Modul 4 (Aplikasi)

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

MODUL 4

KONTROL AIR KOLAM IKAN LELE

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

Percobaan ...

1. Prosedur Percobaan
2. Hardware
3. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja
4. Flowchart
5. Video Demo
6. Download File

1. Pendahuluan[Kembali]

    Budidaya ikan lele merupakan salah satu kegiatan perikanan yang banyak dilakukan masyarakat karena memiliki nilai ekonomi tinggi dan teknik pemeliharaan yang relatif mudah. Namun, pengelolaan kolam ikan lele membutuhkan perhatian khusus, terutama dalam menjaga kestabilan volume air. Perubahan cuaca, khususnya curah hujan yang tinggi, seringkali menyebabkan air kolam meluap dan mengakibatkan ikan keluar dari kolam atau kualitas air menurun. Kondisi ini dapat menurunkan tingkat kelangsungan hidup ikan dan menyebabkan kerugian bagi pembudidaya.

    Perkembangan teknologi otomasi memberikan peluang besar dalam mempermudah pengelolaan kolam ikan. Salah satu solusi yang dapat diterapkan adalah sistem kontrol air berbasis sensor hujan. Sensor hujan berfungsi mendeteksi keberadaan dan intensitas hujan secara langsung, sehingga sistem dapat mengatur pompa air dan katup pembuangan secara otomatis. Dengan demikian, volume air kolam dapat tetap stabil meskipun terjadi perubahan cuaca.

2. Tujuan[Kembali]

• Untuk mengetahui bagaimana merancang sistem kontrol otomatis yang dapat mengatur proses pengisian air kolam ikan lele menggunakan sensor air level
• Untuk mengetahui bagaimana sistem dapat mendeteksi kondisi air sudah penuh dan memberikan indikasi melalui LED hijau serta mematikan motor pompa secara otomatis melalui water level sensor
• Untuk mengetahui bagaimana menerapkan sensor hujan untuk mendeteksi kondisi air melimpah akibat curah hujan tinggi sehingga dapat memberikan peringatan melalui buzzer

3. Alat dan Bahan [Kembali]

    A. Alat

    1. Breadboard

    2. Kotak Plastik

    3. Power Supply 12V

  4. Jumper

 5. Adapter 5V

6. Jack Converter DC

    

B. Bahan

    1.Water Level Sensor 

    Water sensor digunakan untuk mendeteksi keberadaan atau ketinggian air pada suatu permukaan. Ketika air menyentuh jalur konduktif pada sensor, nilai resistansi akan berubah dan menghasilkan sinyal analog atau digital. Perubahan ini dapat digunakan sebagai pemicu otomatisasi, seperti sistem peringatan banjir, pendeteksi kebocoran air, atau kontrol pompa.

 

2. Rain Sensor

    Rain Sensor (Sensor Hujan) adalah perangkat elektronik yang berfungsi utama untuk mendeteksi adanya tetesan air hujan atau air yang mengenai permukaannya. Setelah mendeteksi, ia akan mengirimkan sinyal listrik ke mikrokontroler untuk memicu suatu tindakan.

Specifications 

•  Adopts high quality of RF-04 double sided material. 
• Area: 5cm x 4cm nickel plate on side, 
• Anti-oxidation, anti-conductivity, with long use time; 
• Comparator output signal clean waveform is good, driving ability, over 15mA; 
• Potentiometer adjust the sensitivity; 
• Working voltage 5V; 
• Output format: Digital switching output (0 and 1) and analog voltage output AO; 
• With bolt holes for easy installation; 
• Small board PCB size: 3.2cm x 1.4cm; 
• Uses a wide voltage LM393 comparator 

Pin Configuration 

1. VCC: 5V DC 

2. GND: ground 

3. DO: high/low output 

4. AO: analog output

3. Operational Amplifier Tipe LM741

    LM741 adalah sirkuit terintegrasi (IC) penguat operasional serbaguna yang sangat populer, umumnya tersedia dalam paket DIP 8-pin, TO-5, dan SOIC-8. LM741 berisi satu penguat operasional tunggal berkinerja tinggi yang dirancang untuk penguatan tegangan DC dan AC yang presisi.

   LM741 dapat ditenagai oleh catu daya tunggal atau ganda (dual supply). Meskipun memiliki rentang tegangan suplai yang cukup lebar, LM741 dikenal karena penguatan tegangan loop terbuka yang sangat tinggi dan impedansi input yang tinggi (hambatan masukan). Chip ini cocok untuk aplikasi yang memerlukan amplifikasi, penyaringan, dan pengkondisian sinyal di sirkuit analog, meskipun memiliki slew rate yang relatif rendah.

Pin	Nama Pin	Keterangan
Pin 1	Offset Null 1	Digunakan, bersama dengan Pin 5, untuk mengatur tegangan offset output ke nol (jika diperlukan).
Pin 2	Input Inverting	Pin input di mana sinyal output akan berlawanan fasa dengan sinyal input.
Pin 3	Input Non-Inverting	Pin input di mana sinyal output akan sefasa dengan sinyal input.
Pin 4	(Negatif Suplai)	Pin catu daya negatif IC. Perlu dihubungkan ke terminal negatif dari catu daya atau ground (0V) jika menggunakan catu daya tunggal.
Pin 5	Offset Null 2	Digunakan, bersama dengan Pin 1, untuk menyesuaikan tegangan offset output.
Pin 6	Output	Pin keluaran utama dari penguat operasional.
Pin 7	(Positif Suplai)	Pin catu daya positif IC. Perlu dihubungkan ke terminal positif dari tegangan suplai.
Pin 8	N.C. (No Connection)	Pin ini tidak terhubung secara internal dan biasanya dibiarkan terbuka.

Cara kerja LM393 :

• Perbandingan Input: IC ini memproses perbedaan tegangan antara pin input Non-Inverting (Pin 3) dan pin input Inverting (Pin 2).
• Output Tinggi (Output HIGH): Ketika tegangan pada input Non-Inverting lebih tinggi daripada tegangan pada input Inverting, output akan bergerak menuju tegangan suplai positif.
• Output Rendah (Output LOW): Ketika tegangan pada input Inverting lebih tinggi daripada tegangan pada input Non-Inverting, output akan bergerak menuju tegangan suplai negatif atau ground.
• Umpan Balik (Feedback): LM741 hampir selalu digunakan dengan umpan balik eksternal (seperti resistor yang menghubungkan Output ke Input Inverting).
• Penguatan Terkontrol: Umpan balik ini mengurangi penguatan dari nilai loop terbuka yang sangat tinggi menjadi nilai yang dapat dikendalikan dan ditentukan oleh rasio komponen eksternal (resistor), memungkinkan IC beroperasi sebagai penguat linier.

4. Operational Amplifier Tipe TL082

               

    TL082 adalah sirkuit terintegrasi (IC) penguat operasional yang populer, dikemas dalam paket DIP 8-pin, SOIC, dan lainnya. TL082 berisi dua penguat operasional (Op-Amp) independen dalam satu chip yang menampilkan transistor JFET (Junction Field-Effect Transistor) pada tahap inputnya.

    IC ini dirancang untuk beroperasi pada catu daya tunggal atau ganda dan memiliki keunggulan utama berupa impedansi input yang sangat tinggi karena penggunaan JFET. Fitur ini menghasilkan arus bias input yang sangat rendah dan arus offset input yang kecil, menjadikannya ideal untuk aplikasi buffer atau rangkaian penguatan yang membutuhkan minimnya pemuatan pada sumber sinyal. TL082 sering digunakan dalam rangkaian audio, sample-and-hold, dan rangkaian buffer impedansi tinggi.

     

    TL082 dapat dikonfigurasikan sebagai Detektor Penyearah Presisi (Precision Rectifier) untuk memproses sinyal AC (arus bolak-balik) tegangan rendah yang tidak mampu diolah secara akurat oleh penyearah dioda silikon pasif biasa. Dalam konfigurasi ini, TL082 berfungsi untuk mengubah sinyal AC menjadi sinyal DC (atau DC berdenyut) dengan menghilangkan tegangan jatuh yang biasanya terjadi pada dioda, sehingga memungkinkan penyearahan sinyal di bawah 0.7V. TL082 yang merupakan Op-Amp JFET input ideal untuk aplikasi ini karena impedansi inputnya yang tinggi tidak membebani sumber sinyal. 

Pin	Nama Pin	Keterangan
Pin 1	Output 1	Pin keluaran untuk Op-Amp pertama.
Pin 2	Input Inverting	Pin input di mana sinyal output akan berlawanan fasa dengan sinyal input (untuk Op-Amp 1).
Pin 3	Input Non-Inverting	Pin input di mana sinyal output akan sefasa dengan sinyal input (untuk Op-Amp 1).
Pin 4	(Negatif Suplai)	Pin catu daya negatif IC. Perlu dihubungkan ke terminal negatif dari catu daya atau ground.
Pin 5	Input Non-Inverting	Pin input non-inverting untuk Op-Amp kedua.
Pin 6	Input Inverting	Pin input inverting untuk Op-Amp kedua.
Pin 7	Output 2	Pin keluaran untuk Op-Amp kedua.
Pin 8	(Positif Suplai)	Pin catu daya positif IC. Perlu dihubungkan ke terminal positif dari tegangan suplai.

Cara kerja TL082 :

• Impedansi Input Tinggi: Berbeda dengan Op-Amp bipolar (seperti LM741), tahap input TL082 menggunakan JFET. Hal ini menyebabkan resistansi input menjadi sangat besar, sehingga hanya menarik arus yang sangat kecil dari sumber tegangan input.

• Perbandingan Diferensial: Setiap Op-Amp memproses perbedaan tegangan antara input Non-Inverting dan Inverting-nya.

• Penguatan: Sinyal input diferensial diperkuat oleh penguatan loop terbuka yang sangat tinggi

• Umpan Balik (Feedback): Seperti Op-Amp lainnya, TL082 membutuhkan umpan balik eksternal (resistor, kapasitor) untuk menentukan penguatan yang stabil dan mengubahnya menjadi konfigurasi fungsional (misalnya, voltage follower atau active filter).

• Keluaran Output: Tegangan output dihasilkan pada Pin 1 dengan nilai yang bergantung pada umpan balik eksternal dan dibatasi oleh tegangan suplai.

  5. Transistor 2SD882 Dan BC547

    Transistor D882  , juga dikenal sebagai 2SD882, adalah transistor sambungan bipolar (BJT) NPN berdaya sedang yang umum digunakan dalam aplikasi amplifikasi dan switching untuk keperluan umum. Transistor ini dirancang dengan teknologi planar, menawarkan kinerja yang andal dan kemampuan penanganan arus yang moderat. Transistor ini memiliki tiga lapisan material semikonduktor dengan tiga terminal—emitor, basis, dan kolektor. Transistor ini memberikan amplifikasi arus yang efisien dengan rentang penguatan antara 60 dan 400, sehingga cocok untuk sirkuit berdaya rendah. Selain itu, D882 dapat dipasang pada heatsink melalui lubang sekrup pada paket SOT-32-nya, sehingga meningkatkan pembuangan panasnya selama operasi.

Spesifikasi:

Karakteristik:

    6. Potensiometer

   Potensiometer (POT) adalah salah satu jenis Resistor yang Nilai Resistansinya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan Rangkaian Elektronika ataupun kebutuhan pemakainya. Potensiometer merupakan Keluarga Resistor yang tergolong dalam Kategori Variable Resistor. Secara struktur, Potensiometer terdiri dari 3 kaki Terminal dengan sebuah shaft atau tuas yang berfungsi sebagai pengaturnya.

    Sebuah Potensiometer (POT) terdiri dari sebuah elemen resistif yang membentuk jalur (track) dengan terminal di kedua ujungnya. Sedangkan terminal lainnya (biasanya berada di tengah) adalah Penyapu (Wiper) yang dipergunakan untuk menentukan pergerakan pada jalur elemen resistif (Resistive). Pergerakan Penyapu (Wiper) pada Jalur Elemen Resistif inilah yang mengatur naik-turunnya Nilai Resistansi sebuah Potensiometer. Elemen Resistif pada Potensiometer umumnya terbuat dari bahan campuran Metal (logam) dan Keramik ataupun Bahan Karbon (Carbon).

    7. Resistor

    Resistor adalah komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika (V=I R). 

    Jenis Resistor yang digunakan disini adalah Fixed Resistor, dimana merupakan resistor dengan nilai tetap terdiri dari film tipis karbon yang diendapkan subtrat isolator kemudian dipotong berbentuk spiral. Keuntungan jenis fixed resistor ini dapat menghasilkan resistor dengan toleransi yang lebih rendah.

Cara menghitung nilai resistor:

Tabel Warna

8. Dioda

    Dioda adalah komponen elektronik dua terminal yang berfungsi untuk mengalirkan arus listrik hanya dalam satu arah, yaitu dari anoda ke katoda. Dioda terbuat dari bahan semikonduktor, biasanya silikon atau germanium, yang dibentuk dengan persambungan antara tipe P dan tipe N (P-N junction).

    Fungsi utama dioda adalah sebagai penyearah arus (rectifier) dalam rangkaian listrik, mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC). Selain itu, dioda juga digunakan dalam berbagai aplikasi seperti penstabil tegangan, pelindung polaritas terbalik, detektor sinyal, serta rangkaian logika elektronik.

Prinsip Kerja:

    Prinsip kerja dioda didasarkan pada sifat persambungan P-N (P-N junction) yang hanya memungkinkan arus mengalir dalam satu arah. Berikut penjelasannya secara ringkas:

1. Bias Maju (Forward Bias), Ketika terminal positif sumber tegangan dihubungkan ke anoda dan terminal negatif ke katoda, elektron dari sisi N bergerak menuju sisi P, dan arus listrik dapat mengalir melalui dioda.
2. Bias Mundur (Reverse Bias), Jika polaritas sumber tegangan dibalik (positif ke katoda dan negatif ke anoda), elektron tertarik menjauh dari daerah sambungan, sehingga arus hampir tidak mengalir.
3. Daerah Deplesi, Pada sambungan P-N terdapat daerah deplesi, yaitu area tanpa pembawa muatan bebas. Daerah ini menentukan apakah dioda menghantarkan atau menahan arus tergantung pada arah tegangan yang diberikan.

    9. Relay

    Relay adalah sebuah komponen elektronika yang berbentuk sakelar yang dioperasikan dengan listrik, dilengkapi 2 bagian diantaranya elektromagnet (Coil) dan mekanikal (Switch). Dimana komponen tersebut memanfaatkan prinsip elektromagnetik untuk dapat menggerakkan sakelar sehingga dapat menghantarkan arus listrik. Secara umum fungsi relay adalah sebagai komponen yang dapat mengubah arus listrik kecil menjadi aliran yang lebih besar lagi dengan memanfaatkan tenaga elektromagnetisme.a

Cara Kerja:

    Cara kerja relay adalah ketika kumparan elektromagnetik yang ada di dalamnya terdapat sebuah feromagnetis yang mendapatkan aliran listrik. Dengan demikian secara otomatis akan muncul  sebuah medan magnet yang sifatnya sementara namun selalu ada.

    Yang mana magnet tersebut akan menarik tuas armature sehingga dapat merubah posisi dari kontak switch yang awalnya dari NC (Normally Closed) berubah menjadi NO ( Normally Open).

    NO (Normally Open) adalah sebuah kondisi yang mana relay belum mendapatkan adanya tekanan dan tuas berada di posisi normal. Sedangkan NC ( Normally Closed) adalah kondisi dimana relay sudah mendapatkan adanya tegangan dengan posisi tuas menarik dan kontak tertutup.

10. Pompa 5 V

    Pompa air adalah alat atau perangkat mekanik yang digunakan untuk memindahkan air dari satu tempat ke tempat lain dengan cara memberikan energi mekanik pada fluida tersebut, sehingga air dapat mengalir dari daerah bertekanan rendah ke daerah bertekanan tinggi. Pompa air bekerja dengan prinsip mengubah energi mekanik menjadi energi tekanan dan kecepatan pada fluida (air) sehingga air dapat mengalir dari tempat yang lebih rendah ke tempat yang lebih tinggi atau dari tekanan rendah ke tekanan tinggi.

Cara Kerja:

• Daya aktif, Saat pompa terhubung ke listrik, motor mulai berputar.
• Putaran impeller, Poros motor memutar impeller untuk menghasilkan gaya sentrifugal.
• Tekanan rendah terbentuk, Gaya sentrifugal menarik air dari sumber melalui pipa hisap.
• Air terdorong keluar, Air bertekanan tinggi keluar lewat pipa keluaran menuju tangki atau saluran.
• Kontrol otomatis, Sensor atau pelampung mengatur pompa agar menyala dan mati sesuai level air.

11. LED Hijau

 LED (Light-Emitting Diode) adalah komponen semikonduktor elektronik yang digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi energi cahaya melalui fenomena elektroluminesensi, sehingga memungkinkan terjadinya emisi cahaya tanpa menghasilkan panas berlebih seperti lampu pijar tradisional. LED bekerja dengan prinsip memungkinkan arus listrik mengalir dalam satu arah melalui persimpangan P-N, di mana elektron dan lubang rekombinasi dan melepaskan energi dalam bentuk foton (cahaya).

Cara Kerja:

• Daya Aktif: Saat tegangan listrik dengan polaritas yang tepat (arus maju) diberikan ke terminal anoda (+) dan katoda (-) LED.
• Pergerakan Elektron: Arus menyebabkan elektron bergerak dari daerah N (kelebihan elektron) menuju lubang (holes) di daerah P (kekurangan elektron) melintasi sambungan P-N.
• Rekombinasi dan Emisi: Di persimpangan P-N, elektron dan lubang merekomendasikan, melepaskan energi yang sebelumnya mereka miliki.
• Cahaya Terpancar: Energi yang dilepaskan ini berbentuk foton (partikel cahaya) yang kemudian terpancar keluar dari perangkat.
• Kontrol Intensitas: Arus listrik yang mengalir dapat diatur (misalnya menggunakan resistor atau sirkuit penggerak) untuk mengontrol kecerahan dan memastikan dioda beroperasi pada batas aman.

12. Buzzer

 Buzzer Piezoelektrik adalah perangkat elektro-akustik yang digunakan untuk mengubah energi listrik (sinyal AC atau DC yang berdenyut) menjadi energi suara (gelombang mekanik) melalui fenomena piezoelektrik, yang memungkinkan dihasilkannya suara peringatan atau notifikasi yang efisien. Buzzer bekerja dengan prinsip memberikan tegangan listrik pada material keramik piezoelektrik, yang kemudian menyebabkan material tersebut bergetar dan menghasilkan gelombang suara.

Cara Kerja:

• Daya Aktif: Saat tegangan listrik dengan frekuensi yang tepat (sinyal AC atau sinyal DC yang di-switching) diberikan ke terminal positif dan negatif buzzer.
• Perubahan Dimensi: Tegangan listrik menyebabkan material keramik piezoelektrik (yang menempel pada diaphragm logam) mengalami deformasi fisik (kontraksi atau ekspansi) karena efek piezoelektrik terbalik.
• Getaran Mekanik: Perubahan dimensi yang cepat dan bolak-balik (berdasarkan frekuensi sinyal input) menyebabkan seluruh diaphragm logam bergetar dengan frekuensi yang sama.
• Gelombang Suara Terpancar: Getaran mekanik dari diaphragm menekan dan meregangkan udara di sekitarnya, menghasilkan gelombang suara dengan frekuensi yang dapat didengar manusia (audio).
• Kontrol Frekuensi & Nada: Frekuensi dari sinyal listrik yang diberikan dapat diatur (misalnya menggunakan mikrokontroler atau osilator) untuk mengontrol nada dan pitch suara yang dihasilkan, sedangkan tegangan input mempengaruhi volume.

4. Dasar Teori [Kembali]

A.Water Level Sensor 

    Secara umum, sensor water level bekerja dengan mendeteksi keberadaan air berdasarkan daya hantar listrik (konduktivitas). Air, terutama air yang mengandung mineral, dapat menghantarkan arus listrik. Ketika air menyentuh elektroda sensor, arus kecil akan mengalir di antara terminal sensor. Arus ini kemudian menghasilkan tegangan keluaran yang dapat diolah untuk menentukan posisi ketinggian air.

    Water sensor atau sensor air adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi keberadaan air melalui perubahan nilai konduktivitas (daya hantar listrik) pada permukaannya. Sensor ini bekerja berdasarkan sifat dasar air yang dapat menghantarkan arus listrik, terutama jika mengandung mineral atau garam.Water sensor atau sensor air adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi keberadaan air melalui perubahan nilai konduktivitas (daya hantar listrik) pada permukaannya. Sensor ini bekerja berdasarkan sifat dasar air yang dapat menghantarkan arus listrik, terutama jika mengandung mineral atau garam.

    Dalam sistem kontrol tangki air, sensor ini biasanya memiliki beberapa titik deteksi (low, medium, dan high).

• Titik low mendeteksi jika air sudah berada di batas bawah, menandakan pompa harus dinyalakan.
• Titik high mendeteksi jika air sudah mencapai batas atas, menandakan pompa harus dimatikan.
• Tegangan dari masing-masing titik sensor dibandingkan dengan nilai referensi oleh op-amp. Ketika perbandingan menunjukkan bahwa air telah mencapai batas tertentu, op-amp akan mengaktifkan atau menonaktifkan 

Spesifikasi Sensor Water Level

• Tegangan kerja 3,3–5 V DC.
• Arus kerja sekitar 10–20 mA.
• Keluaran berupa sinyal analog atau digital.
• Rentang deteksi 0–40 mm atau lebih tergantung tipe.
• Bahan tahan air dan korosi.
• Suhu kerja 0–80°C.
• Akurasi ±2–5 mm.
• Memiliki tiga pin: VCC, GND, dan OUT.
• Dapat digunakan dengan mikrokontroler seperti Arduino atau PLC.

Karakteristik Sensor Water Level

• Mendeteksi dan mengukur ketinggian air dalam wadah atau tangki.
• Bekerja berdasarkan perubahan konduktivitas, tekanan, atau jarak permukaan air.
• Memiliki beberapa jenis seperti pelampung, ultrasonik, kapasitif, dan konduktif.
• Menghasilkan sinyal analog atau digital untuk sistem kontrol.
• Memiliki akurasi dan sensitivitas tinggi terhadap perubahan level air.
• Terbuat dari bahan tahan air dan korosi.
• Digunakan pada sistem otomatis seperti tangki air, inkubator, dan irigasi.

B. Rain Sensor

    Rain Sensor (Sensor Hujan) adalah perangkat elektronik yang berfungsi utama untuk mendeteksi adanya tetesan air hujan atau air yang mengenai permukaannya. Setelah mendeteksi, ia akan mengirimkan sinyal listrik ke mikrokontroler untuk memicu suatu tindakan

 B. Transistor BC547

    Transistor adalah sebuah komponen di dalam elektronika yang diciptakan dari bahan-bahan semikonduktor dan memiliki tiga buah kaki. Masing-masing kaki disebut sebagai basis, kolektor, dan emitor.

1. Emitor (E) memiliki fungsi untuk menghasilkan elektron atau muatan negatif.
2. Kolektor (C) berperan sebagai saluran bagi muatan negatif untuk keluar dari dalam transistor.
3. Basis (B) berguna untuk mengatur arah gerak muatan negatif yang keluar dari transistor melalui kolektor.

Transistor Bipolar terdiri dari dua jenis yaitu Transistor NPN dan Transistor PNP. 

1. Transistor NPN adalah transistor bipolar yang menggunakan arus listrik kecil dan tegangan positif pada terminal Basis untuk mengendalikan aliran arus dan tegangan yang lebih besar dari Kolektor ke Emitor.
2. Transistor PNP adalah transistor bipolar yang menggunakan arus listrik kecil dan tegangan negatif pada terminal Basis untuk mengendalikan aliran arus dan tegangan yang lebih besar dari Emitor ke Kolektor.

Rumus :

Konfigurasi transistor bipolar :

Cara mengukur transistor bipolar

Karakteristik input

    Transistor adalah komponen aktif yang menggunakan aliran electron sebagai prinsip kerjanya didalam bahan. Sebuah transistor memiliki tiga daerah doped yaitu daerah emitter, daerah basis dan daerah disebut kolektor. Transistor ada dua jenis yaitu NPN dan PNP. Transistor memiliki dua sambungan: satu antara emitter dan basis, dan yang lain antara kolektor dan basis. Karena itu, sebuah transistor seperti dua buah dioda yang saling bertolak belakang yaitu dioda emitter-basis, atau disingkat dengan emitter dioda dan dioda kolektor-basis, atau disingkat dengan dioda kolektor.

Bagian emitter-basis dari transistor merupakan dioda, maka apabila dioda emitter-basis dibias maju maka kita mengharapkan akan melihat grafik arus terhadap tegangan dioda biasa. Saat tegangan dioda emitter-basis lebih kecil dari potensial barriernya, maka arus basis (Ib) akan kecil. Ketika tegangan dioda melebihi potensial barriernya, arus basis (Ib) akan naik secara cepat.

Karakteristik output

    Sebuah transistor memiliki empat daerah operasi yang berbeda yaitu daerah aktif, daerah saturasi, daerah cutoff, dan daerah breakdown. Jika transistor digunakan sebagai penguat, transistor bekerja pada daerah aktif. Jika transistor digunakan pada rangkaian digital, transistor biasanya beroperasi pada daerah saturasi dan cutoff. Daerah breakdown biasanya dihindari karena resiko transistor menjadi hancur terlalu besar.

Gelombang I/O Transistor

 C. OP-AMP

    Penguat operasional atau yang dikenal sebagai Op-Amp merupakan suatu rangkaian terintegrasi atau IC yang memiliki fungsi sebagai penguat sinyal, dengan beberapa konfigurasi. Secara ideal Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang tak berhingga serta impedansi keluaran sama dengan nol. Dalam prakteknya, Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang besar serta impedansi keluaran yang kecil.

Op-Amp memiliki beberapa karakteristik, di antaranya:

a. Penguat tegangan tak berhingga (AV = ∼)

b. Impedansi input tak berhingga (rin = ∼)

c. Impedansi output nol (ro = 0) d. Bandwidth tak berhingga (BW = ∼)

d. Tegangan offset nol pada tegangan input (Eo = 0 untuk Ein = 0)

Rangkaian dasar Op-Amp

1. Detektor Non-Inverting

    Detektor non-inverting adalah rangkaian penguat operasional (op-amp) yang digunakan untuk mendeteksi dan memperkuat sinyal input tanpa membalik fasa sinyal tersebut. Artinya, polaritas sinyal keluaran tetap sama dengan sinyal masukan, tidak mengalami pembalikan seperti pada konfigurasi inverting.

    Dalam konfigurasi ini, sinyal masukan diberikan ke terminal non-inverting (+) op-amp, sedangkan terminal inverting (–) digunakan sebagai umpan balik (feedback). Rangkaian ini mampu memperkuat sinyal kecil menjadi lebih besar dengan gain positif, sehingga sering digunakan pada sensor, detektor sinyal, dan sistem penguat otomatis.

Gelombang Input dan Output

Fungsi Detektor Non Inverting

   

    Detektor non-inverting berfungsi untuk memperkuat sinyal input tanpa mengubah polaritas atau fasa sinyal tersebut. Rangkaian ini digunakan untuk mendeteksi perubahan tegangan dari sensor atau sumber sinyal lain dengan cepat dan akurat. Karena memiliki impedansi input yang tinggi dan output yang searah dengan input, detektor non-inverting mampu menjaga kestabilan serta keaslian bentuk sinyal. Komponen ini banyak diterapkan dalam sistem sensor dan kontrol otomatis sebagai penguat deteksi yang mengaktifkan aktuator berdasarkan perubahan sinyal masukan.

Prinsip Kerja

    Prinsip kerja detektor non-inverting adalah ketika sinyal input diberikan ke terminal non-inverting (+) pada op-amp, tegangan output akan mengikuti perubahan sinyal input tanpa membalik polaritasnya. Jika tegangan input melebihi tegangan referensi pada terminal inverting (–), maka output akan berubah ke tegangan maksimum positif, dan sebaliknya jika lebih rendah, output menjadi tegangan minimum (negatif). Proses ini memungkinkan detektor mengenali dan memperkuat perubahan sinyal input dengan cepat tanpa pembalikan fasa, sehingga sering digunakan dalam sistem pendeteksi level atau pembanding tegangan.

Kurva Karakteristik I/O

2. Detektor Inverting

    Detektor inverting adalah rangkaian elektronika yang menggunakan konfigurasi op-amp dengan sinyal input dimasukkan ke terminal inverting (–), sedangkan terminal non-inverting (+) dihubungkan ke tegangan referensi. Rangkaian ini berfungsi untuk mendeteksi perubahan sinyal masukan dengan menghasilkan keluaran yang berlawanan fasa (terbalik polaritasnya) terhadap sinyal input. Artinya, ketika tegangan input meningkat, output justru menurun, dan sebaliknya. Detektor inverting banyak digunakan dalam sistem kontrol dan penguat sinyal untuk menghasilkan respon kebalikan dari sinyal masukan.

Prinsip Kerja:

    Prinsip kerja detektor inverting yaitu ketika sinyal input diberikan pada terminal inverting (–) op-amp, maka output akan berubah dengan polaritas berlawanan terhadap sinyal masukan. Jika tegangan input lebih besar dari tegangan referensi pada terminal non-inverting (+), output akan menjadi negatif (−V_sat), sedangkan jika tegangan input lebih kecil, output berubah menjadi positif (+V_sat). Dengan demikian, detektor inverting bekerja dengan membalik fasa sinyal masukan dan menghasilkan keluaran yang menunjukkan kondisi perbandingan antara tegangan input dan referensi.

Bentuk Gelombang Input/Output

Karakteristik I/O