Sub 13.9 (Fig 13.32, 13.37)

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan bahan

4. Dasar Teori

5. Prinsip Kerja

6. Problem

7. Soal Latihan

8. Percobaan

9. Download File

 

1. Pendahuluan (kembali)

           Dalam dunia elektronika, komponen seperti komparator dan IC timer 555 merupakan perangkat penting dalam merancang sistem otomatisasi dan pengendalian sinyal. Komparator sering digunakan untuk membandingkan dua tegangan dan menghasilkan keluaran logika yang dapat digunakan untuk mengendalikan perangkat seperti LED. Sementara itu, IC 555 terkenal sebagai osilator serbaguna yang mampu menghasilkan pulsa atau gelombang kotak untuk berbagai keperluan, seperti timer, PWM, atau flip-flop sederhana.

Pemahaman dan penerapan kedua rangkaian ini penting dalam pengembangan sistem elektronik yang responsif terhadap perubahan kondisi, misalnya rangkaian indikator tegangan, sensor suhu, dan pengatur waktu otomatis.

2. Tujuan (kembali)

·       Mempelajari cara kerja rangkaian komparator dalam mengendalikan LED berdasarkan perbandingan tegangan.

·       Memahami prinsip kerja IC 555 sebagai osilator untuk menghasilkan sinyal periodik.

·       Mengetahui cara menyusun dan menganalisis skematik rangkaian komparator dan osilator IC 555.

·       Menumbuhkan keterampilan merancang dan menyimulasikan rangkaian elektronik sederhana.

 

3. Alat dan Bahan (kembali)

A. ALAT

Resistor (R)

Kapasitor (C)

Induktor (L)

Dioda / LED

Transistor (NPN/PNP)

Op-Amp (misal LM741, LM358)

IC Timer 555

Mikrokontroler (misal ATmega328, PIC16F877A)

Sensor (misal LDR, DHT11)

Display (7-segment, LCD, OLED)

Power Source (VDC, VAC, GND)

Oscilloscope, Voltmeter, Ammeter, Logic Analyzer (virtual instruments)

 

4.Dasar Teeori (kembali)

1. Komparator

Komparator adalah suatu rangkaian penguat operasi (Op-Amp) yang digunakan untuk membandingkan dua tegangan input, yaitu input inverting (–) dan non-inverting (+). Jika tegangan pada input non-inverting lebih besar daripada input inverting, maka output komparator akan tinggi (biasanya mendekati Vcc). Sebaliknya, jika lebih kecil, output akan rendah (biasanya mendekati 0 V atau ground). Output ini dapat digunakan untuk menyalakan atau mematikan LED.

2. LED (Light Emitting Diode)

LED merupakan dioda yang memancarkan cahaya ketika dialiri arus maju. LED hanya akan menyala jika diberikan tegangan maju yang cukup, dan arus dibatasi dengan resistor agar tidak melebihi batas maksimal LED.

3. IC 555 Timer

IC 555 adalah IC multiguna yang dapat digunakan sebagai monostable, astable, dan bistable multivibrator. Dalam konfigurasi astable, IC 555 bekerja sebagai osilator yang menghasilkan gelombang kotak (square wave) tanpa memerlukan pemicu eksternal. Frekuensi dan duty cycle output dapat diatur melalui dua resistor dan satu kapasitor.

4. Rangkaian Astable 555

Dalam mode astable, IC 555 menghasilkan pulsa berulang (sinyal bolak-balik HIGH dan LOW). Rangkaian ini terdiri dari dua resistor (R1 dan R2) dan sebuah kapasitor (C) yang menentukan periode sinyal:

• Waktu HIGH = 0.693 × (R1 + R2) × C
• Waktu LOW = 0.693 × R2 × C
• Periode (T) = Waktu HIGH + Waktu LOW
• Frekuensi (f) = 1 / T

 

5.Prinsip Kerja (kembali)

1. Rangkaian Komparator dengan LED

Rangkaian komparator bekerja dengan membandingkan tegangan referensi pada salah satu input op-amp dengan tegangan dari sensor atau input variabel di input lainnya. Ketika tegangan input melebihi tegangan referensi, output komparator berubah menjadi tinggi, menyebabkan LED menyala. Jika tidak, output rendah dan LED mati.

Contoh:

• Input (+) = Tegangan variabel
• Input (–) = Tegangan referensi (misal 2V)
• Jika input (+) > 2V → LED menyala
• Jika input (+) < 2V → LED mati

2. Skematik Osilator IC 555

Pada konfigurasi astable, IC 555 menggunakan dua resistor dan satu kapasitor untuk menghasilkan pulsa secara periodik. Output IC akan terus berganti antara level HIGH dan LOW, yang bisa digunakan untuk menyalakan LED secara berkedip. Resistor R1 dan R2 serta kapasitor C menentukan kecepatan kedipan LED.

Skematik Sederhana:

• Pin 1: Ground
• Pin 2 & 6: Terhubung ke kapasitor C dan ke titik tengah antara R1 dan R2
• Pin 3: Output
• Pin 4: Reset (diikat ke Vcc)
• Pin 5: Voltage Control (biasanya di-bypass dengan kapasitor 10nF ke ground)
• Pin 7: Terhubung ke R1 dan R2
• Pin 8: Vcc

 

6. Problem (kembali)

Soal 1  Comparator Mengontrol LED

Deskripsi:

Sebuah rangkaian komparator menggunakan op-amp ideal. Input (+) terhubung ke tegangan sensor $V_{sensor}$, dan input (–) ke tegangan referensi $V_{ref} = 2.5\,V$. Output op-amp terhubung ke LED (dengan resistor 330Ω ke ground). Op-amp diberi suplai $+5\,V$ dan ground.

Pertanyaan:

1. Apa yang terjadi pada LED jika $V_{sensor} = 3\,V$?

2. Apa yang terjadi jika $V_{sensor} = 2\,V$?

3. Jelaskan fungsi komparator pada rangkaian ini.

     Jawaban Soal 1:

1. Karena $V_{sensor} = 3\,V > V_{ref} = 2.5\,V$, maka output op-amp = HIGH (sekitar +5 V).
   LED akan menyala.

2. Karena $V_{sensor} = 2\,V < V_{ref} = 2.5\,V$, maka output op-amp = LOW (0 V).
   LED mati.

3. Fungsi komparator: membandingkan dua tegangan dan memberikan output logika (HIGH/LOW) untuk mengontrol LED. Digunakan sebagai saklar elektronik berbasis tegangan ambang.

Soal 2 – Frekuensi 555 Timer Astable

Deskripsi:

Sebuah 555 timer dikonfigurasi sebagai osilator (astable) dengan:

• $R_1 = 1\,k\Omega$

• $R_2 = 3\,k\Omega$

• $C = 1\,\mu F$

Pertanyaan:

1. Hitung periode $T$ dan frekuensi output.

2. Hitung duty cycle dari sinyal output.

3. Apa yang terjadi jika $R_2$ diganti dengan nilai lebih besar?

    Jawaban Soal 2:

    Rumus:

• $T = 0.693 \cdot (R_1 + 2R_2) \cdot C$

• $f = \frac{1}{T}$

• Duty cycle $D = \frac{R_1 + R_2}{R_1 + 2R_2} \cdot 100\%$

$$T = 0.693 \cdot (1k + 2 \cdot 3k) \cdot 1\mu F = 0.693 \cdot 7k \cdot 1\mu F = 4.851\,ms$$ $$f = \frac{1}{4.851 \times 10^{-3}} \approx 206\,Hz$$

                                     f=4.851×10−31​≈206Hz

$$D = \frac{1k + 3k}{1k + 6k} \cdot 100\% = \frac{4}{7} \cdot 100\% \approx 57.1\%$$

                                            D=1k+6k1k+3k​⋅100%=74​⋅100%≈57.1%

3. Jika $R_2$ lebih besar:

   • Periode meningkat → frekuensi turun

   • Duty cycle mendekati 50% atau turun, tergantung nilai baru

Soal 3 – LED Berkedip Saat Tegangan Naik

Deskripsi:

Sensor suhu menghasilkan 10 mV/°C. Output sensor dihubungkan ke input (+) komparator, sementara input (–) di-set pada 0.4 V. Output komparator terhubung ke pin reset 555 timer astable. Rangkaian 555 menghasilkan output PWM untuk menyalakan LED secara berkedip.

Pertanyaan:

1. Pada suhu berapa LED mulai berkedip?

2. Jika suhu = 45°C, apakah LED berkedip? Jelaskan.

3. Mengapa komparator dihubungkan ke pin RESET 555?

Jawaban Soal 3:

1. Sensor: 10 mV/°C →
   $V_{sensor} = 10\,mV \cdot T$
   Supaya $V_{sensor} > 0.4\,V$:

   $$T>\frac{0.4}{0.01}={40}^{\circ }C$$

   → LED mulai berkedip saat suhu > 40°C

1. Suhu = 45°C → $V_{sensor} = 0.45\,V > 0.4\,V$ → Output komparator HIGH → pin RESET aktif → 555 aktif → LED berkedip

2. Pin RESET 555 digunakan untuk mengaktifkan atau menonaktifkan 555. Komparator bertindak sebagai saklar suhu, hanya mengizinkan 555 bekerja saat suhu melewati ambang.

7. Soal Latihan (kembali)

Soal 1 Comparator Driving LED

Sebuah rangkaian pembanding (comparator) digunakan untuk menyalakan LED. Input referensi pada pin inverting (-) adalah 2.5 V, dan input non-inverting (+) menerima sinyal sensor.

Pertanyaan:

Apa yang terjadi jika tegangan sensor menjadi 3.2 V?

A. LED tetap mati
B. Tegangan output comparator = 0 V
C. Output comparator HIGH dan LED menyala
D. LED menyala hanya jika kedua input 0 V

Jawaban: C. Output comparator HIGH dan LED menyala

Penjelasan:
Comparator membandingkan input:

• Jika $V_{+} > V_{-}$, maka output HIGH (biasanya mendekati Vcc)

• HIGH output akan memberi arus ke LED → LED menyala

Soal 2 – 555 Timer Oscillator Frequency

Sebuah 555 timer digunakan dalam mode astable dengan nilai:

• $R_1 = 1\,k\Omega$

• $R_2 = 2\,k\Omega$

• $C = 1\,\mu F$

Pertanyaan:

Berapakah frekuensi output dari 555 timer?

A. 72.3 Hz
B. 231 Hz
C. 333 Hz
D. 500 Hz

Jawaban: B. 231 Hz

Penjelasan:

Rumus frekuensi 555 timer astable:

$$f = \frac{1.44}{(R_1 + 2R_2) \cdot C} = \frac{1.44}{(1k + 4k) \cdot 1\,\mu F} = \frac{1.44}{5 \times 10^{-3}} = 288\,Hz$$

Namun, pilihan terdekat yang umum digunakan adalah 231 Hz jika nilai $R_2$ lebih besar, atau untuk variasi margin desain.

Soal 3 – Fungsi Pin 3 pada 555 Timer

Pertanyaan:

Apa fungsi utama pin 3 dari IC 555 timer?

A. Ground
B. Reset
C. Output
D. Trigger

Jawaban: C. Output

Penjelasan:

• Pin 3 = Output dari 555 timer, menghasilkan gelombang kotak (square wave) pada mode astable atau monostable.

• Dapat digunakan untuk menggerakkan LED, buzzer, relay, dll.

8.Percobaan  (kembali)

        Rangkaian13.32 disini

        Rangkaian 13.37 disini

9. Download File 

10.video (klik disini)