[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan  

6. Download File  

SOAL NO 1

1. Pendahuluan [Kembali]

Perkembangan teknologi elektronika saat ini sangat pesat, terutama dalam bidang sistem kendali otomatis yang melibatkan berbagai jenis sensor dan aktuator. Salah satu komponen penting dalam pengolahan sinyal pada sistem ini adalah operational amplifier (op-amp), yang mampu memperkuat sinyal dari sensor sebelum dikirim ke aktuator. Pada proyek ini, dirancang suatu rangkaian aplikasi penguat berbasis op-amp yang mengintegrasikan dua jenis input sensor, yaitu sensor analog dan sensor digital. Sensor analog yang digunakan adalah LDR (Light Dependent Resistor), yang mendeteksi intensitas cahaya lingkungan, sementara sensor digital yang digunakan adalah sensor PIR (Passive Infrared), yang mendeteksi gerakan makhluk hidup. Kedua sinyal ini diproses dan diperkuat menggunakan op-amp, kemudian digunakan untuk mengendalikan lampu secara otomatis. Dengan demikian, lampu akan menyala hanya ketika ada gerakan terdeteksi dan tingkat cahaya lingkungan rendah.

2. Tujuan [Kembali]

1. Mendesain dan merakit rangkaian penguat berbasis op-amp untuk mengolah sinyal dari sensor analog (LDR) dan sensor digital (PIR).

2. Menggabungkan dua jenis sensor sebagai input untuk mengontrol komponen output berupa lampu.

3. Menerapkan prinsip kerja op-amp dalam aplikasi penguatan sinyal analog.

3. Alat dan Bahan[Kembali]

1. Op-Amp

2. Sensor PIR

3. Transistor

4. Resistor

5. Lampu

6. Sensor LDR

7. Relay

4. Dasar Teori[Kembali]

1. 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)

Amplifier Operasional:

Penguat Pembalik:

Istilah berikut digunakan dalam rumus dan persamaan untuk Penguatan Operasional.

·         R f  = Resistor umpan balik

·         R in  = Resistor Masukan

·         V in = Tegangan masukan

·         V keluar  = Tegangan keluaran

·         Av  = Penguatan Tegangan

Penguatan tegangan:

Gain loop dekat dari penguat pembalik diberikan oleh;

Tegangan Keluaran:

Tegangan keluaran tidak sefasa dengan tegangan masukan sehingga dikenal sebagai  penguat pembalik .

 

Penguat Penjumlahan:

 

Tegangan Keluaran:

Output umum dari rangkaian yang diberikan di atas adalah;

 

Jumlah Tegangan Input Amplifikasi Terbalik:

jika resistor inputnya sama, outputnya adalah jumlah tegangan input yang diskalakan terbalik,

Jika R 1  = R 2  = R 3  = R n  = R

 

Output yang Dijumlahkan:

Ketika semua resistor dalam rangkaian di atas sama, outputnya adalah jumlah terbalik dari tegangan input.

Jika R f  = R 1  = R 2  = R 3  = R n  = R;

V keluar  = – (V 1  + V 2  + V 3  +… + V n )

Penguat Non-Pembalik:

Istilah yang digunakan untuk rumus dan persamaan Penguat Non-Pembalik.

·         R f  = Resistor umpan balik

·         R = Resistor Tanah

·         V masuk = Tegangan masukan

·         V keluar  = Tegangan keluaran

·         Av  = Penguatan Tegangan

Keuntungan Penguat:

Gain total penguat non-pembalik adalah;

Tegangan Keluaran:

Tegangan output penguat non-pembalik sefasa dengan tegangan inputnya dan diberikan oleh;

 

Unity Gain Amplifier / Buffer / Pengikut Tegangan:

Jika resistor umpan balik dilepas yaitu R f  = 0, penguat non-pembalik akan menjadi pengikut / penyangga tegangan 

 

Penguat Diferensial:

 

 

Istilah yang digunakan untuk rumus Penguat Diferensial.

·         R f  = Resistor umpan balik

·         R a  = Resistor Input Pembalik

·         R b  = Resistor Input Non Pembalik

·         R g  = Resistor Ground Non Pembalik

·         V a = Tegangan input pembalik

·         V b = Tegangan Input Non Pembalik

·         V keluar  = Tegangan keluaran

·         Av  = Penguatan Tegangan

Keluaran Umum:

tegangan keluaran dari rangkaian yang diberikan di atas adalah;

 

Keluaran Diferensial Berskala:

Jika resistor R f  = R g   & R a  = R b  , maka output akan diskalakan perbedaan dari tegangan input;

 

Perbedaan Penguatan Persatuan:

Jika semua resistor yang digunakan dalam rangkaian adalah sama yaitu R a  = R b  = R f  = R g  = R, penguat akan memberikan output yang merupakan selisih tegangan input;

V keluar  = V b  – V a

Penguat Pembeda

 

 

 

Penguat Operasional jenis ini memberikan tegangan output yang berbanding lurus dengan perubahan tegangan input. Tegangan keluaran diberikan oleh;

 

Input gelombang segitiga => Output gelombang persegi panjang

Input gelombang sinus => Output gelombang kosinus

Penguat Integrator

 

 

 

Penguat ini memberikan tegangan keluaran yang merupakan bagian integral dari tegangan masukan.

2. Sensor PIR

Pengertian Sensor PIR

Sensor PIR (Passive Infrared Sensor) adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi gerakan manusia atau hewan dengan cara menangkap perubahan radiasi inframerah (panas) yang dipancarkan oleh tubuh.

Disebut “passive” karena sensor ini tidak memancarkan sinyal apa pun, melainkan hanya menerima radiasi inframerah dari lingkungan sekitarnya. 

Cara Kerja Sensor PIR

1. Sensor PIR memiliki dua elemen detektor yang sensitif terhadap panas (inframerah).
2. Saat tidak ada gerakan, jumlah radiasi yang diterima kedua elemen sama → tidak ada sinyal output.
3. Ketika ada gerakan tubuh hangat melewati sensor, distribusi panas berubah secara tiba-tiba → sensor mendeteksi perubahan ini dan menghasilkan sinyal digital (HIGH) pada output.

 Bagian-Bagian Sensor PIR

• Lensa Fresnel: mengarahkan sinyal panas ke detektor.
• Detektor IR: mendeteksi perubahan radiasi panas.
• Sirkuit penguat & komparator: memproses sinyal dan menghasilkan output digital.
• Pin OUT, VCC, dan GND: untuk koneksi ke rangkaian.

Karakteristik Sensor PIR

• Output berupa sinyal digital (HIGH/LOW).
• Jarak deteksi: umumnya 3–7 meter.
• Sudut deteksi: sekitar 110° – 120°.
• Tegangan kerja: 3.3V – 5V.
• Tidak mendeteksi benda mati (karena tidak memancarkan panas IR).

3. Transistor

Pengertian Transistor

Transistor adalah komponen elektronik aktif yang digunakan untuk menguatkan sinyal, mengalihkan (switch), atau mengatur arus listrik. Transistor memiliki tiga terminal utama:

• Basis (B) – terminal kontrol
• Emitor (E) – terminal arus keluar
• Kolektor (C) – terminal arus masuk

Transistor terdiri dari dua tipe utama:

1. NPN
2. PNP 

Fungsi Transistor

• Penguat arus, tegangan, atau daya (amplifier)
• Saklar elektronik (switch)
• Osilator dan regulator tegangan
• Modulasi sinyal dan logika digital

Jenis-Jenis Transistor

• BJT (Bipolar Junction Transistor): Menggunakan arus basis untuk mengatur arus kolektor-emitor.
• FET (Field Effect Transistor): Menggunakan tegangan gate untuk mengatur arus.
• Jenis BJT lebih sering digunakan saat membahas bias.

 

Jenis Bias pada Transistor BJT

Bias adalah pemberian tegangan awal pada transistor agar transistor bekerja pada kondisi tertentu (aktif, saturasi, atau cut-off).

1. Bias Langsung (Forward Active)

• Basis–Emitor forward bias
• Basis–Kolektor reverse bias
• Kondisi umum untuk penguatan sinyal

2. Cut-Off (Tidak Menghantar)

• Kedua junction dalam reverse bias
• Arus kolektor dan emitor ≈ 0
• Transistor seolah-olah "OFF"

3. Saturasi

• Kedua junction dalam forward bias
• Arus kolektor maksimal
• Transistor bekerja sebagai saklar "ON"

 

Macam-Macam Rangkaian Bias Transistor (Khusus BJT sebagai penguat)

1. Fixed Bias (Bias Tetap)

• Resistor langsung dari basis ke Vcc
• Sederhana, tapi tidak stabil terhadap perubahan suhu

2. Collector-to-Base Bias (Umpan Balik Kolektor)

• Resistor dari kolektor ke basis
• Lebih stabil dari fixed bias

3. Voltage Divider Bias (Pembagi Tegangan)

• Menggunakan dua resistor untuk membagi tegangan ke basis
• Paling stabil dan umum dipakai dalam rangkaian penguat

4. Emitter Bias (Bias Emitor)

• Menggunakan dua catu daya: positif (+Vcc) dan negatif (–Vee).
• Resistor dipasang pada emitor dan basis, sehingga tegangan basis-emitor (V_BE) menjadi stabil.
• Kelebihan: Lebih stabil terhadap suhu dan β (gain transistor).
• Kekurangan: Membutuhkan dua catu daya, jadi tidak sepraktis voltage divider.

5. Bias Dengan Umpan Balik Emitor (Self-Bias)

• Mirip voltage divider bias tapi menambahkan resistor emitor tanpa bypass capacitor.
• Umpan balik negatif terjadi ketika arus kolektor meningkat, yang akan menaikkan tegangan di emitor dan mengurangi V_BE, sehingga menjaga kestabilan.
• Kelebihan: Sangat stabil.
• Kekurangan: Penguatan (gain) bisa lebih kecil karena tegangan emitor ikut naik.

4. Resistor

Resistor adalah komponen dasar elektronika yang selalu digunakan dalam setiap rangkaian elektronika karena bisa berfungsi sebagai pengatur atau untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam suatu rangkaian. Dengan resistor, arus listrik dapat didistribusikan sesuai dengan kebutuhan. Sesuai dengan namanya resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Satuan resistansi dari suatu resistor disebut Ohm atau dilambangkan dengan simbol Ω (Omega).

Simbol Resistor :

 

 

Cara menghitung nilai resistor : 

a. Membaca Kode Warna Resistor 

b. Membaca Resistor SMD 

c. Menggunakan Multimeter Analog/Digital 

   4 Gelang Warna

Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-1 (pertama)
Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-2
Masukkan Jumlah nol dari kode warna Gelang ke-3 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10n)
Merupakan Toleransi dari nilai Resistor tersebut

Contoh :

Gelang ke 1 : Coklat = 1
Gelang ke 2 : Hitam = 0
Gelang ke 3 : Hijau = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 10⁵
Gelang ke 4 : Perak = Toleransi 10%
Maka nilai Resistor tersebut adalah 10 * 10⁵ = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.

 5 Gelang Warna

Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-1 (pertama)
Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-2
Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-3
Masukkan Jumlah nol dari kode warna Gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10ⁿ)
Merupakan Toleransi dari nilai Resistor tersebut

Contoh :

Gelang ke 1 : Coklat = 1
Gelang ke 2 : Hitam = 0
Gelang ke 3 : Hijau = 5
Gelang ke 4 : Hijau = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 10⁵
Gelang ke 5 : Perak = Toleransi 10%
Maka nilai Resistor tersebut adalah 105 * 10⁵ = 10.500.000 Ohm atau 10,5 MOhm dengan toleransi 10%.

 

Rumus :

 

 

         -Jika rangkaian seri, maka :

 

 

 

        -Jika rangkaian paralel, maka :

5. Lampu

Lampu pijar adalah jenis lampu yang menghasilkan cahaya dengan memanaskan kawat filamen di dalam tabung kaca. Saat arus listrik mengalir melalui filamen (biasanya dari bahan tungsten), filamen menjadi panas dan berpijar, memancarkan cahaya tampak.

 

Bagian-Bagian Lampu Pijar

1. Filamen – kawat tipis dari tungsten, menghasilkan cahaya saat dipanaskan.
2. Tabung kaca (bulb) – melindungi filamen dan berisi gas inert (argon/nitrogen) untuk mencegah oksidasi.
3. Kaki/konektor logam – untuk menghubungkan lampu dengan sumber listrik.
4. Gas pengisi – menambah efisiensi dan memperpanjang umur filamen.

 

Prinsip Kerja Lampu Pijar

1. Saat diberi tegangan, arus mengalir ke filamen.
2. Filamen mengalami hambatan listrik dan memanas hingga suhu tinggi (~2500–3000°C).
3. Akibat suhu tinggi, filamen berpijar dan memancarkan cahaya.
4. Cahaya ini adalah kombinasi dari cahaya tampak dan energi panas (infrared).

6. Sensor LDR

Pengertian LDR

LDR (Light Dependent Resistor) atau yang sering disebut photoresistor adalah komponen elektronik pasif yang nilai resistansinya berubah tergantung pada intensitas cahaya yang jatuh ke permukaannya. LDR terbuat dari bahan semikonduktor seperti cadmium sulfide (CdS) yang sensitif terhadap cahaya.

Nilai resistansi LDR pada pin analog akan meningkat apabila intensitas cahaya meningkat dan menurun ketika intensitas cahaya semakin gelap. Pada pin digital, pada batas tertentu DO akan high atau low, yang dikendalikan sensitivitas nya menggunakan on-board potensiometer.

Prinsip Kerja LDR

LDR bekerja berdasarkan prinsip fotokonduktivitas, yaitu kemampuan bahan semikonduktor untuk menghantarkan listrik lebih baik saat terkena cahaya.

• Saat terang (banyak cahaya): resistansi LDR menurun drastis (bisa hanya beberapa ratus ohm).

• Saat gelap (sedikit atau tanpa cahaya): resistansi meningkat tajam (hingga ratusan kilo-ohm).

7. Relay

Pengertian Relay

Relay adalah saklar elektromekanik yang dikendalikan oleh arus listrik. Ketika arus mengalir ke koil (kumparan) dalam relay, medan magnet akan terbentuk dan menarik saklar internal untuk menghubungkan atau memutus rangkaian lain. Relay digunakan untuk mengendalikan arus besar dengan sinyal arus kecil.

Bagian-Bagian Utama Relay

1. Koil (Coil) – kumparan kawat yang menghasilkan medan magnet saat diberi arus.
2. Armature (Lengan Penarik) – bagian logam yang bergerak karena gaya magnet dari koil.
3. Spring (Pegas) – mengembalikan armature ke posisi semula saat koil mati.
4. Kontak Saklar – bagian yang membuka atau menutup rangkaian (NO, NC, dan COM).

Cara Kerja Relay

1. Saat koil tidak aktif: kontak berada di posisi NC → arus mengalir ke jalur ini.
2. Saat koil aktif (diberi arus): medan magnet menarik armature → kontak berpindah ke NO → arus mengalir melalui jalur NO.

5. Percobaan[Kembali]

a) Prosedur

b) Rangkaian Simulasi

1. Deteksi Cahaya (Sensor LDR + Op-Amp Comparator)

Komponen Utama:

• LDR (Light Dependent Resistor)
• Potensiometer (RV1) untuk setting ambang pencahayaan
• Op-Amp U1 (741) sebagai komparator
• Transistor Q4 (2N1711) dengan fixed bias
• Relay RL1 untuk menghubungkan lampu

Cara Kerja:

1. LDR mendeteksi cahaya:
• Terang → resistansi rendah
• Gelap → resistansi tinggi
2. Tegangan dari LDR dibandingkan dengan referensi dari RV1 oleh Op-Amp U1:
• Jika gelap → output op-amp HIGH
• Jika terang → output op-amp LOW
3. Jika output HIGH → mengaktifkan transistor Q4 (melalui basis dengan resistor R2)
4. Q4 mengalirkan arus ke relay RL1 → lampu nyala
5. Jika terang, Q4 mati → relay off → lampu mati

2. Deteksi Gerakan (PIR + Op-Amp sebagai Buffer + Transistor)

Komponen Utama:

• Sensor PIR
• Op-Amp U10 sebagai buffer (voltage follower)
• Transistor Q10 (BC547) dengan voltage divider bias
• Relay RL10

Cara Kerja:

1. PIR mendeteksi gerakan → output digital HIGH (5V) saat ada gerakan.
2. Output PIR masuk ke op-amp U10 sebagai buffer agar sinyal tetap stabil.
3. Output buffer mengaktifkan transistor Q10 (melalui R20 dan R18 sebagai pembagi tegangan).
4. Q10 aktif → relay RL10 aktif.
5. Relay bisa digunakan untuk:
• Mengaktifkan lampu (jika dikombinasikan dengan bagian atas)
• Atau sistem lainnya (misal: buzzer, motor kipas, dll)

 c) Video Percobaan

 

6. Download File [Kembali]

Download Rangkaian Soal No.1 UAS (disini)

Download Datasheet Op-Amp 741 (disini)

Download Datasheet Sensor PIR (disini)

Download Datasheet Transistor (disini)

Download Datasheet Resistor (disini)

Download Datasheet Lampu (disini)

Download Datasheet Sensor LDR (disini)

Download Datasheet Relay (disini)