PROPOSAL PRAKTIKUM MANDIRI ELEKTRONIKA DASARLED DIMMERNama : Arina Nuha RafiuddinNo. Mhs : 37425LABORATORIUM ELEKTRONIKA DASARJURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN TEKNOLOGI INFORMASI FT.UGMYOGYAKARTA2011

I.PENDAHULUANA. DASAR TEORIIC 555 adalah IC timer yang bisa dikonfigurasikan sebagai astable multivibrator. Astable multivibratoradalah sebuah perangkat yang outputnya selalu berganti-ganti dari kondisi HIGH ke LOW (sehinggadinamakan astable). Contoh rangkaiannya :Outputnya adalah seperti iniberdasarkan datasheet waktu saat output HIGH ditentukan dengan rumusT1=0.693( R1+ R2)CSedang waktu ketika LOW ditentukan dengan rumusT2=0.693 R2 Csehingga waktu total adalahT =T1+ T2=0.693(2R1+ R2)CDuty cycle adalah perbandingan waktu HIGH dengan periode total, rumusnyaT1duty cycle=Tcontoh gelombang kotak dengan frekuensi yang seragam namun duty cycle yang berbeda

Bila gelombang kotak tersebut diberikan ke LED, LED akan nyala-padam sesuai duty cycle. Misalkangelombang dengan duty cycle 100% (sama dengan tegangan DC) LED akan menyala dengan kecerahan 100%.Jika gelombang dengan duty cycle 80% yang diberikan, LED akan menyala selama 0.8T (T adalah periodegelombang) dengan kecerahan 100% kemudian padam selama 0.2 T. Jika periode dibuat pendek, mata manusiatidak dapat mengikuti perubahan nyala padam LED, sehingga pada contoh kedua tersebut LED akan kelihatanmenyala selama T dengan tingkat kecerahan 80%.Hal ini yang dimanfaatkan untuk mengatur tingkat kecerahan LED dengan mengatur duty-cycle gelombang kotakdan untuk mengatur duty-cycle adalah dengan mengatur besaran RC.

II.GAMBAR RANGKAIANnb : diagram IC 555 diatas sekedar untuk mempermudah penggambaran. Susunan pin sebenarnya tidak sepertiini. Pin ground tidak ditampakkanIC 555 pada rangkaian diatas dikonfigurasikan sebagai astable multivibrator dengan frekuensi tetapnamun dengan duty cycle yang bisa diubah-ubah dengan mengatur VR1. Lamanya output HIGH dari IC 555ditentukan oleh waktu yang diperlukan untuk men-chargeC1 dari 1/3 Vcc hingga 2/3 Vcc. Sedangkan outputLOW ditentukan oleh waktu yang dibutuhkan untuk men-discharge C1 dari 2/3 Vcc hingga 1/3 Vcc.

Rangkaian diatas adalah jalur yang dilewati arus untuk men-charge C1. Dimulai dari sumber teganganmelewati R1 dan D2, kemudian melewati bagian kanan VR1 (dimisalkan bagian kanan adalah Rx dan bagiankiri adalah Ry sehingga Rx + Ry = VR1) kemudian menuju C1.Jika dianggap D2 ideal, waktu yang dibutuhkanadalahT =0,693 RCnilai 0,693 didapat dari :1Vcc Vcc3t=ln =0.6932Vcc Vcc3terlihat nilai t tidak tergantung besarnya Vcc yaitu tetap 0,693.Karena digunakan model dioda praktis, nilai tperlu dihitung ulang menjadi :1(Vcc0,7) Vcc3t=ln2(Vcc0,7) Vcc3terlihat nilai t dipengaruhi oleh besarnya Vcc. Untuk Vcc 12 Volt, nilai t menjadi 0,793sehingga waktu charging menjadiT =0.793RCT1=0.793( R1+ Rx)C1Sedangkan jalur yang dilewati arus untuk discharging adalahDimulai dari kapasitor menuju Ry dan D1 kemudian ke pin discharge pada IC 555 yang padainternal IC tersebut terhubung ke ground melalui sebuah transistor. Waktu yang dibutuhkan adalahT2=0.793RyC1Periode total satu siklus adalahT =T1+ T2T =0.793(Rx+ Ry+ R1)C1T =0.793(VR1+ R1)C1terlihat bahwa frekuensi osilasi selalu tetap, sekalipun waktu output HIGH dan LOW dapat diubah-ubah. Artinyadengan menaikkan waktu output HIGH juga menurunkan waktu output LOW dan sebaliknya.Duty cycle memiliki rumusT1duty cycle=Tdengan begitu duty cycle osilasi dapat diubah-ubah dengan mengatur VR1Output dari IC dihubungkan ke transistor yang berperan sebagai switch. Saat output IC HIGH, transistorakan saturated sehingga LED dapat menyala, saat output LOW transistor menjadi cut-off dan LED padam.Frekuensi nyala-padam LED dibuat tinggi sehingga LED tidak terlihat berkedap-kedip.

Frekuensi dipilih dengan batas bawah 50 Hz (batas ini dipilih dengan melihat fakta bahwa lampu pijaryang terhubung ke listrik AC tidak terlihat berkedap-kedip) dan batas atas yaitu kemampuan maksimal IC 555dan frekuensi maksimum transistor. Sehingga dipilih frekuensi dalam orde ratusan Hz, yaitu kira-kira 200 Hzatau dengan periode 5ms.Berdasarkan rumusT =0.793(VR1+ R1)C1periode ditentukan oleh VR1, R1 dan C1.Ada banyak kemungkinan nilai VR1,R1 dan C1 yang bisa dipakai.Pedoman yang digunakan adalah nilai resistansi yang relatif besar dan kapasitansi yang relatif kecil denganalasan :1. Resistor (termasuk variable resistor) dengan resistansi besar memiliki harga yang sama dengan resistordengan resistansi kecil, sedangkan kapasitor dengan kapasitansi besar biasanya lebih mahaldibandingkan kapasitor dengan kapasitansi kecil.2. Kapasitor dengan kapasistansi besar biasanya hanya tersedia dalam tipe kapasitor elektrolit. Kapasitorelektrolit memiliki kekurangan yaitu ESR (Equivalent Series Resistant) , leakage-current dan toleransiyang relatif besar dan semakin besar dengan bertambahnya umur kapasitor. ESR ,leakage-current dantoleransi kapasitor mengakibatkan nilai kapasitansi sesungguhnya berbeda dengan nilai yang tertera.Sedang kapasitor dengan kapasitansi kecil dapat memakai kapasitor milar yang relatif lebih baik danstabil.Berdasarkan hal tersebut dipilih nilai R1=1K Ohm, VR1 = 50K Ohm dan C1 = 100nF. Dengan nilai tersebutperiode gelombang adalah6T =0.793(50+ 1)10010 =4.04ms1 3f = 10 =247 Hz4.04Dioda yang dipilih adalah jenis signal dioda. Signal dioda (misal IN4148) dibandingkan dioda penyearah biasa(IN400X) adalah reverse recovery time yang kecil sehingga cocok untuk dioperasikan pada frekuensi yang relatiflebih tinggi. Berdasarkan datasheet, IN4148 memiliki reverse recovery time sebesar 4ns jauh lebih cepatdaripada periode gelombang sebesar 4.04 ms. Arus sentak maksimal 300mA masih diatas arus sentak terbesaryang timbul pada rangkaian, yaitu saat kapasitor mula-mula kosong dan Rx = 0 yang besarnyaVcc 12Isurge= = =12 mAR1 1000Besar R3 dan R4 (Resistor limiter) yang dipilih sedemikian hingga arus yang mengalir ke LED mendekati 20mA (besar yang direkomendasikan untuk LED Super bright) masing-masing LED memiliki Vf kurang-lebih 3.1Volt total 9.3 Volt sehingga nilai resistor limiter adalah :Vcc9.3 2.7R3= = =135Ohm20 20Dibulatkan ke standard nilai resistor yang lebih tinggi yaitu 150 Ohm, sehingga arus nya menjadi 18mATransistor yang digunakan adalah model NPN dengan kemampuan arus maksimal diatas 2x18mA dan frekuensiswitching diatas 247 Hz. Transistor model 2N4904 memiliki arus maksimal 100mA dan frekuensi switchingmaksimal 100 Mhz dapat digunakan.Nilai R2 sedemikian kecil sehingga :IC(sat) 36I B = =0.36mAhFE 100Untuk amannya dipakai nilai I = 1 mABVcc0,7RB= =11.3k Ohm1Dibulatkan kebawah menjadi 10 k Ohm

Rangkain LED-Dimmer ini menggunakan sumber tegangan 12 Volt. Namun sebenarnya dapat juga memakaitegangan yang lebih rendah dengan sedikit perubahan. Batas bawahnya adalah tegangan minimum yangdibutuhkan IC 555 untuk beroperasi yaitu 4.5 Volt untuk tipe TTL dan 2 Volt untuk tipe CMOS. Misalnya jikadioperasikan dari supply 7,5 Volt, susunan LED harus diubah (maksimal 2 LED seri) dan frekuensi output jugaakan berubah.

III.APLIKASI PENGGUNAANLampu dimmer yang biasa dipakai sekarang adalah menggunakan lampu pijar (karena lampu flourescent tidakbisa/tidak cocok untuk di Dimmer akibat rangkaian elektronik di dalamnya). Lampu pijar memiliki kekuranganyaitu boros energi dan menghasilkan panas yang besar sehingga akan sangat tidak cocok jika digunakan sebagailampu meja/lampu belajar. Sedangkan LED memiliki keunggulan lebih hemat energi dan tidak menghasilkanpanas. Serta dibandingkan lampu flourescent LED memiliki keunggulan dapat dioperasikan pada tegangan relatifrendah, bahkan bisa dioperasikan dari battery. Sehingga rangkaian LED-Dimmer ini dapat dipakai sebagaialternatif lampu darurat dengan kemampuan pengaturan tingkat kecerahan (lampu darurat yang kebanyakanberedar sekarang tidak bisa diatur tingkat kecerahannya). Kekurangannya jika dioperasikan dari battery adalahIC TTL 555 membutuhkan arus yang cukup besar, yaitu 10mA bahkan saat tidak beroperasi (padahal arus yangdipakai oleh LED sebesar 36 mA) sehingga battery cepat habis. Solusinya adalah memakai IC CMOS 555 yanghanya membutuuhkan 60 uA bahkan saat beroperasi.

IV.KESIMPULAN1. IC 555 adalah IC timer yang bisa dikonfigurasikan sebagai astable multivibrator yang menghasilkangelombang kotak.2. LED yang diberikan gelombang kotak akan nyala-padam sesuai frekuensi gelombang kotak. Semakintinggi frekuensi LED akan nyala-padam semakin cepat. Hingga pada suatu titik dimana LED yangnyala-padam terlihat menyala secara kontinyu akibat keterbatasan mata dalam melihat benda yangberubah-ubah secara cepat. Contohnya adalah lampu pijar yang beroperasi pada listrik AC dan terlihatmenyala secara kontinyu.3. Tingkat kecerahan LED dapat diatur dengan mengatur besarnya arus yang melewati LED. Cara lainadalah dengan mengaplikasikan gelombang kotak dengan duty cycle yang berbeda-beda4. Duty cycle yang tinggi mengakibatkan LED menyala terang sedangkan duty cycle yang rendahmengakibatkan LED menyala redup.

V.HASIL PENGUJIANPengujian yang dilakukan adalah melihat hubungan nilai VR1 dengan bentuk gelombang pada kapasitor C1 dankolektor pada Q1. Karena VR1 telah disolder pada PCB sehingga tidak bisa dihitung berapa nilai tepatnya VR1maka pengujian diakukan secara kualitatif. Yaitu untuk posisi VR1 hampir tertutup penuh, VR1 pada posisitengah dan VR1 dibuka hampir penuh.A. Pengujian tegangan kapasitor1. VR1 ditutup hampir penuh (Rx 0,Ry 50k)2. VR1 pada posisi tengah-tengah (Rx 25k,Ry 25k)3. VR1 dibuka hampir penuh (Rx 50k,Ry 0)

B. Pengujian tegangan kolektor Q11. VR1 ditutup hampir penuh (Rx 0,Ry 50k)2. VR1 pada posisi tengah-tengah (Rx 25k,Ry 25k)3. VR1 dibuka hampir penuh (Rx 50k,Ry 0)

VI.ANALISA HASIL PENGUJIANHasil pengujian menunjukkan periode gelombang adalah 4,04 ms, sehingga rekuensinya adalah1 3f = 10 =247,524 Hz hasil ini sesuai perhitungan teori 247 Hz4,04A. Pengujian tegangan kapasitorGrafik tegangan kapasitor menunjukkan proses pengisian dan pengosongan kapasitor antara tegangan 1/3Vcc hingga 2/3 Vcc. Proses pengisian dipengaruhi besaran Rx, sedangkan proses pengosongan dipengaruhibesaran Ry sehingga pada nilai Rx 0,Ry 50k proses pengisian sangat cepat sedangkanpengosongannya lambat. Pada Rx 25k,Ry 25k waktu pengisian dan pengosongan relatif sama.Sedangkan pada Rx 50k,Ry 0 waktu pengisian sangat lama dibanding waktu pengosongannya yangsangat cepat.B. Pengujian tegangan kolektor Q1Pada periode pengisian kapasitor, output IC adalah HIGH (idealnya sama dengan Vcc) dan saat periodepengosongan output IC adalah LOW (idealnya 0 volt). Saat output IC HIGH,Q1 mengalami saturasisehingga tegangan kolektor (idealnya) adalah 0 volt. Saat output IC LOW,Q1 mengalami cut-off sehinggategangan kolektor (idealnya) sama dengan Vcc. Dalam hal ini terdapat kekeliruan pembacaan grafik diosiloskop sehingga grafik seharusnya1. Posisi VR1 hampir ditutup penuh2. Posisi VR1 tengah-tengah

3. Posisi VR1 hampir dibuka penuh

VII.KESIMPULAN