Kontrol Palang Kereta Api

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

6. Download File

1. Pendahuluan[Kembali]

    Perlintasan sebidang antara jalur kereta api dan jalan raya merupakan salah satu titik rawan kecelakaan yang kerap terjadi akibat kelalaian pengguna jalan dan keterbatasan sistem pengamanan konvensional. Untuk meningkatkan keselamatan, dibutuhkan sistem otomatis yang mampu mendeteksi keberadaan kereta api secara real-time dan mengendalikan palang perlintasan secara responsif.

    Salah satu pendekatan yang dapat digunakan dalam perancangan sistem kontrol palang kereta api otomatis adalah dengan memanfaatkan op-amp (operational amplifier) sebagai bagian dari rangkaian pendeteksi. Dalam konteks ini, op-amp berfungsi sebagai komparator, yang membandingkan sinyal dari sensor—seperti sensor cahaya (LDR) atau sensor inframerah—dengan tegangan referensi tertentu. Ketika sinyal sensor berubah akibat kedatangan kereta (misalnya terhalangnya cahaya), output dari op-amp akan berubah, yang kemudian dapat digunakan untuk mengaktifkan aktuator atau motor penggerak palang secara otomatis.

    Penggunaan op-amp memberikan keunggulan dalam hal kecepatan respons, sensitivitas tinggi terhadap perubahan sinyal, serta dapat diimplementasikan dengan biaya yang relatif rendah. Rangkaian ini juga dapat diintegrasikan dengan sistem logika tambahan atau mikrokontroler untuk mengelola waktu buka-tutup palang, sinyal lampu peringatan, serta sistem alarm bagi pengguna jalan.

    Dengan demikian, integrasi op-amp dalam sistem kontrol palang kereta api tidak hanya memperkuat fungsi deteksi, tetapi juga menjadi bagian dari solusi cerdas untuk mengurangi risiko kecelakaan serta meningkatkan efisiensi operasional perlintasan kereta api.

2. Tujuan[Kembali]

1. Memahami  aplikasi dari  kontrol palang pintu pada kereta api.
2. Memahami prinsip kerja dari rangkaian aplikasi.
3. Mencegah terjadinya kecelakaan pada transportasi darat.
4. Memiliki pemahaman tentang penggunaan beberapa jenis sensor seperti vibration sensor, sound sensor, magnetic sensor, infrared sensor, LDR light Dependent Resistor dan lain-lain.

3. Alat dan Bahan[Kembali]

A. Alat

    1) Instrument

        a. Voltmeter

    Voltmeter adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur besara tegangan atau beda potensial listrik antara dua titik pada suatu rangkaian listrik yang dialiri arus listrik. Pada alat ukur voltmeter ini biasanya ditemukan tulisan voltmeter (V), milivoltmeter (mV), mikrovoltmeter, dan kilovolt (kV). Sekarang ini, voltmeter ditemukan dalam dua jenis yaitu voltmeter analog (jarum penunjuk) dan voltmeter digital. Voltmeter memiliki batas ukur tertentu, yakni nilai tegangan maksimum yang dapat diukur oleh voltmeter tersebut.

Spesifikasi :

1. Angka rangkuman masukan biasanya di mulai dari ± 1,000000 V hingga s/d ± 1000, 000 V (Metode pemilihan rangkuman dilakukan dengan cara otomatis dan indikasi beban lebih).
2. Ketelitian mutlak tercatat mencapai ± 0,005 persen dari pembacaan yang sudah dilakukan.
3. Angka stabilitas untuk jangka pendek sebesar 0,002 persen dari pembacaan (periode 24 jam). Sedangkan untuk jangka panjang sebesar 0,008 persen pembacaan (periode 6 bulan).
4. Resolusi untuk 1 bagian dalam 106 yaitu 1 μV bisa dibaca pada rangkuman dari masukan 1 V.
5. Karakteristik masukannya yaitu tahanan masukan khas sebesar 10 MΩ dengan kapasitas masukan 40 pF.
6. Kalibrasi yang standar (internal) tidak tergantung pada rangkaian ukuran yang mana telah diperoleh dari sumber referensi yang sudah stabil.
7. Ada beberapa sinyal keluaran seperti perintah mencetak.

         b. Generator daya

             - Generator dc

    Generator DC merupakan sebuah perangkat mesin listrik dinamis yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Generator DC menghasilkan arus DC / arus searah.

Spesifikasi: 

1. Non gearbox
2. Speed : 2750 rpm
3. Output : DC 12V
4. Arus : 35A
5. Built-in regulator
6. Dimensi body : panjang 11,5 cm x diameter 9,75 cm
7. Berat : 2,6 kg
8. Kondisi : second berkualitas

             - Baterai

    Baterai (Battery) adalah sebuah alat yang dapat mengubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi Listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat Elektronik. 

Spesifikasi dan Pinout Baterai

1. Input voltage: ac 100~240v / dc 10~30v
2. Output voltage: dc 1~35v
3. Max. Input current: dc 14a
4. Charging current: 0.1~10a
5. Discharging current: 0.1~1.0a
6. Balance current: 1.5a/cell max
7. Max. Discharging power: 15w
8. Max. Charging power: ac 100w / dc 250w
9. Jenis batre yg didukung: life, lilon, lipo 1~6s, lihv 1-6s, pb 1-12s, nimh, cd 1-16s
10. Ukuran: 126x115x49mm
11. Berat: 460gr

     2) Probes

         a. Voltage 

      Probe voltage adalah alat atau komponen dalam sistem pengukuran listrik/elektronika yang digunakan untuk mendeteksi atau mengukur tegangan pada titik tertentu dalam rangkaian.

Spesifikasi :

1. Tegangan Maksimum: 300V – 1000V (tergantung kategori keselamatan: CAT II/III).
2. Bandwidth: 10 MHz – >500 MHz (untuk osiloskop).
3. Attenuation Ratio: 1:1 atau 10:1 (peredam sinyal).
4. Input Resistance: Umumnya 10 MΩ.
5. Input Capacitance: Sekitar 10–20 pF.
6. Konektor: BNC (osiloskop), banana plug/needle (multimeter).

B. Bahan

     1) Resistor

    Resistor atau disebut juga dengan Hambatan adalah komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk menghambat dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian elektronika. Satuan nilai Resistor atau Hambatan adalah Ohm.

    Spesifikasi dari Resistor adalah resistansinya dan daya listrik yang dapat dihantarkan. Karakteristik lain termasuk koefisien suhu, derau listrik (noise), dan induktansi. Resistor dapat diintegrasikan ke dalam sirkuit hibrida dan papan sirkuit cetak, bahkan sirkuit terpadu.

Spesifikasi

    Resistor adalah komponen elektronika pasif yang selalu digunakan dalam setiap rangkaian elektronika karena dia berfungsi sebagai penghambat arus listrik. Bila kita menginginkan arus yang besar maka kita pasang resistor yang nilai resistansinya kecil, mendekati nol atau sama dengan nol atau tidak dipasang sama sekali dengan demikian arus tidak lagi dibatasi. Resistor berfungsi sebagai  Penghambat arus listrik, Sebagai tahanan arus listrik agar listrik yang melewati resistor di hambat melalui karbon yang berada di dalam tubuh resistor menjadi di perkecil apabila resistansinya besar, Sebagai tahanan arus listrik agar listrik yang melewati resistor di hambat melalui karbon yang berada di dalam tubuh resistor menjadi di perkecil apabila resistansinya besar.

      2) Dioda 1N4002

        Dioda 1N4002 adalah dioda penyearah umum yang banyak digunakan dalam berbagai aplikasi elektronika, terutama untuk mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC).

Spesifikasi :

1. Tegangan Maksimum (Vrrm): 100 Volt
2. Arus Maksimum (If): 1 Ampere
3. Jenis: Dioda Penyearah (Rectifier Diode)
4. Material: Silikon
5. Aplikasi: Catu daya, konverter tegangan, dan rangkaian penyearah lainnya 

      3) Transistor BC547

Spesifikasi

1. Type - NPN
2. Collector-Emitter Voltage: 35 V
3. Collector-Base Voltage: 35 V
4. Emitter-Base Voltage: 5 V
5. Collector Current: 2.5 A
6. Collector Dissipation - 10 W
7. DC Current Gain (hfe) - 100 to 200
8. Transition Frequency - 160 MHz
9. Operating and Storage Junction Temperature Range -55 to +150 °C
10. Package - TO-126

Pin :

1. Collector (C) → Tempat arus masuk (NPN) atau keluar (PNP) dari beban.
2. Base (B) → Terminal kontrol, digunakan untuk mengatur hidup/matinya arus.
3. Emitter (E) → Tempat arus keluar (NPN) atau masuk (PNP), menuju ground atau suplai.

Konfigurasi Transistor:

    Konfigurasi Common Base adalah konfigurasi yang kaki Basis-nya di-ground-kan dan digunakan bersama untuk INPUT maupun OUTPUT.  Pada Konfigurasi Common Base, sinyal INPUT dimasukan ke Emitor  dan sinyal OUTPUT-nya diambil dari Kolektor, sedangkan kaki Basis-nya di-ground-kan. Oleh karena itu, Common Base juga sering disebut dengan istilah “Grounded Base”. Konfigurasi Common Base ini menghasilkan Penguatan Tegangan antara sinyal INPUT dan sinyal OUTPUT namun tidak menghasilkan penguatan pada arus.

    Konfigurasi Common Collector (CC) atau Kolektor Bersama memiliki sifat dan fungsi yang berlawan dengan Common Base (Basis Bersama). Kalau pada Common Base menghasilkan penguatan Tegangan tanpa memperkuat Arus, maka Common Collector ini memiliki fungsi yang dapat menghasilkan Penguatan  Arus namun tidak menghasilkan penguatan Tegangan. Pada Konfigurasi Common Collector, Input diumpankan ke Basis Transistor sedangkan Outputnya diperoleh dari Emitor Transistor sedangkan Kolektor-nya di-ground-kan dan digunakan bersama untuk INPUT maupun OUTPUT. Konfigurasi Kolektor bersama (Common Collector) ini sering disebut juga dengan Pengikut Emitor (Emitter Follower) karena tegangan sinyal Output pada Emitor hampir sama dengan tegangan Input Basis.

    Konfigurasi Common Emitter (CE) atau Emitor Bersama merupakan Konfigurasi Transistor yang paling sering digunakan, terutama pada penguat yang membutuhkan penguatan Tegangan dan Arus secara bersamaan. Hal ini dikarenakan Konfigurasi Transistor dengan Common Emitter ini menghasilkan penguatan Tegangan dan Arus antara sinyal Input dan sinyal Output. Common Emitter adalah konfigurasi Transistor dimana kaki Emitor Transistor di-ground-kan dan dipergunakan bersama untuk INPUT dan OUTPUT. Pada Konfigurasi Common Emitter ini, sinyal INPUT dimasukan ke Basis dan sinyal OUTPUT-nya diperoleh dari kaki Kolektor.

      4) Op-Amp LM124

    Operational Amplifier atau lebih dikenal dengan istilah Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional.

Konfigurasi LM124

Pin :

Spesifikasi :

      5) Komponen Input

          a. Switch

    Switch atau saklar adalah komponen elektronik atau elektromechanical yang berfungsi untuk menghubungkan atau memutuskan aliran arus listrik dalam suatu rangkaian. Konsep dasarnya adalah membuka dan menutup jalur konduksi, seperti pintu yang mengizinkan atau menghalangi aliran elektron. Ketika switch dalam kondisi tertutup (ON), arus listrik dapat mengalir bebas melalui rangkaian; sebaliknya, ketika switch dalam kondisi terbuka (OFF), jalur arus terputus dan tidak ada aliran listrik. 

    Switch digunakan dalam berbagai aplikasi, mulai dari perangkat sederhana seperti lampu rumah hingga sistem kompleks seperti komputer, otomasi industri, dan kontrol elektronik. Ada berbagai jenis switch, seperti toggle switch, push button, rotary switch, DIP switch, dan reed switch, masing-masing dengan karakteristik dan cara kerja yang berbeda. 

          b. Vibration Sensor

Vibration Sensor

    Sensor getaran adalah suatu alat yang berfungsi untuk mendeteksi adanya getaran dan akan diubah dalam ke dalam sinyal listrik. Sensor ini disebut juga cassing measurement. Sensor yang digunakan adalah sensor seismic transduser, yaitu sensor yang digunakan untuk mengukur kecepatan dan percepatan.

Konfigurasi Pin :

Spesifikasi sensor

Grafik Respon :

Grafik Sensor

          c. Infrared Sensor

    Infrared sensor adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi radiasi inframerah (IR) dari suatu objek, baik berupa panas tubuh maupun pantulan sinyal cahaya IR. Sensor ini dapat bekerja sebagai pemancar dan penerima sinyal IR, dan akan merespons saat mendeteksi perubahan sinyal akibat keberadaan objek di depannya. Infrared sensor banyak digunakan untuk deteksi gerakan, pendeteksi halangan, pembaca garis (line follower), serta dalam sistem otomatisasi seperti pintu otomatis atau kontrol palang kereta ap

Konfigurasi Pin Out :

Spesifikasi :

1. Tegangan Operasi: 3.3V – 5V
2. Output: Digital (HIGH/LOW)
3. Jarak Deteksi: 2 – 30 cm
4. Konsumsi Arus: ±20 mA
5. Komponen Utama: LED IR & phototransistor
6. Fitur Tambahan: Potensiometer untuk atur jarak deteksi

Grafik Sensor :

          d. Sound Sensor

    Sound sensor adalah sensor yang berfungsi mendeteksi suara. Module ini bekerja berdasarkan prinsip kekuatan gelombang suara yang masuk. Di mana gelombang suara tersebut mengenai membran sensor, yang berefek pada bergetarnya membran sensor. Dan pada membran tersebut terdapat kumparan kecil yang dapat menghasilkan besaran listrik.

Konfigurasi Pin Out :

Spesifikasi :

Grafik Respon :

          e. REED Magnetic Sensor

    Reed switch tersusun atas lempengan metal yang terhubung dilingkupi tabung gelas, sehingga ketika tercipta medan magnet antara dua buah lempengan, lempengan tersebut tarik-menarik sehingga arus listrik dapat mengalir. Ketika medan magnet hilang lempengan kembali ke posisi semula dan jalur gerak arus kembali terputus.

Konfigurasi Pin Out :

 

Spesifikasi : 

1. Operating Voltage: 3.3V to 5V DC
2. Output format: Digital switching output ( 0 and 1 )
3. LEDs indicating output and power
4. PCB Size: 32mm x 14mm
5. LM393 based design
6. Easy to use with Microcontrollers or even with normal Digital/Analog IC
7. Small, cheap and easily available

Grafik Respon :

      6) Komponen Output

          a. LED   

       Komponen elektronika yang dapat memancarkan  cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.

Konfigurasi pin :

-Pin 1 : Positive Terminal Of Led

-Pin 2 : Negative Terminal Of Led

Spesifikasi 

1. Superior Weather Resistance
2. 5mm Round Standard Directivity
3. Uv Resistant Eproxy
4. Forward Current (If): 30ma
5. Forward Voltage (Vf): 1.8v To 2.4v
6. Reverse Voltage: 5v
7. Operating Temperature: -30℃ To +85℃
8. Storage Temperature: -40℃ To +100℃
9. Luminous Intensity: 20mcd

Tegangan LED menurut warna:

1. Infra merah : 1,6 V.
2. Merah : 1,8 V – 2,1 V.
3. Oranye : 2,2 V.
4. Kuning : 2,4 V.
5. Hijau : 2,6 V.
6. Biru : 3,0 V – 3,5 V.
7. Putih : 3,0 – 3,6 V.
8. Ultraviolet : 3,5 V.

          b. Relay

    Relay adalah komponen elektronika berupa sakelar elektronik yang digerakkan oleh arus listrik. Secara prinsip, relay merupakan tuas sakelar dengan lilitan kawat pada batang besi (solenoid) di dekatnya. Ketika solenoid dialiri arus listrik, tuas akan tertarik karena adanya gaya magnet yang terjadi pada solenoid sehingga kontak sakelar akan menutup. Pada saat arus hentikan, gaya magnet akan hilang, tuas akan kembali ke posisi semula dan kontak sakelar kembali terbuka. Relay biasanya digunakan untuk menggerakkan arus / tegangan yang besar (misalnya peralatan listrik 4 A / AC 220 V) dengan memakai arus / tegangan yang kecil (misalnya 0.1 A / 12 Volt DC). 

Konfigurasi Pin :

Gambar bentuk dan Simbol relay

Spesifikasi :

          c. Motor DC

        Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya bahwa motor terdiri atas 2 bagian utama yaitu stator dan motor. Pada stator terdapat lilitan (winding) atau magnet permanen, sedangkan rotor adalah bagian yang dialiri dengan sumber arus DC. Arus yang melalui medan magnet inilah yang menyebabkan rotor dapat berputar. Arah gaya elektromagnet yang ditimbulkan akibat medan magnet yang dilalui oleh arus dapat ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan.

Konfigurasi pin

Spesifikasi

          d. Buzzer

    Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi getaran suara. Buzzer ini biasa dipakai pada sistem alarm. Juga bisa digunakan sebagai indikasi suara. Buzzer adalah komponen elektronika yang tergolong tranduser. Sederhananya buzzer mempunyai 2 buah kaki yaitu positif dan negatif. Untuk menggunakannya secara sederhana kita bisa memberi tegangan positif dan negatif 3 - 12V.

Konfigurasi Pin :

Spesifikasi :

1. Tegangan Kerja: 5 V
2. Konsumsi Arus: 30 mA
3. Tingkat Kenyaringan: 87 dB
4. Frekuensi Resonansi: 2600 Hz
5. Temperatur Kerja: -20°C - 85°C
6. Dimensi: 12 x 7.5 mm
7. Berat: 1.61 gr

4. Dasar Teori[Kembali]

A. Resistor

    Resistor merupakan salah satu komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk membatasi arus yang mengalir pada suatu rangkaian dan berfungsi sebagai terminal antara dua komponen elektronika. Tegangan pada suatu resistor sebanding dengan arus yang melewatinya (V=I R).

Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna:

1. Masukkan angka langsung dari kode warna gelang pertama

2. Masukkan angka langsung dari kode warna gelang kedua

3. Masukkan angka langsung dari kode warna gelang ketiga

4. Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10(10^n)

Resistor di pasaran

B. Dioda 1N4002

    Dioda adalah komponen elektronika yang terdiri dari dua kutub dan berfungsi menyearahkan arus. Komponen ini terdiri dari penggabungan dua semikonduktor yang masing-masing diberi doping (penambahan material) yang berbeda, dan tambahan material konduktor untuk mengalirkan listrik.

   Dalam ilmu fisika dioda digunakan untuk penyeimbang arah rangkaian elektronika. Elektronika memiliki dua terminal yaitu anoda berarti positif dan katoda berarti negatif. Prinsip kerja dari anode berdasarkan teknologi pertemuan positif dan negative semikonduktor. Sehingga anode dapat menghantarkan arus litrik dari anoda menuju katoda, tetapi tika sebaliknya katoda ke anoda.

     Dioda digambarkan seperti sebuah switch/saklar dimana saklar tersebut hanya akan bekerja di beri tegangan atau arah arus sesuai dengan polaritas kaki ioda itu sendiri. Pada arah bias maju, bias kaki anoda diberikan tegangan (+) dan tegangan (-) pada katoda maka dioda akan dapat mengalirkan arus pada satu arah. Sedangkan pada arah arus mundur bias dimana kaki anoda diberi tegangan (-) dan tegangan (+) pada katoda maka saklar menjadi terbuka atau saklar OFF.

Dioda dapat dibagi menjadi beberapa jenis:

1. Dioda Penyearah (Dioda Biasa atau Dioda Bridge) yang berfungsi sebagai penyearah arus AC ke arus DC.
2. Dioda Zener yang berfungsi sebagai pengaman rangkaian dan juga sebagai penstabil tegangan.
3. Dioda LED yang berfungsi sebagai lampu Indikator ataupun lampu penerangan.
4. Dioda Photo yang berfungsi sebagai sensor cahaya.
5. Dioda Schottky yang berfungsi sebagai Pengendali.

Untuk menentukan arus zenner  berlaku persamaan :

Keterangan :

Grafik :

       Pada grafik terlihat bahwa pada tegangan dibawah ambang batas tegangan mundur (reverse) sebuah dioda akan tembus (menghantar) dan tidak bisa menahan lagi. Batas ini disebut dengan area tegangan breakdown dioda. Kondisi dioda pada area ini adalah tembus atau menghantar dan tidak menghambat. Kemudian pada level tegangan diantara tegangan breakdown dan tegangan forward terdapat area tegangan reverse dan tegangan cut off. Pada area ini kondisi dioda adalah menahan atau tidak mengalirkan arus listrik.

C. 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

D. 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. Op Amp Sebagai Penguat Non Inverting

    Penguat Non Inverting adalah suatu rangkaian penguat yang berfungsi menguatkaan sinyal dan hasil sinyal yang dikuatkan tetap sefasa dengan sinyal inputannya, hasil dari sinyal input dan output rangkaian non inverting dapat dilihat pada Gambar 1. Pada dasarnya penguat non inverting digunakan sebagai pengkondisi sinyal inputan sensor yang terlalu kecil sehingga dibutuhkan penguatan untuk diproses. intinya penguat non inverting ke balikkan dari penguat inverting.

Gambar 1 Rangkaian Penguat Non Inverting

Keterangan Gambar

    Vin : Tegangan Masukan

    Vout : Tegangan Keluaran

    Rg : Resistansi ground 

    Rf : Resistansi feedback

Gambar 2 Sinyal Input dan Output Penguat Non Inverting

Fungsi Penguat Non Inverting

    Fungsi dari penguat non inverting kurang lebih sama dengan penguat inverting hanya saja polaritas output yang dihasilkan sama dengan sinyal inputnya. 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 akan menerima arus atau tegangan dari tranduser sangat kecil dan akan membangkitkan arus atau tegangan yang lebih besar

Rumus Op Amp Non Inverting

Gambar 3 Penjabaran Rangkaian Penguat Non Inverting untuk mempermudah penurunan rumus

Rumus mencari tegangan output yaitu:

Rumus mencari besar penguatannya yaitu sebagai berikut:

 

Op-amp sebagai voltage follower

    Op-Amp Voltage Follower (atau dikenal juga sebagai Unity-gain Amplifier atau Buffer Amplifier) adalah rangkaian Op-Amp yang memiliki penguatan atau gain (A) tegangan sebesar 1x. Dengan kata lain, Op-Amp tidak memberikan amplifikasi ataupun atenuasi terhadap sinyal inputnya. Yang artinya keluaran dari Op-Amp sama dengan masukannya.

Rangkaian Op-Amp Voltage Follower.

Cara Kerja Rangkaian Op-Amp Voltage Follower.

Respons karakteristik kurva I-O:

Gelombang I/O Inverting Amplifier

E. Sensor

     1) Vibration Sensor

    Sensor getaran adalah suatu alat yang berfungsi untuk mendeteksi adanya getaran dan akan diubah dalam ke dalam sinyal listrik. Sensor ini disebut juga cassing measurement. Sensor yang digunakan adalah sensor seismic transduser, yaitu sensor yang digunakan untuk mengukur kecepatan dan percepatan.

Grafik Respon Getaran

Grafik Sensor

      2) Sound Sensor

    Sound sensor adalah sensor yang berfungsi mendeteksi suara. Module ini bekerja berdasarkan prinsip kekuatan gelombang suara yang masuk. Di mana gelombang suara tersebut mengenai membran sensor, yang berefek pada bergetarnya membran sensor. Dan pada membran tersebut terdapat kumparan kecil yang dapat menghasilkan besaran listrik.

Grafik Sensor Suara

      3) Infrared Sensor

    Sensor inframerah (infrared sensor) adalah perangkat elektronik yang digunakan untuk mendeteksi keberadaan objek atau gerakan berdasarkan radiasi inframerah yang dipantulkan atau dipancarkan oleh objek. Sensor ini umumnya terdiri dari dua komponen utama, yaitu IR LED sebagai pemancar sinyal inframerah dan photodiode atau phototransistor sebagai penerima sinyal tersebut. Ketika tidak ada objek di depan sensor, sinyal inframerah dari pemancar akan menyebar dan tidak diterima oleh penerima. Namun, saat terdapat objek di dekat sensor, sinyal inframerah akan dipantulkan oleh objek tersebut dan diterima kembali oleh photodiode. Perubahan sinyal ini kemudian diproses oleh rangkaian komparator atau penguat operasional (op-amp), sehingga menghasilkan sinyal logika tinggi atau rendah (HIGH/LOW) pada output sensor.

Grafik Sensor Infrared 

Grafik Infrared Sensor

      4) REED Magnetic Sensor

    Reed switch tersusun atas lempengan metal yang terhubung dilingkupi tabung gelas, sehingga ketika tercipta medan magnet antara dua buah lempengan, lempengan tersebut tarik-menarik sehingga arus listrik dapat mengalir. Ketika medan magnet hilang lempengan kembali ke posisi semula dan jalur gerak arus kembali terputus.

Grafik Respon

    

      5) LDR 

        Sensor LDR (Light Dependent Resistor) atau yang dikenal juga sebagai photoresistor adalah komponen elektronik pasif yang nilai resistansinya berubah-ubah tergantung pada intensitas cahaya yang mengenainya. Ketika cahaya yang jatuh pada permukaan LDR semakin terang, resistansinya menurun drastis; sebaliknya, ketika cahaya berkurang atau dalam keadaan gelap, resistansinya meningkat tajam. Karakteristik ini menjadikan LDR sangat berguna dalam berbagai aplikasi deteksi cahaya.

Grafik Sensor

5. Percobaan[Kembali]

a. Prosedur Percobaan

1. Untuk membuat rangkaian ini, pertama, siapkan semua alat dan bahan yang bersangkutan, di ambil dari library proteus
2. Letakkan semua alat dan bahan sesuai dengan posisi di mana alat dan bahan terletak.
3. Tepatkan posisi letaknya dengan gambar rangkaian
4. Selanjutnya, hubungkan semua alat dan bahan menjadi suatu rangkaian yang utuh 
5. Lalu mencoba menjalankan rangkaian

b. Simulasi Rangkaian

Video Simulasi :

a. Vibration Sensor

Prinsip Kerja :

Sensor getaran (SW-420) diletakkan dekat rel sebelum palang kereta dan berfungsi untuk mendeteksi adanya getaran saat kereta akan melintas. Ketika sensor mendeteksi getaran, maka pin output (Vout) sensor akan mengeluarkan tegangan sekitar 5 volt. Tegangan ini kemudian masuk ke rangkaian penguat non-inverting amplifier berbasis op-amp LM124. Dengan konfigurasi resistor input dan feedback yang sama (10kΩ), dengan besar Vo = (Rf/Rin+1).Vin maka didapat tegangan output dari op-amp menjadi dua kali lipat, yaitu sekitar 10 volt. Tegangan ini selanjutnya diberikan ke basis transistor NPN (Q3) melalui resistor bias. Ketika basis transistor menerima tegangan cukup, transistor akan aktif dan mengalirkan arus dari kolektor ke emitor. Akibatnya, arus mengalir melalui kumparan relay RL1, sehingga kontak relay berpindah dan menghubungkan sumber tegangan 12 volt ke motor dan buzzer. Motor akan menyala untuk menurunkan palang kereta, sedangkan buzzer menyala sebagai alarm peringatan bahwa kereta akan lewat. Setelah kereta melintas dan getaran menghilang, sensor berhenti mengirimkan sinyal, transistor menjadi non-aktif, relay terputus, dan motor berhenti. Palang akan kembali naik secara otomatis karena mekanisme pemberat yang telah dipasang.

Video Simulasi :

b. Sound Sensor

Prinsip Kerja  :

Sensor suara diletakkan sebelum palang kereta untuk mendeteksi suara dari kereta yang akan melintas. Ketika sensor mendeteksi suara, maka output sensor (Vout) akan menghasilkan tegangan sekitar 5 volt. Tegangan ini masuk ke rangkaian inverting amplifier berbasis op-amp LM124, di mana konfigurasi resistor input (Ri) dan feedback (Rf) mengatur penguatan sinyal. Output dari op-amp yang berupa tegangan diperkuat ini diteruskan ke basis transistor PNP (Q1) melalui resistor pembatas arus. Karena transistor PNP memerlukan tegangan lebih rendah di basis (-0,7) dibandingkan emitter agar aktif, maka saat sinyal dari op-amp cukup negatif, sehingga transistor akan aktif. Akibatnya, arus akan mengalir dari emitter ke kolektor melalui kumparan relay RL3, yang menyebabkan kontak relay berpindah. Perpindahan ini menghubungkan sumber tegangan 12 volt ke rangkaian LED biru dan buzzer. LED menyala sebagai indikator visual bahwa kereta akan lewat, dan buzzer menyala sebagai alarm suara untuk memperingatkan kendaraan yang mendekat agar segera berhenti. Setelah suara kereta tidak lagi terdeteksi, sinyal dari sensor hilang, op-amp tidak menghasilkan tegangan negatif, transistor menjadi non-aktif, relay terputus, dan alarm berhenti berbunyi.

Video Simulasi :

c. Sensor Magnetic

Prinsip Kerja :

Rangkaian ini menggunakan sensor Magnetic Reed Switch untuk mendeteksi perubahan medan magnet yang terjadi saat kereta mendekati palang. Sensor ini bekerja berdasarkan prinsip bahwa kontak di dalamnya akan menutup ketika ada medan magnet di sekitarnya. Saat sensor aktif, ia menghasilkan tegangan output sekitar 5 volt. Tegangan ini masuk ke rangkaian voltage buffer yang menggunakan op-amp LM124 untuk menstabilkan sinyal tanpa mengubah besarannya (Vo = Vi). Output dari op-amp kemudian masuk ke basis transistor NPN BC547 (Q4) melalui resistor pembatas. Ketika transistor aktif saat nilai tegangan pada transistor > 0,7 V, arus mengalir dari kolektor ke emitter dan mengaktifkan relay RL4. Kontak relay yang tertutup akan menyambungkan tegangan 12 volt ke LED merah (D7) dan buzzer, yang akan menyala dan berbunyi sebagai alarm peringatan visual dan suara bagi pengendara agar berhenti karena kereta akan melintas. Setelah medan magnet menghilang, sensor tidak lagi aktif, transistor mati, relay kembali terbuka, dan sistem peringatan nonaktif.

Video Simulasi :

d. Infrared Sensor dan Sensor LDR

Prinsip Kerja :

Rangkaian ini menggabungkan dua jenis sensor, yaitu sensor cahaya (LDR )dan sensor inframerah, yang berfungsi sebagai sistem keselamatan otomatis di perlintasan kereta. Sensor inframerah ditempatkan di jalur lintasan untuk mendeteksi keberadaan kendaraan yang masih berada di atas rel. Jika sensor ini mendeteksi bahwa lintasan belum sepenuhnya kosong atau ada kendaraan yang menerobos palang, maka sensor akan aktif dan menghasilkan tegangan output sebesar 5 Volt. Tegangan ini akan diteruskan ke komparator non inverting Vref = 0. Output dari komparator yaitu sebesar +Vsat karena Vi > Vlt. Kemudian akan diteruskan arus ke base transistor melalui resistor pembatas. Karena besar tegangan transistor > 0,7 Volt, maka transistor akan aktif yang mengakibatkan akan ada aru syang mengalir ke relay, kolektor, emitter dan terakhir ke ground. Karena ada arus yang mengalir melalui relay, maka relay akan aktif yang mengakibatkan led red akan menyala dan mengaktifkan sensor cahaya.

Sensor cahaya ditempatkan di dekat lampu peringatan dan berfungsi mendeteksi nyala lampu sebagai tanda bahwa kereta akan melintas. Ketika sensor cahaya aktif, maka tegangan keluaran yang mengalir ke detektor akan semakin besar. Saat nilai Vi > Vref, maka tegangan output akan +Vsat yang mengakibatkan arus mengalir ke basis transistor. Karena nilai teganagn pada transistor terbaca > 0,7 Volt, maka transistor akan aktif, akan ada arus yang mengalir ke relay, kolektor, emitter dan terakhir ke ground. Arus pada relay akan membuat relay aktif dan menarik switch mengakibatkan motor akan menyala.  

Video Simulasi :

6. Download File[Kembali]

Download File Rangkaian Aplikasi Kontrol Kereta Api [klik disini]
Download Library Vibration Sensor [klik disini]
Download Library Sound Sensor [klik disini]
Download Library Magnetic Sensor [klik disini]
Download Library  Infrared Sensor [klik disini]
Download Datasheet Resistor [klik disini]
Download Datasheet Transistor [klik disini]
Download Datasheet Op Amp LM 741 [klik disini] 
Download Datasheet Dioda [klik disini]
Download Datasheet Power Supply [klik disini]
Download Datasheet Baterai [klik disini]
Download Datasheet Buzzer [klik disini]
Download Datasheet LED [klik disini]
Download Datasheet Vibration Sensor [klik disini]
Download Datasheet Sound Sensor [klik disini]
Download Datasheet Magnetic Sensor [klik disini]
Download Datasheet Infrared Sensor [klik disini]
Download Datasheet LDR Sensor [klik disini]