BAD I

..

PENDAHULUAN

1.1. LATARBELAKANG

BAB [

PENDAHULUAN

Pada kawasan khusus tertutup yang menuntut sekuritas tinggi

misalnya pada bandara udara, instalasi militer diperlukan pemantauan dan

pengawasan terhadap orang yang melintasinya. Usaha preventif yang biasa

dialakukan dengan jaJan pemeriksaan dan penggeledahan. Untuk menjaga prevasi

seseorang penggeledahan biasanya dilakukan dengan menggunakan detektor

Untuk applikasi pengaman pada skala area yang cukup kecil

penggunanan detektor tersebut diatas dirasa kurang ekonomis dari segi biaya

pengadaannya

1.2. TU.JUAN

Adapun maksud dan tujuan dari tugas akhir ini adalah merencanakan

dan membuat metal detector yang memiliki kepekaan yang cukup memadai dan

outputnya dapat dipresentasikan secara audio visual sehingga dapat memudahkan

pengoperasiannya dan dari segi biaya pembuatan relatip cukup ekonomis.

1.3. Rumusan Masalah .

- Bagaimana merencanakan perangkat keras untuk merealisasikan system

aplikasi tersebut, yang meliputi perencanaan rangkaian :

- rangkaian VFO.

- rangkaian LPF

rangkaian mixer

- rangkaian osilator

programmable devider

rangkaian squaring

rangkaian buffer

- rangkaian display

t.4 Batasan Masalah

Untuk mcncegah meluasnya pembahasan masalah dalam tugas akhir ini

maka dilakukan beberapa pembatasan. Sistem dirancang dengan spesifikasi

sebagai berikut :

jarak pendeteksian, max 2 inch

menggunakan 1 kumparan penyidik

frekuensi osilator RC ditentukan sebesar 455 KHz

1.5 Sistematika Pembahasan

Didalam penyusunan tugas akhir ini, sistimatika pembahasan dibagi menjadi

beberapa bab, yaitu sebagai berikut :

BABI Pendahuluan

Di dalam bab ini membahas tentang latar belakang, tujuan, rumusan

masalah, batasan masalah, sistimatika pembahasan dan relevansi

BAB II Teori Penunjang

Didalam bab ini membahas tentang teori penunjang yang metiputi

pembahasan mengenai umpan batik positif, osilator LC, domain

frekwensi, filter, intennodulasi dan pencampuran.

BABm Perencanaan dan Pembuatan alat

Didalam bab ini membahas tentang blok diagram, perencanaan

rangkaian RC osilator, rangkaian squaring, rangkaian

mixer,rangkaian buffer rangkaian LPF, rangkaian VFO, dsn

rangkaian Buffer

BABrV Pengujian Alat

Didalam bab ini membahas tentang pengujian alat per rangkaian

yaitu Rangkaian osilator dan rangkaian VFG.

BABV Penutup

didalam bab ini membahas saran dan kesimpulan.

1.6 Relevansi.

Relevansi dari tugas akhir ini diorentasikan pada penerapan teknologi pada

bidang Elka untuk aplikasi sistem keamanan

4

Jika disubstitusikan

v, V, sin w/

dan V" sin wJ

ke dalarn perkalian silang, akan didapatkan :

2BV, V, ~~in wJ) (sin w,t) (2-10)

Perkalian dari dua gelornbang sinus dapat diuraikan dengan identitas

trigonornetri.

sin A sin B 'h cos (A - B) - 'h cos (A - B)

Dengan rnengarnbil A = w/, dan B = wyf, akan diuraikan dan disusun

kern bali Persarnaan (2-11) untuk rnendapatkan

Sinyal selisih

f = f - f x y

-'- -_.-_. -------> t

(a)

Garnbar 2-11.

Sinyal jumlah

(a) Sinyal selisih. (b) Sinyal jurnlah

(2-11 )

f = f + f x y

-:~.'-- > t

(b)

33

Suku pertama dari mas kanan adalah komponen sinusoidal dengan

frekuensi radian Wx - w,' ekivalen dengan frekuensi siklus Ix -j;; karena

itu, suku pertama ini menyatakan frekuensi seJisih. Suku kedua adalah

komponen sinusoidal tetapi mempunyai frekuensi siklus Ix - .t;,; sehingga suku

kedua ini menyatakan frekuensi jumlah. Gambar 2-11a dan b menunjukkan

bagaimana dua suku ini tampak dalam time domain. Mereka adalah sinusoidal

dengan harga puncak HV,V" , tetapi yang satu adalah suku seJisih sedangkan

yang lainnya sukujumlah.

BAB III

..

PERENCANAAN DAN PEMBUATAN SISTEM APLIKASI

BAB III

PERENCANAAN DAN PEMBUATAN

SISTEM APPLlKASI

Bab ini akan menjelaskan mengenai perancangan dan realisasi sistem

applikasi. Sebagai metal detector, pembahasan meliputi perancangan dan realisasi

sistem.

3.1 Diagram Blok

Blok diagram dari sistem yang dirancang ditunjukkan pada gambar 3.1,

dimana fungsi masing-masing blok dapat dijelaskan sebagai berikut :

- Osilator RC berfungsi untuk menghasil sinyal output berbentuk sinus dengan

frekuensi 45.5 kHz.

- Rangkaian squaring bertugas untuk mengubah sinyal input yang berupa sinus

menjadi sinyal berbentuk balok (square wave)

- Mixer digunakan untuk mendapatkan frekuensi beat yang merupakan

komponen-komponen harmonik dan intermodulasi. Dengan menggunakan

LPF dengan Q yang ditentukan dan fc yang tepat maka frekuensi beat dengan

frekuensi fx - fy akan didapat pada output LPf.

34

35

Al

1 !

Osilator Squaring Mixer IPf ~ [> ~ : I I' i

.. .. RC

Earphone .. I

i , YFO .. Buffer

A2

~ Led Led

~ ~ Array Display <J Driver I

I

Gambar 3.1

Diagram Blok

36

- Output LPF memiliki amplitudo cukup rendah. Untuk Menggerakkan

earphone, untuk itu digunakan penguat Al untuk menguatkannya.

- Penguat A2 berfungsi untuk menguatkan output LPF agar mampu

menggerakkan Driver LED Display yang outputnya berupa LED Array.

3.1.1 Perencanaan Rangkaian RC Osilator

Dalam perencanaan rangkaian osilator, dipilih rangkaian osilator

pergeseran fasa, dengan pertimbangan frekuensi output masih jauh lebih kecil dari

1 MHz. Jadi masalah pergeseran fase dari penguat dan dimensi C dan R tidak

menjadi persoalan. Rangkaian osilator pergeseran fasa ditunjukkan pada

gambar 3.2.

e e c ~!4 • ---,

vee

Rl

•

.~ .

.. R2

Gambar 3.2

Osilator Pergeseran Fasa

Frekuensi output ditentukan dengan.

, 1 to =

2rcRC.J6

OUT

37

Syarat rangkaian berosilasi jika nilai A dari penguat lebih besar 29.

Jika ditentukan nilai :

fo = 45.5 kHz

R 100 kQ

Rl 10 k

Maka:

c 2nRfo.J6

2n 100.101.45,5.101 .J6

1,428.10-11 F

14,28 pF :::::> 15 pF

R2 didapat dari persamaan

Av Rl

dan Av>25 R2

maka:

R2< Rl

Av

R2 < 10k

29

R2 < 344,8 Q

R2 ? 330 Q

38

3.1.2 Perencanaan Rangkaian Squaring

Fungsi rangkaian squaring adalah mengubah sinyal sinus menjadi sinyal

yang berbentuk balok (square wave) yang secara teoritis akan menghasilkan

harrnonisa dengan spektrum hingga ke frekuensi Gigahetz.

Rangkaian squaring ditunjukkan pada gambar 3.3

vee

e • -.OUT

-~.~-- -

Gambar 3.3

Rangkaian Squaring

Jika diketahui (3oc min QI = 50

(3uc max QJ = 450

Maka rata-rata geometris dari (3oc dapat dinyatakan :

(3oc = ~(3oc (min). (311C (max)

~50x450 = 150

Agar QI bekerja pada klas A maka :

RB = (3oc· Rc

Jika ditentukan Re = 1 k maka :

39

150 . 1 k

150 k

lni akan memberi arus Ie pada kondisi tanpa sinyal sebesar :

12V -O,7V

1.10 1 +150.10 3 /150

5,65 mA

dan

VCEQ = Vcc -Ie. Rc

= 6,35 V

~ '/, Vee (syarat beroperasi di klas A)

Dengan menerapkan teorema Miller pada gambar 3.3 kita dapat gambar 3.4 yang

menjelaskan penerapan teorema Miller untuk kasus resistif.

R

. -----

+-Yin A Vout

T

+

Yin

.-1 R

>A+l ---.----- --

-------A R_A Vout

A+l - + I -----*--

Gambar 3.4

T eorema Miller

Dengan menggunakan teorema Miller kita dapatkan :

Rm (miller) R

dan = A+l

Rlllt (miller) R~ A+ 1

Jika

Nilai A = rc

dan re'

re'

dana maka Ie = IE = 5,65 mA

re'

A

maka:

25mV = 4,42 Q

5,65 mA

rc lkQ 226

re' 4,42Q

Rin (miller) 150k

227 660 Q

40

Rangkaian ekuivalen AC dari gambar 3.3 ditunjukkan pada gam bar 3.5 dimana

frekuensi kritis dari squaring dapat ditentukan sebagai berikut :

41

fc 21tR m (miller) C

c - .----

Rin (miller)

Gambar 3.5

Rangkaian ekuivalen AC

Jika ditentukan frekuensi terendah yang diloloskan adalah harmonis

pertama (dasar) yaitu sebesar 45,5 kHz maka nilai C ditentukan sebagai berikut :

C 1

2n.66.45,5.103

= 5,29 nF

3.1.3 Perencanaan Rangkaian Mixer

Dalam perencanaan ini digunakan pencampur transistor (transistor

mixer) dimana kondisi 2 input sinyal hams memenuhi persyaratan :

1. Sinyal besar yang memadai untuk menimbulkan operasi sinyal sedang atau

besar dari mixer.

42

2. Sinyal keeil yang dengan dirinya sendiri hanya dapat menimbulkan operasi

sinyaJ keeil.

Gambar 3.6 menunjukkan rangkaian pencampur transistor dimana Vx mewakili

input sinyal besar dan Vy mewakili input sinyal keeil.

Vee Vee

R,

R, --- out Vx c ,

__ c •. _--

-c,

Gambar 3.6

Rangkaian Mixer

Jika diketahui Ie max dari QJ adalah 100 rnA dan ditentukan nilai Rc =

Rs adalah 10 k dan R7 = 10 k, maka dengan menggambar yang ekuivalen AC akan

didapat.

re = 0

re R5 Ii R7

5k

43

3.1.4 Perencanaan LPF

Dalam perencanaan filter LPF ditentukan penggunaan filter pasif dengan

kecuraman -20 dB/oktaf dengan pertimbangan output dari mixer cukup tinggi

sehingga masalah "isertion loss" dari filter dapat diabaikan. Rangkaian filter LPF

ditunjukkan pada gambar 3.7.

R

I v .. ,

Gambar 3.7.

Rangkaian Filter LPF

Jika Vout

maka

pada frekuensi kritis Xc =R

maka Vom R 1

Vm ~R2 +R c J2

Jadi VOUl 0,707 Vm jika Yin = 8 Vp

maka Vout 5,65 Vp

47

Jadi harga a = 3,937 inch. Kita tentukan juga panjang liJitan kumparan

b = 1 cm = 0,393 inch, maka nilai n adalah:

2 n (9a+ 10b)L

2 a

(9.3,937+ 10.0,393)11,25

n2 28,50

n ~ 28,50

53 lilitan

"' 9"'7 2 j, j

3.1.6 Perencanaan Rangkaian Buffer

Dalam perencanaan digunakan rangkaian pengikut emitter (Emitter

Follower) karen a konfigurasi ini akan memberikan impedansi input yang tinggi

dan impedansi output yang rendah sehingga rangkaian VFO menjadi tidak terbebani

dengan berat (heavily loaded). Gambar 3.10 menunjukkan rangkaian buffer.

12V 12V

680k R)

100nF Q)

In ~ c) 330k R, ~ out

10k R,

Gambar 3.10.

Rangkaian Buffer

Syarat ranghian berosi1asi jika nilai A dari penguat leJhih besar 29

fo = 45.5 kHz

R 100 kQ

R1 10 k

Maka:

c 2nR fo16

2n 1 00.103 45,5.1 01 16

1,428.10-11 F

14,28 pF ~ 15 pF

R2 didapat dari persamaan

Av Rl

dan Av>25 R2

maka:

R2< Rl

Av

R2 < 10k

29

R2 < 344,8 Q

R2 ;:0. 330 Q

48

Dari gambar 3.10 kita dapat menguraikan dalam bentuk rangkaian ekuivalen AC

seperti ditunjukkan pada gambar 3.11.

1------0 out

Gambar 3.11

Rangkaian ekuivalen AC dari gambar 3.10

jika Rth R j #R2 220 k

VTH R2

. Vee 330k

. 12 3,9 V R J +R2 330k+680k

Zib 13 . re'

re' 25mV

I[

dan !r-VE VTH - 0,6 3,9- 0,6

0,33 rnA R[ RE 10.10'

maka:

re' 25mV

[I'

25.10-3

75 n 0,33 10-3

49

Jadi lm (basis) !3 (re' + RE)

100 (75 + 10. 103)

1 mn

dan lin RrH jl lin (l)a,is)

220 kill rnA

183 k

BAB IV

PENGUJIAN ALAT

BAB IV

PENGUJIAN ALAT

4.1 Pengujian Rangkaian Osilator

Tujuan dari pengujian rangkaian osilator RC adalah mengtahui bentuk

gelombang dan frekuensi output dari osilator RC Rangkaian ukur ditunjukkan

pada gambar 4.1

DFM

'---_O_s_ila_t_o_r _R_C----'I--L--~ LI __ s_q_Ua_r_in_g_;---.l.! Osiloskop

Gambar 4.1 Rangkaian ukur osilator RC

Dari hasil pengukuran didapat frekuensi pada DFM menunjukkan nilai

45.5Khz dan sinyal output yang ditampilkan pada osiloskop dan ditunjukkan

pada foto pada gambar 4.2

50

Gambar ·+:2 l3entuk slnval output osllator RC

.t2 Pengujian Rangkaian YFO

Rangkalan ukur VfO dltun]ukkan pada gamhar --+ 3 dlmana frdllensl

paJa VFO paJa kondisl h Inan pem ldll, pada POSISI netral I tak ada logam

disekitamya) adalah sebesar 300 KHz, frckuensl 1m akan mcngecll .Jlka slIatu

logam dldekatkan pada kumparan pemldlk

DFM

I

I Lilitan Pemldl~ f-1----.·LI ___ v_F_o __ ---.J 1 .1 O~i!os~op

(Jam bar -13 Rangkalan u~ur VFO

Gamhar 4.-1 Output sIma! VFO pada kondiSl netra!

Gambar -+ .;;

Output sm~ al \ TO pada kondl~1 kumparan pcn~ Idlk dldckatkan pad a logam

BAB V

·PENUTUP

BAB V

PENUTUP

Pada bab terakhir ini disimpulkan bahwa alat telah bekeja dengan baik karena

telah dapat mendeteksi logam dan menampilkan di Led display, dimana

semakin dekat benda dan semakin besar derajat kelogamannya alat akan

menimbulkan bunyi nyaring, sebagai saran alat ini dapat di interfacekan ke PC

dengan tampilan berupa grafik dan berupa informasi terhadap jenis logam yang

terdeteksi.

54

DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR PUSTAKA

James T. Humphries dan Leslie P. Sheets, rNDUSTRIAL ELECTRONICS, Breton Publishers, division of wadworth, inc, North scituate, Massachusetts, 1983

Steven E. Schwarz dan William G. Oldham, Holtreinehart and Winston, ELECTRICAL ENGINERrNG AN INTRODUCTION, New York, Philadelphia

Sutanto, RANGKAIAN ELEKTRONIKA ANALOG DAN TERPADU, Penerbit Universitas Indonesia, 1997

William Hayt, JR dan Jack E. Kemmerly, RANGKAlAN LlSTRIK, edisi 4, Penerbit Erlangga, 1988

•

LAMPIRAN

P"

i ·s F'-;"

1 !

--+-- -- ~ I

" i ',-3 ,_C ,"'

'-ir-----r-1i .... - -J--r- --t.:' I '~----c

Fa f;':;:: ;; P4

P3 " -,

J 1 I

J I

L + 1 !

i !

I

:

Ll < R18 PFC

< '-.-14

'.,'

Pi'

-~

+ 1

I

U,l l ~ ,::-:--;----:c~1_ .....L

-;:fl..~ EN>- '~'~ i-i-r?l f;'~,T t~ r! I I ',:,', r-~::: I

('r t<> ! I I ~~ r,:' '.::::~' I L ., I _ ,"(;. ~ .... -

I 4oT7--

--$0"

I

I

I

I

~~~-l

t " ---------~---l'L-------,------C 13 ! I I I

[ __ ._IL ___ ,. _________ 1 Q4 ,.L _ I

II ,~ -.- '~12 '" ~

I r----l [ ~ _L

( Rl'3 (' P:'7' ,r-.,~,t-',~ ,r':''')f'''~".n

______________ .J

) (T ~_u_ _ -::- . r. .. .., ... ,l.::lll-<

I .1 1 1 T~" J L = 7" = J

-,-~~---------

I 1 ________________ _

v:~)·:

~3

-- . l..,jeJ

R1'=' r ,I l' r I I

R 11

<' F'16

+

;712

( ~-~

j .: " 1

r~,C I

~

Rl,

L (' T ,b-

i-­I

1-.:: (7

Rj4

---r--­i I :8

{n- AGC1IYsFloB_, l'~J_I->

I

-~------- --------- ----------J' M""IHL CETC T R ~:zel['c._L'ine;::;_:r_~itl,l::ff--- --- --- TR[\.",

. --______ . ___ ~k;~_±=____=_ _ L'!! ~-='':!_ • .___.!ou~.G:~':.! ___ =_.:::I=_~_=~~

1'<8

r~;-~T--~-l, ", '" i i " * [1 --_-;r -',-" I '<9

t-~~4 i--t,/ - -------

I ' I ,i8 Ul< -~

i ..//\

I L' ~ F 16

r-:::-----' I ( P2 l

R3 I

rr=~~ ~ L'.. I~vv, ,-~~~i' l I " r 1 F r;<',

RS ;;.J / t'~_/l.1.-J

1 R<) <,-! \ Ro

'7 11 -::- --=::-

~

v.;:c

I' I

I , __ _ RI0, U2A Rl~ __ ~\( <>8 ~ -, '" '~ ~-, _ --[

EE I + ~ /' ,-1-=l'" "'-, I, "H ":C" "" --r"- I 1 - '1 [,3 ~ f--- W-f>-- '-Vv- 1~-===t ____ _

L_; :>--' , -~ R12( g,~;: R21~ -tJ~6 t T ;-" j" __ ~__ 1 ____ ~ l~" .I: I "HI' :"; en _-lee;;

-c ,,, I Rl.f-I:4>-L--,v ~=t----I '( ~ 0 U'A , ~:.23 ------t~ 04 I __ _

L F~-~ '8--- ~-- --- PiS> --'-%:;; R 2 4 ___ /~ t-- -~--- /-- '1 _ .

. C R ,. ( CO" pzs --------k: 02

i--- ;,>-,- :;: T __ r;,17 (' .,!2

S

,8 '_ RZ6 --------t~, ,0.,~1 J i ' ~:~~ __ 7 - ~', , ____ 1

R18/ --"--L-- I

1 -~

,--EC> ARRAr ~V·DULE

--1

I I

METAL ['ETEC"'0~ J lij _________________ J

_______ . __ ~ ___________ ~ __ , ____ . ___________ . _______ . ___ ~ ____________ , ________________ ::~:r:"m.c:"n:um5~=~~-~~~)'d