DISUSUN
OLEH :
1.
ABDURRAHMAN
YUSUF (30601601820)
2.
DAFIS
WAHYU WURYANATA (30601601845)
3.
RIKFAN
LATIFURROHMAN (30601601885)
BAB
I
PENDAHULUAN
1.1
Latar
Belakang
Pada
perkembangan zaman sekarang Transistor sebagai penguat sangat berguna dan
banyak digunakan dalam rangkaian elektronika khususnya dalam bidang komunikasi
baik itu digital maupun analog. Karena dalam Komunikasi antara Transmitter dan
Receiver sinyal yang ditransmitter kan atau dipancarkan pasti akan tercampur
dengan noise, interferensi, dll. Selain itu Tegangan yang didterima oleh
Receiver (Penerima) akan melemah sehingga membutuhkan Penguat Transistor
khususnya Penguat Daya Audio. Dalam Pengaplikasiaanya Penguat Transistor dapat
digunakan dalam Rangkaian Pemancar dan Penerima Komunikasi Audio menggunakan
Optocoupler.
Rangkaian ini
menggunakan PC 817 opto-coupler, sebuah chip kecil yang mentransfer sinyal
antara dua sirkuit yang terisolasi menggunakan cahaya. Optocoupler dasar
menggunakan LED dan phototransistor. Semakin terang LED, semakin banyak arus
yang diizinkan melewati phototransistor. Prinsip utama dalam sirkuit ini adalah
komunikasi IR yang hanya digunakan untuk komunikasi Line-of-Sight (LoS) pada
rentang rendah.
Sirkuit pemancar
dan penerima audio IR sederhana yang dapat mengirimkan sinyal audio hingga 4
meter. Sinyal audio yang akan dikirim diterapkan di dasar transistor di bagian
pemancar dan speaker 8 ohm terhubung di bagian penerima untuk mendengarkan
sinyal audio yang ditransmisikan.
Oleh Karena itu,
dalam tugas besar ini akan menceritakan prinsip kerja serta manfaat dari “Voice
Transmitter and Receiver with Optocuopler Circuit”.
1.2
Rumusan
Masalah
Dari Latar Belakang diatas dapat
dirumuskan masalah dalam Tugas Besar ini
adalah :
1. Untuk
Mengetahui Pengaplikasian Transistor sebagai Penguat Audio kuhususnya dibidang
Komunikasi.
2. Memberikan
Dasar Ide untuk perkembangan rangkaian Komunikasi.
3. Memberikan
kontribusi nyata dalam ilmu Komunikasi serta Elektronika.
4. Dapat
mengerti Prinsip Kerja Transistor Sebagai Penguat Audio, Hubungan Darlington,
serta Rangkaian Pemancar dan Penerima.
1.3
Tujuan
Tujuan dalam pembuatan Tugas Besar ini
adalah membuat rangkaian, menganalisa, dan memberikan ide Dasar Perkembangan
Rangkaian Elektronika Komunikasi Jarak jauh.
1.4
Batasan
masalah dalam Tugas Besar ini adalah
1. Penguat
Transistor yang digunakan pada Pemancar (Transmitter) adalah penguat kelas A.
2. Penguat
Transistor yang digunakan pada Penerima (Receiver) adalah Transistor Hubungan
Darlington.
3. Filter
pada Penerima (Receiver) yang digunakan adalah Rangkaian High Pass Filter.
4. Simulasi
menggunakan Software Proteus 8 Profesional.
5. Tugas
besar ini hanya membahas Prinsip Kerja dari Rangkaian Pemancar dan Penerima
Optocoupler, tidak menghitung penguatan Transistor kelas A, maupun Transistor
Hubungan Darlington.
BAB
II
DASAR
TEORI
2.1 Penguat Push
Pull Kelas A
Penguat
kelas A adalah rangkaian dasar common emiter (CE) transistor. Penguat tipe kelas A dibuat dengan mengatur arus
bias yang sesuai di titik tertentu yang ada pada garis bebannya. Sedemikian
rupa sehingga titik Q ini berada tepat di tengah garis beban kurva VCE-IC
dari rangkaian penguat tersebut. Penguat kelas A dapat menghasilkan sinyal output sesuai dengan sinyal
input selama siklus penuh (360o).
Arus output (kolektor) mengalir terus menerus meskipun tidak ada sinyal input,
sehingga transistor menerima panas karena adanya ICQ. Asalkan sinyal masih
bekerja di daerah aktif, bentuk sinyal keluarannya akan sama persis dengan
sinyal input. Efisiensi penguat yang beroperasi pada kelas A sangat rendah
kira-kira hanya 25% - 50%. Ini tidak lain karena titik Q yang ada pada titik A,
sehingga walaupun tidak ada sinyal input (atau ketika sinyal input = 0 Vac)
transistor tetap bekerja pada daerah aktif dengan arus bias konstan.
Transistor selalu aktif (ON) sehingga sebagian besar dari sumber catu daya
terbuang menjadi panas. [1]
Gambar 2.1 Rangkaian Penguat
Transistor Kelas A
Gambar 2.2 Rangkaian Dasar Penguat
Kelas B
Terlihat adanya sinyal input
berbentuk sinus yang menumpang pada IBQ dan sinyal output terlihat mengayun
secara penuh (secara 360O) disekitar ICQ. Pada umumnya titik kerja
(ICQ maupun VCEQ) penguat kelas A diletakkan ditengah-tengah garis beban ac
agar diperoleh ayunan sinyal output maksimum. Dengan demikian arus ICQ selalu
mengalir baik pada saat ada sinyal input maupun pada saat tidak ada sinyal
input. Hal inilah yang menyebabkan banyak daya yang terdisipasi pada transisor
dan terbuang menjadi panas, sehingga efesiensi penguat kelas A sangat rendah. [2]
2.2 Transistor Darlington
Hubungan
darlington diperoleh dengan cara menggabungkan dua buah transistor se- jenis
dan umumnya mempunyai beta yang sama. Keuntungan yang diperoleh dengan
memanfaatkan transistor yang dihubungkan secara darlington adalah: Im- pedansi
input tinggi, impedansi output rendah, dan Ai tinggi. Akan tetapi kerugiannya
ada- lah bahwa arus bocor transistor pertama akan dikuatkan oleh transistor
kedua, sehingga per- lu hati-hati pada perencanaan pembiasannya. [3]
Gambar 2.3 Rangkaian Transistor Hubungan
Darlington
bD = b1 . b2
VBE aktif = 1,4 s/d 1,8 Volt
Bias DC:
Gambar 2.4
Bias DC Darlington
Analisis AC:
Rangkaian ekivalen penguat dengan hubungan darlington. Dasar penggambaran rangkain ekivalen ini, dimana terminal masukan diambil
pada basis Q1 dan terminal keluaran diambil pada kolektor Q2.
Menentukan Impedansi input, Zi
Dengan demikian:
Zi = RB// (ri + bD . RE)
Gambar 2.5
Rangkaian Ekivalen Darlington
Menentukan Penguatan Arus, Ai:
io = ie = Ib + bD . ib io = ie @bD
. ib
Sedangkan,
ib = (RB).(iin)/(RB + (ri + bD . RE))
iin = (ib).(RB + (ri + bD . RE)) /
(RB)
Sehingga:
Ai = io/iin
Ai = (bD . ib).(RB)/ (RB + (ri + bD
. RE)).(ib) Ai = (bD . RB) / (RB + (ri + bD . RE))
Menentukan Impedansi Output, Zo:
Kondisi yang harus dipenuhi untuk mendapatkan
impedansi output adalah sumber sinyal ha- rus dibuat nol, dan tahanan beban
harus dibuat terbuka.
Zo = vo/io
Diturunkan persamaan arus output sesuai dengan
hukum Kirchoff arus sebagai berikut:
io = (vo/RE) + (vo/ri) - (bD . ib)
io = (vo/RE) + (vo/ri) - (bD)(vo/ri)
io = {(1/RE) + (1/ri) - (bD/ri)}. Vo
Dengan demikian,
Zo = vo/io
Zo = 1 / {(1/RE) + (1/ri) - (bD/ri)}.
Zo = RE // ri // (ri/bD)
Gambar 2.6
Rangkaian Ekivalen Menentukan Zo
Menentukan Penguatan Tegangan, Av:
vo = (ib + bD.ib).RE
vo = ib.(RE + bD.RE)
Dan
vi = ib.ri + ib (bD
+ 1).RE vi = ib.(ri + RE + bD.RE)
Sehingga:
vo/vi = {ib.(RE + bD.RE)}
/ { ib.(ri + RE + bD.RE)} vo/vi = (RE + bD.RE)
/ (ri + RE + bD.RE)
atau secara pendekatan:
vo/vi = 1
2.3. Filter Lolos Atas (High Pass Filter)
High-Pass
Filter (HPF) adalah tipe/fungsi equalizer yang meloloskan frekuensi high
(tinggi) frekuensi yang kita kehendaki, sehingga frekuensi low (rendah)
dibawahnya disaring (filter) dan dihilangkan. Contoh: setting HPF di 10 kHz
maka frekuensi 10 kHz keatas di loloskan dan frekuensi dibawah 10 kHz disaring
(di-filter) atau ditiadakan.
Suatu
filter lolos atas orde satu dapat dibuat dari satu tahanan dan satu kapasitor
seperti pada Gambar 2.7 Perhatikan perbedaannya dengan filter lolos bawah pada
penempatan C1. Filter orde satu ini mempunyai pita transisi dengan kemiringan
20 dB/decade atau 6 dB/oktav . Sementara
besarnya frekuensi cut off didapat dari:
fC
= 1 / (2pR1C1)
Gambar
2.7 High Pass Filter Orde 1
Gambar
2.8 High Pass Filter Orde 2
frekuensi
cutoff High Pass Filter orde-2 didapatdarirumusdibawah:
Respon Frekuensi
Filter High Pass Filter :
Gambar 2.9 Respon
Frekuensi High Pass Filter
Penguatan
tegangan dari sinyal input yang diberikan ke rangkaian filter aktif high
pass ini memiliki perbedaan pada respon frekuensi rangkaian filter aktif high
pass
sebagai berikut.
1. Pada saat sinyal input dengan frekuensi (f) lebih tinggi dari frekuensi cut-off (fc) :
1. Pada saat sinyal input dengan frekuensi (f) lebih tinggi dari frekuensi cut-off (fc) :
2. Pada saat sinyal input dengan frekuensi (f) sama dengan dari frekuensi cut-off
(fc) :
3. Pada saat sinyal input dengan frekuensi (f) lebih rendah dari frekuensi cut-off (fc) :
Dari penyataan diatas maka pada filter high pass akan memberikan respon
melemahkan sinyal input apabila frekuensi sinyal input yang diberikan ke rangkaian filter aktif high pass lebih rendah dari frekuensi cut-off rangkaian dan akan memberikan penguatan tegangan sebesar Av pada saat frekeunsi sinyal tersebut lebih tinggi dari frekuensi cut-off kemudian akan terjadi pelemahan 0,707 dari Av pada saat frekuensi sinyal input sama dengan frekuensi cut-off rangkaian filter aktif high pass tersebut. [4]
2.4 OPTOCUPLER
Optocoupler adalah suatu piranti yang terdiri dari 2
bagian yaitu transmitter dan receiver, yaitu antara bagian cahaya dengan bagian
deteksi sumber cahaya terpisah. Biasanya optocoupler digunakan sebagai saklar
elektrik, yang bekerja secara otomatis.
Pada dasarnya Optocoupler adalah suatu komponen
penghubung (coupling) yang bekerja berdasarkan picu cahaya optic. Optocoupler
terdiri dari dua bagian yaitu:
- Pada transmitter dibangun dari sebuah LED infra merah. Jika dibandingkan dengan menggunakan LED biasa, LED infra merah memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap sinyal tampak. Cahaya yang dipancarkan oleh LED infra merah tidak terlihat oleh mata telanjang.
- Pada bagian receiver dibangun dengan dasar komponen Photodiode. Photodiode merupakan suatu transistor yang peka terhadap tenaga cahaya. Suatu sumber cahaya menghasilkan energi panas, begitu pula dengan spektrum infra merah. Karena spekrum inframerah mempunyai efek panas yang lebih besar dari cahaya tampak, maka Photodiode lebih peka untuk menangkap radiasi dari sinar infra merah.
Oleh karena itu Optocoupler dapat dikatakan sebagai
gabungan dari LED infra merah dengan fototransistor yang terbungkus menjadi
satu chips. Cahaya inframerah termasuk dalam gelombang elektromagnetik yang
tidak tampak oleh mata telanjang. Sinar ini tidak tampak oleh mata karena
mempunyai panjang gelombang , berkas cahaya yang terlalu panjang bagi tanggapan
mata manusia. Sinar infra merah mempunyai daerah frekuensi 1 x 1012 Hz sampai
dengan 1 x 1014 GHz atau daerah frekuensi dengan panjang gelombang 1µm – 1mm.
LED infra merah ini merupakan komponen elektronika yang
memancarkan cahaya infra merah dengan konsumsi daya sangat kecil. Jika diberi
bias maju, LED infra merah yang terdapat pada optocoupler akan mengeluarkan
panjang gelombang sekitar 0,9 mikrometer. [5]
Prinsip Kerja
Optocoupler
Proses terjadinya pancaran cahaya pada LED infra merah dalam optocoupler
adalah sebagai berikut. Saat dioda menghantarkan arus, elektron lepas dari
ikatannya karena memerlukan tenaga dari catu daya listrik. Setelah elektron
lepas, banyak elektron yang bergabung dengan lubang yang ada di sekitarnya
(memasuki lubang lain yang kosong). Pada saat masuk lubang yang lain, elektron
melepaskan tenaga yang akan diradiasikan dalam bentuk cahaya, sehingga dioda
akan menyala atau memancarkan cahaya pada saat dilewati arus. Cahaya infra
merah yang terdapat pada optocoupler tidak perlu lensa untuk memfokuskan cahaya
karena dalam satu chip mempunyai jarak yang dekat dengan penerimanya. Pada
optocoupler yang bertugas sebagai penerima cahaya infra merah adalah
fototransistor. Fototransistor merupakan komponen elektronika yang berfungsi
sebagai detektor cahaya infra merah. Detektor cahaya ini mengubah efek cahaya
menjadi sinyal listrik, oleh sebab itu fototransistor termasuk dalam golongan
detektor optik.
Prinsip kerja
dari optocoupler adalah :
- Jika antara Photodiode dan LED terhalang maka Photodiode tersebut akan off sehingga output dari kolektor akan berlogika high.
- Sebaliknya jika antara Photodiode dan LED tidak terhalang maka Photodiode dan LED tidak terhalang maka Photodiode tersebut akan on sehingga output- nya akan berlogika low.
Gambar 2.10 Optocupler
Sebagai pemancar atau transmitter dibangun dari sebuah led infra merah
untuk mendapatkan ketahanan yang lebih baik daripada menggunakan led biasa.
Sensor ini bisa digunakan sebagai isolator dari rangkaian tegangan rendah kerangkaian tegangan tinggi. Selain itu juga bisa dipakai sebagai pendeteksi adanya penghalang antara transmitter dan receiver dengan memberi ruang uji dibagian tengah antara led dengan photo transistor. Penggunaan ini bisa diterapkan untuk mendeteksi putaran motor atau mendeteksi lubang penanda disket pada disk drive computer. Tapi pada alat yang penulis buat optocoupler untuk mendeteksi putaran.
Sensor ini bisa digunakan sebagai isolator dari rangkaian tegangan rendah kerangkaian tegangan tinggi. Selain itu juga bisa dipakai sebagai pendeteksi adanya penghalang antara transmitter dan receiver dengan memberi ruang uji dibagian tengah antara led dengan photo transistor. Penggunaan ini bisa diterapkan untuk mendeteksi putaran motor atau mendeteksi lubang penanda disket pada disk drive computer. Tapi pada alat yang penulis buat optocoupler untuk mendeteksi putaran.
BAB
III
PEMBAHASAN
1.1 Analisa Voice Transmitter and Receiver
Circuit :
Gambar
3.1 Rangkaian Penerima dan Pemancar Audio Optocoupler
Sirkuit pemancar dan penerima audio
IR sederhana yang dapat mengirimkan sinyal audio hingga 4 meter. Sinyal audio
yang akan dikirim diterapkan di dasar transistor di bagian pemancar dan speaker
8 ohm terhubung di bagian penerima untuk mendengarkan sinyal audio yang
ditransmisikan. Rangkaian ini menggunakan PC 817 opto-coupler, sebuah chip
kecil yang mentransfer sinyal antara dua sirkuit yang terisolasi menggunakan
cahaya.
Optocoupler dasar menggunakan LED
dan phototransistor. Semakin terang LED, semakin banyak arus yang diizinkan
melewati phototransistor. Prinsip utama dalam sirkuit ini adalah komunikasi IR
yang hanya digunakan untuk komunikasi Line-of-Sight (LoS) pada rentang rendah.
Transistor Q1 digunakan untuk menggerakkan dioda IR. Sinyal audio input
memodulasi sinyal inframerah dari dioda IR dan sinyal inframerah yang
ditransmisikan diterima oleh fototransistor.
Transistor Q2 dan Q3 membentuk
sirkuit Darlington yang memperkuat sinyal output dari phototransistor. sinyal
keluaran dari sirkuit Darlington mampu menggerakkan speaker. Akhirnya,
kapasitor C1 dan resistor R3 membentuk filter yang digunakan untuk mengurangi
interferensi dari sinyal inframerah liar.
BAB
IV
PENUTUP
4.1 Kesimpulan
Dari Tugas Besar yang telah kami
buat, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
- Dengan menggunakan Penguat Kelas A akan memberikan Penguatan Tegangan yang dapat menggerekan IR Optcoupler.
- Dengan Penguat Transistor Hubungan Darlington dapat menguatkan Tegangan yang dapat menghidupkan atau mengaktifkan Speaker 8 ohm.
- Dengan Optocoupler Audio / Suara dapat ditransmisikan sejauh 4 meter secara optic atau cahaya.
- Dengan High Pass Filter akan meloloskan Frekuensi Tinggi dan menghambat Frekuensi Rendah di Penerima (Receiver) sebelum dikuatkan oleh Penguat Darlington.
4.2 Saran
Dapat Menganalisa Perhitungan Penguatan
dan nilai Tegangan di Penguat Transistor kelas A, Transistor Darlington, dan
dapat menampilkan Grafik Respon Frekuensi High Pass Filter.
DAFTAR
PUSTAKA
M. Ashari, “Desain Konverter Elektronika Daya,” Bandung
Inform. Bandung, 2017.
H. D. Surjono, Elektronika Analog. Cerdas Ulet Kreatif
Publisher, 2011.
E. Penguat and A. Gambar, “Penguat menggunakan transistor.”
T. S. Rappaport, Wireless communications: principles and
practice, vol. 2. prentice hall PTR New Jersey, 1996.
D. Arifianto, Kumpulan rangkaian Elektronika sederhana.
Kawan Pustaka, 2011.