KONTROL KEBAKARAN DI LABORATORIUM KIMIA

DAFTAR ISI

1. PENDAHULUAN [Back]

Laboratorium kimia adalah lingkungan kerja yang penuh dengan potensi bahaya, terutama risiko kebakaran. Banyak bahan kimia yang digunakan dalam eksperimen memiliki sifat mudah terbakar atau bahkan eksplosif. Oleh karena itu, kontrol kebakaran di laboratorium kimia menjadi sangat penting untuk melindungi keselamatan para peneliti, staf, dan properti. Pendahuluan ini akan membahas pentingnya memahami dan menerapkan langkah-langkah pencegahan kebakaran serta respons yang tepat dalam keadaan darurat.

Kebakaran di laboratorium kimia dapat disebabkan oleh berbagai faktor, termasuk penggunaan bahan kimia yang tidak tepat, peralatan yang rusak, atau ketidakpatuhan terhadap protokol keselamatan. Mengingat kompleksitas dan keragaman bahan yang ada, setiap laboratorium harus memiliki rencana tindakan kebakaran yang jelas dan efektif. Artikel ini bertujuan untuk memberikan panduan tentang cara mencegah kebakaran di laboratorium kimia dan tindakan yang harus diambil jika kebakaran terjadi.

2. TUJUAN [Back]

Memahami prinsip kerja sistem pengendalian kebakaran di laboratorium
Meningkatkan pemahaman tentang sensor dan detektor
Menyediakan solusi pengendalian kebakaran yang lebih baik
Menjelaskan alat dan bahan yang dibutuhkan dalam pembuatan Aplikasi Pengontrol Kebakaran Laboratorium
Mensimulasikan rangkaian Aplikasi Pengontrol Kebakaran Laboratorium dengan proteus.

3. ALAT DAN BAHAN [Back]

ALAT

Software Proteus 8 Profesional

Gambar 1

Proteus Design Suite adalah perangkat lunak berpemilik yang digunakan untuk otomatisasi desain elektronik (EDA). Perangkat lunak ini populer di kalangan insinyur dan teknisi desain elektronik untuk membuat skema dan cetakan elektronik untuk pembuatan papan sirkuit tercetak (PCB).

Fungsi Utama Software Proteus

Simulasi Skema: Simulasikan sirkuit analog, digital, dan campuran sebelum membangunnya. Ini membantu menemukan dan memperbaiki kesalahan desain, menghemat waktu dan biaya.
Desain PCB: Buat tata letak PCB profesional dengan berbagai pilihan komponen dan alat routing.
Analisis Mode Kegagalan: Identifikasi potensi masalah desain dengan analisis tegangan, arus, dan suhu.
Pemrograman Mikrokontroler: Kembangkan dan debug program mikrokontroler langsung di dalam Proteus.
Kompatibilitas: Mendukung berbagai jenis mikrokontroler dari berbagai vendor.
Fitur Tambahan: Pustaka komponen yang luas, antarmuka yang mudah digunakan, dokumentasi yang komprehensif, dan banyak lagi.

BAHAN

Gas Sensor MQ-7

Bentuk Fisik Gas Sensor

Gas sensor digunakan untuk mendeteksi keberadaan gas tertentu di lingkungan. Sensor ini mengubah konsentrasi gas menjadi sinyal listrik yang bisa diukur.

Spesifikasi Gas Sensor

Flame Sensor

Flame sensor digunakan untuk mendeteksi api atau nyala dengan mengidentifikasi spektrum cahaya tertentu yang dipancarkan oleh api.

Bentuk Fisik Flame Sensor

Spesifikasi Flame Sensor

Sound Detector

Sensor Suara adalah sensor yang memiliki cara kerja merubah besaran suara menjadi besaran listrik. Pada dasarnya prinsip kerja pada alat ini hampir mirip dengan cara kerja sensor sentuh pada perangkat seperti telepon genggam, laptop, dan notebook. Sensor ini bekerja berdasarkan besar kecilnya kekuatan gelombang suara yang mengenai membran sensor yang menyebabkan bergeraknya membran sensor yang memiliki kumparan kecil dibalik membran tersebut naik dan turun. Kecepatan gerak kumparan tersebut menentukan kuat lemahnya gelombang listrik yang dihasilkannya.

Salah satu komponen yang termasuk dalam sensor ini adalah Microphone atau Mic. Mic adalah komponen eletronika dimana cara kerjanya yaitu membran yang digetarkan oleh gelombang suara akan menghasilkan sinyal listrik.

Bentuk Nyata Sound Sensor

Berdasarkan grafik respon sound sensor di dibawah diperoleh bahwa saat suara terdeteksi sangat dekat oleh sound sensor, maka sound sensor akan mendeteksi intensitas suara tersebut, sehingga saat respon sensor sound sensor akan mendeteksi suara dengan intensitas maksimum, maka resistansi pada sound sensor akan mengecil dan sound sensor akan aktif bekerja merespon intensitas suara terdekat tersebut.

Grafik I-r pada Sound Sensor

Touch Sensor

Touch sensor merupakan sebuah lapisan penerima input dari luar monitor. Input dari touchscreen adalah sebuah sentuhan, maka dari itu sensornya juga merupakan sensor sentuh. Biasanya sensor sentuh berupa sebuah panel terbuat dari kaca yang permukaannya sangat responsif jika disentuh. Touch sensor ini diletakkan di permukaan paling depan dari sebuah layar touchscreen, dengan demikian area yang responsif terhadap sentuhan menutupi area pandang dari layar monitor. Maka dari itu ketika kita menyentuh permukaan layar monitornya, input juga telah diberikan oleh kita. Teknologi touch sensor yang kini banyak digunakan terdiri dari tiga macam, seperti yang telah dijelaskan di atas, yaitu Resistive touchscreen, Capasitive touchscreen, dan Surface wave touchscreen.

Bentuk Fisik Touch Sensor

Pada grafik respon tocuh sensor di bawah diperoleh bahwa saat sebelun sensor disentuh, pada touch sensor memiliki sinyal sentuh penuh, maka saat sensor touch disentuh, sinyal pada sensor akan menurun kekuatannya dimana saat proses penurunan sinyal touch sensor, kinerja touch sensor bekerja mengaktifkan touch sensor sehingga touch sensor menghasilkan tegangan output.

Grafik Respon Touch Sensor

PIR Sensor

PIR sensor mendeteksi radiasi infra merah yang dipancarkan oleh objek panas, seperti tubuh manusia. Sensor ini sering digunakan untuk mendeteksi pergerakan.

Bentuk Nyata PIR Sensor

PIR (Passive Infrared) sensor bekerja dengan mendeteksi radiasi infra merah yang dipancarkan oleh objek panas di sekitarnya, seperti tubuh manusia. Berikut adalah penjelasan mengenai cara kerja PIR sensor:

Prinsip Dasar:

PIR sensor tidak memancarkan sinyal infra merah, melainkan mendeteksi sinyal infra merah yang dipancarkan oleh objek panas di sekitarnya. Oleh karena itu, disebut "pasif".

Komponen Utama:

Sensor Piroelektrik: Komponen inti PIR sensor yang mendeteksi perubahan radiasi infra merah. Sensor ini menghasilkan sinyal listrik ketika ada perubahan jumlah radiasi infra merah yang diterima.
Lensa Fresnel: Lensa yang memfokuskan radiasi infra merah dari berbagai arah ke sensor piroelektrik, sehingga meningkatkan sensitivitas dan area deteksi.
Sirkuit Elektronik: Mengolah sinyal dari sensor piroelektrik dan menghasilkan sinyal output yang menunjukkan adanya deteksi gerakan.

Cara Kerja:

Deteksi Radiasi Infra Merah: Objek panas, seperti manusia, memancarkan radiasi infra merah. Ketika objek bergerak di depan sensor, jumlah radiasi infra merah yang diterima oleh sensor piroelektrik berubah.
Respon Sensor Piroelektrik: Perubahan radiasi ini menyebabkan sensor piroelektrik menghasilkan sinyal listrik yang berubah-ubah.
Pengolahan Sinyal: Sinyal listrik yang dihasilkan oleh sensor piroelektrik diperkuat dan diolah oleh sirkuit elektronik di dalam PIR sensor. Jika perubahan sinyal cukup signifikan, sirkuit akan menghasilkan sinyal output (biasanya berupa sinyal logika tinggi atau rendah).
Output: Sinyal output ini kemudian dapat digunakan untuk mengaktifkan perangkat lain, seperti lampu, alarm, atau sistem keamanan.

Konfigurasi PIR Sensor:

Area Deteksi: Lensa Fresnel pada PIR sensor dirancang untuk memperluas area deteksi. Area ini biasanya berbentuk kerucut dengan sudut deteksi tertentu.
Jarak Deteksi: Jarak deteksi PIR sensor dapat bervariasi, biasanya antara 5 hingga 12 meter, tergantung pada model dan pengaturan sensor.
Penyesuaian Sensitivitas: Beberapa PIR sensor memiliki pengaturan sensitivitas yang memungkinkan pengguna menyesuaikan tingkat deteksi gerakan.

Aplikasi PIR Sensor:

Sistem Keamanan: PIR sensor digunakan dalam sistem keamanan untuk mendeteksi pergerakan manusia di area yang diawasi.
Kontrol Pencahayaan Otomatis: Digunakan untuk menyalakan lampu secara otomatis ketika seseorang memasuki ruangan dan mematikannya ketika ruangan kosong.
Alat Otomasi Rumah: PIR sensor digunakan dalam berbagai perangkat otomatisasi rumah untuk mendeteksi keberadaan dan aktivitas penghuni.

PIR sensor adalah alat yang efisien dan efektif untuk mendeteksi gerakan dan keberadaan objek panas, membuatnya sangat populer dalam aplikasi keamanan dan otomatisasi rumah.

Op-Amp 741

Operational amplifier (op-amp) 741 adalah salah satu jenis op-amp yang paling terkenal dan sering digunakan dalam berbagai aplikasi elektronika. Berikut adalah penjelasan rinci tentang op-amp 741:

Deskripsi dan Struktur:

Op-amp 741 adalah penguat operasional yang memiliki delapan pin dan dikemas dalam berbagai bentuk seperti DIP (Dual In-line Package).
Op-amp ini terdiri dari dua input (inverting dan non-inverting) dan satu output. Selain itu, terdapat dua terminal untuk suplai daya positif dan negatif, serta terminal offset null yang digunakan untuk mengatur offset voltase.

Pin Configuration

Offset Null: Digunakan untuk mengatur offset voltage (Pin 1 dan Pin 5).
Inverting Input (V-): Terminal input yang membalik fase sinyal (Pin 2).
Non-inverting Input (V+): Terminal input yang tidak membalik fase sinyal (Pin 3).
V- (Negative Power Supply): Suplai daya negatif (Pin 4).
Output: Terminal keluaran dari op-amp (Pin 6).
V+ (Positive Power Supply): Suplai daya positif (Pin 7).
Offset Null: Digunakan untuk mengatur offset voltage (Pin 1 dan Pin 5).

Karakteristik Utama

High Input Impedance: Memiliki impedansi input yang sangat tinggi, yang berarti sangat sedikit arus yang mengalir ke input.
Low Output Impedance: Memiliki impedansi output yang rendah, memungkinkan op-amp untuk menggerakkan beban dengan efisien.
High Gain: Memiliki penguatan tegangan yang sangat tinggi, yang bisa mencapai hingga 200,000 atau lebih.
Wide Bandwidth: Memiliki bandwidth yang cukup lebar untuk berbagai aplikasi.
Cara Kerja
Penguatan Diferensial: Op-amp 741 memperkuat perbedaan tegangan antara terminal input inverting dan non-inverting.

Mode Operasi:

Open-loop: Ketika tidak ada umpan balik eksternal, op-amp beroperasi dalam mode open-loop dengan penguatan sangat tinggi.
Closed-loop: Ketika ada umpan balik eksternal, seperti resistor yang menghubungkan output kembali ke input inverting, op-amp beroperasi dalam mode closed-loop dengan penguatan yang dikontrol oleh jaringan umpan balik.

Aplikasi

Penguat Tegangan (Voltage Amplifier): Penguat Non-inverting: Memberikan penguatan dengan menjaga fase sinyal tetap sama dan Penguat Inverting: Memberikan penguatan dengan membalik fase sinyal.
Penguat Diferensial: Menguatkan perbedaan antara dua sinyal input.
Penguat Instrumentasi: Digunakan dalam aplikasi pengukuran yang memerlukan akurasi tinggi.
Filter Aktif: Digunakan dalam desain filter aktif seperti low-pass, high-pass, band-pass, dan band-stop.
Penguat Integrator dan Differentiator: Digunakan dalam aplikasi sinyal analog untuk integrasi dan diferensiasi sinyal.
Pengikut Tegangan (Voltage Follower): Memberikan penguatan satu dengan impedansi input yang sangat tinggi dan impedansi output yang sangat rendah.

Op-amp 741 adalah komponen serbaguna yang mendukung berbagai aplikasi dalam rangkaian elektronika. Karena kehandalannya dan ketersediaannya, op-amp ini menjadi pilihan populer di kalangan insinyur dan hobiis elektronik.

Transistor BJT: NPN

Transistor NPN adalah salah satu jenis transistor bipolar junction (BJT) yang digunakan secara luas dalam rangkaian elektronika untuk keperluan amplifikasi (penguatan) dan switching (saklar). Berikut adalah penjelasan rinci tentang transistor NPN:

Struktur dan Cara Kerja

Struktur:

Transistor NPN terdiri dari tiga lapisan semikonduktor yang disusun dalam urutan: N-type (emitor), P-type (basis), dan N-type (kolektor).
Terminal emitor (E) mengeluarkan elektron, terminal basis (B) mengontrol aliran elektron, dan terminal kolektor (C) mengumpulkan elektron.

Bias Tegangan:

Forward Bias (Basis-Emitor Junction): Tegangan positif diterapkan pada basis relatif terhadap emitor, memungkinkan arus mengalir dari basis ke emitor.
Reverse Bias (Basis-Kolektor Junction): Tegangan negatif diterapkan pada basis relatif terhadap kolektor, sehingga arus kolektor mengalir dari kolektor ke emitor.

Mode Operasi

Cutoff Region:

Basis tidak diberikan tegangan yang cukup positif, sehingga transistor tidak mengalirkan arus. Tidak ada arus yang mengalir dari kolektor ke emitor. Transistor dalam keadaan OFF.

Active Region:

Basis diberikan tegangan positif yang cukup (bias maju), sehingga arus mengalir dari emitor ke basis. Transistor menguatkan arus: arus kolektor (IC) adalah hasil penguatan arus basis (IB). Transistor dalam keadaan ON dan berfungsi sebagai penguat.

Saturation Region:

Basis diberikan tegangan yang lebih tinggi, sehingga transistor jenuh dan mengalirkan arus maksimal dari kolektor ke emitor. Transistor berfungsi sebagai saklar tertutup dengan resistansi sangat rendah antara kolektor dan emitor.

Karakteristik

Arus Basis (IB): Arus yang mengalir ke terminal basis dan mengontrol arus kolektor.
Arus Kolektor (IC): Arus yang mengalir dari kolektor ke emitor, dikontrol oleh arus basis.
Arus Emitor (IE): Total arus yang mengalir keluar dari emitor, sama dengan jumlah arus basis dan arus kolektor (IE = IB + IC).
Gain (β atau hFE): Rasio arus kolektor terhadap arus basis (β = IC / IB), menunjukkan kemampuan transistor untuk memperkuat arus.

Aplikasi

Penguat (Amplifier):

Transistor NPN digunakan dalam rangkaian penguat sinyal kecil seperti penguat audio, penguat RF, dan penguat operasional.

Penguatan tegangan dan arus yang diberikan oleh transistor meningkatkan sinyal input yang lemah menjadi sinyal output yang lebih kuat.

Saklar (Switch):

Transistor NPN dapat berfungsi sebagai saklar elektronik untuk mengendalikan perangkat lain seperti relay, lampu LED, atau motor.

Ketika basis diberi sinyal logika tinggi, transistor aktif dan memungkinkan arus mengalir dari kolektor ke emitor, menyalakan beban terhubung.

Rangkaian Logika:

Digunakan dalam desain rangkaian logika digital seperti gerbang logika, flip-flop, dan rangkaian sekuensial.

Transistor bertindak sebagai elemen switching cepat dalam sirkuit digital.

Pengoperasian Transistor NPN sebagai Saklar

Keadaan OFF:

Basis tidak diberi tegangan yang cukup (atau diberi tegangan nol), transistor tidak mengalirkan arus dari kolektor ke emitor. Beban terhubung pada kolektor akan berada dalam keadaan OFF.

Keadaan ON:

Basis diberi tegangan yang cukup positif (bias maju), transistor memungkinkan arus mengalir dari kolektor ke emitor. Beban terhubung pada kolektor akan berada dalam keadaan ON.

Transistor NPN adalah komponen esensial dalam banyak rangkaian elektronik karena kemampuan penguatannya dan fungsinya sebagai saklar. Model umum seperti 2N2222, BC547, dan lainnya sering digunakan karena kehandalan dan fleksibilitasnya dalam berbagai aplikasi.

Dioda Sillicon

Gambar 3

Dioda adalah komponen elektronik dua terminal yang terbuat dari bahan semikonduktor, seperti silikon atau germanium. Dioda memiliki sifat yang memungkinkannya untuk mengalirkan arus listrik hanya dalam satu arah, dari terminal anoda ke terminal katoda.

Karakteristik Dioda

Tegangan Vf (Forward Voltage): Tegangan minimum yang diperlukan untuk dioda agar dapat menghantarkan arus dalam arah maju.
Arus If (Forward Current): Arus yang mengalir melalui dioda ketika dihubungkan dengan bias maju.
Tegangan Vr (Reverse Voltage): Tegangan maksimum yang dapat ditahan dioda tanpa mengalami kerusakan.
Arus Ir (Reverse Current): Arus bocor yang sangat kecil yang mengalir melalui dioda ketika dihubungkan dengan bias balik.

Cara kerja Dioda yaitu dioda bekerja berdasarkan prinsip penyearah. Ketika dioda dihubungkan dengan bias maju, elektron dari katoda dapat mengalir ke anoda. Namun, ketika dioda dihubungkan dengan bias balik, elektron tidak dapat mengalir dari anoda ke katoda.

Resistor Analog

Gambar 4

Resistor adalah komponen elektronik pasif yang memiliki dua terminal dan berfungsi untuk menghambat aliran arus listrik.

Karakteristik Resistor

Nilai Resistansi (R): Hambatan yang diberikan resistor terhadap aliran arus.
Daya Disipasi (P): Daya maksimum yang dapat dihamburkan oleh resistor tanpa mengalami kerusakan.
Toleransi: Persentase penyimpangan nilai resistansi dari nilai nominalnya.
Tipe Bahan: Bahan yang digunakan untuk membuat resistor, seperti karbon, logam, atau film.

Cara kerja Resistor yaitu resistor menghambat aliran arus listrik dengan mengubah energi listrik menjadi energi panas. Semakin besar nilai resistansi, semakin besar pula hambatan yang diberikan terhadap aliran arus.

Baterai DC Double Cell

Gambar 5

Baterai DC multi sel adalah baterai yang terdiri dari beberapa sel elektrokimia yang dihubungkan secara seri untuk menghasilkan tegangan output yang lebih tinggi.

Aplikasi Baterai DC Multi-Sel

Elektronik portabel: Laptop, smartphone, tablet, kamera, dan perangkat elektronik portabel lainnya.
Kendaraan listrik: Mobil listrik, sepeda motor listrik, dan kendaraan listrik lainnya.
Penyimpanan energi: Baterai DC multi sel dapat digunakan untuk menyimpan energi dari sumber terbarukan, seperti panel surya dan turbin angin.
Sistem tenaga cadangan: Baterai DC multi sel dapat digunakan sebagai sumber daya cadangan untuk sistem kritis, seperti rumah sakit dan pusat data.

Baterai adalah sumber daya listrik portabel yang menyimpan energi dalam bentuk kimia dan mengubahnya menjadi listrik.

Relay

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

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

Spesifikasi Relay

Power Supply

Power supply adalah perangkat yang menyediakan daya listrik untuk perangkat lain. Mengubah arus AC dari sumber daya utama menjadi arus DC yang dapat digunakan.

Ground

Gambar 6

Ground, atau arde, adalah titik referensi tegangan dalam sirkuit elektronik. Ground biasanya dihubungkan ke bumi melalui kabel konduktif, tetapi dapat juga dihubungkan ke konduktor lain yang memiliki potensial nol.

Fungsi Ground

Referensi Tegangan: Ground menyediakan titik referensi untuk mengukur tegangan dalam sirkuit. Semua tegangan dalam sirkuit diukur relatif terhadap ground.
Jalur Arus Balik: Ground menyediakan jalur bagi arus untuk mengalir kembali ke sumbernya. Arus mengalir dari terminal positif sumber tegangan, melalui sirkuit, dan kembali ke terminal negatif sumber tegangan melalui ground.
Keselamatan: Ground membantu melindungi pengguna dari sengatan listrik dengan menyediakan jalur bagi arus bocor untuk mengalir.

4. DASAR TEORI [Back]

Pada Sistem Kontrol Kebakaran di Labor Kimia ini. Kami menggunakan 4 macam jenis rangkaian yang menghubungkan antara 5 jenis sensor yang berbeda dengan 3 jenis motor yang berbeda, 1 buzzer, dan 1 LED-red. Berikut ini adalah penjelasan ke-4 jenis rangkaian berikut.

Rangkaian Voltage Follower dan Voltage Divider Bias

Voltage Follower (Pengikut Tegangan)

Deskripsi: Voltage follower, atau buffer amplifier, adalah konfigurasi op-amp di mana output dihubungkan kembali ke input inverting (-), dan sinyal input diterapkan ke input non-inverting (+).

Fungsi: Fungsi utamanya adalah menghasilkan output yang sama dengan input, dengan penguatan unit (1), tetapi dengan impedansi input yang sangat tinggi dan impedansi output yang sangat rendah.

Rumus: $V_{out} = V_{in}$

Karakteristik:

Penguatan Tegangan (A): 1
Impedansi Input: Sangat tinggi
Impedansi Output: Sangat rendah

Voltage Divider Bias

Deskripsi: Voltage divider bias adalah teknik biasing transistor menggunakan dua resistor yang membentuk pembagi tegangan untuk memberikan tegangan bias yang stabil ke basis transistor.

Fungsi: Fungsi utamanya adalah untuk menetapkan tegangan bias yang stabil, memungkinkan transistor beroperasi dalam mode aktif.

Rumus:

$_{V B} = V_{C C} (\frac{R 2}{R 1 + R 2})$

_{I E} = \frac{V_{B} - V_{B E}}{R_{E}}

V_{CE} = V_{CC} - I_C (R_C + R_E)

Karakteristik:

Tegangan Basis (V_B): Ditentukan oleh pembagi tegangan R1 dan R2
Arus Emitor (I_E): Ditentukan oleh resistor emitor R_E

Hubungan Keduanya

Voltage follower sering digunakan bersama dengan voltage divider bias dalam rangkaian amplifier. Voltage divider bias memberikan tegangan bias yang stabil untuk transistor, sedangkan voltage follower memberikan buffering untuk menjaga impedansi input dan output yang sesuai. Output dari voltage divider bias dapat digunakan sebagai input ke voltage follower untuk memastikan sinyal yang stabil dan mencegah distorsi akibat impedansi yang tidak sesuai.

Rangkaian Voltage Follower dan Self Bias

Voltage Follower

Deskripsi dan Fungsi: Sama seperti di atas, voltage follower memberikan penguatan unit dengan impedansi input tinggi dan impedansi output rendah.

Self Bias

Deskripsi: Self bias adalah teknik biasing transistor menggunakan resistor emitor untuk mengatur tegangan bias. Arus basis mengalir melalui resistor emitor dan menghasilkan tegangan yang menjaga transistor dalam mode aktif.

Fungsi: Fungsi utamanya adalah untuk memberikan bias yang stabil dan mengurangi ketergantungan pada variasi parameter transistor.

Rumus:

V_E = I_E R_E

V_B = V_E + V_{BE}

I_{C} \approx I_{E}

Karakteristik:

Tegangan Emitor (V_E): Ditentukan oleh arus emitor (I_E) dan resistor emitor (R_E)
Tegangan Basis (V_B): Tegangan emitor (V_E) ditambah tegangan basis-emitor (V_{BE})

Hubungan Keduanya

Voltage follower dapat digunakan setelah self bias untuk buffering sinyal. Self bias menetapkan tegangan bias yang stabil untuk transistor, dan voltage follower memastikan bahwa sinyal output memiliki impedansi yang rendah, cocok untuk menggerakkan beban selanjutnya. Self bias memberikan stabilitas tambahan dalam rangkaian yang terhubung ke voltage follower.

Rangkaian Non-Inverting Amp dan Fixed Bias

Non-Inverting Amplifier

Deskripsi: Non-inverting amplifier adalah konfigurasi op-amp yang memperkuat sinyal tanpa membalik fase, dengan sinyal input diterapkan ke terminal non-inverting (+).

Fungsi: Fungsi utamanya adalah untuk memperkuat sinyal input dengan penguatan yang ditentukan oleh jaringan umpan balik.

Rumus: $V_{out} = V_{in} \left( 1 + \frac{R_f}{R_i} \right)$ Di mana:

$R_f$ : Resistor umpan balik
$R_i$ : Resistor input

Karakteristik:

Penguatan Tegangan (A): $1 + \frac{R_f}{R_i}$

Fixed Bias

Deskripsi: Fixed bias adalah teknik biasing transistor di mana resistor bias dihubungkan langsung ke sumber tegangan DC untuk menetapkan tegangan basis.

Fungsi: Fungsi utamanya adalah untuk memberikan tegangan bias yang tetap, meskipun lebih rentan terhadap variasi parameter transistor dibandingkan metode biasing lainnya.

Rumus:

$V_B = V_{CC} - I_B R_B$

I_C = \beta I_B

V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C

Karakteristik:

Tegangan Basis (V_B): Ditentukan oleh sumber tegangan dan resistor bias (R_B)
Arus Kolektor (I_C): Ditentukan oleh arus basis (I_B) dan gain arus transistor ( $\beta$ )

Hubungan Keduanya

Fixed bias dapat digunakan untuk menetapkan tegangan bias awal pada transistor yang kemudian dikendalikan oleh non-inverting amplifier untuk memberikan penguatan sinyal. Kombinasi ini menghasilkan penguatan sinyal yang stabil selama tegangan bias tetap konstan.

Rangkaian Non-Inverting Amp dan Emitter Stabilizer Bias

Non-Inverting Amplifier

Deskripsi dan Fungsi: Sama seperti dijelaskan di atas, non-inverting amplifier memberikan penguatan sinyal tanpa membalik fase.

Emitter Stabilizer Bias

Deskripsi: Emitter stabilizer bias adalah teknik biasing transistor menggunakan resistor emitor untuk memberikan umpan balik negatif, menjaga tegangan bias stabil terhadap perubahan arus.

Fungsi: Fungsi utamanya adalah untuk memberikan stabilitas tegangan bias yang lebih baik dan mengurangi variasi arus basis.

Rumus:

$V_{E} = I_{E} R_{E}$

V_B = V_E + V_{BE}

I_E = \frac{V_B - V_{BE}}{R_E}

I_C \approx I_E

Karakteristik:

Tegangan Emitor (V_E): Ditentukan oleh arus emitor (I_E) dan resistor emitor (R_E)
Tegangan Basis (V_B): Tegangan emitor (V_E) ditambah tegangan basis-emitor (V_{BE})

Hubungan Keduanya

Emitter stabilizer bias memberikan stabilitas tegangan bias yang lebih baik untuk transistor dalam rangkaian non-inverting amplifier, memungkinkan penguatan sinyal yang lebih stabil. Penggunaan emitter stabilizer bias memastikan bahwa penguatan non-inverting amplifier tetap konsisten meskipun terjadi perubahan arus atau variasi parameter transistor.

5. PERCOBAAN [Back]

Prosedur

Berikut ini adalah langkah-langkah dalam ...

Mempersiapkan Alat dan Bahan seperti yang telah tertera pada Sub-Bab Alat dan Bahan diatas
Merangkai Rangkaian sesuai dengan jenisnya masing-masing.

Untuk Gas Sensor

Hubungkan powersupply +9V ke terminal VCC pada sensor
Hubungkan terminal GND pada sensor ke ground dengan kabel
Hubungkan Vout sensor sebagai Vin ke rangkaian op-amp Buffer
Hubungkan Vout op-amp ke rangakain transistor Voltage Diveder Bias
Hubungkan kaki C transistor ke Relay dan kaki E transistor ke ground

Untuk Flame Sensor

Hubungkan powersupply +9V ke terminal VCC pada sensor
Hubungkan terminal GND pada sensor ke ground dengan kabel
Hubungkan Vout sensor sebagai Vin ke rangkaian op-amp Buffer
Hubungkan Vout op-amp ke rangakain transistor Self Bias
Hubungkan kaki C transistor ke Relay dan kaki E transistor ke ground

Untuk Sound Sensor

Hubungkan powersupply +10V ke terminal VCC pada sensor
Hubungkan terminal GND pada sensor ke ground dengan kabel
Hubungkan Vout sensor sebagai Vin ke rangkaian op-amp Non-inverting
Hubungkan Vout op-amp ke rangakain transistor Fixed Bias
Hubungkan kaki C transistor ke Relay dan kaki E transistor ke ground

Untuk Touch Sensor

Hubungkan powersupply +7V ke terminal VCC pada sensor
Hubungkan terminal GND pada sensor ke ground dengan kabel
Hubungkan Vout sensor sebagai Vin ke rangkaian op-amp Non-inverting
Hubungkan Vout op-amp ke rangakain transistor Emitter Stabilizer Bias
Hubungkan kaki C transistor ke Relay dan kaki E transistor ke ground

Untuk PIR Sensor

Hubungkan powersupply +10V ke terminal VCC pada sensor
Hubungkan terminal GND pada sensor ke ground dengan kabel
Hubungkan Vout sensor sebagai Vin ke rangkaian op-amp Non-inverting
Hubungkan Vout op-amp ke rangakain transistor Fixed Bias
Hubungkan kaki C transistor ke Relay dan kaki E transistor ke ground

Prinsip Kerja

Berikut ini adalah prinsip kerja dalam ...

Gas Sensor

Prinsip Kerja

Gas Sensor yang memiliki spesifikasi 3.3-5V diberi power supply sebesar 9V, ketika gas sensor mendeteksi adanya gas CO dengan intensitas tertentu di udara, maka gas sensor akan berlogika 1. kemudian sensor akan mengeluarkan Voutput sebesar 5V. Voutput sensor akan menjadi Vinput op-Amp. Pada rangkaian Buffer, Voutput akan = Vinput, maka Voutput op-Amp adalah 5V juga. Kemudian, Voutput op-Amp akan menjadi VB Transistor NPN. Pada rangkaian Voltage Diveder Bias, Tegangan VC akan dibagi oleh R1 dan R2. Kemudian ketika VBE > 7,7V, maka Transistor mode ON, lalu relay akan aktif.

Flame Sensor

Prinsip Kerja

Ketika terdeteksi api, maka sensor akan berlogika satu dan arus akan mengalir dari sensor menuju kaki non inverting op amp, tegangan akan terbaca sebesar 5 volt. Rangkaian yang dipakai adalah rangkaian buffer/voltage follower dimana penguatan (A=vo/vi=1) sehingga vin = vout sebesar 5 volt.Pada transistor menggunakan self bias yaitu arus akan melewati R5 dimana dimana pada R5 terdapat hambatan sebesar 1k, kemudian arus memasuki kaki basis transistor sehingga tegangan terbaca pada kaki basis didapat dengan rumus VBE = VCC - IB x RB (5 - 0,00021 x 20000) didapatlah nilai VBE = 0,77 V. Karena tegangan pada kaki basis didapat 0,77 V, Maka transistor akan aktif (transistor aktif ketika tegangan pada kaki basis sebesar >=0,7V). Transistor akan on, sehingga arus dari tegangan basis sebesar 9 V akan mengalir menuju relay lalu kolektor ke emitor dan ke ground. Switch relay akan berpindah ke kiri dan tegangan baterai sebesar 12V akan mengalirkan arus ke cabang pertama melewati resistor sebesar 220 ohm kemudian masuk ke LED sehingga lampu akan menyala, lalu cabang kedua arus akan mengalir menggerakkan motor untuk membuka pintu, cabang ketiga yaitu arus akan mengalir ke buzzer dan buzzer akan berbunyi sbg alarm kebakaran.

Sound Sensor

Prinsip Kerja

Saat buzzer hidup, sound sensor akan merespon suara buzzer, sehingga sound sensor akan merespon suara buzzer (berlogika 1) mengeluarkan tegangan output 5 volt, tegangan output diumpankan ke input non inverting op-amp, op-amp akan mengkalkulasikan tegangan output sensor, op-amp dirancang menggunakan penguat input non inverting sebesar 2x lipat yaitu diperoleh dari rumus gain = 1 + rf/ ri = 2 sehingga output op-amp menghasilkan 5 volt dikali 2 = 10 volt. Untuk mengatur tegangan pada kerja transistor pada sensor sound, maka diberi resistor antara output op-amp dan kaki base transistor. Maka tegangan output dari Vout op-amp diteruskan ke resistor R6, lalu tegangan dari resistor R6 diumpankan ke kaki base transistor, Maka didaptkan tegangan pada kaki basis sebesar 0,81 V sehingga transistor akan aktif. Pada transistor menggunakan fixed bias dimana ada resistor yang berada didekat tegangan sumber dan di dekat kaki basis. Saat transistor aktif, maka tegangan dari power kaki kolektor akan mengalir tegangan sebesar 8 volt menuju kaki emitor mengaktifkan switch relay, saat relay aktif, maka motor akan mengaktifkan cairan semprot FOAM pemadam api yang akan aktif memadamkan api di dalam laboratorium.

Touch Sensor dan PIR Sensor

Prinsip Kerja

Ketika seseorang menyentuh sensor di dekat pintu keluar labor ataupun terdeteksi gerakan di dekat pintu labor (yang mana yang terdeteksi duluan), maka sensor akan berlogika satu sehingga arus keluar dari sensor menuju R3 yg besarnya 10k ohm masuk ke kaki non inverting op amp, tegangan yg terbaca pada op amp non inverting sebesar 5 volt, rangkaian yg dipakai adalah non inverting amplifier dimana akan mengalami penguatan dua kali pada vout. rumus dari non inverting amplifier adalah (rf/ri+1) vin sehingga didapatkan (10/10+1)5 = 10 volt. Kemudian arus melewati R7 yg besarnya 10k, dan ada resistor di kaki emitor sehingga disebut emitor bias. Karena tegangan pada kaki basis 0,80 sehingga transistor aktif. Maka arus dari sumber tegangan 9v akan mengalir ke relay lalu ke kolektor, lalu emitor dan ke ground. Switch relay akan berpindah ke kiri dan tegangan baterai sebesar 12v akan mengalirkan arus ke motor sehingga motor akan bergerak membuka keran air .

Sensor Analog Suhu TMP36

Prinsip Kerja

Sensor analog suhu TMP36 yang memiliki spesifikasi 3.3-5V diberi power supply sebesar 5V, ketika gas sensor mendeteksi suhu ruangan lebih besar sama dengan dari 60 C, maka sensor akan memberikan tegangan output sebesar 1,10 V yang mana tegangan ini sama besar dengan tegangan referensi pada op-Amp. Berdasarkan teori detector non-Inverting, ketika tegangan input op-Amp lebih besar dari tegangan referensinya, maka tegangan outputnya akan bernilai HIGH atau +Vsat, dan sebaliknya. Ketika Vout pada op-Amp = +Vsat, maka besar V_BE akan bernilai positif atau lebih besar dari 0,6 V (tegangan aktivasi transistor), dan sebaliknya. Kemudian, transistor akan ON, sehingga arus dari power suply Vcc akan mengalir ke relay. Lalu, dengan prinsip induksi elektromagnetik, relay akan menarik switch ke sisi rangkaian LED RED, sehingga lampu LED RED akan menyala, dan sebaliknya.

Grafik V output (V) pada sensor analog suhu TMP36 terhadap respon suhu (C)

Kenaikan temperatur berbanding lurus dengan kenaikan tegangan output pada sensor. Semakin besar temperaturnya maka semakin besar pula tegangan output yang akan disuplai oleh sensor.

Video Simulasi

Berikut ini adalah proses pembuatan rangkaian simulasi dalam bentuk video.

6. FILE DOWNLOAD [Back]

Berikut ini adalah file Proteus terkait ...

Download Rangkaian TB Kontrol Kebakaran Di Laboratorium klik disini

Berikut ini adalah datasheet terkait

Datasheet LED [klik disini]

Datasheet Dioda [klik disini]

Datasheet NPN [klik disini]

Datasheet Relay [klik disini]

Datasheet Buzzer [klik disini]

Datasheet DC Motor [klik disini]

Datasheet Potensiometer [klik disini]

Datasheet Flame sensor [klik disini]

Datasheet Sound Sensor [klik disini]

Datasheet Touch sensor[klik disini]

Datasheet Battery [klik disini]

Datasheet op-Amp [klik disini]

Library Gas Sensor [klik disini]

Library Flame Sensor [klik disini]

Library Sound Sensor [klik disini]

Library Touch Sensor [klik disini]

Cari Blog Ini

FAISAL FADLUR RAHMAN