LAPORAN PRAKTIKUM ELTER : Sistem Rangkaian Pengendali Panas Pada Pesawat Baby Incubator

Jangan Lupa sertakan Sumber saat Copy Paste, Tinggalkan Komentar untuk Semangat Nge-Blog, kunjungin Blog Pertama KLIK DISINI

HADIYAH WIDAD PITALOKA

( P2.31.38.0.14.013)

LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKA TERAPAN

Sistem Rangkaian Pengendali Panas Pada Pesawat Baby Incubator

Tujuan Praktek

1. Untuk Memahami sifat kerja rangkaian pengendali panas pada pesawat baby incubator   ,dapat merakit dengan benar dan dapat memberikan catu daya dengan benar.
2. Memahami dan mengamati peristiwa yang terjadi pada rangkaian pengendali panas pada pesawat baby incubator.
3. Dapat menganalisa dan membuat kesimpulan dan mampu menceritakan proses kerja.
    
   Blok Diagram
    
   
    
    
    
    
    
   Rangkaian          
    
   
    
   Dasar Teori

Baby Incubator adalah tempat penyimpanan bayi yang baru lahir, Suhu didalam bayi incubator disesuaikan dengan suhu tubuh ibunya yaitu sekitar 36,5-37C, perlengkapan sebuah baby incubator pada umumnya terdiri dari sensor suhu, heater, dan sistem alarm (buzzer). Setting suhu dilakukan dengan menekan tombol pemilihan (keypad) dan ditampilkan pada LCD, sehingga sensor suhu digunakan IC LM35 yang mendeteksi suhu didalam incubator.

TAK SATU pun orangtua yang menginginkan bayinya lahir prematur -lahir pada usia kehamilan kurang dari 37 minggu. Namun bila harus demikian, apa boleh buat! Tentu harus menerima kenyataan dengan berbesar hati.

 

Bayi prematur memang cenderung lebih mudah terserang infeksi dibandingkan bayi cukup bulan karena fungsi organ belum sempurna. Sering kali bayi prematur tetap harus tinggal di rumah sakit walaupun si ibu sudah diperbolehkan pulang. Selama dirawat, bayi mungil tersebut diletakkan ke dalam kotak kaca bernama inkubator. Selama ia berbaring di sana, dokter, suster maupun orangtua harus ekstra sabar dan cermat menangani perkembangan kesehatannya.

InkubatorAman Informasi mengenai efek samping inkubator yang dapat menyebabkan dampak buruk terhadap kesehatan bayi sempat mencuat pemberitaannya beberapa waktu lalu. Tak ayal hal ini membuat resah beberapa orangtua yang bayinya sedang dirawat di inkubator.

 

Padahal, inkubator bagi bayi prematur aman sepanjang dilakukan sesuai dengan standar prosedur penggunaan. Perlu diketahui, setiap bayi prematur yang lahir memiliki kondisi yang berbeda-beda. Ada yang termasuk dalam kondisi "aman" atau menderita penyakit ringan, ada pula bayi prematur yang menderita penyakit berat. Semua ini tergantung dari daya tahan tubuh masing-masing bayi prematur.

Kondisi seperti ini lah yang membuat bayi-bayi tersebut "berjuang" demi mendapatkan perkembangan yang lebih baik. Nah, inkubator berfungsi untuk menjaga agar bayi tetap mendapatkan suhu yang stabil. Kondisi suhu yang sesuai membuat bayi merasa nyaman dan aman.

Tergantung Kondisi Bayi

Lamanya bayi berada di dalam inkubator tergantung kepada kondisi masing-masing bayi. Suhu yang digunakan pun disesuaikan dengan kebutuhan akan kondisi bayi.

 

Setiap bayi baru lahir dilihat dahulu kondisinya lalu dicocokkan dengan tabel yang sudah disediakan, di sana sudah tertera mengenai suhu yang akan dipasang. Ini berlaku padasemuainkubator.

 

Sepanjang dilakukan sesuai dengan standar prosedur penggunaan maka tata laksana inkubator akan berjalan baik. Sayangnya, kebanyakan inkubator yang digunakan di Indonesia teknologinya masih kurang bila dibandingkan dengan inkubator buatan luar negeri seperti Eropa. Harga yang terlalu mahal menjadi alasan utama mengapa kebanyakan rumah sakit menggunakan produksi dalam negeri dan China. Walau begitu, inkubator tersebut tetap bisa digunakan secara optimal.

INKUBATOR yang biasanya digunakan untuk mengasuh bayi prematur, ternyata memiliki efek yang tidak baik bagi kecepatan detak jantung sang buah hati.

 

SENSOR LM35

Sensor suhu LM35 merupakan sensor sederhana yang baru saja saya kenal. Bentuknya semacam transistor dengan tiga kaki dan masing-masing kaki  berfungsi sebagai input dan output. Berdasarkan gambar, dari kiri ke kanan, kaki-kaki tersebut berfungsi sebagai VCC - OUPUT - GND.

 

   

                

Sensor ini bisa mendeteksi suhu 0-100 derajat Celcius dengan karakteristik 10mV pada output mewakili 1 derajat Celcius. Jika tegangan ouput 300mV berarti suhu adalah 30 derajad Celcius, jika tegangan ouput 230mV berarti suhu 23 derajat Celcius.

 

Pada percobaan ini, saya siapkan Multitester digital, Sumber tegangan 5 Vdc, dan sensor suhu LM35. Penggunaan AVO digital di sini untuk lebih mempermudah pembacaan ouput voltase pada sensor. Untuk percobaan, ujung kaki kiri (+5vdc) dihubungkan dengan penjepit plus dengan kabel merah pada power supply, kaki tengah dihubungkan dengan pin plus dengan kabel merah pada AVO meter (ini sebagai output votase pada sensor), kemudian kaki kanan dihubungkan dengan ground, yaitu pin dan jepitan yang berwarna hitam pada AVO dan power supply. Hasilnya seperti gambar berikut:

 

  

Pada gambar diatas output dari sensor adalah 0.26V atau 260mV, artinya suhu adalah 26 derajat Celcius.

 

Op-Amp IC LM741

LM741 adalah salah satu IC (Integrated Circuit) Op-Amp (Operational Amplifier) yang memiliki 8 pin. IC Op-Amp ini terdapat 2 jenis bentuk, yaitu tabung (lingkaran) dan kotak (persegi), tetapi yang umum adalah yang berbentuk persegi. Op-Amp banyak digunakan dalam sistem analog komputer, penguat video/gambar, penguat audio, osilator, detector dan lainnya. LM741 biasanya bekerja pada tegangan positif/negatif 12 volt, dibawah itu IC tidak akan bekerja. Setiap pin/kaki-kaki pada IC LM741 mempunya fungsi yang berbeda-beda, keterangan pin/kaki-kaki LM741 dapat dilihat pada gambar dibawah ini:

 

 

Op-Amp LM741 dapat membuat beberapa fungsi rangkaian seperti gambar berikut.

 

 

Macam-macam rangkaian yang dapat dibentuk LM741

• Detektor Penyilang Nol: mendeteksi tegangan-tegangan di atas nol
• Detektor Taraf Tegangan (positif dan negatif): mendeteksi tegangan-tegangan acuan pada tegangan positif maupun negatif yang sudah kita tentukan.
• Penguat (Buffer): memperkuat amplitudo pada pulsa output nya.
• Penguat 2 Tingkat: seperti rangkaian Buffer, tetapi mengalami 2 kali penguatan. 
• Pembangkit Isyarat: untuk membangkitkan pulsa
• Rangkaian Diverensial: untuk pengukuran pengendalian instrumentasi dan penguat sinyal-sinyal yang sangat lemah.
• Rangkaian Instrumentasi: untuk memperbaiki penguat differensial.

TRANSISTOR SEBAGAI SAKLAR

       

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.

Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal. Tegangan atau arus yang dipasang di satu terminalnya mengatur arus yang lebih besar yang melalui 2 terminal lainnya. Transistor adalah komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil, dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori, dan komponen-komponen lainnya.

 Salah satu fungsi transistor adalah sebagai saklar yaitu bila berada pada dua daerah kerjanya yaitu daerah jenuh (saturasi) dan daerah mati (cut-off). Transistor akan mengalami perubahan kondisi dari menyumbat ke jenuh dan sebaliknya. Transistor dalam keadaan menyumbat dapat dianalogikan sebagai saklar dalam keadaan terbuka, sedangkan dalam keadaan jenuh seperti saklar yang menutup.

 

KAPASITOR

Kapasitor merupakan komponen elektronika yang mampu menyimpan muatan listrik sementara waktu. Kapasitor juga disebut kondensator, dilambangkan dengan huruf C dan memiliki satuan farad (F). Dalam rangkaian elektronik, kapasitor berfungsi sebagai tapis (filter) frekuensi, kopling pada rangkaian power supply, penggeser fasa, pembangkit frekuensi pada rangkaian osilator. Terdapat kapasitor yang memiliki kapasitas tetap yang terbagi menjadi kapasitor non-polaritas dan kapasitor dengan polaritas, kemudian terdapat kapasitor dengan kapasitas yang berubah-ubah.

 

DIODA

Dioda adalah komponen elektronika yang berfungsi menyearahkan baik setengah gelombang atau gelombang penuh dan meneruskan arus atau memblok arus. Untuk mengalirkan arus, diode berbeda dengan resistor biasa, diode hanya akan mengalirkan arus jika tegangan breakdown minimalnya tercapai. Diode terbuat dari semikonduktor p-n, memiliki 2 terminal, anoda (+) dan katoda (-) yang akan mengalirkan arus dari sisi p (anoda) menuju sisi n (katoda), dan akan memblok arus dari arah katoda tidak akan menuju anoda.

 

 

VARIABEL RESISTOR

 

Ada beberapa jenis resistor, salah satunya adalah variabel resistor. Variabel resistor merupakan jenis resistor yang hambatan / resistansinya dapat diubah-ubah tergantung kapasitas dari hambatannya. Terdapat beberapa bentuk atau jenis dari resistor variabel ini seperti potensiometer dan trimpot. Biasanya tujuan dari penggunaan variabel resistor ini sebagai pembagi tegangan yang dapat kita atur perbandingan resistansinya untuk menghasilkan nilai tegangan tertentu, misalnya pengaturan volume amplifier analog dan sebagainya.

 

Rangkaian-Rangkaian Pengendali Panas Pada Pesawat Baby Incubator:

• 
  
  
  Blok Sensor
  Sensor adalah jenis tranduser yang digunakan untuk mengubah besaran mekanis, ,magnetis, panas, sinar, dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. LM35 merupakan sensor suhu yang akurat, dimana tegangan keluarannya berbanding lurus dengan suhu dalam derajat celcius sebesar 10 mv/^oC. Berikut merupakan spesifikasi LM35 :
  Satuan kalibrasi    : ^ocelcius
  Tegangan kerja     : 4 – 30 Vdc
  Range suhu           : -55^oC – 150^oC
  Linearitas               : + 10 mv/^oC
  Akurasi                  : 0,5^oC
  Tegangan output   : -1 Vdc s/d +6 Vdc
  Impedansi output  : 0,1 Ohm pada beban 1 mA
  Low self heating    : 0,08^oC
   
• 
  
  
  Rangkaian Penguat Non Inverting

Dinamakan penguat non-inverting karena masukan dari penguat tersebut adalah masukan non-inverting dari Op Amp. Tidak seperti penguat inverting, sinyal keluaran penguat jenis ini sefasa dengan sinyal masukannya. Seperti pada rangkaian penguat inverting syarat ideal sebuah penguat adalah tegangan masukan sama dengan 0 dan impedansi masukan tak terhingga. sehingga dari rangkaian tersebut dapat diperoleh rumus penguat adalah sebagai berikut :                                    

Rangkaian penguat inverting maupun non-inverting biasanya menggunakan IC Op-Amp 741. Dengan memahami prinsip kerja dari rangkaian ini, maka rangkaian pengembangan dari rangakaian Op-Amp ini seperti rangkaian ADC (Analog to Digital Converter), DAC (Digital to Analog Converter), Summing (penjumlahan) dan yang lainnya juga dapat dipahami.

 

• Rangkaian Komparator

 

Komparator tegangan adalah sebuah rangkaian yang dapat dengan cermat membandingkan besar tegangan yang di hasilkan. Rangkaian ini biasanya menggunakan komparator Op-Amp sebagai piranti utama dalam sebuah rangkaian. Saat ini terdapat dua jenis komparator tegangan, yaitu komparator tegangan sederhana dan komparator tegangan dengan histerisis.

 

Rangkaian Komparator Tegangan Sederhana

Rangkaian komparator ini dapat kita rangkai menggunakan Vref yang di hubungkan ke V Supply, kemudian kedua resistor di gunakan sebagai pembagi tegangan, sehingga nilai tegangan yang di hasilkan dari komparator Op-Amp adalah semakin besar. Komparator Op-Amp akan membandingkan nilai tegangan pada kedua tegangan, apabila sebuah tegangan (-) lebih besar dari tegangan masukan (+) maka keluaran Op-Amp akan menjadi sama v Supply. Untuk Op-Amp yang sesuai dengan pemakaian pada rangkaian Op-Amp untuk komparator biasanya menggunakan op-amp dengan tipe LM339 yang banbyak di pasaran.

 

• Rangkaian Switcing Tegangan AC

 

 

 

 

 

 

1. MOC 3021
    
   

 

Merupakan komponen semikonduktor yang tersusun atas LED infra merah dan sebuah photo triac yang digunakan sebagai pengendali triac. biasanya digunakan sebagai antar muka (interface) antara rangkaian pengendali dengan rangkaian daya (triac) dan juga sebagai pengaman rangkaian kendali, karena antara LED infra merah dan photo triac tidak terhubung secara elektrik, sehingga bila terjadi kerusakan pada rangkaian daya (triac) maka rangkaian pengendali tidak ikut rusak. Hal-hal yang diperlukan dalam menggunakan optoisolator adalah besarnya arus pada diode infra merah untuk membuat photo triac terkunci (latch), juga besarnya arus maksimum yang mampu dilewati photo triac untuk mengalirkan arus gate pada triac daya.

1. TRIAC 600C

Triac merupakan device untuk 2 arah atau bolak-balik (AC). Perhatikan gambar :

 

Triac merupakan komponen semikonduktor yang tersusun atas diode empat lapis berstruktur p-n-p-n dengan tiga p-n junction. Triac memiliki tiga buah elektrode, yaitu : gate, MT1, MT2. Triac biasanya digunakan sebagai pengendali dua arah (bi-directional).  Apabila kita akan menggunakan triac dalam pembuatan perangkat atau sistem kontrol elektronik, ada beberapa hal yang harus diketahui dalam memilih triac sebagai berikut. Hal-Hal Yang Perlu Diperhatikan Dalam Memilih Triac  : tegangan breakover maju dan mundur arus maksimum ( IT maks) arus genggam minimum (Ih min) tegangan dan arus picu gate yang diperlukan kecepatan pensaklaran tegangan maksimum dV/dt tegangan blocking triac (VDRM) Simbol Dan Bentuk Triac Triac akan tersambung (on) ketika  berada di quadran I yaitu saat arus positif kecil  melewati terminal gate ke MT1,dan polaritas MT2 lebih tinggi dari MT1, saat triac terhubung dan rangkaian gate tidak memegang kendali, maka triac tetap tersambung selama polaritas MT2 tetap lebih tinggi dari MT1 dan arus yang mengalir lebih besar dari arus genggamnya (holding current/Ih), dan triac juga akan tersambung saat arus negatif melewati terminal gate ke MT1,dan polaritas MT1 lebih tinggi dari MT2, dan triac akan tetap terhubung walaupun rangkaian gate tidak memegang kendali selama polaritas MT1 lebih tinggi dari MT2. Selain dengan cara memberi pemicuan melalui teminal gate, triac juga dapat dibuat tersambung (on) dengan cara memberikan tegangan yang tinggi  sehingga melampaui tegangan breakover-nya terhadap terminal MT1 dan MT2, namun cara ini tidak diizinkan karena dapat menyebabkan triac akan rusak. Pada saat triac tersambung (on) maka tegangan jatuh maju antara terminal MT1 dan MT2 sangatlah kecil yaitu berkisar antara 0.5 volt sampai dengan 2 volt.

Kurva karakteristik Triac

 

 

Alat dan Bahan

1. Avometer
2. Power Supply
3. Project Board
4. IC LM35
5. IC LM 741                               2 buah
6. Resistor 10k                           
7. Resistor 22k
8. Resistor 1,5k
9. Resistor 1k                              3 buah
10. Dioda   Led                              2 buah
11. Variabel Resistor 500k
12. Transistor 2SD400
13. MOC 3021
14. TRIAC 600C
15. Lampu
16. Kabel Jumper                                     Secukupnya
     
    Prosedur Praktek

1. Siapkan alat dan bahan.
2. Periksa sebelum digunakan, rakit rangkaian pada gambar sesuai dengan urutan percobaan.
3. Siapkan Osciloscope, dan kalibrasi lah.
4. Setting Power supply pada tegangan 12V.
5. Untuk pengamatan dengan osciloscop dari percobaan rangakaian 1 sampai rangkaian ke 3.
6. Buat kesimpulan dan ceritakan proses kerjanya.
                        
    
   Cara Kerja Rangkaian         
    Rangkaian di beri suplay +12 Volt DC dari power supply terhadap grond. Tegangan masuk ke rangkaian blok sensor, pada rangkaian kali ini kita menggunakan sensor LM35 yang sifatnya dimana tegangan keluarannya berbanding lurus dengan suhu dalam derajat celcius sebesar 10 mV/^oC. Itu berarti nilai 10 mV setara dengan 1^oC. Pada LM35 tegangan masuk melalui kaki 1, kaki 3 terhadap ground, dan Vout pada kaki 2. Keluaran dari LM35 masuk menuju kaki 3 pada rangkaian penguat non inverting, tegangan masuk dan diperkuat sesuai dengan yang kita rancang. Dengan menggunakan rumus penguat non inverting yaitu A = Rf / Ri + 1. Pada rangkaian kali ini kita merencanakan penguatan sebesar 9x. Kemudian sinyal masuk menuju rangkaian komparator, outputnya memiliki 2 siklus yaitu siklus positif dan siklus negatif. Pada saat rangkaian komparator dalam keadaan –saturasi maka LED 2 akan bekerja, sebaliknya, jika dalam keadaan +saturasi maka LED 1 yang akan menyala. Pada saat –saturasi arus akan masuk melewati resistor 2 menuju ground. Sedangkan pada saat +saturasi arus akan melewati LED 1 menuju kapasitor 4,7 mF dari situ menuju ke resistor 1 kemudian masuk ke transistor 2SD400. Tegangan ini digunakan untuk mengatur kerja transistor 2SD400 sebagai saklar.
   Ketika Basis mendapat suplay diatas tegangan barier(0,7v) maka transistor On, tapi jika basis mendapat tegangan dibawah 0,7v maka transistor Off. Bila Saklar Off maka terjadi pengisian capasitor, sehingga output dari rangkaian monostabil menjadil low dan bila saklar On maka terjadi proses pengosongan capasitor dan output monostabil akan mendapatkan High (1), output rangkaian monostabil ini akan menjadi sinyal input untuk rangkaian MOC3021, bila input high maka dioda infraret memancar kan infraret kemudian di respon oleh optodioda dan dilanjutkan ke Gate TRIAC maka TRIAC akan bekerja dan lampu/beban akan hidup,  bila input low maka dioda infraret  tidak bekerja dan tidak memancar kan infraret kemudian optodioda tidak bekerja dan Gate TRIAC mendapat Low  maka TRIAC tidal bekerja dan lampu/beban akan Mati.
    
    
    
    
   PERANCANGAN
               Pada praktikum kali ini kita akan membuat 9x penguatan dan setting suhu 30^oC, maka pertama-tama kita tentukan Rf nya :
   Dik :     Ri = 1k
               A = 9x
   Dit :      Rf ........ ?
   Jawab :           A          = x
                           9x        =
                           9 . 1     = Rf + 1
                           Rf        = 9 – 1
                                       = 8k
   Jadi, kita gunakan potensio sebesar 8K, tetapi karena tidak ada maka diganti dengan potensi sebesar 20K.
               Kemudian selanjutnya untuk mensetting suhu sebesar 30^oC kita harus mencari besarnya R2 :
   Setting 30^oC
   1^oC = 10 mV
   Maka :
                           R1 = 10k
                          
                          
                           12 R2 = 27K + 2,7 R2
                           9,3 R2 = 27
                           R2 = 27 / 9,3
                           R2 = 2,9 K
   Jadi kita gunakan potensio sebesar 5K.
                          
    
   Kesimpulan
   Berdasarkan praktikum yang telah di lakukan dapat ditarik kesimpulan bahwa :

• Besarnya  penguatan dapat ditentukan dengan mencari Rf dari rumus A    =  .

• Rangkaian pemanas pada baby incubator memiliki 4rangkaian didalamnya yaitu rangkaian sensor, rangkaian penguat non inverting, rangkaian komparator dan rangkaian switching AC.
• Output dari rangkaian komparator adalah negatif dan positif saturasi, jika negatif saturasi akan diteruskan ke ground, jika positif saturasi akan diteruskan ke rangkaian switching AC.
• Transistor 2SD400 dalam rangkaian pemanas pada pesawat baby incubator berperan sebagai saklar.
• IC MOC 3021 akan memancarkan infrared yang akan di lanjutkan ke gate triac jika mendapatkan input high (1), Lalu triac akan menghidupkan beban atau lampu.
• Yang menyebabkan lampu terang atau redup adalah dari output variable resistor pada rangkaian penguat non inverting dan komparator.