-amp pertama

2. Jika ada sebuah sinyal inputan masuk kedalam kaki non inverting pada sebuah op amp maka output yang dihasilkan akan sefase terhadap sinyal inputannya.

OUT +

-

IN

+

-

+

Gambar 2.7 Analogi sifat dasar op-amp kedua

19 3. Jika ada dua buah sinyal inputan yang sama dan sefase masuk ke kedua inputan op amp tersebut baik ke kaki inverting maupun kaki non inverting, maka output yang akan dihasilkan adalah nol. +

-

IN

OUT

+

-

IN

+

Gambar 2.8 Analogi sifat dasar op-amp ketiga

4. Jika ada dua buah sinyal yang sama tetapi berlawanan fasa masuk ke dalam sebuah inputan op amp baik itu ke kaki inverting maupun kaki non inverting, maka output yang dihasilkan adalah penguatan yang terjadi pada op-amp tersebut dikali dua kali sinyal inputan yang masuk. Atau dengan rumus matematik dapat ditulis :

Vout = A X 2 Vin

+

-

IN

(2.2)

OUT -

-

+

IN

+

Gambar 2.9 Analogi sifat dasar op-amp ke empat

20 Adapun bentuk fisik dari LM 741 itu sendiri adalah seperti pada Gambar 2.10 dibawah ini :

8

7

6

5

LM 741

1

2

3

4

Gambar 2.10 Konfigurasi pin IC LM 741

Keterangan Gambar 2.10 : 1. Zero Off Set 2. Terminal Masukan Inverting 3. Terminal Masukan Non Inverting 4. Terminal Catu Daya Negatif (-Vcc) 5. Zero Off Set 6. Terminal Keluaran (Output) 7. Terminal Catu Daya Positif (+Vcc) 2.4.1 LM 741 sebagai penguat non inverting LM 741 yang difungsikan sebagai penguat non inverting memiliki karakteristik yang utama yaitu tegangan keluaran yang dihasilkan (V output) akan memiliki polaritas yang sama dengan tegangan inputannya (Ei). Penguat non inverting disebut juga sebagai penguat tak membalik. Selain itu impedansi input dari penguat non inverting

21 ini sangat tinggi. Hal ini dikarenakan sinyal inputan yang akan masuk pada kaki non inverting, tidak terbebani oleh adanya nilai Ri dan Rf. Rf +Vcc Ri 2

-

7

741 3

6

+ 4

-Vcc

Gambar 2.11 Op-amp sebagai penguat non inverting

Adapun rumus-rumus aplikasi dalam pemanfaatan LM 741 yang difungsikan sebagai penguat non inverting adalah sebagai berikut : 1. Tegangan output yang akan dihasilkan oleh penguat tersebut didefinisikan : Vout = (1 + Rf/Ri) X Ei

(2.5)

Dimana, Vout = Tegangan keluaran (output) yang dihasilkan Ei

= Sinyal inputan yang masuk

2. Faktor penguatan yang terjadi pada penguat non inverting didefiniskan : A = Vout/Ei Vout/Ei = 1 + Rf/Ri

(2.6) (2.7)

22 Dimana, A

= Faktor penguatan (Amplification close Loop)

Vout = Tegangan keluaran (output) yang dihasilkan Ei

= Sinyal inputan yang masuk

2.4.2 LM 741 sebagai penguat penyangga (buffer) LM 741 yang difungsikan sebagai penguat penyangga (buffer) bisa juga disebut sebagai rangkaian pengikut tegangan (voltage follower). Disebut demikian karena besarnya sinyal output yang dihasilkan akan sama dengan besarnya sinyal input yang masuk pada rangkaian ini. Dimana tugas yang utama pada rangkaian buffer adalah menguatkan arus pada output buffer dengan penguatan tegangan yang sama. Selain itu rangkaian buffer juga berfungsi untuk mengubah impedansi input yang tinggi ke impedansi input yang rendah.

+Vcc 7 3

2

+ LM741 -

6

4

-Vcc

Gambar 2.12 Op amp sebagai buffer

2.4.3 LM 741 sebagai komparator Rangkaian pembanding tegangan (voltage comparator) adalah suatu rangkaian yang berfungsi untuk membandingkan antara sinyal inputan yang satu dengan yang lainnya.

23 Rangkaian pembanding tegangan ini memiliki ciri-ciri sebagai berikut : 1. Tidak mempunyai feed back negatif 2. Kadang-kadang memiliki feed back positif 3. Memiliki kedua input yang dibandingkan 4. Memiliki penguatan yang tak terhingga sehingga output yang akan dihasilkan hanya dua keadaan yaitu +SAT atau –SAT.

+Vcc 3

+

7

741 2

-

6

4

-Vcc

Gambar 2.13 Op amp sebagai komparator

Adapun rumus-rumus aplikasi dari sebuah komparator adalah sebagai berikut. Vout = (E2-E1) X AoL Dimana, Vout = tegangan keluaran (output) komparator E2

= sinyal masukan non inverting

E1

= sinyal masukan inverting.

AoL = penguatan open loop terbuka (Amplification open Loop) AoL = 200.000X

(2.8)

24 2.5 Transistor sebagai Saklar Untuk merancang transistor yang fungsinya sebagai saklar maka hal yang harus kita lakukan adalah membuat perhitungannya. Maksudnya mengetahui pada saat apa transistor tersebut bekerja sebagai saklar. Transistor bekerja sebagai saklar diidentifikasikan dalam dua kondisi, yaitu: a. Pada saat kondisi 0/off (saklar tebuka) yakni pada saat transistor mengalami cut off/titik sumbat b. Pada saat kondisi on (saklar tertutup) yakni pada saat transistor mengalami saturasi. Kemudian untuk dapat membuat transistor bekerja maka terlebih dahulu kita harus mengetahui karakteristik dari sebuah transistor tersebut. Dengan contoh, pada transistor tipe NPN, transistor tersebut dapat bekerja apabila tegangan di basis(trigger basis) mempunyai harga lebih besar atau sama dengan 0,7 V. Karena fungsi basis disini adalah sebagai control sebuah transistor. Selain itu transistor dapat bekerja apabila ada pergerakan arus dari kaki basis ke kaki emitter. Kemudian juga terjadi pergerakan arus dari kaki kolektor menuju kaki emitter. Sehingga didapatkan nilai arus dari kolektor menuju emiter lebih besar daripada arus dari kaki basis menuju emiter. Berdasarkan hukum arus Kirchoff, maka dapat diketahui nilai arus, IE = Ic + IB

(2.9)

25 Salah satu keunggulan dari transistor adalah, nilai arus yang terjadi pada kolektor lebih besar dari arus yang terdapat pada basis, penguatan arus

dc , merupakan

penentu dari perbedaan dari kedua arus ini. βdc = Ic/IB

(2.10)

Sifat-sifat dari transistor dapat diketahui setelah melihat Gambar 2.14 berikut ini :

RC + +

VC E

RB

VCC -

VB B -

Gambar 2.14 Rangkaian common emiter

Pada gambar dapat diketahui nilai arus basis berdasarkan hukum Ohm, IB = VBB - VBE

(2.11)

RB Dan dengan hukum tegangan Kirchoff dapat diketahui, VCE = VCC – (IC.RC)

(2.12)

26 Untuk dapat mengetahui dimana daerah kerja transistor, maka dibuatlah garis beban yang memotong sumbu vertical IC dan sumbu horizontal VCE. IC IC = VC C RC

TITIK SATURASI

CUT OFF

VC C V C C = VCE Gambar 2.15 Garis beban daerah kerja transistor

Garis beban yang mengenai kurva IB = IB (sat) dan VCE = 0V merupakan daerah saturasi transistor, sedangkan garis beban yang mengenai kurva IB = 0 dan VCE = VCC adalah daerah cut off transistor.

2.5.1 Transistor dalam keadaan saturasi Pada transistor jenis NPN, apabila dioda basis emitor mendapat forward bias dan dioda basis-kolektor juga mendapat forward bias, maka arus dapat mengalir dari kolektor menuju ke emitor. Pada keadaan ini transistor berada dalam daerah saturasi dan VCE atau tegangan antara kolektor dengan emitor dapat dianggap nol. Dalam kondisi ini transistor dianggap seperti sebuah saklar tertutup. Besarnya arus yang mengalir menuju kolektor saat saturasi didefinisikan : IC = VCC – VCE RC

(2.13)

27 Daerah ini ditandai dengan nilai IB yang maksimum. Hal ini berpengaruh terhadap harga VCE kecil sekali sehingga nilai V CE dapat dianggap nol. Untuk perhitungannya secara teori dapat digunakan rumus: IC (SAT) = VCC

(2.14)

RC

+V C C

+V C C

RC RC +V B B

RB

Gambar 2.16 Transistor dalam keadaan saturasi

2.5.2 Transistor dalam keadaan cut off Pada transistor jenis NPN, apabila basis lebih negatif dari emitor maka arus tidak akan mengalir dari kolektor menuju ke emitor. Pada keadaan ini transistor berada dalam daerah cut off dan dapat dianggap sebagai saklar terbuka. Pada saat transistor cut off, tidak ada arus bocor yang mengalir melalui beban RC kecuali arus bocor yang sangat kecil (IC

0), sehingga besarnya IC dapat

diabaikan.Daerah ini ditandai dengan minimumnya nilai I B. Minimumnya nilai arus basis mengakibatkan nilai arus kolektor juga minimum.

28 Sehingga apabila kita kalkulasikan terhadap rumus maka kita akan mendapatkan perhitungan tegangan cut off, yaitu: VCUT OFF = VCC = VCE

+V C C

(2.15)

+V C C

RC RC +V B B

RB

Gambar 2.17 Transistor dalam keadaan cut off

2.6 IC 4011 sebagai Gerbang NAND

H G 14 13 12

1 2 A B

M L 11 10

3 4 J K

FE 98

5 6 7 C D

Gambar 2.18 Konfigurasi pin IC 4011

IC 4011 merupakan sebuah perangkat IC yang mempunyai dua buah masukan. IC 4011 difungsikan sebagai gerbang NAND. Dimana dalam aplikasinya output yang dihasilkan akan bernilai high atau 1 jika salah satu dari kedua inputan IC tersebut bernilai low atau 0. Adapun penjelasan secara matematisnya adalah sebagai berikut:

29 Tabel 2.1 Tabel kebenaran IC 4011

X

Y

Z

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

X Z Y Gambar 2.19 Simbol NAND

Keterangan

:

X

: Input 1

Y

: Input 2

Z

: Output

30 2.7 IC 74193 sebagai Pencacah Maju dan Mundur

Gambar 2.20 Konfigurasi pin IC 74193

IC 74193 merupakan suatu IC yang berfungsi sebagai pencacah maju ataupun mundur. Dimana IC ini akan mencacah maju atau mundur tergantung dari inputan yang diterimanya. IC 74193 ini tergolong IC dengan aktif low. Jadi, IC ini akan bekerja mencacah jika inputan yang masuk pada salah satu kakinya baik itu kaki 4 atau kaki 5 jika keadaan inputannya bernilai 0 (low). Dalam aplikasinya, IC ini akan mencacah maju jika inputan ke IC ini masuk ke kaki 5. Sebaliknya IC ini akan mencacah mundur jika inputan yang masuk ke IC ini masuk pada kaki 4. Kemudian inputan-inputan tersebut baik itu counter up atau counter down, akan dikeluarkan melalui kaki 2, 3, 6, dan 7 dalam bentuk bilangan biner. 2.8 IC 4028 sebagai Dekoder BCD Bilangan-bilangan biner yang sudah mengalami proses counterisasi, agar dapat terbaca di suatu sistem tampilan, maka harus didekoderisasi terlebih dahulu. IC 4028 merupakan salah satu IC yang berfungsi sebagai proses dekoder dari bilangan-bilangan biner menjadi desimal.

31 IC ini akan menerima inputan yang berupa bilangan-bilangan biner melalui kaki 10, 11, 12, dan 13. Kemudian setelah masuk melalui kaki-kaki tersebut, bilanganbilangan tersebut akan mengalami proses dekoderisasi untuk dirubah menjadi bilangan desimal.

Gambar 2.21 Konfigurasi pin IC 4028

Adapun besarnya bilangan desimal yang terbentuk tergantung dari sinyal-sinyal inputan yang masuk. Setelah itu, bilangan-bilangan biner yang sudah dirubah menjadi bilangan decimal akan dikeluarkan untuk ditampilkan pada suatu sistem penampil melalui kaki 2, 3, 14, dan 15.

32 Adapun tabel kebenaran dari IC 4028 adalah sebagai berikut Tabel 2.2 Tabel kebenaran IC 4028

2.9 IC 4066 sebagai Saklar Mandiri

SIGNAL A

IN/OUT

1

OUT/IN

2

OUT/IN

3

IN/OUT

4

SIGNAL B CONTROL B

5

CONTROL C

6

VSS

7

SW A SW D SW B SW C

14

VDD

13

CONTROL A

12

CONTROL D

11

IN/OUT

10

OUT/IN

9

OUT/IN

8

IN/OUT

SIGNAL D

SIGNAL C

Gambar 2.22 Konfigurasi pin IC 4066

IC 4066 merupakan IC CMOS yang berisi empat buah bilateral switch. Switch dapat dioperasikan dengan memberikan tegangan high pada masingmasing kontrol tiap switch. Apabila kontrol A mendapat tegangan high maka

33 switch A pada pin 1 dan pin 2 akan terhubung dan apabila kontrol A mendapat tegangan low maka switch A pada pin 1 dan pin 2 akan terputus. Begitu juga pada switch lainnya yang bekerja apabila kontrolnya diberikan tegangan high. IC 4066 ini juga dapat digunakan sebagai multiplekser dan demultiflekser. IC 4066 ini bila dihubungkan dengan IC counter atau dekoder dapat digunakan sebagai rangkaian ADC. IC tambahan tersebut dapat dihubungkan ke kontrol masing-masing switch.

2.10 IC CA 3162E sebagai Analog To Digital Converter

NSD MSD LSD HOLD/BY PASS GND ZERO ADJUSMENT

1

16

2(3) BCD OUTPUT

2 3 4 5 6 7 8

15 14 13 12 11 10 9

2(0) BCD OUTPUT

IC 3162 E

2(1) BCD OUTPUT 2(2) BCD OUTPUT

V+ GAIN ADJUSMENT INTEGRATING CAP HIGH INPUT LOW INPUT ZERO ADJUSMENT

Gambar 2.23 Konfigurasi pin IC 3162 E

Pada waktu dilakukan pengukuran temperatur, tekanan udara, tegangan listrik atau besaran – besaran fisis lainya secara analog , artinya alat ukur dari besaran – besaran tersebut akan memberikan bentuk informasi dalam bentuk analog. Kita menentukan suatu besaran yang diukur dengan suatu petunjuk pada garis skala yang tertera pada meter alat tersebut. Suatu besaran analog tidak dapat langsung ditampilkan sebagai informasi digital , besaran ini harus terlebih dahulu dirubah atau dikonversikan yaitu perubahan dari kode – kode biner ke desimal agar dapat ditampilkan menjadi

34 informasi digital. Pada alat rancangan ini panas yang dihasilkan terlebih dahulu dikonversikan oleh LM 35 menjadi tegangan listrik. Tegangan listrik yang masih dalam bentuk analog ini, kemudian dikonversikan lagi menjadi besaran – besaran digital dan ditampilkan dalam bentuk informasi digital oleh rangkaian ADC. Jadi pada alat ini dilakukan dua kali proses konversi didalam memberikan informasi digital yaitu pengubahan panas menjadi tegangan-tegangan listrik (analog) dan pengubahan tegangan listrik menjadi informasi digital. Pada rangkaian ini, IC yang digunakan adalah IC CA3162E, tegangan analog yang merupakan input IC CA3162E

terdiri dari tegangan 2 inputan,

tegangan inputan yang pertama adalah tegangan yang berasal dari tegangan output rangkaian sensor temperatur, sehingga BCD (Binary Counter to Digital) outputnya ke dekoder merupakan BCD out dari sensor temperatur. Sedangkan tegangan input yang kedua adalah tegangan yang berasal dari tegangan setting, sehingga outnya ke dekoder merupakan BCD out dari tegangan setting. Pada IC CA 3162E ini pin yang digunakan untuk tegangan input analog ini di inputkan melalui pin 11 yang merupakan input tegangan analog high dari IC CA 3162E . Sedangkan input tegangan analog low input melalui pin 10. Pada pin 8 dan 9 dari IC CA 3162E yang dihubungkan ke R variabel dimana fungsinya untuk mengkalibrasi angka digital outputnya 0. Selanjutnya tegangan analog yang masuk ke IC ADC ini akan melewati angka 0 dari IC CA3162E serta penguatannya akan diatur yaitu pada pin 13 .Keluaran dari IC ini adalah terletak pada pin 16,15,1 dan 2. Karena data BCD yang digitnya dari IC ini di outputkan ke dekoder IC CA3161E maka diperlukan rangkaian digit driver yang sinkron dengan output BCD .

35 Contoh: Pada saat BCD output memberikan data BCDnya ke input decoder IC 3161E yaitu pin inputannya pada pin 6,2,1 dan 7 untuk digit pertama (LSD) maka digit driver yang aktif adalah digit driver pada pin 5 dari IC CA 3162E sehingga TR1 akan hidup dengan demikian arus VCC akan mengalir ke emiter yang diteruskan menuju kolektor kemudian masuk ke common seven segment yang berfungsi untuk menghidupkan seven segment sementara dari anoda seven segment yang dihubungkan ke output dekoder (output IC CA3161E). 2.11 IC CA 3161E sebagai Dekoder

NC NC NC 2(3) BCD INPUT 2(0) BCD INPUT GND

1

16

V+

2 3 4 5 6 7 8

15 14 13 12 11 10 9

f

IC 3161 E

2(1) BCD INPUT 2(2) BCD INPUT

g a b c d e

Gambar 2.24 Konfigurasi pin IC 3161 E

Dekoder adalah rangkaian gerbang-gerbang yang berguna menampilkan kode-kode biner menjadi tanda - tanda yang dapat ditanggapi secara visual. Dekoder merupakan rangkaian logika yang menggunakan “n” bit masukan biner menjadi “m” jalur keluaran sedemikian sedemikian sehingga setiap jalur keluaran dapat diaktifkan dengan salah satu kombinasi pada masukan. Secara ideal dekoder yang memiliki n buah input dapat menghasilkan jalur keluaran sebesar 2 n kombinasi. Untuk setiap kombinasi-kombinasi masukan ini akan salah satu dari

36 “m” jalur keluaran yang berlogika 1 (tinggi) sedangkan jalur logika yang lain akan berlogika 0 (rendah). Dalam perancangan ini, IC CA 3161 E penulis fungsikan sebagai dekoder, adapun pengertian dari pada dekoder yaitu suatu rangkaian logika yang berfungsi untuk merubah kode-kode biner menjadi tanda-tanda yang dapat ditandai secara visual. Keluaran suatu dekoder merupakan data yang diterima dalam bentuk kode biner. Setiap kombinasi pada masukan hanya mengaktifkan satu terminal keluaran salah satu tipe dari dekoder adalah BCD seven segment dekoder, dimana fungsi dari BCD tersebut adalah merubah kode biner menjadi kode desimal yang akan ditampilkan pada display. Masukan BCD mendapat masukan yang berasal dari counter. Dilihat dari jenisnya, BCD seven segment mempunyai dua jenis yaitu BCD seven segment aktif low dan aktif high. IC CA 3161E adalah salah satu dari jenis BCD seven segment dekoder yang aktif high. Output dari BCD merupakan inputan untuk dekoder (IC CA 3161E) dan inputan dekodernya terletak pada pin 6, 2,1 dan 7. Data biner yang masuk pada dekoder ini kemudian ditampilkan ke seven segment dekoder sebagai data input berupa desimal ke seven segment.

37 Adapun tabel kebenaran dari IC 3161E ini ditunjukkan pada tabel 2.3 dibawah ini Tabel 2.3 Tabel kebenaran IC 3161E

INPUT

OUTPUT DECIMAL

D

C

B

A

A

b

c

d

E

f

g

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

1

1

0

0

1

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

0

1

0

0

1

1

0

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

0

0

0

0

0

0

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

38

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

0

1

0

0

2.12 Seven Segment sebagai Display Display atau penampilan, merupakan sebuah indikator yang digunakan pada peralatan yang berbasis sistim digital. Beberapa macam indikator yang sering digunakan sebagai display : 1. Seven segment 2. Dot matriks Pada karya tulis ini digunakan seven segment sebagai display. Dimana seven segment tersebut terdiri dari tujuh buah led dan satu common dimana dioda tersebut akan menyala apabila diberikan beda potensial atau ada arus yang mengalir. Ada dua jenis seven segment yaitu :

2.12.1 Common anoda Common anoda berarti pada setiap anoda dari masing-masing led digabungkan dan dihubungkan ke VCC, sedangkan pada katodanya diberikan taraf rendah atau berlogika nol (low) sesuai angka yang ingin kita tampilkan sehingga arus akan mengalir dari anoda ke katoda dan akan menyalakan led sesuai angka yang kita inginkan.

39 Untuk lebih jelas dapat kita lihat gambar dan tabel dibawah :

Gambar 2.25 Bentuk fisik dan konfigurasi seven segment anoda

Tabel 2.4 Seven segment common anoda

2.12.2 Common katoda Common katoda merupakan kebalikan dari common anoda, jika pada common anoda, anoda pada led yang digabung dan dihubungkan ke VCC maka pada common katoda, katodanya yang digabung dan dihubungkan ke ground.

40 Untuk lebih jelas dapat kita lihat gambar dan tabel dibawah :

Gambar 2.26 Bentuk fisik dan konfigurasi seven segment katoda Tabel 2.5 Seven segment common katoda

2.13 IC MOC 3020 sebagai PhotoTriac IC MOC 3020 merupakan komponen yang berfungsi sebagai photo triac. Photo triac adalah sebuah komponen penghubung yang bekerja berdasarkan picu cahaya optik. Photo triac terdiri dari dua bagian yaitu pemancar (transmitter) dan penerima (receiver). Pemancar biasanya dibangun dari sebuah led infra red, dan penerima dibangun dengan komponen Photo Triac, gatenya akan mendapat bias maju bila mendapat sinar dari LED sehingga triad terhubung singkat dengan kata lain Photo Triac digunakan sebagai optoisolator antara rangkaian input dan output. IC MOC ini dapat digunakan sebagai penggerak tegangan AC atau komponen elektronik pengganti relay.

41

6

5

4

1

2

3

Gambar 2.27 Konfigurasi pin MOC 3020

Keterangan pin MOC 3020 : Kaki 1

: Anoda

Kaki 2

: Katoda

Kaki 3 dan 5 : Normally Close Kaki 4 dan 6 : Input / Output Tegangan AC

1

6

2

4

Gambar 2.28 Skematik MOC 3020

2.14 TRIODA AC (TRIAC) sebagai Switch Triac merupakan komponen tiga elektroda yang berfungsi sebagai saklar. Triac mempunyai elektroda kendali (gerbang) terpisah guna memungkinkan pemberian level tegangan yang akan memulai triac untuk berkondukasi. Triac banyak digunakan pada rangkaian-rangkaian pengendali, pensaklaran, ataupun pemicu. Prinsip kerja Triac sama dengan SCR (Silicon Control Rectifier) dan Triac sendiri dapat digambarkan sebagai penggabungan dua SCR yang dipasang

42 anti pararel dan diberi satu elektroda pintu. Triac banyak digunakan untuk beban yang mempunyai daya besar. Gambar dibawah ini merupakan lambang dari Triac, terminal utamanya adalah terminal satu dan dua yaitu untuk keluaran dan terminal bersama. Gerbang atau gate merupakan terminal masukan atau terminal kendali. A1

G A2 Gambar 2.29 Simbol triac

Keterangan : A1

: Main Terminal 1

A2

: Main Terminal 2

G

: Gate