BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Gambaran Umum Microcurrent Treatment Microcurrent treatment atau biasa juga dikenal dengan Microcurrent Electrical Stimulation merupakan bagian dari elektro terapi estetika. Microcurrent telah digunakan dalam bidang pengobatan sejak kurang lebih 25 tahun yang lalu. Sebelumnya pemanfaatan listrik untuk kesehatan telah diperkenalkan oleh Luigi Galvani beberapa ratus tahun yang lalu melalui percobaannya pada sebuah kaki katak yang diberikan beda potensial yang menyebabkan otot kaki katak yang telah mati dapat bergerak. Penelitian selanjutnya dilakukan oleh para pakar elektrofisiologi seperti Robert O. Becker, Dr Björn Nordenstrom, mantan ketua Komite Seleksi Nobel untuk Kedokteran, dan Dr Thomas Wing yang memperkenalkan perawatan mikro memiliki efek yang lebih baik dibandingkan metode terapi sebelumnya. Hal ini dikarenakan micocurrent treatment memanfaatkan arus listrik yang sangat kecil (satuan mikro ampere atau sepersejuta ampere) dibawah ambang batas sensasi kelistrikan tubuh manusia dan meniru kerja dari rangsangan kelistrikan tubuh (bio-listrik) secara alami, sehingga akan menimbulkan rasa nyaman selama proses terapi. 6

2 7 Pada dasarnya microcurrent treatment memberikan rangsangan melalui otak kemudian diteruskan melalui tulang belakang menuju otot dan jaringan syaraf. Seiring dengan bertambahnya usia, respon syaraf menerima rangsangan akan mulai menurun serta otot dan kulit yang sudah tidak kencang lagi akibat menurunnya produksi kolagen dan elastin yang berfungsi untuk memberikan kekuatan serta elastisitas. Dalam hal ini dengan pemberian terapi microcurrent maka akan mengangkat kotoran dan racun-racun dari dalam kulit sehingga membantu pengiriman nutrisi ke dalam kulit. Nutrisi akan merangsang peningkatan senyawa Adenosin Triphospat (ATP) yang merupakan senyawa kimia berenergi tinggi yang membantu meningkatkan respon syaraf, akibatnya metabolisme aktivitas jaringanpun akan meningkat sehingga memperbaiki kemampuan kulit untuk memproduksi kolagen dan elastin. Gambar 2.1 Cara kerja microcurrent treatment Dari proses terapi ini akan menimbulkan efek yaitu kulit akan mengencang dan mengurangi kerutan karena peningkatan kolagen serta elastin. Selain itu, karena otot dan jaringan kemudian dalam keadaan baik maka proses penerimaan rangsang terhadap bio-listrik tubuh akan menjadi baik pula akibatnya akan

3 8 memperlambat proses penuaan. Jadi dari proses terapi menggunakan microcurrent ini akan menghasilkan dua manfaat sekaligus yaitu pencegahan juga penyembuhan jaringan serta otot wajah yang sudah mengalami penuaan Aplikasi Microcurrent Treatment Microcurrent treatment memiliki banyak manfaat di dunia kesehatan dan kecantikan, maka penulis menggunakan buku acuan yang dikeluarkan oleh NVQ3 Beauty Therapy: Improve face and skin condition using electro therapy yang di dalam buku ini dijelaskan bahwa penggunaan microcurrent dengan kombinasi yang berbeda dari arus, frekuensi dan bentuk gelombang maka akan memberikan efek yang berbeda pada setiap tingkat jaringan, berikut adalah tabel aplikasi microcurrent treatment:

4 Tabel 2.1 Efek arus, frekuensi dan bentuk pulsa pada terapi microcurrent Arus Bentuk Waktu Terapi Frekuensi (µa) Pulsa (menit) (Hz) Polaritas Efek 300 Sinus 2 20 Arus Bolak-balik Merangsang sirkulasi darah pada lapisan dermis kulit 50 Gigi Gergaji Arus Bolak-balik Meningkatkan kerja kelenjar limfa dan membersihkan racun 160 Kotak Arus Bolak-balik Mengencangkan otot wajah 80 Rectangular 8 0,8 Arus Bolak-balik Mengencangkan otot wajah dengan intensitas pulsa yang lebih lama 500 Sinus Arus Bolak-balik Meningkatkan aktivitas metabolisme pada lapisan epidermis dan dermis dan struktur yang mendasarinya 200 Sinus 3 30 Arus Searah Meningkatkan produksi kolagen dan elastin dalam kulit untuk mempromosikan proses regeneratif kulit secara alami Catatan : pengaturan dan waktu terapi bisa saja berbeda tergantung dari pembuat alat. Maka ikuti petunjuk masing-masing alat. 9

5 10 Setiap tingkatan umur manusia juga membutuhkan periode terapi yang berbedabeda, untuk usia tahun dapat dilakukan satu kali perminggu selama 6 8 minggu, usia tahun dilakukan satu sampai dua kali per minggu selama 6 8 minggu, usia tahun satu sampai dua kali per minggu selama 4 8 minggu, usia tahun dilakukan dua kali per minggu selama 4 6 minggu. Hal lain yang perlu diperhatikan untuk mendapatkan hasil yang maskimal adalah penempatan elektrode yang tepat sesuai dengan bagian wajah yang akan diterapi, berikut adalah gambar penempatan elektroda untuk program pengencangan kulit wajah:

6 11 Gambar 2.2 Posisi elektrode untuk program pengencangan kulit wajah Untuk penggunaan terapi microcurrent ada beberapa hal yang tidak diperkenankan (kontra indikasi) yaitu: pasien yang baru melakukan operasi meminum obat Anti-depresan menderita penyakit atau kelainan fungsi jantung suntik kolagen dan/atau suntik botox wanita hamil penderita epilepsi, diabetes terdapat logam implan pada bagian kepala atau daerah leher pendeita diabetes sedang melakukan kemoterapi menggunakan obat jerawat yang menyebabkan penipisan kulit. 2.2 Anatomi Dan Fisiologi Kulit Wajah Kulit merupakan bagian terluar yang menutupi dan melindungi permukaan tubuh yang didalamnya terdapat ujung-ujung syaraf peraba. Kulit memiliki banyak fungsi antara lain sebagai peraba, pengatur suhu, pelindung organ dibawahnya dan ekskresi berupa keringat.

7 12 Gambar 2.3 Anatomi dan fisiologi kulit Kulit memiliki tiga lapisan yaitu lapisan epidermis, lapisan dermis, dan lapisan hipodermis. Lapisan epidermis merupakan lapisan terluar kulit yang terdiri atas sejumlah lapisan sel tanduk (korneum) dan lapisan malpighi. Lapisan sel tanduk merupakan sel kulit mati yang dapat mengelupas dan dapat digantikan oleh sel-sel baru sedangkan lapisan malpighi mengandung pigmen melanin yang memberi warna pada kulit, oleh karena itu lapisan malphigi penting untuk melindungi kulit dari pancaran radiasi sinar UV. Gambar 2.4 Lapisan epidermis

8 13 Pada lapisan epidermis tidak terdapat pembuluh darah, sehingga kiriman nutrisi untuk sel di lapisan ini sangat tergantung dari kiriman darah di lapisan dermis (lapisan di bawahnya), di lapisan dermis juga tidak terdapat serabut- serabut syaraf namun banyak terdapat sel-sel langerhans yang berfungsi sebagai perlawanan kulit terhadap berbagai mikroorganisme yang dapat menyebabkan infeksi. Lapisan dermis terletak dibawah lapisan kulit epidermis yang terdiri dari pembuluh darah, akar rambut, ujung syaraf, kelenjar keringat dan kelenjar minyak. Penyusun utama lapisan dermis adalah serat kolagen dan elastin. Kolagen merupakan komponen jaringan ikat yang utama dan dapat ditemukan pada berbagai jenis jaringan serta bagian tubuh yang harus diikat menjadi satu. Protein ini dihasilkan oleh sel-sel dalam jaringan ikat yang dinamakan fibroblast. Kolagen diproduksi dalam bentuk serabut yang menyusun dirinya dengan berbagai cara untuk memenuhi berbagai fungsi dan spesifik. Pada kulit serabut kolagen tersusun dengan pola rata yang saling menyilang. Kolagen merupakan protein yang paling berlimpah di dalam tubuh dan komponen utama jaringan tubuh serta tulang. Protein yang kaya silicon merupakan mineral yang membentuk molekul-molekul kompleks yang panjang dan cocok bagi bagian-bagian tubuh yang harus kuat tetapi lentur. Kolagen bekerja bersama serabut protein lainnya yang dinamakan elastin yang memberikan elastisitas pada kulit. Kedua serabut ini secara bersama-sama menentukan derajat kelenturan dan kekuatan pada kulit.

9 14 Gambar 2.5 Serat kolagen dan elastin Lapisan hipodermis adalah jaringan ikat di bawah kulit yang mengandung jaringan lemak, pembuluh darah serta saraf yang berjalan sejajar dengan permukaan kulit. Fungsi jaringan ini sebagai penahan terhadap benturan ke organ tubuh bagian dalam, memberi bentuk pada tubuh, mempertahankan suhu tubuh dan sebagai tempat penyimpan cadangan makanan Kerutan di Wajah Kerutan adalah kondisi dimana kulit wajah tidak lagi elastis dan kencang dan terjadi seiring dengan bertambahnya usia. Kerutan di wajah akan terbentuk terutama pada beberapa titik area wajah seperti di sekitar mata, antara hidung dan mulut, pipi, antara alis dan mata, dahi, garis rahang dan leher. Penyebab kerutan di wajah dapat dipengaruhi oleh beberapa hal, antara lain:

10 15 a. Penyebab intrinsik (faktor dari dalam tubuh) 1. Produksi kolagen dan elastin melambat produksi kolagen dan elastin dalam kulit semakin melambat seiring bertambahnya usia sehingga kulit akan kehilangan kekuatan dan elastisitasnya. 2. Produksi sel kulit baru berkurang Setelah usia tua kulit tidak lagi dapat memperbarui sel-sel yang mati dengan cepat. 3. Pigmen berkurang Sebagai bagian dari proses penuaan, jumlah pigmen yang berisi pigmenpigmen berkurang dan sisanya akan membentuk flek hitam kecil-kecil yang nampak seperti jerawat. 4. Hilangnya lemak Menghilangnya lemak yang terdapat di bawah lapisan kulit menyebabkan hilangnya kekuatan kulit terutama pada pipi dan kelopak mata. Sehingga kulit akan kelihatan jatuh dan mengkerut. Melambatnya aktifitas produksi kelenjar minyak dan keringat juga menyebabkan kulit menjadi kering Berkurangnya lemak dan jaringan penghubung pada kulit menyebabkan sistem pendukung di sekitar pembuluh darah melemah sehingga membuat kulit lebih mudah rusak. 5. Penysutan tulang Penuaan kulit juga disebabkan oleh tulang dalam tubuh manusia mengalami penyusutan dalam jumlah tertentu seiring dengan brtambahnya usia.

11 16 Gambar 2.6 Kerutan di wajah b. Penyebab Ekstrinsik (faktor dari luar tubuh) 1. Radiasi sinar matahari Akumulasi radiasi sinar matahari ke kulit setiap hari dapat menyebabkan penuaan prem tur. Ditandai dengan beberapa hal seperti bintik-bintik, kulit terlihat kasar, kerutan pada kulit, kulit mengelupas, pigmentasi kulit tidak merata dan lain sebagainya. 2. Faktor lingkungan faktor lingkungan seperti polusi, asap, dan kondisi cuaca yang buruk dapat menyebabklan penuaan kulit. Radikal bebas dapat menyebabkan lingkungan menjadi tercemar dan dapat merusak kulit. c. Penyebab mekanis 1. Tek a nan dari aktifitas facial yang berulang-ulang Tek a nan dari aktifitas facial yang berulang-ulang akan mengakibatkan timbulnya garis-garis dan kerutan e pada kulit. Hal i n i disebabkan oleh alur dari bawah permukaan kulit menerima tekanan dari aktifitas facial.

12 17 2. Posisi tidur Tidur dengan posisi wajah di bawah bertumpu pada bantal membentuk kerutan atau garis-garis pada wajah. Lama-kelamaan dapat garis- garis ini akan menjadi kerutan permanen. 3. Rokok Merokok menyebabkan perubahan biokimia pada tubuh yang dapat membuat kulit menua lebih cepat dari biasanya. Menghisap batang rokok dapat membentuk kerutan pada bibir dan dagu. 2.3 Kelistrikan Saraf Kecepatan rangsangan pada suatu sel saraf didasari oleh ukuran diameter saraf dan jenis serabut saraf yang dilalui. Jika ukuran diameter saraf semakin besar maka kemampuan menghantar rangsangan akan lebih cepat daripada sserat saraf yang berdiameter kecil. Dari jenis serabut saraf maka dibagi kedalam serabut saraf bermielin dan tidak bermielin. Mielin adalah lapisan lemak yang menyelubungi sel saraf pada bagian akson, karena mielin bersifat isolator maka sel saraf yang bermielin kemampuan mengantar listrik sangat rendah. Oleh karena hal tersebut perambatan impuls melalui akson bermielin disebut perambatan saltatorik yaitu perambatan dengan cara melompati sel saraf yang bermielin. Kecepatan aliran listrik pada serat saraf yang berdiamater dan panjang saraf yang sama sangat tergantung kepada lapisan mielin ini.

13 18 Gambar 2.7 Perambatan listrik pada sel saraf Penghantaran impuls baik y ang berupa rangsang a n ataupun tanggapan melalui serabut saraf (akson) dapat terjadi k a rena adanya perbedaan potensial listrik antar a bagian luar dan bagia n dalam sel. Dalam keadaan istirahat/polarisasi (tidak mendapat impuls) konsentrasi ion Na + l e bih besar di luar sel dari pada di dalam sel. Apabila su a tu rangsangan diberikan terhadap membran sel dengan mempergunakan listrik, mekanik atau zat k imia, butir-butir membran akan berubah da n beberapa ion Na + aka n masuk dari luar sel k e dalam sel. Akibatnya kondisi di dalam sel akan kurang negatif dibandingkan di luar sel. Keadaan seperti ini dikatakan membran sel dalam keadaan depolarisasi. Jika rangsangan tersebut terus diberikan hingga mencapai suatu nilai ambang tert e ntu maka ion-ion Na + akan mengalir ke dalam sel secara cepat dalam jumlah yang banyak. Terjadinya depolarisasi membran secara tiba-tiba disebut potensial aksi. Setelah potensial aksi mencapai puncak maka membran sel dengan cepat mengembalikan ion Na + ke luar sel sehingga mencapai keadaan istirahat kembali (repolarisasi).

14 10 a. b. Gambar 2.8 a. Kondisi membran sel dan grafik saat polarisai b. Kondisi membran sel dan grafik saat depolarisasi Pengaruh Kejut Listrik Terhadap Organ Tubuh Kejut listrik yang mengalir ke dalam tubuh manusia menurut ilmu kedokteran dibagi ke dalam dua bentuk yaitu mikro shock dan makro shock. Mikro Shock merupakan suatu bentuk kejut listrik karena adanya aliran listrik dari arteri yang langsung menuju ke jantung. Hal ini biasa terjadi pada saat penggunaan elektrode untuk pencatatan aktifitas kelistrik jantung dengan menggunakan EKG, liquid filled catteter untuk menyuntikan bahan kontras bagi radiografi, pemasangan elektroda pada alat pacu jantung dan lain sebagainya.

15 20 Gambar 2.9 Mikro shock Makro shock berupa aliran listrik yang terjadi pada permukaan tubuh manusia. Hal ini biasa terjadi karena satu elektrode diletakkan pada tubuh dan elektrode dengan potensial yang berbeda pada bagian tubuh lainnya. Pada dasarnya tubuh manusia memiliki suatu nilai tahanan, sehingga untuk memudahkan arus listrik dari elektrode mengalir biasanya diberikan pasta (gel), karena dengan pemberian pasta akan menurunkan tahanan dan membuat kontak antara elektrode dan tubuh lebih baik. Gambar 2.10 Macro shock Untuk suatu nilai ambang batas arus listrik yang diizinkan melalui tubuh dapat dilihat dalam tabel berikut ini:

16 21 Tabel 2.2 Batas arus yang melewati manusia Batas arus Pengaruh pada tubuh manusia 0 900µA Belum merasakan pengaruh 901µA 1,2 ma Baru terasa adanya arus listrik tapi tidak menimbulkan kejang 1,2 1,6 ma Mulai terasa seakan-akan ada yang merayap didalam tangan 1,6 6,0 ma Tangan sampai kesiku merasa kesemutan 6,0 8,0 ma Tangan mulai kaku, rasa kesemutan makin bertambah 13 15,0 ma Rasa sakit tak tertahankan penghantar masih dapat dilepas 15 20,0 ma Otot tidak sanggup lagi melepaskan penghantar 20 50,0 ma Dapat mengakibatkan kerusakan pada tubuh manusia ,0 ma Batas arus yang dapat menyebabkan kematian 2.4 Elektroda Elektroda berfungsi untuk memindahkan transmisi ion menuju penyalur elektron. Bahan yang dipakai sebagai elektroda adalah metal dan biasanya terbuat dari perak serta tembaga. Apabila sebuah elektroda tembaga serta elektroda perak dicelupkan ke dalam sebuah larutan misalkan larutan elektrolit seimbang cairan badan/tubuh maka akan terjadi perbedaan potensial antara potensial kontak kedua logam tersebut disebut potensial offset elektroda.

17 22 Tabel 2.3 Hubungan logam dan potensial kontak Untuk mendapatkan potensial offset elektroda sekecil mungkin, maka dalam penggunaannya dilapisi pasta atau jelly dan dalam pemilihan bahan elektroda sangat penting terutama bahan elektroda dapat disterilkan (oleh karena pemakaian terus menerus terhadap berbagai penderita) dan tidak mengandung racun. Untuk pilihan utama adalah perak (Ag) dan ditutpi lapisan perak tipis perak Chlorida (AgCl). Jenis elektroda ada beberapa macam khususnya untuk permukaan tubuh ada jenis elektroda metal plate, elektroda suction, elektroda floating, elektroda flexible dan elektroda dry. Masing-masing elektroda tersebut mempunyai kegunaan yang berbeda-beda. Pada alat microcurent treatment yang biasa dipakai adalah metal lifting elektroda. Suatu elektroda dari bahan metal yang diperuntukan khusus bagi terapi pengencangan otot wajah.

18 23 Gambar 2.11Metal lifting elektroda 2.5 Transistor Transistor atau Bipolar junction transistor (BJT) adalah komponen semikonduktor yang tersusun atas tiga material yang dikenal sebagai emitter, basis dan kolektor. Daerah basis merupakan semikonduktor dengan sedikit doping dan sangat tipis bila dibandingkan dengan emitter (doping p aling banyak) maupun kolektor (semikonduktor berdoping sedang). Transistor biasa digunakan sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Gambar 2.12 Bentuk-bentuk fisik transistor Berdasarkan susunan material pembentuknya, transistor dibedak a n kedalam dua jenis. Jenis pertama terdiri dari dua daera h n yang di p isahkan oleh daerah p biasa dikenal dengan transistor jenis npn, dan tipe lainnya terdiri dari dua daerah p

19 24 yang dipisa h kan oleh daerah n, untuk transistor ini dikenal dengan nama transistor pnp. Samb u ngan pn yang menghubungkan daerah basis dan emitter dikenal sebagai sa m bungan ba s is-emiter ( b ase-emitter junction), sedangkan sambungan pn yang menghubungkan daerah basis dan kolektor dikenal sebagai sambungan basis-kolektor (base-collector junction). Gambar 2.13 Simbol transistor tipe PNP dan NPN Simbol transistor bipolar pada kaki emitor terdapat tanda panah yang dari tanda tersebut dapat diketahui bahawa itu merupakan arah arus konvensional. Pada transistor npn tanda panah menuju keluar sedangkan pada transistor pnp tanda panah menuju kedalam Karakteristik Transistor Transistor pada dasarnya tersusun dari dua buah dioda, sedangkan dioda mempunyai bahan pembentuk yang bisa berupa silikon dan germanium. Setiap bahan tersebut mempunyai nilai tegangan bias yang berbeda, dioda jenis silikon besarnya sekitar 0,7 Volt sedangkan dioda jenis germanium sekitar 0,3 Volt. Untuk dapat mengaktifkan dioda maka harus diberikan prategangan maju pada

20 25 anoda yang nilai prategangan tersebut harus sama dengan atau melebihi nilai tegangan biasnya, sedangkan pada katoda diberi prategangan mundur. Gambar 2.14 Dioda pembentuk transistor Melihat karakteristik dioda, oleh karena itu untuk mengaktifkan transistor diberlakukan hal yang sama. Untuk membuktikan karakteristik transistor dapat dilakukan dengan membuat rangkaian seperti di bawah ini. Gambar 2.15 Transistor dengan Prategangan Common Emitter Dari gambar di atas dapat dijelaskan bahwa syarat karakteristik transistor adalah bias basis harus melebihi tegangan potensial barier dari dioda emiter atau dengan kata lain harus diberikan prategangan maju. Sedangkan katoda dari dioda kolektor diberikan prategangan mundur dan harus lebih kecil dari pada tegangan breakdown, hal tersebut menjadikan kolektor sebagai penampung muatan. Pada

21 26 saat basis mendapat prategangan maju sehingga kolektor dan emitor terhubung tertutup, maka seluruh muatan dari kolektor akan terbuang menuju emitor dan kembali ke ground. Didapatkanlah kurva karakteristik yang menggambarkan hubungan antara I C dan V CE dengan I B sebagai parameter serta empat buah daerah operasi yaitu daerah jenuh (saturas ), daerah aktif, daerah potong (cut-off) dan daerah breakdownserta garis beban transistor. Gambar 2.16 Kurva karakteristik transistor Daerah Aktif terletak di antara daerah saturasi dan daerah cut-off yang merupakan daerah kerja transistor yang normal, dimana arus I C konstan terhadap berapapun nilai V CE. Dari kurva ini diperlihatkan bahwa arus I C hanya tergantung dari besar arus I B. Daerah kerja ini biasa juga disebut daerah linear (linear region). Jika hukum Kirchoff mengenai tegangan dan arus diterapkan pada loop kolektor (rangkaian CE), maka dapat diperoleh hubungan : V CE = V CC - I C R C... (2.1)

22 27 Dapat dihitung dissipasi daya transistor adalah : P D = V CE.I C... (2.2) Rumus ini mengatakan jumlah dissipasi daya transistor adalah tegangan kolektor-emitor dikali jumlah arus yang melewatinya. Dissipasi daya ini berupa panas yang menyebabkan naiknya temperatur transistor. Umumnya untuk transistor power sangat perlu untuk mengetahui spesifikasi P D max. Spesifikasi ini menunjukkan temperatur kerja maksimum yang diperbolehkan agar transistor masih bekerja normal. Sebab jika transistor bekerja melebihi kapasitas daya P D max, maka transistor dapat rusak atau terbakar. Daerah jenuh (saturasi) adalah keadaan dimana transistor mengalirkan arus secara maksimum dari kolektor ke emitor sehingga transistor seolah-olah terhubung singkat pada hubungan kolektor-emitor. Pada daerah ini transistor dikatakan menghantar maksimum atau nilai Ic = Ic sat, tegangan pada hubungan kolektor-emitor (Vce) = 0 Volt. Daerah potong (cut-off) terjadi apabila tegangan V BE = 0 Volt atau basis dalam keadaan hubung singkat dengan emitor. Yang berarti arus pada basis (I B ) = 0 dan transistor tidak dapat mengalirkan arus dari kolektor ke emitor sehingga I C = 0 (nol). Jika kemudian tegangan V CC dinaikkan perlahan-lahan, sampai tegangan V CE tertentu tiba-tiba arus I C mulai konstan. Pada saat perubahan ini, daerah kerja transistor berada pada daerah cut-off yaitu dari keadaan saturasi (OFF) lalu menjadi aktif (ON). Perubahan ini dipakai pada system digital yang hanya mengenal angka biner 1 dan 0 yang tidak lain dapat direpresentasikan oleh status transistor OFF dan ON.

23 28 Daerah breakdown merupakan daerah yang tidak diharapkan dari kerja transistor karena dapat mengakibatkan transistor rusak. Dari kurva kolektor dapat terlihat jika dioda kolektor diberi prategangan mundur yang melebihi tegangan breakdownnya, arus Ic akan menanjak naik dengan cepat. Nilai tegangan breakdown pada setiap transistor berbeda-beda dan biasanya dicantumkan di dalam data sheet komponen tersebut. Garis beban transistor dapat digambarkan dengan menarik lurus antara titik saturasi dengan titik cut-off. Pada garis beban ini mencakup setiap kemungkinan titik operasi rangkaian. Perpotongan dari garis beban dc dengan arus basis yang dihitung merupakan titik Q dari transistor atau di sebut juga titik kerja atau titik stationer (quiescent point) Transistor sebagai Saklar a. Transistor dalam kondisi terbuka Pada transistor cut off tidak ada arus bocor yang mengalir melalui beban Rc, sehingga besarnya tegangan antara kolektor dan emitter (VCE) adalah : VCC (IC x RC) VCE = 0 VCE = VCC (IC x RC)... (2.3) Karena IC sangat kecil (IC 0) maka tegangan VCE (cut-off) menjadi: VCE (cut-off) = VCC Sedangkan tegangan jatuh pada RC sangat kecil sehingga dapat diabaikan

24 29 Gambar 2.17 Transistor dalam kondisi terbuka b. Transistor dalam kondisi tertutup Bila transistor mendapat tegangan positif pada basisnya, maka transistor akan menjadi saturasi. Ketika transistor berada pada daerah saturasi, maka transistor akan berlaku sebagai saklar tertutup dari kolektor dan emitter. Akibatnya basis mendapat pembiasan (Ib = Ib sat) dan arus mengalir dari kolektor (IC) ke emitter (IE) melalui tahanan beban (RC) sehingga tegangan antara kolektor dan emitter menjadi nol (VCE = 0) maka tegangan jatuh pada beban RC adalah : Vcc = Ic x Rc....(2.4) Arus yang mengalir pada kolektor (Ic) pada saat transistor saturasi adalah Ic =... (2.5) Besar arus basisnya adalah Ib =... (2.6) Kemudian besarnya arus emitter (IE) ditunjukkan dengan persamaan: IE = IC + IB... (2.7)

25 30 Gambar 2.18 Transistor dalam kondisi tertutup 2.6 Transformator Transformator (trafo) pada umumnya banyak di pergunakan untuk sistem tenaga listrik maupun untuk rangkaian elektronik.baik pada sistem tenaga listrik maupun rangkaian elektronika trafo dapat dipergunakan untuk menyalurkan tenaga atau daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan yang rendah atau sebaliknya tanpa mengubah frekuensi. Gambar 2.19 Bentuk Fisik Transformator

26 Konstruksi Transformator Gambar 2.20 Skematik Transformator Umumnya konstruksi transformatorterdiri dari: a. Inti besi, terbuat dari lembaran-lembaran plat besi lunak atau baja silicon yang diklem jadi satu. b. Lilitan, terbuat dari kawat tembaga ( ) yang berukuran kecil yang dililitkan pada plat tersebut. Lilitan ini terdiri dari lilitan primer dan lilitan sekunder. Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan skunder transformator dibedakan menjadi dua jenis yaitu: 1. Transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik rendah menjadi tinggi, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan primer (Ns > Np). 2. Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik tinggi menjadi rendah, transformator ini mempunyai jumlah

27 32 lilitan kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder (Np > Ns). c. System pendingin pada trafo dengan daya yang cukup besar. d. Bushing untuk menghubungkan rangkaian dalam trafo dengan rangkaian luar Prinsip Kerja Transformator Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber arus bolak-balik (AC), maka perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah-ubah (GGM). Medan magnet yang berubah-ubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujungujung kumparan sekunder akan menghasilkan gaya gerak listrik (GGL). Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (mutual inductance). Gambar 2.21Arah arus transformator Seperti yang telah dijelaskan pada bagian konstruksi transformator, bahwa berdasarkan jumlah lilitannya transformator dibedakan menjadi dua jenis yaitu transformator step up dan transformator step down, oleh karena itu dapat dijelaskan bahwa jumlah lilitan memengaruhi tegangan dan arus baik pada bagian

28 33 primer maupun sekunder trafo. Sehingga hubungan antara tegangan, arus, dan jumlah lilitan dapat dinyatakan dalam persamaan berikut ini: Vp Np Is = =... (2.8) Keterangan : Vs Ns Ip Vp = tegangan pada lilitan primer Np = jumlah lilitan primer Ip = arus pada lilitan primer Vs = tegangan pada lilitan sekunder Ns = jumlah lilitan sekunder Is = arus pada lilitan sekunder Dari persamaan 2.8dapat dipahami bahwa jumlah lilitan berbanding lurus dengan besar tegangan dan berbanding terbalik dengan besar arus. 2.7 LCD (Liquid Cristal Display) LCD yang digunakan oleh penulis adalah sebuah display dot matrix dengan karakter 2x16 sehingga kaki-kakinya berjumlah 16 pin. LCD berfungsi untuk menampilkan karakter berupa angka atau huruf dengan lebih baik. Penggunaan LCD diharapkan dapat memberikan informasi yang lebih mudah dimengerti. Modul LCD dot matrix terdiri dari bagian penampil (LCD) yang berfungsi menampilkan karakter dan bagian sistem dalam bentuk mikrokontroller yang terletak di bagian belakang. Fungsi dari mikrokontroller ini yaitu untuk mengatur tampilan LCD serta mengatur komunikasi antara LCD dengan mikrokontroller yang memanfaatkan modul LCD tersebut. Huruf atau angka yang akan ditampilkan di LCD dikirim oleh mikrokontrollerdalam bentuk kode ASCII. Kode tersebut diolah oleh mikrokontroller di dalam LCD dan diterima oleh LCD menjadi titik-titik yang

29 34 terbaca sebagai huruf atau angka. Dengan demikian tugas mikrokontroller pemakai tampilan L C D hanyalah mengirimkan kode-kode ASCII untuk ditampilkan. Gambar 2.22 Bentuk fisik LCD Fungsi Pin LCD Pada LCD 2x16 mempunyai pin dengan fungsi yang berbeda-beda yang ditunjukan pada tabel 2.4 dibawah ini. Tabel 2.4 Fungsi masing-masing pin LCD 2x16 Pin Nama PIN Keterangan / Fungsi 1 Vss/GND Tegangan 0 (nol) volt atau Ground 2 Vcc Tegangan Vcc 3 V EE /Vcontrast Tegangan pengatur kontras pada LCD 4 RS Register select yaitu dengan memberikan logika low (0) sebagai register perintah dan logika high (1) sebagai register data 5 R/W Read/write, pin yang digunakan untuk menentukan mode baca atau tulis dari data yang terdapat pada DB0 DB7.

30 35 Logika low (0) untuk fungsi baca Logika high (1) untuk fungsi tulis 6 E Enable, berfungsi sebagai Enable clock LCD, logika 1 setiap kali pengiriman atau pembacaan data DB0 - DB7 Data Bus line, sebagai jalur komunikasi untuk mengirimkan dan menerima data dari mikrokontroller ke modul LCD VLCD Untuk mengatur kecerahan tampilan (kontras) pada background LCD Fungsi Instruksi dari LCD Beberapa fungsi instruksi baca dan tulis pada LCD, yaitu : 1. Penulisan Data Ke Register Perintah LCD Penulisan data ke Register Perintah dilakukan dengan tujuan mengatur tampilan LCD, inisialisasi dan mengatur Address Counter (AC) maupun Address Data. Kondisi RS berlogika low (0) menunjukkan akses data ke Register Perintah. R/W berlogika low (0) yang menunjukkan penulisan data akan dilakukan. Proses penulisan dapat dilakukan per 4 bit atau 8 bit secara bersamaan dengan diawali sebuah logika high (1) pada E Clock. 2. Pembacaan data Ke Register Perintah LCD Perintah pembacaan data ke Register Perintah LCD berfungsi untuk membaca Address Counter. Untuk melakukan perintah ini RS diatur pada logika low (0) untuk akses ke Register Perintah, R/W diatur pada logika high (1) yang

31 36 menunjukkan proses pembacaan data. Pembacaan dapat dilakukan per 4 bit ataupun 8 bit sekaligus dengan diawali sebuah pulsa berlogika high (1) pada E Clock, pembacaan per 4 bit diawali dengan 4 bit nibble tinggi setelah itu barulah pembacaan 4 bit nibble rendah. 3. Penulisan Data Ke Register Data LCD Penulisan data pada Register Data dilakukan untuk mengirimkan data yang akan ditampilkan pada LCD. Proses diawali dengan memberikan logika high (1) pada pin RS yang menunjukkan akses ke Register Data, kondisi R/W diatur pada logika low (0) yang menunjukkan proses penulisan data. Data 4 bit nibble tinggi dikirim dengan diawali pulsa logika high (1) pada sinyal E Clock dan kemudian diikuti 4 bit nibble rendah yang juga diawali pulsa logika high (1) pada sinyal E Clock. 4. Pembacaan Data Pada Register Data LCD Pembacaan data dari Register Data LCD dilakukan untuk membaca kembali data yang tampil pada LCD. Proses dilakukan dengan memberikan logika high (1) pada pin RS yang menunjukkan adanya akses ke Register Data. Dan pin R/W diatur pada logika high (1) juga yang menunjukkan adanya proses pembacaan data. Pemberian data pada DB7 sampai dengan DB0 diawali dengan pulsa logika high (1) pada E Clock. 2.8 Mikrokontroller ATmega8 Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer lengkap dalam satu serpih (chip). Mikrokontroler lebih dari sekedar sebuah mikroprosesor karena sudah terdapat atau berisikan ROM (Read-Only Memory), RAM (Random

32 37 AccessMemory), port I/O, pencacah/pewaktu, ADC (Analog to Digital converter), DAC (Digital to Analogconverter) dan serial komunikasi. Gambar 2.23 Bentuk fisik IC ATmega8 Mikrokontoler ATmega8 merupakan generasi AVR (Alf and Vegard s RISC Processor) seri mikrokontroller CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer) dan semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. Keuntung arsitektur AVR yaitu mampu mengkombinasikan banyak instruction set dengan seluruh register kerja dengan kegunaan umum. Semua register tersebut dihubungkan dengan ALU, memperbolehkan 2 register bebas untuk mempergunakannya dalam satu perintah tunggal yang dijalankan dalam satu putaran waktu. Dengan arsitektur ini penggunaan kode akan lebih efisien sehingga didapatkan keluaran lebih cepat dari mikrokontroler CISC (Complex Instruction Set Computing) konvensional. Kelebihan lain yang dimiliki oleh jenis AVR adalah jika dalam mode diam CPU akan berhenti tetapi SRAM (Static Random Access Memory), timer atau counter, SPI port, dan sistem interupsi akan tetap berfungsi dengan normal.dalam keadaan mati, isi register akan tersimpan tetapi pembangkit pulsa akan mati, mematikan fungsi chip lainnya sampai interupsi dari luar berikutnya atau

33 38 perangkat keras di-reset. Onchip in-system programmable flash membuat program memori untuk diprogram ulang dalam sistem melalui antarmuka SPI serial atau dengan pemrograman memori non-volatile konvensional. Dengan RISC 8 bit CPU dengan menggabungkan in-system programmable flash dalam sebuah monolitik chip. Secara garis besar mikrokontroler ATmega8 terdiri dari : 1. Saluran I/O sebanyak 23 buah, yaitu Port B, Port C dan Port D. 2. ADC 10 bit sebanyak 6 saluran. 3. Dua buah timer/counter 8 bit dengan kemampuan pembandingan 4. Satu buah timer/counter 16 bit dengan kemampuan pembandingan dan pengambilan. 5. Watchdog Timer dengan osilator internal. 6. SRAM sebesar 1024 byte. 7. Memori Flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write. 8. Unit interupsi internal dan eksternal. 9. Port antarmuka SPI. 10. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat deprogram saat operasi. 11. Antarmuka komparator analog. 12. Port USART untuk komunikasi serial.

34 Arsitektur ATmega8 Gambar 2.24 Blok diagram mikrokontroller ATmega8 Pada AVR status register mengandung beberapa informasi mengenai hasil dari kebanyakan hasil eksekusi instruksi aritmatik. Informasi ini digunakan untuk altering arus program sebagai kegunaan untuk meningkatkan performa

35 40 pengoperasian. Register ini di-update setelah operasi ALU (Arithmetic Logic Unit) hal tersebut seperti yang tertulis dalam datasheet khususnya pada bagian Instruction Set Reference. Dalam hal ini untuk beberapa kasus dapat membuang 10penggunaan kebutuhan instrukasi perbandingan yang telah didedikasikan sertadapat menghasilkan peningkatan dalam hal kecepatan dan kode yang lebih sederhana dan singkat. Register ini tidak secara otomatis tersimpan ketikamemasuki sebuah rutin interupsi dan juga ketika menjalankan sebuah perintah setelah kembali dari interupsi. Namun hal tersebut harus dilakukan melalui software Konfigurasi PinATmega8 Gambar 2.25 Konfigurasi pin ATmega8 Pada gambar 2.25 terlihat bahwa kofigurasi ATmega8 memiliki kemasan 28 pin DIP (Dual In-line Package). Dari gambar diatas dapat dijelaskan fungsi dari masing-masing pin ATmega8 sebagai berikut : 1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai masukan catu daya.

36 41 2. GND merupakan pin Ground. 3. Port B (Port B.0 Port B.7) merupakan pin masukan atau keluaran dua arah dan pin fungsi khusus, seperti yang dilihat pada tabel 2.5 berikut ini: Tabel 2.5 Fungsi khusus Port B Pin PB7 Fungsi Khusus XTAL2 (pin keluaran clock eksternal) TOSC2 (Timer Oscillator Pin2) PB6 XTAL1(pin masukanclock eksternal) TOSC1 (Timer Oscillator Pin1) PB5 PB4 PB3 PB2 PB1 PB0 SCK (SPI Bus Serial Clock) MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output) MOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input) OC2 (Timer/Counter2 Output Compare Match Output) SS (SPI Slave Select Input) OC1B (Timer/Counter1 Output Compare B Match Output) OC1A (Timer/Counter1 Output Compare A Match Output) ICP1 (Timer/Counter1 Input Capture Pin) 4. Port C (Port C.0 Port C.7) merupakan pin masukan atau keluaran dua arah dan pin fungsi khusus, seperti yang dilihat pada tabel 2.6 berikut ini: Tabel 2.6 Fungsi khusus Port C Pin PC6 Fungsi Khusus RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler

37 42 PC5 ADC5 (Analog to Digital Converterinputchannel 5) PC4 ADC4 (Analog to Digital Converterinput channel 4) SDA(TwoWire SerialBus Data Input/Output Line) PC3 ADC3 (Analog to Digital Converterinput channel 3) PC2 ADC2 (Analog to Digital Converterinput channel 2) PC1 ADC1 (Analog to Digital Converterinput channel 1) PC0 ADC0 (Analog to Digital Converterinput channel 0) 5. Port D (Port D.0 Port D.7) merupakan pin masukan atau keluaran dua arah dan pin fungsi khusus, seperti yang dilihat pada tabel 2.7 berikut ini : Tabel 2.7 Fungsi khusus Port D Pin PD7 PD6 PD5 PD4 Fungsi Khusus AIN 1 (Analog Comparator Negative Input) AIN 0 (Analog Comparator Positive Input) T1 (Timer/Counter1 External Counter Input) XCK (USART External Clock Input/Output) T0 (Timer/Counter0 External Counter Input) PD3 PD2 PD1 PD0 INT1 (External Interrupt1 Input) INT2 (External Interrupt2 Input) TXD (USART Output Pin) RXD (USART Input Pin) 6. VCC merupakan pin catu daya tegangan mikrokontroller. 7. GND merupakan pin masukan ground 8. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC. 9. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.

38 Peta Memori ATmega8 Arsitektur AVR mempunyai tiga memori utamayaitu memori flash, memori data dan EEPROM untuk menyimpan data. ATmega8 memiliki 8K byte on-chip In-System Reprogrammable Flash Memory untuk menyimpan program. Karena semua itu intruksi AVR memiliki format 16 atau 32 bit, Flash diatur dalam 8K x 16 bit. Gambar 2.26 Pembagian alamat-alamat memory a. Memori Flash Memori flash adalah memori ROM tempat kode-kode program berada. Kata flash menunjukan jenis ROM yng dapat ditulis dan dihapus secara elektrik. Memori flash terbagi menjadi dua bagian yaitu bagian aplikasi dan bagian boot. Bagian aplikasi adalah bagian kode-kode program apikasi berada. Bagian boot adalah bagian yang digunakan khusus untuk booting awal yang dapat diprogram untuk menulis bagian aplikasi tanpa melalui programmer/downloader, misalnya melalui USART.

39 44 b. Memori Data EEPROM. ATmega18 terdiri dari 512 byte memori data EEPROM 8 bit, data dapat ditulis/dibaca dari memori ini, ketika satu daya dimatikan, data terakhir yang ditulis pada memori EEPROM masih tersimpan pada memori ini, atau dengan kata lain memori EEPROM bersifat nonvolatile. Alamat EEPROM mulai $000 Sampai $1FF. c. Memori Data (SRAM) Memori data adalah memori RAM yang digunakan untuk keperluan program. Memori data terbagi menjadi tiga bagian yaitu : 23 GPR (General Purphose Register) adalah register khusus yang bertugas untuk membantu eksekusi program oleh ALU (Arithmatich Logic Unit), dalam instruksi assembler setiap instruksi harus melibatkan GPR. Dalam bahasa C biasanya digunakan untuk variabel global atau nilai balik fungsi dan nilai-nilai yang dapat memperingan kerja ALU. Dalam istilah processor komputer sahari-hari GPR dikenal sebagai chace memory. I/O register dan Aditional I/O register adalah register yang difungsikan khusus untuk mengendalikan berbagai pheripheral dalam mikrokontroler seperti pin port, timer/counter, usart dan lain-lain. Register ini dalam keluarga mikrokontrol MCS51 dikenal sebagi SFR(Special Function Register).