37 BAB III KONSEP RANCANGAN 3. Kondisi Saat Ini Saat ini program studi Teknik Elektro belum memiliki alat peraga Hand- Held Metal Detector, yang mana menurut penulis sangat penting untuk menambah wawasan para mahasiswa sebagai bekal untuk melaksanakan On The Job Training. 3.2 Kondisi Yang Diinginkan Maka berdasarkan uraian pada bab-bab sebelumnya, kondisi yang diinginkan untuk meningkatkan wawasan dan pengetahuan mahasiswa program studi Teknik Elektronika adalah dengan menambahkan rancangan alat peraga Hand Held Metal Detector di program studi Teknik Elektro dengan blok diagram sederhananya seperti berikut: Saat ini Yang diinginkan LED BUZZER VIBRATOR Hand Held Metal Detector Modifikasi Hand Held Metal Detector Gambar 3. Kondisi Saat Ini dan Kondisi Yang Diinginkan
38 Sebagaimana telah dijelaskan pada bab-bab sebelumnya, penulis membuat alat peraga Hand-Held Metal Detector sebagai sarana pembelajaran para mahasiswa program studi Teknik Elektro. Penulis telah menguraikan apa yang akan dirancang pada bab tiga bahwa rancangan yang akan dibuat berdasarkan teori-teori yang telah dibahas pada bab dua. Maka berdasarkan teori-teori tersebut, penulis gunakan untuk menjelaskan dalam menentukan nilai dan fungsi dari komponen serta cara kerja dari rangkain yang dibuat. 3.3 Perancangan dan Fungsi Komponen Dalam proses pembuatan rangkaian metal detector ini, dibutuhkan beberapa alat dan bahan yaitu:. Alat dan Bahan : a. Toolkit b. PCB c. Timah d. Solder e. Atracctor/penyedot Timah f. Kabel jumper g. AVO meter 2. Cara Pembuatan Rangkain a. Menyiapkan alat dan bahan. b. Pasang kaki-kaki komponen pada PCB sesuai posisi pada gambar rangkain keseluruhan yang diinginkan dibawah ini.
39 Gambar 3. Rangkaian Keseluruhan Saat Ini ( Sumber : www.googlesearch.handheldmetaldetector.com ) TP 5 TP 2 TP 3 TP 4 TP Gambar 3.2 Rangkaian Keseluruhan yang Diinginkan
40 c. Kemudian solder kaki-kaki komponen dengan menyambungkan kabel-kabel jumper. d. Setelah semua telah selesai dilakukan, periksalah kembali rangkaian yang telah dibuat, apabila terjadi kesalahan maka lakukanlah perbaikan. 3. Fungsi Komponen a. Resistor variable (trimpot) berfungsi untuk mengatur besar kecilnya sensitivitas dari rangkaian sensor ini. b. Resistor 3 dipasang seri dengan resistor 4 berfungsi sebagai voltage divider. c. LED, BUZZER, dan VIBRATOR berfungsi sebagai indikator alarm yang akan dideteksi oleh sensor pada saat ada metal yang lewat. d. Transistor dan 2 berfungsi sebagai swicthing. e. Transistor 3 dan 4 membentuk darlington yang berfungsi sebagai amplifier. f. Supply tegangan yang digunakan adalah sebasar 9 volt. g. VR8 parallel R berfungsi mengecilkan hambatan, tetapi hambatan yang lewat tidak lebih dari nilai VR8. h. Zener diode berfungsi sebagai regulator yaitu untuk menstabilkan tegangan dibawah 6V. i. C3 berfungsi untuk stabilizer dengan Vrating sebesar 6,3V, yaitu untuk memurnikan tegangan DC.
4 j. R5 dan R6 sebagai biasing. 3.4 Perhitungan Rangkaian Prinsip kerja dari rangkaian ini adalah dengan adanya perubahan induksi electromagnetic, maka akan terjadi perubahan gelombang yang tidak sesuai, yang akan dibaca sebagai metal yang melewatinya. Pada standart wave analyzer akan memberitahukan adanya ketidak seimbangan gelombang dan metal detector membantu memberitahu bahwa benda yang lewat itu bersifat logam. Rancangan ini terdiri dari beberapa blok diagram yang akan dibahas, yaitu meliputi : o Rangkaian Sensor Metal o Rangkaian Voltage Divider o Rangkaian Indikator Alarm Pada blok-blok rangkaian di atas, digunakan baterai 9V untuk memberikan suplai tegangan pada tiap-tiap blok rangkaian yang akan dirancang.. Rangkaian Sensor Metal Dengan diketahui : N = jumlah lilitan = 60 r (radius) l = jari-jari lilitan ( dalam cm) = 0,5 cm = panjang kumparan ( dalam cm) = 2,2 cm µ = kumparan tanpa inti (permeabiliti udara) =
Maka kita dapat mencari nilai dari kumparan tersebut dengan menggunakan rumus yang telah disebutkan pada bab II maka didapat, 42 L = L = 0.04µ N 2 r 2 l 0,04 60 2,2 2 0,5 2 L = 4.0 2 3600 0,25 2,2 L = 36 µh 2,2 L = 6,36 µh Maka nilai f adalah, 2π LC 2 3,4 6,36µH 0,022µF 6,28 6,36 0 6 0,022 0 6 6,28 0,35992 0 2 6,28 0,5999 0 6 3,767372 0 6 000000 3,767372
43 265,43 Hz Dan nilai C menjadi, 4π 2 f 2 L 2 4 3,4 (265,43) 2 6,36µH 4 9,85 70,453 6,36µH 6 39,4 70,453 6,36 0 6 2,775 6,36 0 6 45,399 0 22,026 pf 0,022 uf Nilai kapasitansi dan induktansi dari LC tank circuit diatas menghasilkan nilai yang sama dengan kumparan yang satunya, dengan cara memutar variable resistor/trimpot untuk mengatur tegangannya sampai tidak ada lagi alarm. Kondisi ini adalah kondisi awal dari rancangan Hand-Held Metal Detector sebelum digunakan untuk mendeteksi logam. Setelah rancangan ini diatur pada kondisi ini, maka jika terdapat logam di sekitar kumparan maka akan mempengaruhi nilai induktansi dari kumparan sehingga LC tank circuit akan menghasilkan nilai yang tidak sama.
Sebagai contoh kita dekatkan sebuah logam yaitu baja. Ini sama saja seperti kita menghitung nilai induktansi suatu kumparan yang mempunyai inti 44 logam baja. Baja mempunyai permeabilitas bahan (µ) atau sifat bahan yang mengubah jumlah garis medan magnetik yang menembus secara tegak lurus tiap satuan luas. Baja mempunyai permeabilitas sebesar,0026. Maka dengan memasukkan nilai ini pada rumus : L = 0.04µ N 2 r 2 l Maka nilai L menjadi, L = L= 0,04,0026 60 2,2 2 0,5 0,04,0026 3600 0,25 2,2 2 L = 36,0936 2,2 L = 6,40 µh µh Nilai f adalah, 2π LC 2 3,4 6,40µH 0,022µF 6,28 6,40 0 6 0,022 0 6 6,28 0,33604 0 2
45 6,28 0,3608 0 6 2,265824 0 6 000000 2,265824 44,340 Hz Nilai C pun akan ikut berubah, 4π 2 f 2 L 2 4 3,4 (44,340) 2 6,36µH 4 9,85 94,780 6,36µH 6 39,4 94,780 6,36 0 6 7,674 6,36 0 6 25,546 0 7,965 pf 0,079 uf
46 Nilai induktansi dari kumparan sekarang setelah menjadi sedikit lebih besar dari pada kondisi awal. Dengan berubahnya nilai induktansi dari LC tank circuit maka nilai yang dihasilkan LC tank circuit pun akan berubah. Gambar 3.3 Rangkaian Sensor Metal ( Sumber : Hasil Penelitian November 203 )
47 2. Rangkaian Voltage Divider R 3,R 4,Q 2, dan C 3 membentuk konfigurasi amplifier dengan voltage divider biasing, dengan C 3 sebagai stabilizer. Nilai dari komponen-komponen tersebut adalah : R3 = 68 KΩ R4 =... Ω Maka : kita dapat mencari nilai Ibase(Ib), Rbase(Rb) dan Vbase(Vb) Vb Ib = Rb Ib =,52V 8,7Ω Ib = 0,3 A (Ampere) Vb = Vb = Vb = R4 Vcc R3 + R4 0KΩ Vcc 68KΩ + 0KΩ 0KΩ 9V 68KΩ + 0KΩ Vb = 0,28 9V Vb =,52 V (Volt) Rb = Rb = R3 R4 R3 + R4 68KΩ 0KΩ 68KΩ + 0KΩ
48 Rb = 680KΩ 78KΩ Rb = 8,7 Ω (Ohm) Gambar 3.4 Rangkaian Voltage Divider ( Sumber : Hasil Penelitian November 203 ) 3. Rangkaian Indikator Alarm Rangkaian indikator alarm digunakan sebagai alarm untuk memberitahukan bahwa adanya metal yang terdeteksi yang didekatkan pada sensor. Led, buzzer dan vibrator inilah yang akan memberitahukan bahwa metal berada disekitar/zona sensor tersebut.
Inputan dari rangkain voltage divider masuk ke transistor 3 transistor 4 membentuk darlington yang berfungsi sebagai amplifier. Output dari rangkain voltage divider dikuatkan lagi pada rangkaian ini, karena komponen yang digunakan sebagai alarm membutuhkan minimal tegangan,3 V - 2,2 V dan arus minimal,5 ma. Pada kondisi awal, penulis mengukur tegangan dan arus di ketiga indikator bahwa pada saat tidak adanya metal yang terdeteksi, tegangan dan arusnya kecil, dan pada saat ada metal tegangan dan arusnya membesar. Saat sensor mendeteksi adanya metal maka secara langsung indikator mendapatkan tegangan dan arus yang memenuhi titik kerja komponen tersebut, led akan menyala, pada saat yang sama buzzer akan berbunyi dan vibrator akan bergetar. Penulis merancang indikator alarm dengan cara memparallelkan komponen led dan buzzer karena kedua komponen tersebut membutuhkan minimal tegangan dan arus yang sama pada saat bekerja. Menghitung nilai tiap-tiap komponen : R6 = vcc IcQ3 R6 = 9V 27mA R6 = 330Ω 49 R5 + R7 = R5 + R7 = vcc vbe IbQ3 9V 0,7V 0,02mA
50 R5 + R7 = 8,3V 0,02mA R5 + R7 = 392,2KΩ R5 = 2,2 KΩ maka, R7 = 392,2 KΩ - R5 R7 = 392,2 KΩ - 2,2 KΩ = 390 KΩ IcQ3 = IbQ4 = IcQ4, maka : R6 = vcc IcQ4 R6 = 9V 27mA R6 = 330Ω Maka kita dapat mencari nilai dari hfe: hfeq3 = IcQ3 IbQ3 hfeq3 = 27mA 0,02mA hfeq3 = 350 hfeq4 = IcQ4 IbQ4 hfeq4 = 0,027A 0,027A hfeq4 =
5 hfe totalnya adalah : hfe(total) = hfeq3 x hfeq4 hfe(total) = 350 x hfe(total) = 350 Gambar 3.5 Rangkaian indikator alarm Pada saat sensor tidak lagi didekatkan dengan suatu metal, indikator alarm pun secara langung tidak bekerja karena arus dan tegangan yang mengalir tidak mencapai nilai dari kerja komponen tersebut, kerja rangkain kembali ke posisi awal lagi. Komponen D2 hanya berfungsi sebagai pentrigger agar rangkaian indikator alarm tersebut forward ataupun reverse, dan C2 hanya sebagai coupling dari keluaran rangkain voltage divider ke rangkain indikator alarm.
52 E. Cara Kerja Keseluruhan Prinsip kerja dari rangkaian ini adalah ketika ada metal yang melewati kumparan maka ada perubahan nilai kapasitansi dan induktansi pada rangkaian. Dengan adanya perubahan induksi electromagnetic, maka akan terjadi perubahan gelombang yang tidak sesuai, yang akan dibaca sebagai metal yang melewatinya. Pada standart wave analyzer akan memberitahukan adanya ketidak seimbangan gelombang dan metal detector membantu memberitahu bahwa benda yang lewat itu bersifat logam. Nilai kapasitansi dan induktansi dari LC tank circuit diatas menghasilkan nilai yang sama dengan kumparan yang satunya, dengan cara memutar variable resistor/trimpot untuk mengatur tegangannya sampai tidak ada lagi alarm. Kondisi ini adalah kondisi awal dari rancangan Hand-Held Metal Detector sebelum digunakan untuk mendeteksi logam. Setelah rancangan ini diatur pada kondisi ini, jika terdapat logam di sekitar kumparan maka akan mempengaruhi nilai induktansi dari kumparan sehingga LC tank circuit akan menghasilkan nilai yang tidak sama. Ketidak samaan nilai pada kumparan ini membuat trigger ke rangkaian indikator alarm. Rangkaian indikator alarm digunakan sebagai alarm untuk memberitahukan bahwa adanya metal yang terdeteksi yang didekatkan pada sensor. Led, buzzer dan vibrator inilah yang akan memberitahukan bahwa metal berada disekitar/zona sensor tersebut. Saat sensor mendeteksi adanya metal maka secara langsung indikator mendapatkan tegangan dan arus yang memenuhi titik kerja komponen tersebut, led akan menyala, pada saat yang sama buzzer akan berbunyi dan vibrator akan bergetar.
53 Pada saat sensor tidak lagi didekatkan dengan suatu metal, indikator alarm pun secara langung tidak bekerja karena arus yang mengalir tidak mencapai nilai dari kerja komponen tersebut, kerja rangkain kembali ke posisi awal lagi.