BAB II

LANDASAN TEORI

Temperatur merupakan faktor utama yang menentukan keberhasilan mesin penetas

telur,temperature yang diperlukan berkisar antara 38-390C. Untuk hasil yang optimal dalam

Pembuatan mesin penetas telur dengan microcontroler ATmega8535 membutuhkan

beberapa teori penunjang. Teori tersebut akan mempermudah dan mempercepat proses

perancangan alat. Teori penunjang tersebut antara lain mengenai fungsi catu daya, sensor

suhu, prinsip rangkaian mikrokontroller ATmega8535 dan LCD dan IC LM35.

2.1 CATU DAYA

Catu daya merupakan bagian terpenting dalam rangkaian elektronika yang mempunyai

fungsi sebagai penyedia suber tegangan dan arus listrik untuk suatu rangkaian. Pada tugas

akhir ini catu daya diperoleh dari jala-jala listrik 220 VAC 50 Hz dan didistribusikan secara

sejajar ke setiap blok rangkaian dengan keluaran sebesar 0 Volt dan +5 Volt.

Gambar 2.1 Diagram blok catu daya

Penurun

Tegangan

penyearah Filter peregulasi

Tegangan

DC

Tegangan

AC

Sumber tegangan bolak-balik 220 Volt diturunkan oleh rangkaian penurun tegangan

sehingga akan diperoleh tegangan rendah bolak-balik. Kemudian tegangan rendah bolak-

balik akan di searahkan oleh rangkaian penyearah dan akan disaring atau difilter agar

diperoleh tegangan DC yang lebih halus dan tegangan ini akan diumpankan ke peregulasi

untuk memperoleh kestabilan tegangan keluaran. Tegangan yang stabil diperlukan agar

tegangan keluaran yang dibutuhkan tidak terpengaruh dengan adanya perubahan tegangan

jala-jala PLN maupun perubahan pada beban.

2.1.1 Penurun Tegangan

Komponen utama yang bisa digunakan untuk menurunkan tegangan adalah

transformator. Transformator terdiri dari dua buah lilitan yaitu lilitan primer (N1) dan lilitan

sekunder (N2) yang dililitkan pada suatu inti yang saling terisolasi atau terpisah antara satu

dengan yang lain. Besar tegangan pada lilitan primer dan lilitan sekunder ditentukan oleh

jumlah lilitan yang terdapat pada bagian primer dan sekundernya. Dengan demikian

transformator digunakan untuk memindahkan daya listrik pada lilitan primer ke lilitan

sekundernya tanpa adanya perubahan daya.

Gambar 2.2 Simbol transformator (Daryanto, 2001)

N1 N2

V2 V1

Pada transformator berlaku persamaan

V1 : V2 = N1 : N2.....................................................................................(2.1)

Ket: V1 tegangan primer (Volt)

V2 tegangan sekunder Volt)

N1 lilitan primer

N2 lilitan sekunder

Jika besarnya tegangan dan faktor-faktor kerugian yang lain diabaikan, maka besar daya

masukan akan sama dengan daya keluaran

P1 = P2.....................................................................................................(2.2)

V1 . I1 = V2 . I2........................................................................................(2.3)

V1 : V2 = I2 : I1........................................................................................(2.4)

Ket P1 daya primer (watt)

P2 daya sekunder (watt)

I2 arus primer (ampere)

I1 arus sekunder (ampere)

Dari persamaan 2.1 dan persamaan 2.4 dapat dinyatakan hubungan diantara ketiganya

dengan persamaan sebagai berikut

2

2

2

2

1

1

I

I

N

N

V

V..............................................................................(2.5)

berdasarkan persamaan 2.5 dapat disimpulakn bahwa besarnya tegangan yang

muncul pada lilitan berbanding lurus dengan banyaknya lilitan, sedangkan

besarnya arus berbanding dengan banyaknya lilitan.

2.1.2 PENYEARAH

Penyearah digunakan untuk menyearahkan gelombang bolak-balik (AC) yang berasal

dari jaringan jala-jala listrik. Pada modul ini digunakan penyearah gelombang penuh, dan

untuk mendapatkannya dapat dilakukan dengan dua cara yaitu dengan menggunakan dua

buah atau empat dioda jembatan.

D1

D2

RL

CTAC

Gambar 2.3 Penyearah gelombang penuh dengan dua dioda (Malvino, 1997)

AC

RL

Gambar 2.4 Penyearah gelombang penuh dengan dioda jembatan (Malvino,

1997)

Pada penyearah gelombang penuh, sinyal bolak-balik yang disearahkan adalah setengah

periode positif dan setengah periode negatif dari sinyal mas`ukan bentuk gelombang-

gelombang keluaran dari penyearah gelombang penuh dapat dilihat pada gambar 2.5

Gambar 2.5 Bentuk Gelombang Keluaran Penyearah Gelombang Penuh (Malvino, 1997)

Besarnya tegangan maksimum (Vmaks) pada keluaran gelombang penuh dapat dihitung

dalam persamaan dobawah

Vmaks = Vrms . 2 ..............................................................................(2.6)

Ket Vmaks tegangan maksimum (Volt)

Vrms tegangan rata-rata (Volt)

Sedangkan untuk menghitung besarnya tegangan searah (Vdc) pada keluaran penyearah

gelombang penuh dapat dilihat dibawah

Vdc = Vmaks2

.......................................................................................(2.7)

0 2 3 4 5 t(S)

Vout

(V)

Vm

2.1.3 KAPASITOR PENYARING (FILTER)

Penggunaan komponen kapasitor untuk menyaring / memfilter riak-riak gelombang

hasil penyearahan agar didapat gelombang yang halus dan rata.

AC

RL

C

Gambar 2.6 Rangkaian penyearah dengan menggunakan penyaring kapasitor

(Malvino, 1997)

Dari gambar diatas, saat dioda menghantarkan arus, maka kapasitor (C) akan terisi

sesuai dengan bantuk gelombang masukannya. Setelah tegangan masukan mancapai nilai

maksimumnya, tegangan akan tetap dipertahankan jika tidak mendapatkan beban. Dan jika

ada beban tegangan pada kapasitor akan menurun sesuai dengan besarnya beban.

Kapasitor akan terisi pada periode sinyal berikutnya.

Gambar 2.7 Keluaran penyearah gelombang penuh dengan penyaring kapasitor (Malvino,

1997)

Dengan adanya kapasitor tegangan keluaran tidak segera turun walaupun tegangan

masukan sudah larut. Hal ini disebabkan kapasitor memerlukan waktu ( = RC) untuk

mengosongkan muatannya. Jadi semakin besar RL maka waktu yang diperlukan untuk

pengosongan kapasitor semakin lama. Perhitungan ini jiga berlaku pada kapasitor, semakin

besar kapasitansi kapasitor maka semakin lama waktu pengosongan muatannya.

Nilai C dan RL juga menentukan tegangan riak puncak ke puncak (Vrpp), hal ini dapat

dijelaskan dengan persamaaan

V(rpp) = fRLC2

1 . Vmaks....................................................................(2.8)

Vout

(V)

t(S)

Vrpp

0 2 3

Ket Vrpp tegangan riak puncak ke puncak (Volt)

Vmaks tegangan maksimum (Volt)

f frekuensi (Hertz)

RL tahanan beban (ohm)

C kapasitansi (farad)

Dengan demikian dapat dihitung besarnya tegangan searah (Vdc) untuk penyearah

gelombnag penuh dengan kapasitor yaitu

Vdc = Vmaks - 2

Vrpp.............................................................................(2.9)

Berdasar persamaaan 2.9 semakin besar kapasitansi maka Vrpp akan semakin kecil,

dengan demikian bila dibeikan kapasitansi yang cukup besar maka nilai Vrpp dapat

diabaikan.

2.1.4 PENYETABIL

Penyetabil atau regulator adalah rangkaian elektronika yang berfungsi untuk menjaga

tegangan keluaran agar stabil pada setiap perubahan beban. Contoh dari penyetabil adalah

rangkaian terpadu dengan tipe 7805, 7905, 7812, 7912 dan lainnya. IC diatas mempunyai

tiga terminal yaitu masukan, keluaran dan ground. Tegangan keluaran dari rangkaian

terpadu ini bisa dilihat dari dua digit terakhir dari nomor serinya, sedangkan untuk dua digit

depan menunjukkan polaritas tegangan yang dihasilkan. Tipe 7805 menunjukkan polaritas

positif sedangkan tipe 7912 menunjukkan polaritas negatif.

Gambar 2.8 Simbol penyetabil (Data Sheet IC 7805)

Pada modul ini digunakan rangkaian terpadu dengan seri LM 7805, LM 712 dan LM 7912

yang masing-masing menghasilkan tegangan stabil sebesar +5 Volt, +12 Volt dan -12 Volt.

Rangkaian dalam 7805 terdiri dari beberapa macam komponen diantaranya adalah

dioda zener yang digunakan sebagai tegangan acuan, penguat operasional sebagai penguat

tak membalik, tahanan (R2 dan R3) sebagai pembagi tegangan, dan transistor (Q) sebagai

penguat arus. Pada rangkaian pengganti penyetabil ini besarnya tegangan zener

menentukan nilai keluaran tegangan. Tegangan acuan penyetabil masukan ke terminal tak

membalik sebesar Vz yaitu tegangan kerja dari dioda zener. Pada terminal membalik

penguat operasional terdapat tegangan umpan balik (VR3) dari tegangan keluaran (Vout).

Besarnya tegangan umpan balik dapat dihitung sebagai berikut

VR3 = 32

3

RR

R Vout..........................................................................(2.10)

7805

Vin 1 3

2

Gnd

Vout

Jika daya beban naik (RL turun), sehingga tahanan beban akan turun dan arus yang

dibutuhkan oleh beban menjadi besar. Dengan turunnya tahanan beban menyebabkan VR3

menjadi turun, sehingga perbedaan tegangan pada masukan penguat operasional ( V(+) –

V(-) ) bertambah besar yang selanjutnya menyebabkan Vout dari penguat operasional juga

bertambah besar. Peningkatan Vout dari penguat operasional ini menyebabkan arus yang

menuju ke transistor yaitu arus basis (Ib) juga mengalami peningkatan. Sesuai dengan kurva

karakteristik transistor, dengan naiknya Ib maka arus colector (Ic) juga mengalami kenaikan.

Dan dengan naiknya Ic maka Vout yang menuju ke beban juga mengalami kenaikan.

Sebaliknya jika daya beban turun Vout akan naik dan selanjutnya akan menyebabkan VR3

juga naik. Dengan naiknya VR3 membuat perbedaaan tegangan pada masukan penguat

operasional ( (V+) – V(-) ) menjadi kecil sehingga menyebabkan tegangan keluaran dari

penguat operasional juga kecil. Penurunan tegangan ini menyebabkan arus yang menuju ke

transistor (Ib) akan turun dan selanjutnya menyebabkan arus yang menuju ke beban akan

turun. Proses-proses diatas menjadikan tegangan keluaran dari penyetabil akan stabil.

Dalam keadaan stabil maka V(+) akan sama dengan tegangan V(-) dengan demikian

persamaaan tegangan keluarnya dapat dihitung sebagai berikut

V(+)=V(-)....................................................................................(2.11)

Vref = 32

3

RR

R Vout

Vout = 3

32

R

RR Vref

Vout=1+3

2

R

R vref.........................................................................(2.12)

Ket V(+) tegangan masukan penguat operasional (+) Volt

V(-) tegangan masukan penguat operasional (-) Volt

Vref tegangan acuan (Volt)

Vout tegangan keluaran penyetabil (Volt)

2.2 TRANSISTOR

Transistor merupakan salah satu jenis komponen aktif yang banyak digunakan baik

dalam rangkaian analog maupun digital. Transistor yang banyak digunakan adalah transistor

jenis bipolar yang terdiri dari dua jenis yaitu NPN (Negatif-Positif-Negatif) dan NPN (Negatif-

Positif-Negatif). Pada tugas akhir ini digunakan transistor jenis NPN dan PNP yang

difungsukan sebagai penguat arus.

Untuk mengoperasikan transistor harus diketahui dahulu daerah kerjanya. Ada tiga

daerah kerja transistor yaitu

1. Daerah sumbat (cutt-off)

Daerah sumbat merupakan daerah kerja transistor saat mendapat bias arus basis

(Ib) 0. Pada saat daerah ini terjadi bocor dari basis ke emitor (IBEO). Hal yang sama

dapat terjadi pada transistor hubungan kolektor-basis. Jika arus emitor sangat kecil

(Ie=0), emitor dalam keadaan terbuka dan arus mengalir dari kolektor ke basis

(ICBO).

2. Daerah aktif

Daerah aktif terletak antara daerah jenuh dan daerah sumbat. Agar transistor

bekerja pada daerah aktif maka transistor harus mendapat arus basis lebih besar

dari 0 (Ib 0). Dalam keadaan ini keluaran arus kolektor akan berubah sesuai

dengan pemberian aris basisnya.

3. Daerah jenuh

Transistor akan bekerja pada daerah jenuh jika transistor mendapat arus basis lebih

besar dari arus basis maksimal Hal ini mengakibatkan keluaran arus kolektor tidak

bertambah lagi.

Gambar 2.9 Daerah kerja transistor (Malvino, 1997)

Agar dapat digunakan sebagai penguat arus maka transistor harus berada pada

daerah aktif. Selain itu tegangan kolektor-emitor (Vcc) dan tegangan basis-emitor

(VBE) harus berada pada bias maju. Untuk mendapatkan arus penguatan arus yang

tinggi, transistor harus dibuat dalam konfigurasi kolektor bersama (common

collector). Pemberian bias untuk konfigurasi transistor kolektor bersama dapat

dilihat pada gambar dibawah

Daerah

Sumbat

Daerah

Aktif

Daerah

Jenuh

Ic(mA)

LR

Vcc

VCE=VCC VCE(V)

IB7

IB6

IB5

IB4

IB3

IB2

IB1

IB0

Vin

Vcc

Ib

Ic

RLVbb

Ie

Gambar 2.10 Konfigurasi Transistor Kolektor Bersama (Malvino, 1997)

Besarnya penguatan arus (hfe) untuk konfigurasi kolektor bersama merupakan

perbandingan antara arus keluaran (Ie) dan arus masukan (Ib). Sedangkan

perhitungan untuk penguatan arus adalah sebagai berikut

hfe = Ib

Ic...............................................................................................(2.13)

ket hfe penguatan arus

Ie arus emitor (mA)

Ib arus basis (mA)

Karena nilai Ie>>Ib maka diperoleh penguatan arus yang besar. Penguat jenis

kolektor bersama ini digunakan dalam catu daya untuk mencukupi kebutuhan arus

yang cukup besar pada beban.

2.3 MIKROKONTROLER ATMEGA8538

Mikrokontroler ATmega8535 merupakan seri mikrokontroler 8 bit yang berarsitektur

RISC ( Reduce Intruction Set Computing ),inti AVR adalah kombinasi dari berbagai macam

intruksi dengan 32 register serbaguna,register-register tersebut terhubung langsung degan

ALU ( Aritmetic Logic Unit )yang memungkinkan 2 register independen untuk di akses dalam

satu pelaksanaan intruksi dalam 1 suklus detak. Keuntungan dari arsitektur ini adalah kode

program yang lebih efisien,sementara keberhasilan keseluruhan sepuluh kali lebih cepat

dibandingkan dengan CISC ( Complex Intruction Set Computing ) yang konvensional.

Arsitektur Mikrokontroler ATmega8535

Gambar 2.11 Mikrokontroler ATmega8535

Kelengkapan seri AVR disebutkan sebagai berikut :

Saluran I/O sebanyak 32 buah yaitu port A, port B, port C, dan port D.

ADC 10-bit sebanyak delapan saluran

Tiga buah timer atau counter

CPU yang terdiri atas 32 register

Watch dog timer dengan osilator internal

SRAM sebesar 512 byte

Memori flash sebesar 8 kb

Unit interupsi internal dan eksternal

Port antarmuka SPI

EEPROM sebesar 512 byte yang dapat di program saat interupsi

Antarmuka dengan komparator analog

Port USART untuk komunikasi serial

Kecepatan eksekusi di tentukan dari hasil pembangkitan hasil detak pada

osilator internal, detak juga di gunakan sebagai dasar pembangkitan timer,termasuk

fungsi dari timer tersebut adalah PWM ( Pulse Width Modulation ) dan boudrate

untuk komunikasi serial, penggunaan fungsi timer dapat juga di modekan sebagai

sumber interupsi.

ATmega8535 dilengkapi dengan ADC ( Analog to Digital Convertion ) 10 bit

dengan multiplex untuk 8 jalur masukan, dimana ADC juga dapat digunakan sebagai

sumber interupsi. Pemilihan saluran dan proses konversi dilakukan dengan

memberikan data pada register yang berkaitan. Kelengkapan lain adalah untuk fungsi

komunikasi serial dimana terdapat tiga format komunikasi yang dapat di gunakan

yaitu USART ( Universal Synchronous and asynchronous interface ). Semua fasilitas

serial dapat dipergunakan dalam variasi kecepatan transmisi yang sangat bergantung

pada besarnya detak dan pengisian register yang berkaitan

Gambar 2.12 Diagram fungsional ATmega8535

Gambar 2.12 Diagram fungsional ATmega8535

2.4. IC LM 35

LM35 merupakan IC yang digunakan sebagai sensor suhu. IC tersebut

mengubah kondisi suhu lingkungan disekitarnya menjadi sinyal listrik. Sinyal

listrik keluaran LM35 ini memiliki nilai yang sebanding dengan suhu lingkungan

dalam bentuk derajat celcius (ºC). Karakteristik dari sensor suhu LM35 ini

adalah perubahan nilai tahanannya akan semakin besar apabila suhu

lingkungannya semakin rendah dan nilai tahanannya akan menjadi kecil apabila

suhu lingkungannya semakin tinggi.

Beberapa fasilitas yang dimiliki LM35 adalah sebagai berikut :

1. Dikalibrasi secara langsung dalam º Celcius.

2. Ketelitian pengukuran LM35 sangat tinggi mencapai ± ½ ºC pada suhu kamar.

3. Jangkauan temperatur dari -55ºC sampai +150ºC.

4. Setiap perubahan 1ºC akan mempengaruhi perubahan tegangan keluaran

sensor sebesar 10mV.

5. Arus yang mengalir kurang dari 60mA.

Gambar 2.13 Jenis-jenis IC LM35