PENGUAT OP-AMP SEBAGAI PENGONTROL SUHU

 

Nama : No : Kelas  :

PENGUAT OPERASIONAL SEBAGAI PENGONTROL SUHU

Mata pelajaran: Labsheet:1 Tanggal :

A. Tujuan Pembelajaran

1. Setelah selesai proses pembelajaran, Peserta didik dapat Mejabarkan sensor suhu LM35.
2. Setelah selesai proses pembelajaran, Peserta didik dapat Memilih komponen-komponen operational amplifier (op-amp) sebagai pengontrol suhu.
3. Setelah selesai proses pembelajaran, Peserta didik dapat Merancang rangkaian pengontrol suhu menggunakan penguat operasional (operational amplifier).

 
B. Uraian Materi

Rangkaian penguat non-inverting adalah rangkaian elektronika yang berfungsi untuk memperkuat sinyal masukan sehingga sinyal keluaran menjadi lebih besar dari sinyal masukan. Rangkaian penguat non-inverting menggunakan IC yang sering dipakai dan mudah dicari yaitu IC Op- Amp LM741. Keluaran sensor dan tranduser pada umumnya mempunyai tegangan yang sangat kecil hingga mikro volt, sehingga diperlukan penguat dengan impedansi masukan rendah. Rangkaian penguat non-inverting merupakan rangkaian penguat pembalik dengan impedansi masukan sangat rendah. Rangkaian penguat non-inverting akan menerima arus atau tegangan dari tranduser sangat kecil dan akan membangkitkan arus atau tegangan yang lebih besar. Rangkaian dasar penguat non-inverting adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar 1, dimana sinyal masukannya dibuat melalui input inverting. Rangkaian ini adalah pengubah dari arus menjadi tegangan dan digerakkan oleh sumber tegangan dan bukan sumber arus.

 
Gambar 1. Rangkaian Dasar Penguat non-Inverting
 
Untuk menghitung nilai penguatan penguat non-inverting dapat dilakukan sebagai berikut:

Rumus penguatan penguat non-pembalik adalah sebagai berikut:

atau dengan kata lain:

Dengan demikian, penguat non-pembalik memiliki penguatan minimum bernilai 1.
 
1. IC Op-Amp

    Penguat operasional (Op-Amp) adalah suatu blok penguat yang mempunyai dua masukan dan satu keluaran. Penguat operasional (Op-Amp) dikemas dalam suatu rangkaian terpadu (Integrated Circuit-IC). Salah satu tipe operasional amplifier (Op-Amp) yang popular adalah LM741. IC LM741 merupakan operasional amplifier yang dikemas dalam bentuk Dual in-Line Package (DIP). Kemasan IC jenis DIP memiliki tanda bulatan atau strip pada salah satu  sudutnya untuk  menandai  arah  pin  atau kaki  nomor  1  dari  IC tersebut. Penomoran IC dalam kemasan DIP adalah berlawanan arah jarum jam dimulai dari pin yang terletak paling dekat dengan tanda bulat atau strip pada kemasan DIP tersebut. IC LM741 memiliki kemasan DIP 8 pin seperti terlihat pada gambar berikut ini.

Gambar 2. Konfigurasi pin IC Op-Amp 741
 
    Pada IC Op-Amp 741 terdapat dua pin input, dua pin power supply, satu pin output, satu pin NC (No Connection), dan dua pin offset null. Pin offset null memungkinkan untuk melakukan sedikit pengaturan terhadap arus internal di dalam IC untuk memaksa tegangan output menjadi nol ketika kedua input bernilai nol.
2.      Sensor suhu LM35
Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor Suhu LM35 merupakan komponen elektronika berbentuk integrated circuit (IC) dengan 3 pin yang diproduksi olehNational Semiconductor.
a.      Struktur dan Bentuk LM35
Macam-macam struktur dan bentuk sensor suhu LM35 ditunjukan seperti pada gambar berikut ini.
 

Gambar 3. Macam-macam bentuk dan struktur LM35
 

    Sensor suhu LM35 yang mempunyai 3 pin seperti LM35-DZ, LM35-DH dan LM35-DP setiap pin mempunyai fungsi masing-masing diantaranya, pin 1 berfungsi sebagai sumber tegangan kerja dari LM35, pin 2 atau kaki tengah digunakan sebagai tegangan keluaran atau Vout dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampai dengan 1,5 Volt dengan tegangan operasi sensor LM35 yang dapat digunakan antara 4 Volt sampai 30 Volt. Sedangkan pin 3 dihubungkan ke body/masa atau ground. Keluaran sensor LM35 akan naik sebesar 10 mV setiap derajad celcius sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut:

 
VLM35 = 10 mV/ °C
 
b.      Karakteristik LM35

          Karakteristik sensor suhu LM35 antara lain dapat disebutkan sebagai berikut:

• 
  Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.
• Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC seperti terlihat pada gambar 4.
• Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.
• Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.
• Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 μA.
• Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.
• Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.
• Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.

 

Gambar 4. Grafik jenis-jenis karakteristik LM35
 
Sensor suhu LM35 bekerja dengan mengubah besaran suhu menjadi besaran tegangan. Tegangan ideal yang keluar dari LM35 mempunyai perbandingan 100 °C setara dengan 1 volt. Sensor ini mempunyai pemanasan diri (selfheating) kurang dari 0,08 °C, dapat dioperasikan dengan menggunakan power supply tunggal dan dapat dihubungkan antar muka (interface) rangkaian control yang sangat mudah. Self-heating adalah efek pemanasan oleh komponen itu sendiri akibat adanya arus yang bekerja melewatinya.
Sensor suhu LM35 ini tidak memerlukan pengkalibrasian atau penyetelan dari luar karena ketelitiannya sampai lebih kurang seperempat derajat celcius pada temperature ruang. Jangka sensor mulai dari – 55°C sampai dengan 150°C, LM35 penggunaannya sangat mudah, difungsikan sebagai kontrol dari indikator tampilan catu daya terbelah. LM 35 dapat dialiri arus 60 μA dari supplay sehingga panas yang ditimbulkan sendiri sangat rendah kurang dari 0,1 °C di dalam suhu ruangan. Untuk mendeteksi suhu digunakan sebuah sensor suhu LM35 yang dapat dikalibrasikan langsung dalam derajat C (celcius), LM35 ini difungsikan sebagai basic temperature sensor. LM35-DZ adalah komponen sensor suhu berukuran kecil dengan 3 pin seperti transistor. Komponen yang sangat mudah digunakan ini mampu mengukur suhu hingga 100 °C, dengan tegangan keluaran yang terskala linear dengan suhu terukur, yakni 1z0 mV per 1 °C.
 
c.       Prinsip Kerja LM35
Secara prinsip sensor akan melakukan penginderaan pada saat perubahan suhu setiap suhu 1 ºC akan menunjukan tegangan sebesar 10 mV. Pada penempatannya LM35 dapat ditempelkan dengan perekat atau dapat pula disemen pada permukaan akan tetapi suhunya akan sedikit berkurang sekitar 0,01 ºC karena terserap pada suhu permukaan tersebut. Dengan cara seperti ini diharapkan selisih antara suhu udara dan suhu permukaan dapat dideteksi oleh sensor LM35 sama dengan suhu disekitarnya, jika suhu udara disekitarnya jauh lebih tinggi atau jauh lebih rendah dari suhu permukaan, maka LM35 berada pada suhu permukaan dan suhu udara disekitarnya.
Jarak yang jauh diperlukan penghubung yang tidak terpengaruh oleh interferensi dari luar, dengan demikian digunakan kabel selubung yang ditanahkan sehingga dapat bertindak sebagai suatu antenna penerima dan simpangan didalamnya, juga dapat bertindak sebagai perata arus yang mengkoreksi pada kasus yang sedemikian, dengan mengunakan metode bypass kapasitor dari Vin untuk ditanahkan. Maka dapat disimpulkan prinsip kerja sensor LM35 sebagai berikut:

1. Suhu lingkungan di deteksi menggunakan bagian IC yang peka terhadap suhu
2. Suhu lingkungan ini diubah menjadi tegangan listrik oleh rangkaian di dalam IC, dimana perubahan suhu berbanding lurus dengan perubahan tegangan output.
3. Pada seri LM35 Vout = 10 mV/ °C, dalam arti tiap perubahan 1 °C akan menghasilkan perubahan tegangan output sebesar 10 mV.

 
C. Alat dan Bahan

1. Alat dan bahan menggunakan simulasi livewire atau proteus
2. Laptop / computer

 
D. Keselamatan Kerja

1. Jauhkan peralatan yang tidak diperlukan dari meja kerja
2. Dalam menyusun rangkaian, perhatikan letak kaki-kaki komponen.
3. Jagalah kebersihan lingkungan kerja.

 
E.  Tugas

1. Tulislah komponen-komponen yang diperlukan untuk merangkai sistem operasional amplifier sebagai pengontrol suhu.
2. Gambarlah rangkaian operasional amplifier sebagai pegontrol suhu.
3. Jelaskan cara kerja sistem operasional amplifier  sebagai pengontrol suhu yang telah dibuat.

 
F.       Langkah percobaan

1. Buatlah rangkaian gambar 5 dengan menggunakan software simulasi.
   
2. Bacalah tegangan output rangkaian pada Vout lm35 dan Vout operasional amplifier.
   
3. Tuliskan data hasil percobaan pada tabel 1.
   
4. Lakukan dengan cara sama untuk masing-masing suhu diatur sesuai tabel percobaan.
   
5. Setelah selesai mengisi dalam tabel percobaan, buatlah rangkaian hardwarenya.

 
G.     Gambar Rangkaian

Gambar 5. Rangkaian percobaan op amp sebagai pengontrol sensor suhu
 
H.     Tabel Percobaan
1. Rangkaian simulasi

Suhu pada LM35	Vout
	LM35	Op amp
-55
-35
-15
5
25
45
65
85
105
125
145

 
2. Rangkaian Hardware

LED	Vout op amp
Mati
Menyala

 
I.        Sumber Belajar
1.      Herman Dwi Surjono. 2009. Elektronika Lanjut. Jember. Cerdas Ulet Kreatif.
 
J.        kesimpulan

Buatlah kesimpulan setelah selesai melakukan praktik.