29 September 2008

Sistem Interface Input/Output

Sistem Interface Input/Output antara

Sistem Digital dan Sistem Analog

Penggunaan komputer saat ini tidak lagi terbatas pada pengolahan dan manipulasi data saja tetapi sudah digunakan untuk mengkontrol berbagai peralatan seperti penghitung pulsa telepon, menyalakan/mematikan lampu secara otomatis, dan lain sebagainya. Dengan penggunaan komputer seperti yang telah disebutkan di atas maka seolah-olah komputer berperan sebagai manusia yang dapat diprogram untuk menjalankan apa yang dikehendaki oleh programmernya.

Antara sistem digital (sebagai pengontrol) dan sistem analog (sebagai peralatan yang dikontrol) harus terdapat suatu jembatan yang menghubungkan kedua sistem tersebut. Jembatan ini selanjutnya disebut sistem interface IO.

Jadi untuk sistem kontrol secara digital ini selalu terdiri dari 3 bagian yaitu : sistem digital, sistem interface IO dan sistem analog. Sistem digital merupakan sistem yang menjadi otak dari sistem secara keseluruhan. Sistem digital ini membaca kondisi dari sistem analog melalui sistem interface IO dan mengkontrol sistem analog melalui sistem interface IO.

Sistem kontrol secara digital ini menggantikan sistem kontrol manual yang menggunakan switch mekanik dan diatur secara manual pula. Selain itu dengan sistem kontrol secara digital ini, kondisi sistem analaog yang dikontrol dapat pula dimonitor keadaannya. Sistem analog merupakan bagian dari peralatan analog yang aktivitasnya dikontrol oleh sistem digitalnya melalui sistem interface IO. Sistem analog dapat berupa lampu bolam 220 volt, motor AC, bahkan sampai ke peralatan industri yang menggunakan arus besar.

Disini terlihat bahwa sistem interface IO sangat penting peranannya yaitu untuk menginterfacekan sistem digital yang hanya mengenal kondisi ‘H’, yang ekuivalen dengan tegangan 4.5 volt sampai 5 volt dan kondisi ‘L’ yang setara dengan tegangan dibawah 1.2 volt dengan sistem analog dengan tegangan 220 VAC dengan konsumsi arus yang paling tidak 1A ke atas.

Dari kondisi seperti di atas maka perlulah bagian digital dan bagian analog ini dilewatkan sistem interface yang secara elektronik terisolasi antar bagiannya. Teknik interface IO disini ada beberapa teknik dan tiap teknik tersebut mempunyai keistimewaan pada aplikasi tertentu.

Contoh Aplikasi

Dengan menggunakan sebuah PC diharapkan dapat mengkontrol 10 buah titik lampu yang menyala/mati pada jam-jam tertentu. Melalui sebuah PPI card (dengan menggunakan chip PPI 8255) dapat dikontrol 24 buah beban. Output PPI adalah TTL level sedangkan untuk lampu yang digunakan adalah lampu TL biasa. Untuk menginterfacekan antara PPI (sistem digital) dengan lampu (sistem analog) digunakan relay 5volt.

Contoh aplikasi ini adalah salah satu contoh penggunaan relay sebagai interafce antara sistem digital dan sistem analog.

Sistem Interface I/O

Sistem interface I/O yang paling baik adalah sistem interface dimana sistem digital dan sistem analognya terisolasi, terpisah. Biasanya digunakan relay atau optocoupler. Penggunaan relay lebih mudah namun lebih sering menimbulkan masalah karena relay dapat menghasilkan noise pada sistem digital pada saat relay berubahan keadaan. Selain itu penggunaan relay membutuhkan daya yang lebih besar jika dibandingkan dengan penggunaan optoisolator.

Sistem interface yang baik pada umumnya menggunakan optoisolator atau yang lebih dikenal dengan optocoupler sepert 4N31 atau 4N35. Dengan menggunakan optocoupler arus yang digunakan lebih sedikit paling tidak 10 mA -15 mA.

Gambar 1

Blok Diagram

Penggunaan optocoupler seperti 4N35 lebih disukai daripada penggunaan relay secara langsung.

Optoisolator

Optoisolator merupakan komponen yang digunakan sebagai komponen kontrol I/O untuk peralatan yang beroperasi dengan tegangan DC atau AC. Sebuah optocoupler terdiri dari GaAs LED dan phottransistor NPN yang terbuat dari silicon. Untuk rangkaian penggunaan optoisolator dapat dilihat pada gambar 3a dan 3b.

Pada gambar 3a. optoisolator mendapat input TTL berbentuk sinyal kotak sehingga outputnya juga berupa sinyal kotak namun level tegangan berubah menjadi 0-+24 volt.


Gambar 2

Optoisolator

Gambar 3

Penggunaan Optoisolator

Pada gambar 3b optoisolator digunakan pada input yang termodulasi dengan tegangan Vin terisolasi dengan Vout modulasi yang tegangan puncaknya +12V.

Faktor yang paling penting pada interface I/O terutama untuk beban yang menggunakan tegangan AC maka isolasi merupakan hal yang paing penting dan harus diperhatikan dalam disain. Sistem digital menggunakan level tegangan +5volt sedangkan beban menggunakan tegangan 220VAC. Perbedaan tegangan ini sudah cukup untuk menyebabkan sistem kontrol digital, PC misalnya, untuk rusak jika port pada komputer ini menerima tegangan imbas dari beban 220VAC.

Gambar 4

Aplikasi Optoisolator

Dengan skematik pada gambar 4, optoisolator mendapatkan tegangan 115VAC namun arusnya dilewat hanya 8mA dan arus sebesar ini sudah cukup untuk membuat phototransistor aktif dan logika yang diterima inverter menjadi ‘low’. Dengan rangkaian ini kita mendapatkan pulsa periodik dengan frekuensi yang sama dengan frekuensi tegangan PLN 50/60Hz tetapi berbentuk pulsa kotak. Dengan adanya pulsa pada Pulse Out maka dapat dipastikan bahwa masih ada tegangan pada jaringan PLN sedangkan jika sudah tidak terdapat pulsa lagi maka dapat dipastikan tegangan jaringan PLN adalah 0 VAC.

Kerugian atau keburukan dari optocoupler adalah pada kecepatan switchingnya. Hal ini disebabkan karena efek dari area yang sensistif terhadap cahaya dan timbulnya efek kapasitansi pada ‘junction’-nya. Jika diperlukan kecepatan switching yang cukup tinggi maka optoisolator harus dikonfigurasikan sehingga yang digunakan adalah sebagai photodiode-nya seperti tampak pada gambar 5.

Gambar 5

Diode-Diode Optocoupler

Cara lain untuk melakukan isolasi antara rangkaian tegangan tinggi dengan rangkaian tegangan rendah adalah menggunakan relay. Kelemahan dari relay adalah harga sebuah relay dengan kapasitas arus yang besar cukup mahal, ukuran dimensi relay besar sehingga PCB yang digunakan semakin besar pula, menimbulkan sinyal noise, dan responnya lambat. Sedangkan dengan menggunakan optocoupler, ukurannya kecil sehingga ukuran PCBnya menjadi lebih kecil dan pada akhirnya perlatan tersebut menjadi kecil pula, kecepatan responnya lebih cepat.

Penggunaan Solid State Relay (SSR)

Pada pembahasan di atas, relay tetap dapat digunakan namun untuk saat ini lebih disukai penggunaan solid state relay karena ada dua pertimbangan yaitu efek noise yang ditimbulkan tidak terlalu besar dan harga solid state relay relatif lebih murah dari pada sebuah relay dengan kualitas yang sama.

Gambar 6

Rangkaian Ekuivalen Solid State Relay

Ada satu faktor lagi yang perlu diperhatikan untuk mengendalikan beban yang menggunakan tegangan AC. Yaitu pada masalah waktu aktivasinya. Karena tegangan untuk AC selalu berubah-ubah maka aktivasi pada solid state relay harus dilakukan pada saat tegangan AC pada saat mendekati nol volt. Tujuannya adalah untuk memperpanjang umur solid state itu sendiri karena jika aktivasi SSR ini pada saat tegangan AC nya berada pada tegangan 220VAC misalnya, maka akan timbul ‘surge current’ yang dapat menimbulkan arus yang sangat besar dan pada akhirnya menyebabkan solid state relay tersebut rusak.

Untuk mengatasi hal tersebut di atas maka untuk penggunaaan solid state relay harus pula diserta dengan rangkaian zero crossing detector. Rangkaian zero crossing detector ini akan mendeteksi kapan tegangan VAC ini pada nilai nol volt. Dengan adanya pemberitahuan keadaan ini maka kapan aktivasi solid state relay dapat ditentukan dan solid state relay dapat bekerja dengan baik.

Gambar 7

Rangkaian Zero Crossing (Isolated)


Pada gambar 7 merupakan rangkaian zero crossing detector yang menggunakan sistem yang terisolasi dengan menggunakan transformer step down. Teknik ini paling aman digunakan namun biaya pembuatannya relatif lebih mahal karena masih menggunakan transformer.

Dengan adanya rangkaian sistem interface antara tegangan tinggi dan tegangan rendah maka diharapkan tidak terjadi rusaknya port mikrokontroller atau PC karena mendapat imbas tegangan tinggi dari aplikasi seperti motor AC.


Fluxgate Magnetometer

Sensor medan magnet memang jarang digunakan namun keberadaan perlatan ini tetap diperlukan. Beberapa sensor memang menghasilkan detektor medan yang baik namun sukar dalam konstruksinya. Untuk itu diperkenalkan sebuah sensor lain yang dikenal dengan ‘fluxgate magnetometer’.

Sensor fluxgate magnetometer ini merupakan sensor kuat medan magnet yang mengukur kuat-lemahnya medan magnet secara absolut. Konstruksi dan penggunaannya juga sangat sederhana, tidak seperti rangkaian detektor medan dengan teknik BFO (Beat Frequency Oscilator).

Rangkaian detektor medan magnet dengan menggunakan fluxgate magnetometer (FGM), yang selanjutnya disebut dengan fluxgate, sangat sederhana dan mudah dalam pengaplikasian dan konstruksinya. Selain itu alat ini berukuran kecil, mudah dibawa kemana-mana tanpa menampakkan bahwa alat ini adalah detektor medan magnet.

Gambar 1

Blok Diagram Detektor Medan Magnet dengan Menggunakan Fluxgate


Fluxgate Magnetometer

Komponen ini merupakan salah satu kompnen yang dapat mendeteksi kuat medan magnet selain komponen hall effect sensor. Pemakaian fluxgate sedikit berbeda dengan pemakaian pada hall effect sensor karena yang dioutputkan oleh komponen fluxgate adalah berupa pulsa-pulsa kotak 0 – 5volt dengan frekuensi tertentu yang berkaitan dengan polaritas dan kuat medan magnet yang diterima oleh fluxgate.

Dengan bentuk output seperti ini maka output fluxgate dapat langsung diumpankan pada gerbang logika (TTL) karena outputnya sudah pada level TTL. Teknik yang digunakan untuk mengalikasikan fluxgate hampir sama dengan teknik BFO. Frekuensi output untuk fluxgate pada kondisi normal (tanpa pengaruh medan magnet) adalah pada 64.736KHz. Sinyal dengan frekuensi ini harus diturunkan dulu menjadi sekitar 32.368KHz agar ketika dicampur dengan sinyal referensi akan terbentuk sinyal dengan frekuensi yang dapat didengarkan oleh indera penderngar manusia.

Untuk membagi 2 frekuensi output dari fluxgate digunakan komponen digital D flip-flop yaitu MC4013. Pada MC4013 ini terdiri dari dua buah D flip-flop dimana salah satunya digunakan sebagai mixer dari osilator yang dibentuk dari IC opamp U2, TL081. Frekuensi output sinyal osilator ini pada 32.768KHz diumpankan pada input clock2 D flip-flop. Konfigurasi ini secara tidak langsung membentuk rangkaian mixer secara digital.

Output dari Q2 merupakan level digital yang mempunyai variasi frekuensi cukup baik dan dapat di dengar perubahannya. Frekuensi output Q2 berkisar pada frekuensi 100Hz.

Gambar 2

Rangkaian Lengkap Detektor Medan Magnet

Resistor R3 berfungsi untuk menghasilkan negative feedback yang cukup kecil sedangkan R4 akan membatasi arus output opamp yang mengalir menuju kristal agar kristal bekerja pada daerah operasi yang baik.

Rangkaian R5 dan C6 akan membentuk sebuah LPF orde satu untuk menapis sinyal dengan frekuensi tinggi sebelum sinyal ini dikuatkan lagi untuk akhirnya diumpankan pada sebuah speaker. Kuat-lemahnya bunyi ditentukan oleh besar-kecilnya nilai resistor R6. Apabila volume suara masih kurang keras maka nilai resistor R6 dapat diturunkan sampai didapatkan volume suara yang dinginkan.

Selanjutnya rangkaian dioda D1, D2, C10 dan C12 akan membentuk sebuah rangakaian charge pump sederhana yang nantinya akan men-drive led. Rangkaian charge pump ini akan bekerja jika level output dari TL082 (U3) pada level yang cukup tinggi sehingga led akan tampak berkedip jika sensor mendapatkan medan magnet yang cukup kuat.

Pengaturan nilai R5 dan C6 yang merupakan LPF ini sangat berperan dalam penentuan waktu penyalaan led. Dengan kata lain led akan menyala setelah didapatkan medan magnet dengan kekuatan tertentu.

Semakin kuat medn magnet yang diukur oleh fluxgate maka semakin tinggi pula output frekuensinya sehingga pada akhirnya semakin tinggi pula frekuensi sinyal yang lewat pada rangkaian LPF tersebut. Sehingga nilai C6 dan R5 harus dibuat sedemikian rupa sehingga pada kuat medan magnet tertentu akan menyalakan led. Tetapi dengan nilai R5 dan C6 pada skematik sudah cukup untuk kondisi pada umumnya.

Secara keseluruhan rangkaian ini tidak jauh berbeda dengan detektor medan magnet sebelumnya namun disini, sensor yang digunakan mempunyai karakteristik yang berbeda dan menarik untuk dipelajari dan diaplikasikan. Selain itu konstruksi untuk sensornya tidak sulit, cukup dengan menyambungkan 3 buah kabel saja.


Susanto Wibisono Koselan

Running LED

Animasi lampu yang bergerak tentunya akan menambah semaraknya suasana suatu acara atau dapat pula memberikan kesan kreatif. Salah satu animasi lampu yang mudah dibuat dan tidak terlalu membutuhkan biaya yang banyak adalah running led.

Animasi lampu atau hiasan lampu yang bergerak tidaklah selalu mahal dan sukar dalam pembuatannya. Proyek ini sangat mudah dibuat hanya dengan menggunakan tiga buah IC CMOS. Rangkaiannya pun sangat sederhana dan mudah untuk dipahamai dan dibuat sendiri.

Ide Running LED

Running led ini dibuat dengan menggunakan dua buah IC CMOS MC14017 sebagai decade counter. IC CMOS ini mempunyai karakteristik untuk mengaktifkan salah satu bit outputnya saja dan mampu memberikan arus sampai 10mA. Arus output ini sudah cukup untuk menyalakan sebuah led dengan kecerahan yang cukup.

IC CMOS ini cukup baik kerjanya terutama dengan tegangan suplai yang daerah kerjanya sangat lebar yaitu mulai 3.0 VDC sampai 18VDC. Dalam hal ini karena nantinya diaplikasikan pada bidang otomotif, misalnya, maka dipilih tegangan 12VDC.

Untuk membentuk pulsa clocknya digunakan MC14011, merupakan IC CMOS gerbang NAND. Dengan adanya potensiometer R3 maka frekuensi output dari osilator clock dapat diatur.

Gambar 1

Arah Gerakan LED


Cara Kerja Rangkaian

Rangkaian osilator clock dibangun dari rangkaian MC14011, R2, potensiometer R3 dan kapasitor C2. Frekuensi kerjanya diatur dengan mengatur nilai resistansi potensiometer R3 tetapi jika dirasa masih kurang lambat maka nilai kapasitor C2 dapat diperbesar.

Rangkaian C1 dan R1 merupakan rangkaian yang mereset MC14017 pada saat power-up. Pada saat pertama kali dihidupkan kapasitor C1 akan mengisi muatannya sehingga muncul tegangan di R1 sehingga MC14017 reset. Setelah beberapa saat maka kapasitor C1 akan penuh dan tegangan pada R1 akan turun menuju 0 volt. Dalam kondisi seperti ini maka MC14017 akan mulai dari kondisi awal dimana Q0 akan aktif kemudian diikuti oleh Q1 setelah MC14017 mendapatkan pulsa clock. Setelah mendapatkan 10 kali pulsa clock maka secara otmatis MC14017 akan reset dan kembali pada kondisi awal yaitu pada Q0 aktif kembali.

Saklar SW1 dan SW2 digunakan untuk menentukan operasi kerja dari running led ini. Jika kedua saklar ini terbuka maka tidak ada led yan bergerak. Semua led akan diam pada posisi terakhirnya. Jika saklar SW1 ditutup maka hanya led D11 sampai D20 saja yang bergerak sedangkan jika hanya saklar SW2 saja yang ditutup maka hanya led D1-D10 saja yang bergerak. Tetapi jika kedua saklar ini ditutup maka semua led akan bergerak.

Gambar 2

Rangkaian Lengkap Running LED

Pengembangan Rangkaian

Tetapi jika diperlukan arus yang lebih besar maka perlu ditambahkan transistor switching yang nantinya dibebani oleh led. Dengan menggunakan transistor switching maka arus yang menuju led dapat diatur sedemikian hingga lebih dari 10mA. Arah gerakan led dapat dimodifikasi sesuai keinginan. Caranya adalah dengan meletakkan urutan led disesuaikan dengan urutak keaktifannya. Urutan keaktifan dari output 4017 adalah sesuai dengan urutan output Q0, Q1, …, Q10. Jika kecerahan led dirasa kurang maka dapat nilai resistor R4 dapat diganti menjad 220 ohm.

Susanto Wibisono Koselan

Sistem Pengaman Kendaraan Menggunakan Infra Red

Saat ini dengan kondisi perekonomian yang tidak segera membaik ini menyebabkan timbulnya berbagai gejolak baik politik maupun keamanan. Masyarakat merasa keamanan saat ini tidaklah kondusif, banyak perampokan, penodongan, maupun pembunuhan yang mengakibatkan kerugian baik materi yang bagi kelas masyarakat tertentu dinilai besar.

Menyikapi keadaan ini maka dipasaran banyak dijual alat-alat yang digunakan untuk melindungi kendaraan bermotor baik mulai dari kunci ganda sampai dengan alarm yang sangat canggih. Alat ini memang khusus dirancang untuk kendaraan roda dua tetapi tidak menutup kemungkinan digunakan pada kendaraan roda empat misalnya. Ide perancangan alat ini diutamakan pada keamanan dan praktis dalam pemakaiannya. Alat ini secara otomatis aktif ketika kunci kontak dimatikan, cukup praktis dan cukup cepat. Untuk menonaktifkan alat ini digunakan remote infra merah dengan kontak kendaraan dalam keadaan ON.

Alat ini didesain untuk mengatasi kekurangan alarm yang umum dijual dipasaran karena alarm yang dijual dipasaran tidak dapat secara otomatis bekerja tetapi harus dinyalakan secara manual. Dan pada alat ini didisain sehingga alat ini tidak dapat dinon-aktifkan melalui tombol-tombol tertentu tetapi hanya bisa menggunakan remote infra merah. Dengan sedikit modifikasi maka dapat ditambahkan tombol ‘Non-Aktif’ yang tidak mudah diketahui oleh orang.

Alat ini dinamakan automatic infra red keylock.

Blok Diagram Automatic Infra Red Keylock

Pada dasarnya automatic infra red keylock ini terdapat 2 bagian utama yaitu bagian pemancar dan bagian penerima. Pada bagian pemancar terdapat pemancar infra merah yang dimodulasi dengan frekuansi tertentu, dalam alat ini pada frekuensi 38KHz sampai 44 KHz.

Gambar 1

Blok Diagram

Frekuensi ini bisa diatur dengan menggunakan potensiometer pada LM555 sebagai generator gelombang kotak.

Pada bagian penerima, sinyal infra merah yang dipancarkan diterima dengan menggunakan photo transistor kemudian dikuatkan. Frekunsi sinyal di pilih pada bagian bandpass filter sehingga tidak semua sinyal infra red bisa masuk mengendalikan alat ini.

Infra Red Transmitter

Blok infra red transmitter ini dibangun dengan menggunakan dua buah IC LM555. IC ini sudah umum penggunaanya sebagai generator gelombang kotak baik sebagai astable, bistable, mapun monostable. Pada proyek kali ini LM 555 digunakan sebagai generator gelombang kotak sehingga harus dikonfigurasikan sebagai astable.

IC LM555 yang pertama digunakan untuk menghasilkan gelombang kotak dengan frekuensi 38KHz sampai 44KHz sedangkan IC LM555 yang kedua digunakan untuk menghasilkan gelombang kotak dengan frekuensi dalam orde ratusan hertz. Jadi IC LM555 yang pertama seolah-olah menjadi carrieer generator dan IC LM 555 yang kedua menghasilkan sinyal yang dimodulasi dengan carrier yang dihasilkan oleh IC LM555 yang pertama.

Gambar 2

Bentuk Sinyal Output Transmitter Infra Red

Sinyal output dari LM555 diatur dengan mengatur potensiometer R5 dan R6. Frekuensinya ditentukan oleh rangkaian R1(R2) – R5(R6) – C1(C2) dengan menggunakan rumus sebagai berikut (untuk U1):

f = 1.44 / {(R1 + 2R5) x C1}

Gambar 3

Rangkaian Pemancar Infra Merah Termodulasi

Sedangkan duty cyclenya diatur dengan menggunakan rumus :

D = (R1 + R5) / (R1 + 2 R5) x 100%

Output dari kedua IC LM555 ini dimasukkan ke 4093, sebuah NAND gate untuk memodulasi sinyal 38KHz - 44KHz dengan sinyal data yang dihasilkan oleh IC LM555 yang kedua (U2). Konfigurasi ini dapat dibalik, U1 menghasilkan sinyal frekuensi rendahnya (data) sedangkan U2 menghasilkan sinyal carriernya (38KHz sampai 44 KHz).

Dasar pemilihan IC 4093 karena IC in imerupakan IC CMOS yang mampu bekerja dengan tegangan sampai 16 volt DC dan mempunyai schmitt trigger pada tiap inputnya sehingga dapat mengurangi noise yang ditimbulkan ari LM555.

Karena kedua output dari LM555 masuk pada input 4093 maka output 4093 akan menghasilkan sinyal kotak 38KHz – 44KHz yang dinyala/dimatikan dengan frekuensi ratusan hertz. Output dari 4093 ini dapat langsung dihubungkan dengan sebuah led infra merh yang dihubungkan ke VCC dengan resistor 300 ohm. Jika ternyata dibutuhkan daya pancar yang lebih jauh maka output dari 4093 dapat dilewatkan pada sebuah transistor switching untuk memperkuat arus yang lewat ke led infra merah.

Infra Red Receiver

Pada bagian receiver ini, untuk menerima pancaran sinyal infra merah yang dipancarkan oleh bagian transmitter digunakan photo transistor tipe NPN. Selain itu dapat juga digunakan photo dioda sebagai pengganti photo transistor tersebut.

Output dari photo transistor sinyal 38 KHz – 44 KHz yang diterima, masih sangat kecil level tegangannya. Sinyal ini diambil komponen sinyalnya saja dan diperkuat dengan menggunakan TLC271. TLC 271 merupakan operational amplifier yang mempunyai bandwidth yang sangat lebar dan gain yang sangat besar. Walaupun demikian dapat digunakan LM741, general operational amplifier jika TLC 271 tidak dapat ditemukan dipasaran atau opamp – opamp yang lain yang mampu memperkuat sinyal 38KHz – 44KHz ini dengan gain sampai 200. Penguatan tegangan pada alat ini diatur pada 101x sehingga menghasilkan sinyal yang cukup kuat untuk difilter oleh LM567.

Sinyal output dari TLC271 dengan penguatan 100x (pembulatan) di filter oleh dua buah IC LM567. LM567 merupakan IC tone decoder yang didalamnya sudah dibangun sebuah band pass filter yang cukup sempit dengan Q yang baik. LM567 akan mendeteksi ada/tidaknya sinyal dengan frekuensi tertentu. Jika LM567 mendeteksi adanya sinyal dengan frekuensi tertentu maka LM567 akan mengoutputkan ‘low’ pada outputnya yang harus dipull-up dengan resistor 20k.

Frekuensi sinyal yang diditeksi oleh LM567 in ditentukan dengan rumus (untuk LM567 yang pertama) : f = 1 / (1.1 x R4 x C3)

LM567 yang pertama akan mendeteksi ada/tidaknya sinyal dengan frekuensi 38KHz – 44KHz tersebut. Jika ada maka LM567 akan mengoutputkan ‘low’ selama ada sinyal dengan frekuensi 38KHz – 44KHz. Output dari LM567 yang pertama ini dimasukkan ke LM567 yang kedua untuk mendeteksi frekuensi yang kedua (frekuensi yang lebih rendah – data) dan jika ternyata benar maka output LM567 yang kedua ini akan ‘low’. Kondisi ‘low’ ini akan mentrigger RS flip-flop menjadi ‘high’ dan akan mempertahankannya sampai supply tegangan diputus.

Jadi setelah mendapat trigger tersebut kondisi output RS flip-flop akan tetap ‘high’ dan mengaktifkan relay yang menhubungkan jalur listrik kontak kendaraan. Relay yang digunakan disini adalah relay yang normally open sehingga pada saat kontak dimatikan maka relay akan open dan untuk mengaktifkannya RS flip-flop harus mendapatkan trigger dari IR transmitter sehingga outputnya ‘high’ . Output RS flip-flop yang ‘high’ ini digunakan untuk mengaktifkan relay menjadi ‘close’.

Proses Installasi

Dari alat ini terdapat konektor 5 pin. Dari konektor ini pin nomor 5 hubungkan dengan posistif aki sedangkan pin 4 hubungkan dengan body kendaraan atau kutub negatif aki.

Carilah kabel pada kontak yang terhubung pada ground jika kontak dalam keadaan OFF, tidak terhubung dengan ground jika kontak ON. Hubungkan kabel ini dengan pin nomor 2 sedangkan pin nomor 1 (common relay) dihubungkan ke body kendaraan.

Gambar 4

Rangkaian Penerima Infra Merah


Sehingga jika sensor tidak menerima sinyal maka kondisi antara pin 1 dan pin 2 (normally closed) pada konektor terhubung sehingga kendaraan tidak bisa di starter. Tetapi jika sensor (photo transistor) menerima sinyal maka output dari RS flip-flop akan ‘high’ sehingga mengaktifkan relay dan menyebabkan pin 1 dan pin 2 tidak terhubung. Kondisi menyebabkan kendaraan dapat di starter.

Jika ingin mengaktifkan alat ini, caranya cukup mudah. Yang perlu dilakukan hanya menempatkan kontak dalam posisi OFF dan jika kontak diposisikan dalam keadaan ON kembali maka kendaraan tidak dapat di starter dan hanya bisa di starter jika receiver mendapat sinyal dari bagian transmitter.

Walaupun demikian alat ini masih mempunyai kelemahan yaitu jarak transmisi sinyal infra-merahnya tidak cukup jauh karena sensor yang digunakan tidak cukup peka. Dengan menggunakan modul IR yang sudah jadi, dengan sedikit perubahan pada rangkaian maka jarak transmisinya jadi lebih jauh.

Selain itu alat ini juga bergantung pada remote (bagian transmitter) untuk itu perlu dibuat tombol yang sangat rahasia untuk dapat mengaktifkannya. Modifikasi ini dilakukan pada konektor pin 1 dan pin 2. diantara pin 1 dan pin 2 ini diseri sebuah saklar sehingga jika relay tidak aktif (karena tidak ada sinyal yang diterima oleh receiver) maka saklar ini tetap dapat memutuskan pin1 dan pin 3 sehingga kendaraan dapat di starter. Dan yang penting adalah saklar ini harus sangat rahasia dan tidak mudah diketahui oleh orang lain.

Susanto Wibisono Koselan


Infra Red Receiver

Sinar infra merah yang dipancarkan oleh pemancar infra merah tentunya mempunyai aturan tertentu agar data yang dipancarkan dapat diterima dengan baik di receiver. Oleh karena itu baik di transmitter infra merah maupun receiver infra merah harus mempunyai aturan yang sama dalam mentransmisikan (bagian transmitter) dan menerima sinyal tersebut kemudian mendekodekannya kembali menjadi data biner (bagian receiver).

Receiver Infra Merah

Komponen yang dapat menerima infra merah ini merupakan komponen yang peka cahaya yang dapat berupa dioda (photodioda) atau transistor (phototransistor). Komponen ini akan merubah energi cahaya, dalam hal ini energi cahaya infra merah, menjadi pulsa-pulsa sinyal listrik. Komponen ini harus mampu mengumpulkan sinyal infra merah sebanyak mungkin sehingga pulsa-pulsa sinyal listrik yang dihasilkan kualitasnya cukup baik. Semakin besar intensitas infra merah yang diterima maka sinyal pulsa listrik yang dihasilkan akan baik jika sinyal infra merah yang diterima intensitasnya lemah maka infra merah tersebut harus mempunyai pengumpul cahaya (light collector) yang cukup baik dan sinyal pulsa yang dihasilkan oleh sensor infra merah ini harus dikuatkan. Pada prakteknya sinyal infra merah yang diterima intensitasnya sangat kecil sehingga perlu dikuatkan. Selain itu agar tidak terganggu oleh sinyal cahaya lain maka sinyal listrik yang dihasilkan oleh sensor infra merah harus difilter pada frekeunsi sinyal carrier yaitu pada 30KHz sampai 40KHz. Selanjutnya baik photodioda maupun phototransistor disebut sebagai photodetector.

Dalam penerimaan infra merah, sinyal ini merupakan sinyal infra merah yang termodulasi. Pemodulasian sinyal data dengan sinyal carrier dengan frekuensi tertentu akan dapat memperjauh trasnmisi data sinyal infra.


Gambar 1

Respon Penerimaan Sensor Infra Merah

Komponen photodetector mempunyai karakteristik seperti komponen yang dinamakan ‘solar cell’, yang merubah energi cahaya menjadi energi listrik. Jika photo detector ini mendapat cahaya maka akan menghasilkan tegangan sekitar 0.5 volt dan arus yang dihasilkan tergantung dari intensitas cahaya yang masuk pada photo detector tersebut. Teknik ini biasa disebut sebagai ‘unbiased current sourcing’ atau ‘photovolataic mode’. Teknik ini jarang digunakan karena tidak efisien dan mempunyai respon yang lambat tehadap pulsa-pulsa cepat sinyal cahaya.

Konfigurasi photo detector yang umum dipakai adalah teknik yang dikenal sebagai ‘reserved biased’ atau ‘photoconductive mode’. Pada mode reverse bias/bias terbalik, photo detector dibias dengan tegangan external mulai dari beberapa volt sampai sekitar 50 volt (tergantung karakteristik photo detector). Jika karakteristik photodetector tidak diketahui maka bias tegangan dapat diberi 12V agar tidak merusak photodetector tersebut.

Ketika photo detector ini mendapat cahaya, dalam hal ini cahaya infra merah maka terdapat arus bocor yang relatif kecil. Besar-kecilnya arus bocor ini tergantung dari intensitas cahaya infra merah yang mengenai photodetector tersebut.

Sebuah photodioda, biasanya mempunyai karakteristik yang lebih baik daripada phototransistor dalam responya terhadap cahaya infra merah. Biasanya photo dioda mempunyai respon 100 kali lebih cepat daripada phototransistor. Oleh sebab itulah para designer cenderung menggunakan photodioda daripada menggunakan phototransistor. Tetapi sebuah phototransistor tetap mempunyai keunggulan yaitu mempunyai kemampuan untuk menguatkan arus bocor menjadi ratusan kali jika dibandingkan dengan photodioda.

Sebuah photodioda biasanya dikemas dengan plastik transparan yang juga berfungsi sebagai lensa fresnel. Lensa ini merupakan lensa cembung yang mempunyai sifat mengumpulkan cahaya. Lensa tersebut juga merupakan filter cahaya, lebih dikenal sebagai ‘optical filter’, yang hanya melewatkan cahaya infra merah saja. Walaupun demikian cahaya yang nampakpun masih bisa mengganggu kerjsa dari dioda infra merah karena tidak semua cahaya nampak bisa difilter dengan baik. Oleh karena itu sebuah penerima infra merah harus mempunyai filter kedua yaitu rangkaian filter yang berfungsi untuk memfilter sinyal 30KHz sampai 40KHz saja.

Faktor lain yang juga berpengaruh pada kemampuan penerima infra merah adalah ‘active area’ dan ‘respond time’. Semakin besar area penerimaan suatu dioda infra merah maka semakin besar pula intensitas cahaya yang dikumpulkannya sehingga arus bocor yang diharapkan pada teknik ‘reserved bias’ semakin besar. Selain itu semakin besar area penerimaan maka sudut penerimaannya juga semakin besar. Kelemahan area penerimaan yang semakin besar ini adalah noise yang dihasilkan juga semakin besar pula. Begitu juga dengan respon terhadap frekuensi, semakin besar area penerimaannya maka respon frekuansinya turun dan sebaliknya jika area penerimaannya kecil maka respon terhadap sinyal frekuensi tinggi cukup baik.

Respond time dari suatu dioda infra merah (penerima) mempunyai waktu respon yang biasanya dalam satuan nano detik. Respond time ini mendefinisikan lama agar dioda penerima infra merah merespon cahaya infra merah yang datang pada area penerima. Sebuah dioda penerima infra merah yang baik paling itdak mempunyai respond time sebesar 500 nano detik atau kurang. Jika respond time terlalu besar maka dioda infra merah ini tidak dapat merespon sinyal cahaya yang dimodulasi dengan sinyal carrier frekuensi tinggi dengan baik. Hal ini akan mengakibatkan adanya data loss.

Filter Optikal

Filter ini mempunyai dua fungsi yaitu sebagai lensa fresnel dan juga sebagai filter cahaya yang masuk ke area penerimaan dioda infra merah. Biasanya terbuat dari bahan polycarbonate,berbentuk cembung dan transparan. Filter opikal ini akan membatasi cahaya-cahaya yang tidak diinginkan kecuali cahaya infra merah sehingga tidak mengganggu sinyal cahaya infra merah yang diterima oleh detektor/area penerima.

Current to Voltage Converter

Arus bocor yang dihasilkan oleh detektor photodioda besarnya linier terhadap intensitas cahaya infra merah yang dimasuk ke dalam area penerimaan. Oleh sebab itu arus ini harus dirubah ke tegangan agar dapat didapatkan sinyalnya kembali.

Pada dasarnya ada tiga teknik pengubahan arus ke tegangan yang masing-masing mempunyai kelebihan dan kelemahan tersendiri.

Gambar 2

High Impedance Detector

High Impedance Detector. Detektor ini banyak digunakan dirangkaian-rangkaian pada umumnya karena kesederhanaan rangkaiannya dan respon yang cukup baik. Untuk mengubah arus menjadi tegangan digunakan sebuah resistor R1 dengan nilai yang cukup besar. Besarnya nilai R harus disesuaikan agar tidak menyebabkan dioda infra merah jenuh karena jika dioda infra merah jenuh maka tidak ada sinyal carrier yang diteruskan sehingga data yang ditransmisikan tidak dapat diterima lagi. Untuk mencegah agar tidak jenuh maka tegangan bias tidak boleh terlalu tinggi dan nilai R yang digunakan juga tidak boleh terlalu besar. Pada suatu kondisi tertentu jika cahaya selain cahaya infra merah terlalu terang maka arus bocor dapat mencapai beberapa miliamper dan resistansinya turun menjadi 10k saja sehingga untuk mencegah saturasi maka nilai R harus kurang dari 10k juga. Dengan nilai R 10k ini akan dapat merubah tiap 1uA menjadi 10mV. Kondisi ini merupakan kondisi ideal yang jauh berbeda dengan keadaan sebenarnya dimana sinyal yang diterima sangat lemah sehingga hanya menghasilkan arus bocor yang sangat kecil sehingga nilai R yang digunakan juga harus diganti dengan nilai yang lebih besar untuk dapat mengkonversi arus menjadi tegangan yang tepat.

Transimpedance Amplifier Detector. Teknik ini merupakan pengembangan yang sangat baik dari teknik yang pertama. Dengan dilengkapi dengan sebuah induktor diharapkan agar sinyal carrier tidak cacat pada saat dirubah menjadi tegangan. Dengan penggantian R dengan sebuah induktor ini akan menyebabkan reaktansinya berubah terhadap frekuensi sinyal, berarti sekaigus juga menjadi filter yang sederhana karena tegangan yang dihasilkan untuk frekuensi yang berbeda tentunya akan menghasilkan tegangan yang lebih lemah. Reaktansi ini digunakan untuk Feedback yang berupa LC ini menghasilkan suatu Q yang cukup tinggi sehingga hanya sinyal tertentu saja yang dikuatkan. Q harus diletakkan pada frekuensi sekitar 30KHz sampai 40KHz.

Gambar 3

TransimpedanceAmplifier Detector

Tabel 1

Tabel Nilai Induktor dan Nilai Reaktansi

Transimpedance Amplifier Detector with limited Q. Penggunaan LC yang di set pada frekuansi kerja sinyal carrier tertentu dapat menghambat sinyal selain sinyal data infra merah. Biasanya cahaya tampak merupakan pengganggu utama dalam pendeteksian dengan menggunakan infra merah. Q yang tinggi juga menjadi masalah yaitu dapat mengakibatkan osilasi yang tidak dinginkan. Untuk dapat membatasi nilai Q maka dapat diparalelkan sebuah resistor pada induktor seperti nampak pada gambar 4. Untuk aplikasi trasnmisi data dimana duty cycle sinyal nya rendah (pulsa-pulsa dengan durasi pendek) maka adalah baik jika Q ditentukan mendekati 1. Jika nilai resistor paralel sama dengan nilai reaktansi induktor pada frekuensi yang diinginkan. Jika nilai Q lebih dari 1 maka osilasi dapat terjadi, hal ini akan mengakibatkan sinyal dengan pulsa-pulsa pendek (data stream) akan menghasilkan ripple-ripple yang tidak diinginkan pada saat pindah logika. Bahkan jika nilai Q sangat besar bukanlah tidak mungkin akan menjadi osilator yang sering disebut sebagai self-osilator’.

Gambar 4

Transimpedance Amplifier Detector with limited Q

Pada aplikasi dengan pulsa-pulsa pendek seperti pada transmisi data nilai induktor dapat dipilih berdasarkan panjang pulsa yang ditrasnmisikan untuk mendapatkan suatu hasil yang maksimal.

Berikut merupakan salah satu contoh rangkaian yang menggunakan Q dimana nilai Q nya dibatas tidak sampai 1. R7 yang memparalel induktor L2 akan menyebabkan nilai Q tidak lebih dari 1 sehingga tidak terjadi self-osilasi. L1 merupakan induktor yang berfungsi untuk mencegah agar sinyal AC tidak masuk ke dalam power supply. Komponen ini tidak terlalu kritis jika digunakan paa frekuensi 30KHz – 40KHz saja sehingga komponen ini dapat tidak digunakan.

Gambar 5

Rangkaian Penerima IR

Susanto Wibisono Koselan

Infra Merah : Sebuah Media Komunikasi Menggunakan Media Cahaya

Penggunaan infra merah sebagai media transmisi data mulai diaplikasikan pada berbagai perlatan seperti televisi, handphone sampai pada transfer data pada PC. Media infra merah ini dapat digunakan baik untuk kontrol aplikasi lain maupun transmisi data.

Penggunaan infra merah sebagai kontrol biasanya digunakan pada remote control televisi, VCD atau bahkan untuk remote control AC. Pada handphone dan PC, media infra merah ini digunakan untuk mentransfer data tetapi dengan suatu standar/protokol tersendiri yaitu protokol IrDA.

Infra Merah

Cahaya infra merah merupakan cahaya yang tidak tampak. Jika dilihat dengan dengan spektroskop cahaya maka radiasi cahaya infra merah akan nampak pada spektrum elektromagnet dengan panjang gelombang di atas panjang gelombang cahaya merah. Dengan panjang gelombang ini maka cahaya infra merah ini akan tidak tampak oleh mata namun radiasi panas yang ditimbulkannya masih terasa/dideteksi.

Pada dasarnya komponen yang menghasilkan panas juga menghasilkan radiasi infra merah termasuk tubuh manusia maupun tubuh binatang. Cahaya infra merah, walaupun mempunyai panjang gelombang yang sangat panjang tetap tidak dapat menembus bahan-bahan yang tidak dapat melewatkan cahaya yang nampak sehingga cahaya infra merah tetap mempunyai karakteristik seperti halnya cahaya yang nampak oleh mata.

Pada pembuatan komponen yang dikhususkan untuk penerima infra merah lubang untuk menerima cahaya (window) sudah dibuat khusus sehingga dapat mengurangi interferensi dari cahaya non-infra merah. Oleh sebab itu sensor infra merah yang baik biasanya jendelanya (pelapis yang terbuat dari silikon) berwarna biru tua keungu-unguan. Sensor ini biasanya digunakan untuk aplikasi inrfa merah yang digunakan diluar rumah (outdoor).

Mengapa Menggunakan Infra Merah ?

Sejak ditemukannya radio maka penggunaannya semakin lama semakin banyak dan berbagai macam. Hal ini menimbulkan permasalahan yaitu padatnya jalur komunikasi yang menggunakan radio. Bisa dibayangkan jika pada suatu kota terdapat puluhan stasiun pemancar radio FM dengan bandwidth radio FM yang disediakan antara 88 MHz – 108 MHz. Tentunya ketika knob tunning diputar sedikit maka sudah ditemukan stasiun radio FM yang lain. Ini belum untuk yang lain seperti untuk para penggemar radio kontrol yang juga menggunakan jalur radio. Bahkan untuk pengontrollan pintu garasi juga menggunakan jalur radio. Jika kondisi ini tidak ada peraturannya maka akan terjadi tumpang tindih pada jalur radio tersebut.

Alternatifnya yaitu dengan menggunakan cahaya sebagai media komunikasinya. Cahaya dimodulasi oleh sebuah sinyal carrier seperti halnya sinyal radio dapat membawa pesan data maupun perintah yang banyaknya hampir tidak terbatas dan sampai saat ini belum ada aturan yang membatasi penggunaan cahaya ini sebagai media komunikasi.

Gambar 1

Spektrum Cahaya dan Respon Mata Manusia

Pada dasarnya penggunaan modulasi cahaya penggunaannya tidak ada batasnya namun modulasinya harus menggunakan sinyal carrier yang frekuensinya harus sangat tinggi yaitu dalam orde ribuan megahertz. Biasanya modulasi dengan frekuensi carrier yang tinggi ini digunakan untuk madulasi sinar laser atau pada transmisi data yang menggunakan media fiberoptic sebagai media perantaranya. Untuk transmisi data yang menggunakan media udara sebagai media perantara biasanya menggunakan frekuensi carrier yang jau lebih rendah yaitu sekitar 30KHz sampai dengan 40KHz. Infra merah yang dipancarkan melalui udara ini paling efektif jika menggunakan sinyal carrier yang mempunyai frekuensi di atas.

Cara Kerja Remote Infra Merah

Semua remote kontrol menggunakan transmisi sinyal infra merah yang dimodulasi dengan sinyal carrier dengan frekuensi tertentu yaitu pada frekuensi 30KHz sampai 40KHz. Sinyal yang dipancarkan oleh transmitter diteria oleh receiver infra merah dan kemudian didecodekan sebagai sebuah paket data biner.

Panjang sinyal data biner ini bervariasi antara satu perusahaan dengan perusahaan yang lain sehingga suatu remote kontrol hanya dapat digunakan untuk sebuah produk dari perusahaan yang sama dan pada tipe yang sama. Hal ini dapat dicontohkan pada remote TV SONY hanya bisa digunakan untuk remote VCD SONY dan sebaliknya tetapi tidak dapat digunakan untuk TV merek yang lain.

Pada transmisi infra merah terdapat dua terminologi yang sangat penting yaitu : ‘space’ yang menyatakan tidak ada sinyal carrier dan ‘pulse’ yang menyatakan ada sinyal carrier.

Gambar 2

Pulse-Space Terminologi

Pengkodean pada remote infra merah pada dasarnya ada tiga macam dan semuanya berdasarkan pada panjang jarak antar pulsa atau pergeseran urutan pulsa.

¨ Pulse-Width Coded Signal. Pada pengkodean ini panjang pulsa merupakan kode informasinya. Jika panjang pulsa ‘pendek’ (kira-kira 550us) maka dikatakan sebagai logika ‘L’ tetapi jika panjang pulsa ‘panjang’ (kira-kira 2200us) maka menyatakan logika ‘H’.

Gambar 3

Pulse Width Coded Signals

¨ Space-Coded Signals. Pada pengkodean ini didasarkan pada panjang/pendek space. Jika panjang pulsa sekitar 550us atau kurang maka dinyatakan sebagai logika ‘L’ sedangkan jika panjang space lebih dari 1650us maka dinyatakan sebagai logika ‘H’.

Gambar 4

Space Width Coded Signal

¨ Shift Coded Signal. Pengkodean ini ditentukan pada urutan pulsa dan space. Pada saat ‘space’ pendek, kurang dari 550us dan ‘pulse’ panjang, lebih dari 1100us maka dinyatakan sebagai logika ‘H’. Tetapi sebaliknya jika ‘space’ panjang dan ‘pulse’ pendek maka dinyatakan sebagai logika ‘L’.

Gambar 5

Shift Coded Signal

Pengkodean ini merupakan hal yang sangat penting karena tanpa mengetahui sistem pengkodean pada sisi transmitter infra merah maka disisi receiver tidak bisa mendekodekan data/perintah apa yang dikirmkan. Selain itu didalam pengkodean ini perlu disisipkan suatu data yang dinamakan sebagai ‘device address’ sebelum data atau perintah. Device addres ini menyatakan nomor alamat peralatan jika terdapat lebih dari satu alat yang dapat dikendalikan oleh sebuah remote kontrol pada suatu area tertentu.

Transmitter Infra Merah

Infra merah dapat digunakan baik untuk memancarkan data maupun sinyal sura. Keduanya membutuhkan sinyal carrier untuk membawa sinyal data maupun sinyal suara tersebut hingga sampai pada receiver.

Gambar 6

Konverter Sinyal Suara Menjadi Frekuensi

Untuk transmisi sinyal suara biasanya digunakan rangkaian voltage to frequency converter yang berfungsi untuk merubah tegangan sinyal suara menjadi frekuensi. Dan jika sinyal ini dimodulasikan sengan sinyal carrier maka akan menghasilkan suatu modulasi FM. Modulasi jenis ini lebih disukai karena paling kebal terhadap perubahan amplitudo sinyal apabila sinyal mengalami gangguan di udara.

Untuk transmisi data biasanya sinyal ditransmisikan dalam bentuk pulsa-pulsa seperti telah dijelaskan di atas. Ketika sebuah tombol ditekan pada remote kontrol unti maka IR akan mentransmitkan sebuah sinyal yang akan dideteksi sebagai urutan data biner.

Penerima Infra Merah

Untuk aplikasi jarak jauh maka perlu adanya pengumpulan sinar termodulasi yang lemah. Hal ini bisa dilakukan dengan menggunakan photodioda yang sudah mempunyai semacam lensa cembung yang akan mengumpulkan sinar termodulasi tersebut. Biasanya menggunakan lensa tambahan yang dinamakan dengan lensa FRESNEL yang terbuat dari bahan plastik dan kemudian diumpankan ke photodioda dengan jarak tertentu pada fokus lensa FRESNEL ini.

Untuk aplikasi remote ontrol biasanya cukup menggunakan lensa yang dimiliki oleh photodioda/phototransistor dengan penguatan tertentu. Untuk penggunaan yang harus dapat menerima pancaran sinyal infra merah yang sudut datangnya besar maka harus menggunakan dua atau lebih photodioda. Photodioda yang baik adalah photodioda yang mampu mengumpulkan sinar termodulasi tepat pada wafer silikonnya dan hal inilah yang mempengaruhi kualitas photodioda/phototransistor yang dibeli di pasaran.

Pada saat photodioda mendeteksi adanya sinar infra merah maka akan terdapat arus bocor sebesar 0.5 uA dan ini juga tergantung pada kekuatan sinar infra merah yang datang dan sudut datangnya.

Kekuatan sinar dan sudut datang merupakan faktor penting dalam keberhasilan transmisi data melalui infra merah selain filter dan penguatan pada bagian receivernya.

Susanto Wibisono Koselan

Rangkaian Dimmer 4 Kanal

Rangkaian dimmer merupakan rangkaian yang sudah umum digunakan antara lain untuk mengatur terang-redup lampu bolam. Pada kesempatan kali ini akan dijabarkan mengenai cara kerja rangkaian dimmer. Rangkaian dimmer ini mampu mengatur beban pada tegangan 220VAC dengan daya sampai 900W tiap kanal dengan beban yang mulai dari lampu bolam sampai ke beban induktif seperti motor AC.

Triac

Inti dari rangkaian ini adalah penggunaan Triac K6243. Triac tipe ini mempunyai 4 kanal keluaran sehingga dapat mengatur 4 beban sekaligus. Triac tipe ini jarang dijumpai di pasar komponen di Surabaya. Komponen alternatifnya dapat digunakan Triac tipe 2N6346. Untuk tipe triac ini mampu melewatkan arus 12A dengan karekateristik tegangan block-nya sampai 800VAC tetapi hanya mempunyai satu kanal saja. Jadi jika diperlukan 4 kanal maka dibutuhkan 4 buah triac tipe 2N6346.

Triac merupakan komponen 3 elektroda: MT1, MT2, dan gate. Triac biasanya digunakan pada rangkaian pengendali, penyakelaran, dan rangkian pemicu/trigger. Oleh karena aplikasi triac yang demikian luas maka komponen triac biasanya mempunyai dimensi yang besar dan mampu diaplikasikan pada tegangan 100V sampai 800V dengan arus beban dari 0.5A sampai 40A.

Gambar 1

Triac

Jika terminal MT1 dan MT2 diberi tegangan jala-jala PLN dan gate dalam kondisi mengambang maka tidak ada arus yang dilewatkan oleh triac (kondisi idel) sampai pada tegangan ‘break over’ triac tercapai. Kondisi ini dinamakan kondisi off triac. Apabila gate diberi arus positif atau negatif maka tegangan ‘break over’ ini akan turun. Semakin besar nilai arus yang masuk ke gate maka semakin rendah pula tegangan ‘break over’nya. Kondisi ini dinamakan sebagai kondisi on triac. Apabila triac sudah ‘on’ maka triac akan dalam kondisi on selama tegangan pada MT1 dan MT2 di atas nol volt. Apabila tegangan pada MT1 dan MT2 sudah mencapai nol volt maka kondisi kerja triac akan berubah dari on ke off. Apabila triac sudah menjadi off kembali, triac akan selamanya off sampai ada arus trigger ke gate dan tegangan MT1 dan MT2 melebihi tegangan ‘break over’nya.

Gambar 2

Daerah Kerja Triac


Prinsip Kerja Dimmer

Rangkaian Dimmer disajikan dalam 4 bagian utama. Bagian Ramp Generator, Bagian Pulse Control, Bagian Power Supply Triac, dan Bagian Triac. Bagian Ramp Generator berfungsi untuk menghasilkan pulsa-pulsa gigi gergaji (sinyal ramp) dengan frekuensi 120Hz dan sinkron dengan fasa tegangan jala-jala PLN.

Gambar 3

Sinyal Ramp yang Sinkron Dengan Fasa Jala-Jala PLN

Sinkronisasi mutlak diperlukan karena untuk memicu/men-trigger triac harus pada saat triac dalam kondisi off dan tegangan PLN mulai tidak sama dengan nol VAC. Pada Bagian Ramp Generator ini diperlukan rangkaian zero crossing detector yang mendeteksi keadaan tegangan PLN = nol volt. Pada keadaan ini dihasilkan pulsa ramp yang akan turun secara linier selama 10ms.

Output dari bagian ramp generator ini dihubungkan ke 4 buah komparator. Pada proyek ini digunakan LM324 yang memiliki 4 komparator dalam 1 kemasan. Rangkaian Ramp Generator ini sangat sederhana yang dibangun dari komponen diskrit. Konstanta waktu ditentukan oleh waktu pembuangan muatan pada rangkaian R5 dan kapasitor C1 yang akan menswitch-on/off transistor Q2. Rangkaian bagian ramp generator dapat dilihat pada gambar 4.

Gambar 4

Rangkaian Ramp Generator Sinkron dengan Jala-Jala PLN

Bagian yang juga memegang peranan penting dalam rangkaian dimmer ini adalah bagian komparator yang menghasilkan pulsa-pulsa yang lebarnya bervariasi terhadap tegangan 0 – 10 volt DC.

Gambar 5

Rangkaian Komparator LM324

Dengan menggunakan komparator LM324 maka tegangan sinyal ramp yang dihasilkan oleh rangkaian ramp generator akan dibandingkan dengan tegangan dari potensiometer. Tegangan potensiometer tersebut bervariasi antara 0 volt sampai 10 voltDC.

Pada saat tegangan ramp berada dibawah tegangan potensiometer maka output dari komparator LM324 adalah +10V sehingga terdapat arus yang mengalir pada R7 (470). Apabila tegangan ramp lebih tinggi daripada tegangan potensiometer maka output dari LM324 adalah 0 volt. Dalam kondisi ini tidak ada arus yang mengalir pada R7. Arus ini merupakan arus aktivasi optocoupler pada bagian triac. Rangkaian pada bagian triac dapat dilihat pada gambar 6.

Gambar 6

Rangkaian Triac dan Beban

Pada saat output dari komparator LM324 = +10V maka terdapat arus yang mangalir ke optocoupler sehingga pada saat ini optocoupler aktif sehingga akan meng-on-kan transistor Q2 dan menyebabkan gate triac mengalirkan arus dari MT1 ke gate. Dengan kata lain gate mendapatkan arus aktivasi sehingga triac akan dalam kondisi ON.

Gambar 7

Sinyal Aktivasi Triac

Pada saat tegangan output komparator = nol volt maka optocoupler tidak aktif sehingga transistro Q2 juga dalam kondisi OFF. Kondisi ini menyebabkan tidak ada arus yang mengalir dari MT1 ke gate sehingga triac tidak mendapatkan arus picu. Triac dalam kondisi OFF.

Karena sinyal ramp dimulai pada saat setiap keadaan zero crossing terjadi pada saat setiap setengah siklus tegangan PLN maka dapat dikatakan bahwa triac akan ditrigger setiap setelah terjadi zero crossing tegangan PLN. Triac ditrigger harus ditrigger setelah zero crossing agar tegangan MT1 dan MT2 cukup untuk merubah kondisi kerja triac ketika ada arus gate.

Output dari komparator dapat dikatakan sebagai PWM kontrol. Hal ini disebabkan karena lebar dari pulsa output komparator tergantung dari pada tegangan potensiometer. Perubahan PWM ini akan terjadi setelah terjadinya zero crossing pada tegangan jala-jala PLN.

Pada rangkaian pada gambar 6 dapat dilihat bahwa untuk rangkaian tersebut masih dibutuhkan power supply 9 volt untuk pemicu triac. Power supplay ini harus terpisah dari power supplay yang lain karena output power supplay 9 volt ini dihubungkan langsun ke 230 VAC.

Power supply 9volt ini perlu mendapatkan perhatian ekstra pada pembuatannya karena ground power supply 9 volt ini tidak boleh digabungkan dengan ground neutral jala-jala PLN. Kalau hal ini terjadi maka power supply 9 volt akan rusak. Jika ground power supply 9 volt ini tidak menjadi sati dengan neutral jala-jala PLN maka tegangan 9 volt dan tegangan 230 VAC akan flaoting satu sama lain dan kondisi ini tidak akan menyebabkan power supply 9 volt rusak.


Gambar 8

Rangkaian Power Supply 9VDC dengan Ground Terisolasi

Rangkaian C2 dan R4 pada gambar 6 merupakan rangkaian snubber yang digunakan untuk mengkompensasi beban induktif seperti motor. Triac yang digunakan (tipe K2634) tidak perlu penambahan heat sink tetapi jika diperlukan maka body heat sink tidak boleh bersentuhan dengan komponen yang lain atau dengan body heat sink yang lain karena body heat sink tersambung dengan terminal MT1 yang disambungkan ke 230VAC kecuali antara metal plate komponen triac sudah diisolasi dengan mika. Namun dengan kondisi ini penyerapan panas oleh heat sink tidak maksimal karena terhambat oleh lapisan mika. Begitu pula jika menggunakan triac yang lain, biasanya metal plate pada komponen triac dihubungkan secara hardwire dengan MT1.

Rangkaian di atas berkerja dengan baik untuk lampu 220 V 60 watt dan tidak timbul masalah apapun. Sebagai pengaman rangkaian maka perlu ditambahkan fuse sebesar 10A pada input tegangan jala-jala PLN sebelum masuk ke terminal 230VAC. Untuk mengurangai efek noise yang ditimbulkan oleh rangkaian ini maka dapat ditambahkan induktor 50uH 10A seri dengan fuse 10A dan diparalel dengan kapasistor sebesar 47nF 500V.

Dengan sedikit modifikasi maka pengaturan rangkaian dimmer ini dapat dilakukan pada tempat lain. Yaitu dengan menempatkan potensiometer 0-10V ditempat lain sehingga tampaknya rangkaina dimmer ini lebih canggih.


Susanto Wibisono K

Ikuti Blog ini

Langganan

Mau dapet Update-an Blog ini lewat e-mail? Masukkin aja alamat Email kamu disini:

Dikirim Oleh FeedBurner