POLTEKAD KODIKLATAD
JURUSAN TEKNIK KOMUNIKASI
DISUSUN OLEH :
Nama : Dheo Putra Pratama (20190437-E)
TEKNIK KOMUNIKASI D4 ANGKATAN IV
BATU, SEPTEMBER 2019
PERCOBAAN 5
RANGKAIAN SWITCHING MENGENDALIKAN MOTOR
1. Tujuan : Agar bintara mahasiswa mampu membuat Rangkaian Switching Mengendalikan Motor.
2. Alat dan Bahan :
a. Motor DC;
b. NPN Transistor;
c. Resistor;
d. Switch;
e. Batt; dan
g. Livewire.
3. Dasar Teori :
a. Pengertian-pengertian.
1) Motor DC
Motor Listrik DC atau DC Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion). Motor DC ini juga dapat disebut sebagai Motor Arus Searah. Seperti namanya, DC Motor memiliki dua terminal dan memerlukan tegangan arus searah atau DC (Direct Current) untuk dapat menggerakannya. Motor Listrik DC ini biasanya digunakan pada perangkat-perangkat Elektronik dan listrik yang menggunakan sumber listrik DC seperti Vibrator Ponsel, Kipas DC dan Bor Listrik DC.
Motor Listrik DC atau DC Motor ini menghasilkan sejumlah putaran per menit atau biasanya dikenal dengan istilah RPM (Revolutions per minute) dan dapat dibuat berputar searah jarum jam maupun berlawanan arah jarum jam apabila polaritas listrik yang diberikan pada Motor DC tersebut dibalikan. Motor Listrik DC tersedia dalam berbagai ukuran rpm dan bentuk. Kebanyakan Motor Listrik DC memberikan kecepatan rotasi sekitar 3000 rpm hingga 8000 rpm dengan tegangan operasional dari 1,5V hingga 24V. Apabile tegangan yang diberikan ke Motor Listrik DC lebih rendah dari tegangan operasionalnya maka akan dapat memperlambat rotasi motor DC tersebut sedangkan tegangan yang lebih tinggi dari tegangan operasional akan membuat rotasi motor DC menjadi lebih cepat. Namun ketika tegangan yang diberikan ke Motor DC tersebut turun menjadi dibawah 50% dari tegangan operasional yang ditentukan maka Motor DC tersebut tidak dapat berputar atau terhenti. Sebaliknya, jika tegangan yang diberikan ke Motor DC tersebut lebih tinggi sekitar 30% dari tegangan operasional yang ditentukan, maka motor DC tersebut akan menjadi sangat panas dan akhirnya akan menjadi rusak.
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.
Ada 3 Komponen Utama Motor DC, yaitu:
1. Kutub Medan Magnet;
2. Kumparan Motor DC; dan
3. Commutator Motor DC.
2. Kumparan Motor DC; dan
3. Commutator Motor DC.
2) Transistor NPN Saturasi dan Cut Off
> Transistor NPN Saturasi
Titik saturasi transistor adalah daerah kerja transistor dimana arus kolektor mencapai nilai maksimum, yaitu arus kolektor ditentukan oleh nilai Vcc dan Rc karena nilai resistansi kolektor – emitor transistor kondisi minimum (≈ 0) sehingga diabaikan. Besarnya arus kolektor pada kondisi saturasi adalah :
Dalam keadaan saturasi, arus kolektor secara nominal adalah Vcc/Rc, dan karena Rc adalah beban yang bernilai kecil, maka Vcc perlu dijaga agar tetap rendah supaya transistor tetap beroperasi dalam batasan arus maksimum dan disipasi daya minimum. Titik saturasi dalam grafik daerah kerja transistor dapat dilihat pada grafik berikut.
- Grafik Titik Saturasi Pada Daerah Kerja Transistor
- Grafik Titik Saturasi Pada Garis Beban Transistor
A. Resistansi Saturasi
Untuk transistor yang beroperasi di daerah saturasi, parameter yang menarik adalah rasio VCE.sat/IC. Parameter ini dinamakan resistansi saturasi common-emitter. Sering juga disimbolkan dengan RCS, RCES, atau RCE.sat. Untuk menentukan RCS, kita harus menentukan titik mana yang digunakan.
B. Resistansi base-spreading rbb’
Ingat kembal lebar daerah basis yang sangat kecil, dimana arus yang memasuki basis melalui junction emitor harus mengalir melalui jalur sempit untuk mencapai terminal basis. Penampang aliran arus di dalam kolektor (atau emitor) jauh lebih besar dari yang ada di basis. Dengan demikian, biasanya resistansi ohmik basis jauh lebih besar dari resistansi ohmik kolektor atau emitor. Resistansi basis ohmik dc yang disimbolkan dengan rbb’, dinamakan resistansi base-spreading, yang memiliki nilai sekitar 100 Ω.
C. Koefisien temperatur tegangan saturasi
Karena kedua junction mendapat bias maju, maka nilai yang layak untuk V-BE.sat atau VBC.sat adalah –,5 mV/°C. Dalam daerah saturasi, transistor berisi dua dioda terbias maju yang saling berhadapan. Jadi, pengaruh terhadap tegangan terinduksi-suhu yang ditimbulkan satu dioda pada dioda lain perlu diantisipasi.
D. Gain arus DC, hfe
Satu parameter transistor yang penting adalah IC/IB, dengan IC adalah arus kolektor dan IB adalah arus basis. Besaran ini disimbolkan dengan βdc atau hfe, yang dikenal sebagai (nilai negatif dari) dc beta, rasio transfer arus maju (dc forward current transfer ratio), atau gain arus dc (dc current gain). Di dalam daerah saturasi, parameter hfe sangat penting, dan merupakan salah satu parameter yang tercantum pada lembaran data transistor, jika menyangkut switching transistor. Kita tahu |IC|, yang pendekatan nilainya diperoleh dari VCC/RL, dan hfe memberitahu kita nilai arus minimum (IC/hfe) yang diperlukan untuk membuat transistor saturasi.
E. Tegangan Saturasi
Pabrik transistor menentukan nilai saturasi tegangan input dan output dengan beberapa cara. Sebagai contoh, mereka dapat menentukan nilai RCS untuk beberapa nilai IB atau mereka membuat kurva VCE.sat dan VBE.sat sebagai fungsi IB dan IC. Tegangan saturasi bergantung tidak hanya pada titik operasi, tetapi juga pada bahan semikonduktor (germanium atau silikon) dan jenis konstruksi transistor. Nilai tegangan saturasi umum untuk transistor Silikon (Si) adalah 0,2 volt dan nilai tegangan saturasi untuk transistor Germanium (Ge) adalah 0,1 volt.
> Cut Off
> Cut Off
Titik cut-off transistor adalah titik dimana transistor tidak menghantarkan arus dari kolektor ke emitor, atau titik dimana transistor dalam keadaan menyumbat. Pada titik ini tidak ada arus yang mengalir dari kolektor ke emitor. Titik Cutoff didefinisikan juga sebagai keadaan dimana IE = 0 dan IC = ICO, dan diketahui bahwa bias mundur VBE.sat = 0,1 V (0 V) akan membuat transistor germanium (silikon) memasuki daerah cutoff. Titik cut-off transistor ini dapat dianalogikan sebagai saklar dalam kondisi terbuka (Off) sebagai berikut.
Titik Cut-Off Transistor Adalah Transistor Dalam Kondisi Off (Saklar Terbuka)
Titik Cut-Off Transistor Adalah Transistor Dalam Kondisi Off (Saklar Terbuka)
Titik cut-off transistor terjadi pada saat transistor tidak mendapat bias pada basis, sehingga transistor tidak konduk atau mengalirkan arus dari kolektor ke emitor. Titik cut-off transistor ini memiliki VCE yang maksimum yaitu mendekati VCC seperti ditunjunkan pada grafik titik cut-off pada garis beban transistor berikut.
Grafik Titik Cut-Off Pada Garis Beban Transistor
Andaikan bahwa basis dihubungkan langsung ke emitor sehingga VE = VBE = 0. Maka, IC ≡ ICES tidak akan naik melebihi nilai arus cutoff ICO.
Open-Circuited Base
Jika basis dibiarkan “mengambang” (tidak dihubungkan ke manapun) sehingga IB = 0, didapatkan bahwa IC ≡ ICEO. Pada arus rendah α ≈ 0,9 (0) untuk germanium (silikon), dan dengan demikian IC ≈10 ICO(ICO) untuk Ge (Si). Nilai VBE untuk kondisi open-base ini (IC = -IE) adalah sepersepuluhan milivolt berupa bias maju.
Cutin Voltage
Karakteristik volt-amper antara basis dan emitor pada tegangan kolektor-emitor konstan tidak serupa dengan karakteristirk volt-amper junction dioda sederhana. Jika junction emitor mendapat bias mundur, arus basis menjadi sangat kecil, dalam orde nanoamper atau mikroamper, masing-masing untuk silikon dan germanium. Jika junction emitor diberi bias maju, seperti pada dioda sederhana, tidak terdapat arus basis hingga junction emitor mendapat bias maju sebesar |VBE| > |Vγ|, dengan Vγ adalah tegangan cutin (cutin voltage). Karena arus kolektor secara nominal proportional terhadap arus basis, maka pada kolektorpun tidak terdapat arus, hingga terdapat arus pada basis. Oleh karena itu, plot arus kolektor terhadap tegangan basis-emitor akan memperlihatkan tegangan cutin, seperti halnya pada dioda.
4. Langkah Langkah Percobaan.
a. Siapkan Live Wire; dan
b. Buatkan Rangkaian dibawah Ini dan amati.
5. Analisa.
1. Pada percobaan pertama. Potensiometer kita atur ke variasi 0% dengan switch ON, data yang di dapat arus tidak mengalir pada Kolektor ke emulator sehingga tidak terjadi induksi magnetic yang menyebabkan motor tidak bergerak, jumlah tegangan yang ada pada voltmeter sebesar 5 Volt.
2. Pada percobaan Kedua. Potensiometer kita atur ke Variasi 5% dengan switch ON, data yang di dapat arus mengalir dari Kolektor ke Emulator sehingga terjadi Induksi Magnetik yang menyebabkan motor bergerak, jumlah tegangan yang ada pada voltmeter sebesar 5 Volt.
3. Pada percobaan Ketiga. Potensiometer kita atur ke Variasi 10% dengan switch ON, data yang di dapat arus mengalir dari Kolektor ke Emulator sehingga terjadi Induksi Magnetik yang menyebabkan motor bergerak, jumlah tegangan yang ada pada voltmeter sebesar 5 Volt.
4. Pada percobaan Keempat. Potensiometer kita atur ke Variasi 15% dengan switch ON, data yang di dapat arus mengalir dari Kolektor ke Emulator sehingga terjadi Induksi Magnetik yang menyebabkan motor bergerak, jumlah tegangan yang ada pada voltmeter sebesar 2,57 Volt.
5. Pada percobaan Kelima, sampai percobaan Ke 16. Potensiometer kita atur ke Variasi 20% - 95% dengan switch ON, data yang di dapat arus tidak mengalir dari Kolektor ke Emulator sehingga tidak terjadi Induksi Magnetik yang menyebabkan motor tidak bergerak.
6. Pada percobaan Terakhir. Potensiometer kita atur ke Variasi 100% dengan switch ON, data yang di dapat arus mengalir dari Kolektor ke Emulator sehingga terjadi Induksi Magnetik yang menyebabkan motor bergerak, jumlah tegangan yang ada pada voltmeter sebesar 1,14 Volt.
6. KESIMPULAN :
Kesimpulan dari Percobaan diatas adalah kontrol putaran Motor DC dibangun dari rangkaian yang terdiri dari 2 transistor NPN. Kontrol motor DC ini menggunakan prinsip kerja transistor sebagai saklar dimana rangkaian motor DC berputar searah jarum jam atau berlawanan dan pada rangkaian ini mempunyai 2 switch yang berfungsi sebagai pengatur putaran Motor DC. Dan pergerakan Motor DC tergantung dari variasi pontesiometer yang di tambahkan, pada potensio 20% - 95% tidak terjadi induksi magnetic sehingga motor DC tidak bergerak