NAMA : CHRONIKA SIMATUPANG

KELAS : TELKOMMIL

NOSIS : 20190421-E

PERCOBAAN 5

RANGKAIAN SWITCHING MENGENDALIKAN MOTOR

1. Tujuan :     Agar bintara mahasiswa mampu membuat rangkaian SWITCHING.

2. Alat dan bahan :  a. Motor DC.

b. NPN transistor.

c. Resistor.

d. Swicth.

e. Batt.

f.  Live Wire

3. Jelaskan               a. Motor DC;

Pengertian Motor DC dan Prinsip Kerjanya – Motor Listrik DC atau DC Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion). Motor DC ini juga dapat disebut sebagai Motor Arus Searah. Seperti namanya, DC Motor memiliki dua terminal dan memerlukan tegangan arus searah atau DC (Direct Current) untuk dapat menggerakannya. Motor Listrik DC ini biasanya digunakan pada perangkat-perangkat Elektronik dan listrik yang menggunakan sumber listrik DC seperti Vibrator Ponsel, Kipas DC dan Bor Listrik DC.

Motor Listrik DC atau DC Motor ini menghasilkan sejumlah putaran per menit atau biasanya dikenal dengan istilah RPM (Revolutions per minute) dan dapat dibuat berputar searah jarum jam maupun berlawanan arah jarum jam apabila polaritas listrik yang diberikan pada Motor DC tersebut dibalikan. Motor Listrik DC tersedia dalam berbagai ukuran rpm dan bentuk. Kebanyakan Motor Listrik DC memberikan kecepatan rotasi  sekitar 3000 rpm hingga 8000 rpm dengan tegangan operasional dari 1,5V hingga 24V. Apabile tegangan yang diberikan ke Motor Listrik DC lebih rendah dari tegangan operasionalnya maka akan dapat memperlambat rotasi motor DC tersebut sedangkan tegangan yang lebih tinggi dari tegangan operasional akan membuat rotasi motor DC menjadi lebih cepat. Namun ketika tegangan yang diberikan ke Motor DC tersebut turun menjadi dibawah 50% dari tegangan operasional yang ditentukan maka Motor DC tersebut tidak dapat berputar atau terhenti. Sebaliknya, jika tegangan yang diberikan ke Motor DC tersebut lebih tinggi sekitar 30% dari tegangan operasional yang ditentukan, maka motor DC tersebut akan menjadi sangat panas dan akhirnya akan menjadi rusak.

Pada saat Motor listrik DC berputar tanpa beban, hanya sedikit arus listrik atau daya yang digunakannya, namun pada saat diberikan beban, jumlah arus yang digunakan akan meningkat hingga ratusan persen bahkan hingga 1000% atau lebih (tergantung jenis beban yang diberikan). Oleh karena itu, produsen Motor DC biasanya akan mencantumkan Stall Current pada Motor DC. Stall Current adalah arus pada saat poros motor berhenti karena mengalami beban maksimal.

Bentuk dan Simbol Motor DC

Prinsip Kerja Motor DC

Terdapat dua bagian utama pada sebuah Motor Listrik DC, yaitu Stator dan Rotor. Stator adalah bagian motor yang tidak berputar, bagian yang statis ini terdiri dari rangka dan kumparan medan. Sedangkan Rotor adalah bagian yang berputar, bagian Rotor ini terdiri dari kumparan Jangkar. Dua bagian utama ini dapat dibagi lagi menjadi beberapa komponen penting yaitu diantaranya adalah Yoke (kerangka magnet), Poles (kutub motor), Field winding (kumparan medan magnet), Armature Winding (Kumparan Jangkar), Commutator (Komutator) dan Brushes (kuas/sikat arang).

Pada prinsipnya motor listrik DC menggunakan fenomena elektromagnet untuk bergerak, ketika arus listrik diberikan ke kumparan, permukaan kumparan yang bersifat utara akan bergerak menghadap ke magnet yang berkutub selatan dan kumparan yang bersifat selatan akan bergerak menghadap ke utara magnet. Saat ini, karena kutub utara kumparan bertemu dengan kutub selatan magnet ataupun kutub selatan kumparan bertemu dengan kutub utara magnet maka akan terjadi saling tarik menarik yang menyebabkan pergerakan kumparan berhenti.Untuk menggerakannya lagi, tepat pada saat kutub kumparan berhadapan dengan kutub magnet, arah arus pada kumparan dibalik. Dengan demikian, kutub utara kumparan akan berubah menjadi kutub selatan dan kutub selatannya akan berubah menjadi kutub utara. Pada saat perubahan kutub tersebut terjadi, kutub selatan kumparan akan berhadap dengan kutub selatan magnet dan kutub utara kumparan akan berhadapan dengan kutub utara magnet. Karena kutubnya sama, maka akan terjadi tolak menolak sehingga kumparan bergerak memutar hingga utara kumparan berhadapan dengan selatan magnet dan selatan kumparan berhadapan dengan utara magnet. Pada saat ini, arus yang mengalir ke kumparan dibalik lagi dan kumparan akan berputar lagi karena adanya perubahan kutub. Siklus ini akan berulang-ulang hingga arus listrik pada kumparan diputuskan.

b. Transistor NPN satu rasi dan cut off;

1. Daerah Saturasi ( Saturation Region )

Disini adalah kondisi dimana transistor yang akan dibiaskan  dalam jumlah maksimum yang mengalir pada Arus Bias (Ib) sehingga arus kolektor maksimum dan mengakibatkan kolektor-emitor menjadi tegangan jatuh yang mengakibatkan penipisan lapisan junction sekecil mungkin dan arus maksimum dapat melalui transistor. Oleh karena itu transistor aktif dan dalam kondisi "Saklar Tertutup ( Close )"

Karakteristik Saturasi (Transistor dalam keadaan ON) :

• - Input dan Basis terhubung ke VCC
• - Tegangan Basis - Emitor VBE >0,7V
• - Hubungan Junction antara Basis - Emitor dalam keadaan Forward Bias (Bias Maju)
• - Hubungan Junction antara Basis - Kolektor dalam keadaan Forward Bias (Bias Maju)
• - Transistor dalam sepenuhnya dalam kondisi "ON"
• - Arus maksimal Kolektor ( IC = VCC / RL )
• - VCE = 0 ( Ideal Saturasi )
• - Vout = VCE = 0
• - Transistor bekerja sebagai sebuah "saklar tertutup"

Ketika kita mendefinisikan "Saturasi Region atau Daerah Saturasi" atau mode "ON" menggunakan sebuah transistor bipolar sebagai saklar, kedua hubunga juction dalam keadaan forward bias atau panjar maju. dimana Vb > 0,7V dan Ic =  Maksimum. Untuk transistor PNP, potensial emitor harus lebih positif terhadap Basis.

Transistor sebagai saklar biasanya digunakan sebagai aplikasi seperti antarmuka  perangkat dengan arus yang besar atau perangkat dengan tegangan yang tinggi seperti motor, relay, lampu atau IC digital logika tegangan rendah atau gate seperti AND gate atau OR gate. Output dari digital logic gate hanya +5V tetapi perangkat untuk mengkontrolnya mungkin memerlukan suplay tegangan 12 Volt atau bahkan 24 Volt. Atau beban seperti sebuah motor DC yang memerlukan kecepatan penggendalian menggunakan pulsa PWM ( Pulse Width Modulation ). Transistor sebagai saklar akan berjalan lebih cepat daripada saklar mekanik konvensional.  

Digital Logic Transistor Switch

Pada salah satu contoh dasar transistor sebagai saklar menggunakan logic gate AND, dimana Basis resistor, RB diperlukan untuk membatasi arus output dari logic gate dan sebagai input masukan ON/OFF bagi transistor.

Kita dapat juga menggnakan Transistor PNP sebagai saklar, perbedaannya kali ini adalah beban yang dihubungkan dngan ground (0 Volt) dan transistor PNP mengallihkan daya padanya. Untuk menjadikan transistor PNP bekerja sebagai saklar pada posisi "ON", terminal Basis terhubung dengan ground atau nol Volt (0 Volt).

Persamaan untuk menghitung resistansi Basis, Arus kolektor dan tegangan tentunya sama seperti transistor NPN sebagai saklar sebelumnya. Perbedaannya adalah kali ini bahwa kita menggalihkan daya dengan sebuah transistor PNP (sumber arus) bukannya menggalihkan ground dengan sebuah NPN Transistor (Membuang Arus).

2. Cut-off Region

Ini adalah kondisi operasi dimana keadaan transistor arus input basis ( Ib), arus output kolektor ( Ic )  adalah nol dan maksimum tegangan kolektor (Vce) yang mana hasilnya adalah sebuah depletion layer yang besar dan menyebabkan tidak ada arus yang mengalir melalui perangkat. Oleh karena itu transistor dapat dikatakan sebagai saklar "OFF".

Dari keadaan tersebut kita dapat mendefinisikan "Cut-off Region" atau "mode saklar OFF" ketika menggunakan sebuah transistor bipolar sebagai saklar, antara kedua hubungan ( junction ) direverse bias, Vb < 0,7V dan Ic = 0. Untuk transistor PNP, potensial emitor harus negatif terhadap basis.

Kalau arus basis yang cukup telah diberikan, maka arus kolektor akan mengalir ke kaki emitor transistor. Bagaimana bila arus basis terus diberikan dengan lebih besar ?. Inilah yang disebut dengan kondisi saturasi. Jika arus pada basis transistor diberikan lebih besar dari yang diperlukan oleh transistor untuk mencapai saturasi, maka transistor berada dalam keadaan over saturation, tegangan kolektor - emitor kecil (sekitar 0,2 - 0,3 Volt) dan itu berarti transistor berada dalam keadaan saklar tertutup.

Karakteristik Cut-off  ( Transistor dalam keadaan OFF ) :

Dari perumpamaan transistor sebagai saklar diketahui bahwa komponen transistor memiliki sifat atau karakteristik saklar. Ketika kaki basis transistor tidak diberikan arus, tidak ada arus emitor, berarti transistor terbuka atau saklar terbuka ( Open) atau  Off) biasa disebut cut-off.

    Cut - Off  = Kondisi Terbuka ( Open )

Pada kondisi terbuka ( Open ) transistor memiliki beberapa karakteristik atau cirri, diantaranya :

• - Input dan basis di groundkan (0V)
• - Tegangan Basis - Emitor Vbe < 0,7V
• - Basis - Emitor Junction terangkai Reverse Bias
• - Basis - Kolektor Junction terangkai Reverse Bias
• - Transistor dalam keadaan " Terbuka atau OFF " ( dalam keadaan Cut-off Region )
• - Tidak ada arus yang mengalir pada kolektor ( Ic = 0 )
• - Transistor bekerja sebagai sebuah "saklar terbuka"

Definisikan "Cut-off Region" atau mode "OFF" ketika menggunakan sebuah bipolar transistor yang digunakan sebagai saklar, kedua hubungan junction dalam keadaan Reverse Bias, Vb < 0,7V dan Ic = 0. Untuk transistor PNP, potensial emitor harus lebih negatif terhadap Basis.

Dari salah satu fungsi transistor yang dapat menghubungkan serta memutuskan arus listrik, maka transistor bisa digunakan sebagai saklar. Saklar sendiri memiliki arti berupa media penghubung dan pemutus aliran listrik. Dalam kehidupan sehari-hari misalnya, Anda bisa menemukan saklar pada penggunaan lampu di rumah. Bahkan saklar untuk menghidupkan pompa air juga bisa menggunakan transistor. Penggunaan transistor sebagai saklar pada dasarnya seperti prinsip pada kran air. Ketika kran dibuka, maka air akan keluar dan ketika kran ditutup, maka air akan berhenti. Begitupun pada saklar. 

Ketika saklar ini ditekan, akan memutus jaringan listrik, sehingga lampu tidak menerima aliran listrik sehingga lampu akan mati. Ketika saklar ditekan dan lampu menyala, berarti lampu memiilki aliran listrik yang jalannya dibuka oleh saklar ini. Sebenarnya, selain transistor, sebenarnya telah terdapat rangkaian khusus pada saklar tanpa transistor. Tapi terdapat beberapa kelebihan jika menggunakan transistor sebagai saklar, yaitu :

    a. Tidak menimbulkan suara dan percikan api saat terjadi on - off

    b. Bentuk fisik yang jauh lebih kecil

    c. Lebih ekonomis.

Karena arus kolektor pada transistor proporsional dan dibatasi oleh arus basis, maka transistor dapat digunakan sebagai pengontrol arus seperti fungsi saklar. Dengan melewatkan arus yang kecil pada basis, maka kita bisa mengontrol aliran arus yang lebih besar yaitu arus yang melewati kolektor-emitor.

4. Rangkaian.

5. Analisa.
a. Percobaan pertama potensio meter berikutnya kita coba dengan variasi 0% - 15% dengan switch on arus mengalir dari kolektor ke emulator sehingga tidak terjadi induksi magnetic.

b. Percobaan kedua potensio meter kita coba dengan variasi 20% - 95% dengan switch on arus mengalir dari kolektor ke emulator sehingga terjadi induksi magnetic yang menyebabkan motor bergerak, dari data terebut di dapat tegangan pada volt meter sebesar 5 volt.

c. Percobaan ketiga potensio meter berikutnya kita coba dengan variasi 100% dengan switch on arus mengalir dari kolektor ke emulator sehingga tidak terjadi induksi magnetic.

6. Kesimpulan.
a. Pada potensio meter rendah dari 0%-15% tidak terjadi induksi magnetik yang menyebabkan motor tidak bergerak.
b. Pada potensio meter sedang keatas dari 20%-95% terjadi induksi magnetik yang menyebabkan motor bergerak.
c. Pada potensio meter tinggi yaitu 100% tidak terjadi induksi magnetik yang menyebabkan motor tidak bergerak.