TUGAS AKHIR
Rancang Bangun Kapasitansi dan Induktansi Meter Menggunakan Mikrokontroller ATMega 8 Dengan Tampilan LCD Diajukan Guna Melengkapi Sebagian Syarat Dalam Mencapai Gelar Sarjana Strata Satu (S1)
Disusun Oleh : Nama NIM
: Flauzie Amallia Marpaung : 41407120013
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2009
i
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan di bawah ini,
Nama
: Flauzie Amallia Marpaung
NIM
: 41407120013
Jurusan
: Teknik Elektro
Fakultas
: Teknologi Industri
Judul Skripsi : Rancang Bangun Kapasitansi dan Induktansi Meter Menggunakan Mikrokontroller ATMega 8 Dengan Tampilan LCD
Dengan ini menyatakan bahwa hasil penulisan Tugas Akhir yang telah saya buat ini merupakan hasil karya sendiri dan benar keasliannya. Apabila ternyata di kemudian hari penulisan Tugas Akhir ini merupakan hasil plagiat atau penjiplakan
terhadap
karya
orang
lain,
maka
saya
bersedia
mempertanggungjawabkan sekaligus bersedia menerima sanksi berdasarkan aturan tata tertib di Universitas Mercu Buana. Demikian pernyataan ini saya buat dalam keadaan sadar dan tidak dipaksakan.
Penulis,
( Flauzie Amallia Marpaung)
ii
LEMBAR PENGESAHAN
Rancang Bangun Kapasitansi dan Induktansi Meter Menggunakan Mikrokontroller ATMega 8 Dengan Tampilan LCD
Disusun Oleh : Nama NIM Program Studi Peminatan
: Flauzie Amallia Marpaung : 41407120013 : Teknik Elektro : Teknik Elektronika Mengetahui,
Pembimbing,
Koordinator TA,
( Dr. Ir. Andi Adriansyah, M.Eng )
( Ir. Yudhi Gunardi, MT ) Mengetahui, Kepala Program Studi Teknik Elektro,
( Ir. Yudhi Gunardi, MT )
iii
ABSTRAKSI Kapasitor dan induktor memiliki peranan yang penting dibidang elektronika. Banyak nilai kapasitor dan induktor yang nilainya sulit diterjemahkan yaitu ketika kapasitor dan induktor bernilai kecil dan warna cetak yang kurang jelas serta faktor dari pembaca alat ukur (manusia) apabila digunakan alat ukur analog. Dari permasalahan tersebut maka dirancang alat ukur induktansi dan kapasitansi meter (LC Meter) yang hasilnya dapat langsung ditampilkan. Metode realisasi Tugas Akhir yang digunakan dalam pembuatan alat ukur induktansi dan kapasitansi meter ini adalah dengan metode literature dan uji laboratories. Kapasitor dan induktor yang di rancang pada Tugas Akhir ini adalah salah satu alat ukur paling sederhana dan teliti yang bisa dibaca dan digunakan oleh semua orang. LC Meter digital ini dapat digunakan untuk mengukur induktansi - induktansi kecil yang mungkin tidak bisa diukur dengan LC Meter Analog, misalnya dari 10nH - 1000nH, 1ȝH - 1000ȝH, 1mH - 100mH dan kapasitansi dari 0,1pF - 900nF. Dari hasil pengujian dan pengukuran, didapat rata – rata kesalahan pada kapasitansi meter adalah 9,02 persen dan pada induktansi meter adalah 19,1 persen. Dapat disimpulkan juga bahwa semakin tinggi nilai induktor maupun kapasitor yang diukur mengakibatkan persentasi kesalahan semakin tinggi juga. Secara umum dapat dikatakan bahwa alat yang dirancang mampu bekerja dengan baik.
Kata kunci : Alat Ukur, Kapasitor, Induktor, Mikrokontroller dan LCD
iv
ABSTRACT Capacitor and inductor have important role in electronics. Many capacitor and inductor values are assessing difficult to be translated that is when the capacitor and inductor valuable are small and the color print is unsatisfying explains and factor from measuring instrument reader (man) when applied by measuring instrument of analogue. Of the problems hence designed by measuring instrument of inductance and capacitance meter (LC Meter) which the result of it’s earns direct is presented. Realization method of this final task which applied in this measuring inductance and capacitance meter is with literature method and test laboratories. This is one of the most accurate and simplest LC inductance and capacitance meters that one can find, yet one that you can easily build yourself. This LC Meter allows measuring incredibly small inductances starting from 10nH to 1000nH, 1uH to 1000uH, 1mH to 100mH and capacitance from 0.1pF up to 900nF. From examination result and measurement, got average mistake at meter capacitance is 9, 02% and meter inductance is 19, 1%. Inferential also that excelsior assess measured capacitor and inductor result percentage of mistake of excelsior also. Generally it can be said that the appliance can work better. Keyword: Measuring instrument, Capacitor, Inductor, Microcontroller and LCD.
v
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan yang mengasihi dan memelihara serta memberikan pengetahuan, pengalaman, berkat, kekuatan, dan kesempatan kepada penulis, sehingga mampu menyelesaikan laporan tugas akhir ini dengan baik. Laporan Tugas Akhir yang berjudul “Rancang Bangun Kapasitansi Dan Induktansi Meter Menggunakan Mikrokontroller ATMega 8 Dengan Tampilan LCD” adalah tugas mata kuliah akhir semester 4 program pendidikan Strata I jurusan Teknik Elektro peminatan Teknik Elektronika Universitas Mercu Buana. Sesuai dengan judulnya, dalam laporan ini akan dibahas mengenai cara kerja suatu alat yang berfungsi untuk membuat rangkaian kapasitansi dan induktansi meter untuk mengetahui suatu nilai kapasitor dan induktor dengan hasil pengukuran akan ditunjukkan pada LCD. Dimana proses ini berlangsung secara otomatis. Dalam proses pembuatan laporan ini, penulis telah mendapatkan bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak, baik berupa material, spiritual, informasi, maupun segi administrasi. Oleh karena itu, sudah selayaknya penulis mengucapkan terima kasih banyak kepada : 1. Bapak Dr. Ir. H. Suhoryadi, MS, sebagai Rektor Pimpinan Universitas Mercu Buana;S 2. Bapak Ir. Torik Husein, MT, sebagai Dekan Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana; 3. Bapak Ir. Yudhi Gunardi, MT, sebagai Ketua Program Studi Teknik Elektro; 4. Bapak Dr. Ir. Andi Adriansyah, M.Eng, sebagai Dosen Pembimbing penulis yang telah banyak meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran dalam pembuatan tugas akhir ini; 5. Seluruh dosen dan pegawai di Universitas Mercu Buana;
vi
6. PT. Schneider Electric Indonesia, perusahaan tempat penulis bekerja yang telah memberi kesempatan dan selalu mendukung dalam penyelesaian tugas akhir ini; 7. Kedua orangtua penulis, dr. B. Marpaung dan P. Siahaan yang telah dan akan selalu memberikan dorongan doa, cinta kasih dan semangat yang luar biasa. 8. Kakak penulis Maria Margaretha yang selalu memberikan kekuatan dan penghiburan serta adik-adik penulis Jho Fandi Christian, dan Fredrick Alexander terimakasih untuk doa, canda dan tawa yang kalian berikan; 9. Abangku Putra Jaya Simanjuntak yang selalu membantu ketika penulis mengalami kesulitan dalam pengerjaan tugas akhir ini, dan senantiasa mendukung didalam doa. 10. Saudara dan saudari penulis yang terkasih IAKPM POLMED terimakasih atas doa dan semangat yang kalian berikan; 11. Teman-teman seperjuangan teknik elektro angkatan 12 yang tidak dapat disebutkan namanya satu per satu; 12. Rekan-rekan yang lain yang tidak dapat disebutkan namanya satu persatu.
Dalam tugas akhir ini Penulis menyadari begitu banyak kekurangan dan kesalahan dalam penyajian
maupun dalam penulisan. Untuk itu penulis
mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun demi kesempurnaan tugas akhir ini. Akhirnya penulis kembali mengucapkan terima kasih kepada orang-orang yang telah membantu dalam penulisan tugas akhir ini. Semoga tugas akhir ini bermanfat bagi siapapun yang membacanya.
Jakarta, November 2009 Hormat saya,
Flauzie Amallia Marpaung NIM: 41407120013
vii
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL ......................................................................................
i
HALAMAN PERNYATAAN........................................................................
ii
HALAMAN PENGESAHAN........................................................................
iii
ABSTRAKSI...................................................................................................
iv
KATA PENGANTAR....................................................................................
vi
DAFTAR ISI................................................................................................... viii DAFTAR TABEL ..........................................................................................
xi
DAFTAR GAMBAR......................................................................................
xii
DAFTAR RUMUS ......................................................................................... xiii BAB I
PENDAHULUAN ...........................................................................
1
1.1
Latar Belakang Masalah ...................................................................
1
1.2 Permasalahan ....................................................................................
2
1.3 Pembatasan Masalah ........................................................................
2
1.4 Tujuan...............................................................................................
2
1.5 Manfaat.............................................................................................
2
1.6 Sistematika Tugas Akhir ..................................................................
3
BAB II LANDASAN TEORI ......................................................................
4
2.1
2.2
Kapasitor...........................................................................................
4
2.1.1
Jenis Kapasitor ..................................................................
4
2.1.2
Kapasitansi Kapasitor .......................................................
7
Induktor ...........................................................................................
7
2.2.1
Induktansi Diri ..................................................................
8
2.2.2
Induktansi Bersama...........................................................
8
2.2.3
Induktansi Seri ..................................................................
8
2.3
Regulator Tegangan Tetap (IC 78XX) .............................................
9
2.4
Komparator Tegangan (IC LM311) .................................................
10
viii
2.5
Mikrokontroler AVR Seri ATMega 8 ..............................................
11
2.5.1 Sekilas tentang AVR .........................................................
11
2.5.2 Karakteristik Mikrokontroler ATMega ............................
12
2.5.2.1 Fitur ATMega 8........................................................
12
2.5.2.2 Konfigurasi Pin ATMega 8 ......................................
13
2.5.2.3 Peta Memory ATMega 8..........................................
13
2.5.3 Status Register (SREG) .....................................................
15
2.5.4 Bahasa Assembly AVR .....................................................
16
2.5.5 Operasi Port Input Output .................................................
18
2.5.5.1 Register I/O ..............................................................
18
2.5.5.2 Operasi Register I/O.................................................
19
2.5.6 Operasi Aritmatika ............................................................
19
2.5.7 Operasi Logika ..................................................................
20
2.5.8 Operasi Percabangan .........................................................
20
2.5.9 Interupsi.............................................................................
21
2.5.10 Liquid Crystal Display ......................................................
22
2.5.10.1 Konfigurasi Pin LCD 16x2 .....................................
22
2.6 Transistor ..........................................................................................
24
2.7 Osilator..............................................................................................
25
2.7.1 Osilator Balikan (Feed Back Oscillator) ...........................
25
2.7.1.1 Dasar-dasar Osilator..................................................
25
2.7.1.2 Pengoperasian Rangkaian LC ...................................
26
2.7.2 Osilator Hartley .................................................................
28
2.7.3 Osilator Colpitts ................................................................
28
2.7.4 Osilator Kristal ..................................................................
28
2.7.5 Osilator Relaksasi..............................................................
29
2.8 Resistor .............................................................................................
29
2.9 Saklar ................................................................................................
29
2.10 Relay .................................................................................................
31
ix
BAB III PERANCANGAN SISTEM...........................................................
33
3.1. Konstruksi/Desain Rangkaian ..........................................................
33
3.1.1 Diagram Blok.......... ..........................................................
33
3.1.2 Gambar Rangkaian ...........................................................
35
3.2. Cara Kerja Rangkaian.......................................................................
36
3.2.1 Pengukuran Kapasitansi .....................................................
37
3.2.2 Pengukuran Induktansi.......................................................
37
3.3. Sistem Program Pada Rangkaian......................................................
38
3.3.1 Inisialisasi Program............................................................
38
3.3.2 Program Phase Kalibrasi ....................................................
40
3.3.3 Program Perhitungan Frekuensi.........................................
41
3.4. Pembuatan PCB
...........................................................................
43
BAB IV HASIL ANALISIS DAN PEMBAHASAN...................................
44
4.1
Hasil Pengukuran...........................................................................
44
4.2
Pembahasan ...................................................................................
45
4.3
Keterbatasan Alat ..........................................................................
52
BAB V PENUTUP.......................................................................................
53
5.1
Kesimpulan………........................................................................
53
5.2
Saran……. .....................................................................................
53
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................
54
LAMPIRAN
x
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1
Contoh konstanta dari beberapa bahan dielektrik ......................... 7
Tabel 2.2
Karakteristik IC 78XX .................................................................. 9
Tabel 2.3
Konfigurasi Port ............................................................................18
Tabel 2.4
Sumber Interupsi ATMega 8.........................................................22
Tabel 2.5
Konfigurasi Pin LCD 16 Karakter x 2 Baris.................................23
Tabel 4.1
Hasil Pengukuran Kapasitansi Kapasitor ......................................44
Tabel 4.2
Hasil Pengukuran Induktansi Induktor .........................................44
Tabel 4.3
Tampilan Hasil Pengukuran pada LC Meter…………………….45
xi
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1
Simbol Kapasitor Kertas ........................................................
4
Gambar 2.2
Simbol Kapasitor Elektrolit ...................................................
5
Gambar 2.3
Simbol Kapasitas Variabel.....................................................
5
Gambar 2.4
Regulator 78XX ....................................................................
9
Gambar 2.5
(a) Pin IC LM311................................................................... 10 (b) Bentuk Fisik IC LM311 ................................................... 10
Gambar 2.6
Konfigurasi Pin ATMega 8.................................................... 13
Gambar 2.7
Peta Program Memory .......................................................... 14
Gambar 2.8
Peta Data Memory ................................................................. 15
Gambar 2.9
Konfigurasi Pin LCD 16 Karakter x 2 Baris.......................... 23
Gambar 2.10
(a) Simbol Transistor Bipolar PNP ........................................ 24 (b) Simbol Transistor Bipolar NPN ....................................... 24
Gambar 2.11
Bagian-bagian utama osilator balikan.................................... 26
Gambar 2.12
Rangkaian Dasar Tangki LC.................................................. 26
Gambar 2.13
Lambang Kristal..................................................................... 28
Gambar 2.14
(a) Simbol Relay .................................................................... 32 (b) Rangkaian Driver Relay ................................................... 32
Gambar 3.1
Blok Diagram Alat Ukur Induktansi dan Kapasitansi Meter . 33
Gambar 3.2
Rangkaian Alat Ukur Induktansi dan Kapasitansi Meter ...... 35
Gambar 3.3
Lay Out PCB (PrintedCircuit Board) untuk Rangkaian Alat Ukur Induktansi dan Kapasitansi Meter ................................ 43
xii
DAFTAR RUMUS Halaman Rumus 2.1
Kapasitansi Kapasitor ............................................................
7
Rumus 2.2
Kapasitansi dengan konstanta bahan dielektrik .....................
7
Rumus 2.3
Induktansi total dengan arah GGL sama................................
8
Rumus 2.4
Induktansi total dengan arah GGL berlainana ......................
8
Rumus 2.5
Frekuensi Resonansi ............................................................. 27
xiii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Dengan semakin berkembangnya teknologi elektronika, maka alat ukur elektronik sangat diperlukan. Pada saat sekarang ini, terdapat banyak alat ukur terutama alat ukur komponen. Dalam proyek elektronika, komponen yang mutlak harus diketahui nilainya adalah komponen dasar seperti : resistor, kapasitor, induktor, dan lain sebagainya. Ada alat ukur dalam suatu instrument yang memiliki beberapa kemampuan pengukuran seperti Amperemeter, Voltmeter, Ohmmeter, Kapasitansimeter, yang dijadikan satu instrument yang disebut Multimeter. Alat ini disamping harganya relatif mahal, juga dalam hal - hal tertentu dalam pemakaiannya mempunyai kekurangan faktor ketelitian dan range pengukuran. Kapasitor dan induktor memiliki peranan penting dalam bidang elektronika, antara lain diaplikasikan dalam rangkaian elektronika yaitu untuk memilih frekuensi pada radio penerima, meratakan fluktuasi tegangan dan sebagainya. Banyak nilai kapasitor dan induktor yang nilainya sulit diterjemahkan yaitu ketika kapasitor dan induktor bernilai kecil dan memiliki warna cetak yang kurang jelas. Dari permasalahan tersebut maka dirancang alat ukur kapasitansi dan induktansi meter digital yang berbasis mikrokontroller dengan menggunakan LCD sebagai tampilannya agar memperoleh nilai kapasitansi dan induktansi yang lebih spesifik, dimana ketelitian dan range pengukuran dapat direncanakan. Berkaitan dengan masalah tersebut, perlu dikembangkan suatu alat yang dapat mengetahui nilai kapasitor dan induktor dengan benar dan teliti dimana hasil pembacaan alat ukur ini bisa langsung ditampilkan. Hal-hal yang berhubungan dengan alat ukur kapasitansi dan induktansi meter digital ini diantaranya adalah mikrokontroller AVR Seri ATMega 8, LCD Display, IC LM311, relay, transistor, kapasitor dan komponen-komponen lain yang berhubungan dengan alat ini.
1
2
1.2 Permasalahan Tugas Akhir ini akan menjawab pertanyaan tentang bagaimana cara membuat suatu sistem alat ukur induktansi dan kapasitansi meter dengan tampilan LCD menggunakan Mikrokontroller.
1.3 Pembatasan Masalah Mengingat permasalahan yang berhubungan dengan alat ukur kapasitansi dan induktansi meter, maka setelah dilakukan uji laboratories dan kajian literatur mengenai komponen yang digunakan dalam alat ukur induktansi dan kapasitansi meter, maka diberikan pembatasan masalah sebagai berikut : 1. Penelitian ini nantinya hanya untuk mengetahui nilai induktansi dan kapasitansi dengan tampilan LCD. 2. Level pengukuran yang digunakan dalam penelitian ini adalah : a. Kapasitor : antara 0,1pF – 1000pF, 1nF - 900nF Jenis yang diukur kapasitor mikha dan keramik. b. Induktor : antara 10nH - 1000nH, 1μH - 1000μH, 1mH – 100mH
1.4 Tujuan Tujuan yang ingin dicapai dalam Tugas Akhir ini adalah membuat rangkaian induktansi dan kapasitansi meter untuk mengetahui suatu nilai kapasitor dan induktor, dimana hasil pengukuran ditunjukkan pada LCD.
1.5 Manfaat Manfaat yang dapat diambil dalam penelitian ini adalah : 1. Sebagai alat pembantu untuk mengetahui nilai induktansi dari suatu induktor dan kapasitansi dari suatu kapasitor. 2. Dapat membantu dan bermanfaat bagi penelitian dilaboratorium maupun untuk teknisi pada berbagai proyek ektronika khususnya dalam menentukan nilai induktansi dan kapasitansi. 3. Sebagai pengembangan peralatan laboratorium Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Mercu Buana Jakarta.
1.6 Sistematika Tugas Akhir Untuk memudahkan pihak pembaca dan pihak yang berkepentingan dalam memahami isi laporan tugas akhir ini secara terarah, maka penulis membuat sistematika penulisan yang urut sebagai berikut : BAB I
PENDAHULUAN Pada bab ini akan dibahas mengenai latar belakang, permasalahan, pembatasan masalah, tujuan, manfaat dan sistematika tugas akhir.
BAB II
LANDASAN TEORI Landasan teori berisi teori dan konsep dasar yang nantinya menjadi landasan dalam perhitungan dan pembahasan permasalahan yang telah ada.
BAB III
PERANCANGAN SISTEM Pada bagian ini akan dibahas mengenai perhitungan yang dibutuhkan dalam pembuatan alat mencakup peralatan yang dibutuhkan, langkah pembuatan alat, cara kerja rangkaian, dan pengujian alat.
BAB IV
HASIL ANALISIS DAN PEMBAHASAN Pada bagian ini akan dibahas mengenai analisis cara kerja dari alat yang telah dibuat.
BAB V
PENUTUP Pada bab ini berisi kesimpulan dan saran yang mencakup hal-hal penting yang telah didapat pada bab awal hingga akhir yang menjadi inti pokok persoalan sekaligus penutup dari laporan tugas akhir.
3
BAB 2 LANDASAN TEORI Bagian-bagian atau komponen yang digunakan pada rangkaian alat ukur kapasitansi dan induktansi meter adalah sebagai berikut : 2.1 Kapasitor Secara prinsip sebuah kapasitor terdiri dari dua keping konduktor yang ruang diantaranya diisi oleh dielektrik (penyekat), misal udara atau kertas. Kedua konduktor diberi muatan sama besar tetapi jenisnya berlawanan yang satu bermuatan (+), lainnya bermuatan (-). Kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan listrik dinyatakan oleh besaran kapasitas (atau kapasitansi). Satuan SI dari kapasitas adalah Farad (F). Kapasitor dirancang untuk menyediakan kapasitansi pada rangkaian listrik untuk menyimpan energi dalam medan listrik antara dua konduktor yang dipisahkan oleh media dielektrik. Kapasitansi didefinisikan sebagai sifat dari suatu rangkaian untuk melawan setiap perubahan tegangan (Robert L. Shrader, 1991:101) 2.1.1 Jenis kapasitor Jenis-jenis kapasitor secara garis besar dibedakan menjadi 3 macam antara lain : 1) Kapasitor kertas Kapasitor kertas terdiri dari dua lembar kertas timah panjang yang berfungsi sebagai keping-keping konduktor. Kapasitor jenis ini mempunyai kapasitas sebesar 0,1 ȝF.
Gambar 2.1 Simbol Kapasitor Kertas
4
5
2) Kapasitor elektrolit Kapasitor elektrolit terdiri dari dua lembar kertas aluminium oksida yang diproses secara kimia sebagai bahan penyekat. Kapasitor jenis ini mempunyai kapasitas paling tinggi sampai dengan 100.000 pF.
Gambar 2.2 Simbol Kapasitor Elektrolit
3) Kapasitor variabel Kapasitor variabel digunakan untuk memilih frekuensi gelombang pada radio penerima. Nilai maksimum kapasitasnya sampai dengan 0,00005 μF (500pF).
Gambar 2.3 Simbol Kapasitas Variabel
Jenis kapasitor berdasarkan kebocoran dielektrik, kapasitansi yang tetap dan berubah, tegangan kerja, nilai kapasitansi dan frekuensinya dibagi menjadi : 1) Dielektrik hampa Jenis kapasitor ini tidak terdapat kebocoran, dibuat untuk kapasitor tetap atau variabel, digunakan pada tegangan 5000 Volt sampai 50.000 Volt, besar kapasitansinya antara 5 sampai 250 pF dan frekuensi kerja diatas 1000 MHz.
2) Dielektrik udara Terjadi kebocoran kecil kecuali yang melalui osilasi, biasanya dibuat untuk kapasitor jenis tetap, variabel dan dapat diatur.
6
3) Dielektrik mika Terjadi kebocoran kecil kecuali yang melalui bahan yang menutupi pelat dan dielektrik. Dibuat untuk kapasitor jenis tetap dan dapat diatur. Tegangan kerja dari 350 sampai beberapa ribu volt. Besaran kapasitansi dari 1,5 pF sampai 0,1 μF.
4) Dielektrik keramik Kebocoran kecil, dibuat untuk kapasitor jenis datar, bulat, atau berbentuk tabung dan jenis yang dapat diatur. Besarnya kapasitansi dari 1,5 pF sampai dengan 0,01 μF untuk jenis tetap dan sampai 100pF untuk jenis yang dapat diatur. Tegangan kerja sekitar 500 Volt dan frekuensi kerja lebih dari 300 MHz.
5) Dielektrik kertas Biasa digunakankertas yang dilumuri minyak, lilin, PCB dan ester. Besar kapasitansi 10 pF sampai 10μF untuk jenis tetap. Digunakan pada tegangan 150 volt sampai beberapa ribu volt. Frekuensi sampai dengan 1 atau 2 MHz.
6) Dielektrik plastik Besar kapasitansi sampai dengan 2 μF dan tegangan kerja dari 200 sampai dengan 600 volt.
7) Elektrolit Bocor sebagian, hanya dibuat untuk kapasitor jenis tetap, mempunyai rentang dari beberapa μF sampai dengan 50.000 μF atau lebih. Tegangan kerja dari 6 sampai dengan 750 V
7
2.1.2 Kapasitansi kapasitor Kapasitansi didefinisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan elektron. Kapasitansi kapasitor dapat dirumuskan sebagai berikut : C=
Q V
(2.1)
Dimana, Q = Muatan dalam Coulomb C = Kapasitansi dalam Farad V = Tegangan dalam Volt
Dalam praktek pembuatan kapasitor, kapasitansi dihitung dengan mengetahui area plat metal (A), jarak (t) antara kedua plat metal dan konstanta bahan dielektrik (k) dapat ditulis dengan rumus sebagai berikut:
C = ( 8,85 x10−12 ) ( k . A / t )
(2.2)
Tabel 2.1 Contoh Konstanta dari beberapa bahan dielektrik Udara Vakum
k=1
Aluminium Oksida
k=8
Keramik
k = 100 – 1000
Gelas
k=8
Polyethylne
k=3
2.2 Induktor
Induktor adalah alat elektris yang dirancang untuk menyediakan induktansi dalam suatu rangkaian.suatu bentuk sederhana dari induktor yaitu lilitan kawat. Induktansi merupakan sifat dari suatu rangkaian untuk melawan setiap perubahan arus, dan merupakan tempat penyimpanan dalam bentuk suatu medan elektromagnetik (Robert L. Shrader, 1991:78).
8
2.2.1 Induktansi Diri
Induktor (disebut juga induktansi) dibentuk oleh dua penghantar yang terpisah oleh ruangan bebas, dan tersusun sedemikian hingga fluks magnetik dari yang satu terkait dengan yang lain. Fungsi utama dari induktor didalam suatu rangkaian adalah untuk melawan fluktuasi arus yang melewatinya.Aplikasinya pada rangkaian dc salah satunya adalah untuk menghasilkan tegangan dc yang konstan terhadap fluktuasi beban arus. Pada aplikasi rangkaian ac salah satu gunanya adalah bisa untuk meredam perubahan fluktuasi arus yang tidak diinginkan.
2.2.2 Induktansi bersama
Induktansi bersama adalah nilai induktansi diakibatkan adanya dua induktor yang saling berdekatan sehinnga mempengaruhi satu dengan yang lain. Perubahan arus pada suatu kumparan yang bisa menimbulkan perubahan fluksi pada kumparan lainnya sehingga terjadi ggl, maka kedua kumparan tersebut mempunyai induktansi bersama. Dua buah rangkaian dikatakan mempunyai induktansi bersama sebesar 1 H bila arus yang mengalir pada salah satu rangkaian tersebut mempunyai perubahan rata-rata sebesar satu ampere tiap detik yang membangkitkan GGL sebesar satu Volt pada rangkaian yang lainnya.
2.2.3 Induktansi Seri
Dua buah kumparan yang masing-masing mempunyai induktansi sendiri L1 dan L2, serta induktansi bersama M yang dihubungkan seri, maka induktansi total dari kedua kumparan tersebut adalah : Lt = L1 + L2 + 2M, bila GGL dalam arah yang sama.
(2.3)
Lt = L1 + L2 - 2M, bila GGL dalam arah yang berlainan.
(2.4)
Dimana, Lt = Induktansi total dalam H L1, L2 = Induktansi yang terpisah H M = Induktansi bersama dalam H
9
2.3 Regulator Tegangan Tetap (IC 78XX) Catu daya merupakan sesuatu yang sangat penting untuk semua rangkaian elektronika. Dewasa ini semua sistem elektronika sudah beroperasi dengan catu daya yang stabil. Untuk mendapatkan tegangan yang benar-benar stabil dari suatu penyearah yang telah difilter dengan kapasitor dapat digunakan rangkaian tegangan tetap. Regulator tegangan tetap ini terbagi atas 2 bagian rangkaian yaitu: 1. Regulator Positif (IC 78XX) 2. Regulator Negatif (IC 79XX) Regulator ini dimaksudkan untuk memberikan kemampuan catu yang mantap dengan komponen extern seminim mungkin. Ragulator ini bekerja berdasarkan asas-asas, seperti pembatasan arus lipat balik, penghambat panas, dan pembatas daerah aman yang mencegah tingkat keluaran bergerak keluar dari disipasi daya aman.
Gambar 2.4 Regulator 78XX
Tabel 2.2 Karakteristik IC 78XX Iout (Amper)
V in (Volt)
Type
Vout
78XX
(Volt)
Min
Max
Min
Max
05 06 08 10 12 15 18 24
5 6 8 10 12 15 18 24
0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
1 1 1 1 1 1 1 1
7.5 8.6 10.6 12.7 14.8 14.8 21 27.5
20 21 23 25 27 27 33 36
10
Bila menggunakan regulator tegangan IC 78XX ada beberapa hal tentang kontruksi yang perlu diperhatikan: 1. Semua konduktor yang mengalirkan arus-arus besar harus diusahakan setebal dan sependek mungkin. 2. Semua sambungan umum harus dihubungkan dengan kondensator. 3. Kondensator-kondensator kopling masukan dan keluaran harus dipasang sedekat mungkin dengan masukan dan pena keluaran IC. 4. Harus diadakan pendinginan yang memadai.
2.4 Komparator Tegangan (IC LM311)
Komparator adalah sebuah rangkaian penguat yang memiliki dua buah input. Tegangan output yang dihasilkannya sebanding dengan selisih antara dua tegangan inputnya. Gain komparator kurang – lebih adalah sebesar 200.000, sehingga selisih input sebesar hanya 100 µV pun sudah cukup untuk menurunkan output mendekati 0 V atau mendekatkannya hingga mencapai tegangan catu. Pada komparator tipe LM311N terdapat 23 buah transistor, 2 dioda, dan 19 resistor. Komponen – komponen ini, beserta seluruh sambungannya, dibuat di atas sebuah chip silikon yang berukuran sangat kecil. Chip ini ditempatkan didalam sebuah kemasan 8-pin.
(a) Pin
(b) Bentuk Fisik
Gambar 2.5 IC LM311N
Gambar di atas memperlihatkan sebuah kemasan IC 8-pin. Pin 1 dapat diidentifikasikan dengan merujuk pada sebuah ’lingkaran’ kecil di badan IC
11
(gambar 2.5 b). Pin – pin lainnya diberi nomor sebagaimana diperlihatkan dalam gambar. Dua buah input ke rangkaian penguat adalah iput non–pembalik (+) dan input pembalik (-). Output yang dihasilkan akan bernilai positif apabila input (+) lebih besar dari input (-). Output akan mendekati 0 V apabila input (+) lebih kecil dari input (-). Piranti ini membutuhkan sebuah catu daya mode–ganda (dapat imemberikan tegangan positif dan negatif). Pin 1 dihubungkan ke
V. Pn 8
dihubungkan ke jalur positif catu daya. Pin 4 disambungkan ke jalur negatif catu daya. Pasokan tegangan positif dan tegangan negatif, keduanya harus sama besar namun berlawanan polaritasnya.
2.5 Mikrokontroler AVR Seri ATMega8 2.5.1 Sekilas tentang AVR
Ada beberapa definisi AVR, yaitu AVR : Alf and Vegard RISC atau AVR : Advanced Virtual RISC atau RISC: Reduced Instruction Set Computer Arsitektur mikrokontroler jenis AVR pertamakali dikembangkan pada tahun 1996 oleh dua orang mahasiswa Norwegian Institute of Technology yaitu Alf-Egil Bogen dan Vegard Wollan. Mikrokontroler AVR kemudian dikembangkan lebih lanjut oleh Atmel. Seri pertama AVR yang dikeluarkan adalah mikrokontroler 8 bit AT90S8515, dengan konfigurasi pin yang sama dengan mikrokontroler 8051, termasuk address dan data bus yang termultipleksi. Mikrokontroler instruksinya
dikurangi
AVR dari
menggunakan segi
teknologi
ukurannya
dan
RISC
dimana
kompleksitas
set
mode
pengalamatannya. Pada awal era industri komputer, bahasa pemrograman masih menggunakan kode mesin dan bahasa assembly. Untuk mempermudah dalam pemrograman para desainer komputer kemudian mengembangkan bahasa pemrograman tingkat tinggi yang mudah dipahami manusia. Namun akibatnya, instruksi yang ada menjadi semakin komplek dan membutuhkan lebih banyak memori. Dan tentu saja siklus eksekusi instruksinya menjadi semakin lama.
12
Dalam AVR dengan arsitektur RISC 8 bit, semua instruksi berukuran 16 bit dan sebagian besar dieksekusi dalam 1 siklus clock. Berbeda dengan mikrokontroler MCS-51 yang instruksinya bervariasi antara 8 bit sampai 32 bit dan dieksekusi selama 1 sampai 4 siklus mesin, dimana 1 siklus mesin membutuhkan 12 periode clock. Dalam perkembangannya, AVR dibagi menjadi beberapa varian yaitu AT90Sxx, ATMega, AT86RFxx dan ATTiny. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing varian adalah kapasitas memori dan beberapa fitur tambahan saja.
2.5.2 Karakteristik Mikrokontroler ATMega 2.5.2.1 Fitur ATMega8
Fitur yang tersedia adalah : • Frekuensi clock maksimum 16 MHz • Jalur program I/O 23 buah • Analog to Digital Converter 10 bit sebanyak 6 jalur • Timer/Counter sebanyak 3 buah • CPU 8 bit yang terdiri dari 32 register • Watchdog Timer dengan osilator internal • SRAM sebesar 1 kbyte • Memori Flash sebesar 8 Kbyte dengan kemampuan read while write • Interrupt internal maupun eksternal • Port komunikasi SPI • EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi • Analog Comparator • Komunikasi serial standar USART dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps
13
2.5.2.2 Konfigurasi Pin ATMega8
Gambar 2.6 Konfigurasi Pin ATMega8
2.5.2.3 Peta Memory ATMega8
ATMega8 memiliki dua jenis memori yaitu Data Memory dan Program Memory ditambah satu fitur tambahan yaitu EEPROM Memory untuk penyimpan data. •
Program Memory ATMega8 memiliki On-Chip In-System Reprogrammable Flash Memory
untuk menyimpan program. Untuk alasan keamanan, program memory dibagi menjadi dua bagian yaitu Boot Flash Section dan Application Flash Section. Boot Flash Section digunakan untuk menyimpan program Boot Loader, yaitu program yang harus dijalankan pada saat AVR reset atau pertamakali diaktifkan. Application Flash Section digunakan untuk menyimpan program aplikasi yang dibuat user. AVR tidak dapat menjalankan program aplikasi ini sebelum menjalankan program Boot Loader.
14
Besarnya memori Boot Flash Section dapat diprogram dari 128 word sampai 1024 word tergantung setting pada konfigurasi bit di register BOOTSZ. Jika Boot Loader diproteksi, maka program pada Application Flash Section juga sudah aman.
Gambar 2.7 Peta Program Memory •
Data Memory
Gambar berikut menunjukkan peta memori SRAM pada ATMega8. Terdapat 608 lokasi address data memori. 96 lokasi address digunakan untuk Register File dan I/O Memory sementara 512 lokasi address lainnya digunakan untuk internal data SRAM. Register File terdiri dari 32 general purpose working register, I/O register terdiri dari 64 register.
15
Gambar 2.8 Peta Data Memory •
EEPROM Data Memory
ATMega8 memiliki EEPROM sebesar 512 byte untuk menyimpan data. Lokasinya terpisah dengan system address register, data register dan control register yang dibuat khusus untuk EEPROM.
2.5.3 Status Register (SREG)
Status Register adalah register yang memberikan informasi yang dihasilkan dari eksekusi instuksi aritmatika. Informasi ini berguna untuk mencari alternatif alur program sesuai dengan kondisi yang dihadapi.
16
Bit 7 – I: Global Interrupt Enable Jika bit Global Interrupt Enable diset, maka fasilitas interupsi dapat dijalankan. Bit ini akan clear ketika ada interrupt yang dipicu dari hardware, setelah program interrupt dieksekusi, maka bit ini harus di set kembali dengan instruksi SEI. Bit 6 – T: Bit Copy Storage Instruksi bit copy BLD dan BST menggunakan bit T sebagai sumber atau tujuan dalam operasi bit. Bit 5 – H: Half Carry Flag Bit 4 – S: Sign Bit Bit S merupakan hasil exlusive or dari Negative Flag N dan Two’s Complement Overflow Flag V. Bit 3 – V: Two’s Complement Overflow Flag Digunakan dalam operasi aritmatika Bit 2 – N : Negative Flag Jika operasi aritmatika menghasilkan bilangan negatif, maka bit ini akan set. Bit 1 – Z: Zero Flag Jika operasi aritmatika menghaslkan bilangan nol, maka bit ini akan set. Bit 0 – C: Carry Flag 2.5.4 Bahasa Assembly AVR
Bahasa yang dipakai untuk memprogram mikrokontroler AVR adalah bahasa assembly AVR atau bahasa C. Dalam tugas akhir ini semua program ditulis dalam bahasa assembly AVR.
17
Berikut adalah contoh sebuah program aplikasi untuk mikrokontroler AVR :
Sebuah program harus terdiri dari dua bagian, yaitu inisialisasi program dan program utama. Inisialisasi program harus disertakan agar program utama dapat berjalan. Berikut adalah urutan langkah inisialisasi program : 1. Menentukan
jenis
mikrokontroler
yang
digunakan
dengan
cara
memasukkan file definisi device (m8535def.inc) kedalam program utama.
2. Menuliskan
original
address
program,
yaitu
0x0000.
Kemudian
dilanjutkan dengan instruksi rjmp / relative jump ke label main. Hal ini dimaksudkan agar program memory tidak tumpang tindih dengan data memory.
3. Menentukan isi Stack Pointer dengan address terakhir RAM (RAMEND). Untuk ATMega8 yaitu 0x025F. Ini dimaksudkan agar program utama mulai ditulis setelah address terakhir RAM.
18
2.5.5 Operasi Port Input Output 2.5.5.1 Register I/O
Setiap port ATMega8535 terdiri dari 3 register I/O yaitu DDRx, Portx dan PINx. •
DDx (Data Direction Register) Register DDx digunakan untuk memilih arah pin. Jika DDx = 1, maka Pxn sebagai pin output. Jika DDRx = 0, maka Pxn sebagai input.
•
Portx (Port Data Register) Register Portx digunakan untuk 2 keperluan yaitu untuk jalur output atau untuk mengaktifkan resistor pullup. 1.
Portx berfungsi sebagai output jika DDRx = 1, maka : Portxn = 1 maka pin Pxn akan berlogika high. Portxn = 0 maka pin Pxn akan berlogika low.
2.
Portx berfungsi untuk mengaktifkan resistor pullup jika DDRx = 0, maka : Portxn = 1 maka pin Pxn sebagai pin input dengan resistor pull up. Portxn = 0 maka pin Pxn sebagai output tanpa resistor pull up. Tabel 2.3 Konfigurasi Port
Catatan : x menunjukkan nama port (A,B,C,D) n menunjukkan nomor bit (0,1,2,3,4,5,6,7) Nilai awal (initial value) seluruh register I/O adalah 00h.
19
•
PINx (Port Input Pin Address) Digunakan sebagai register input.
2.5.5.2 Operasi Register I/O
in
: membaca data I/O port ke dalam register contoh : in
out
: menulis data register ke I/O port contoh : out
ldi
r16,PinA
PortA,r16
: (load immediate) : menulis konstanta ke register sebelum konstanta tersebut dikeluarkan ke I/O port contoh : ldi
sbi
: (set bit in I/O) : membuat logika high pada sebuah bit I/O port contoh : sbi
cbi
PortB,7
: (clear bit in I/O) : membuat logika low pada sebuah bit I/O port contoh : cbi
sbic
r16,0xff
PortB,5
: (skip if bit in I/O is clear) : lompati satu instruksi jika bit I/O port dalam kondisi clear/low contoh : sbic
sbis
PortA,3
: (skip if bit in I/O is set) : lompati satu instruksi jika bit I/O port dalam kondisi set/high contoh : sbis
PortB,3
2.5.6 Operasi Aritmatika
Instruksi Aritmatika add
: Menambahkan isi dua register. Contoh : add
adc
r15=r15+r14
: Menambahkan isi dua register dan isi carry flag Contoh : adc
sub
r15,r14 ;
r15,r14 ;
r15=r15+r14+C
: Mengurangi isi dua register. Contoh : sub
r19,r14 ;
r19=r19-r14
20
mul
: Mengalikan dua register. Perkalian 8 bit dengan 8 bit menghasilkan bilangan 16 bit yang disimpan di r0 untuk byte rendah dan di r1 untuk byte tinggi. Untuk memindahkan bilangan 16 bit antar register digunakan instruksi movw (copy register word)
Contoh : mul
r21,r20 ;
r1:r0=r21*r20
2.5.7 Operasi Logika
Instruksi Logika and
: Untuk meng-and-kan dua register Contoh : and
andi
r14
r15
: Untuk mengosongkan (membuat jadi nol) isi register Contoh : clr
ser
r15,0xfe
: Untuk menurunkan satu isi sebuah register Contoh : dec
clr
r18=r18 or r17
: Untuk menaikkan satu isi sebuah register Contoh : inc
dec
r18,r17 ;
: Untuk meng-or-kan register dengan konstanta immediate Contoh : ori
inc
r25,0b11110000
: Untuk meng-or-kan dua register Contoh : or
ori
r23=r23 and r27
: Untuk meng-and-kan register dengan konstanta immediate Contoh : andi
or
r23,r27 ;
r15 ;
r15=0x00
: Set all bit in register. Membuat jadi satu isi register Contoh : ser
r16 ;
r16=0xff
2.5.8 Operasi Percabangan
Instruksi Percabangan sbic (skip if bit in I/O is cleared)
: Skip jika bit I/O yang diuji clear
sbis (skip if bit in I/O is set)
: Skip jika bit I/O yang diuji set
sbrc (skip if bit in register is clear)
: Skip jika bit dalam register yang diuji clear
21
cp (compare)
: Membandingkan isi dua register
mov (move)
: Meng-copy isi dua register
cpi (compare with immediate)
: Membandingakan isi register dengan konstanta tertentu.
breq (branch if equal)
: Lompat ke label tertentu jika suatu hasil perbandingan adalah sama.
brne (branch if not equal)
: Lompat ke label tertentu jika suatu hasil perbandingan adalah tidak sama.
rjmp (relative jump)
: Lompat ke label tertentu.
rcall (relative call)
: Memanggil subrutin.
ret (return)
: Keluar dari sub rutin.
2.5.9 Interupsi Interupsi adalah kondisi yang memaksa mikrokontroler menghentikan sementara eksekusi program utama untuk mengeksekusi rutin interrupt tertentu / Interrupt Service Routine (ISR) Setelah melaksanakan ISR secara lengkap, maka mikrokontroler akan
kembali melanjutkan eksekusi program utama yang tadi ditinggalkan.
22
Tabel 2.4 Sumber Interupsi Atmega 8
2.5.10 Liquid Crystal Display 2.5.10.1 Konfigurasi Pin LCD 16x2
LCD (Liquid Crystal Display) adalah modul penampil yang banyak digunakan karena tampilannya menarik. LCD yang paling banyak digunakan saat ini ialah LCD M1632 refurbish karena harganya cukup murah. LCD M1632 merupakan modul LCD dengan tampilan 2x16 (2 baris x 16 kolom) dengan konsumsi daya rendah. Modul tersebut dilengkapi dengan mikrokontroler yang didesain khusus untuk mengendalikan LCD.
23
Gambar 2.9 Konfigurasi Pin LCD 16 Karakter x 2 Baris
Tabel 2.5 Konfigurasi Pin LCD 16 Karakter x 2 Baris
24
2.6 Transistor
Transistor
didefinisikan
sebagai
komponen
semikonduktor
yang
mempunyai tiga kaki atau lebih sehingga daya dapat diperkuat (Frank D. Petruzella, 2002:246). Transistor adalah suatu komponen yang dibentuk oleh hubungan dua buah semikonduktor PN. Transistor sendiri dibedakan menjadi dua macam yaitu transistor PNP dan NPN.
a. PNP
b. NPN
Gambar 2.10 Simbol transistor bipolar
Daerah kerja transistor dapat dibedakan menjadi tiga macam yaitu : 1) Daerah jenuh (saturasi) Keadaan jenuh terjadi pada saat sambungan kolektor basis mendapat tegangan mundur dan sambungan basis emitor mendapat mendapat tegangan maju serta arus yang mengalir kebasis cukup besar untuk membuat kolektor pada keadaan jenuh. Pada saat terjadi keadaan jenuh ini tegangan antara kolektor dan emitor adalah nol (VCE = 0) yang berarti antara C dan E terhubung singkat. Pada saat jenuh ini transistor sering dimanfaatkan sebagai saklar.
2) Daerah mati (cutt off) Keadaan mati terjadi pada saat sambungan basis emitor dan sambungan basis kolektor mendapatkan tegangan mundur atau pada keadaan ini transistor dalam posisi menyumbat, tegangan yang mengalir pada kolektor emitor sama dengan tegangan catu (Vce= V
cc).
Sama dengan pada kondisi saturasi, pada
kondisi cut off ini transistor dimanfaatkan sebagai saklar.
25
3) Daerah aktif Daerah aktif terletak antara daerah jenuh dan daerah mati. Daerah ini sering disebut juga daerah linear akan diikuti kenaikan arus dan tegangan pada kolektor. Pada keadaan ini transistor dimanfaatkan sebagai penguat.
2.7 Osilator
Osilator merupakan piranti elektronik yang menghasilkan keluaran berupa isyarat tegangan, (Sutrisno, 1987:153). Pada osilator tidak ada isyarat masukan untuk menghasilkan isyarat keluaran saja yang frekuensi dan amplitudo dapat dikendalikan. Seringkali suatu penguat secara tidak sengaja menghasilkan keluaran tanpa masukan dengan frekuensi yang nilainya tidak dapat dikendalikan. Dalam hal ini penguat dikatakan berisolasi. Osilator digunakan secara luas sebagai sumber isyarat untuk menguji suatu rangkaian elektronik. Osilator seperti ini disebut pembangkit isyarat, atau pembangkit fungsi jika isyarat keluarannya dapat mempunyai berbagai bentuk. Kita
dapat
mengelompokkan
osilator
berdasarkan
metode
pengoperasiannya menjadi dua kelompok, yaitu osilator balikan dan osilator relaksasi. Masing-masing kelompok memiliki keistimewaan tersendiri.
2.7.1 Osilator Balikan (Feed Back Oscillator)
Pada osilator balikan, sebagian daya keluaran dikembalikan ke masukan yang misalnya dengan menggunakan rangkaian LC. Osilator biasanya dioperasikan pada frekuensi tertentu. Osilator gelombang sinus biasanya termasuk kelompok osilator ini dengan frekuensi operasi dari beberapa Hz sampai jutaan Hz. Osilator balikan banyak digunakan pada rangkaian penerima radio dan TV dan pada transmiter.
2.7.1.1 Dasar – dasar Osilator
Diagram blok osilator balikan diperlihatkan pada gambar 2.7. Terlihat osilator memiliki perangkat penguat, jaringan balikan, rangkaian penentu frekuensi dan catu daya. Isyarat masukan diperkuat oleh penguat (amplifier)
26
kemudian sebagian isyarat yang telah diperkuat dikirim kembali ke masukan melalui rangkaian balikan. Isyarat balikan harus memiliki fase dan nilai yang betul agar terjadi osilasi.
Gambar 2.11 Bagian – bagian utama osilator balikan
Gambar 2.12 Rangkaian dasar Tangki LC
2.7.1.2 Pengoperasian Rangkaian LC
Frekuensi osilator balikan biasanya ditentukan dengan menggunakan jaringan induktor kapasitor (LC). Jaringan LC sering disebut sebagai “rangkaian tangki”, karena kemampuannya menampung tegangan AC pada “frekuensi resonansi”.
27
Dengan harga:
(2.5) Dimana,
fr = frekuensi resonansi dalam hertz (Hz) L = Induktansi dalam henry (H) C = Kapasitansi dalam farad (F)
Resonansi terjadi saat reaktansi kapasitif (XC) besarnya sama dengan reaktansi induktif (XL). Rangkaian tangki akan berosilasi pada frekuensi ini. Pada frekuensi osilasi rangkaian tangki LC tentunya memiliki resistansi yang akan mengganggu aliran arus pada rangkaian. Akibatnya, tegangan AC akan cenderung menurun setelah melakukan beberapa putaran osilasi. Dalam hal ini, rangkaian telah terjadi kehilangan energi yang diubah dalam bentuk panas. Osilasi rangkaian tangkai dapat dibuat secara kontinu jika kita menambahkan energi secara periodik dalam rangkaian. Energi ini akan digunakan untuk mengganti energi panas yang hilang. Tambahan energi pada rangkaian tangki dengan menghubungkan kapasitor dengan sumber DC, tidak mungkin dilakukan secara manual. Proses pemutusan dan penyambungan dengan kapasitor dilakukan secara elektronik dengan menggunakan jasa transistor. Perlu diingat bahwa induktasi dari kumparan akan tergantung pada frekuensi pengoperasian. Osilator LC biasanya dioperasikan pada daerah RF. Induktansi kumparan biasanya dapat diubah dengan menggeser batang “ferit” yang ada di dalam kumparan. Ini akan membantu mengatur frekuensi dari rangkaian tangki.
28
2.7.2 Osilator Hartley
Osilator hartley banyak digunakan pada rangkaian penerima radio AM dan FM. Sifat khusus osilator Hartley adalah adanya tapped coil. Sejumlah variasi rangkaian dimungkinkan. Kumparan mungkin dapat dipasang seri dengan kolektor. Variasi ini biasa disebut sebagai osilator Series-fed Hartley.
2.7.3 Osilator Colpitts
Osilator Colpitts sangat mirip dengan osilator Shunt-fed Hartley. Perbedaan yang pokok adalah pada bagian rangkaian tangkinya. Pada osilator Colpitts, digunakan dua kapasitor sebagai pengganti kumparan yang terbagi. Balikan dikembangkan dengan menggunakan “medan elektrostatik” melalui jaringan pembagi kapasitor. Frekuensi ditentukan oleh dua kapasitor terhubung seri dan induktor.
2.7.4 Osilator Kristal
Osilator kristal tidak akan bergeser lebih dari beberapa hertz dari frekuensi dasarnya. Kristal ini bersifat piezoelektrik yaitu sifat beberapa macam kristal yang jika ditekan, maka antara dua permukaan yang ditekan akan timbul beda tegangan listrik. Frekuensi resonansi kristal bergantung pada tebal kristal, dan arah bidang pemotongan kristal menentukan kekuatan osilasi dan perubahan frekuensi terhadap suhu.
Gambar 2.13 Lambang Kristal
29
2.7.5 Osilator Relaksasi
Osilator relaksasi menggunakan pengisian dan penguatan muatan pada suatu kapasitor melalui suatu hambatan. Suatu perubahan yang terjadi secara eksponensial dalam waktu disebut relaksasi. (Sutrisno, 1987:169) Osilator relaksasi dapat dibuat dengan menggunakan lampu neon, transistor sambungan tunggal (UJT), PUT, Op-Amp, dan transistor.
2.8 Resistor
Resistor merupakan semikonduktor yang berfungsi sebagai pembagi tegangan dan bisa juga untuk mengurangi arus yang mengalir. Resistor umumnya terbuat dari bahan karbon/arang, metal film, gulungan kawat, dan porselin. Ada dua jenis resistor yaitu resistor tetap dan resistor berubah. Resistor tetap adalah resistor yang memiliki nilai tetap, nilainya sudah tertulis atau berupa kode warna. Resistor berubah adalah resistor yang memiliki nilai bervariasi tergantung jenisnya. Jenis-jenis variable resistor antara lain = potensiometer, LDR, PTC, NTC. Kerusakan pada resistor biasanya disebabkan karena putus, terbakar, dan nilai R-nya membesar.
2.9 Saklar
Saklar adalah alat untuk menghubungkan atau memisahkan bagianbagian dari suatu instalasi listrik satu sama lain. Secara garis besar saklar dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu : 1). Saklar yang dioperasikan secara manual Saklar yang dioperasikan secara manual yaitu saklar yang dikontrol dengan tangan. (Petruzella Frank. D, 1986=207). Contoh saklar ini aantara lain : a. Saklar Togel Jenis penghubungan atau susunan kontak pada saklar togel ditetapkan dengan singkatan sesuai batas kerja listrik dinyatakan dengan tegangan dan arus interupsi maksimum
30
b. Saklar Geser Saklar
geser
menggunakan
aksi
penggeseran
sederhana
untuk
menghasilkan hubungan yang sama dengan saklar togel kecuali untuk jenis aksi kerja yang berbeda kutub-kutub yang dihubungkan mencapai hasil yang sama. Saklar geser sering digunakan sebagai saklar mode untuk memilih mode tertentu dari operasi seperti HIGH dan LOW. c. Saklar Rocker Saklar rocker merupakan saklar geser yang dimodifikasi d. Saklar DIP (Dual In Line Package) Saklar DIP adalah saklar yang dirancang untuk dirakit pada tempat hubungan pada PCB. e. Saklar Rotan Saklar rotan digunakan untuk operasi penghubungan yang kompleks, misal penghubungan yang dijumpai pada osiloskop dimultimeter. f. Saklar Thumbweel Saklar Thumbwell digunakan pada alat numerik dan alat-alat yang dikontak komputer untuk memberi input informasi dari operator ke komputer. g. Saklar pemilih
2). Saklar yang dioperasikan secara mekanik Saklar yang dioperasikan secara mekanik adalah saklar yang dikontrol oleh faktor-faktor secara otomatis. a. Saklar Lime Saklar ini dirancang hanya untuk beroperasi apabila batas yang sudah ditentukan sebelumnya sudah dicapai dan saklar-saklar tersebut biasanya disktifksn kontsk dengsn objek. b. Saklar suhu Saklar ini digunakan untuk merasakan perubahan suhu
31
c. Saklar tekanan Saklar tekanan digunakan untuk mengontrol tekanan cairan dan gas. Saklar ini dirancang untuk menjalankan membuka atau menutup kontakkontaknya, apabila tekanan tertentu tercapai. d. Saklar level Digunakan untuk merasakan fungsi cairan.
Saklar yang diperlukan dalam pembuatan alat ukur kapasitansi dan induktansi meter adalah saklar tekan yang digunakan sebagai power dan untuk memilih kapasitansi dan induktansi, saklar rotary yang digunakan untuk menentukan jarak ukur kapasitansi dan induktansi
2.10 Relay
Relay adalah suatu rangkaian switching magnetic yang bekerja bila mendapat catu dari suatu rangkaian trigger. Relay memiliki tegangan dan arus nominal yang harus dipenuhi output rangkaian pen-drive/pengemudinya. Arus yang digunakan pada rangkaian adalah arus DC. Kontruksi dari suatu relay terdiri dari lilitan kawat (coil) yang dililitkan pada besi lunak. Jika lilitan kawat mendapatkan arus inti besi lunak kontak menghasilkan Medan magnet dan menarik switch kontak. Switch kontak mengalami gaya tarik magnet sehingga berubah posisi ke kutub lain atau terlepas dari kutub asalnya. Keadaan ini akan bertahan selama arus mengalir pada kumparan relay. Dan relay akan kembali ke posisi semula yaitu normally on atau normally off, bila tidak ada lagi arus yang mengalir padanya. Posisi normal relay tergantung pada jenis relay yang digunakan. Dan pemakaian jenis relay tergantung pada keadaan yang diiginkan dalam suatu rangkaian.
Menurut kerjanya relay dapat dibedakan menjadi: 1. Normally Open (NO) Relay yang berfungsi sebagai saklar yang selalu dalam keadaan terbuka bila arus diberikan tegangan terbuka bila tidak diberikan tegangan dan akan tertutup apabila mendapat tegangan sesuai dengan tegangan ambangnya. 2. Normally Close (NC) Relay yang berfungsi sebagai saklar yang selalu dalam keadaan tertutup bila tidak diberikan tegangan dan akan terbuka apabila mendapat tegangan sesuai dengan tegangan ambangnya, misalnya 6 volt. 3. Change Over (CO) Relay ini mempunyai saklar tunggal yang normalnya tertutup, yang mana bila kumparan 1 dialiri arus maka saklar akan terhubung ke terminal A dan sebaliknya bila kumparan 2 dialiri arus maka saklar akan terhubung ke terminal B. Analogi rangkaian relay yang digunakan adalah saat basis transistor ini dialiri arus maka transistor dalam keadaan tertutup yang dapat menghubungkan arus dari kolektor ke emitter yang menghasilkan relay terhubung. Sedangkan fungsi dioda disini adalah untuk melindungi transistor dari tegangan induksi yang bisa mencapai 100 sampai 150 Volt dimana tegangan ini dapat merusak transistor. Jika transistor pada basis tidak ada arus maju, maka transistor tertutup sehingga arus tidak mengalir dari colector ke emiter, relay tidak bekerja karena tidak ada arus yang mengalir pada gulungan kawat.
Gambar 2.14 a. Simbol Relay b. Rangkaian Driver Relay
32
BAB III PERANCANGAN SISTEM Dalam pembuatan alat pengukur kapasitansi dan induktansi meter ini yang pertama kali dilakukan adalah mempelajari komponen – komponen dan menyediakan alat dan bahan yang diperlukan, kemudian merancang rangkaian, setelah rangkaian dirancang dilanjutkan dengan mendesain PCB (Printed Circuit Board) untuk memasang komponen yang diperlukan. Jika PCB telah selesai dibuat, lalu komponen dipasang. Setelah komponen terpasang dengan sempurna maka dilakukan uji coba alat tersebut.
3.1. Konstruksi/ Desain Rangkaian 3.1.1. Diagram Blok
Gambar 3.1 Blok diagram alat ukur induktansi dan kapasitansi meter Keterangan : a. IC LM7805 digunakan sebagai regulator untuk memberikan kemampuan catu daya/ sumber tegangan yang mengubah tegangan baterai 9 Volt DC menjadi tegangan 5 Volt DC, sebagai catu daya yang dibutuhkan untuk rangkaian sistem. b. IC LM311 digunakan sebagai komparator yang membandingkan harga frekuensi yang diperlukan dalam pengukuran induktansi dan kapasitansi meter ini, yaitu antara lain 1 MHz, 100 KHz, 10 KHz, 1 KHz, 100 Hz, dan 10 Hz.
33
34
c. ATMega 8 adalah sebuah microchip yang dapat dikendalikan, seperti suatu perangkat komputer yang kecil dimana dapat melaksanakan program HEX yang dapat ditulis dengan satu bahasa asembler. ATMega8 adalah suatu microchip sangat fleksibel karena mempunyai PIN yang dapat diatur ketika input ataupun pada saat output. d. L/ C Test, merupakan komponen yang akan diukur meliputi : Induktor dengan batas pengukuran : -
10 nH – 1000 nH ;
-
1 uH – 1000 uH ;
-
1 mH – 100 mH.
Kapasitor dengan batas pengukuran : -
0.1 pF – 1000 pF ;
-
1 nF – 900 nF.
e. Penguat, pada rangkaian alat ukur kapasitansi dan induktansi ini dibutuhkan penguat yaitu dengan menggunakan transistor. f. LCD/ Display, untuk menampilkan hasil dari pengukuran/ kalkulasi alat yang diukur baik untuk hasil pengukuran kapasitansi ataupun induktansi, LCD yang digunakan adalah layar 2 baris dan 16 karakter.
35
3.1.2. Gambar Rangkaian
Gambar 3.2 Rangkaian alat ukur induktansi dan kapasitansi meter
36
3.2 Cara Kerja Rangkaian Alat ukur Kapasitansi dan Induktansi Meter digital yang dirancang pada tugas akhir ini menggunakan komponen utama, yaitu ATMega 8, LCD, dan IC LM311. Dalam hal ini IC LM311 tersebut berfungsi sebagai pembangkit frekuensi dimana frekuensi yang dibangkitkan sekitar 10 Hz – 100 kHz. Pada konstruksi gambar rangkaian tesebut, osilator LC bekerja berdasarkan IC LM311 dan frekuensi yang dihasilkan akan dikeluarkan melalui pin 7 yang kemudian diumpankan ke pin 11 mikrokontroler ATMega 8. Kedua relay yang ditambahkan adalah berfungsi untuk membuat pengukuran lebih otomatis dan menjaga agar arus yang dikonsumsi tetap konstan pada level yang rendah, karena jika terjadi fluktuasi akan mengakibatkan pengukuran yang tidak baik. Relay-2 berfungsi untuk memilih dalam mengukur antara kapasitor atau induktor dan digunakan S1 (push button) sebagai switching. Ketika
akan
dilakukan
pengukuran
terhadap
kapasitor,
Relay-2
akan
menambahkan kapasitor yang tidak dikenal (Cx) paralel dengan kapasitor yang ada. Namun ketika akan dilakukan pengukuran terhadap induktor, Relay-2 akan menambahkan induktor yang tidak dikenal (Lx) serial dengan induktor yang ada. Sedangkan Relay-1 hanya memiliki fungsi untuk menambahkan kapasitor acuan sepanjang tahap kalibrasi. Namun sebelum pengukuran dilakukan, LC meter terlebih dahulu melakukan phase kalibrasi untuk mendapatkan harga konstan dari kapasitor. Hal ini sangat dibutuhkan dalam menentukan harga kapasitor dan induktor yang akan diukur oleh LC meter. Proses kalibrasi dan pengukuran kapasitansi maupun induktansi dilakukan oleh sebuah mikrokontroler ATMega8, dimana fungsi mikrokontroler ini seperti suatu komputer yang kecil yang dapat melaksanakan program HEX dan dapat ditulis dengan bahasa assembler. ATMega8 adalah suatu microchip sangat fleksibel karena mempunyai PINs yang dapat diatur ketika input ataupun pada saat output. Sebelum kita dapat menggunakan ATMega8 microchip, kita harus memprogramnya dengan suatu kode HEX yang kemudian harus dikirim dari
37
komputer melalui elemen ISP (In - System Programmable) ke mikrokontroler ATMega8. Begitu microchip itu mengkalkulasi harga dari induktansi atau kapasitansi yang tak dikenal, maka dengan menggunakan PIN yang ditunjuk sebagai keluaran – keluaran, hasil pengukuran dapat ditampilkan melalui LCD16 x 2.
3.2.1. Pengukuran Kapasitansi Pada saat saklar power dihidupkan, maka tegangan baterai sebesar 9 volt akan diubah oleh IC LM7805 menjadi 5 volt yang disupply ke IC LM311N. Pada IC LM311N tegangan 5 volt tersebut akan diumpankan ke Relay-1 yang menyebabkan Relay-1 bekerja oleh karena telah mendapatkan tegangan. Dengan bekerjanya Relay-1, maka akan menambahkan kapasitor acuan sepanjang tahapan kalibrasi. Sehingga kapasitor yang tidak dikenal akan dihubungkan paralel dengan kapasitor yang ada. Untuk hasil pengukuran yang akurat, maka digunakan penguat yang terhubung langsung ke Relay-1. Pengkalkulasian kapasitansi tersebut akan dikerjakan pada pemograman mikrokontroler ATMega 8. Sedangkan hasil pengukuran kapasitansinya akan ditampilkan melalui LCD.
3.2.2. Pengukuran Induktansi Pada saat melakukan pengukuran induktasi, maka tombol S1 ditekan, hal ini menyebabkan Relay-2 bekerja, sehingga induktor yang tidak dikenal akan terhubung secara seri dengan induktor yang ada. Dalam hal ini Relay-1 tetap bekerja untuk menambahkan kapasitor acuan sepanjang tahapan kalibrasi. Untuk hasil pengukuran yang akurat, maka digunakan penguat yang terhubung langsung ke Relay-1. Pengkalkulasian induktansi tersebut akan dikerjakan pada pemograman ATMega 8. Sedangkan hasil pengukuran induktansinya akan ditampilkan melalui LCD.
38
3.3. Perancangan Program Mikrokontroller Pada Rangkaian 3.3.1. Inisialisasi Program Agar dapat melaksanakan sistem kerja rangkaian secara keseluruhan, maka perlu adanya inisialisasi pada awal program, yaitu untuk mempersiapkan keadaan alat sebelum alat tersebut dipakai. Berikut ini adalah inisialisasi programnya: ; $81,$82 = C ; $75,$76,$77 = F1 ; $78,$79,$80 = F2 ; $70,$71 = General Use ; $60,$61,$62 = ((f1/f2)^2) - 100.000.000 [Fcompare] ; $64,$65,$66,$67 = Cx ; calibrate switch = pinb,0 ; L/C measure switch = pinb,1 ; calibrate relay wire = pinb,2 ; counter = pind,5 .include "m8def.inc" .EQU
point_BCD0
= 25
.EQU
point_BCD3
= 22
.org 0x000 rjmp mulai .org 0x009 rjmp ovrfl mulai: ldi R16, low(RAMEND) out SPL, R16 ldi R16, high(RAMEND) out SPH, R16 rcall begin mulai1:
rcall calibrating
mulai2:
rjmp measure
39
Berdasarkan rumus resonansi paralel pada LC osilator, yaitu :
f1 =
1 2π LC
Maka jika ditambahkan sebuah kapasitor yang tidak diketahui nilainya (Cx) akan terhubung secara paralel dengan kapasitor C, sehingga diperoleh harga frekuensi resonansi (f2) yang lebih rendah, dapat dirumuskan sebagai berikut: f2 =
1 2π L ( C + Cx )
Jika kedua rumus resonansi tersebut dibandingkan, maka akan diperoleh rumus sebagai berikut: f1 2π L ( C + Cx ) = = f2 2π LC
L ( C + Cx ) LC
L ( C + Cx ) C + Cx ⎛ f1 ⎞ Cx = = 1+ ⎜ ⎟ = LC C C ⎝ f2 ⎠ ⎡⎛ f ⎞ 2 ⎤ Cx = ⎢⎜ 1 ⎟ − 1⎥ C ⎢⎣⎝ f 2 ⎠ ⎥⎦ 2
Begitu juga halnya jika ditambahkan sebuah induktor yang tidak diketahui nilainya (L2) akan terhubung secara serial dengan induktor L1, dapat dirumuskan sebagai berikut: f1 =
1 1 → L1 = 2 2π L1C C ( 2π f1 )
f2 =
1 1 → L2 = 2 2π L2C C ( 2π f 2 )
Lx = L2 − L1 Lx = Lx =
1 C ( 2π f 2 ) 1 C ( 2π )
2
2
−=
1 C ( 2π f1 )
2
⎛ 1 1 ⎞ ⎜ 2− 2⎟ f1 ⎠ ⎝ f2
Dari hasil perumusan tersebut diatas, dapat dipastikan bahwa untuk mendapatkan nilai kapasitor maupun induktor yang ditambahkan, dibutuhkan harga frekuensi f1 dan f2 ; dan C yang konstan. Perhitungan masing-masing frekuensi dan penentuan
40
harga C tersebut dapat diperoleh pada pemrograman bahasa mikrokontroller, sebagai berikut:
3.3.2. Program Phase Kalibrasi calibrateTest : sbic pinb,0 rjmp mulai1 rjmp mulai2 ****************************************************** Calibrating : ldi R16,0b00000001 ;Display clear rcall write_inst ldi R16,0xC0 ; Lokasi Display RAM rcall write_inst ldi ZH,high(word1*2) ldi ZL,low(word1*2) rcall ulangi clr r30 clr r31 rcall FreqCount sts $75,r16 ;byte 0 freq1 result sts $76,r17 ;byte 1 freq1 result sts $77,r18 ;byte 2 freq1 result rcall switchRelayCalibrate clr r30 clr r31 rcall FreqCount sts $78,r16 ;byte 0 freq2 result sts $79,r17 ;byte 1 freq2 result sts $80,r18 ;byte 2 freq2 result rcall switchOFFrelay rcall countingLC rcall Cresult ret
41
3.3.3. Program Perhitungan Frekuensi FreqCount: ldi R16, low(RAMEND) out SPL, R16 ldi R16, high(RAMEND) out SPH, R16 ldi r16,(1<
43
;$64,$65,$66,$67,$68,$69 = Cx ;r16r17r18r19 lds r16,$66 lds r17,$67 lds r18,$68 lds r19,$69 rcall Bin4BCD16 ldi R16,0xC0 ; Lokasi Display RAM rcall write_inst ldi R16,'C' rcall write_data ldi R16,' ' rcall write_data ldi R16,'=' rcall write_data ldi R16,' ' rcall write_data rcall value2lcd10C rjmp calibrateTest *************************************************** measureL : ldi R16,0b00000001 ;Display clear ldi R16,0x80 ; Lokasi display RAM ldi ZH,high(Lmeasurement*2) ldi ZL,low(Lmeasurement*2) rcall ulangi clr r30 clr r31 rcall FreqCount rcall countingLC ;$60,$61,$62,$63 = Lx ;r16r17r18r19 bin value lds r19,$67
44
lds r20,$68 lds r21,$69 rcall Bin4BCD16 ldi R16,0xC0 ; Lokasi Display RAM rcall write_inst ldi R16,'L' rcall write_data ldi R16,' ' rcall write_data ldi R16,'=' rcall write_data ldi R16,' ' rcall write_data rcall value2lcd10L rjmp calibrateTest
3.4 Pembuatan PCB Dalam pembuatan PCB ada tiga tahapan yang diperhatikan, yaitu : 1. Pembuatan PCB diawali dengan pembuatan gambar pada lempeng PCB ; 2. Setelah gambar jadi langkah selanjutnya adalah melarutkan lempeng PCB dibersihkan dengan air bersih ; 3. Langkah selanjutnya adalah melakukan pengeboran pada lubang yang akan dipasangi komponen ; 4. Untuk menghindari adanya kesalahan dan kerusakan pada komponen rangkaian maka dipasang terlebih dahulu untuk komponen pasif seperti resistor dan kapasitor, dan dilanjutkan dengan komponen aktif seperti transistor.
42
ldi r19,0x77 rcall div32 clr r19 ldi r18,0 out TIMSK,r18 reti ;result in r16 - r19
3.3.4. Program Pengukuran Nilai Kapasitor dan Induktor countingLC: lds r24,$75 ;byte 0 freq1 result lds r25,$76 ;byte 1 freq1 result lds r18,$77 ;byte 2 freq1 result clr r19 clr r20 ldi r16,0x64 mov r4,r16 clr r5 clr r6 clr r7 rcall mul32 ;freq x 100 ***************************************** measureC : ldi R16,0b00000001 ;Display clear ldi R16,0x80 ; Lokasi display RAM ldi ZH,high(Cmeasurement*2) ldi ZL,low(Cmeasurement*2) rcall ulangi clr r30 clr r31 rcall FreqCount rcall countingLC rcall CXresult
Gambar 3.3 Lay Out PCB (Printed Circuit Board) untuk rangkaian Alat ukur Induktansi dan kapasitansi meter
45
BAB IV HASIL ANALISIS DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Pengukuran Hasil pengukuran kapasitansi dan induktansi diperlihatkan pada tabel berikut Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Kapasitansi Kapasitor Nilai Kapasitansi
Alat Ukur Kapasitansi
yang diukur
dan Induktansi Meter
(0.1 – 1000) pF
10 pF
11 pF
10 %
(0.1 – 1000) pF
20 pF
18 pF
10 %
(0.1 – 1000) pF
30 pF
32 pF
6,67 %
(0.1 – 1000) pF
50 pF
49 pF
2%
(0.1 – 1000) pF
101 pF
103 pF
1,98 %
(0.1 – 1000) pF
201 pF
167 pF
16,9 %
(0.1 – 1000) pF
301 pF
254 pF
15,6 %
Skala Ukur
Rata – rata kesalahan pengukuran =
Ratio Kesalahan
Σ%kesalahan 63,15 = = 9, 02% n 7
Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Induktansi Induktor Nilai Induktansi
Alat Ukur Kapasitansi
yang diukur
dan Induktansi Meter
(1 – 1000) µH
1 µH
1,871 µH
87,1 %
(1 – 1000) µH
3,9 µH
4,465 µH
14,49 %
(1 – 1000) µH
4,7 µH
4,015 µH
14,57 %
(1 – 1000) µH
10 µH
10,4 µH
4%
(1 – 1000) µH
47 µH
47,49 µH
1,04 %
(1 – 1000) µH
56 µH
52,66 µH
5,96 %
(1 – 1000) µH
100 µH
93,45 µH
6,55 %
Skala Ukur
Rata – rata kesalahan pengukuran =
Ratio Kesalahan
Σ%kesalahan 133, 71 = = 19,1% n 7
46
47
Pada alat pengukur induktansi dan kapasitansi meter ini menggunakan LCD sebagai tampilan keluarannya. Berikut beberapa tampilan LCD nya: Tabel 4.3 Tampilan Hasil Pengukuran pada LC Meter Tampilan pada kapasitansi meter
Tampilan pada induktansi meter
Tampilan awal kapasitansi meter
Tampilan awal induktansi meter
Pada pengukuran C = 48 pF
Pada pengukuran L = 4,217 µH
Pada pengukuran C = 994 pF
Pada pengukuran L = 86,47 µH
4.2 Pembahasan
Untuk mengetahui kelayakan kerja alat pengukur induktansi dan kapasitansi meter ini, maka faktor kesalahan (rasio kesalahan) alat ukur menjadi suatu hal yang sangat penting. Oleh karena itu, dari hasil pengujian yang diperoleh seperti tercantum pada tabel 4.1 dan 4.2, dapat diuraikan secara terperinci beberapa rasio kesalahan alat ukur LC meter ini, antara lain: 1. Rasio Kesalahan pada Pengujian Kapasitor a. Misalkan bahwa batas ukur ke-1 alat pengukur dengan skala maksimal 1000 pF, dengan frekuensi yang dihasilkan oleh IC LM311N menunjukkan (M) = 11 pF pada waktu alat tersebut digunakan untuk mengukur kapasitor yang mempunyai harga sebenarnya (T) = 10 pF.
48
Maka kesalahan dalam hal ini adalah: ε
=M–T = 11 pF – 10 pF = 1 pF
Dengan demikian rasio kesalahan relatif terhadap skala maksimal adalah: (%)
= ε / skala maksimal x 100% = 1 pF / 1000 pF x 100% = 0,1 %
Dan rasio kesalahan terhadap harga penunjukan adalah: %
= ε / T x 100% = 1 pF / 10 pF x 100% = 10%
b. Misalkan bahwa batas ukur ke-2 alat pengukur dengan skala maksimal 1000 pF, dengan frekuensi yang dihasilkan oleh IC LM311N menunjukkan (M) = 18 pF pada waktu alat tersebut digunakan untuk mengukur kapasitor yang mempunyai harga sebenarnya (T) = 20 pF. Maka kesalahan dalam hal ini adalah: ε
=M–T = 18 pF – 20 pF = 2 pF
Dengan demikian rasio kesalahan relatif terhadap skala maksimal adalah: (%)
= ε / skala maksimal x 100% = 2 pF / 1000 pF x 100% = 0,2 %
Dan rasio kesalahan terhadap harga penunjukan adalah: %
= ε / T x 100% = 2 pF / 20 pF x 100% = 10%
49
c. Misalkan bahwa batas ukur ke-3 alat pengukur dengan skala maksimal 1000 pF, dengan frekuensi yang dihasilkan oleh IC LM311N menunjukkan (M) = 32 pF pada waktu alat tersebut digunakan untuk mengukur kapasitor yang mempunyai harga sebenarnya (T) = 30 pF. Maka kesalahan dalam hal ini adalah: ε
=M–T = 32 pF – 30 pF = 2 pF
Dengan demikian rasio kesalahan relatif terhadap skala maksimal adalah: (%)
= ε / skala maksimal x 100% = 2 pF / 1000 pF x 100% = 0,2 %
Dan rasio kesalahan terhadap harga penunjukan adalah: %
= ε / T x 100% = 2 pF / 30 pF x 100% = 6,67%
2. Rasio Kesalahan pada Pengujian Induktor a. Misalkan bahwa batas ukur ke-1 alat pengukur dengan skala maksimal 1000 µH, dengan frekuensi yang dihasilkan oleh IC LM311N menunjukkan (M) = 1,871 µH pada waktu alat tersebut digunakan untuk mengukur kapasitor yang mempunyai harga sebenarnya (T) = 1 µH. Maka kesalahan dalam hal ini adalah: ε
=M–T = 1,871 µH – 1 µH = 0,871 µH
50
Dengan demikian rasio kesalahan relatif terhadap skala maksimal adalah: (%)
= ε / skala maksimal x 100% = 0,871 µH / 1000 µH x 100% = 0,087 %
Dan rasio kesalahan terhadap harga penunjukan adalah: %
= ε / T x 100% = 0,871 µH / 1 µH x 100% = 87,1%
b. Misalkan bahwa batas ukur ke-2 alat pengukur dengan skala maksimal 1000 µH, dengan frekuensi yang dihasilkan oleh IC LM311N menunjukkan (M) = 4,465 µH pada waktu alat tersebut digunakan untuk mengukur kapasitor yang mempunyai harga sebenarnya (T) = 3,9 µH. Maka kesalahan dalam hal ini adalah: ε
=M–T = 4,465 µH – 3,9 µH = 0,565 µH
Dengan demikian rasio kesalahan relatif terhadap skala maksimal adalah: (%)
= ε / skala maksimal x 100% = 0,565 µH / 1000 µH x 100% = 0,057 %
Dan rasio kesalahan terhadap harga penunjukan adalah: %
= ε / T x 100% = 0,565 µH / 3,9 µH x 100% = 14,49%
51
c. Misalkan bahwa batas ukur ke-3 alat pengukur dengan skala maksimal 1000 µH, dengan frekuensi yang dihasilkan oleh IC LM311N menunjukkan (M) = 4,015 µH pada waktu alat tersebut digunakan untuk mengukur kapasitor yang mempunyai harga sebenarnya (T) = 4,7 µH. Maka kesalahan dalam hal ini adalah: ε
=M–T = 4,015 µH – 4,7 µH = 0,685 µH
Dengan demikian rasio kesalahan relatif terhadap skala maksimal adalah: (%)
= ε / skala maksimal x 100% = 0,685 µH / 1000 µH x 100% = 0,069 %
Dan rasio kesalahan terhadap harga penunjukan adalah: %
= ε / T x 100% = 0,685 µH / 4,7 µH x 100% = 14,57%
Berdasarkan tabel hasil pengukuran nilai kapasitansi dan induktansi yang diukur dibandingkan dengan nilai yang ditampilkan pada alat ukur kapasitansi dan induktansi meter, maka dapat diperlihatkan pada grafik berikut ini:
52
1. Grafik perbandingan pengukuran pada nilai kapasitansi
pF
Perbandingan Pengukuran Kapasitansi 301
300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
254 Nilai yang diukur Hasil Pengukuran
201 167
103 101
50 49 20 18
11 10 1
32 30
2
3
4
5
6
7
Percobaan
53
2. Grafik perbandingan pengukuran pada nilai induktansi
µH
Perbandingan Pengukuran Induktansi
95.095 90.090 85.085 80.080 75.075 70.070 65.065 60.060 55.055 50.050 45.045 40.040 35.035 30.030 25.025 20.020 15.015 10.010 5.005 0.000
100 93.45 Nilai yang diukur Hasil pengukuran
56 52.66 47.49 47
10.4 10 1.871 1 1
4.7 4.015
4.465 3.9 2
3
4
5
6
7 Percobaan
Dari data pengamatan pengukuran kapasitor dan induktor secara teoritis maupun dengan menggunakan alat pengukur kapasitansi dan induktansi secara praktikum tidak terpaut jauh tetapi masih mendekati kepresisian. Hampir tidak mungkin adalah membuat agar kesalahan yang ada sekecil mungkin. Makin kecil kesalahan makin mahal biaya pembuatan alat ukur tersebut. Kesalahan dapat terjadi karena berbagai sebab dan umumnya dibagi dalam 3 jenis utama, yaitu : 1. Kesalahan umum Kebanyakan disebabkan oleh kesalahan manusia, diantaranya adalah kesalahan pembacaan alat ukur, penyetelan yang tidak tepat dan pemakaian instrumen yang tidak sesuai dan kesalahan praktikum 2. Kesalahan sistematis Disebabkan oleh kekurangan-kekurangan pada instrument itu sendiri seperti kerusakan atau adanya bagian-bagian yang aus dan pengaruh lingkungan terhadap peralatan atau pengukuran 3. Kesalahan yang tidak disengaja Diakibatkan oleh penyebab-penyebab yang tidak dapat langsung diketahui sebab perubahan-perubahan parameter atau sistem pengukuran terjadi secara acak
4.3 Keterbatasan Alat
Alat ini mempunyai persentase kesalahan rata – rata adalah pada kapasitansi meter 1,27 % dan pada induktansi meter 0,18 %. Alat ini hanya digunakan untuk mengukur nilai kapasitansi kapasitor dari 0,1 pF sampai 900nF dan nilai induktansi induktor 10nH – 1000nH, 1μH – 1000 μH, 1mH – 100mH. Dengan keterbatasan alat ini tidak dapat digunakan untuk mengukur kapasitor dan induktor diatas atau dibawah standar yang ditentukan.
54
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil pengukuran, analisis hasil pengukuran dan pembahasan dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Dari hasil analisa data diperoleh bahwa antara nilai kapasitansi maupun induktansi yang diukur dibandingkan dengan hasil alat ukur kapasitansi dan induktansi meter memiliki linieritas alat yang cukup baik. 2. Nilai rata – rata kesalahan pada saat dilakukan pengukuran kapasitansi adalah 9,02 persen dan pada saat dilakukan pengukuran induktansi adalah 19,1 persen. 3. Berdasarkan hasil percobaan beberapa pengukuran, maka diamati bahwa semakin tinggi nilai kapasitor atau induktor yang diukur mengakibatkan persentase kesalahan semakin tinggi juga.
5.2 Saran
Alat ukur induktansi dan kapasitansi meter yang telah terealisasi masih banyak kekurangannya, oleh karena itu penulis memberikan saran agar dikemudian hari dapat dikembangkan dan digunakan, yaitu : Pengkalibrasian perlu dilakukan secara tepat dan teliti sehingga kepresisian alat pengukur ini cukup dihandalkan dengan meliat kembali penggunaan komponen-komponen dengan toleransi kepresisian yang cukup tinggi.
55
DAFTAR PUSTAKA
Owen, Bishop, Dasar-Dasar Elektronika, penerbit Erlangga, Jakarta, 2004 Hayt, William H., Jr, Elektromagnetika Teknologi Jilid 1, penerbit Erlangga, Jakarta, 1982 Wasito S., Vademekum Elektronika, penerbit PT Elex Media Komputindo, Jakarta, 1985 Soebhakti Hendawan, ST, Basic AVR Microcontroller Tutorial, http://www.polibatam.ac.id, Batam, Agustus 2007
56
