Abstrak

Sistem kontrol otomatis telah menjadi bagian yang sangat penting dalam dunia industry

saat ini karena kemudahan yang diberikannya. Pesatnya perkembangan dunia industri menuntut

adanya proses yang lebih cepat dan mudah.ON-OFF Kontroler ialah salah satu contoh dari sistem

kontrol otomatis ini. ON-OFF Kontroler ialah suatu sistem kontrol dengan elemen penggerak

dengan menggunakan dua kondisi yaitu posisi ON dan OFF. Rangkaian OP AMP yang digunakan

yaitu inverting amplifier sebagai penguatan sinyal kontrol.

Metode pengambilan data dengan mensimulasikan rangkaian pada Proteus 8 Profesional.

Hasil dari percobaan sistem close-loop merupakan sistem aksi yang di umpan–balikkan ke kontroler

untuk memperkecil kesalahan sistem. Dengan adanya gangguan pada sistem open-loop maka

keluaran sistem tidak sesuai dengan apa yang kita harapkan karena keluarannya tidak

dibandingkan dengan masukan.

BAB VII

PERCOBAAN VI

APLIKASI ON/OFF KONTROLER PADA PLANT PENGATUR SUHU

7.1 TUJUAN PERCOBAAN

1. Memahami dasar–dasar penguatan operasional.

2. Memahami rangkaian kontroler On-Off close loop.

3. Memahami aplikasi op-amp pada plant pengatur suhu.

4. Memahami pengaruh gain pada rangkaian inverting.

7.2 DASAR TEORI

7.2.1 On-Off Controller

On-off controller pada dasarnya merupakan sistem kontrol loop tertutup.

Dalam sistem kontrol dua posisi, elemen penggerak hanya mempunyai dua posisi

tetap, yang dalam beberapa hal, benar- benar merupakan posisi “on” dan “off”.

Kontrol dua posisi atau on-off controller relatif sederhana dan murah, oleh

karenanya banyak digunakan dalam sistem kontrol industri maupun rumah- rumah.

Sinyal kesalahan penggerak, yang merupakan selisih antara sinyal masukan

dan sinyal umpan balik diumpankan ke kontroller. Keluaran kontroller diumpankan

ke plant untuk memperkecil kesalahan dan membuat agar keluaran sistem

mendekati harga yang diinginkan. Sistem kontrol umpan balik bisa digambarkan

sebagai berikut:

Gambar 7.1 Sistem Kontrol Loop Tertutup

Misal sinyal keluaran kontroller adalah m(t) dan sinyal kesalahan penggerak

adalah e(t). Pada kontrol dua posisi, sinyal m(t) akan tetap pada harga maksimum

atau minimumnya, bergantung pada kesalahan penggerak, positif atau negatif,

sedemikian rupa sehingga : M(t) = M1untuk e(t)>0 dan M(t) = M2 untuk e(t)<0

Kontroler Input

Plant atauProses

Elemen Ukur

Output

Dimana M1 dan M2 adalah konstanta. Harga minimum, M2, biasanya nol,

atau –M1. Kontroller dua posisi biasanya berupa perangkat listrik, salah satu contoh

yang digunakan secara luas dengan penggerak selenoid listrik.

Gambar 7.2(a) dan (b) menunjukkan diagram blok kontroller dua posisi.

Daerah harga sinyal penggerak antara posisi on dan off disebut celah diferensial

(differential gap). Suatu celah differensial ditunjukkan pada gambar 7.2(b). Celah

diferensial ini menyebabkan keluaran kontroller m(t) tetap pada harga sekarang

sampai sinyal kesalahan penggerak bergeser sedikit dari harga nol. Pada beberapa

kasus, celah diferensial ini disebabkan oleh gesekan yang tidak diinginkan adanya

celah diferensial untuk mencegah operasi mekanisme on-off yang terlalu sering.

Gambar 7.2 (a) Diagram Blok Kontroller on-off. (b) Diagram blok on-off dengan celah

diferensial.

Dari gambar 7.3, dapat dilihat bahwa amplitudo osilasi keluaran dapat

diperkecil dengan memperkecil celah diferensial. Akan tetapi hal ini akan

menyebabkan kenaikan angka switching on-off permenit sehingga akan

memperpendek umur ketahanan komponen. Besar celah diferensial harus

ditentukan berdasarkan beberapa pertimbangan seperti ketelitian yang diperlukan

dan umur komponen.

Celah

diferensial

m e M

1 M

2

m e M

1 M

2

( a ) ( b )

Gambar 7.3 Respon output pada sistem kontrol on-off

Pada percobaan on- off controller, on-off controller digunakan digunakan

untuk mengatur temperatur sehingga didapatkan kestabilan di sekitar temperatur

referensi yang digunakan.

Sistem yang digunakan dalam sistem on-off controller untuk pengaturan

temperatur ini adalah sebagai berikut:

1. Elemen Ukur : Sensor LM 35

2. Controller : OP Amp sebagai penguat selisih

3. Plant : OP Amp sebagai komparator, serta saklar transistor

Sebagai pencuplik suhu elemen digunakan thermistor sebagai tranducernya, yang

beR2ungsi mengubah besaran suhu ke besaran tegangan.

Tranducer adalah alat yang dapat mengubah sinyal dari suatu bentuk energi

ke bentuk energi lain. Besaran yang biasa diukur dengan tranducer adalah posisi,

gaya, kecepatan, percepatan, tekanan, dan temperatur. Output dari tranducer antara

lain berupa tegangan, arus, resistansi, kapasitansi, atau frekuensi.

Spesifikasi statis tranducer menggambarkan hubungan steady state antara

input (berupa besaran fisis) dan output (berupa besaran listrik). Spesifikasi dinamis

menggambarkan seberapa cepat output berubah karena adanya perubahan input.

1. Spesifikasi statis

Yang termasuk dalam spesifikasi ini adalah ketelitian, resolusi, repeatibility,

lineritas dan histerisis.

Celah

diferensial

H(t)

T 0

2. Spesifikasi dinamis

Yang termasuk spesifikasi ini antara lain waktu naik (rise time), waktu konstan

(time constant), waktu batas(dead time) dan lain- lain.

Pada percobaan tranducer, tranducer yang digunakan adalah tranducer

temperatur, dalam hal ini sensor (LM 35).

Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi

untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan.

Sensor Suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen elektronika

elektronika yang diproduksi oleh National Semiconductor. sensor LM35 memiliki

keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor

suhu yang lain, sensor LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan

linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian

kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan. Meskipun tegangan

sensor ini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan kesensor adalah

sebesar 5 volt, sehingga dapat digunakan dengan catu daya tunggal dengan

ketentuan bahwa sensor LM35 hanya membutuhkan arus sebesar 60 µA hal ini

berarti sensor LM35 mempunyai kemampuan menghasilkan panas (self-heating)

dari sensor yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan yang rendah yaitu

kurang dari 0,5 ºC pada suhu 25 ºC.

7.2.2 OP-AMP

Merupakan suatu penguat berperolehan tinggi dikopel-langsung, yang

umpan baliknya ditambahkan untuk mengendalikan karakteristik keseluruhan. Op-

amp digunsksn untuk membentuk fungsi-fungsi linier yang bermacam-macam dan

sering disebut sebagai analog .

Nama penguat operasional telah diberikan kepada penguat gain-tinggi yang

dirancang untuk melaksanakan tugas-tugas matematis seperti penjumlahan,

pengurangan, perkalian dan pembagian. Semuanya bekerja dengan tegangan tinggi

sampai setinggi 300V, tetapi sanggup menyelesaikan berbagai perhitungan. Op-

Amp adalah suatu penguat berperolehan tinggi dikopel-langsung, yang umpan

baliknya ditambahkan untuk mengendalikan karakteristik keseluruhan. Op-amp

digunakan untuk membentuk fungsi-fungsi linier yang bermacam-macam dan

sering disebut sebagai analog .

Terminal- terminal op-amp yaitu:

1. Terminal catu daya.

Op-amp membutuhkan catu daya +V dan –V yang keduanya dihubungkan ke

supply daya.

2. Terminal keluaran

Ujung tegangan keluaran Vo diukur terhadap ground, karena dalam sebuah Op-

amp hanya ada satu terminal keluaran. Batas keluaran Vo disebut tegangan

kejenuhan positip (+Vsat) dan batas bawahnya disebut tegangan kejenuhan

negatip (-Vsat).

3. Terminal- terminal masukan

Dalam Op-amp terdapat masukan bertanda (-) yang kemudian disebut masukan

inverting dan yang bertanda (+) disebut masukan non inverting. Tegangan

keluaran Vo tergantung pada perbedaan tegangan kedua terminal tersebut.

Op-amp ideal memiliki karakteristik sebagai berikut :

1. Resistansi masukan R1 = tak terhingga

2. Resistansi keluaran Ro = 0.

3. Perolehan tegangan Av = - tak terhingga.

4. Lebar pita = tak terhingga.

5. Vo = 0 kalau V1 = V2 tidak tergantung pada besarnya V1.

6. Karakteristiknya tidak tergantung pada temperatur.

Bentuk dasar penguat operasi adalah suatu blok dengan dua masukan, satu

keluaran dan dicatu secara simetris, seperti diperlihatkan gambar 7.4.

VCC

keluaran

VEE

Gambar 7.4 Simbol penguat operasi

Catu daya diberikan lewat jalur VCC dan VEE, catu positif melalui VCC dan

catu negatif melalui VEE. Adanya catu simetris ini memungkinkan tegangan

keluaran Vout berayun positif maupun negatif terhadap jalur ground (netral, nol

-

+

masukan

inverting

masukan

noninverting

volt) Pencatuan asimetris masih dimungkinkan dengan konsekuensi timbulnya

beberapa keterbatasan.

Tegangan keluaran bersifat kebalikan dari tegangan masukan inverting

(membalik). Bila tegangan masukan inverting positif (+), tegangan akan cenderung

negatif (-), begitu pula sebaliknya. Masukan noninverting (tak membalik)

berlawanan sifat dari masukan inverting. Polaritas tegangan keluaran cenderung

mengikuti polaritas masukan noninverting ini. Untuk alasan ini, masukan (-) nya

disebut masukan pembalik dan masukan (+)nya disebut tak membalik.

Ragam kerja saturasi hanya mengenal dua keadaan, yaitu tegangan keluaran

mendekati tegangan catu positif dan tegangan keluaran mendekati catu negatif.

Secara matematis dapat diekspresikan sebagai berikut :

CCVVout ; EEVVout

VINV< VNI VINV> VNI

Tegangan keluaran akan mendekati potensial catu positif bila tegangan

masukan inverting lebih kecil dari tegangan masukan noninverting, tegangan

keluaran akan mendekati potensial catu negatif bila tegangan masikan inverting

lebih besar dari tegangan masukan noninverting.

7.2.2.1 Penguat Pembalik (Inverting Amplifier)

Rangkaian inverting amplifier adalah salah satu dari rangkaian Op-amp

yang paling luas digunakan . Rangkaian itu merupakan sebuah penguat yang gain

rangkaian tertutupnya dari Ei ke Vo ditentukan oler R2 dan R1 yang dapat

memperkuat isyarat AC dan DC.

Untuk memahami kerja rangkaian diperlihatkan pada gambar 7.5.

1. Tegangan Ed antara masukan (+) dan masukan (-) pada dasarnya nol.

2. Arus yang di alirkan antara terminal (+) dan (-) dapat diabaikan.

Gambar 7.5 Rangkaian Inverting amplifier (penguat pembalik).

Dalam gambar tegangan positif Ei diterapkan melalui tahanan masukan Ri

kemasukan (-) op-ampnya. Umpan balik negatif dibust olh tahanan umpan balik

R2. Tegangan antara masukan (+) dan (-)nya pada dasarnya sama dengan 0V.

Karenanya, terminal masukan (-) juga 0V, juga potensial ground yang berada pada

masukan (-) nya. Karena ujung R1 yang satu ada di Ei dan yang laian ada di 0V,

penurunan tegangan melalui Ri adalah Ei. Arus I yang melalaui R1 didapat dari

hukum Ohm:

1R

EiI

Seluruh arus masukan I men galir melalui R2, karena jumlah yang dialirkan

oleh terminal masukan (-)nya dapat diabaikan, maka penurunan tegangan yang

melalui R2:

21

22 RR

EiIxRVR

Dari gambar ujung R2 dan RL beban terhubung, tegangan dari hubungan

ini ke ground adalah Vo. Ujung R2 dan RL yang lain ke ground, karenanya Vo

menyamai VR2 . Untuk memperoleh polaritas Vo, diingat bahwa ujung kiri dari R2

memakasa ujung kanan R2 menjadi negatif. Karenanya, Vo negatif bila Ei positif,

sehingga persamaan Vo :

1

2

R

REiVo

sehingga gain tegangannya:

1

2

R

R

Ei

VoA

Tanda minus dalam persamaan diatas menandakan bahwa polaritas keluaran

Vo terbalik terhadap Ei. Sehingga rangkaian tersebut dinamakan penguat pembalik.

Pada rangkaian inverting amplifier ini sinyal keluaran yang dihasilkan akan

mempunyai beda fasa sebesar 180o dari sinyal masukannya. Adapun dalam

menentukan besar sudut beda fasa dari pola lissajous adalah sebagai berikut:

-

ab

Gambar 7.6 Pola Lissajous

Dari gambar diatas sudut dihitung dari persamaan berikut:

b

aarcsin

7.2.2.2 Penguat tak-membalik (Non-inverting Amplifier)

Gambar 7.7 adalah sebuah penguat tak membalik yaitu tegangan keluaran

Vo mempunyai polaritas yang sama dengan tegangan masukkan Ei tahanan

masukan dari penguat pembalik adalah R1, tahanan masukan masukan dari penguat

tak-pembalik luar biasa besarnya, biasanya melebihi 100 Mohm.

Gambar 7.7 Rangkaian Noninverting amplifier (penguat tak membalik)

Karena tegangan Ed antara masukan (+) dan (-) dari Op-amp adalah nol

kedua masukan tersebut berada pada potensial X yang sama. Karenanya Ei tampak

melintasi R1, Ei menyebabkan arus I mengalir seperti diberikan oleh I = Ei/R1.

Arah I tergantung pada polaritas Ei.

Karenanya I mengalir melalui R2 dan penurunan tegangan melintasi R2

dinyatakan oleh VR1 dan dinyatakan sebagai

VR2 = I(R2) = 1

2

R

Rx Ei

Tegangan Vo didapat dengan menambahkan penurunan tegangan melintas

Riyang adalah Ei ketegangan melintasi R2 yang adalah VR2 :

Vo = (1 +1

2

R

R) Ei

Sehingga gain tegangannya adalah :

A = Ei

Vo= 1 +

1

2

R

R

Persamaan tersebut memperlihatkan bahwa gain tegangan dari sebuah

penguat tak pembalik menyamai besarnnya gain sebuah penguat pembalik (R2/R1)

ditambah 1.

7.2.2.3 Penguat Penjumlah

Gambar 7.8 menunjukkan penjumlah tak membalik dua masukan dengan

modal pemahaman analisa rangkaian listrik dapat diketahui bahwa tegangan

masukan (-) nya adalah Ei, didapat darp persamaan simpul :

021

R

EE

R

EE ii

sedemikian rupa sehingga :

R

EEEi

21

Gambar 7.8 Penjumlah tak membalik dua masukan

Kemudian Ei dikalikan dua untuk memperoleh tegangan keluaran Vo:

21 EEVo

Jika isyarat yang harus dijumlahkan lebih dari dua, maka semua hambatan

dipilih yang mempunyai nilai sama kecuali tahanan umpan baliknya. Penjumlah

masukan tak membalik dengan N masukan diperlihatkan pada gambar 7.9

Gambar 7.9 Penguat penjumlah Nmasukan

R2 dibuat sama dengan :

R2 = (n-1)R

n adalah banyaknya masukan. Dan Ei adalah jumlah tegangan-tegangan

masukannya dibagi dengan masukan itu. Kemudian gain penguat tersebut sama

dengan banyaknya masukan. Karenanya Vo maenjumlahkan tegangan-tegangan

masukannya.

7.2.2.4 Penguat Differensial

Rangakaian dasar penguar differensial ditunjukkan pada gambar 7.10.

Hubungan antara input dan output ditunjukkan pada persamaan berikut ini.

43;21

2

1120 |)( RRRR

R

RVVV

Gambar 7.10 Penguat differensial

7.2.3 Sensor Suhu LM35

Aplikasi kontroler ON/OFF pada perancangan modul praktikum ini adalah

untuk mengatur prototipe sistem pengaturan temperatur elemen. Blok plant terdiri

atas elemen besi yang dililit oleh kawat-kawat tembaga atau biasa disebut elemen

pemanas. Suhu dari plant diubah menjadi sinyal listrik berupa tegangan oleh sensor

LM35, yang mempunyai karakteristik tegangan keluaran 0 mV +10 mV/°C.

Sebagai contoh pada saat suhu kamar 27°C maka tegangan keluaran sensor adalah

270 mV. Sensor suhu yang bertujuan untuk mengukur temperatur elemen pemanas

terletak pada rangkaian. Tegangan sensor berkisar antara 270mV-1,5 Volt dengan

10mV mewakili 1C.

Terdapat selang waktu sekitar 1,5 detik, sensor temperatur tidak bereaksi.

Hal ini dikarenakan terdapat jarak antara pemanas dengan sensorsehingga udara

panas yang dihasilakn dari kipas angin membutuhkan waktu untuk mencapai

sensor. Temperamen semacam ini sering dijumpai pada komponen-komponen

yang memiliki sifat transportasi. Selang waktu ini dinamakan sebagai waktu tunda.

7.2.4 Transistor

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai

sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal

atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat beR2ungsi semacam kran listrik,

dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET),

memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.

Pada umumnya, trnsistor memiliki 3 terminal yaitu Basis (B), Emittor (E)

dan Kolektor (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitter dapat

dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus input

Basis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor.

Transistor merupakan komponen yang sangat penting dalam dunia

elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam

Amplifier (penguat)

Switch (saklar)

Logic gate, memori dan fungsi rangkaian-rangkaian lainnya.

(a) (b)

Gambar 7.11 (a) Simbol transistor BJT NPN (b) Simbol Transistor BJT PNP

7.2.4.1 Cara Kerja Transistor

Dari banyak tipe-tipe transistor modern, pada awalnya ada dua tipe dasar

transistor, bipolar juction transistor (BJT atau transistor bipolar) dan field-effect

transistor (FET), yang masing-masing bekerja secara berbeda.

Transistor bipolar dinamakan demikian karena kanal konduksi utamanya

menggunakan dua polaritas pembawa muatan: elektron dan lubang, untuk

membawa arus listrik. Dalam BJT, arus listrik utama harus melewati satu

daerah/lapisan pembatas dinamakan depletion zone, dan ketebalan lapisan ini dapat

diatur dengan kecepatan tinggi dengan tujuan utnuk mengatur aliran arus utama

tersebut

Fungasi transistor antara lain:

Buffer (Penyangga)

Switch

Penguat (gain)

7.2.4.2 Transistor Sebagai Switch

Cara termudah menggunakan sebuah transistor adalah sebagai sebuah

saklar. Kita mengoperasikan transistor ini pada salah satu dari keadaan saturasi atau

keadaan titik sumbat (cut off) dan bukan dioperasikan pada sepanjang garis beban.

Transistor akan seperti sebuah saklar jika sebuah transistor berada dalam keadaan

saturasi. Transistor tersebut seperti sebuah saklar dalam keadaan tertutup, sehingga

arus akan mengalir dari kolektor ke emitter. Jika transistor berada dalam keadaan

tersumbat (cut off), maka transistor akan seperti sebuah saklar terbuka dari kolektor

ke emitter sehingga arus tidak akan mudah mengalir melalui transistor, seperti

ditunjukkan pada gambar di bawah ini:

Gambar 7.12 Transistor sebagai switch

Dengan mengontrol bias dari transistor hingga komponen ini menjadi jenuh,

maka akan terjadi seolah-olah diperoleh hubungan singkat di antara kaki emitter

dan kaki kolektor. Peristiwa ini dapat dimanfaatkan sebaik mungkin sehingga

transistor bisa dipakai sebagai saklar elektronika.

7.2.5 LED

LED (Light Emitting Diode) atau dioda pemancar cahaya adalah suatu

bahan padat sejenis dioda yang mengkonversi arus listrik menjadi cahaya. Dalam

penggunannya digunakan sebagai penanda berupa nyala lampu pijar. Strukturnya

juga sama dengan dioda, tetapi elektron yang melewati sambungan P-N juga

melepaskan energi berupa energi panas dan energi cahaya. Untuk mendapatkan

emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang dipakai adalah gallium, arsenic,

dan phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang

berbeda pula.

Gambar 7.13 Simbol LED

Pada dasarnya semua warna bisa dihasilkan, namun akan menjadi sangat

mahal dan tidak efisien. Dalam memilih LED selain warna, perlu diperhatikan

tegangan kerja, arus maksimum dan disipasi dayanya.Rumah (chasing) LED dan

bentuknya juga bermacam-macam, ada yang persegi empat, bulat dan lonjong.

Karakteristik LED meyerupai karakteristik dioda pada umumnya, antara lain :

Karakteristik V-I yang sama dengan tegangan bias maju 2,2 volt.

Untuk mengeluarkan emisi cahaya harus diberi bias maju dengan range arus

antara 5-20 mA.

Memiliki tegangan breakdown antara 5-50 volt pada bias mundur.

7.2.6 Aplikasi Kontrol On-Off

7.2.6.1 Kontrol On-Off untuk mengatur suhu

Gambar rangkaiannya adalah sebagai berikut:

Gambar 7.14 Penerapan kontrol on-off pada pengendalian suhu

Rangkaian tersebut mengontrol beban, dalam hal ini adalah led berdasarkan

perbandingan tegangan LM35 sistem terhadap set point(Vref). Sebagai transducer

adalah sensor suhu LM35 yang berungsi untuk mengkonversi besaran suhu ke

beraran listrik berupa tegangan.

Sebagai komparator digunakan op-amp, dengan masukan terinversi (-)

terhubung ke sensor LM35, sedang masukan tak terinversi (+) terhubung ke

potensiometer. Ketika tegangan sensor LM35 di atas atau sama dengan tegangan

referensi, maka tidak ada arus yang mengalir ke transistor sehingga led mati, begitu

juga sebaliknya. Selain sebagai komparator op-amp juga digunakan untuk

membangkitkan tegangan.Untuk beban yang lebih besar cukup dengan mengganti

transistor dengan daya yang lebih besar, atau dengan relay, IGBT, mosfet dan lain-

lain.Dengan plant tersebut kita dapat mengontrol suhu sampai 140oC (maksimal

sampai 150oC, suhu maksimum yang dibenarkan untuk LM35, namun kondisi

seekstrim itu tidak disarankan).

7.3 PENGUJIAN ALAT

7.3.1 Alat dan bahan

1. Laptop.

2. Software Proteus 8.3 SP2.

7.3.2 Cara kerja

1. Sistem On - Off Kontroller secara close loop

1. Merangkai rangkaian seperti gambar berikut.

Gambar7.15 Kontrol on-off pada pengendalian suhu

2. Run program simulasi.

3. Variasikan potensiometer dari 20%-60%.

4. Catat tegangan referensi.

5. Ubah sensor LM35 + atau – sampai LED beralih dari menyala ke

mati.

6. Catat nilai suhu yang tertera pada sensor LM35 serta tegangan

LM35.

7. Ubah sensor LM35 + atau – sampai LED beralih dari mati ke

menyala.

8. Ulangi langkah 6.

9. Ulangi langkah 2-8 sebanyak 2 kali.

2. Pengkondisi Gain

1. Merangkai rangkaian seperti gambar berikut.

Gambar 7.16 Pengkondisian Gain

2. Variasikan V1.

3. Run program simulasi.

4. Catat tegangan input (V1) dan tegangan output (V0).

5. Catat gain percobaan dengan rumus Gpercobaan = Vo/Vi dan Gperhitungan

= -R2/R1.

6. Ulangi langkah 3-6 sebanyak 3 kali.

7.3.3 Data Percobaan

a. On-OffKontroller secara close loop

Tabel 7.1 Data percobaan padaon-offcontroller secaraclose loop

Percobaan R3(Ohm) Vref (V) LED Suhu (ºC) VLM35(V)

1 200 +0.4 Mati 40 +0.4

+0.4 Nyala 39 +0.39

2 400 +0.8 Mati 80 +0.8

+0.8 Nyala 79 +0.79

3 600 +1.2 Mati 120 +1.2

+1.2 Nyala 119 +1.19

b. Pengkondisian Sinyal

Tabel.7.2 Data percobaan pada pengkondisian Sinyal

Percobaan Vin(V) Vout(V) G.percobaan G.perhitungan

1 +1 -2.52 -2.52 -2.5

2 +4 -10 -2.5 -2.5

3 +10 -22.5 -2.25 -2.5

4 +15 -22.5 -1.5 -2.5

5 +20 -22.5 -1.125 -2.5

7.4 ANALISA dan PEMBAHASAN

7.4.1 Kontrol On-Off Kontroller secara close loop

Pada percobaan ini dilakukan pengukuran tegangan LM35, tegangan

referensi dan suhu sensor LM35 pada rangkaian on / off kontroller. Pengukuran ini

dimaksudkan untuk mengetahui besarnya celah differensial. Besar celah diferensial

harus ditentukan berdasarkan beberapa pertimbangan seperti ketelitian yang

diperlukan dan umur komponen. Memperkecil celah differensial akan

menyebabkan kenaikan angka “switching” “on-off” per menit sehingga akan

memperpendek umur ketahanan komponen. Percobaan ini juga bertujuan untuk

mengetahui pengaruh besar kecilnya potensio meter, tegangan LM35, suhu LM35

terhadap kondisi LED.

Tabel 7.3 Data percobaan on - off controller secara close loop

Percobaan R3(Ohm) Vref (V) LED Suhu (ºC) VLM35(V)

1 200 +0.4 Mati 40 +0.4

+0.4 Nyala 39 +0.39

2 400 +0.8 Mati 80 +0.8

+0.8 Nyala 79 +0.79

3 600

+1.2 Mati 120 +1.2

+1.2 Nyala 119 +1.19

Dari percobaan tersebut diketahui bahwa semakin besar potensiometer

semakin besar plua tegangan referensinya dan tegangan LM35. Pada percobaan

potensiometer 200 Ohm pada tegangan LM35 +0.4 LED mati, hal tersebut

dikarenakan tegangan LM35 telah menyamai tegangan referensi atau lebih.Pada

percobaan potensiometer 400 Ohm pada tegangan LM35 +0.8 LED mati, hal

tersebut dikarenakan tegangan LM35 telah menyamai tegangan referensi atau

lebih.Pada percobaan potensiometer 400 Ohm pada tegangan LM35 +1.2 LED

mati, hal tersebut dikarenakan tegangan LM35 telah menyamai tegangan referensi

atau lebih.

Dalam percobaan ini terdapat celah differensial (differensial gap) yang

merupakan daerah harga sinyal penggerak antara posisi on dan off. Celah

differensial ini menyebabkan keluaran kontroler tetap pada harga sekarang sampai

sinyal kesalahan penggerak bergeser sedikit dari harga nol. Dalam hal ini, apabila

celah differensial semakin kecil maka akan menyebabkan relay cepat rusak, jika

diaplikasikan pada relay. Karena itu, untuk pengaplikasian pada relay, celah

diferensial harus diperbesar.

7.4.4 Pengkondisi Sinyal

Pengkondisian sinyal dilakukan sebelum sinyal input akan dimasukkan ke

On-Off kontroller. Kegunaan dari rangkaian pengkondisi sinyal adalah untuk

memperkuat sinyal masukan sampai batas tertentu, sebelum masuk ke on off

kontroller. Pada percobaan pengkondisi sinyal ini menggunakan penguat pembalik

(Inverting Amplifier), dimana pada penguat ini memiliki gain seperti berikut:

1

2,

R

RunganGainPerhit

Vi

VoaanGainPercob ,

Dimana : Vo = tegangan output (Volt)

Vi = tegangan input (Volt)

R2 = Resistor feedback (Ohm)

R1 = Resistor Input (Ohm)

Contoh Perhitungan yaitu pada Vi = 1 Volt, Vo = -2,52 Volt, R2 = 25K Ohm, dan

R1 = 10K Ohm maka gain tegangannya adalah :

Vi

VoaanGainPercob =

1

52,2 = -2,52

5,210

25

1

2

R

RunganGainPerhit

Dengan analogi perhitungan yang sama maka didapat perhitungan gain

percobaan dan gain perhitungan pada percobaan pengkondisi sinyal sebagai

berikut:

Tabel 7.4 Data Perhitungan Gain Pengkondisi sinyal

Percobaan Vin(V) Vout(V) G.percobaan G.perhitungan

1 +1 -2.52 -2.52 -2.5

2 +4 -10 -2.5 -2.5

3 +10 -22.5 -2.25 -2.5

4 +15 -22.5 -1.5 -2.5

5 +20 -22.5 -1.125 -2.5

Dari tabel diatas dapat diketahui bahwa semakin tinggi tegangan input maka

besarnya penguatan pada percobaan akan tetap dan cenderung turun dibandingkan

penguatan perhitungan yang cenderung tetap sertategangan output akan naik ketika

tegangan input dinaikkan, tetapi dengan kondisi negatif. Akan tetapi terdapat

sedikit anomali pada variasi tegangan input +10 volt, 15 volt dan +20 volt, yaitu

nilai V out yang berubah menjadi -22.5 dan tetap meskipun tegangan input

dinaikkan lagi. Nilai gain juga berubah menjadi -2.25, -1.5 dan -1.125, bukan

konstan seperti pada tegangan input dibawah +10 volt. Hal ini dikarenakan adanya

batasan tegangan input pada IC TL 084 dimana tegangan input dibatasi pada nilai

± 10 volt. Pemberian tegangan input diatas 10 volt (pada input inverting) dan

dibawah -10 volt (pada input non inverting) akan menyebabkan perubahan nilai

penguatan dari IC tersebut. Selain itu, hal ini disebabkan karena tegangan output

dalam percobaan ini dipengaruhi oleh tegangan suplai op-amp itu sendiri, dalam

percobaan ini suplai Op-Amp adalah 24 volt. Hal ini akan menyebabkan output

selalu lebih kecil dari tegangan suplai, sekalipun secara perhitungan penguatannya

bisa lebih dari 24 volt.

Gambar 7.17 Grafik hubungan tegangan input dan tegangan output

Dari grafik tersebut dapat diketahui percobaan pengkondisi sinyal ini

memakai penguat inverting dikarenakan polaritas tegangan keluaran cenderung

terbalik dari polaritas masukan. Untuk alasan ini, bila masukannya (-) dan

keluarannya (+) dan bila masukannya (+) keluarannya (-).

-25

-20

-15

-10

-5

0

0 5 10 15 20 25

V o

utp

ut

V input

Grafik Hubungan Vin - Vout

7.5 PENUTUP

7.5.1 Kesimpulan

1. Pada percobaan on – offcontroller secara close loop pada percobaan 1

ketika LED pada keadaan menyala didapatkan suhu sebesar 390C dan

pada keadaan LED mati didapatkan suhu sebesar 400C dan range

suhunya sebesar 10.Pada percobaan 2 ketika LED dalam keadaan aktif

didapatkan suhu sebesar 790C dan pada keadaan LED tidak aktif

didapatkan suhu sebesar 800C dan range suhunya sebesar 10.Pada

percobaan 3 ketika LED dalam keadaan aktif didapatkan suhu sebesar

1190C dan pada keadaan LED tidak aktif didapatkan suhu sebesar

1200C dan range suhunya sebesar 10.

2. Pada percobaan on – offcontroller secara close loop, celah diferensial

yang terjadi adalah 10C, atau sensor LM35 akan merepresentasikan

sebesar 0.01 volt.

3. Pada percobaan kontrol on-off kontroller secara close loop semakin

besar nilai potensiometer semakin besar pula tegangan referensinya

serta suhu dan tegangan LM35.

4. Pada percobaan kontrol on-off kontroller secara close loop jika tegangan

LM35 menyamai atau melebihi tegangan referensi maka LED akan mati

5. Dari percobaan tersebut diketahui bahwa semakin besar potensiometer

semakin besar pula tegangan referensinya dan tegangan LM35.

6. Pada percobaan pengkondisian sinyal semakin tinggi tegangan input

maka besarnya penguatan akan tetap dan cenderung turun seperti yang

tertera pada percobaan 3,4 dan juga 5.

7. Pada percobaan 1 pengkondisian sinyal didapatkan gain percobaan

sebesar -2.52 (inverting) dan gain perhitungan sebesar -2.5.

8. Pada variasi tegangan ke 2 percobaan pengkondisian sinyal, inputnya 4

volt dan outputnya adalah -10 volt. Hasilnya adalah gain negatif,

membuktikan bahwa percobaan menggunakan inverting amplifier.

9. Terjadi perbedaan antar gain percobaan dan perhitungan dimana gain

perhitungan nilainya tetap dan gain percobaan cenderung turun apabila

V input diatas 10 V, hal ini dikarenakan adanya batasan tegangan input

pada IC TL 084 dimana tegangan input dibatasi pada nilai 10 V

10. Pada percobaan pengkondisian sinyal, pada tegangan 10 volt keatas,

penguatan percobaan tidak tetap, hal ini disebabkan karena adanya

pembatasan tegangan input dari datasheet, dan tegangan penguatan tidak

bisa melebihi tegangan suplai. Tegangan tidak akan lebih dari 24 volt

karena tegangan suplai nya adalah 24 volt.

7.5.2 Saran

1. Seharusnya praktikum menggunakan modul yang sebenarnya tidak

menggunakan simulasi agar dapat mengetahui aplikasi On/Off dalam

kenyataan.

2. Sebaiknya kontroler ON/OFF hanya digunakan pada plant-plant yang

bersifat lamban dan tidak membutuhkan presisi tinggi. contohnya:

setrika.

DAFTAR PUSTAKA

1. Buku Petunjuk Praktikum Dasar Sistem Kontrol, Teknik Elektro

Universitas Diponegoro, Semarang, 2008.

2. Malvino,Prinsip-Prinsip Elektronika, Erlangga, Jakarta, 1985

3. Robert F. Coughlin Fredericck F. Driscoll, Penguat Operasional dan

Rangkaian Terpadu Linier, Penerbit Erlangga Jakarta 1985.

4. Wasito.S, Vademekum Elektronika, Edisi II, Gramedia Jakarta, 1995.

.