PENGENDALI SUHU AIR DENGAN KENDALI PROPORSIONAL

PENGENDALI SUHU AIR DENGAN KENDALI

PROPORSIONAL

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Oleh:

Nama : Mikael Dhanny Trisylatama

NIM : 025114016

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2007

i

WATER TEMPERATURE CONTROL USING

PROPORTIONAL CONTROLLER

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

To Obtain the Sarjana Teknik Degree

In Electrical Engineering Study Program

By:

Name : Mikael Dhanny Trisylatama

Student Number : 025114016

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2007

ii

HALAMAN PERSEMBAHAN

Karya sederhana ini kupersembahkan kepada :

Tuhan Yesus Kristus yang selalu menuntunku,

membimbingku, memberkatiku, dan menjagaku

Bapak dan Ibu yang telah memberikan semangat, doa, serta dukungan secara

moril maupun materiil.

Kakak-kakakku Herry dan Liza, adikku Fika kukasihi

Inna yang telah menjadi sahabatku suka dan duka.

Almamaterku Teknik Elektro, Teman-teman seperjuangan angkatan 2002.

v

MOTTO

Segala sesuatu yang dijumpai tanganmu untuk dikerjakan,

Kerjakanlah itu sekuat tenaga,

Karena tak ada pekerjaan, pertimbangan,

Pengetahuan dan hikmat dalam dunia orang mati,

Kemana engkau akan pergi

(Pengkotbah, 9:10)

Kita tahu sekarang, bahwa Allah turut bekerja

dalam segala sesuatu untuk mendatangkan kebaikan

bagi mereka yang mengasihi Dia,

Yaitu bagi mereka yang terpanggil sesuai dengan rencana Allah

(Roma, 8:28)

Serahkanlah perbuatanmu kepada TUHAN,

Maka terlaksanalah segala rencanamu

(Amsal, 16:3)

vi

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang saya tulis ini

tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan

dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

Yogyakarta, ................................

Mikael Dhanny Trisylatama

vii

INTISARI

Tugas akhir ini mendeskripsikan tentang Pengendali Suhu Air dengan Kendali Proporsional yang menggunakan aktuator berupa heater atau pemanas air untuk memperoleh keadaan suhu air yang stabil. Pengendali Suhu Air dengan Kendali Proporsional diimplementasikan dengan menggunakan metode Ziegler-Nichols. Masukan dari pengendali proporsional adalah selisih tegangan antara set point dengan feedback (sensor). Selisih tegangan tersebut digunakan untuk mengendalikan heater. Pada implementasi, terdapat 3 nilai level tegangan (set point) dengan besar tegangan yang berbeda-beda, yaitu tegangan 0,5 Volt menyatakan kondisi suhu saat 50oC, tegangan 0,7 Volt menyatakan kondisi suhu saat 70oC, dan tegangan 0,9 Volt menyatakan kondisi suhu saat 90oC. Pemilihan set point dilakukan dengan menekan tombol pemilih.

Pengendali Suhu Air dengan Kendali Proporsional telah berhasil diimplementasikan dan diuji. Hasil yang diperoleh dalam pengujian adalah keadaan suhu yang sesuai dengan yang diinginkan pada set point. Kata kunci : suhu air, kendali proporsional, Ziegler-Nichols.

viii

ABSTRACT

This final project describes about Water Temperature Control Using Proportional Controller. It’s using a heater as actuator to get stable temperature.

Water Temperature Control Using Proportional Controller is applied using Ziegler-Nichols method. The input from proportional controller is a voltage difference between set point and feedback (sencor). This voltage difference is used to control the heater. In implementation, there are 3 set points of voltage difference which are 0.5V to represent the condition of temperature of 50oC, 0.7V to represent the condition of temperature of 70oC, and 0.9V to represent the condition of temperature of 90oC. The selection of voltage level is done by pressing the selection button.

Water Temperature Control Using Proportional Controller successfully implemented and tested. The test result is the temperature condition that match the set point. Key words: water temperature, proportional method, Ziegler-Nichols.

ix

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Yesus Kristus atas segala kasih, rahmat, lindungan,

bimbingan, dan karunia-Nya yang telah diberikan kepada penulis sehingga dapat

menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik dan lancar.

Dalam proses penulisan tugas akhir ini penulis menyadari bahwa ada begitu

banyak pihak yang telah memberikan perhatian dan bantuan dengan caranya masing-

masing sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Oleh karena itu penulis ingin

mengucapkan terima kasih antara lain kepada :

1. Yesus Kristus atas kasih, rahmat, lindungan, dan karunia-Nya kepada penulis

hingga penulis dapat merasakan kasih-Nya.

2. Ir. Greg. Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc., selaku dekan fakultas sains

dan teknologi.

3. Ibu Bernadeta Wuri Harini, S.T., M.T., selaku pembimbing I atas ide-ide yang

berguna, bimbingan, dukungan, saran dan kesabaran bagi penulis dari awal

sampai tugas akhir ini bisa selesai.

4. Bapak Ir. Tjendro, selaku pembimbing II yang telah bersedia meluangkan waktu

serta memberikan bimbingan dan saran yang tentunya sangat berguna untuk

tugas akhir ini.

5. Bapak Petrus Setyo Prabowo, S.T., M.T., dan Bapak Ir. Iswanjono, M.T., selaku

penguji yang telah bersedia memberikan kritik dan saran.

x

6. Seluruh dosen teknik elektro atas ilmu yang telah diberikan selama penulis

menimba ilmu di Universitas Sanata Dharma.

7. Mas Broto dan Mas Mardi, selaku laboran yang telah mengizinkan membuka Lab

sewaktu-waktu jika diperlukan untuk mengambil data.

8. Bapak dan Ibuku tercinta, semangat, doa serta dukungan secara moril maupun

materiil.

9. Kedua kakakku, Herry dan Liza serta adikku Fika. Makasih atas dukunganya ya!

semoga persaudaraan kita tetap rukun selalu.

10. Maria Inna. Makasih atas kesabaranmu yang selalu menemaniku dalam suka dan

duka. Kamu selalu memberikan aku support, perhatian dan persahabatan.

11. Keluarga besar di Gombong. Nenek, Kakek, Om dan Tante semua yang sudah

memberikan semangat, doa sehingga aku bisa menyelesaikan skripsi ini.

12. Teman-teman seperjuangan. Andi(Andex), Adi(Plentonk), Clement, Deri, P.

Dani(Lele), Ido, Hari, Robby, Wawan(Tikus), Yoga, Lina, Oscar serta teman-

teman angkatan 2002.

13. Anak-anak kost Wisma Goreti. Tita, Shinta, Clare, Vivin, Spadic, Friska makasih

ya semuannya.

14. Dan seluruh pihak yang telah ambil bagian dalam proses penulisan tugas akhir ini

yang terlalu banyak jika disebutkan satu-persatu.

Dengan rendah hati penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari

sempurna, oleh karena itu berbagai kritik dan saran untuk perbaikan tugas akhir ini

xi

sangat diharapkan. Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua

pihak. Terima kasih.

Yogyakarta, ................................

Penulis

xii

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL………………………………………………………….….i

HALAMAN PERSETUJUAN………………………………………………....iii

HALAMAN PENGESAHAN………………………………………………......iv

HALAMAN PERSEMBAHAN……………………………………….……......v

HALAMAN MOTTO………………………………………………………......vi

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA…………………………….................vii

INTISARI.……………………………………………………………………..viii

ABSTRACT…………………………………………………………...………...ix

KATA PENGANTAR……………………………………………….………….x

DAFTAR ISI………………………………………………………….……….xiii

DAFTAR GAMBAR……………………………………………….……….....xv

DAFTAR TABEL……………………………………………………….........xvii

BAB I. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah………………………………….……1

1.2. Batasan Masalah…………………………………………….…2

1.3. Tujuan Penelitian…………………………………..………......2

1.4. Manfaat Penelitian……………………………………..............3

1.5. Metodologi Penelitian………………………………….….…..3

1.6. Sistematika Penulisan………………………………….....…....3

BAB II. DASAR TEORI

2.1. Sistem Kendali………………………………….……...............5

2.2. Kendali Proporsional………………………………..….……...6

2.3. Metode Ziegler-Nichols...……………………………….……..9

2.4. Penguat Membalik (Inverting Amplifier) ………………….....12

2.5. Plant…………………………………………..........................13

xiii

2.6. Sensor Suhu………………………………….…….................14

2.7. Penguat Tak Membalik (Non Inverting Amplifier) ……….….15

2.8. Penguat Beda………………………………….……...............17

2.9. Set point………………………………….…….......................20

2.9.1. Pembagi Tegangan………………………....…...….....20

2.9.2. Buffer Tegangan……………………………...……....20

2.10. Optoisolator………………………………….…….................21

2.11. Triac………………………………….…….............................22

2.12. PWM (Pulse Width Modulation) …………………………….23

2.13. Tanggapan Sistem ……………………………………..……..24

BAB III. PERANCANGAN

3.1. Plant………………………………….……............................26

3.2. Sensor Suhu………………………………….…….................29

3.3. Penguat tegangan………………………………….…….........29

3.4. Set Point………………………………….……......................31

3.5. Penguat Beda………………………………….……...............31

3.6. Pengendali Proporsional………………………………….…..33

3.7. Driver………………………………….……..........................35

BAB IV. HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Pengamatan Plant ...................................................................37

4.1.1. Pengamatan Plant untuk Set Point 50oC.....................38

4.1.2. Pengamatan Plant untuk Set Point 70oC……….........41

4.1.3. Pengamatan Plant untuk Set Point 90oC.....................45

BAB V. PENUTUP

5.1. Kesimpulan..............................................................................50

5.2. Saran........................................................................................50

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xiv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Blok diagram sistem kontrol kalang tertutup................................6

Gambar 2.2 Diagram blok pengendali proporsional.........................................7

Gambar 2.3 Proportional band dari pengendali proporsional tergantung

pada penguatan.............................................................................8

Gambar 2.4 Rangkaian proporsional................................................................9

Gambar 2.5 Kurva respon tangga satuan yang memperlihatkan

25% lonjakan maksimum...........................................................10

Gambar 2.6 Respon tangga satuan sistem......................................................10

Gambar 2.7 Kurva respon berbentuk S..........................................................11

Gambar 2.8 Inverting Amplifier.....................................................................12

Gambar 2.9 Heater.........................................................................................13

Gambar 2.10 IC LM35.....................................................................................15

Gambar 2.11 Non Inverting Amplifier.............................................................16

Gambar 2.12.a Penguat beda............................................................................17

Gambar 2.12.b Penguat beda............................................................................18

Gambar 2.12.c Penguat beda............................................................................19

Gambar 2.13 Rangkaian pembagi tegangan.....................................................20

Gambar 2.14 Konfigurasi buffer tegangan.......................................................21

Gambar 2.15 Skematik optoisolator................................................................21

Gambar 2.16.a Simbol.....................................................................................22

xv

Gambar 2.16.b Rangkaian ekivalen................................................................22

Gambar 2.17 Kurva karakteristik triac............................................................23

Gambar 2.18 Rangkaian PWM analog ..........................................................24

Gambar 2.19 Bentuk pulsa PWM...................................................................24

Gambar 3.1 Perangkat keras (hardware)......................................................26

Gambar 3.2 Plant.........................................................................................27

Gambar 3.3 Kurva reaksi data plant............................................................28

Gambar 3.4 Sensor.......................................................................................29

Gambar 3.5 Penguat tegangan menggunakan potensiometer......................30

Gambar 3.6 Rangkaian set point.................................................................31

Gambar 3.7 Rangkaian penguat beda..........................................................32

Gambar 3.8 Rangkaian proporsional...........................................................35

Gambar 3.9 Rangkaian pembangkit pulsa...................................................35

Gambar 3.10 Driver.......................................................................................36

Gambar 4.1 Perangkat keras (hardware).....................................................38

Gambar 4.2 Grafik plant untuk set point 50oC............................................40

Gambar 4.3 Grafik tegangan heater untuk set point 50oC…..……….…...40

Gambar 4.4 Grafik plant untuk set point 70oC...........................................43

Gambar 4.5 Grafik tegangan heater untuk set point 70o.……………...…44

Gambar 4.6 Grafik plant untuk set point 90oC...........................................47

Gambar 4.7 Grafik tegangan heater untuk set point 90oC…...………..…48

xvi

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Tabel penalaan parameter PID dengan metode kurva reaksi...............12

Tabel 3.1 Pengamatan keluaran plant..................................................................28

Tabel 3.2 Perhitungan keluaran penguat tegangan..............................................30

Tabel 3.3 Perhitungan nilai R1............................................................................31

Tabel 4.1 Pengamatan plant untuk set point 50oC..............................................39

Tabel 4.2 Pengamatan plant untuk set point 70oC..............................................42

Tabel 4.3 Pengamatan plant untuk set point 90oC .............................................46

xvii

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Keberadaan pengendali dalam sebuah sistem kendali mempunyai pengaruh

yang besar terhadap perilaku sistem. Dengan berkembangnya teknologi elektronika,

pengendali manual digantikan dengan pengendali otomatis. Kendali otomatis telah

memegang peranan penting dalam perkembangan ilmu dan teknologi karena kendali

otomatis memberikan kemudahan dalam mendapatkan performansi, mempertinggi

kualitas dan menurunkan biaya produksi, mempertinggi laju produksi, serta

meniadakan pekerjaan-pekerjaan rutin dan membosankan yang harus dilakukan

manusia[1].

Berdasarkan pernyataan di atas, penulis menerapkan sistem kendali otomatis

ke dalam pemanas air atau heater yang sebelumnya menggunakan sistem kendali

manual. Pemanas air atau heater diharapkan dapat menentukan suhu sesuai keinginan

pengguna secara otomatis. Dalam penerapan alat tersebut, penulis menggunakan

penalaan parameter pengendali P (Proporsional) sebagai pengendalinya[2]. Penalaan

parameter pengendali P didasari atas tinjauan terhadap karakteristik plant (pemanas

air atau heater). Perilaku plant tersebut harus diketahui terlebih dahulu sebelum

penalaan parameter P dilakukan.

1

2

Karena dalam penyusunan model matematik plant tidak mudah, sehingga

dikembangkan suatu metode eksperimental. Metode ini didasarkan pada reaksi plant

yang dikenai suatu perubahan. Dengan metode eksperimental, model matematik

perilaku plant tidak diperlukan lagi. Hanya dengan menggunakan data berupa kurva

keluaran plant, penalaan pengendali P telah dapat dilakukan. Salah satu metode

pendekatan eksperimental penalaan pengendali P, yakni metode Ziegler-Nichols.

1.2 Batasan Masalah

Tugas Akhir ini dibatasi pada masalah-masalah sebagai berikut :

1. Plant adalah pemanas air atau heater dengan sumber tegangan AC.

2. Suhu air ditentukan sebesar 50oC, 70oC, dan 90oC.

3. Perancangan pengendali proporsional dengan menggunakan metode Ziegler-

Nichols.

4. Volume air tidak lebih dari 500 ml.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan pembuatan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :

Membuat perangkat elektronik manual menjadi otomatis dengan

menggunakan sistem kendali kalang tertutup dan pengendalian menggunakan kendali

proporsional untuk mengatur batasan temperatur suatu air seperti yang diinginkan.

3

1.4 Manfaat Penelitian

Dengan kendali proporsional dan sistem kendali kalang tertutup, perangkat

elektronik manual dapat menjadi otomatis sehingga mempermudah dalam pemakaian

dan pemakai dapat menentukan keadaan suhu air sesuai yang diinginkan.

1.5 Metodologi Penelitian

Dalam pembuatan Tugas Akhir ini langkah-langkah yang ditempuh adalah

sebagai berikut :

1. Mencari referensi sebagai pendukung dalam penyusunan laporan.

2. Perancangan dan pembuatan plant.

3. Mengambil data dari plant.

4. Merancang sistem kendalinya.

5. Mengimplementasikan kendalinya.

6. Pengujian alat.

7. Penulisan laporan.

1.6 Sistematika Penulisan

Penulisan laporan tugas akhir yang berjudul Pengendali Suhu Air dengan

Kendali Proporsional adalah sebagai berikut :

BAB I. PENDAHULUAN

Bab ini berisi latar belakang masalah, batasan masalah, tujuan

penelitian, manfaat penelitian, metodologi penelitian, sistematika penulisan.

4

BAB II. DASAR TEORI

Bab ini berisi penjelasan-penjelasan umum serta persamaan matematis

yang berkaitan dengan pengendali suhu air dengan kendali proporsional.

BAB III. PERANCANGAN ALAT

Bab ini berisi perancangan alat yang meliputi diagram blok, set point,

penguat beda, kendali proporsional, driver, plant, sensor, penguat tegangan

dan pemilihan komponen.

BAB IV. HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisi hasil pengamatan dan pembahasan dari pengujian yang

telah dilakukan.

BAB V. PENUTUP

Bab ini berisi kesimpulan dan saran.

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Sistem Kendali

Ada dua kategori sistem kendali yaitu kendali secara manual dan kendali

secara otomatis[1]. Pengendalian secara manual adalah pengendalian yang masih

memerlukan bantuan operator atau manusia. Sistem pengendalian yang masih

membutuhkan peran manusia ada di dalam sistem open loop. Pengendalian secara

otomatis adalah pengendalian yang dilakukan oleh sebuah alat sebagai pengganti

peran operator atau manusia. Sebuah alat sebagai pengganti dari peran manusia

disebut controller (pengendali). Sistem pengendalian yang dilakukan oleh sebuah

pengendali dan tidak ada peran manusia di dalam sistem disebut sistem closed loop.

Gambar 2.1 menunjukkan blok diagram dari suatu sistem dengan kendali

kalang tertutup. Plant adalah bagian yang akan dikendalikan. Dalam plant, terdapat

suatu sensor temperatur yang berfungsi untuk menerima sinyal keluaran dari plant.

Selain sensor temperatur, terdapat juga termometer suhu sebagai tampilan keluaran

suhu air. Keluaran dari sensor temperatur akan dikuatkan terlebih dahulu melalui

rangkaian pengkondisi sinyal. Keluaran dari pengkondisi sinyal dibandingkan dengan

set point dalam rangkaian penguat beda. Keluaran dari penguat beda digunakan

sebagai masukan pengendali. Pengendali tersebut berfungsi memberikan masukan ke

5

6

driver untuk mengendalikan plant sesuai dengan suhu yang diinginkan secara

otomatis.

Gambar 2.1 Blok diagram sistem kendali kalang tertutup [2].

2.2 Kendali Proporsional

Kata proporsional dapat diartikan sebagai kesebandingan. Dalam dunia

pengendali lebih sering digunakan istilah proporsional daripada kesebandingan.

Pengendali proporsional adalah tindakan koreksi yang dilakukan sebanding dengan

besar kesalahan yang terjadi, dan selanjutnya makin mengecil setelah makin dekat

target yang diinginkan. Secara lebih sederhana dapat dikatakan, bahwa keluaran

pengendali proporsional m(t) merupakan perkalian antara konstanta proporsional Kp

dengan sinyal kesalahan penggerak e(t). Keluaran pengendali proporsional dapat

dirumuskan seperti:

m(t) = Kp.e(t) ..........................................................(2.1)

7

atau dalam besaran transformasi Laplace,

pKsEsM

=)()( .............................................................(2.2)

Gambar 2.2 menunjukkan blok diagram yang menggambarkan hubungan

antara besaran setting, besaran aktual dengan besaran keluaran pengendali

proporsional. Sinyal kesalahan (error) merupakan selisih antara besaran setting

dengan besaran aktualnya. Selisih ini akan mempengaruhi pengendali untuk

mengeluarkan sinyal positif (mempercepat pencapaian harga setting) atau negatif

(memperlambat tercapainya harga yang diinginkan).

Gambar 2.2 Diagram blok pengendali proporsional [2].

Pengendali proporsional memiliki 2 parameter, yaitu pita proporsional

(proportional band) dan konstanta proporsional. Daerah kerja pengendali efektif

dicerminkan oleh pita proporsional, sedangkan konstanta proporsional menunjukkan

nilai faktor penguatan terhadap sinyal kesalahan (Kp). Hubungan antara pita

8

proporsional (PB) dengan konstanta proporsional (Kp) ditunjukkan secara prosentasi

oleh persamaan berikut :

PB = %1001 xK p

......................................................(2.3)

Gambar 2.3 menunjukkan grafik hubungan antara PB, keluaran pengendali

dan kesalahan yang merupakan masukan pengendali. Ketika konstanta proporsional

bertambah semakin tinggi, pita proporsional menunjukkan penurunan yang semakin

kecil, sehingga lingkup kerja yang dikuatkan akan semakin sempit.

Gambar 2.3 Proportional band dari pengendali proporsional tergantung pada

penguatan [2].

9

Rangkaian proporsional terdiri atas rangkaian inverting amplifier seperti

ditunjukkan pada Gambar 2.4. Masukan pengendali proporsional didapat dari

keluaran penguat beda yang merupakan selisih antara besaran set point dengan

besaran sensor.

Gambar 2.4 Rangkaian proporsional [3].

2.3 Metode Ziegler-Nichols

Ziegler-Nichols pertama kali memperkenalkan metodenya pada tahun 1942.

Metode ini memiliki dua cara, metode osilasi dan kurva reaksi. Kedua metode

mempunyai tujuan untuk menghasilkan respon sistem dengan lonjakan maksimum

sebesar 25%. Gambar 2.5 memperlihatkan kurva dengan lonjakan maksimum 25%.

10

Gambar 2.5 Kurva respons tangga satuan yang memperlihatkan 25% lonjakan

maksimum [2].

Metode yang digunakan adalah metode kurva reaksi yang didasarkan terhadap

reaksi sistem untaian terbuka. Plant sebagai untaian terbuka dikenai sinyal fungsi

tangga satuan yang ditunjukkan pada Gambar 2.6. Kalau plant minimal tidak

mengandung unsur integrator ataupun pole-pole kompleks, reaksi sistem akan

berbentuk S. Gambar 2.7 menunjukkan kurva berbentuk S tersebut. Kelemahan

metode kurva reaksi terletak pada ketidakmampuan untuk plant integrator maupun

plant yang memiliki pole kompleks karena kendali integral tidak pernah digunakan

terpisah, tetapi selalu dikaitkan dengan kendali proporsional dengan maksud untuk

memperkecil atau meniadakan kesalahan permanen.

Gambar 2.6 Respon tangga satuan sistem [2].

11

Gambar 2.7 Kurva respon berbentuk S [2].

Kurva berbentuk S mempunyai dua konstanta, waktu mati (dead time) L dan

waktu tunda T. Pada Gambar 2.7, terlihat bahwa kurva reaksi berubah naik, setelah

selang waktu L. Sedangkan waktu tunda menggambarkan perubahan kurva setelah

mencapai 66% dari keadaan mantapnya. Pada kurva dibuat suatu garis yang

bersinggungan dengan garis kurva. Garis singgung tersebut akan memotong dengan

absis dan garis maksimum. Perpotongan garis singgung absis merupakan ukuran

waktu mati dan perpotongan dengan garis maksimum merupakan waktu tunda yang

diukur dari titik waktu L. Karena plant sebagai untai terbuka, maka persamaan nilai K

berdasarkan respon kurva reaksi adalah sebagai berikut :

MCsK

ΔΔ

= .................................................................(2.4)

12

Penalaan parameter PID didasarkan dari nilai K, T, L. Zeigler dan Nichols

melakukan eksperimen dan menyarankan parameter penyetelan nilai Kp, Ti dan Td

dengan didasarkan pada parameter-parameter tersebut. Tabel 2.1 menunjukkan tabel

rumusan penalaan parameter PID berdasarkan cara kurva reaksi.

Tabel 2.1 Tabel penalaan parameter PID dengan metode kurva reaksi [2].

Tipe Kendali Kp Ti TdP

LTx

K1 ~ 0

PI LTx

K9,0

3,0L

0

PID LTx

K2,1 2L 0,5L

2.4 Penguat Membalik (Inverting Amplifier)

Rangkaian inverting amplifier atau penguat pembalik hanya mempunyai satu

tegangan masukan yang terhubung dengan tegangan masukan membalik (-) dan

tegangan tidak membalik (+) yang dihubungkan dengan gnd (ground). Sifat dari

rangkaian inverting amplifier adalah melemahkan atau menguatkan tegangan

masukan, dan sifat itu tergantung nilai penguatan yang ditentukan. Konfigurasi

rangkaian inverting amplifier seperti Gambar 2.8.

Gambar 2.8 Inverting Amplifier [3].

13

Rangkaian inverting amplifier mempunyai nilai penguatan sebesar :

A = i

f

RR

− .................................................................(2.5)

Tegangan keluaran dari rangkaian inverting amplifier ditentukan oleh persamaan :

Vout = ini

f VRR

− .........................................................(2.6)

Jika nilai dari kedua hambatan Rf dan Ri sama, maka tegangan keluaran yang

didapatkan akan berupa pembalikan tanda dari tegangan masukan.

Vout = - Vin ...............................................................(2.7)

2.5 Plant

Plant adalah seperangkat peralatan, mungkin hanya terdiri dari beberapa

bagian mesin yang bekerja bersama-sama, yang digunakan untuk melakukan suatu

operasi tertentu. Plant yang digunakan terdiri dari penampung air dengan aktuator

berupa heater. Daya ac dari heater sebesar 100 Watt. Gambar 2.9 menunjukkan

gambar dari plant berupa heater.

Gambar 2.9 Heater

14

2.6 Sensor Suhu

Sensor merupakan perangkat elektronik yang dapat berfungsi sebagai

pengubah besaran suhu menjadi besaran tegangan. Sensor suhu sudah tersedia dalam

bentuk bahan semikonduktor. Kemampuan bahan semikonduktor adalah mempunyai

jangkauan pengukuran yang lebar. Selain itu, bahan semikonduktor mempunyai sifat

linear antara perubahan suhu dengan tegangan keluaran. Sensor suhu yang berupa

bahan semikonduktor terintegrasi adalah IC LM35. Secara fisik bentuk dari IC

LM35 terlihat seperti transistor dan dapat dilihat pada Gambar 2.10. Dilihat dari kaki

IC, kaki pertama adalah Vs, kaki kedua adalah Vout dan kaki ketiga adalah gnd

(ground). Adapun karakteristik dari IC LM35 adalah sebagai berikut :

1. IC LM35 mempunyai faktor skala linear 10 mV/oC. Artinya mempunyai

perubahan pada keluaran sebesar 10 mV setiap 1oC, apabila pada komponen

ini diberi tegangan dari catu daya supaya dapat bekerja sebagai sensor suhu

yang bersifat linear.

2. Mempunyai jangkauan pengukuran rata-rata sebesar -55oC sampai +150oC.

3. Tegangan operasi dari 4 volt sampai 30 volt.

4. Arus drain kurang dari 60 μA.

5. Ciri ketidaklinearannya hanya ±41 oC.

6. Impedansi keluaran 0,1 Ω untuk beban arus 1 mA.

15

Jika suhu 1oC menyebabkan perubahan tegangan keluaran sebesar 10 mV, maka

dapat dikatakan bahwa suhu naik 1oC, tegangan keluaran akan bertambah 10 mV dan

suhu turun 1oC, tegangan keluaran turun sebesar 10 mV.

Gambar 2.10 IC LM35 [4].

2.7 Penguat Tak Membalik (non inverting amplifier)

Pada penguat tak membalik (non inverting amplifier) seperti digambarkan

pada Gambar 2.11, tegangan keluaran mempunyai polaritas yang sama dengan

tegangan masukan. Tahanan Rf dan Ri menghasilkan tegangan umpan balik VA

seperti ditunjukkan pada Gambar 2.11. VA terletak pada masukan membalik karena

beda tegangan antara masukan membalik dan masukan tak membalik adalah sama

dengan nol. Jadi pada masukan membalik dan masukan tak membalik mempunyai

polaritas yang sama, sehingga :

VA = Vin....................................................................(2.8)

16

Gambar 2.11 Non Inverting Amplifier [3].

Tegangan keluaran adalah tegangan masukan dikalikan dengan faktor penguatan,

dapat dituliskan sebagai berikut :

Vout = AV . Vin

Vout = AV . VA .....................................................(2.9)

AV = A

out

VV

........................................................(2.10)

Tahanan Rf dan Ri merupakan pembagi tegangan untuk Vout, sehingga pada Ri timbul

tegangan VA sebesar :

VA = Vout . ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

+ fi

i

RRR ....................................(2.11)

out

A

VV

= ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

+ fi

i

RRR

karena out

A

VV

= VA

1 ,

maka AV = A

out

VV

17

= ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +

i

fi

RRR

= ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

i

f

RR

1 ................................................(2.12)

Tegangan keluaran dari penguat tak membalik ditentukan oleh persamaan :

Vout = ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

i

f

RR

1 .Vin ..........................................(2.13)

Bila nilai Rf = Ri, maka besar penguatan tegangan yang terjadi sebesar :

Vout = 2 . Vin ......................................................(2.14)

2.8 Penguat Beda

Penguat beda atau penguat diferensial umumnya digunakan untuk mendeteksi

perbedaan antara 2 sinyal. Penguat beda juga berfungsi sebagai pelemah sinyal

karena besarnya tegangan yang dihasilkan dari keluaran penguat beda akan

mengalami pelemahan atau pengecilan. Masukan V1 atau keluaran dari set point

dihubungkan dengan masukan tidak membalik (+) dan masukan V2 atau keluaran dari

penguat tegangan dihubungkan dengan masukan membalik (-). Gambar 2.12.a

merupakan gambar dari rangkaian penguat beda.

Gambar 2.12.a Penguat beda [3].

18

Pada saat V1 = 0 dan V2 ≠ 0, rangkaian penguat beda menjadi rangkaian inverting

amplifier. Gambar rangkaian penguat beda dengan V1 = 0 dan V2 ≠ 0 ditunjukkan

pada Gambar 2.12.b. Dari rangkaian tersebut didapatkan nilai tegangan keluaran dan

nilai penguatan sebagai berikut :

Vout (v1 = 0) = 23

4 xVRR

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛− .................................(2.15)

A = ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

3

4

RR

...................................................(2.16)

Gambar 2.12.b Penguat beda [3].

Sedangkan pada saat V2 = 0 dan V1 ≠ 0, maka didapatkan nilai tegangan keluaran

sebagai berikut :

Va = 121

2 xVRR

R+

...........................................(2.17)

Vout (v2 = 0) = axVR

RR⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +

3

43 ......................................(2.18)

19

Vout (v2 = 0) = xRR

R

21

2

+ 13

43 xVR

RR + ..........................(2.19)

Rangkaian penguat beda dengan V2 = 0 dan V1 ≠ 0 ditunjukkan pada Gambar 2.12.c.

Gambar 2.12.c Penguat beda [3].

Tegangan keluaran dari penguat beda didapatkan dari hasil penjumlahan.

Vout = Vout (v1 = 0) + Vout (v2 = 0)

Vout = 23

4 xVRR

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛− + x

RRR

21

2

+ 13

43 xVR

RR +……......…(2.20)

Apabila nilai hambatan dari R1 = R2 = R3 = R4, maka akan didapatkan nilai tegangan

keluaran sebagai berikut :

Vout = -V2 + V1

Vout = V1 – V2 ...................................................(2.21)

20

2.9 Set Point

Set point adalah harga yang diinginkan bagi variabel yang dikendalikan

selama pengendalian. Harga ini tidak tergantung dari keluaran sistem. Rangkaian set

point terdiri dari rangkaian pembagi tegangan dan buffer.

2.9.1 Pembagi Tegangan

Rangkaian pembagi tegangan merupakan rangkaian yang dibangun

dari susunan resistor-resistor, dengan konfigurasi seperti pada Gambar 2.13.

Gambar 2.13 Rangkaian pembagi tegangan [3].

Persamaan Vout ditentukan sebagai berikut :

VccR

RV21

2out x

R+= ………............…........……..(2.22)

2.9.2 Buffer Tegangan

Buffer tegangan berfungsi untuk mempertahankan tegangan keluaran

dari rangkaian pembagi tegangan agar keluaran tersebut tidak terbebani oleh

beban. Nilai amplitudo tegangan keluaran sama dengan nilai amplitudo

tegangan masukan yang diberikan. Konfigurasi buffer tegangan ditunjukkan

pada Gambar 2.14.

21

Gambar 2.14 Konfigurasi buffer tegangan [3].

2.10 Optoisolator

Ada dua tipe optoisolators triac, yaitu MOC301XM dan MOC302XM.

Optoisolator tersebut menggabungkan LED dengan triac dalam satu kemasan. LED

terdapat pada sisi masukan dan triac terdapat pada sisi keluaran. Rangkaian skematik

dari optoisolator dapat dilihat pada Gambar 2.15. Tegangan maksimum pada seri

MOC301XM sebesar 250V, sedangkan tegangan maksimum pada seri MOC 302XM

sebesar 400V.

Gambar 2.15 Skematik optoisolator [5].

22

2.11 Triac

Triac adalah alat semikonduktor empat lapis (PNPN) yang mempunyai tiga

terminal, yaitu terminal utama 2 (MT2), terminal utama 1 (MT1) dan gerbang (G).

Triac merupakan alat thyristor dan sering banyak digunakan. Keluaran dari triac

adalah arus bolak-balik, bukan arus searah. Triac dibuat untuk menyediakan cara agar

kendali daya ac ditingkatkan. Triac beroperasi seperti dua SCR dalam satu bungkus.

Rangkaian ekivalen triac diperlihatkan sebagai dua SCR yang dihubungkan paralel

terbalik seperti diperlihatkan pada Gambar 2.16.

Gambar 2.16 (a) Simbol (b) Rangkaian ekivalen, sama dengan dua SCR yang

terhubung paralel terbalik [6].

Jika terminal MT1 dan MT2 diberi tegangan AC dan gate dalam kondisi

mengambang, maka tidak ada arus yang dilewatkan oleh triac sampai pada tegangan

breakover triac tercapai. Pada kondisi ini, triac OFF. Pada saat gate diberi arus positif

atau negatif, tegangan breakover akan turun. Semakin besar nilai arus yang masuk ke

23

gate, semakin rendah tegangan breakover. Pada kondisi ini triac menjadi ON selama

tegangan pada MT1 dan MT2 di atas nol volt. Apabila tegangan pada MT1 dan MT2

sudah mencapai nol volt, maka kondisi kerja triac akan berubah dari ON ke OFF.

Ketika triac sudah menjadi OFF kembali, triac akan selamanya OFF sampai ada arus

trigger ke gate dan tegangan MT1 dan MT2 melebihi tegangan breakover. Gambar

2.17 memperlihatkan daerah kerja triac.

Gambar 2.17 Kurva karakteristik triac [6].

2.12 PWM (Pulse Width Modulation)

PWM (Pulse Width Modulation) merupakan rangkaian yang menghasilkan

variasi pulsa untuk masukan dc yang bervariasi. PWM digunakan untuk

membandingkan tegangan segitiga yang berperiode konstan tertentu dengan tegangan

dc yang berubah-ubah seperti ditunjukkan pada Gambar 2.18. Hasil yang didapatkan

24

berupa gelombang kotak dengan perbandingan periode on-off yang berubah seperti

ditunjukkan pada Gambar 2.19. Suatu gelombang segitiga yang dibandingkan dengan

tegangan sebesar Vdc yang berpolaritas positif akan menghasilkan gelombang kotak.

Gambar 2.18 Rangkaian PWM analog [3].

Gambar 2.19 Bentuk pulsa PWM [3].

2.13 Tanggapan Sistem

Tanggapan sistem kendali sering menunjukkan osilasi teredam sebelum

mencapai keadaan tunak[7]. Dalam menentukan karakteristik tanggapan sistem

kendali terhadap masukan tangga satuan, biasanya dicari parameter-parameter

berikut :

25

1. Waktu Tunda (Delay Time), td.

Waktu tunda adalah waktu yang diperlukan tanggapan mencapai setengah

harga akhir yang pertama kali.

2. Waktu Naik (Rise Time), tr.

Waktu naik adalah waktu yang diperlukan tanggapan untuk naik dari 10%

hingga 90%.

3. Waktu Penetapan (Settling Time), ts.

Waktu penetapan adalah waktu yang diperlukan kurva tanggapan dan

menetap dalam daerah disekitar harga akhir yang ukurannya ditentukan

dengan prosentase mutlak dari harga akhir (98% atau 95%).

4. Lewatan Maksimum (Maximum Overshoot), Mp.

Lewatan maksimum adalah harga puncak maksimum dari kurva

tanggapan yang diukur dari satu.

5. Waktu Puncak (Peak Time), tp.

Waktu puncak adalah waktu yang diperlukan tanggapan untuk mencapai

puncak lewatan yang pertama kali.

Untuk memperoleh nilai – nilai tersebut digunakan rumus :

Delay Time ( td ) = t50% - 0 …………………………..………….(2.23)

Rise Time ( tr ) = t90% - t10% ……………………………………....(2.24)

Settling Time ( ts ) = t98% - 0 …………………………………………(2.25)

Prosentase lewatan maksimum = %100)c(

)c( -c(tp) x∞

∞ ……………..…….(2.26)

BAB III

PERANCANGAN

Sistem perancangan pengendali suhu air dengan kendali proporsional adalah

gabungan beberapa alat-alat kerja atau pengendalian. Alat-alat pengendalian tersebut

terdiri dari plant, aktuator, sensor, penguat tegangan, set point, penguat beda, driver

dan pengendali P. Gambar perancangan perangkat keras ditunjukkan dalam Gambar

3.1.

Gambar 3.1 Perangkat keras (hardware)

3.1 Plant

Plant yang digunakan terdiri dari penampung air dengan aktuator berupa

heater. Penampung air terbuat dari bahan plastik dan daya heater sebesar 100 Watt.

Gambar 3.2 menunjukkan gambar dari plant.

26

27

Gambar 3.2 Plant

Pengambilan data plant tersebut menggunakan sensor LM35 yang diberi

tegangan masukan sebesar 5 Volt sehingga didapatkan data plant yang ditunjukkan

pada Tabel 3.1. Berdasarkan perolehan data Tabel 3.1 didapatkan kurva reaksi yang

ditunjukkan pada Gambar 3.3. Kurva reaksi tersebut menyatakan perbandingan antara

waktu dengan suhu. Hasil pengamatan data plant tersebut juga sangat dipengaruhi

oleh faktor-faktor sebagai berikut :

Kapasitas air pada penampung : 500 mL.

Vs : 5 Volt.

Suhu awal : 28oC.

Vout : 0,280 Volt.

Jala-jala listrik : 210 Volt.

Suhu lingkungan sekitar : 30oC.

28

Tabel 3.1 Pengamatan keluaran plant

Waktu (s) Suhu (oC) Tegangan (Volt) 22 29 0,290 27 30 0,300 33 31 0,310 37 32 0,320 42 33 0,330 45 34 0,340 48 35 0,350 68 40 0,400 93 45 0,450 113 50 0,500 146 55 0,550 165 60 0,600 184 65 0,650 210 70 0,700 238 75 0,750 261 80 0,800 291 85 0,850 350 90 0,900

Gambar 3.3 Kurva reaksi data plant.

29

3.2 Sensor Suhu

Perancangan untuk mengetahui perubahan suhu air di dalam penampung

menggunakan LM35. Karena LM35 tidak dapat dicelupkan langsung ke dalam air,

maka LM35 dibungkus supaya tidak terjadi hubung singkat. Masukan untuk sensor

ditentukan sebesar 5 Volt. Berdasarkan gambar 2.10 rangkaian sensor suhu dapat

dikonfigurasikan menjadi seperti gambar 3.4.

Gambar 3.4 Sensor

3.3 Penguat Tegangan

Penguat tegangan menggunakan rangkaian non inverting amplifier. Rangkaian

tersebut digunakan sebagai penguat tegangan keluaran sensor. Karena tegangan

keluaran sensor kecil, maka tegangan keluaran tersebut akan dikuatkan sebesar 2 kali

agar menjadi cukup besar. Dengan mengacu persamaan 2.12 dan Gambar 2.11 nilai

hambatan dapat dihitung :

Av = ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

i

f

RR

1

30

2 = ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

kR f

101

1 = ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛k

R f

10

Rf = 10kΩ

Dengan nilai Ri ditentukan 10 kΩ, diperoleh nilai Rf adalah 10 kΩ dan rangkaian

penguat menjadi seperti Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Penguat tegangan menggunakan potensiometer

Berdasarkan data dari keluaran sensor pada plant sesuai dengan suhu yang

ditentukan, didapatkan besaran tegangan. Dengan mengacu persamaan 2.13 dan

Gambar 3.5, besaran tegangan akan dikuatkan terlebih dahulu sehingga didapatkan

nilai tegangan seperti pada Tabel 3.2.

Tabel 3.2 Perhitungan keluaran penguat tegangan

Suhu (oC) Vin (Volt) Vout (Volt) 50 0,500 1,000 70 0,700 1,400 90 0,900 1,800

31

Hasil besaran tegangan tersebut sebagai acuan dalam menentukan batasan suhu pada

set point.

3.4 Set point

Set point berfungsi untuk menentukan batasan suhu air yang diinginkan.

Rangkaian pendukung set point terdiri dari pembagi tegangan dan buffer. Pada

rangkaian pembagi tegangan, jika nilai R2 ditentukan sebesar 1 kΩ, maka akan

didapatkan nilai R1. Tabel 3.3 menunjukkan hasil perhitungan R1 dengan mengacu

persamaan 2.22 dan Gambar 2.13.

Tabel 3.3 Perhitungan nilai R1

Suhu (oC) R2 (Ohm) R1 (Ohm) 50 1k 11k 70 1k 8,57k 90 1k 5,66k

Jadi rangkaian set point dapat dikonfigurasikan seperti pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6 Rangkaian set point

3.5 Penguat Beda

32

Penguat beda digunakan untuk pendeteksi perbedaan antara 2 sinyal yaitu dari

set point dan sensor. Nilai tegangan keluaran dari set point dikurangi nilai tegangan

keluaran dari sensor. Dengan mengacu persamaan 2.21 dan Gambar 2.12.a,

didapatkan nilai Vout adalah :

Vout = V1 – V2

Berdasarkan persamaan 2.20, nilai dari Vout adalah :

Vout = 23

4 xVRR

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛− + x

RRR

21

2

+ 13

43 xVR

RR +

atau

Vout = xRR

R

21

2

+ 13

43 xVR

RR + 2

3

4 xVRR

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

Agar persamaan 2.20 menjadi persamaan 2.21, maka nilai R2 = R1 = R3 = R4.

Ditentukan nilai resistor R2 = 10 kΩ, maka nilai R1, R3 dan R4 adalah 10 kΩ. Jadi

rangkaian penguat beda dapat dikonfigurasikan menjadi seperti Gambar 3.7.

Gambar 3.7 Rangkaian penguat beda

33

3.6 Pengendali Proporsional

Gambar 3.3 menunjukkan kurva reaksi dari data plant mulai suhu awal

sampai batas suhu maksimum yang ditentukan. Dari kurva reaksi data plant tersebut

dan dengan mengacu Gambar 2.7, dapat diketahui ΔCs dan ΔM. Kedua koefisien

tersebut digunakan untuk mencari nilai K. Nilai dari ΔCs didapat dari batasan suhu

air maksimum yang ditentukan dikurangi dengan suhu awal air, sedangkan ΔM

didapat dari tegangan maksimum yang digunakan pada plant. Karena tegangan yang

digunakan dalam plant adalah tegangan AC yaitu sebesar 220 Volt, maka dapat

dikatakan bahwa tegangan 220 Volt adalah 100%. Dengan mengacu persamaan 2.4,

dapat dicari nilai K yaitu :

MCsK

ΔΔ

=

= %1002890 − .

2890%100

−

= %100

62 . 62

%100

= 1

Berdasarkan Gambar 3.3 didapatkan nilai T = 249 detik dan nilai L = 27 detik,

sehingga dari tabel 2.1 nilai Kp dapat dicari sebagai berikut :

Kp = LTx

K1

34

= 27249

11 x

= 1 x 9,22

= 9,22

Gambar 2.4 menunjukkan rangkaian proporsional yang terdiri dari dua rangkaian

inverting amplifier. Nilai penguatan untuk rangkaian inverting amplifier pertama

sudah diketahui yaitu sebesar 9. Jika ditentukan nilai R1 = 1 kΩ dan berdasarkan

persamaan 2.5, nilai R2 dapat dihitung sebagai berikut :

Kp = -1

2

RR

, A = Kp, Rf = R2, Ri = R1

9 = -k

R1

2

R2 = - 9 kΩ

Karena nilai resistor yang dihasilkan R2 berpolaritas negatif, maka digunakan

rangkaian inverting amplifier sebagai pembalik polaritas agar menjadi positif dengan

asumsi nilai R3 = R4. Persamaan 2.5 mengalami perubahan polaritas sehingga

persamaan tersebut menjadi sebagai berikut :

Kp = 1

2

RR

9 = k

R1

2

R2 = 9 kΩ

Ditentukan nilai R3 = R4 = 1 kΩ sehingga Gambar 2.4 dapat dikonfigurasikan menjadi

seperti gambar 3.8.

35

Gambar 3.8 Rangkaian proporsional

3.7 Driver

Perancangan driver menggunakan PWM sebagai pemicu driver. Realisasi

PWM terdiri dari pembangkit segitiga dan pembanding. Gambar 3.9 menunjukkan

rangkaian pembangkit pulsa. Driver menggunakan seri MOC3021M yang berfungsi

sebagai switch atau pemutus. Rangkaian yang digunakan dalam driver berdasarkan

acuan datasheet. Gambar 3.10 menunjukkan rangkaian driver.

Gambar 3.9 Rangkaian pembangkit pulsa

36

Gambar 3.10 Driver

BAB IV

HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

Bab ini membahas perihal pengamatan rancangan pengendali suhu air dengan

kendali proporsional. Pengujian dan pengamatan dilakukan dengan menggunakan

heater dengan daya 100 Watt. Pengujian dilakukan dengan cara memilih level suhu

yang sudah ditentukan melalui set point. Pengambilan data tegangan dengan

menggunakan multimeter digital, pengambilan data suhu dengan menggunakan

termometer dan pengambilan data waktu dengan menggunakan stopwatch.

4.1 Pengamatan Plant

Plant merupakan bagian sistem yang akan dikendalikan. Pada plant terdiri

dari heater sebagai aktuator, penampung air, termometer digunakan sebagai pengukur

suhu air dan sensor suhu sebagai penerima nilai umpan balik. Penempatan

termometer dan sensor pada plant ditentukan pada posisi depan heater. Untuk lebih

jelasnya ditunjukkan pada Gambar 4.1. Terdapat indikator lampu sebagai penunjuk

kondisi heater. Lampu menyala berarti heater dalam kondisi ON, sedangkan lampu

mati berarti heater dalam kondisi OFF.

37

38

Gambar 4.1 Perangkat keras (hardware).

4.1.1 Pengamatan Plant untuk Set Point 50oC.

Pengamatan plant untuk set point 50oC dilakukan pada waktu,

termometer suhu, tegangan masukan heater (AC) dan tegangan keluaran

sensor. Hasil pengamatan tersebut ditunjukkan pada tabel 4.1. Hasil

pengamatan juga sangat dipengaruhi oleh faktor-faktor sebagai berikut :

1. Suhu awal air sebesar 28oC.

2. Suhu lingkungan sekitar sebesar 30oC.

3. Tegangan jala-jala listrik sebesar 210 VAC.

39

Tabel 4.1 Pengamatan plant untuk set point 50oC.

Waktu Suhu Tegangan Tegangan keluaran Indikator (detik) (oC) heater (VRMS) sensor (V) heater

0 28 141,400 0,280 ON 45 34 141,400 0,300 ON 63 36 134,330 0,320 ON 76 38 134,330 0,340 ON 89 41 132,209 0,360 ON 102 43 126,553 0,380 ON 114 44 124,432 0,400 ON 126 46 123,018 0,420 ON 138 48 121,604 0,440 ON 150 50 117,362 0,460 ON 162 52 110,999 0,480 ON 172 53 0 0,494 OFF 183 55 0 0,500 OFF 205 52 0 0,520 OFF 278 51 0 0,530 OFF 322 50 0 0,520 OFF 368 49 0 0,500 OFF 428 48 107,464 0,490 ON 458 52 0 0,500 OFF 482 51 0 0,510 OFF 560 50 0 0,500 OFF 608 48 107,464 0,490 ON 656 51 0 0,500 OFF

Dari data pengamatan tabel 4.1 dapat diperoleh Gambar 4.2 yang

menunjukkan grafik antara suhu berbanding waktu dan Gambar 4.3 yang

menunjukkan grafik antara tegangan heater berbanding waktu.

40

Gambar 4.2. Grafik plant untuk set point 50oC.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 100 200 300 400 500 600 700

Waktu (detik)

Tega

ngan

Hea

ter (

V)

Gambar 4.3 Grafik tegangan heater untuk set point 50oC.

41

Alat dapat bekerja dengan baik secara proporsional pada suhu 50oC.

Pernyataan ini dibuktikan Gambar 4.2 yang menunjukkan bahwa suhu

semakin mendekati set point 50oC, tegangan pada heater menjadi semakin

kecil hingga mencapai nilai nol yang ditunjukkan pada Gambar 4.3. Kondisi

tegangan nol pada heater menyatakan sistem telah bekerja dengan baik dan

dapat mencapai kestabilan. Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai keadaan

kestabilan (ts) sebesar 428 detik. Sistem mengalami overshoot yang

disebabkan pemanasan air yang tidak merata, overshoot yang terjadi sebesar

10%. Overshoot 10% masih ditoleransi oleh metode Ziegler-Nichols karena

sistem mengalami lonjakan maksimum sebesar 25%. Untuk perhitungan

settling time (ts) dan maximum overshoot (Mp) adalah sebagai berikut :

Settling time (ts) = t98%

= 428 detik.

Maximum overshoot (Mp) %10050

5055 x−=

%100505 x=

%10=




42








0 28 141,400 0,280 ON49 34 141,400 0,300 ON64 36 141,400 0,320 ON78 38 141,400 0,340 ON89 41 141,400 0,360 ON102 43 141,400 0,380 ON115 44 141,400 0,400 ON126 46 141,400 0,420 ON136 48 141,400 0,440 ON150 50 141,400 0,460 ON162 52 141,400 0,480 ON175 53 140,693 0,500 ON188 55 140,693 0,520 ON201 57 139,986 0,540 ON216 59 139,279 0,560 ON230 61 135,744 0,580 ON241 63 132,209 0,600 ON256 66 130,088 0,620 ON271 69 126,553 0,640 ON288 70 120,897 0,660 ON305 73 115,948 0,680 ON314 74 111,706 0,696 ON324 75 0 0,700 OFF336 74 0 0,710 OFF364 73 0 0,720 OFF452 72 0 0,710 OFF496 70 0 0,700 OFF534 69 108,171 0,690 ON619 72 0 0,700 OFF640 72 0 0,710 OFF702 70 0 0,700 OFF762 69 108,171 0,690 ON788 72 0 0,700 OFF

43





44

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 200 400 600 800 1000

Waktu (detik)

Tega

ngan

Hea

ter (

V)










7,14%. Overshoot 7,14% masih ditoleransi oleh metode Ziegler-Nichols

45

karena sistem mengalami lonjakan maksimum sebesar 25%. Untuk

perhitungan settling time (ts) dan maximum overshoot (Mp) adalah sebagai

berikut :


= 534 detik.


7075 x−=

%100705 x=

%14,7=









46



0 28 140,693 0,280 ON50 33 140,693 0,300 ON64 36 140,693 0,320 ON75 38 140,693 0,340 ON90 41 140,693 0,360 ON102 43 140,693 0,380 ON115 46 140,693 0,400 ON138 51 140,693 0,440 ON149 54 140,693 0,460 ON162 55 140,693 0,480 ON173 57 140,693 0,500 ON197 61 140,693 0,540 ON209 63 140,693 0,560 ON221 66 140,693 0,580 ON234 68 140,693 0,600 ON258 72 140,693 0,640 ON270 74 140,693 0,660 ON282 76 140,693 0,680 ON295 78 135,037 0,700 ON310 78 135,037 0,720 ON324 80 135,037 0,740 ON340 83 129,381 0,760 ON355 85 127,260 0,780 ON374 86 125,846 0,800 ON419 89 121,604 0,840 ON462 90 118,776 0,860 ON528 93 115,948 0,896 ON545 93 0 0,900 OFF578 90 0 0,910 OFF642 89 111,706 0,890 ON698 93 0 0,900 OFF732 90 0 0,910 OFF786 89 111,706 0,890 ON858 93 0 0,900 OFF892 90 0 0,910 OFF942 89 111,706 0,890 ON1014 93 0 0,900 OFF

47





48

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 200 400 600 800 1000 1200

Waktu (detik)

Tega

ngan

Hea

ter (

V)










3,33%. Overshoot 3,33% masih ditoleransi oleh metode Ziegler-Nichols

karena sistem mengalami lonjakan maksimum sebesar 25%. Untuk

49

perhitungan settling time (ts) dan maximum overshoot (Mp) adalah sebagai

berikut :


= 642 detik.


9093 x−=

%100903 x=

%33,3=

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan perancangan dan pengujian pengendali suhu air dengan kendali

proporsional, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

1. Alat bekerja dengan baik mempresentasikan kendali proporsional.

2. Tegangan pada heater semakin mengecil hingga mencapai nilai nol, jika suhu

mendekati set point.

3. Hasil pemanasan suhu air sesuai dengan yang diinginkan yaitu 50oC, 70oC,

dan 90oC.

5.2 Saran

Beberapa saran bagi pengembangan penelitian ini untuk menuju ke arah yang

lebih baik dan sempurna diantaranya adalah sebagai berikut :

1. Pengendali suhu air dengan kendali proporsional dapat ditambahkan dengan

pendingin agar suhu yang didapatkan benar stabil.

2. Pengendali suhu air dengan kendali proporsional dapat dikembangkan dengan

metode PID ( Proporsional Integral Differensial).

50

DAFTAR PUSTAKA

[1] Gunterus, Frans, 1994, Falsafah Dasar: Sistem Pengendalian Proses,

Erlangga, Jakarta.

[2] www.elektroindonesia.com , (diakses 20 Januari 2007).

[3] Robert F.C., Frederick F.D., Herman W.S., 1985, Penguat Operasional dan

Rangkaian Terpadu Linear, Erlangga, Jakarta.

[4] www.national.com/LM35. (diakses12 April 2006).

[5] www.fairchildsemi.com/ Optoisolators Triac Driver Output. (diakses14

Februari 2007).

[6] Petruzella, F.D., 2001, Elektronik Industri, Andi, Yogyakarta.

[7] Ogata, Katshuhiko, 1994, Teknik Kontrol Automatik, Erlangga, Jakarta.

http://www.elektroindonesia.com/

http://www.national.com/

http://www.fairchildsemi.com/

LAMPIRAN

Rangkaian Pengendali Suhu Air dengan Kendali Proporsional

LM35Precision Centigrade Temperature SensorsGeneral DescriptionThe LM35 series are precision integrated-circuit temperaturesensors, whose output voltage is linearly proportional to theCelsius (Centigrade) temperature. The LM35 thus has anadvantage over linear temperature sensors calibrated in˚ Kelvin, as the user is not required to subtract a largeconstant voltage from its output to obtain convenient Centi-grade scaling. The LM35 does not require any externalcalibration or trimming to provide typical accuracies of ±1⁄4˚Cat room temperature and ±3⁄4˚C over a full −55 to +150˚Ctemperature range. Low cost is assured by trimming andcalibration at the wafer level. The LM35’s low output imped-ance, linear output, and precise inherent calibration makeinterfacing to readout or control circuitry especially easy. Itcan be used with single power supplies, or with plus andminus supplies. As it draws only 60 µA from its supply, it hasvery low self-heating, less than 0.1˚C in still air. The LM35 israted to operate over a −55˚ to +150˚C temperature range,while the LM35C is rated for a −40˚ to +110˚C range (−10˚with improved accuracy). The LM35 series is available pack-

aged in hermetic TO-46 transistor packages, while theLM35C, LM35CA, and LM35D are also available in theplastic TO-92 transistor package. The LM35D is also avail-able in an 8-lead surface mount small outline package and aplastic TO-220 package.

Featuresn Calibrated directly in ˚ Celsius (Centigrade)n Linear + 10.0 mV/˚C scale factorn 0.5˚C accuracy guaranteeable (at +25˚C)n Rated for full −55˚ to +150˚C rangen Suitable for remote applicationsn Low cost due to wafer-level trimmingn Operates from 4 to 30 voltsn Less than 60 µA current drainn Low self-heating, 0.08˚C in still airn Nonlinearity only ±1⁄4˚C typicaln Low impedance output, 0.1 Ω for 1 mA load

Typical Applications

DS005516-3

FIGURE 1. Basic Centigrade Temperature Sensor(+2˚C to +150˚C)

DS005516-4

Choose R1 = −VS/50 µAV OUT=+1,500 mV at +150˚C

= +250 mV at +25˚C= −550 mV at −55˚C

FIGURE 2. Full-Range Centigrade Temperature Sensor

November 2000LM

35P

recisionC

entigradeTem

peratureS

ensors

© 2000 National Semiconductor Corporation DS005516 www.national.com

Connection Diagrams

TO-46Metal Can Package*

DS005516-1

*Case is connected to negative pin (GND)

Order Number LM35H, LM35AH, LM35CH, LM35CAH orLM35DH

See NS Package Number H03H

TO-92Plastic Package

DS005516-2

Order Number LM35CZ,LM35CAZ or LM35DZ

See NS Package Number Z03A

SO-8Small Outline Molded Package

DS005516-21

N.C. = No Connection

Top ViewOrder Number LM35DM

See NS Package Number M08A

TO-220Plastic Package*

DS005516-24

*Tab is connected to the negative pin (GND).Note: The LM35DT pinout is different than the discontinued LM35DP.

Order Number LM35DTSee NS Package Number TA03F

LM35

www.national.com 2

Absolute Maximum Ratings (Note 10)

If Military/Aerospace specified devices are required,please contact the National Semiconductor Sales Office/Distributors for availability and specifications.

Supply Voltage +35V to −0.2VOutput Voltage +6V to −1.0VOutput Current 10 mAStorage Temp.;

TO-46 Package, −60˚C to +180˚CTO-92 Package, −60˚C to +150˚CSO-8 Package, −65˚C to +150˚CTO-220 Package, −65˚C to +150˚C

Lead Temp.:TO-46 Package,

(Soldering, 10 seconds) 300˚C

TO-92 and TO-220 Package,(Soldering, 10 seconds) 260˚C

SO Package (Note 12)Vapor Phase (60 seconds) 215˚CInfrared (15 seconds) 220˚C

ESD Susceptibility (Note 11) 2500VSpecified Operating Temperature Range: TMIN to T MAX(Note 2)

LM35, LM35A −55˚C to +150˚CLM35C, LM35CA −40˚C to +110˚CLM35D 0˚C to +100˚C

Electrical Characteristics(Notes 1, 6)

LM35A LM35CA

Parameter Conditions Tested Design Tested Design Units

Typical Limit Limit Typical Limit Limit (Max.)

(Note 4) (Note 5) (Note 4) (Note 5)

Accuracy T A=+25˚C ±0.2 ±0.5 ±0.2 ±0.5 ˚C

(Note 7) T A=−10˚C ±0.3 ±0.3 ±1.0 ˚C

T A=TMAX ±0.4 ±1.0 ±0.4 ±1.0 ˚C

T A=TMIN ±0.4 ±1.0 ±0.4 ±1.5 ˚C

Nonlinearity T MIN≤TA≤TMAX ±0.18 ±0.35 ±0.15 ±0.3 ˚C

(Note 8)

Sensor Gain T MIN≤TA≤TMAX +10.0 +9.9, +10.0 +9.9, mV/˚C

(Average Slope) +10.1 +10.1

Load Regulation T A=+25˚C ±0.4 ±1.0 ±0.4 ±1.0 mV/mA

(Note 3) 0≤IL≤1 mA T MIN≤TA≤TMAX ±0.5 ±3.0 ±0.5 ±3.0 mV/mA

Line Regulation T A=+25˚C ±0.01 ±0.05 ±0.01 ±0.05 mV/V

(Note 3) 4V≤V S≤30V ±0.02 ±0.1 ±0.02 ±0.1 mV/V

Quiescent Current V S=+5V, +25˚C 56 67 56 67 µA

(Note 9) V S=+5V 105 131 91 114 µA

V S=+30V, +25˚C 56.2 68 56.2 68 µA

V S=+30V 105.5 133 91.5 116 µA

Change of 4V≤VS≤30V, +25˚C 0.2 1.0 0.2 1.0 µA

Quiescent Current 4V≤V S≤30V 0.5 2.0 0.5 2.0 µA

(Note 3)

Temperature +0.39 +0.5 +0.39 +0.5 µA/˚C

Coefficient of

Quiescent Current

Minimum Temperature In circuit of +1.5 +2.0 +1.5 +2.0 ˚C

for Rated Accuracy Figure 1, IL=0

Long Term Stability T J=TMAX, for ±0.08 ±0.08 ˚C

1000 hours

LM35

www.national.com3

Electrical Characteristics(Notes 1, 6)

LM35 LM35C, LM35D

Parameter Conditions Tested Design Tested Design Units

Typical Limit Limit Typical Limit Limit (Max.)

(Note 4) (Note 5) (Note 4) (Note 5)

Accuracy, T A=+25˚C ±0.4 ±1.0 ±0.4 ±1.0 ˚C

LM35, LM35C T A=−10˚C ±0.5 ±0.5 ±1.5 ˚C

(Note 7) T A=TMAX ±0.8 ±1.5 ±0.8 ±1.5 ˚C

T A=TMIN ±0.8 ±1.5 ±0.8 ±2.0 ˚C

Accuracy, LM35D(Note 7)

T A=+25˚C ±0.6 ±1.5 ˚C

TA=TMAX ±0.9 ±2.0 ˚C

TA=TMIN ±0.9 ±2.0 ˚C

Nonlinearity T MIN≤TA≤TMAX ±0.3 ±0.5 ±0.2 ±0.5 ˚C

(Note 8)

Sensor Gain T MIN≤TA≤TMAX +10.0 +9.8, +10.0 +9.8, mV/˚C

(Average Slope) +10.2 +10.2

Load Regulation T A=+25˚C ±0.4 ±2.0 ±0.4 ±2.0 mV/mA

(Note 3) 0≤IL≤1 mA T MIN≤TA≤TMAX ±0.5 ±5.0 ±0.5 ±5.0 mV/mA

Line Regulation T A=+25˚C ±0.01 ±0.1 ±0.01 ±0.1 mV/V

(Note 3) 4V≤V S≤30V ±0.02 ±0.2 ±0.02 ±0.2 mV/V

Quiescent Current V S=+5V, +25˚C 56 80 56 80 µA

(Note 9) V S=+5V 105 158 91 138 µA

V S=+30V, +25˚C 56.2 82 56.2 82 µA

V S=+30V 105.5 161 91.5 141 µA

Change of 4V≤VS≤30V, +25˚C 0.2 2.0 0.2 2.0 µA

Quiescent Current 4V≤V S≤30V 0.5 3.0 0.5 3.0 µA

(Note 3)

Temperature +0.39 +0.7 +0.39 +0.7 µA/˚C

Coefficient of

Quiescent Current

Minimum Temperature In circuit of +1.5 +2.0 +1.5 +2.0 ˚C

for Rated Accuracy Figure 1, IL=0

Long Term Stability T J=TMAX, for ±0.08 ±0.08 ˚C

1000 hours

Note 1: Unless otherwise noted, these specifications apply: −55˚C≤TJ≤+150˚C for the LM35 and LM35A; −40˚≤TJ≤+110˚C for the LM35C and LM35CA; and0˚≤TJ≤+100˚C for the LM35D. VS=+5Vdc and ILOAD=50 µA, in the circuit of Figure 2. These specifications also apply from +2˚C to TMAX in the circuit of Figure 1.Specifications in boldface apply over the full rated temperature range.

Note 2: Thermal resistance of the TO-46 package is 400˚C/W, junction to ambient, and 24˚C/W junction to case. Thermal resistance of the TO-92 package is180˚C/W junction to ambient. Thermal resistance of the small outline molded package is 220˚C/W junction to ambient. Thermal resistance of the TO-220 packageis 90˚C/W junction to ambient. For additional thermal resistance information see table in the Applications section.

Note 3: Regulation is measured at constant junction temperature, using pulse testing with a low duty cycle. Changes in output due to heating effects can becomputed by multiplying the internal dissipation by the thermal resistance.

Note 4: Tested Limits are guaranteed and 100% tested in production.

Note 5: Design Limits are guaranteed (but not 100% production tested) over the indicated temperature and supply voltage ranges. These limits are not used tocalculate outgoing quality levels.

Note 6: Specifications in boldface apply over the full rated temperature range.

Note 7: Accuracy is defined as the error between the output voltage and 10mv/˚C times the device’s case temperature, at specified conditions of voltage, current,and temperature (expressed in ˚C).

Note 8: Nonlinearity is defined as the deviation of the output-voltage-versus-temperature curve from the best-fit straight line, over the device’s rated temperaturerange.

Note 9: Quiescent current is defined in the circuit of Figure 1.

Note 10: Absolute Maximum Ratings indicate limits beyond which damage to the device may occur. DC and AC electrical specifications do not apply when operatingthe device beyond its rated operating conditions. See Note 1.

Note 11: Human body model, 100 pF discharged through a 1.5 kΩ resistor.

Note 12: See AN-450 “Surface Mounting Methods and Their Effect on Product Reliability” or the section titled “Surface Mount” found in a current NationalSemiconductor Linear Data Book for other methods of soldering surface mount devices.

LM35

www.national.com 4

Typical Performance Characteristics

Thermal ResistanceJunction to Air

DS005516-25

Thermal Time Constant

DS005516-26

Thermal Responsein Still Air

DS005516-27

Thermal Response inStirred Oil Bath

DS005516-28

Minimum SupplyVoltage vs. Temperature

DS005516-29

Quiescent Currentvs. Temperature(In Circuit of Figure 1.)

DS005516-30

Quiescent Currentvs. Temperature(In Circuit of Figure 2.)

DS005516-31

Accuracy vs. Temperature(Guaranteed)

DS005516-32

Accuracy vs. Temperature(Guaranteed)

DS005516-33

LM35

www.national.com5

Typical Performance Characteristics (Continued)

ApplicationsThe LM35 can be applied easily in the same way as otherintegrated-circuit temperature sensors. It can be glued orcemented to a surface and its temperature will be withinabout 0.01˚C of the surface temperature.

This presumes that the ambient air temperature is almost thesame as the surface temperature; if the air temperature weremuch higher or lower than the surface temperature, theactual temperature of the LM35 die would be at an interme-diate temperature between the surface temperature and theair temperature. This is expecially true for the TO-92 plasticpackage, where the copper leads are the principal thermalpath to carry heat into the device, so its temperature mightbe closer to the air temperature than to the surface tempera-ture.

To minimize this problem, be sure that the wiring to theLM35, as it leaves the device, is held at the same tempera-ture as the surface of interest. The easiest way to do this isto cover up these wires with a bead of epoxy which willinsure that the leads and wires are all at the same tempera-ture as the surface, and that the LM35 die’s temperature willnot be affected by the air temperature.

The TO-46 metal package can also be soldered to a metalsurface or pipe without damage. Of course, in that case theV− terminal of the circuit will be grounded to that metal.Alternatively, the LM35 can be mounted inside a sealed-endmetal tube, and can then be dipped into a bath or screwedinto a threaded hole in a tank. As with any IC, the LM35 andaccompanying wiring and circuits must be kept insulated anddry, to avoid leakage and corrosion. This is especially true ifthe circuit may operate at cold temperatures where conden-sation can occur. Printed-circuit coatings and varnishes suchas Humiseal and epoxy paints or dips are often used toinsure that moisture cannot corrode the LM35 or its connec-tions.

These devices are sometimes soldered to a smalllight-weight heat fin, to decrease the thermal time constantand speed up the response in slowly-moving air. On theother hand, a small thermal mass may be added to thesensor, to give the steadiest reading despite small deviationsin the air temperature.

Temperature Rise of LM35 Due To Self-heating (Thermal Resistance, θJA)TO-46, TO-46*, TO-92, TO-92**, SO-8 SO-8** TO-220

no heatsink

small heat fin no heatsink



Still air 400˚C/W 100˚C/W 180˚C/W 140˚C/W 220˚C/W 110˚C/W 90˚C/W

Moving air 100˚C/W 40˚C/W 90˚C/W 70˚C/W 105˚C/W 90˚C/W 26˚C/W

Still oil 100˚C/W 40˚C/W 90˚C/W 70˚C/W

Stirred oil 50˚C/W 30˚C/W 45˚C/W 40˚C/W

(Clamped to metal,

Infinite heat sink) (24˚C/W) (55˚C/W)

*Wakefield type 201, or 1" disc of 0.020" sheet brass, soldered to case, or similar.**TO-92 and SO-8 packages glued and leads soldered to 1" square of 1/16" printed circuit board with 2 oz. foil or similar.

Noise Voltage

DS005516-34

Start-Up Response

DS005516-35

LM35

www.national.com 6

Typical Applications

CAPACITIVE LOADS

Like most micropower circuits, the LM35 has a limited abilityto drive heavy capacitive loads. The LM35 by itself is able todrive 50 pf without special precautions. If heavier loads areanticipated, it is easy to isolate or decouple the load with aresistor; see Figure 3. Or you can improve the tolerance ofcapacitance with a series R-C damper from output toground; see Figure 4.

When the LM35 is applied with a 200Ω load resistor asshown in Figure 5, Figure 6 or Figure 8 it is relatively immuneto wiring capacitance because the capacitance forms a by-pass from ground to input, not on the output. However, aswith any linear circuit connected to wires in a hostile envi-ronment, its performance can be affected adversely by in-tense electromagnetic sources such as relays, radio trans-mitters, motors with arcing brushes, SCR transients, etc, asits wiring can act as a receiving antenna and its internaljunctions can act as rectifiers. For best results in such cases,a bypass capacitor from VIN to ground and a series R-Cdamper such as 75Ω in series with 0.2 or 1 µF from output toground are often useful. These are shown in Figure 13,Figure 14, and Figure 16.

DS005516-19

FIGURE 3. LM35 with Decoupling from Capacitive Load

DS005516-20

FIGURE 4. LM35 with R-C Damper

DS005516-5

FIGURE 5. Two-Wire Remote Temperature Sensor(Grounded Sensor)

DS005516-6

FIGURE 6. Two-Wire Remote Temperature Sensor(Output Referred to Ground)

DS005516-7

FIGURE 7. Temperature Sensor, Single Supply, −55˚ to+150˚C

DS005516-8

FIGURE 8. Two-Wire Remote Temperature Sensor(Output Referred to Ground)

DS005516-9

FIGURE 9. 4-To-20 mA Current Source (0˚C to +100˚C)

LM35

www.national.com7

Typical Applications (Continued)

DS005516-10

FIGURE 10. Fahrenheit Thermometer

DS005516-11

FIGURE 11. Centigrade Thermometer (Analog Meter)

DS005516-12

FIGURE 12. Fahrenheit ThermometerExpanded ScaleThermometer

(50˚ to 80˚ Fahrenheit, for Example Shown)

DS005516-13

FIGURE 13. Temperature To Digital Converter (Serial Output) (+128˚C Full Scale)

DS005516-14

FIGURE 14. Temperature To Digital Converter (Parallel TRI-STATE ™ Outputs forStandard Data Bus to µP Interface) (128˚C Full Scale)

LM35

www.national.com 8

Typical Applications (Continued)

DS005516-16

*=1% or 2% film resistorTrim RB for VB=3.075VTrim RC for VC=1.955VTrim RA for VA=0.075V + 100mV/˚C x TambientExample, VA=2.275V at 22˚C

FIGURE 15. Bar-Graph Temperature Display (Dot Mode)

DS005516-15

FIGURE 16. LM35 With Voltage-To-Frequency Converter And Isolated Output(2˚C to +150˚C; 20 Hz to 1500 Hz)

LM35

www.national.com9

Block Diagram

DS005516-23

LM35

www.national.com 10

Physical Dimensions inches (millimeters) unless otherwise noted

TO-46 Metal Can Package (H)Order Number LM35H, LM35AH, LM35CH,

LM35CAH, or LM35DHNS Package Number H03H

SO-8 Molded Small Outline Package (M)Order Number LM35DM

NS Package Number M08A

LM35

www.national.com11

Physical Dimensions inches (millimeters) unless otherwise noted (Continued)

Power Package TO-220 (T)Order Number LM35DT

NS Package Number TA03F

LM35

www.national.com 12


LIFE SUPPORT POLICY

NATIONAL’S PRODUCTS ARE NOT AUTHORIZED FOR USE AS CRITICAL COMPONENTS IN LIFE SUPPORTDEVICES OR SYSTEMS WITHOUT THE EXPRESS WRITTEN APPROVAL OF THE PRESIDENT AND GENERALCOUNSEL OF NATIONAL SEMICONDUCTOR CORPORATION. As used herein:

1. Life support devices or systems are devices orsystems which, (a) are intended for surgical implantinto the body, or (b) support or sustain life, andwhose failure to perform when properly used inaccordance with instructions for use provided in thelabeling, can be reasonably expected to result in asignificant injury to the user.

2. A critical component is any component of a lifesupport device or system whose failure to performcan be reasonably expected to cause the failure ofthe life support device or system, or to affect itssafety or effectiveness.

National SemiconductorCorporationAmericasTel: 1-800-272-9959Fax: 1-800-737-7018Email: [email protected]

National SemiconductorEurope

Fax: +49 (0) 180-530 85 86Email: [email protected]

Deutsch Tel: +49 (0) 69 9508 6208English Tel: +44 (0) 870 24 0 2171Français Tel: +33 (0) 1 41 91 8790

National SemiconductorAsia Pacific CustomerResponse GroupTel: 65-2544466Fax: 65-2504466Email: [email protected]

National SemiconductorJapan Ltd.Tel: 81-3-5639-7560Fax: 81-3-5639-7507

www.national.com

TO-92 Plastic Package (Z)Order Number LM35CZ, LM35CAZ or LM35DZ

NS Package Number Z03A

LM35

Precision

Centigrade

Temperature

Sensors

National does not assume any responsibility for use of any circuitry described, no circuit patent licenses are implied and National reserves the right at any time without notice to change said circuitry and specifications.

LM741Operational AmplifierGeneral DescriptionThe LM741 series are general purpose operational amplifi-ers which feature improved performance over industry stan-dards like the LM709. They are direct, plug-in replacementsfor the 709C, LM201, MC1439 and 748 in most applications.

The amplifiers offer many features which make their applica-tion nearly foolproof: overload protection on the input andoutput, no latch-up when the common mode range is ex-ceeded, as well as freedom from oscillations.

The LM741C is identical to the LM741/LM741A except thatthe LM741C has their performance guaranteed over a 0˚C to+70˚C temperature range, instead of −55˚C to +125˚C.

Connection Diagrams

Typical Application

Metal Can Package

DS009341-2

Note 1: LM741H is available per JM38510/10101

Order Number LM741H, LM741H/883 (Note 1),LM741AH/883 or LM741CH

See NS Package Number H08C

Dual-In-Line or S.O. Package

DS009341-3

Order Number LM741J, LM741J/883, LM741CNSee NS Package Number J08A, M08A or N08E

Ceramic Flatpak

DS009341-6

Order Number LM741W/883See NS Package Number W10A

Offset Nulling Circuit

DS009341-7

August 2000LM

741O

perationalAm

plifier

© 2000 National Semiconductor Corporation DS009341 www.national.com

Absolute Maximum Ratings (Note 2)

If Military/Aerospace specified devices are required, please contact the National Semiconductor Sales Office/Distributors for availability and specifications.

(Note 7)

LM741A LM741 LM741CSupply Voltage ±22V ±22V ±18VPower Dissipation (Note 3) 500 mW 500 mW 500 mWDifferential Input Voltage ±30V ±30V ±30VInput Voltage (Note 4) ±15V ±15V ±15VOutput Short Circuit Duration Continuous Continuous ContinuousOperating Temperature Range −55˚C to +125˚C −55˚C to +125˚C 0˚C to +70˚CStorage Temperature Range −65˚C to +150˚C −65˚C to +150˚C −65˚C to +150˚CJunction Temperature 150˚C 150˚C 100˚CSoldering Information

N-Package (10 seconds) 260˚C 260˚C 260˚CJ- or H-Package (10 seconds) 300˚C 300˚C 300˚CM-Package

Vapor Phase (60 seconds) 215˚C 215˚C 215˚CInfrared (15 seconds) 215˚C 215˚C 215˚C

See AN-450 “Surface Mounting Methods and Their Effect on Product Reliability” for other methods of solderingsurface mount devices.ESD Tolerance (Note 8) 400V 400V 400V

Electrical Characteristics (Note 5)

Parameter Conditions LM741A LM741 LM741C Units

Min Typ Max Min Typ Max Min Typ Max

Input Offset Voltage TA = 25˚C

RS ≤ 10 kΩ 1.0 5.0 2.0 6.0 mV

RS ≤ 50Ω 0.8 3.0 mV

TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX

RS ≤ 50Ω 4.0 mV

RS ≤ 10 kΩ 6.0 7.5 mV

Average Input Offset 15 µV/˚C

Voltage Drift

Input Offset Voltage TA = 25˚C, VS = ±20V ±10 ±15 ±15 mV

Adjustment Range

Input Offset Current TA = 25˚C 3.0 30 20 200 20 200 nA

TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX 70 85 500 300 nA

Average Input Offset 0.5 nA/˚C

Current Drift

Input Bias Current TA = 25˚C 30 80 80 500 80 500 nA

TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX 0.210 1.5 0.8 µA

Input Resistance TA = 25˚C, VS = ±20V 1.0 6.0 0.3 2.0 0.3 2.0 MΩTAMIN ≤ TA ≤ TAMAX, 0.5 MΩVS = ±20V

Input Voltage Range TA = 25˚C ±12 ±13 V

TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX ±12 ±13 V

LM74

1

www.national.com 2

Electrical Characteristics (Note 5) (Continued)

Parameter Conditions LM741A LM741 LM741C Units

Min Typ Max Min Typ Max Min Typ Max

Large Signal Voltage Gain TA = 25˚C, RL ≥ 2 kΩVS = ±20V, VO = ±15V 50 V/mV

VS = ±15V, VO = ±10V 50 200 20 200 V/mV

TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX,

RL ≥ 2 kΩ,

VS = ±20V, VO = ±15V 32 V/mV

VS = ±15V, VO = ±10V 25 15 V/mV

VS = ±5V, VO = ±2V 10 V/mV

Output Voltage Swing VS = ±20V

RL ≥ 10 kΩ ±16 V

RL ≥ 2 kΩ ±15 V

VS = ±15V

RL ≥ 10 kΩ ±12 ±14 ±12 ±14 V

RL ≥ 2 kΩ ±10 ±13 ±10 ±13 V

Output Short Circuit TA = 25˚C 10 25 35 25 25 mA

Current TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX 10 40 mA

Common-Mode TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX

Rejection Ratio RS ≤ 10 kΩ, VCM = ±12V 70 90 70 90 dB

RS ≤ 50Ω, VCM = ±12V 80 95 dB

Supply Voltage Rejection TAMIN ≤ TA ≤ TAMAX,

Ratio VS = ±20V to VS = ±5V

RS ≤ 50Ω 86 96 dB

RS ≤ 10 kΩ 77 96 77 96 dB

Transient Response TA = 25˚C, Unity Gain

Rise Time 0.25 0.8 0.3 0.3 µs

Overshoot 6.0 20 5 5 %

Bandwidth (Note 6) TA = 25˚C 0.437 1.5 MHz

Slew Rate TA = 25˚C, Unity Gain 0.3 0.7 0.5 0.5 V/µs

Supply Current TA = 25˚C 1.7 2.8 1.7 2.8 mA

Power Consumption TA = 25˚C

VS = ±20V 80 150 mW

VS = ±15V 50 85 50 85 mW

LM741A VS = ±20V

TA = TAMIN 165 mW

TA = TAMAX 135 mW

LM741 VS = ±15V

TA = TAMIN 60 100 mW

TA = TAMAX 45 75 mW

Note 2: “Absolute Maximum Ratings” indicate limits beyond which damage to the device may occur. Operating Ratings indicate conditions for which the device isfunctional, but do not guarantee specific performance limits.

LM741

www.national.com3

Electrical Characteristics (Note 5) (Continued)

Note 3: For operation at elevated temperatures, these devices must be derated based on thermal resistance, and Tj max. (listed under “Absolute Maximum Rat-ings”). Tj = TA + (θjA PD).

Thermal Resistance Cerdip (J) DIP (N) HO8 (H) SO-8 (M)

θjA (Junction to Ambient) 100˚C/W 100˚C/W 170˚C/W 195˚C/W

θjC (Junction to Case) N/A N/A 25˚C/W N/A

Note 4: For supply voltages less than ±15V, the absolute maximum input voltage is equal to the supply voltage.

Note 5: Unless otherwise specified, these specifications apply for VS = ±15V, −55˚C ≤ TA ≤ +125˚C (LM741/LM741A). For the LM741C/LM741E, these specifica-tions are limited to 0˚C ≤ TA ≤ +70˚C.

Note 6: Calculated value from: BW (MHz) = 0.35/Rise Time(µs).

Note 7: For military specifications see RETS741X for LM741 and RETS741AX for LM741A.

Note 8: Human body model, 1.5 kΩ in series with 100 pF.

Schematic Diagram

DS009341-1

LM74

1

www.national.com 4

Physical Dimensions inches (millimeters) unless otherwise noted

Metal Can Package (H)Order Number LM741H, LM741H/883, LM741AH/883, LM741AH-MIL or LM741CH

NS Package Number H08C

Ceramic Dual-In-Line Package (J)Order Number LM741J/883NS Package Number J08A

LM741

www.national.com5


Dual-In-Line Package (N)Order Number LM741CN

NS Package Number N08E

10-Lead Ceramic Flatpak (W)Order Number LM741W/883, LM741WG-MPR or LM741WG/883

NS Package Number W10A

LM74

1

www.national.com 6

Notes

LIFE SUPPORT POLICY

NATIONAL’S PRODUCTS ARE NOT AUTHORIZED FOR USE AS CRITICAL COMPONENTS IN LIFE SUPPORTDEVICES OR SYSTEMS WITHOUT THE EXPRESS WRITTEN APPROVAL OF THE PRESIDENT AND GENERALCOUNSEL OF NATIONAL SEMICONDUCTOR CORPORATION. As used herein:

1. Life support devices or systems are devices orsystems which, (a) are intended for surgical implantinto the body, or (b) support or sustain life, andwhose failure to perform when properly used inaccordance with instructions for use provided in thelabeling, can be reasonably expected to result in asignificant injury to the user.

2. A critical component is any component of a lifesupport device or system whose failure to performcan be reasonably expected to cause the failure ofthe life support device or system, or to affect itssafety or effectiveness.

National SemiconductorCorporationAmericasTel: 1-800-272-9959Fax: 1-800-737-7018Email: [email protected]

National SemiconductorEurope

Fax: +49 (0) 180-530 85 86Email: [email protected]

Deutsch Tel: +49 (0) 69 9508 6208English Tel: +44 (0) 870 24 0 2171Français Tel: +33 (0) 1 41 91 8790

National SemiconductorAsia Pacific CustomerResponse GroupTel: 65-2544466Fax: 65-2504466Email: [email protected]

National SemiconductorJapan Ltd.Tel: 81-3-5639-7560Fax: 81-3-5639-7507

www.national.com

LM741

OperationalA

mplifier

National does not assume any responsibility for use of any circuitry described, no circuit patent licenses are implied and National reserves the right at any time without notice to change said circuitry and specifications.

PACKAGE SCHEMATIC

6/15/05

Page 1 of 10

© 2005 Fairchild Semiconductor Corporation

6-PIN DIP RANDOM-PHASEOPTOISOLATORS TRIAC DRIVER OUTPUT

(250/400 VOLT PEAK)

MOC3010M MOC3011M MOC3012M MOC3020M MOC3021M MOC3022M MOC3023M

DESCRIPTION

The MOC301XM and MOC302XM series are optically isolated triac driver devices. These devices contain a GaAs infrared emitting diode and a light activated silicon bilateral switch, which functions like a triac. They are designed for interfacing between electronic controls and power triacs to control resistive and inductive loads for 115 VAC operations.

FEATURES

• Excellent I

FT

stability—IR emitting diode has low degradation• High isolation voltage—minimum 5300 VAC RMS• Underwriters Laboratory (UL) recognized—File #E90700• Peak blocking voltage

– 250V-MOC301XM– 400V-MOC302XM

• VDE recognized (File #94766)– Ordering option V (e.g. MOC3023VM)

APPLICATIONS

• Industrial controls • Solenoid/valve controls• Traffic lights • Static AC power switch• Vending machines • Incandescent lamp dimmers• Solid state relay • Motor control• Lamp ballasts

6

1

6

6

1

1

MAIN TERM.

NC*

N/C

*DO NOT CONNECT(TRIAC SUBSTRATE)

1

2

3

ANODE

CATHODE

4

5

6 MAIN TERM.

6/15/05

Page 2 of 10



(250/400 VOLT PEAK)


Note

1. Isolation surge voltage, V

ISO

, is an internal device dielectric breakdown rating. For this test, Pins 1 and 2 are common, and Pins 4, 5 and 6 are common.

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS

(T

A

= 25°C unless otherwise noted)

Parameters Symbol Device Value Units

TOTAL DEVICE

Storage Temperature T

STG

All -40 to +150 °C

Operating Temperature T

OPR

All -40 to +85 °C

Lead Solder Temperature T

SOL

All 260 for 10 sec °C

Junction Temperature Range T

J

All -40 to +100 °C

Isolation Surge Voltage

(1)

(peak AC voltage, 60Hz, 1 sec duration)

V

ISO

All 7500 Vac(pk)

Total Device Power Dissipation @ 25°CP

D

All330 mW

Derate above 25°C 4.4 mW/°C

EMITTER

Continuous Forward Current I

F

All 60 mA

Reverse Voltage V

R

All 3 V

Total Power Dissipation 25°C AmbientP

D

All100 mW

Derate above 25°C 1.33 mW/°C

DETECTOR

Off-State Output Terminal Voltage V

DRM

MOC3010M/1M/2MMOC3020M/1M/2M/3M

250400

V

Peak Repetitive Surge Current (PW = 1 ms, 120 pps) I

TSM

All 1 A

Total Power Dissipation @ 25°C AmbientP

D

All300 mW

Derate above 25°C 4 mW/°C

6/15/05

Page 3 of 10



(250/400 VOLT PEAK)


Note

1. Test voltage must be applied within dv/dt rating.

2. This is static dv/dt. See Figure 5 for test circuit. Commutating dv/dt is a function of the load-driving thyristor(s) only.

3. All devices are guaranteed to trigger at an I

F

value less than or equal to max I

FT

. Therefore, recommended operating I

F

lies between max I

FT

(30 mA for MOC3020M, 15 mA for MOC3010M and MOC3021M, 10 mA for MOC3011M and MOC3022M, 5 mA for MOC3012M and MOC3023M) and absolute max I

F

(60 mA).

ELECTRICAL CHARACTERISTICS

(T

A

= 25°C Unless otherwise specified)

INDIVIDUAL COMPONENT CHARACTERISTICS

Parameters Test Conditions Symbol Device Min Typ Max Units

EMITTER

Input Forward Voltage I

F

= 10 mA V

F

All 1.15 1.5 V

Reverse Leakage Current V

R

= 3 V, T

A

= 25°C I

R

All 0.01 100 µA

DETECTOR

Peak Blocking Current,Either Direction Rated V

DRM

, I

F

= 0 (note 1) I

DRM

All 10 100 nA

Peak On-State Voltage,Either Direction I

TM

= 100 mA peak, I

F

= 0 V

TM

All 1.8 3 V

TRANSFER CHARACTERISTICS

(T

A

= 25°C Unless otherwise specified.)

DC Characteristics Test Conditions Symbol Device Min Typ Max Units

LED Trigger Current Voltage = 3V (note 3) I

FT

MOC3020M 30

mA

MOC3010M15

MOC3021M

MOC3011M10

MOC3022M

MOC3012M5

MOC3023M

Holding Current, Either Direction I

H

All 100 µA

6/15/05

Page 4 of 10



(250/400 VOLT PEAK)


AMBIENT TEMPERATURE - TA (oC)

-40 -20 0 20 40 60 80 100

TR

IGG

ER

CU

RR

EN

T -

IF

T (

NO

RM

ALI

ZE

D)

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

IF - LED FORWARD CURRENT (mA)

1 10 100

VF -

FO

RW

AR

D V

OLT

AG

E (

V)

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

TA = -55oC

TA = 25oC

TA = 100oC

ON-STATE VOLTAGE - V TM (V)

-3 -2 -1 0 1 2 3O

N-S

TAT

E C

UR

RE

NT

- I

TM (

mA

)-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

TA, AMBIENT TEMPERATURE ( oC)

-40 -20 0 20 40 60 80 100

I DR

M, L

EA

KA

GE

CU

RR

EN

T (

nA)

0.1

1

10

100

1000

10000

NORMALIZED TO TA = 25∞C

Fig. 1 LED Forward Voltage vs. Forward Current

Fig. 3 Trigger Current vs. Ambient Temperature

LED TRIGGER WIDTH - PWin (µs)

1 2 5 10 20 50 100

TR

IGG

ER

CU

RR

EN

T -

IF

T (

NO

RM

ALI

ZE

D)

0

5

10

15

20

25

NORMALIZED TO:PWin ≥ 100 µs

Fig. 4 LED Current Required to Trigger vs. LED Pulse Width

Fig. 6 Leakage Current, IDRM vs. Temperature

Fig. 2 On-State Characteristics

Ambient Temperature - TA (oC)

25 30 40 6050 70 80 90 100

STA

TIC

- d

v/dt

(V

/µs)

0

2

4

6

8

10

12

STATIC dv/dtCIRCUIT IN FIGURE 5

Fig. 5 dv/dt vs. Temperature

6/15/05

Page 5 of 10



(250/400 VOLT PEAK)


1. The mercury wetted relay provides a high speed repeated pulse to the D.U.T.

2. 100x scope probes are used, to allow high speeds and voltages.

3. The worst-case condition for static dv/dt is established by triggering the D.U.T. with a normal LED input current, then removing the current. The variable R

TEST

allows the dv/dt to be gradually increased until the D.U.T. continues to trigger in response to the applied voltage pulse, even after the LED current has been removed. The dv/dt is then decreased until the D.U.T. stops triggering.

τ

RC

is measured at this point and recorded.

Note: This optoisolator should not be used to drive a load directly. It is intended to be a trigger device only.

Vdc

400V (MOC302X)250V (MOC301X)

R = 10 kΩ

CTEST

X100SCOPEPROBE

PULSEINPUT MERCURY

WETTEDRELAY

RTEST

D.U.T.D.U.T.

Figure 5. Static dv/dt Test Circuit

252 V (MOC302X)158 V (MOC301X)

0 VOLTS

APPLIED VOLTAGEWAVEFORM

Vmax =

dv/dt = 0.63 Vmax =

252

τRC

τRC τRC

400 V (MOC302X)= 250 V (MOC301X)

(MOC302X)

= 158τRC

(MOC301X)

Figure 6. Resistive Load

Figure 7. Inductive Load with Sensitive Gate Triac (IGT ≤ 15 mA)

VCC

Rin 1

2

3

6

5

4

0.1 µF

180

C1

2.4k

ZL

120 V60 HzMOC3010M

MOC3011MMOC3012M

VCC

Rin 1

2

3

6

5

4

120 V60 Hz

180

RL

MOC3010MMOC3011MMOC3012M

6/15/05

Page 6 of 10



(250/400 VOLT PEAK)


Figure 9. Typical Application Circuit

VCC

Rin 1

2

3

6

5

4

0.05 µF

0.01 µF

LOAD

360

39

470

240VAC

HOT

GROUND

MOC3020MMOC3021MMOC3022MMOC3023M

Figure 8. Inductive Load with Sensitive Gate Triac (IGT ≤ 15 mA)

RinVCC

1

2

3

6

5

4

0.2 µF

180

C1

1.2 k

ZL

120 V60 HzMOC3010M

MOC3011MMOC3012M

In this circuit the “hot” side of the line is switched and the load connected to the cold or ground side.

The 39 ohm resistor and 0.01µF capacitor are for snubbing of the triac, and the 470 ohm resistor and 0.05 µF capacitor are for snubbing the coupler. These components may or may not be necessary depending upon the particular and load used.

6/15/05

Page 7 of 10



(250/400 VOLT PEAK)


NOTE

All dimensions are in inches (millimeters)

Package Dimensions (Through Hole) Package Dimensions (Surface Mount)

Package Dimensions (0.4” Lead Spacing) Recommended Pad Layout forSurface Mount Leadform

0.350 (8.89)0.320 (8.13)

0.260 (6.60)0.240 (6.10)

0.320 (8.13)

0.070 (1.77)0.040 (1.02)

0.014 (0.36)0.010 (0.25)

0.200 (5.08)0.115 (2.93)

0.100 (2.54)0.015 (0.38)

0.020 (0.50)0.016 (0.41) 0.100 (2.54)

15°

0.012 (0.30)

0.350 (8.89)0.320 (8.13)

0.260 (6.60)0.240 (6.10)

0.390 (9.90)0.332 (8.43)

0.070 (1.77)0.040 (1.02)

0.014 (0.36)0.010 (0.25)

0.320 (8.13)

0.035 (0.88)0.012 (0.30)

0.012 (0.30)0.008 (0.20)

0.200 (5.08)0.115 (2.93)

0.025 (0.63)0.020 (0.51)

0.020 (0.50)0.016 (0.41)

0.100 [2.54]

0.350 (8.89)0.320 (8.13)

0.260 (6.60)0.240 (6.10)

0.070 (1.77)0.040 (1.02)

0.014 (0.36)0.010 (0.25)

0.200 (5.08)0.115 (2.93)

0.020 (0.50)0.016 (0.41)

0.100 [2.54]

0.100 (2.54)0.015 (0.38)

0.012 (0.30)0.008 (0.21)

0.425 (10.80)0.400 (10.16)

0.070 (1.78)

0.060 (1.52)

0.030 (0.76)

0.100 (2.54)

0.305 (7.75)

0.425 (10.79)

6/15/05

Page 8 of 10



(250/400 VOLT PEAK)


ORDERING INFORMATION

MARKING INFORMATION

Option Order Entry Identifier Description

S S Surface Mount Lead Bend

SR2 SR2 Surface Mount; Tape and reel

T T 0.4" Lead Spacing

V V VDE 0884

TV TV VDE 0884, 0.4" Lead Spacing

SV SV VDE 0884, Surface Mount

SR2V SR2V VDE 0884, Surface Mount, Tape & Reel

MOC3010

V X YY Q

1

2

6

43 5

*Note – Parts that do not have the ‘V’ option (see definition 3 above) that are marked with date code ‘325’ or earlier are marked in portrait format.

Definitions

1 Fairchild logo

2 Device number

3VDE mark (Note: Only appears on parts ordered with VDE option – See order entry table)

4 One digit year code, e.g., ‘3’

5 Two digit work week ranging from ‘01’ to ‘53’

6 Assembly package code

6/15/05

Page 9 of 10



(250/400 VOLT PEAK)


NOTE

All dimensions are in inches (millimeters)

Reflow Profile (White Package, -M Suffix)

Carrier Tape Specifications

4.0 ± 0.1

Ø1.5 MIN

User Direction of Feed

2.0 ± 0.05

1.75 ± 0.10

11.5 ± 1.0

24.0 ± 0.3

12.0 ± 0.1

0.30 ± 0.05

21.0 ± 0.1

4.5 ± 0.20

0.1 MAX 10.1 ± 0.20

9.1 ± 0.20

Ø1.5 ± 0.1/-0

300

280

260

240

220

200

180

160

140

120

100

80

60

40

20

0

°C

Time (s)

0 60 180120 270

260°C

>245°C = 42 Sec

Time above 183°C = 90 Sec

360

1.822°C/Sec Ramp up rate

33 Sec

LIFE SUPPORT POLICY

FAIRCHILD’S PRODUCTS ARE NOT AUTHORIZED FOR USE AS CRITICAL COMPONENTS IN LIFE SUPPORT DEVICES OR SYSTEMS WITHOUT THE EXPRESS WRITTEN APPROVAL OF THE PRESIDENT OF FAIRCHILD SEMICONDUCTOR CORPORATION. As used herein:

1. Life support devices or systems are devices or systemswhich, (a) are intended for surgical implant into the body, or(b) support or sustain life, and (c) whose failure to performwhen properly used in accordance with instructions for useprovided in the labeling, can be reasonably expected toresult in a significant injury of the user.

2. A critical component in any component of a life supportdevice or system whose failure to perform can bereasonably expected to cause the failure of the life supportdevice or system, or to affect its safety or effectiveness.

DISCLAIMER

FAIRCHILD SEMICONDUCTOR RESERVES THE RIGHT TO MAKE CHANGES WITHOUT FURTHER NOTICE TO ANY PRODUCTS HEREIN TO IMPROVE RELIABILITY, FUNCTION OR DESIGN. FAIRCHILD DOES NOT ASSUME ANY LIABILITY ARISING OUT OF THE APPLICATION OR USE OF ANY PRODUCT OR CIRCUIT DESCRIBED HEREIN; NEITHER DOES IT CONVEY ANY LICENSE UNDER ITS PATENT RIGHTS, NOR THE RIGHTS OF OTHERS.

6/15/05

Page 10 of 10



(250/400 VOLT PEAK)


Philips Semiconductors Product specification

Triacs BT139 series

GENERAL DESCRIPTION QUICK REFERENCE DATA

Glass passivated triacs in a plastic SYMBOL PARAMETER MAX. MAX. MAX. UNITenvelope, intended for use inapplications requiring high BT139- 500 600 800bidirectional transient and blocking BT139- 500F 600F 800Fvoltage capability and high thermal BT139- 500G 600G 800Gcycling performance. Typical VDRM Repetitive peak off-state 500 600 800 Vapplications include motor control, voltagesindustrial and domestic lighting, IT(RMS) RMS on-state current 16 16 16 Aheating and static switching. ITSM Non-repetitive peak on-state 140 140 140 A

current

PINNING - TO220AB PIN CONFIGURATION SYMBOL

PIN DESCRIPTION

1 main terminal 1

2 main terminal 2

3 gate

tab main terminal 2

LIMITING VALUESLimiting values in accordance with the Absolute Maximum System (IEC 134).

SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN. MAX. UNIT

-500 -600 -800VDRM Repetitive peak off-state - 5001 6001 800 V

voltages

IT(RMS) RMS on-state current full sine wave; Tmb ≤ 99 ˚C - 16 AITSM Non-repetitive peak full sine wave; Tj = 25 ˚C prior to

on-state current surget = 20 ms - 140 At = 16.7 ms - 150 A

I2t I2t for fusing t = 10 ms - 98 A2sdIT/dt Repetitive rate of rise of ITM = 20 A; IG = 0.2 A;

on-state current after dIG/dt = 0.2 A/µstriggering T2+ G+ - 50 A/µs

T2+ G- - 50 A/µsT2- G- - 50 A/µsT2- G+ - 10 A/µs

IGM Peak gate current - 2 AVGM Peak gate voltage - 5 VPGM Peak gate power - 5 WPG(AV) Average gate power over any 20 ms period - 0.5 WTstg Storage temperature -40 150 ˚CTj Operating junction - 125 ˚C

temperature

T1T2

G1 2 3

tab

1 Although not recommended, off-state voltages up to 800V may be applied without damage, but the triac mayswitch to the on-state. The rate of rise of current should not exceed 15 A/µs.

September 1997 1 Rev 1.200


Triacs BT139 series

THERMAL RESISTANCESSYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN. TYP. MAX. UNIT

Rth j-mb Thermal resistance full cycle - - 1.2 K/Wjunction to mounting base half cycle - - 1.7 K/W

Rth j-a Thermal resistance in free air - 60 - K/Wjunction to ambient

STATIC CHARACTERISTICSTj = 25 ˚C unless otherwise stated

SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN. TYP. MAX. UNIT

BT139- ... ...F ...GIGT Gate trigger current VD = 12 V; IT = 0.1 A

T2+ G+ - 5 35 25 50 mAT2+ G- - 8 35 25 50 mAT2- G- - 10 35 25 50 mAT2- G+ - 22 70 70 100 mA

IL Latching current VD = 12 V; IGT = 0.1 AT2+ G+ - 7 40 40 60 mAT2+ G- - 20 60 60 90 mAT2- G- - 8 40 40 60 mAT2- G+ - 10 60 60 90 mA

IH Holding current VD = 12 V; IGT = 0.1 A - 6 30 30 60 mA

VT On-state voltage IT = 20 A - 1.2 1.6 VVGT Gate trigger voltage VD = 12 V; IT = 0.1 A - 0.7 1.5 V

VD = 400 V; IT = 0.1 A; 0.25 0.4 - VTj = 125 ˚C

ID Off-state leakage current VD = VDRM(max); - 0.1 0.5 mATj = 125 ˚C

DYNAMIC CHARACTERISTICSTj = 25 ˚C unless otherwise stated

SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN. TYP. MAX. UNIT

BT139- ... ...F ...GdVD/dt Critical rate of rise of VDM = 67% VDRM(max); 100 50 200 250 - V/µs

off-state voltage Tj = 125 ˚C; exponentialwaveform; gate opencircuit

dVcom/dt Critical rate of change of VDM = 400 V; Tj = 95 ˚C; - - 10 20 - V/µscommutating voltage IT(RMS) = 16 A;

dIcom/dt = 7.2 A/ms; gateopen circuit

tgt Gate controlled turn-on ITM = 20 A; VD = VDRM(max); - - - 2 - µstime IG = 0.1 A; dIG/dt = 5 A/µs



Triacs BT139 series

Fig.1. Maximum on-state dissipation, Ptot, versus rmson-state current, IT(RMS), where α = conduction angle.

Fig.2. Maximum permissible non-repetitive peakon-state current ITSM, versus pulse width tp, for

sinusoidal currents, tp ≤ 20ms.

Fig.3. Maximum permissible non-repetitive peakon-state current ITSM, versus number of cycles, for

sinusoidal currents, f = 50 Hz.

Fig.4. Maximum permissible rms current IT(RMS) ,versus mounting base temperature Tmb.

Fig.5. Maximum permissible repetitive rms on-statecurrent IT(RMS), versus surge duration, for sinusoidal

currents, f = 50 Hz; Tmb ≤ 99˚C.

Fig.6. Normalised gate trigger voltageVGT(Tj)/ VGT(25˚C), versus junction temperature Tj.

0 5 10 15 200

5

10

15

20

25

= 180

120

90

60

30

BT139

IT(RMS) / A

Ptot / W Tmb(max) / C

125

119

113

107

101

95

1

-50 0 50 100 1500

5

10

15

20BT139

99 C

Tmb / C

IT(RMS) / A

10us 100us 1ms 10ms 100ms10

100

1000BT139

T / s

ITSM / A

TITSM

time

I

Tj initial = 25 C max

T

dI /dt limitT

T2- G+ quadrant

0.01 0.1 1 100

10

20

30

40

50BT139

surge duration / s

IT(RMS) / A

1 10 100 10000

50

100

150BT139

Number of cycles at 50Hz

ITSM / A

TITSM

time

I

Tj initial = 25 C max

T

-50 0 50 100 1500.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6BT136

Tj / C

VGT(Tj)VGT(25 C)



Triacs BT139 series

Fig.7. Normalised gate trigger currentIGT(Tj)/ IGT(25˚C), versus junction temperature Tj.

Fig.8. Normalised latching current IL(Tj)/ IL(25˚C),versus junction temperature Tj.

Fig.9. Normalised holding current IH(Tj)/ IH(25˚C),versus junction temperature Tj.

Fig.10. Typical and maximum on-state characteristic.

Fig.11. Transient thermal impedance Zth j-mb, versuspulse width tp.

Fig.12. Typical commutation dV/dt versus junctiontemperature, parameter commutation dIT/dt. The triacshould commutate when the dV/dt is below the valueon the appropriate curve for pre-commutation dIT/dt.

-50 0 50 100 1500

0.5

1

1.5

2

2.5

3BT139

Tj / C

T2+ G+T2+ G-T2- G-T2- G+

IGT(Tj)IGT(25 C)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 30

10

20

30

40

50BT139

VT / V

IT / A

Tj = 125 CTj = 25 C

typ maxVo = 1.195 VRs = 0.018 Ohms

-50 0 50 100 1500

0.5

1

1.5

2

2.5

3TRIAC

Tj / C

IL(Tj)IL(25 C)

0.001

0.01

0.1

1

10BT139

tp / s

Zth j-mb (K/W)

10us 0.1ms 1ms 10ms 0.1s 1s 10s

tpP

t

D

unidirectional

bidirectional

-50 0 50 100 1500

0.5

1

1.5

2

2.5

3TRIAC

Tj / C

IH(Tj)IH(25C)

0 50 100 1501

10

100

1000

Tj / C

9.3

dV/dt (V/us)

5.6

dIcom/dt =20 A/ms 16

off-state dV/dt limit

BT139 SERIES

BT139...F SERIES

12 7.2

BT139...G SERIES



Triacs BT139 series

MECHANICAL DATA

Dimensions in mm

Net Mass: 2 g

Fig.13. TO220AB; pin 2 connected to mounting base.

Notes1. Refer to mounting instructions for TO220 envelopes.2. Epoxy meets UL94 V0 at 1/8".

10,3max

3,7

2,8

3,03,0 maxnot tinned

1,3max(2x)

1 2 3

2,40,6

4,5max

5,9min

15,8max

1,3

2,54 2,54

0,9 max (3x)

13,5min



Triacs BT139 series

DEFINITIONS

Data sheet status

Objective specification This data sheet contains target or goal specifications for product development.

Preliminary specification This data sheet contains preliminary data; supplementary data may be published later.

Product specification This data sheet contains final product specifications.

Limiting values

Limiting values are given in accordance with the Absolute Maximum Rating System (IEC 134). Stress above oneor more of the limiting values may cause permanent damage to the device. These are stress ratings only andoperation of the device at these or at any other conditions above those given in the Characteristics sections ofthis specification is not implied. Exposure to limiting values for extended periods may affect device reliability.

Application information

Where application information is given, it is advisory and does not form part of the specification.

Philips Electronics N.V. 1997

All rights are reserved. Reproduction in whole or in part is prohibited without the prior written consent of thecopyright owner.

The information presented in this document does not form part of any quotation or contract, it is believed to beaccurate and reliable and may be changed without notice. No liability will be accepted by the publisher for anyconsequence of its use. Publication thereof does not convey nor imply any license under patent or otherindustrial or intellectual property rights.

LIFE SUPPORT APPLICATIONSThese products are not designed for use in life support appliances, devices or systems where malfunction of theseproducts can be reasonably expected to result in personal injury. Philips customers using or selling these productsfor use in such applications do so at their own risk and agree to fully indemnify Philips for any damages resultingfrom such improper use or sale.


PENGENDALI SUHU AIR DENGAN KENDALI PROPORSIONAL

Documents

Transcript of PENGENDALI SUHU AIR DENGAN KENDALI PROPORSIONAL