17.30

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

1. Pendahuluan (kembali)

kita akan membahas sebuah rangkaian detektor yang menarik dan relatif sederhana, yaitu DIAC Proximity Detector. Rangkaian ini memanfaatkan karakteristik unik dari komponen DIAC (Diode for Alternating Current) untuk mendeteksi keberadaan objek atau perubahan kondisi di sekitarnya tanpa kontak fisik langsung.

Dalam berbagai aplikasi, deteksi jarak dekat (proximity detection) sangat berguna, mulai dari sistem keamanan, kontrol otomatis, hingga antarmuka pengguna yang interaktif. Berbagai teknologi sensor telah dikembangkan untuk tujuan ini, namun rangkaian berbasis DIAC menawarkan pendekatan yang menarik karena kesederhanaan komponen dan prinsip kerjanya.

Dalam materi ini, kita akan menyelami bagaimana sebuah DIAC, yang biasanya digunakan dalam rangkaian pemicu TRIAC untuk kontrol daya AC, dapat diadaptasi untuk fungsi deteksi jarak dekat. Kita akan mempelajari bagaimana perubahan kapasitansi atau impedansi di sekitar sensor dapat memicu DIAC pada tegangan tertentu, yang kemudian dapat digunakan untuk mengaktifkan indikator atau rangkaian kontrol lainnya.

2. Tujuan (kembali)

Memahami Prinsip Kerja DIAC: Kita akan mengulas karakteristik tegangan-arus (V-I) dari DIAC, termasuk tegangan breakdown (breakover voltage) dan tegangan holding, yang menjadi kunci dalam operasinya sebagai detektor.

Menganalisis Konfigurasi Rangkaian Proximity Detector Berbasis DIAC: Kita akan melihat bagaimana DIAC dihubungkan dengan komponen lain seperti sensor kapasitif, resistor, dan elemen indikator (seperti lampu atau buzzer) untuk membentuk detektor proximity.

Mengidentifikasi Mekanisme Deteksi: Kita akan mempelajari bagaimana keberadaan objek atau perubahan lingkungan di dekat sensor mempengaruhi parameter rangkaian (biasanya kapasitansi), yang pada gilirannya memicu DIAC.

Mengeksplorasi Potensi Aplikasi: Kita akan mempertimbangkan berbagai aplikasi praktis di mana detektor proximity berbasis DIAC ini dapat digunakan, dengan mempertimbangkan kelebihan dan keterbatasannya.

3. Alat dan Bahan (kembali)

A. ALAT

1.Ptoteus

Proteus adalah software simulasi dan desain rangkaian elektronik yang digunakan untuk membuat, menguji, dan memvisualisasikan rangkaian.

B. BAHAN

1. Voltmeter

Alat ukur untuk mengukur besar Tegangan dalam satuan Volt

2. DC Voltage

Komponen yang menyediakan tegangan tetap antara dua terminal: terminal positif (+) dan terminal negatif (–). Sumber ini digunakan untuk memberikan energi listrik ke rangkaian, dan nilainya bisa berupa tegangan tetap (seperti baterai 5V atau 12V) atau variabel, tergantung konfigurasi rangkaian.

3. Ground

Ground adalah titik kembalinya arus searah atau titik kembalinya sinyal bolak balik atau titik patokan dari berbagai titik tegangan dan sinyal listrik dalam rangkaian elektronika.

4. Resistor

Fungsi utama dari resistor adalah membatasi aliran arus. Resistor dapat menahan arus dan memperkecil besar arus. Besar resistansi (kemampuan menahan arus) resistor disesuaikan dengan kebutuhan perangkat elektronika.

Cara Menghitung Nilai Resistor

5.DIAC

DIAC (Diode for Alternating Current) adalah komponen semikonduktor dua arah yang berfungsi sebagai saklar pemicu (triggering switch) untuk komponen lain, terutama TRIAC (Triode for Alternating Current).

6.Potensiometer

Potensiometer adalah komponen elektronik tiga terminal yang berfungsi sebagai pembagi tegangan yang dapat diubah (adjustable voltage divider) atau sebagai resistor variabel. Fungsi utamanya adalah untuk mengontrol besaran resistansi dalam suatu rangkaian secara manual.

7.SCR

SCR adalah singkatan dari Silicon Controlled Rectifier. Fungsi utama SCR adalah sebagai saklar elektronik satu arah (unidirectional switch) yang dapat mengalirkan arus listrik hanya dalam satu arah (dari anoda ke katoda) setelah dipicu oleh arus kecil pada gerbang (gate).

8.PUT

PUT pada dasarnya adalah sebuah saklar yang dikontrol oleh tegangan. Ia akan beralih dari kondisi "off" (resistansi tinggi) ke kondisi "on" (resistansi rendah) ketika tegangan pada anodanya (

V_{A}

) melebihi tegangan pada gerbangnya (

V_{G}

) sebesar tegangan maju dioda PN junction internal (

V_{A K (o n)}

), biasanya sekitar 0.7V.

9.kapasitor

Kapasitor adalah komponen elektronik pasif yang memiliki kemampuan untuk menyimpan energi dalam bentuk muatan listrik dan melepaskannya kembali ketika dibutuhkan.

4. Dasar Teori (kembali)

Baik, mari kita bahas dasar teori yang relevan untuk rangkaian DIAC Proximity Detector Anda yang kedua ini. Dasar teori ini akan mencakup karakteristik DIAC dan bagaimana perubahan impedansi/kapasitansi dapat memengaruhi operasinya dalam konteks deteksi proximity.

Dasar Teori DIAC Proximity Detector

Untuk memahami bagaimana rangkaian ini bekerja sebagai detektor proximity, kita perlu memahami karakteristik utama dari DIAC dan bagaimana perubahan eksternal dapat memengaruhi kondisi pemicuannya.

1. Karakteristik DIAC (Diode for Alternating Current):

Struktur dan Simbol: DIAC adalah dioda semikonduktor dua arah yang memiliki struktur dua dioda Shockley yang terhubung secara antiparalel. Simbolnya biasanya terdiri dari dua dioda yang terhubung terbalik.
Operasi: DIAC pada dasarnya adalah saklar dua arah yang tetap terbuka (resistansi tinggi) hingga tegangan melintasinya mencapai tegangan breakdown atau breakover voltage ( $V_{BO}$ ). Setelah $V_{BO}$ tercapai, DIAC akan "menyala" atau menghantarkan arus dengan cepat (resistansi rendah).
Simetri: DIAC idealnya memiliki karakteristik simetris, yaitu memiliki nilai $V_{BO}$ yang sama untuk polaritas tegangan positif maupun negatif.
Tegangan Holding ( $V_{H}$ ): Setelah DIAC menyala dan arus mengalir, ia akan tetap menghantarkan arus meskipun tegangan melintasinya turun di bawah $V_{BO}$ , hingga arus yang melewatinya jatuh di bawah tegangan holding ( $I_{H}$ ). Di bawah $I_{H}$ , DIAC akan kembali ke kondisi mati (resistansi tinggi).
Aplikasi Umum: DIAC umumnya digunakan sebagai elemen pemicu untuk TRIAC dalam rangkaian kontrol daya AC.

2. Prinsip Deteksi Proximity dengan DIAC:

Dalam rangkaian proximity detector berbasis DIAC, perubahan pada lingkungan sekitar sensor (yang belum terlihat secara eksplisit dalam rangkaian Anda) akan menyebabkan perubahan pada impedansi atau kapasitansi dalam rangkaian. Perubahan ini kemudian memengaruhi tegangan yang melintasi DIAC, dan jika tegangan tersebut mencapai $V_{BO}$ , DIAC akan menyala, menghasilkan perubahan pada sinyal output.

Meskipun sensor proximity tidak terlihat, kita dapat berasumsi bahwa keberadaan objek dekat sensor akan menyebabkan perubahan kapasitansi atau impedansi pada suatu bagian rangkaian. Mari kita pertimbangkan beberapa kemungkinan mekanisme:

Sensor Kapasitif Implisit: Rangkaian itu sendiri mungkin dirancang sedemikian rupa sehingga kapasitansi liar atau kapasitansi antara bagian-bagian rangkaian dan objek eksternal berperan sebagai sensor. Mendekatkan objek dapat meningkatkan kapasitansi ini.
Pengaruh pada Jaringan RC: Resistor R2 (10M) dan kapasitor C1 (1u) membentuk jaringan RC dengan konstanta waktu yang relatif besar. Perubahan kapasitansi eksternal (akibat proximity) yang terhubung secara implisit ke jaringan ini dapat mengubah tegangan AC melintasi DIAC.
Perubahan Impedansi: Keberadaan objek juga dapat mempengaruhi impedansi efektif pada titik tertentu dalam rangkaian, yang pada gilirannya memengaruhi pembagian tegangan AC dan tegangan yang mencapai DIAC.

3. Bagaimana Perubahan Mempengaruhi Pemicuan DIAC dan Output:

Kondisi Normal (Tanpa Objek): Dalam kondisi normal, tegangan AC dari sumber melewati jaringan R1, R2, C1, dan DIAC. Tegangan puncak AC yang mencapai DIAC mungkin tidak cukup untuk mencapai $V_{BO}$ DIAC. Akibatnya, DIAC tetap mati, dan sinyal yang diteruskan ke output (osiloskop) mungkin memiliki karakteristik tertentu (misalnya amplitudo rendah atau bentuk gelombang terdistorsi).
Objek Mendekat (Perubahan Kapasitansi/Impedansi): Ketika sebuah objek mendekat sensor implisit, kapasitansi atau impedansi dalam rangkaian berubah.
Perubahan Tegangan pada DIAC: Perubahan kapasitansi/impedansi ini akan mengubah bagaimana tegangan AC dibagi di antara komponen R1, R2, C1, dan DIAC. Akibatnya, tegangan puncak AC yang melintasi DIAC dapat meningkat atau bergeser fasanya.
Pemicuan DIAC: Jika tegangan puncak AC yang melintasi DIAC mencapai atau melebihi $V_{BO}$ DIAC pada salah satu siklus AC (positif atau negatif), DIAC akan menyala dan menghantarkan arus.
Perubahan Sinyal Output: Ketika DIAC menyala, ia akan mengubah impedansi total rangkaian secara signifikan selama sebagian siklus AC tersebut. Ini akan menyebabkan perubahan pada bentuk gelombang dan/atau amplitudo sinyal AC yang mencapai output (osiloskop). Perubahan pola gelombang yang Anda lihat pada output (A, B, C, D) kemungkinan merupakan visualisasi dari perubahan ini sebagai respons terhadap pemicuan DIAC yang dipengaruhi oleh proximity.

Kesimpulan Dasar Teori:

Rangkaian DIAC Proximity Detector ini kemungkinan bekerja berdasarkan prinsip perubahan impedansi atau kapasitansi akibat keberadaan objek dekat sensor implisit. Perubahan ini memengaruhi tegangan AC yang melintasi DIAC. Ketika tegangan puncak AC mencapai $V_{BO}$ DIAC, DIAC menyala, yang menyebabkan perubahan signifikan pada bentuk gelombang output AC yang dapat diamati pada osiloskop. Pola gelombang yang berubah menjadi indikasi deteksi proximity.

5. Prinsip Kerja [kembali]

Meskipun sulit untuk menentukan mekanisme sensor proximity yang spesifik tanpa informasi lebih lanjut, berikut adalah prinsip kerja umum dari rangkaian DIAC Proximity Detector berdasarkan analisis dasar teori:

Prinsip Kerja DIAC Proximity Detector

Sumber Tegangan AC: Rangkaian diberi daya oleh sumber tegangan AC.
Rangkaian Impedansi: Resistor R1 (47k), R2 (10M), dan kapasitor C1 (1u) membentuk jaringan impedansi yang mempengaruhi bagaimana tegangan AC didistribusikan dalam rangkaian. Resistor R2 yang bernilai sangat tinggi menunjukkan kemungkinan adanya mekanisme deteksi berbasis perubahan impedansi yang sensitif.
Sensor Proximity (Implisit): Diasumsikan bahwa interaksi dengan lingkungan (keberadaan objek dekat sensor implisit) menyebabkan perubahan pada salah satu elemen impedansi dalam rangkaian. Perubahan yang paling mungkin adalah perubahan kapasitansi (misalnya, kapasitansi liar yang meningkat saat objek mendekat).
Pengaruh pada Tegangan DIAC: Perubahan impedansi (terutama kapasitansi) akan mengubah bagaimana tegangan AC dibagi antara komponen-komponen (R1, R2, C1) dan DIAC (D1). Ini dapat menyebabkan perubahan amplitudo dan/atau fasa tegangan yang melintasi DIAC.
Pemicuan DIAC: Jika tegangan puncak AC yang melintasi DIAC mencapai atau melebihi tegangan breakdown ( $V_{BO}$ ) DIAC pada salah satu siklus (positif atau negatif), DIAC akan "menyala" dan menjadi konduktif.
Perubahan Sinyal Output: Ketika DIAC menyala, ia akan secara tiba-tiba menurunkan impedansinya selama sebagian siklus AC. Perubahan impedansi ini akan mempengaruhi aliran arus dalam rangkaian dan menyebabkan perubahan signifikan pada bentuk gelombang dan/atau amplitudo sinyal AC yang mencapai output (terminal A, B, C, D yang terhubung ke osiloskop).
Deteksi Proximity: Perubahan pola gelombang yang diamati pada osiloskop (misalnya perubahan amplitudo, distorsi, atau kemunculan frekuensi baru) menjadi indikasi bahwa telah terjadi perubahan impedansi/kapasitansi akibat keberadaan objek di dekat sensor implisit. Pola gelombang yang berbeda (kuning, biru, merah, hijau) kemungkinan merepresentasikan sinyal pada titik-titik yang berbeda dalam rangkaian yang semuanya terpengaruh oleh pemicuan DIAC.

Secara Sederhana:

Perubahan kondisi di sekitar sensor implisit mengubah karakteristik listrik rangkaian (kemungkinan besar kapasitansi). Perubahan ini memodifikasi tegangan AC yang mencapai DIAC. Ketika tegangan pada DIAC cukup tinggi, ia akan menyala, menyebabkan "gangguan" pada sinyal AC yang diteruskan ke output. Perubahan pola sinyal output inilah yang menandakan deteksi proximity.

6. Ringkasan [kembali]

Konsep Dasar: Rangkaian DIAC Proximity Detector memanfaatkan karakteristik pemicuan DIAC untuk mendeteksi keberadaan objek tanpa kontak fisik.
Prinsip Kerja Utama: Perubahan impedansi atau kapasitansi dalam rangkaian (akibat keberadaan objek dekat sensor implisit) memengaruhi tegangan AC yang melintasi DIAC. Ketika tegangan ini mencapai tegangan breakdown ( $V_{BO}$ ) DIAC, DIAC menyala.
Indikasi Deteksi: Pemicuan DIAC menyebabkan perubahan signifikan pada bentuk gelombang dan/atau amplitudo sinyal AC yang mencapai output (divisualisasikan oleh osiloskop). Perubahan pola gelombang inilah yang menandakan terjadinya deteksi proximity.
Komponen Kunci:
- Sumber Tegangan AC: Menyediakan energi untuk rangkaian.
- Jaringan Impedansi (R1, R2, C1): Mempengaruhi distribusi tegangan AC.
- DIAC (D1): Elemen pemicu yang sensitif terhadap perubahan tegangan.
- Sensor Proximity (Implisit): Elemen yang karakteristik listriknya berubah akibat keberadaan objek.
- Output (Osiloskop): Menvisualisasikan perubahan sinyal sebagai indikasi deteksi.
Mekanisme Deteksi: Kemungkinan besar didasarkan pada perubahan kapasitansi liar atau impedansi efektif dalam rangkaian yang dipengaruhi oleh objek eksternal. Perubahan ini memodifikasi kondisi pemicuan DIAC.

Kesimpulan:

Rangkaian DIAC Proximity Detector bekerja dengan cara mendeteksi perubahan listrik (kemungkinan kapasitansi atau impedansi) yang disebabkan oleh keberadaan objek di dekat sensor implisit. Perubahan ini memicu DIAC pada tegangan tertentu, yang kemudian menghasilkan perubahan yang dapat diamati pada sinyal output AC, sehingga mengindikasikan deteksi proximity. Untuk pemahaman yang lebih mendalam, detail implementasi sensor proximity dalam rangkaian ini diperlukan.

7. Soal Latihan [kembali]

PROBLEM

1. Mengapa rangkaian proximity detector dapat mendeteksi keberadaan objek logam atau tubuh manusia tanpa adanya kontak langsung? Jelaskan berdasarkan prinsip fisika dasar.

JAWAB:

Proximity detector bekerja dengan prinsip perubahan kapasitansi. Objek logam atau tubuh manusia dapat bertindak sebagai pelat tambahan dalam sistem kapasitif, yang menyebabkan peningkatan kapasitansi antara sensor dan tanah. Kapasitansi yang lebih tinggi mempercepat pengisian tegangan, yang kemudian digunakan untuk memicu saklar elektronik seperti SCR. Karena deteksi berdasarkan medan listrik, tidak diperlukan kontak fisik—cukup perubahan kedekatan objek.

2. Apa keuntungan menggunakan saklar elektronik seperti SCR dalam sistem deteksi berbasis AC dibandingkan menggunakan saklar mekanik atau relay?

JAWAB:

SCR (Silicon Controlled Rectifier) adalah saklar elektronik yang memiliki banyak kelebihan:

Tidak memiliki bagian bergerak, sehingga tidak aus atau menimbulkan suara klik
Dapat dikendalikan oleh arus kecil, tetapi mampu menghantarkan arus besar ke beban
Lebih cepat dan efisien dibandingkan saklar mekanik
Cocok untuk aplikasi AC karena dapat dimatikan secara alami saat arus AC melewati nol Dengan karakteristik ini, SCR sangat ideal untuk mendeteksi dan mengendalikan beban dalam sistem sensor otomatis.

3. Apa hubungan antara waktu pemicuan saklar (SCR) dan tingkat kecerahan lampu dalam sistem AC? Mengapa perubahan waktu pemicuan dapat memengaruhi seberapa terang lampu menyala?

JAWAB:

Dalam sistem AC, beban seperti lampu hanya menyala selama SCR menghantarkan arus. Jika SCR dipicu lebih awal dalam setiap siklus AC, lampu akan menerima lebih banyak energi (karena menghantarkan lebih lama), sehingga terlihat lebih terang. Sebaliknya, jika SCR dipicu terlambat atau tidak sama sekali, energi yang diterima lebih sedikit dan lampu akan redup atau mati. Oleh karena itu, waktu pemicuan sangat berpengaruh terhadap intensitas terang lampu dan menjadi indikator keberadaan objek dalam sistem deteksi.

PILIHAN BERGANDA

1. Apa peran utama DIAC dalam rangkaian proximity detector seperti yang ditunjukkan pada Gambar 17.30?

a. Mengatur daya keluaran ke lampu L1

b. Bertindak sebagai sensor untuk mendeteksi objek

c. Bertindak sebagai saklar yang memicu SCR setelah tegangan tertentu tercapai

d. Menyediakan arus DC tetap ke beban

Jawab: c

DIAC dalam rangkaian ini berfungsi sebagai elemen pemicu. Ia akan menghantarkan arus ke gate SCR hanya jika tegangan pada RV1 cukup untuk mencapai tegangan breakover (VBO) DIAC. Setelah itu, SCR menyala dan menyalakan lampu L1.

2. Apa yang terjadi pada waktu penyalaan lampu L1 jika nilai kapasitansi RV1 meningkat, misalnya karena ada benda yang mendekat?

a. Lampu menyala lebih awal dalam siklus AC

b. Lampu tidak akan menyala sama sekali

c. Tegangan pada DIAC turun sehingga SCR tidak dipicu

d. Tidak ada pengaruh karena RV1 hanya berfungsi sebagai resistor

Jawab: a

Peningkatan kapasitansi RV1 mempercepat pengisian tegangan pada terminal DIAC. Akibatnya, DIAC mencapai tegangan breakovernya lebih cepat, memicu SCR lebih awal dalam siklus AC, sehingga lampu L1 menyala lebih awal dan tampak lebih terang.

3. Mengapa SCR digunakan dalam rangkaian proximity detector seperti pada Gambar 17.30?

a. Karena SCR dapat mendeteksi perubahan kapasitansi secara langsung

b. Karena SCR dapat menghantarkan arus setelah dipicu dan tetap aktif selama arus tidak nol

c. Karena SCR hanya bekerja dalam arus DC, sesuai dengan output sensor

d. Karena SCR akan menghantarkan secara otomatis tanpa sinyal pemicu

Jawab: b

SCR adalah saklar elektronik yang dikendalikan oleh sinyal kecil di gate. Setelah dipicu oleh arus kecil (dari DIAC), SCR akan tetap dalam keadaan menyala selama arus utama belum turun di bawah nilai holding current-nya. Inilah sebabnya mengapa SCR sangat cocok untuk mengendalikan beban seperti lampu dalam rangkaian AC.

8. Percobaan [kembali]

1.FIG 17.30