Pelindung Komponen Listrik dan Kipas Otomatis dengan PTC dan
NTC (Thermistor)
1. Tujuan <kembali>
Mengetahui pengertian Sensor Ptc dan Ntc Thermistor
- Mengetahui prinsip kerja Sensor Ptc dan Ntc Thermistor
- Dapat membuat rangkaian sederhana dengan menggunakan Sensor Ptc dan Ntc Thermistor
2. Alat dan Bahan <kembali>
2.1. Alat : <kembali>
1 . Voltmeter DC
Difungsikan guna mengukur besarnya tegangan listrik yang terdapat dalam suatu rangkaian listrik. Dimana, untuk penyusunannya dilakukan secara paralel sesuai pada lokasi komponen yang sedang diukur.
2. Power supply
Power Supply atau dalam bahasa Indonesia disebut dengan Catu Daya adalah suatu alat listrik yang dapat menyediakan energi listrik untuk perangkat listrik ataupun elektronika lainnya.
2.2. Bahan : <kembali>
1. Resistor
Resistor merupakan komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur besarnya arus yang mengalir dalam rangkaian.
Spesifikasi Resistor yang dipakai:
a. Resistor 3k
b. Resistor 10k
c. Resistor 15k
d. Resistor 17,8k
e. Resistor 50k
f. Resistor 1,4k
2. OP AMP
Operational Amplifier atau Op-Amp adalah komponen elektronika yang berfungsi sebagai penguat sinyal input baik DC maupun AC.
3.Transistor(BC547)
Spesifikasi Transistor:
Data Sheet Transistor
Grafik respon
4. Sensor Ptc Thermistor
Digunakan untuk mendeteksi suhu yang memiliki temperature positiv dan nilai resistansinya meningkat seiring dengan pertambahan suhu.
5. Sensor Ntc Thermistor
Spesifikasi :
a. Resistensi pada 25 derajat C: 10K
+ - 1%
b. Nilai-B (konstanta material) =
3950 + - 1%
c. Faktor disipasi (tingkat
kehilangan energi dari mode osilasi) δ th = (di udara) kira-kira
7,5mW / K
d. Konstanta waktu pendinginan
termal <= (di udara) 20 detik
e. Kisaran suhu termistor -55 ° C
hingga 125 ° C
Grafik respon suhu terhadap waktu:
Relay adalah komponen yang berfungsi untuk mengalirkan arus listrik yang besar dengan menggunakan kendali listrik arus kecil. Relay memiliki fungsi sebagai saklar atau elektromagnetik switch yang mana dikendalikan oleh magnet listrik.
7. Motor DC
Digunakan untuk output dari rangkaian dan berjalan jika sensor infrared berlogika 1
Grafik Motor DC
Tegangan Terukur 5V DC
Spesifikasi item:
o Tanpa kecepatan beban 12000 ± 15% rpm
o Tidak ada arus beban ≤280mA
o Tegangan operasi 1.5-9V DC
o Mulai Torsi ≥250g.cm (menurut blade yang
dikembangkan sendiri)
o mulai saat ini ≤5A
o Resistansi Isolasi di atas 10Ω antara
casing dan terminal DV 100V
o Arah Rotasi CW: Terminal [+] terhubung ke
catu daya positif, terminal [-] terhubung ke nagative
o daya, searah jarum jam dianggap oleh arah
poros keluaran
o celah poros 0,05-0,35mm
3. Dasar Teori <kembali>
1. Resistor
Resistor atau hambatan adalah salah satu komponen elektronika yang memiliki nilai hambatan tertentu, dimana hambatan ini akan menghambat arus listrik yang mengalir melaluinya. Satuan Resistor adalah Ohm (simbol: Ω) yang merupakan satuan SI untuk resistansi listrik. Dalam sejarah, kata ohm itu diambil dari nama salah seorang fisikawan hebat asal German bernama George Simon Ohm. Beliau juga yang mencetuskan keberadaan hukum ohm yang masih berlaku hingga sekarang.
Rumus dari Rangkaian Seri Resistor: Rtotal = R1 + R2 + R3 + ….. + Rn
Rumus dari Rangkaian paralel Resistor: 1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ….. + 1/Rn
Rumus resistor dengan hukum ohm: R = V/I
Cara menentukan nilai resistor dapat dilihat dengan gelang warna pada tabel berikut:
2. Transistor
Transistor NPN
Pada transistor NPN, semikonduktor tipe-P diapit oleh dua semikonduktor tipe-N. Transistor NPN juga dapat dibentuk dengan menghubungkan anoda dari dua dioda sebagai base dan katoda sebagai kolektor dan emitor. Arus mengalir dari kolektor ke emitor karena potensial kolektor lebih besar daripada base dan emitor.
Transistor PNP
Pada transistor PNP, semikonduktor tipe-N diapit oleh dua semikonduktor tipe-P. Transistor PNP juga dapat dibentuk dengan menghubungkan katoda dari dua dioda sebagai base dan anoda sebagai kolektor dan emitor. Hubungan emitter-base foward bias sementara collector-base reverse bias. Jadi, arus mengalir dari emitor ke kolektor karena potensial emitor lebih besar daripada base dan kolektor.
Transistor sebagai saklar
Jika ada arus yang cukup besar di kaki basis, transistor akan mencapai titk jenuh (saturasi). Pada titk jenuh ini transistor mengalirkan arus secara maksimum dari kolektor ke emitor sehingga transistor seolah-olah short pada hubungan kolektor-emitor. Jika arus base sangat kecil maka kolektor dan emitor bagaikan saklar yang terbuka. Pada kondisi ini transistor dalam keadaan cut-off sehingga tidak ada arus dari kolektor ke emitor. Nilai resistor terhubung ke base (Rb) dapat dihitung dengan;
Rb = Vbe / Ib
Transistor sebagai penguat
Transistor sebagai penguat jika bekerja dalam daerah aktif. Tegangan, arus, dan daya dapat diperkuat dengan beberapa konfigurasi seperti common emitter, common colector, dan common base.
DC Current Gain = Collector Current (Ic) / Base Current (Ib)
3. IC 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, diantaranya:
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
a. OP AMP Inverting
Penguatan yang outputnya berbeda fasa 180° dengan
inputnya, bila input positif maka output akan menjadi negatif.
Vout = - (Rf / R1) Vin
b. OP AMP Non Inverting
Penguatan yang outputnya sama dengan input yaitu tidak ada
pembalikan fasa.
Vout = Vin (1 + Rf / Rin)
Thermistor PTC
Pada temperature dibawah 0 derjat sampai r min maka nilai resistansinya rendah dan RT vs T memberikan koefisien negative. Jika temperature naik maka resistansi akan menjadi positif dan menjadi naik. Ketika batas atau switching temperature maka tingkat kenaikan akan lebih signifikan dan karakteristik Ptc semakin curam. Ketika response menjadi maximum maka koefisien akan menjadi negative kembali.
5. Thermistor NTC
Thermistor adalah salah satu jenis Resistor yang nilai
resistansi atau nilai hambatannya dipengaruhi oleh Suhu (Temperature).
Thermistor merupakan singkatan dari “Thermal Resistor” yang artinya adalah
Tahanan (Resistor) yang berkaitan dengan Panas (Thermal). Thermistor terdiri
dari 2 jenis, yaitu Thermistor NTC (Negative Temperature Coefficient) dan
Thermistor PTC (Positive Temperature Coefficient).
Nilai Resistansi Thermistor NTC akan turun jika suhu
di sekitar Thermistor NTC tersebut tinggi (berbanding terbalik / Negatif).
Sedangkan untuk Thermistor PTC, semakin tinggi suhu disekitarnya, semakin
tinggi pula nilai resistansinya (berbanding lurus / Positif).
· Simbol dan Gambar
Thermistor NTC
Berikut ini adalah Simbol dan Gambar Komponen Thermistor NTC :
Contoh perubahaan Nilai Resistansi Thermistor NTC saat terjadinya perubahan suhu disekitarnya (dikutip dari Data Sheet salah satu Produsen Thermistor MURATA Part No. NXFT15XH103), Thermistor NTC tersebut bernilai 10kΩ pada suhu ruangan (25°C), tetapi akan berubah seiring perubahan suhu disekitarnya. Pada -40°C nilai resistansinya akan menjadi 197.388kΩ, saat kondisi suhu di 0°C nilai resistansi NTC akan menurun menjadi 27.445kΩ, pada suhu 100°C akan menjadi 0.976kΩ dan pada suhu 125°C akan menurun menjadi 0.532kΩ. Jika digambarkan, maka Karakteristik Thermistor NTC tersebut adalah seperti dibawah ini :
Pada umumnya Thermistor NTC adalah Komponen Elektronika yang
berfungsi sebagai sensor pada rangkaian Elektronika yang berhubungan dengan
Suhu (Temperature). Suhu operasional Thermistor berbeda-beda tergantung pada
Produsen Thermistor itu sendiri, tetapi pada umumnya berkisar diantara -90°C
sampai 130°C. Beberapa aplikasi Thermistor NTC di kehidupan kita sehari-hari
antara lain sebagai pendeteksi Kebakaran, Sensor suhu di Engine (Mesin) mobil,
Sensor untuk memonitor suhu Battery Pack (Kamera, Handphone, Laptop) saat
Charging, Sensor untuk memantau suhu Inkubator, Sensor suhu untuk Kulkas,
sensor suhu pada Komputer dan lain sebagainya. Thermistor NTC atau Thermistor
PTC merupakan komponen Elektronika yang digolongkan sebagai Komponen
Transduser, yaitu komponen ataupun perangkat yang dapat mengubah suatu energi
ke energi lainnya. Dalam hal ini, Thermistor merupakan komponen yang dapat
mengubah energi panas (suhu) menjadi hambatan listrik.
1. Resistensi Daya-Nol dari Termistor: (R)
Titik referensi yang nyaman untuk termistor yang disediakan
oleh resistansi adalah pada 25 ° C (pada dasarnya pada suhu kamar). Rumus yang
digunakan untuk menentukan resistansi termistor:
R
= R0 expB (1 / T-1 / T0)
Dimana, R = Resistensi pada suhu lingkungan T (K)
R0
= Resistensi dalam suhu lingkungan T0 (K)
B
= Konstanta material
2. Konstanta Material: (B)
Konstanta material B mengontrol kemiringan karakteristik RT
seperti yang ditunjukkan pada gambar. Nilai B bervariasi menurut suhu dan
ditentukan antara dua suhu 25 ° C dan 85 ° C dengan rumus:
B25 / 85 = ln (R 85 / R 25 ) / (1 / T - 1 / T 0 )
B 25/85 adalah nilai yang digunakan untuk membandingkan dan
mengkarakterisasi keramik yang berbeda. Toleransi pada nilai ini disebabkan
oleh komposisi material
3. Koefisien suhu Resistensi: ( α )
Nilai ini menunjukkan kepekaan suatu sensor menurut
perubahan suhu. Ini didefinisikan sebagai:
α
= ∆ B / T 2
Rumus tersebut menyatakan bahwa toleransi relatif pada α
sama dengan toleransi relatif pada nilai B.
4. Konstanta Waktu Termal
Ini adalah periode waktu di mana suhu termistor akan berubah
dengan cepat 63,2% perbedaan suhu (T 0 ) dari suhu lingkungan (T 1 ).
5. Konstanta Disipasi Termal
Besarnya daya listrik P (mW) yang dikonsumsi pada T1 (suhu
lingkungan) dan T2 (suhu thermistor naik), dengan rumus sebagai berikut:
P
= C (T2-T1)
Di mana, C adalah konstanta disipasi termal.
6. Relay
Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara
listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang
terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal
(seperangkat Kontak Saklar/Switch). Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik
untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low
power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Sebagai
contoh, dengan Relay yang menggunakan Elektromagnet 5V dan 50 mA mampu
menggerakan Armature Relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk
menghantarkan listrik 220V 2A.
Fitur:
1. Tegangan pemicu (tegangan kumparan) 5V
2. Arus pemicu 70mA
3. Beban maksimum AC 10A @ 250 / 125V
4. Maksimum baban DC 10A @ 30 / 28V
5. Switching maksimum
7. Motor DC
Prinsip Kerja Motor DC
Terdapat dua bagian utama pada sebuah Motor Listrik DC, yaitu Stator dan Rotor. Stator adalah bagian motor yang tidak berputar, bagian yang statis ini terdiri dari rangka dan kumparan medan. Sedangkan Rotor adalah bagian yang berputar, bagian Rotor ini terdiri dari kumparan Jangkar. Dua bagian utama ini dapat dibagi lagi menjadi beberapa komponen penting yaitu diantaranya adalah Yoke (kerangka magnet), Poles (kutub motor), Field winding (kumparan medan magnet), ArmatureWinding (Kumparan Jangkar), Commutator (Komutator)dan Brushes (kuas/sikat arang).
Pada prinsipnya motor listrik DC menggunakan fenomena
elektromagnet untuk bergerak, ketika arus listrik diberikan ke kumparan,
permukaan kumparan yang bersifat utara akan bergerak menghadap ke magnet yang
berkutub selatan dan kumparan yang bersifat selatan akan bergerak menghadap ke
utara magnet. Saat ini, karena kutub utara kumparan bertemu dengan kutub
selatan magnet ataupun kutub selatan kumparan bertemu dengan kutub utara magnet
maka akan terjadi saling tarik menarik yang menyebabkan pergerakan kumparan berhenti
Untuk menggerakannya lagi, tepat pada saat kutub kumparan
berhadapan dengan kutub magnet, arah arus pada kumparan dibalik. Dengan
demikian, kutub utara kumparan akan berubah menjadi kutub selatan dan kutub
selatannya akan berubah menjadi kutub utara. Pada saat perubahan kutub tersebut
terjadi, kutub selatan kumparan akan berhadap dengan kutub selatan magnet dan
kutub utara kumparan akan berhadapan dengan kutub utara magnet. Karena kutubnya
sama, maka akan terjadi tolak menolak sehingga kumparan bergerak memutar hingga
utara kumparan berhadapan dengan selatan magnet dan selatan kumparan berhadapan
dengan utara magnet. Pada saat ini, arus yang mengalir ke kumparan dibalik lagi
dan kumparan akan berputar lagi karena adanya perubahan kutub. Siklus ini akan
berulang-ulang hingga arus listrik pada kumparan diputuskan.
4. Percobaan <kembali>
4.1. Prosedur Percobaan <kembali>
1. Siapkan semua alat dan bahan yang diperlukan
2. Disarankan agar membaca datasheet setiap komponen
3. Cari komponen yang diperlukan di library proteus
4. Pasang Sensor ptc dan ntc, resistor , relay, motor dc, transistor dan power suply sesuai gambar rangkaian dibawah
5.Buat rangkaian pengkondisi sinyal
6. Atur nilai resistor serta sensor ptc dan ntc
7. Coba dijalankan rangkaian apabila ouput hidup(motor dc)
maka rangkaian bisa digunakan
4.2. Rangkaian Simulasi <kembali>
Ketika sensor ptc berada pada rentangan suhu (>105 derjat) maka output sensor ptc off dan ketika sensor ntc berada pada rentangan
suhu di atas 25 derjat maka output sensor on
Ketika sensor ptc berada pada rentangan suhu
(15-105 derjat) maka output sensor ptc berjalan dan ketika sensor ntc berada
pada rentangan suhu di atas 25 derjat maka output sensor on
Pada Rangkaian ini di analogikan bahwa jika output(motor) off atau mati maka terjadi overheat pada komponen listrik.Pada rangkaian ini sensor ptc akan mentolerir suhu yang berada pada kisaran (0-105). Jika berada pada suhu tersebut maka arus akan mengalir dari power supply dan msuk ke sensor PTC. Jika bersuhu 15 derajat maka akan terbaca tegangan output sensor sebesar 1.24V.lalu terjadi percabangan arus yang mana arus masuk ke R2 dan dan ke R1 yang mana dari R1 ini menuju ground. Arus dari R2 akan masuk ke kaki negative op amp inverting dan akan terjadi penguatan tegangan sebesar 1.1x dan terbaca output -1.36V lalu akan terjadi penguatan sekali lagi ke op amp inverting sebesar 1.2x dan terbaca output 1.64V lalu masuk ke transistor. Jika transistor tegangan kurang dari 0,7V maka transistor off. Arus juga mengalir dari power supply dan masuk ke relay sehingga motor dc berputar. Jika suhu berada pada batas yang telah ditetapkan yaitu >105 derajat maka motor dc akan off karena tegangan pada transistor kurang dari 0.7V
Pada rangkaian sensor Ntc jika sensor mendeteksi suhu >25
(dimisalkan pada suhuh 27) derajat maka output sensor akan aktiv dan arus akan
mengalir dari power supply lalu masuk ke sensor dan terbaca tegangan output
sebesar 0.13V lalu terjadi percabangan , arus masuk ke R7 dan ke kaki negative
op amp inverting. Di op amp inverting terjadi penguatan sebesar 3x dan terukur
tegangan output op amp inverting pertama yaitu -0.40V lalu terjadi penguatan
sekali lagi di op amp inverting dengan penguatan sebesar 4x sehingga tegangan
output menjadi 1.59V. setelah itu arus akan mengalir ke transistor dan akan
mengaktifkan relay sehingga motor dc berputar yang dianalogikan sebagai
kipas.Jika Ntc suhu yang terukur kurang dari <22 derajat maka output sensor
tidak aktiv karena tegangan transistor tidak cukup.
DownloadFile Rangkaian Proteus
Data
Sheet Sensor Ptc Thermistor
Data
Sheet Sensor Ntc Thermistor
Tidak ada komentar:
Posting Komentar