27

BAB III

CARA KERJA DAN ANALISA

3.1 Blok Diagram

Rangkaian alat ukur suhu digital menggunakan IC L7107 ini terdiri beberapa

blok rangkaian, yaitu:

1. Power Supply

2. Sensor

3. Control

4. Output

Setiap blok rangkaian memiliki fungsi yang berbeda namun saling

berinteraksi untuk dapat bekerja dengan baik. Penggabungan antar blok tersebut akan

ditunjukkan pada gambar 3.1, dan rangkaian lengkap pada gambar 3.2.

Gambar 3.1 Blok diagram rangkaian alat ukur suhu digital

28

Gambar 3.2 Rangkaian Alat Ukur Suhu Digital Menggunakan IC L7107

29

3.2 Cara Kerja dan Analisa Masing-masing Blok Rangkaian

3.2.1 Power Supply

Penggunaan catu daya dari listrik yang disediakan oleh jala-jala dengan sistem

regulasi konvensional sebagai tegangan kerja masing-masing rangkaian alat ukur

digital ini. Ada beberapa kebutuhan tegangan yang dibutuhkan pada alat ini

diantaranya catu daya 5 volt yang dibutuhkan sebagai catu sensor suhu dan catu ADC

IC L7107. Sedangkan pada tegangan simetris menggunakan regulator pembentuk

tegangan 7805 untuk membentuk tegangan positif 5 volt dan regulator 7905 untuk

menghasilkan tegangan negatif -5 volt. Pada perancangan sistem tegangan simetris ini

tidak disertai dengan transistor sebab regulator tersebut telah dilengkapi dengan

sistem penstabil.

Gambar 3.3 Rangkaian Power Supply

Pada blok power supply ini digunakan IC 7805 dan IC 7905. IC ini

mempunyai karakeristik diantaranya sebagai berikut :

Output Voltagenya IC 7805 adalah 4,8 V sampai 5,2 V

Output Voltagenya IC 7905 adalah -4,8 V sampai -5,2 V

Arus outputnya adalah 1,5 mA sampai 1A

30

Power Supply sangat diperlukan dalam perancangan alat ini, karena tanpa

power supply alat ini tidak dapat bekerja. Jenis rangkaian power suplay gelombang

penuh ini dengan mengunakan trafo simetris. Tegangan DC yang dihasilkan adalah

tegangan DC ± 5 Volt dan DC ± -5Volt.

Pada setengah siklus positif, D1 (1N4002) akan lebih positif dibandingkan CT

(center-tap) sedangkan CT akan lebih positif dibandingkan D2 (1N4002). Dalam hal

ini dioda D1 akan forward bias atau dengan kata lain akan menghantar dan dioda D2

akan reverse bias atau tidak menghantar sehingga dalam setengah siklus positif hanya

D1 saja yang menghantar.

Pada setengah siklus negatif, D2 (1N4002) akan lebih positif dibandingkan

CT (center-tap) sedangkan CT akan lebih positif dibandingkan D1 (1N4002). Dalam

hal ini dioda D2 akan forward bias atau dengan kata lain akan menghantar dan dioda

D1 akan reverse bias atau tidak menghantar sehingga dalam setengah siklus negatif

hanya D2 saja yang menghantar.

Kemudian tegangan akan melewati sebuah kapasitor 4700F. Kapasitor

tersebut berfungsi untuk memastikan bahwa tegangan output akan tetap berada pada,

atau mendekati, tegangan puncak bahkan ketika dioda – dioda tidak menghantar.

Kapasitor tersebut menyimpan muatan selama setengah siklus positif dari tegangan

sekunder dan melepaskannya selama setengah siklus negatif atau kapasitor tersebut

biasa disebut sebagai kapasitor resevoir. Tegangan setelah melewati kapasitor lalu

menuju ke kaki 1 IC7905. Dimana keluaran dari kaki 3 IC 7905 adalah -5 Volt DC.

Lalu akan menuju ke kaki 1 IC7805. Dimana keluaran dari kaki 3 IC 7805 adalah 5

Volt. Dan pada IC7805 dipasang kapasitor yang berfungsi untuk menghaluskan ripple

pada tegangan keluaran dari IC 7805, sehingga tegangan yang keluar dari IC7805

dapat benar – benar stabil.

31

3.2.2 Sensor Suhu LM35DZ

Sensor suhu berfungsi untuk mengubah besaran fisis yang berupa suhu

menjadi besaran elektris tegangan. Sensor ini memiliki parameter bahwa setiap

kenaikan 1oC tegangan keluarannya naik sebesar 10mV dengan batas maksimal

keluaran sensor adalah 1V pada suhu 100oC. Gambar sensor suhu LM35DZ

ditunjukkan pada gambar 3.4

Gambar 3.4 sensor suhu LM35DZ

Rangkaian sensor suhu berguna untuk mendeteksi suhu pada medium.

Rangkaian sensor suhu diperlihatkan pada gambar dibawah ini :

Gambar 3.5 Rangkaian Sensor Suhu

32

3.2.3 Cara kerja rangkaian sensor suhu

Komponen utama yang digunakan pada rangkaian sensor suhu ini adalah

sebuah sensor berbentuk IC (Integrated Circuit) dengan tipe LM35DZ. LM35DZ ini

adalah sebuah sensor suhu yang keluarannya sudah dalam celcius yang memiliki

kemampuan penginderaan suhu dari 0oC sampai 100oC. IC LM35DZ ini akan

mengkonversikan besaran suhu menjadi besaran tegangan. Dimana IC LM35DZ ini

akan mengeluarkan tegangan pada kaki 2 sebagai output sebesar 10mV untuk setiap

kenaikan suhu sebesar 1oC.

Penerapan sensor ini sangat mudah, sensor ini cukup diletakkan pada suatu

medium, dimana pada medium tersebut suhunya akan dikendalikan. IC LM35DZ ini

tinggal diberi tegangan catu daya. Dalam rangkaian ini diberikan catu daya +5 Volt

pada kaki 1 dan ground pada kaki 3. Sedangkan keluaran (output) pada kaki 2.

Keluaran dari sensor suhu LM35 ini (pada kaki 2) akan diumpankan ke rangkaian

pembagi tegangan. Pada rangkaian pembagi tegangan yang dihasilkan oleh sensor

suhu LM35DZ ini akan dibandingan dengan tegangan referensi.

3.2.4 Analisa Rangkaian Sensor Suhu

Besaran tegangan yang dikeluarkan dari sensor suhu LM35DZ ini dapat

dihitung menggunakan rumus yang diperoleh dari data sheet IC yang bersangkutan

sebagai berikut : Vout = x 10,0 mV/ oC. Pada perancangan alat pengendali suhu ini

suhu yang dikeluarkan pada output LM35DZ akan bernilai variabel (berubah-ubah)

sesuai suhu yang telah terbaca oleh LM35DZ. Dimisalkan LM35DZ mendeteksi suhu

sebesar 30, 50,60 …80 dst, maka pada keluaran kaki 2 LM35 akan diperoleh:

Vout (30oC) = (10,0 mV/ oC) x 30 oC

Vout (30oC = 300 mV

Vout (50oC) = (10,0 mV/ oC) x 50 oC

Vout (50oC) = 500 mV

Vout (60oC) = (10,0 mV/ oC) x 60 oC

33

Vout (60oC) = 600 mV

Vout (80oC) = (10,0 mV/oC) x 80 oC

Vout (80oC) = 800 mV……………dst

Pada persamaan di atas menunjukkan bahwa setiap keluaran pada LM35 akan

dikalikan dengan 10,0 mV sehingga nilai suhu pada kaki 2 (output) pada IC1 ini

menjadi tegangan sebesar = x10 mV dari suhu yang terdeteksi oleh LM35DZ.

LM35DZ menghasilkan 0.3V (300mV), tegangan ini di olah dengan menggunakan

rangkaian pembagi tegangan agar sesuai dengan tahapan masukan IC L7107.

Sensor suhu LM35DZ diuji dengan cara memberikan catu 5V dan

memberikan pemanasan secara tidak langsung, sedangkan tegangan keluaran

langsung diamati dengan voltmeter.

Dari pengujian didapatkan data sebagai berikut.

Table 3.1 Hasil Pengujian Sensor LM35

Suhu (oC) Tegangan keluaran LM35DZ (V)

35oC 0.35

40oC 0.40

45oC 0.45

50oC 0.51

55oC 0.55

60oC 0.65

65oC 0.71

70oC 0.76

Dari hasil pengujian diketahui tegangan keluaran sensor naik sebesar 50mV

untuk setiap 5oC atau 10mV/oC, maka sensor telah bekerja dengan baik.

34

Uji coba ini bertujuan untuk membuktikan karakteristik sensor yang

memiliki sensitifitas sebesar 10mVolt untuk setiap oC-nya dengan

membandingkan suhu yang terbaca pada tujuh segmen dengan tegangan pada pin

Vout LM35.

3.2.5 IC L7107

IC L7107 seperti diperlihatkan pada gambar 3.6, merupakan pengubah

analog ke digital (A/D Converter) 3 1/2 digit. Tersedia dipasaran berupa paket tunggal

40 pin dengan pengubahan dari analog ke digital dilakukan melalui metode dual

slope. Nilai digital dari tegangan hasil pengubahannya ditampilkan dengan

menggunakan peraga seven segment dengan LED common anoda sebanyak 4 buah.

Pemilihan penampil peraga seven segment yang sesuai dengan rangkaian

pengubahan analog ke digital yang menggunakan IC L7107, adalah peraga seven

segment LED (Light Emiting Diode). Peraga tersebut mempunyai anoda-anoda yang

dibutuhkan satu sama lain dan keluar di sisi kanan sebagai hubungan tunggal

(common anoda). Gambar IC L7107 ditunjukkan pada gambar 3.6

Gambar 3.6 IC L7107

35

Tampilan dengan peraga seven segmen dirancang sedemikian, sehingga

dengan jelas menun jukkan nilai suhu ruang yang diukur. Alat ini dirancang dengan

menggunakan 5 buah seven segmen, 4 buah seven segmen digunakan untuk

menampilkan angka suhu yang diukur dan 1 buah seven segmen digunakan untuk

menampilkan oC.

Rangkaian untuk bagian IC L7107 diperlihatkan pada gambar 3.7

Gambar 3.7 Rangkaian Bagian IC L7107

3.2.6 Cara kerja rangkaian penampil

Inti rangkaian ini adalah sebuah IC berkaki 40 disebut ICL 7107 dimana

berfungsi sebagai converter analog to digital. Pada intinya IC ini digunakan sebagai

pengukur tegangan keluaran sensor demikian pula prinsipnya yang digunakan pada

rangkaian ini. Dipilihnya IC ini karena tergolong mudah dalam perancangan. Cukup

36

dengan menambahkan beberapa komponen elektronika lainnya serta 4 buah seven

segmen (3 ½) digit sebagai penampil nilai tegangan yang terukur.

Tegangan yang masuk ke kaki ini akan disesuaikan nilainya sesuai pengaturan

pada pembagi tegangan yang mengacu pada tegangan refefensi. Untuk menentukan

nilai tegangan referensi, maka digunakan perhitungan sebagai berikut:

Vreff = (VR10.Vcc)/ (VR10.R9)……………………………….3.1

Karena pada VR4 menggunakan R variabel berjenis trimpot, maka dapat

diatur dengan merubah-ubah nilai tahanan terhadap tegangan referensi.

Pada tampilan ICL 7107 ini menggunakan rumus :

Tampilan = (1000 x Vin) / Vreff…………………….3.2

3.2.7 Output

Seven-Segment merupakan sebagian dari blok output pada rangkaian ini yang

diaktifkan oleh blok rangkaian IC L7107. Seven segmen disini akan aktif apabila

output dari IC L7107 bernilai 0. Dalam suatu komponen Seven-Segment didalamnya

merupakan susunan dari LED yang dibentuk menjadi suatu tampilan display.

Sehingga LED dalam seven segmen mempunyai sifat yang sama seperti halnya sifat

dioda pada umumnya. Dan bila output dari IC L7107 bernilai 0, maka hal ini

membuat kutub anoda lebih positif dari kutub katoda dan menyebabkan keadaan LED

pada seven segmen menjadi aktif dengan cara memancarkan cahaya seperti yang

ditunjukkan pada gambar 3.8

37

Gambar 3.8 Seven Segment Sebagai Penampil

3.3 Pengujian Sistem Keseluruhan

Pengujian keseluruhan dilakukan dengan menempatkan sensor LM35DZ dan

thermometer dalam suhu yang sama kemudian membandingkan antara suhu

penunjukan yang tertampil pada seven segmen terhadap penunjukan suhu pada

thermometer selama 30 menit.

Table 3.2 hasil pengujian system

Tampilan

seven segmen

Tampilan suhu

termometer

Error

30OC 29,7OC 0,3OC

32OC 32OC 0OC

34OC 34OC 0OC

37OC 37,5OC 0,5OC

40OC 40OC 0OC

45OC 45,6OC 0,6OC

46OC 46OC 0OC

47OC 46.7OC 0,3OC

∑ error 1,7OC

38

Hasil percoban menunjukan bahwa rangkaian alat ukur suhu digital memiliki

error rata-rata sebesar 0,2125OC, nilai ini didapat dengan menjumlahkan semua nilai

error dari setiap pengujian dibagi jumlah pengujian (8 kali). Secara rumus adalah

sebagai berikut:

=ݎݎݎΣ ୰୰୭୰

୨୳୫ ୪ୟ୦୮ ୬୳୨୧ୟ୬

=ଵ,

= 0,2125OC