Chapter 17

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

6. Link Download

1. Pendahuluan[Kembali]

   Pada era digital, sistem elektronik semakin mengandalkan komponen-komponen dengan performa tinggi, efisien, dan aman dari gangguan. Dua teknologi yang penting dalam konteks ini adalah osilator dan gerbang logika dengan isolasi tinggi (high-isolation logic gate). Osilator digunakan untuk menghasilkan sinyal periodik yang menjadi dasar berbagai sistem digital dan analog, seperti jam, pemancar, dan pengatur frekuensi. Sementara itu, gerbang logika dengan isolasi tinggi – seperti gerbang AND yang menggunakan LED dan phototransistor  digunakan untuk menjaga isolasi listrik antara dua bagian rangkaian, meningkatkan keamanan dan keandalan.

Dalam praktikum ini, dilakukan percobaan terhadap prinsip kerja osilator dan implementasi gerbang logika AND dengan metode isolasi optik, yaitu menggunakan LED dan phototransistor sebagai komponen optoelektronik.

2. Tujuan[Kembali]

• Memahami prinsip kerja osilator serta karakteristik sinyal yang dihasilkannya.

• Mengetahui cara kerja gerbang logika AND dengan isolasi tinggi menggunakan LED dan phototransistor.

• Mengamati secara langsung performa rangkaian dan peran komponen optoelektronik dalam membangun sistem logika yang terisolasi.

• Meningkatkan pemahaman tentang aplikasi opto-isolator dalam sistem kontrol dan komunikasi elektronik.

 

3. Alat dan Bahan[Kembali]

A. ALAT

    1. ampere meter dan volt meter 

    Amperemeter adaalah ukur arus listrik dan voltmeter adalah ukur tegangan pada sebuah rangkaian

                                        

    2. AC source

    sebagai sumber arus pada rangkaian

     

B. BAHAN

• Resistor Digunakan untuk mengatur arus dan tegangan dalam konfigurasi input dan feedback.

• Power Supply (Catu Daya) Memberikan tegangan kerja (biasanya ±15V) untuk op-amp
• transistor

• kapasitor

4. Dasar Teori[Kembali]

A. DASAR TEORI

Unijunction Transistor (UJT) adalah sebuah komponen semikonduktor dengan tiga terminal: Emitter (E), Base1 (B1), dan Base2 (B2). UJT digunakan secara luas dalam rangkaian pemicu dan osilator karena kemampuannya untuk mengalirkan arus secara tiba-tiba ketika tegangan pada emitter mencapai tegangan puncak tertentu (Vp).

Rangkaian relaxation oscillator dengan UJT menghasilkan gelombang berdasarkan proses pengisian kapasitor C melalui resistor R₁. Ketika tegangan pada kapasitor mencapai tegangan puncak Vₚ, UJT menghantar, menyebabkan kapasitor segera mengosongkan muatannya ke tanah (ground) melalui R₁. Setelah tegangan turun di bawah tegangan valley Vᵥ, UJT kembali ke kondisi tidak menghantar, dan proses pengisian diulang.

Persamaan periode osilasi:

$$f_{osc} = \frac{1}{T}$$ $$T = R_1 C \ln\left(\frac{1}{1 - \eta}\right)$$

Dengan:

$$\eta = \frac{V_P}{V}$$

Dimana:

• $R_1$: resistor pengisi

• $C$: kapasitor

• $\eta$: rasio tegangan peak terhadap $V$

• $V_P$: tegangan peak (tegangan saat UJT mulai menghantar)

B. PROBLEM

  Problem 1: Perhitungan Frekuensi Osilator

Soal:
Sebuah rangkaian osilator dibangun menggunakan IC 555 dalam mode astable. Komponen yang digunakan adalah:

• $R_1=1\text{k}\mathrm{\Omega }$

• $R_2=2\text{k}\mathrm{\Omega }$

• $C=0.1\mu \text{F}$

Hitung frekuensi output osilator tersebut. Jelaskan pengaruh perubahan kapasitor terhadap frekuensi.

Jawaban:
Rumus frekuensi osilator astable (IC 555):

$$f=\frac{1.44}{(R_1+2R_2)\cdot C}$$

                                                                    f=(R1​+2R2​)⋅C1.44

​$$\mathrm{<br>}\mathrm{<br>}f=\frac{1.44}{(1k+2\cdot 2k)\cdot 0.1\mu F}=\frac{1.44}{(5k)\cdot 0.1\mu F}=\frac{1.44}{0.0005}=2880\text{Hz}=2.88\text{kHz}\text{<br>}\text{<br>}$$

Pengaruh kapasitor:
Jika kapasitor diperbesar, maka waktu pengisian dan pengosongan meningkat → frekuensi menurun.

    problem 2 : Desain dan Prinsip Kerja Gerbang AND Optik

Soal:
Anda diminta merancang sebuah gerbang AND dengan isolasi tinggi menggunakan dua LED dan satu phototransistor. Jelaskan:

a) Bagaimana susunan fisik LED dan phototransistor agar fungsi logika AND dapat tercapai?
b) Apa yang terjadi jika hanya satu LED yang menyala?
c) Bagaimana sistem ini tetap memberikan keamanan terhadap gangguan dari bagian output?

Jawaban:

a) Susunan Fisik:
Dua LED diposisikan mengarah ke satu phototransistor dari sudut yang memungkinkan kedua pancaran cahaya dapat mengenai area sensitif phototransistor secara bersamaan. Phototransistor hanya aktif (menghantarkan arus) ketika kedua LED menyala bersamaan — mewakili logika AND.

b) Jika Satu LED Menyala:
Jika hanya satu LED yang menyala, intensitas cahaya yang diterima phototransistor tidak mencukupi untuk mengaktifkannya. Akibatnya, phototransistor tetap dalam keadaan non-konduktif → output tetap LOW (0).

c) Keamanan Sistem:
Karena tidak ada koneksi listrik langsung antara input (LED) dan output (phototransistor), maka lonjakan tegangan, noise, atau gangguan dari sisi output tidak akan merusak bagian input. Ini disebut isolasi optik, yang sangat berguna pada sistem bertegangan tinggi atau sensitif seperti mikrokontroler.

    Problem 3: Keamanan Sistem dengan Opto-Isolator

Soal:
Sebuah mikrokontroler digunakan untuk mengendalikan sebuah sistem motor 220V AC. Mengapa lebih aman menggunakan gerbang logika AND dengan LED dan phototransistor (opto-isolator) dalam sistem ini dibandingkan menyambungkan logika langsung ke rangkaian kontrol motor?

Jawaban:
Penggunaan opto-isolator menciptakan isolasi elektrik antara rangkaian logika (mikrokontroler) dan rangkaian daya (motor AC). Keuntungannya:

• Melindungi mikrokontroler dari lonjakan tegangan atau arus balik (back EMF).

• Menghindari kerusakan akibat beda potensial atau gangguan dari sisi beban.

• Menjamin keamanan pengguna dan perangkat.

• Data sinyal ditransmisikan melalui cahaya (LED → phototransistor), bukan sambungan listrik langsung.

Tanpa isolasi, tegangan tinggi dari motor bisa merusak port I/O atau bahkan seluruh mikrokontroler.

C. LATIHAN SOAL

1: Fungsi Osilator

Soal:
Apa fungsi utama dari sebuah rangkaian osilator dalam sistem elektronik?

A. Mengubah tegangan AC ke DC
B. Menguatkan sinyal input
C. Menghasilkan sinyal periodik atau gelombang berulang
D. Menyimpan energi dalam waktu tertentu

Jawaban:  C. Menghasilkan sinyal periodik atau gelombang berulang

Penjelasan:
Osilator menghasilkan sinyal berosilasi secara terus-menerus seperti gelombang persegi, sinus, atau segitiga — digunakan sebagai clock, pembawa sinyal, dll.

 2: Prinsip Kerja Gerbang AND Optik

Soal:
Sebuah gerbang logika AND menggunakan dua LED dan satu phototransistor. Kapan phototransistor akan menghantarkan arus (aktif)?

A. Saat salah satu LED menyala
B. Saat hanya satu LED mati
C. Saat kedua LED menyala bersamaan
D. Saat tidak ada LED yang menyala

Jawaban: C. Saat kedua LED menyala bersamaan

Penjelasan:
Phototransistor hanya aktif jika menerima cahaya yang cukup, yaitu dari dua LED menyala bersamaan, sesuai fungsi logika AND.

3: Tujuan Isolasi Optik

Soal:
Mengapa digunakan isolasi optik (LED dan phototransistor) antara mikrokontroler dan beban bertegangan tinggi?

A. Untuk menghemat konsumsi daya LED
B. Untuk mengurangi kecepatan transfer sinyal
C. Untuk melindungi mikrokontroler dari gangguan atau lonjakan arus
D. Agar phototransistor tidak memerlukan daya listrik

Jawaban: C. Untuk melindungi mikrokontroler dari gangguan atau lonjakan arus

Penjelasan:
Isolasi optik memisahkan sistem logika (rendah tegangan) dari sistem beban (tegangan tinggi), mencegah kerusakan akibat gangguan listrik atau lonjakan tegangan.

5. Percobaan[Kembali]

Rangkaian fig. 17.45

6. Link Download[Kembali]

Rangkaian 17.45 disini