sub 17.12 (Fig 17.45, 17.51)

[menuju akhir]

 

1. Pendahuluan (kembali)

         Pada era digital, sistem elektronik semakin mengandalkan komponen-komponen dengan performa tinggi, efisien, dan aman dari gangguan. Dua teknologi yang penting dalam konteks ini adalah osilator dan gerbang logika dengan isolasi tinggi (high-isolation logic gate). Osilator digunakan untuk menghasilkan sinyal periodik yang menjadi dasar berbagai sistem digital dan analog, seperti jam, pemancar, dan pengatur frekuensi. Sementara itu, gerbang logika dengan isolasi tinggi – seperti gerbang AND yang menggunakan LED dan phototransistor  digunakan untuk menjaga isolasi listrik antara dua bagian rangkaian, meningkatkan keamanan dan keandalan.

Dalam praktikum ini, dilakukan percobaan terhadap prinsip kerja osilator dan implementasi gerbang logika AND dengan metode isolasi optik, yaitu menggunakan LED dan phototransistor sebagai komponen optoelektronik.


2. Tujuan (kembali)

·  

  • Memahami prinsip kerja osilator serta karakteristik sinyal yang dihasilkannya.

  • Mengetahui cara kerja gerbang logika AND dengan isolasi tinggi menggunakan LED dan phototransistor.

  • Mengamati secara langsung performa rangkaian dan peran komponen optoelektronik dalam membangun sistem logika yang terisolasi.

  • Meningkatkan pemahaman tentang aplikasi opto-isolator dalam sistem kontrol dan komunikasi elektronik.

 

3. Alat dan Bahan (kembali)

A. ALAT

  • Breadboard

  • Power supply variabel

  • Multimeter

  • Resistor

  • Dioda zener (5.1V atau 6.2V)

  • Transistor (misal: 2N2222 atau BC547)

  • Op-Amp (misal: LM741 atau TL081)

  • Potensiometer (untuk pembagi tegangan referensi)

  • Beban (resistor atau lampu kecil)


4.Dasar Teeori (kembali)

Osilator

Osilator adalah rangkaian elektronik yang menghasilkan sinyal listrik periodik tanpa masukan eksternal. Osilator biasanya menghasilkan sinyal sine, square, atau triangle wave. Jenis osilator yang umum antara lain:

  • RC Oscillator

  • LC Oscillator

  • Crystal Oscillator

  • Relaxation Oscillator

Osilator bekerja berdasarkan prinsip umpan balik positif dan penguatan dari elemen aktif (misalnya transistor atau op-amp).

Gerbang Logika AND

Gerbang AND merupakan gerbang logika digital yang menghasilkan keluaran HIGH (1) hanya jika semua masukan bernilai HIGH (1). Fungsi logikanya adalah:


5.Prinsip Kerja (kembali)

  • Osilator:

    Osilator bekerja dengan menghasilkan sinyal periodik melalui proses umpan balik positif. Energi diberikan secara berulang dari sumber ke elemen reaktif (kapasitor dan/atau induktor), yang menciptakan osilasi. Dalam praktikum ini, bisa digunakan osilator berbasis IC seperti 555 timer, atau rangkaian transistor multivibrator.

    Gerbang AND dengan Isolasi Optik:

    • Setiap input (A dan B) terhubung ke LED.

    • LED hanya menyala bila input diberi tegangan HIGH.

    • LED menyinari phototransistor yang berada dalam satu kapsul opto-isolator.

    • Phototransistor hanya aktif (menghantarkan arus) bila kedua LED menyala bersamaan (kedua input HIGH), sehingga sinar gabungan cukup untuk mengaktifkan transistor.

    • Dengan demikian, keluaran hanya HIGH bila kedua masukan HIGH → logika AND.


6. Problem (kembali)

   Problem 1: Perhitungan Frekuensi Osilator

Soal:
Sebuah rangkaian osilator dibangun menggunakan IC 555 dalam mode astable. Komponen yang digunakan adalah:

  • R1=1 kΩR_1 = 1 \, \text{k}\Omega

  • R2=2 kΩR_2 = 2 \, \text{k}\Omega

  • C=0.1 μFC = 0.1 \, \mu\text{F}

Hitung frekuensi output osilator tersebut. Jelaskan pengaruh perubahan kapasitor terhadap frekuensi.

Jawaban:
Rumus frekuensi osilator astable (IC 555):

f=1.44(R1+2R2)⋅Cf = \frac{1.44}{(R_1 + 2R_2) \cdot C}


f=1.44(1 k+2⋅2 k)⋅0.1μF=1.44(5 k)⋅0.1μF=1.440.0005=2880 Hz=2.88 kHz

f = \frac{1.44}{(1\,k + 2 \cdot 2\,k) \cdot 0.1 \mu F} = \frac{1.44}{(5\,k) \cdot 0.1 \mu F} = \frac{1.44}{0.0005} = 2880 \, \text{Hz} = 2.88 \, \text{kHz}

Pengaruh kapasitor:
Jika kapasitor diperbesar, maka waktu pengisian dan pengosongan meningkat → frekuensi menurun.

    problem 2 : Desain dan Prinsip Kerja Gerbang AND Optik

Soal:
Anda diminta merancang sebuah gerbang AND dengan isolasi tinggi menggunakan dua LED dan satu phototransistor. Jelaskan:

a) Bagaimana susunan fisik LED dan phototransistor agar fungsi logika AND dapat tercapai?
b) Apa yang terjadi jika hanya satu LED yang menyala?
c) Bagaimana sistem ini tetap memberikan keamanan terhadap gangguan dari bagian output?


Jawaban:

a) Susunan Fisik:
Dua LED diposisikan mengarah ke satu phototransistor dari sudut yang memungkinkan kedua pancaran cahaya dapat mengenai area sensitif phototransistor secara bersamaan. Phototransistor hanya aktif (menghantarkan arus) ketika kedua LED menyala bersamaan — mewakili logika AND.

b) Jika Satu LED Menyala:
Jika hanya satu LED yang menyala, intensitas cahaya yang diterima phototransistor tidak mencukupi untuk mengaktifkannya. Akibatnya, phototransistor tetap dalam keadaan non-konduktif → output tetap LOW (0).

c) Keamanan Sistem:
Karena tidak ada koneksi listrik langsung antara input (LED) dan output (phototransistor), maka lonjakan tegangan, noise, atau gangguan dari sisi output tidak akan merusak bagian input. Ini disebut isolasi optik, yang sangat berguna pada sistem bertegangan tinggi atau sensitif seperti mikrokontroler.

    Problem 3: Keamanan Sistem dengan Opto-Isolator

Soal:
Sebuah mikrokontroler digunakan untuk mengendalikan sebuah sistem motor 220V AC. Mengapa lebih aman menggunakan gerbang logika AND dengan LED dan phototransistor (opto-isolator) dalam sistem ini dibandingkan menyambungkan logika langsung ke rangkaian kontrol motor?

Jawaban:
Penggunaan opto-isolator menciptakan isolasi elektrik antara rangkaian logika (mikrokontroler) dan rangkaian daya (motor AC). Keuntungannya:

  • Melindungi mikrokontroler dari lonjakan tegangan atau arus balik (back EMF).

  • Menghindari kerusakan akibat beda potensial atau gangguan dari sisi beban.

  • Menjamin keamanan pengguna dan perangkat.

  • Data sinyal ditransmisikan melalui cahaya (LED → phototransistor), bukan sambungan listrik langsung.

Tanpa isolasi, tegangan tinggi dari motor bisa merusak port I/O atau bahkan seluruh mikrokontroler.


7. Soal Latihan (kembali)

1: Fungsi Osilator

Soal:
Apa fungsi utama dari sebuah rangkaian osilator dalam sistem elektronik?

A. Mengubah tegangan AC ke DC
B. Menguatkan sinyal input
C. Menghasilkan sinyal periodik atau gelombang berulang
D. Menyimpan energi dalam waktu tertentu

Jawaban:  C. Menghasilkan sinyal periodik atau gelombang berulang

Penjelasan:
Osilator menghasilkan sinyal berosilasi secara terus-menerus seperti gelombang persegi, sinus, atau segitiga — digunakan sebagai clock, pembawa sinyal, dll.

 2: Prinsip Kerja Gerbang AND Optik

Soal:
Sebuah gerbang logika AND menggunakan dua LED dan satu phototransistor. Kapan phototransistor akan menghantarkan arus (aktif)?

A. Saat salah satu LED menyala
B. Saat hanya satu LED mati
C. Saat kedua LED menyala bersamaan
D. Saat tidak ada LED yang menyala

Jawaban: C. Saat kedua LED menyala bersamaan

Penjelasan:
Phototransistor hanya aktif jika menerima cahaya yang cukup, yaitu dari dua LED menyala bersamaan, sesuai fungsi logika AND.

3: Tujuan Isolasi Optik

Soal:
Mengapa digunakan isolasi optik (LED dan phototransistor) antara mikrokontroler dan beban bertegangan tinggi?

A. Untuk menghemat konsumsi daya LED
B. Untuk mengurangi kecepatan transfer sinyal
C. Untuk melindungi mikrokontroler dari gangguan atau lonjakan arus
D. Agar phototransistor tidak memerlukan daya listrik

Jawaban: C. Untuk melindungi mikrokontroler dari gangguan atau lonjakan arus

Penjelasan:
Isolasi optik memisahkan sistem logika (rendah tegangan) dari sistem beban (tegangan tinggi), mencegah kerusakan akibat gangguan listrik atau lonjakan tegangan.

8.Percobaan  (kembali)
















        Rangkaian 17.45 [disini] 
        Rangkaian 17.51 [disini] 

9. Download File [klik  disini









Komentar

Posting Komentar