TEKNIK DIGITAL IDosen : Umi Rochayati, MTMakalah disusun guna memenuhi salah satu tugas mata kuliah Teknik Digital I

WATER LEVEL CONTROL ( WLC )

Kelompok :1. Muhammad Kholil 125022410032. Joko Sulistyo12502241007

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRONIKA S-1JURUSAN ELEKTRONIKA - FALKUTAS TEKNIKUNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA2013

BAB I PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG Pada jaman sekarang ini, teknologi berkembang sangat pesat. Bermacam macam alat dihasilkan Sekarang, hampir semua peralatan yang bekerja dengan tegangan listrik sudah menggunakan rangkaian digital. Saat ini rangkaian elektronika digital sudah bukan barang asing lagi. Rangkaian digital sudah ada di mana-mana dan bersinergi dengan rangkaian elektronika analog untuk membentuk rangkaian-rangkaian elektronika yang lebih cermat, cepat, dan tepat sasaran. Sebenarnya, sebuah rangkaian digital tidak harus selalu berupa rangkaian rumit dengan banyak komponen kecil seperti yang kita lihat di dalam komputer, handphone, ataupun kalkulator. Sebuah rangkaian dengan kerja sederhana yang menerapkan prinsip-prinsip digital, juga merupakan sebuah rangkaian digital. Contoh rangkaian digital sederhana adalah rangkaian pengaman yang ditambahkan pada rangkaian kunci kontak sepeda motor atau mobil. Pada rangkaian pengaman terdapat kontak (berupa relay atau transistor) yang aktivitasnya dikontrol oleh pemilik sepeda motor. Kontak pengaman ini harus dihubungkan seri dengan rangkaian kunci kontak. Akibatnya, walau kunci kontak terhubung, sepeda motor tidak dapat distarter jika kontak pengaman ini masih terbuka. Cara ini cukup manjur untuk menghindari pencurian sepeda motor. Gerbang (gate) dalam rangkaian logika merupakan fungsi yang menggambarkan hubungan antara masukan dan keluaran. Untuk menyatakan gerbang-gerbang tersebut biasanya digunakan simbol-simbol tertentu. Ada beberapa standar penggambaran simbol. Salah satu standar simbol yang populer adalah MIL-STD-806B yang dikeluarkan oleh Departemen Pertahanan Amerika Serikat untuk keperluan umum pada bulan Februari 1962. Untuk menunjukkan prinsip kerja tiap gerbang (atau rangkaian logika yang lebih kompleks) dapat digunakan beberapa cara. Cara yang umum dipakai antara lain adalah tabel kebenaran (truth table) dan diagram waktu (timing diagram). Karena merupakan rangkaian digital, tentu saja level kondisi 2 yang ada dalam tabel atau diagram waktu hanya dua macam, yaitu logika 0 (low, atau hight) dan logika 1 (atau False, atau true). Kondisi lain yang mungkin ada adalah kondisi X (level bebas, bisa logika 1 atau 0), dan kondisi high impedance (impedansi tinggi). Kondisi X biasanya ada di masukan gerbang dan menyatakan bahwa apa pun logika masukannya (logika 0 atau 1) tidak akan mempengaruhi logika keluaran yang dihasilkan. (Hodges D. , Jacson, Nasution S). Kondisi impedansi tinggi pada suatu titik (point) menunjukkan titik yang bersangkutan diisolasi dari rangkaian lain, sehingga tidak ada logika yang akan mempengaruhi titik tersebut gerbang dan rangkaian logika juga dapat diimplementasikan dalam bentuk rangkaian dioda, transistor, ataupun rangkaian terpadu yang disebut integrated circuit (IC). Dengan semakin majunya teknologi pembuatan komponen mikro-elektronika, perkembangan komponen IC untuk rangkaian digital menjadi pesat. IC logika jenis TTL (Transistor- Transistor Logic) dan CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) cukup populer di kalangan masyarakat penggemar elektronika. Walaupun sudah mulai berkurang, jenis IC tersebut masih banyak digunakan hingga saat ini.Dalam mengimplementasikan rangkaian digital, kita juga dapat mengunakan Electronics Workbench (EWB) maupaun PROTEUS diteliti untuk diaplikasikan sebagai program simulasi bagi alat-alat elektronik yang dirancang. Dalam hal ini diteliti mengenai seberapa akurat respons yang diperoleh dari simulasi EWB maupun PROTEUS jika dibandingkan dengan respons dari beberapa alat elektronik real dan juga seberapa banyak jenis alat elektronik yang dapat disimulasikan atau seberapa banyak jenis komponen atau rangkaian terintegrasi yang terdapat dalam EWB maupun PROTEUS. Aplikasi EWB dan PROTEUS ini diharapkan dapat menjembatani kesenjangan antara teori dan praktek seperti disebut di atas. Biasanya pada suatu karya tulis ilmiah mengenai perancangan dan penganalisaan suatu alat elektronik hanyalah didasarkan pada studi literatur dan tidak melalui suatu pembuktian praktis. Pembuktian dengan komponen-komponen dan rangkaian-rangkaian terintegrasi fisik selain membutuhkan biaya pengadaan yang tinggi (untuk jenis dan jumlah besar), juga sering terjadi kerusakan pada komponen-komponen fisik tersebut. Penggunaan EWB dan PROTEUS dapat mengatasi kelemahan-kelemahan perangkat keras di atas dan membangkitkan kepercayaan diri para mahasiswa bahwa alat elektronik yang dirancang dapat bekerja seperti yang dikehendaki.Penelitian ini dibatasi dengan menguji coba alat Elektronika berbasis Digital, yang dirancang dan dianalisa oleh mahasiswa Jurusan Teknik Elektronika untuk mata kuliah Teknik Digital I. Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki keakuratan respons yang diperoleh dari simulasi EWB maupun PROTEUS jika dibandingkan dengan respons secara fisik dan teoritis dari alat elektronik yang dipilih, yakni suatu alat elektronik yang berbasis digital dan berapa banyak jenis komponen atau rangkaian terintegrasi yang terdapat dalam PROTEUS maupun EWB Transmitter vibrasi adalah alat yang dapat mengukur level dan komponen frekuensi dari vibrasi mesin secara elektronik serta dapat mengirimkan data-data itu ke ruang pemantauan sejauh 100 m dari alat tersebut. Transmitter vibrasi ini menggunakan suatu transduser vibrasi yang disebut akselerometer piezoelektrik / AP (piezoelectric accelerometer) dan terdiri dari penguat depan muatan, penguat instrumentasi, penguat tegangan tak membalik dua tingkat, filter lolos bawah, filter lolos pita, dan pengubah tegangan ke arus. Dengan software tersebut, kita dapat merancang dan menyimulasi rangkaian di komputer PC, Perancangan rangkaian dapat kita lakukan dengan cara skematis, yang menggunakan simbol-simbol layaknya menggambar rangkaian digital di kertas. Atau dengan bahasa VHDL (Visual Hardware Description Language) dan Verilog yang lebih sulit.. (Boylestad, Robert dan Louis Nashelsky)

B. RUMUSAN MASALAH 1. Bagaimanakah mahasiswa dapat merancang suatu peralatan elektronik yang berbasis digital yang dapat berguna dan membantu dalam kehidupan sehari hari ?2. Bagaimanakah mahasiswa dapat mensimulasikan rangkaian atau alat elektronika berbasis digital yang akan dibuat dalam simulasi software PC maupun dalam bentuk nyata atau jadi ?3. Bagaimanakah mahsiswa dapat menganalisa prinsip kerja dari alat elektronika berbasis digital yang dibuat ?4. Kesimpulan dan manfaat apa yang dapat diambil oleh mahasiswa apabila rangkaian yang dibuat telah disimulasikan dan dapat berjalan ?

C. TUJUAN a. Mahasiswa diharapkan dapat merancang dan membuat suatu peralatan elektronik yang berbasis digital yang dapat berguna dan bermanfaat bagi kehidupan sehari hari.b. Mahasiswa diharapkan dapat mensimulasikan alat elektronika yang berbasis digital didalam bentuk software PC maupun dalam bentuk nyata atau jadic. Mahasiswa diharapkan dapat menganalisa prinsip dasar atau cara kerja dari alat elektronika berbasis digital yang dibuat sehingga nantinya dapat tepat guna dalam kehidupan nyata.d. Mahasiswa diharapakan dapat mengambil kesimpulan dan mafaat dari alat elektronika berbasis digital yang dibuat.

D. Dasar TeoriRangkaian Water Lever Control atau yang sering disingkat dengan WLC atau rangkaian kontrol level air merupakan salah satu aplikasi dari rangkaian konvensional dalam bidang tenaga listrik yang diaplikasikan pada motor listrik khususnya motor induksi untuk pompa air. Fungsi dari rangkaian ini adalah mengontrol level air dalam sebuah tangki penampungan sehingga dengan bantuan alat ini kita tidak perlu sibuk untuk menyalakan atau mematikan pompa air pada saat penampungan penuh ataupun kosong. Mungkin kalau hanya untuk keperluan rumah tangga skala kecil, rangkaian level air ini tidak terlalu berguna. Tetapi jika untuk keperluan yang lebih besar seperti industri rumah tangga dan pabrik-pabrik skala besar maka alat ini akan menjamin ketersediaan air kapanpun dibutuhkan. Dengan menerapkan teknologi digital kita dapat mengontrol level air dalam tangki penampungan tanpa harus menggunakan pelampung. Rangkaian digital dasar yang kita gunakan adalah RS Flip-Flop dan mengunakan kawat sebagai detektor untuk mendeteksi ketinggian air tersebut. Alat dan bahan yang kita gunakan sangat sederhana yakni sebagai berikut:a. IC 7400 (Quad 2-Input NAND Gate) IC ini merupakan jenis tipe TTL (Transistor Transisitor Logic) dengan tegangan sumber DC adalah 0 -5 volt ( 5%). Di dalam IC ini berisi 4 buah NAND Gate yang masing-masing gatenya memiliki 2 buah Input dan 1 buah Output seperti pada gambar dibawah ini. NAND Gate sesungguhnya adalah kombinasi operasi-operasi dasar AND dan NOT. Operasi dari gerbang NAND ekivalen dengan gerbang AND yang diikuti oleh suatu inverter. Sehingga persamaan NAND adalah x = ( A.B ) . Sehingga akan memliliki karakteristik output NAND akan rendah apabila semua inputnya tinggi.

a. Gambar Simbol b. Tabel Kebenaran

RS FLIP-FLOPRS Flip-Flop merupakan dasar dari semua Flip-Flop. Rangkaian dasar Flip-Flop dapat disusun dari dua buah NAND gate. Apabila disusun dari NAND gate, disebut dengan NAND gate latch atau RS Flip-Flop. Dua buah NAND gate disilangkan antara output NAND gate-1 dihubungkan dengan salah satu input NAND gate-2, dan sebaliknya. Output gate RS Flip-Flop diberi nama Q dan Q. Pada kondisi normal kedua output tersebut saling berlawanan. Input RS Flip-Flop diberi nama SET dan RESET. Berikut gambar dibawah ini gambar dan tabel kebenarannya.

a. Gambar RS Flip-Flop b. Tabel kebenaranb. Transistor BD 743 (tipe NPN)Di dalam rangkaian ini transistor hanya akan berfungsi sebagai suatu saklar elektronik yang bekerja secara otomatis. Bila ada arus basis IB yang mengalir maka dianggap Transistor dalam keadaan ON karena arus IC menjadi naik dan tegangan Vce menjadi kecil keadaan ini dinamakan kondisi Saturasi. Sedangkan jika tidak ada arus IB maka Transistor dianggap OFF karena arus IC sangat kecil maka tegangan pada Vce menjadi besar atau Vcc = Vce keadaan ini dinamakan kondisi Cutt Off. Berdasarkan sifat tersebut dapat kita manfaatkan sebagai pengganti inverter atau NOT Gate. a. Simbol b. Bentuk fisik Gambar a : Kondisi Saturasi Gambar b : Kondisi Cutt Offc. ResistorResisitor atau tahanan adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengatur dan membatasi kuat arus listrik yang mengalir pada suatu rangkaian. Pada rangkaian ini Resisitor digunakan untuk mengatur besarnya tegangan Basis dan Collector pada Transisitor agar Transisitor dapat bekerja semestinya. a. Simbol b. Bentuk fisik

d. RelayRelay merupakan suatu sensor magnetik yang akian terpengaruh terhadap medan magnet dan akan memberikan perubahan kondisi pada keluaran seperti layaknya saklar 2 posisi (ON/OFF) yang digerakkan oleh adanya medan magnet disekitarnya. Biasanya relay dikemas dalam bentuk kemasan yang bebas debu, kelembapan dan uap. a. Simbol b. Bentuk fisike. Kawat PenghubungKawat yang digunakan bisa dari tembaga yang nantinya digunakan sebagai detektor ketinggian air pada beberapa titik

E. ALAT DAN BAHAN : Alat dan bahan yang diperlukan antara lain adalah sebagai berikut :1. PC atau Laptop 2. Software Electronic Workbench / PROTEUS3. IC 7400 (Quad 2-Input NAND Gate)4. Transistor BD 743 (tipe NPN) 5. Resistor ( 82 K ohm, 4K7 ohm )6. Relay 7. Kawat penghubung

14

F. G. GAMBAR RANGKAIAN

Gambar a : Rangakaian WLC dengan IC Digital

Gambar b : Pemasangan kawat sebagai sensor di dalam tangki air

BAB IIPEMBAHASAN.

A. Prinsip Kerja RangkaianKawat penghantar C dihubungkan langsung ke Vcc 5 volt hal ini bertujuan sebagai pembangkit arus Basis pada Transistor apabila nanti kawat A dan kawat B menyentuh air. Saat titik A = B = 0 (belum terisi air) Saat ini kawat penghantar A dan B tidak mendeteksi adanya arus listrik yang mengalir sehingga IB pada Transisitor Q1 dan Q2 tidak ada. Transistor Q1 dan Q2 dianggap OFF. Titik X3 mendeteksi logika 1 karena tegangan Vce Transistor Q1= Vcc Tegangan Vce Transistor Q2 = Vcc sehingga ada arus basis IB pada Transisitor Q3 maka Transistor Q3 dianggap ON. Titik X1 mendeteksi logika 0. RS Flip-Flop pun menghasilkan output Q berlogika 0 dan output Q berlogika 1. Output Q memberikan arus basis IB pada Transisitor Q4 maka Transistor menjadi ON sehingga Relay pun ikut ON menyebabkan Motor AC juga menjadi aktif. Pompa air kemudian mengalirkan air ke dalam tangki air. Saat titik A = 0 (belum terisi air) dan titik B = 1 (terisi air)Air pun terus mengisi tangki sampai suatu keadaan titik B menyentuh air, timbulah arus Basis IB Transistor Q2 sehingga Transistor dianggap ON. Titik X1 mendeteksi logika 0 karena IB pada Transisitor Q3 tidak ada menyebabkan Transistor Q3 berada pada kondisi OFF. Titik X2 mendeteksi logika 1 karena tegangan Vce pada Transistor Q3 = Vcc. Titik A masih belum tersentuh air sehingga logika pada titik X3 tetap sama dengan 0. Sehingga Input S = R = 1 maka Flip-Flop bersifat memory, RS Flip-Flop pun menghasilkan output Q berlogika 0 dan output Q berlogika 1 sama dengan logika sebelumnya, Output Q memberikan arus basis IB pada Transisitor Q4 maka Transistor tetap ON sehingga Relay pun tetap ON menyebabkan Motor AC juga tetap aktif. Pompa air terus mengalirkan air ke dalam tangki air. Saat titik A = B = 1 (semua terisi air)Beberapa saat kemudian air pun terus mengisi tangki sampai titik A menyentuh air. Muncullah arus Basis IB Transistor Q1 sehingga Transistor dianggap ON. Titik X3 mendeteksi logika 0 karena Vce Transisitor Q1= 0 volt. Titik B masih terendam air sehingga Transistor Q2 tetap dalam kondisi ON. Titik X1 masih mendeteksi logika 0 karena IB pada Transisitor Q3 tidak ada, menyebabkan Transistor Q3 berada pada kondisi OFF. Titik X2 mendeteksi logika 1 karena tegangan Vce pada Transistor Q3 = Vcc. RS Flip-Flop pun menghasilkan output Q berlogika 1 dan output Q berlogika 0. Output Q tidak menyuplai arus basis IB pada Transisitor Q4 maka Transistor menjadi OFF sehingga Relay pun ikut OFF menyebabkan Motor AC juga menjadi non-aktif. Pompa air kemudian berhenti mengalirkan air ke dalam tangki air. Saat titik A = 0 (air berkurang) dan titik B = 1 (masih terendam air)Setelah pemakaian beberapa waktu, air pun terus berkurang sampai suatu keadaan titik A tidak terendam air lagi sehingga Transistor Q1 berada pada kondisi OFF maka logika pada titik X3 sama dengan 1 karena tegangan Vce = Vcc. Karena titik B masih terendam air, titik X1 tetap mendeteksi logika 0. Arus IB pada Transisitor Q3 tidak ada menyebabkan Transistor Q3 tetap berada pada kondisi OFF. Titik X2 mendeteksi logika 1 karena tegangan Vce pada Transistor Q3 = Vcc. Karena Input S = R = 1 maka Flip-Flop bersifat memory, RS Flip-Flop pun menghasilkan output Q berlogika 1 dan output Q berlogika 0 sama dengan logika sebelumnya, Output Q masih tidak menyuplai arus basis IB pada Transisitor Q4 maka Transistor tetap OFF sehingga Relay pun tetap OFF menyebabkan Motor AC juga tetap non-aktif. Pompa air masih berhenti mengalirkan air ke dalam tangki air.

Saat titik A = B = 0 (air pada tangki berkurang banyak)Saat ini kawat penghantar A dan B kembali tidak mendeteksi adanya arus listrik yang mengalir sehingga IB pada Transisitor Q1 dan Q2 tidak ada. Transistor Q1 dan Q2 dianggap OFF. Titik X3 mendeteksi logika 1 karena tegangan Vce Transistor Q1= Vcc. Tegangan Vce Transistor Q2 = Vcc sehingga ada arus basis IB pada Transisitor Q3 maka Transistor Q3 kondisi ON. Titik X2 mendeteksi logika 0. RS Flip-Flop pun menghasilkan output Q berlogika 0 dan output Q berlogika 1. Output Q memberikan arus basis IB pada Transisitor Q4 maka Transistor menjadi ON kembali sehingga Relay pun ikut ON menyebabkan Motor AC juga menjadi aktif. Pompa air kemudian mengalirkan air ke dalam tangki air. Siklus ini terus berlanjut dari awal sampai akhirB. Tabel KebenaranINPUTTITIKOUTPUTMOTOR

ABX1X2 (R)X3 (S)QQ'

0010101ON

0101101ON

1101010OFF

0101110OFF

0010101ON

Berikut ini juga dicantumkan tabel kebenaran dari rangkaian tersebut agar mempermudah pemahaman pada prinsip kerja rangkaian.

BAB IIIPENUTUP

A. KESIMPULAN 1. Software Electronic Workbench / PROTEUS adalah sebuah software yang dapat membantu kita untuk mensimulasikan rangkaian yang akan kita buat apakah sudah berjalan seperti yang kita inginkan atau belum.2. Air memiliki resistansi sekian Ohm, namun resistansi tersebut tidak terlalu besar sehingga cukup untuk dapat mengalirkan arus listrik dengan arus yang kecil. Dengan memanfaatkan air dan sebuah kawat penghantar dapat kita buat suatu sensor untuk nantinya sebagai detektor input A dan input B membangkitkan arus basis IB pada Transistor.3. Dengan menerapkan teknologi digital pada kehidupan sehari-hari dalam hal ini memanfaatkan prinsip kerja RS Flip-Flop sebagai WLC akan memudahkan kita dalam penyediaan kebutuhan air secara otomatis.4. Teknologi digital dapat menggantikan rangkaian yang bersifat Analog dalam WLC yang awalnya memakai pelampung yang berfungsi untuk mematikan dan memutuskan saklar dapat kita gantikan dengan sebuah IC digital, Transistor, dan Relay tanpa merubah prinsip kerjanya.

DAFTAR PUSTAKA

1. Rochmawati, dkk. 2008. Modul Trainer Teknik Digital, Yogyakarta :-.2. Sutrisno (1987). Elektronika Teori Dasar dan Penerapannya. Jilid 1, Bandung : Penerbit ITB3. E-book : Bahan Ajar Elektronika Dasar disusun Ahmad Fali Oklillas , 2007, Palembang.4. http: // www.datasheetcatalog.com. 5. http://www.id.wikipedia.org6. http://www.tpub.com/content/7. http://www.electroniclab.com/