Blog Kuliah: Flip-Flop

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Prosedur Percobaan

5. Rangkaian Simulasi

6. Vidio

7. Download File

1. Tujuan [Kembali]

Memahami prinsip kerja dari flip flop
Mensimulasikan flip flop pada rangkaian sederhana yang berguna untuk sehari hari
Mampu memahami sensor magnet (Reed Switch)dan sensor vibrasi beserta aplikasinya
Mampu membuat rancangan sensor magnet (Reed Switch)dan sensor vibrasi di proteus
Membuat rangkaian sederhana yang dapat berguna dalam kehidupan sehari hari
Mengetahui prinsip kerja sensor magnet (Reed Switch) dan sensor vibrasi

2. Alat dan Bahan [Kembali]

Alat

1. Baterai

2. Voltmeter

Bahan

1. Resistor

2. Relay

3. Lampu

4. Buzzer

5. Transistor NPN

Berfungsi sebagai penguat, sebagai pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. Pada rangkaian water level sensor ini transistor hanya digunakan sebagai saklar, dengan adanya arus di base maka transistor akan "on" sehingga akan ada arus dari kolektor ke emitor.

Fitur:

1. DC Current gain(hfe) maksimal 800

2. Arus Collector kontinu(lc) 100mA

3. Tegangan Base-Emitter(Vbe) 6v

4. Arus Base(Ib) maksimal 5mA

Konfigurasi Pin

Spesifikasi Transistor:

1. DC Current gain(hfe) maksimal 800

2. Arus Collector kontinu(Ic) 100mA

3. Tegangan Base-Emitter(Vbe) 6V

4. Arus Base(Ib) maksimal 5mA

Datasheet Transistor

6. sensor magnet (Reed Switch)

7. OP AMP

8. Sensor Vibration

9. Diode

10. Gerbang Logika OR ( IC 4071)

11. D flip flop

12. Logicstate

3. Dasar Teori [Kembali]

1. Resistor

Resistor merupakan komponen elektronik yang memiliki dua pin dan didesain untuk mengatur tegangan listrik dan arus listrik. Resistor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir, berdasarkan persamaan hukum Ohm:

V = I R

Resistor digunakan sebagai bagian dari rangkaian elektronik dan sirkuit elektronik, dan merupakan salah satu komponen yang paling sering digunakan. Resistor dapat dibuat dari bermacam-macam komponen dan film, bahkan kawat resistansi (kawat yang dibuat dari paduan resistivitas tinggi seperti nikel-kromium).
Karakteristik utama dari resistor adalah resistansinya dan daya listrik yang dapat dihantarkan. Karakteristik lain termasuk koefisien suhu, derau listrik (noise), dan induktansi.

Cara membaca nilai resistor :

Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna

1. Masukan angka langsung dari kode warna gelang pertama.

2. Masukan angka langsung dari kode warna gelang kedua.

3. Masukan angka langsung dari kode warna gelang ketiga.

4. Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10^n).

5. Gelang terakhir merupakan nilai toleransi dari resistor.

Contohnya sebagai berikut :

2. Relay

Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak Saklar/Switch). Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Sebagai contoh, dengan Relay yang menggunakan Elektromagnet 5V dan 50 mA mampu menggerakan Armature Relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V 2A.

Ada besi atau yang disebut dengan nama inti besi dililit oleh sebuah kumparan yang berfungsi sebagai pengendali. Sehingga kumparan kumparan yang diberikan arus listrik maka akan menghasilkan gaya elektromagnet. Gaya tersebut selanjutnya akan menarik angker untuk pindah dari biasanya tutup ke buka normal. Dengan demikian saklar menjadi pada posisi baru yang biasanya terbuka yang dapat menghantarkan arus listrik. Ketika armature sudah tidak dialiri arus listrik lagi maka ia akan kembali pada posisi awal, yaitu normal close.

Fitur:

1. Tegangan pemicu (tegangan kumparan) 5V

2. Arus pemicu 70mA

3. Beban maksimum AC 10A @ 250 / 125V

4. Maksimum baban DC 10A @ 30 / 28V

5. Switching maksimum

3. Lampu

Lampu Listrik adalah suatu perangkat yang dapat menghasilkan cahaya saat dialiri arus listrik. Arus listrik yang dimaksud ini dapat berasal tenaga listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik terpusat (Centrally Generated Electric Power) seperti PLN dan Genset ataupun tenaga listrik yang dihasilkan oleh Baterai dan Aki.

Jenis Jenis Lampu Listrik

Seiring dengan perkembangan Teknologi, Lampu Listrik juga telah mengalami berbagai perbaikan dan kemajuan. Teknologi Lampu Listrik bukan saja Lampu Pijar yang ditemukan oleh Thomas Alva Edison saja namun sudah terdiri dari berbagai jenis dan Teknologi. Pada dasarnya, Lampu Listrik dapat dikategorikan dalam Tiga jenis yaitu Incandescent Lamp (Lampu Pijar), Gas-discharge Lamp (Lampu Lucutan Gas) dan Light Emitting Diode (Lampu LED).

Lampu Pijar (Incandescent Lamp)

Lampu Pijar atau disebut juga Incandescent Lamp adalah jenis lampu listrik yang menghasilkan cahaya dengan cara memanaskan Kawat Filamen di dalam bola kaca yang diisi dengan gas tertentu seperti nitrogen, argon, kripton atau hidrogen. Kita dapat menemukan Lampu Pijar dalam berbagai pilihan Tegangan listrik yaitu Tegangan listrik yang berkisar dari 1,5V hingga 300V.

Lampu Pijar yang dapat bekerja pada Arus DC maupun Arus AC ini banyak digunakan di Lampu Penerang Jalan, Lampu Rumah dan Kantor, Lampu Mobil, Lampu Flash dan juga Lampu Dekorasi. Pada umumnya Lampu Pijar hanya dapat bertahan sekitar 1000 jam dan memerlukan Energi listrik yang lebih banyak dibandingkan dengan jenis-jenis lampu lainnya.

Lampu Lucutan Gas (Gas discharge Lamp)

Lampu lucutan gas menghasilkan cahaya dengan mengirimkan lucutan elektris melalui gas yang terionisasi, misalnya pada plasma. Sifat lucutan gas sangat tergantung pada frekuensi atau modulasi arus listriknya. Biasanya, lampu lampu ini menggunakan gas mulia (argon, neon, kripton, dan xenon) atau campuran dari gas-gas tersebut. Sebagian besar lampu-lampu ini juga mengandung bahan-bahan tambahan, seperti merkuri, natrium, dan/atau halida logam.

Lampu LED (Light Emitting Diode)

Lampu LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.

4. Transistor NPN

Transistor merupakan alat semikonduktor yang dapat digunakan sebagai penguat sinyal, pemutus atau penyambung sinyal, stabilisasi tegangan, dan fungsi lainnya. Transistor memiliki 3 kaki elektroda, yaitu basis, kolektor, dan emitor. Pada rangkaian kali ini digunakan transistor 2SC1162 bertipe NPN. Transistor ini diperumpamakan sebagai saklar, yaitu ketika kaki basis diberi arus, maka arus pada kolektor akan mengalir ke emiter yang disebut dengan kondisi ON. Sedangkan ketika kaki basis tidak diberi arus, maka tidak ada arus mengalir dari kolektor ke emitor yang disebut dengan kondisi OFF. Namun, jika arus yang diberikan pada kaki basis melebihi arus pada kaki kolektor atau arus pada kaki kolektor adalah nol (karena tegangan kaki kolektor sekitar 0,2 - 0,3 V), maka transistor akan mengalami cutoff (saklar tertutup).

Transistor adalah sebuah komponen di dalam elektronika yang diciptakan dari bahan-bahan semikonduktor dan memiliki tiga buah kaki. Masing-masing kaki disebut sebagai basis, kolektor, dan emitor.

Emitor (E) memiliki fungsi untuk menghasilkan elektron atau muatan negatif.

Kolektor (C) berperan sebagai saluran bagi muatan negatif untuk keluar dari dalam transistor.

Basis (B) berguna untuk mengatur arah gerak muatan negatif yang keluar dari transistor melalui kolektor.

Karakterisitik I/O

5. Op Amp LM741

Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas.

Simbol

Karakteristik IC OpAmp

· Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga)

· Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol)

· Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga)

· Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol)

· Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga)

· Karakteristik tidak berubah dengan suhu

Inverting Amplifier

Rumus:

NonInverting

Rumus:

Komparator

Rumus:

Adder

Rumus:

Bentuk Gelombang

6. Sensor magnet

Sensor magnet adalah sensor yang mudah terpengaruh dan peka terhadap medan magnet kemudian memberikan perubahan kondisi output. Prinsip kerja Sensor magnet yaitu akan aktif ketika konduktor mempengaruhi medan magnet, sehingga magnet tersebut tertolak atau tertarik sesuai dengan pengaruh konduktor yang diberikan.

Sensor Magnet atau disebut juga relai buluh, adalah alat yang akan terpengaruh medan magnet dan akan memberikan perubahan kondisi pada keluaran. Seperti layaknya saklar dua kondisi (on/off) yang digerakkan oleh adanya medan magnet di sekitarnya. Biasanya sensor ini dikemas dalam bentuk kemasan yang hampa dan bebas dari debu, kelembapan, asap ataupun uap.

Prinsip Sensor Magnet :

Sensor Magnet adalah berdasarkan Hukum Faraday dimana apabila sebuah penghantar memotong suatu medan magnet maka pada kedua ujung penghantar tersebut akan menimbulkan Gaya Gerak Listrik (GGL)) atau Electromagnetic Force (Emf). Besaran Emf tersebut adalah tergantung kepada kuat medan magnet dan kecepatan pemotongan. Apabila Sensor tersebut menerima getaran maka batang magnet tersebut akan ikut bergetar dan medan magnet tersebut akan terpotong-potong oleh gulungan kawat sehingga kedua ujung gulungan kawat tersebut akan menimbulkan tegangan.

Grafik Respon:

7. Sensor Vibration

Sensor vibrasi SW420 adalah suatu alat yang berfungsi untuk mendteksi adanya getaran dan akan diubah ke sinyal listrik. cara kerja sensor ini dengan menggunakan satu buah pelampung logam yang akan bergetar di tabung yang berisi 2 elektroda ketika sensor menerima getaran. Terdapat 2 output digital (0 dan 1) dan analog output.

Karakteristik Sensor Vibrasi SW420 :

- Tegangan operasi 3,3 V hinggan 5V DC

- LED menunjukkan keluaran dan daya

- Desain berbasis LM393

- Mudah digunakan dengan mikrokontroler atau IC digital/analog normal

- Dengan lubang baut untuk memudahkan pemasangan

Grafik Respon:

8. Transistor NPN

Transistor adalah sebuah komponen di dalam elektronika yang diciptakan dari bahan-bahan semikonduktor dan memiliki tiga buah kaki. Masing-masing kaki disebut sebagai basis, kolektor, dan emitor.

Emitor (E) memiliki fungsi untuk menghasilkan elektron atau muatan negatif.

Kolektor (C) berperan sebagai saluran bagi muatan negatif untuk keluar dari dalam transistor.

Basis (B) berguna untuk mengatur arah gerak muatan negatif yang keluar dari transistor melalui kolektor.

Karakterisitik I/O

9. Dioda

Diode (diode) adalah komponen elektronika aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Berikut ini adalah fungsi dari dioda antara lain:

· Untuk alat sensor panas, misalnya dalam amplifier.

· Sebagai sekering(saklar) atau pengaman.

· Untuk rangkaian clamper dapat memberikan tambahan partikel DC untuk sinyal AC.

· Untuk menstabilkan tegangan pada voltage regulator

· Untuk penyearah

· Untuk indikator

· Untuk alat menggandakan tegangan.

· Untuk alat sensor cahaya, biasanya menggunakan dioda photo.

Simbol dioda adalah :

Untuk menentukan arus zenner berlaku persamaan:

Pada grafik terlihat bahwa pada tegangan dibawah ambang batas tegangan mundur (reverse) sebuah dioda akan tembus (menghantar) dan tidak bisa menahan lagi. Batas ini disebut dengan area tegangan breakdown dioda. Kondisi dioda pada area ini adalah tembus atau menghantar dan tidak menghambat. Kemudian pada level tegangan diantara tegangan breakdown dan tegangan forward terdapat area tegangan reverse dan tegangan cut off. Pada area ini kondisi dioda adalah menahan atau tidak mengalirkan arus listrik.

10. Gerbang Logika OR

Gerbang OR memerlukan 2 atau lebih Masukan (Input) untuk menghasilkan hanya 1 Keluaran (Output). Gerbang OR akan menghasilkan Keluaran (Output) 1 jika salah satu dari Masukan (Input) bernilai Logika 1 dan jika ingin menghasilkan Keluaran (Output) Logika 0, maka semua Masukan (Input) harus bernilai Logika 0.

Simbol yang menandakan Operasi Logika OR adalah tanda Plus (“+”). Contohnya : Z = X + Y.

Perhatikan tabelk kebenaran gerbang OR

Simbol Gerbang Logika OR dan Tabel Kebenaran Gerbang OR

11. D flip flop

Data flip-flop merupakan pengemangan dari RS flip-flop, pada D flip-flop kondisi output terlarang (tidak tentu) tidak lagi terjadi. Data flip-flop sering juga disebut dengan istilah D-FF sehingga lebih mudah dalampenyebutannya. Data flip-flop merupakan dasar dari rangkaian utama sebuah memori penyimpan data digital. Input atau masukan pada RS flip-flop adalah 2 buah yaitu R (reset) dan S (set), kedua input tersebut dimodifikasi sehingga pada Data flip-flop menjadi 1 buah input saja yaitu input atau masukan D (data) saja. Model modifikasi RS flip-flopmenjadi D flip-flop adalah dengan penambahan gerbang NOT (Inverter) dari input S ke input R pada RS flip-flop seperti telihat pada gambar dasar D flip-flop berikut.

Gambar Rangkaian Dasar D Flip-Flop Pada gambar diatas input Set (S) dihubungkan ke input Reset (R) pada RS flip-flop menggunakan sebuah inverter sehingga terbentuk input atau masukan baru yang diberi nama input Data (D). Dengan kondisi tersebut maka RS flip-flop berubah menjadi Data Flip-Flop (D-FF). Pada perkembanganya D flip flop ini ditambahkan dengan input atau masukan control berupa enable/clock seperti ditunjukan pada gambar berikut.

Gambar diatas memperlihatkan Data flip-flop yang dilengkapi denganmasukan enable/clock. Fungsi input enable/clock diatas adalah untuk menahan data masukan pada jalur Data (input D) agar tidak diteruskan ke rangkaian RS flip-flop. Prinsip kerja dari rangkaian Data flip-flop dengan clock diatas adalahsebagai berikut. Apabila input clock berlogika 1 “High” maka input pada jalur data akan di teruskan ke rangkaian RS flip flop, dimana pada saat input jalur Data 1 “High” maka kondisi tersebut adalah Set Q menjadi 1 “High” dan pada saat jalur Data diberikan input 0 “Low” maka kondisi yang terjadi adala Reset Q menjadi 0 “Low”. Kemudian Pada saat input Clock berlogika rendah maka data output pada jalur Q akan ditahan (memori 1 bit) walaupun logika pada jalur input Data berubah. Kondisi inilah yang disebut sebagai dasar dari memor 1 bit. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel Data flip-flop berikut.

12. Logic State

status logika Pengertian logis, benar atau salah, dari sinyal biner yang diberikan. Sinyal biner adalah sinyal digital yang hanya memiliki dua nilai yang valid. Dalam istilah fisik, pengertian logis dari sinyal biner ditentukan oleh level tegangan atau nilai arus sinyal, dan ini pada gilirannya ditentukan oleh teknologi perangkat. Dalam sirkuit TTL, misalnya, keadaan sebenarnya diwakili oleh logika 1, kira-kira sama dengan +5 volt pada garis sinyal; logika 0 kira-kira 0 volt. Tingkat tegangan antara 0 dan +5 volt dianggap tidak ditentukan

4. Prosedur Percobaan [Kembali]

Buka aplikasi proteus
Siapkan alat dan bahan pada library proteus, komponen yang dibutuhkan pada rangkaian
Rangkai setiap komponen
Ubah spesifikasi komponen sesuai kebutuhan
Jalankan simulasi rangkaian

5. Rangkaian Simulasi [Kembali]

Prinsip kerja :

Pada rangkaian ini sensor magnet akan berlogika 1 ketika terdeteksi magnet (posisi brankas menempel di dinding) dan ketika brankas di lepas dari dinding atau di geser dari tempat semula maka sensor magnet akan berjarak, tidak terdeteksi lagi medan magnet, maka sensor berlogika 0, dimana arus akan keluar dari DO( saklar buluh terbuka ), maka output sensor akan mengeluarkan tegangan sebesar 5 volt menuju D flip flop yaitu masuk clk yaitu berlogika 0 lalu di umpan ke D=1 maka output pada Q=0 dimana output dari Q dihubungkan ke kaki gerbang OR yaitu input berlogika 1 sedangkan pada Q'=1 dimana output dari Q' juga dihubungkan ke kaki gerbang OR sehingga input dari gerbang OR yaitu berlogia 0:1 sehingga output dari gerbang OR yaitu 1 diteruskan ke R1..

Kemudian tegangan sebesar 5 volt diteruskan ke input non inverting op amp dengan tegangan yg masuk sebesar 5 volt dan tegangan yg masuk ke inverting nol maka rumus outputnya adalah tegangan 5 volt dikurang 0 yaitu 5 volt maka outputnya plus satu rasi yaitu +15 volt dimana rangkaian ini adalah rangkaian detektor non inverting.

Kemudian pada output op amp yang bertegangan 15V diteruskan ke R3 lalu ke basis Q1 dengan tegangan terukur sebesar 0.88 volt maka transistor on. Kalau transistor on, maka ada arus dari kolektor ke emiter, dengan adanya arus dari kolektor ke emiter maka ada arus dari B2 lalu melewati diode lalu ke relay lalu ke kolektor lalu ke emiter lalu ke ground.

Karena adanya arus lewat relay maka switch relay akan berpindah ke kiri. Sehingga ada arus dari baterai masuk ke lampu sehingga lampu aktif.

Ketika sensor vibrasi mendeteksi getaran, yaitu sensor berlogika 1, maka output sensor akan mengeluarkan tegangan sebesar 5 volt menuju ke R2.

Kemudian pada output op amp yang bertegangan 15V diteruskan ke R4 untuk memperkecil arus yang masuk ke kaki basis transistor , maka kaki basis transistor Q2 terukur tegangan sebesar 0.88 volt maka transistor on. Jika transistor Q2 on, maka ada arus dari kolektor ke emiter, dengan adanya arus dari kolektor ke emiter maka ada arus dari B3 melewati diode lalu ke relay lalu ke kolektor lalu ke emiter lalu ke ground.Karena adanya arus lewat relay maka switch relay berpindah ke kanan. Sehingga ada arus dari baterai masuk ke buzer sehingga buzer aktif.

Ketika touch sensor mendeteksi adanya sentuhan (berlogika 1) dan sensor PIR tidak mendeteksi adanya gerakan manusia (berlogika 0). Output dari touch sensor (berlogika 1) akan masuk ke input J dari flip-flop. Sesuai dengan tabel kebenaran, jika input J berlogika 1 maka output yang akan aktif adalah Q, sehingga ada arus yang mengalir dari Q masuk ke R1 terus ke base Q1 terus ke emitor dan ke ground. Karena tegangan pada Q1 lebih besar dari pada tegangan VBE maka Q1 akan on, karena Q1 on maka ada arus dari power suply masuk ke relay sehingga switch pada relay berpindah ke kiri. Dari relay arus masuk ke colector Q1 terus ke emitor dan ke ground. Karena relay on dan switch berpindah ke kiri, maka arus mengali dari baterai menuju motor, sehingga motor on (pintu terbuka). Dari baterai arus juga masuk ke R2 terus ke LED sehingga LED menyala, dari LED arus kembali ke relay.

Ketika touch sensor tidak mendeteksi adanya sentuhan (berlogika 0) dan sensor PIR mendeteksi adanya gerakan manusia (berlogika 1). Output dari sensor PIR (berlogika 1) akan masuk ke input K dari flip-flop. Sesuai dengan tabel kebenaran, jika input K berlogika 1 maka output yang akan aktif adalah Q-, sehingga ada arus yang mengalir dari Q- masuk ke R3 terus ke base Q2 terus ke emitor dan ke ground. Karena tegangan pada Q2 lebih besar dari pada tegangan VBE maka Q2 akan on, karena Q2 on maka ada arus dari power suply masuk ke relay sehingga switch pada relay berpindah ke kiri. Dari relay arus masuk ke colector Q2 terus ke emitor dan ke ground. Karena relay on dan switch berpindah ke kiri, maka arus mengalir dari batrai menuju motor, sehingga motor on (gorden terbuka). Dari baterai arus juga masuk ke R4 terus ke LED sehingga LED menyala, dari LED arus kembali ke relay.

Blog Kuliah

Flip-Flop

Tidak ada komentar:

Posting Komentar