UAS

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Soal Nomor 1

↳ Download File Nomor 1

2. Soal Nomor 2

↳ Download File Nomor 2

3. Soal Nomor 3

↳ Download File Nomor 3

4. Soal Nomor 4

↳ Download File Nomor 4

1. Soal Nomor 1 [Kembali]

Buatlah suatu rangkaian aplikasi penguat dengan op-amp. menggunakan 2 input sensor (analog & digital) dan output seperti motor atau komponen output lainnya.
Jawab: 

gambar rangkaian 1

Penjelasan Rangkaian Sistem Deteksi Gas dan Suhu Otomatis Berbasis Op-Amp

Rangkaian ini merupakan sistem otomatis yang berfungsi untuk mendeteksi gas metana dan suhu ruangan, kemudian mengaktifkan kipas ventilasi apabila salah satu dari parameter tersebut melebihi ambang batas yang ditentukan. Sistem ini menggunakan dua buah sensor, yaitu sensor gas metana (MQ-4) dan sensor suhu (termistor NTC), serta komparator op-amp sebagai pengendali logikanya.

1. Sensor Gas Metana (MQ-4)
Sensor MQ-4 digunakan untuk mendeteksi keberadaan gas metana (CH₄) di udara. Sensor ini diletakkan di dinding dan menghasilkan tegangan analog yang sebanding dengan konsentrasi gas. Tegangan output dari sensor ini kemudian masuk ke input non-inverting pada op-amp yang dikonfigurasikan sebagai komparator.

Jika konsentrasi gas meningkat melebihi ambang batas (yang ditentukan oleh tegangan referensi pada input inverting), maka output op-amp akan menjadi logika HIGH. Hal ini menandakan adanya kebocoran gas dan memicu sistem untuk mengaktifkan kipas ventilasi.

2. Sensor Suhu (NTC Thermistor)
Sensor suhu menggunakan thermistor tipe NTC (Negative Temperature Coefficient), di mana resistansinya menurun ketika suhu meningkat. Sensor ini juga diletakkan di dinding untuk memantau suhu ruangan.

Tegangan yang dihasilkan oleh pembagi tegangan termistor dibandingkan dengan tegangan referensi menggunakan op-amp komparator. Jika suhu melebihi ambang batas (misalnya 30°C), maka tegangan input non-inverting akan lebih tinggi dari inverting, sehingga output op-amp menjadi HIGH dan kipas ventilasi diaktifkan.

3. Komparator Op-Amp
Rangkaian menggunakan dua buah op-amp, masing-masing untuk sensor gas dan sensor suhu. Kedua op-amp ini dikonfigurasi sebagai komparator, yang akan memberikan output HIGH saat kondisi berbahaya terdeteksi.

Output dari kedua komparator dapat digabungkan melalui logika OR menggunakan transistor atau dioda, sehingga jika salah satu sensor aktif, sistem ventilasi tetap akan bekerja.

4. Indikator dan Aktuator
Setiap sensor memiliki indikator LED yang akan menyala jika kondisi abnormal terdeteksi (gas atau suhu tinggi). Output dari op-amp mengendalikan transistor sebagai saklar elektronik, yang selanjutnya mengaktifkan motor DC sebagai kipas ventilasi.

Motor dilengkapi dengan dioda flyback untuk mencegah kerusakan akibat arus balik ketika motor dimatikan secara tiba-tiba.

5. Aplikasi
Rangkaian ini cocok digunakan di berbagai tempat seperti dapur rumah, laboratorium, atau ruangan tertutup lainnya yang berisiko mengalami kebocoran gas atau peningkatan suhu berlebihan. Sistem ini membantu meningkatkan keselamatan dan kenyamanan lingkungan dengan cara otomatis mengaktifkan ventilasi ketika mendeteksi potensi bahaya.

Download File [Disini]

2. Soal Nomor 2 [Kembali]

Buatlah suatu rangkaian aplikasi kontrol greenhouse menggunakan input-input sensor dan output-output seperti motor atau komponen output lainnya. 
Jawab:

gambar rangkaian 2

Penjelasan Rangkaian Pengatur Cahaya Otomatis pada Greenhouse Berbasis LDR dan Op-Amp

Rangkaian ini merupakan sistem otomatis untuk mengatur intensitas cahaya di dalam greenhouse (rumah kaca) menggunakan sensor cahaya (LDR), op-amp sebagai komparator, dan aktuator berupa motor penggerak tirai serta lampu penerangan. Tujuannya adalah memastikan tanaman selalu mendapat cahaya yang cukup, baik dari matahari maupun sumber cahaya buatan.

1. Sensor Cahaya (LDR)

Sensor LDR (Light Dependent Resistor) digunakan untuk mendeteksi tingkat pencahayaan di dalam greenhouse. Sensor ini memiliki karakteristik resistansi yang menurun ketika cahaya meningkat, dan sebaliknya meningkat saat cahaya redup atau malam. Sensor ini dipasang sebagai pembagi tegangan dan menghasilkan tegangan analog yang berubah sesuai intensitas cahaya. Tegangan dari LDR dikirim ke input non-inverting (+) dari op-amp untuk dibandingkan dengan tegangan referensi.

2. Op-Amp Sebagai Komparator

Op-amp dikonfigurasi sebagai komparator non-inverting. Input inverting (-) diberi tegangan referensi tetap (bias tetap), sementara input non-inverting (+) berasal dari LDR.

• Jika intensitas cahaya tinggi (siang hari), tegangan dari LDR lebih kecil dari referensi → output op-amp = LOW

• Jika cahaya rendah (malam atau mendung), tegangan dari LDR lebih besar → output op-amp = HIGH
  Output ini akan digunakan untuk mengendalikan saklar elektronik (transistor) yang mengaktifkan relay.

3. Bagian Output: Relay, Motor, dan Lampu

Output dari op-amp mengendalikan transistor NPN yang berfungsi sebagai saklar untuk mengaktifkan relay. Relay ini kemudian mengontrol dua beban utama:

• Motor Penggerak Tirai Atap
  Motor digunakan untuk membuka tirai atap secara otomatis saat cahaya berlebihan. Saat intensitas cahaya tinggi, sistem akan menutup tirai untuk membatasi masuknya sinar matahari agar suhu dalam greenhouse tidak terlalu tinggi. Sebaliknya, saat cahaya rendah, tirai terbuka agar cahaya dapat masuk secara maksimal.
• Lampu Pemanas (12V)
  Lampu akan menyala otomatis pada malam hari atau saat intensitas cahaya di bawah ambang batas. Hal ini penting agar tanaman tetap mendapat pencahayaan yang cukup untuk proses fotosintesis meskipun tidak ada sinar matahari. Lampu terhubung melalui relay dan hanya aktif ketika output op-amp HIGH.

4. Grafik Respon LDR

Grafik respon LDR menunjukkan bahwa resistansi sensor sangat tinggi saat gelap dan menurun drastis saat terkena cahaya. Karakteristik ini bersifat non-linier dan perlu diperhatikan saat menentukan nilai tegangan referensi untuk komparator agar sistem dapat berfungsi dengan baik.

Download File [Disini]

3. Soal Nomor 3 [Kembali]

Buatlah suatu rangkaian aplikasi kontrol incubator dengan ketentuan: 
 a. Ada sensor analog dan sensor digital
 b. Ada kondisi ≥ 2 sensor untuk suatu output dan kebalikannya. 

Jawab:

gambar rangkain 3

Penjelasan Per Sensor pada Rangkaian Sistem Kontrol Inkubator Otomatis

1. Sensor Gas MQ-2 (Sensor Digital)

Sensor gas MQ-2 digunakan untuk mendeteksi keberadaan gas berbahaya seperti asap, metana, atau karbon monoksida dalam ruang inkubator. Deteksi ini sangat penting untuk menjaga keamanan lingkungan penetasan dan mencegah keracunan embrio akibat zat kimia.

Rangkaian:

• Output digital dari sensor MQ-2 dikirim ke input non-inverting (+) op-amp.

• Op-amp dikonfigurasi sebagai non-inverting amplifier.

• Output op-amp mengendalikan transistor NPN yang mengaktifkan relay.

• Relay akan menyalakan motor penghisap gas dan LED merah sebagai indikator.

Cara Kerja Output:

• Gas terdeteksi:

  • Sensor output HIGH → op-amp aktif → transistor ON → relay ON

  • Motor penghisap gas menyala

  • LED merah menyala sebagai peringatan

• Tidak ada gas:

  • Sensor output LOW → op-amp OFF → transistor OFF → relay OFF

  • Motor dan LED dalam keadaan mati

2. Sensor Suhu Termistor NTC (Sensor Analog)

Sensor suhu menggunakan termistor NTC (Negative Temperature Coefficient) yang berfungsi untuk mengontrol suhu dalam inkubator. Tujuannya adalah menjaga suhu ideal penetasan antara 37–38°C.

Rangkaian:

• Termistor dirangkai dalam pembagi tegangan.

• Tegangan dari sensor masuk ke input inverting (-) op-amp.

• Input non-inverting (+) mendapat tegangan referensi tetap (Vref).

• Op-amp bertindak sebagai komparator suhu.

• Output op-amp mengaktifkan transistor dan relay.

• Relay mengontrol lampu pemanas dan LED biru sebagai indikator.

Cara Kerja Output (Suhu Rendah):

• Suhu terlalu rendah (misalnya < 37°C):

  • Tegangan dari termistor < Vref → op-amp output HIGH

  • Transistor ON → relay aktif → lampu pemanas menyala

  • LED biru menyala

• Suhu terlalu tinggi (misalnya > 39°C):

  • Tegangan dari termistor > Vref → op-amp output LOW

  • Relay dalam keadaan OFF → lampu pemanas mati

  • Namun, dari konfigurasi rangkaian, arus diarahkan ke jalur alternatif yang mengaktifkan motor DC (pompa air) yaitu dari battrai 12 volt

  • Pompa air  mengalirkan udara dingin untuk menurunkan suhu ruangan

  • Proses ini otomatis aktif ketika suhu tinggi, tanpa perlu intervensi manual

Download File [Disini]

4. Soal Nomor 4 [Kembali]

Buatlah suatu rangkaian aplikasi sesuai Tugas Besar anda yang terdiri dari ≥ 5 input sensor(analog & digital) dan output (seperti motor, heater, Fan, lampu dll) dengan melibatkan rangkaian kontrol yang memakai penguat transistor(bias berbeda) dan op-amp.(tipe rangkaian yang berbeda). 

Jawab;

gambar rangakain 4

Penjelasan Sistem Kerja Sensor PIR dan Sensor Suara pada Rangkaian Toilet Otomatis

1. Sensor PIR (Passive Infrared Sensor)

sensor pir dan sound sensor

Fungsi Utama:

Sensor PIR digunakan untuk mendeteksi keberadaan manusia dengan mendeteksi perubahan sinyal inframerah akibat panas tubuh. Saat seseorang masuk ke toilet, PIR akan memberikan sinyal aktif yang menjadi pemicu pertama dalam sistem.

Penjelasan Rangkaian:

Output dari sensor PIR dihubungkan ke input positif (non-inverting) dari op-amp yang dikonfigurasi sebagai komparator. Input negatif (inverting) op-amp diberi tegangan referensi tetap. Saat seseorang terdeteksi, sinyal dari PIR menjadi lebih besar dari tegangan referensi sehingga output op-amp menjadi tinggi (HIGH).

Output dari op-amp ini kemudian mengalir ke basis transistor melalui resistor bias. Transistor berfungsi sebagai saklar, dan ketika aktif akan mengalirkan arus ke kumparan relay. Relay kemudian menutup kontaknya sehingga mengalirkan tegangan ke buzzer. Akibatnya, buzzer berbunyi sebagai sinyal bahwa ada orang di dalam toilet.

Alur Kerja Sensor PIR:

1. PIR mendeteksi gerakan manusia.

2. Sinyal dikirim ke op-amp dan dibandingkan dengan tegangan referensi.

3. Jika lebih tinggi, op-amp memberikan output HIGH.

4. Transistor aktif dan mengalirkan arus ke relay.

5. Relay aktif, buzzer menyala dan mengeluarkan suara.

2. Sensor Suara (Sound Sensor)

sensor pir dan sound sensor

Fungsi Utama:

Sensor suara berfungsi untuk mendeteksi suara dari buzzer. Setelah suara terdeteksi, sensor suara akan mengaktifkan motor penggerak kaca buram (blur) yang bertujuan memberikan privasi tambahan di dalam toilet.

Penjelasan Rangkaian:

Sensor suara menghasilkan tegangan analog yang berubah sesuai dengan intensitas bunyi. Tegangan ini dikirim ke input positif dari op-amp yang dikonfigurasi sebagai komparator. Input negatif op-amp diberi tegangan referensi tetap. Ketika suara buzzer cukup keras, tegangan dari sensor suara melebihi tegangan referensi, maka output op-amp menjadi tinggi (HIGH).

Output dari op-amp ini diteruskan ke basis transistor melalui resistor bias. Transistor bekerja sebagai saklar dan saat aktif, mengalirkan arus ke kumparan relay. Relay kemudian menutup dan mengalirkan tegangan ke motor kaca buram. Motor pun menyala dan membuat kaca menjadi buram, memberikan privasi kepada pengguna toilet.

Alur Kerja Sensor Suara:

1. Suara buzzer terdeteksi oleh sensor suara.

2. Sensor menghasilkan tegangan analog yang masuk ke op-amp.

3. Op-amp membandingkan dengan tegangan referensi.

4. Jika tegangan suara lebih besar, op-amp menghasilkan output HIGH.

5. Transistor aktif, arus mengalir ke relay.

6. Relay aktif, motor kaca buram menyala.

3. Sensor Sentuh (Touch Sensor)

rangakain touch sensor

Fungsi Utama:

    Sensor sentuh digunakan untuk mendeteksi kehadiran tangan pengguna di dekat kloset. Ketika tangan didekatkan pada sensor dalam jarak sekitar 18 cm, maka sistem akan secara otomatis mengaktifkan pompa air atau membuka keran untuk mengalirkan air, serta menyalakan LED indikator sebagai tanda bahwa air sedang keluar.

Penjelasan Rangkaian:

    Sensor touch menghasilkan sinyal digital ketika tangan terdeteksi (jarak cukup dekat). Output sensor ini berupa logika HIGH (tegangan tinggi), dan sinyal tersebut dikirimkan ke input non-inverting dari op-amp. Op-amp dikonfigurasi sebagai non-inverting amplifier, di mana input inverting diberi tegangan referensi yang tetap.

    Ketika output dari sensor touch (yang masuk ke op-amp) lebih besar dari tegangan referensi, maka output op-amp akan menjadi HIGH. Sinyal HIGH dari op-amp ini diteruskan ke basis transistor melalui resistor bias.

    Transistor dikonfigurasi dalam rangkaian self-bias. Ketika transistor aktif, arus dapat mengalir dari kolektor ke emitter. Arus ini akan mengaktifkan relay. Kontak relay kemudian menutup dan menghubungkan aliran listrik ke beban, yaitu pompa air atau katup solenoid yang mengalirkan air dari keran. Selain itu, LED biru juga menyala sebagai indikator bahwa air sedang mengalir.

Alur Kerja Sensor Sentuh:

1. Tangan didekatkan ke sensor (jarak < 18 cm).

2. Sensor menghasilkan output HIGH.

3. Sinyal HIGH masuk ke input non-inverting op-amp.

4. Op-amp menghasilkan output HIGH.

5. Transistor aktif karena mendapat sinyal dari op-amp.

6. Arus mengalir ke relay → relay aktif.

7. Relay menyalakan pompa atau keran air otomatis.

8. LED indikator menyala sebagai tanda bahwa air sedang mengalir.

4. Sensor Gas (MQ-4)

sensor gas dan sensor suhu

Fungsi Utama:
Sensor gas MQ-4 berfungsi untuk mendeteksi keberadaan gas berbahaya seperti gas metana (CH₄) di dalam ruangan toilet. Ketika gas terdeteksi dalam jumlah berbahaya, sistem akan otomatis menyalakan kipas ventilasi untuk mengeluarkan gas dari ruangan, serta menyalakan indikator bahwa ruangan dalam kondisi tidak aman.

Penjelasan Rangkaian:

Sensor MQ-4 menghasilkan tegangan analog yang sebanding dengan konsentrasi gas metana. Tegangan ini masuk ke input non-inverting dan inverting dari op-amp yang dikonfigurasi sebagai Differential Amplifier. Op-amp ini akan menghitung selisih antara dua tegangan input, yaitu:

• Tegangan dari sensor gas (V1)

• Tegangan referensi dari pembagi tegangan (V2)

Ketika V1 > V2 (berarti gas terdeteksi dalam jumlah tinggi), output op-amp menjadi tinggi (HIGH).

Output dari op-amp ini kemudian diberikan ke transistor dengan bias stabil. Transistor bekerja sebagai saklar untuk mengalirkan arus ke relay. Ketika transistor aktif, relay akan menyalakan kipas ventilasi dan LED indikator sebagai tanda peringatan.

Alur Kerja Sensor Gas:

1. Gas metana terdeteksi → sensor menghasilkan tegangan analog tinggi.

2. Op-amp sebagai differential amplifier membandingkan tegangan sensor dengan referensi.

3. Jika V1 > V2 → output op-amp HIGH.

4. Transistor aktif, arus mengalir ke relay.

5. Relay aktif → Kipas ventilasi MENYALA dan LED indikator hidup.

5. Sensor Suhu Ruangan (LM35)

sensor gas dan sensor suhu

Fungsi Utama:

Sensor suhu LM35 digunakan untuk memantau suhu ruangan toilet. Jika suhu mencapai 30°C atau lebih, sistem akan secara otomatis menghidupkan kipas pendingin agar ruangan tidak menjadi terlalu panas dan tetap nyaman bagi pengguna.

Penjelasan Rangkaian:

Sensor suhu LM35 menghasilkan tegangan analog sebesar 10 mV untuk setiap 1°C. Output sensor ini masuk ke input non-inverting op-amp yang dikonfigurasi sebagai komparator. Input inverting op-amp diberi tegangan referensi tetap (sekitar 0.3 V setara 30°C).

Jika tegangan dari LM35 (sebanding dengan suhu) melebihi tegangan referensi, maka output op-amp akan menjadi HIGH.

Output op-amp diteruskan ke basis transistor yang dibias dengan rangkaian self-bias. Ketika transistor aktif, arus akan mengalir ke relay, dan relay akan mengaktifkan kipas pendingin. Selain itu, LED indikator juga menyala sebagai tanda suhu ruangan melebihi batas normal.

Alur Kerja Sensor Suhu:

1. Sensor LM35 membaca suhu ruangan.

2. Jika suhu ≥ 30°C, tegangan sensor melebihi Vref.

3. Op-amp output menjadi HIGH.

4. Transistor aktif, relay ON.

5. Ventilasi akan terbuka dan LED indikator aktif.

6. Sensor Jarak Analog (Infrared Proximity Sensor / Ultrasonik)

sensor jarak(analog)

Fungsi Utama:

Sensor jarak analog digunakan untuk mendeteksi keberadaan tangan di dekat wastafel. Ketika tangan berada dalam jarak tertentu (misalnya <10 cm), sistem akan secara otomatis menghidupkan keran air. Hal ini memungkinkan pengguna mencuci tangan tanpa harus menyentuh apapun, sehingga lebih higienis.

Penjelasan Rangkaian:

Sensor jarak menghasilkan tegangan analog yang nilainya akan menurun ketika tangan mendekat ke sensor. Tegangan dari sensor ini dikirim ke input non-inverting dari op-amp yang dikonfigurasi sebagai komparator. Sementara itu, input inverting diberi tegangan referensi tetap (Vref).

Ketika tangan berada di dekat sensor, tegangan output dari sensor menjadi lebih besar daripada Vref. Ini membuat output op-amp menjadi HIGH.

Output op-amp ini dikirim ke basis transistor NPN yang dibias menggunakan konfigurasi self-bias, yaitu dengan adanya resistor basis dan resistor emitor. Saat transistor aktif, arus mengalir ke relay, dan relay mengaktifkan pompa atau solenoid untuk membuka keran air. Selain itu, LED indikator juga menyala sebagai tanda bahwa sistem sedang bekerja.

Alur Kerja Sensor Jarak:

1. Tangan mendekat ke sensor → tegangan analog naik.

2. Tegangan dari sensor masuk ke input positif op-amp.

3. Tegangan sensor > Vref → output op-amp HIGH.

4. Transistor aktif → arus mengalir ke relay.

5. Relay aktif → keran air otomatis terbuka.

6. LED indikator juga menyala sebagai penanda bahwa air sedang mengalir.

Konfigurasi Tambahan:

• Op-amp: berfungsi sebagai komparator non-inverting, membandingkan tegangan sensor dengan tegangan ambang batas (Vref).

• Transistor: berfungsi sebagai saklar elektronik untuk mengendalikan arus ke relay.

• Relay: mengaktifkan beban berupa pompa air atau valve solenoid.

• LED: sebagai indikator visual bahwa sensor telah merespons.

Berikut adalah penjelasan lengkap untuk Sensor LDR (Light Dependent Resistor) dalam sistem toilet otomatis Anda, ditulis rapi sesuai format sebelumnya agar siap disalin ke laporan atau dokumen:

7. Sensor Cahaya (LDR – Light Dependent Resistor)

pir sensor

Fungsi Utama:

Sensor LDR digunakan untuk mendeteksi kondisi cahaya di luar toilet. Ketika kondisi di sekitar toilet gelap (malam hari), maka sistem akan secara otomatis menyalakan lampu penerangan. Sebaliknya, saat siang hari (terang), lampu akan otomatis mati untuk menghemat energi.

Penjelasan Rangkaian:

Sensor LDR merupakan komponen yang resistansinya menurun ketika terkena cahaya dan meningkat saat gelap. Dalam rangkaian, LDR disusun dalam pembagi tegangan dengan sebuah resistor tetap.

Tegangan hasil pembagi ini dikirimkan ke input non-inverting dari op-amp yang dikonfigurasi sebagai Voltage Follower. Op-amp ini tidak memperkuat sinyal tetapi hanya menyalurkan tegangan input ke output secara langsung (buffer), sehingga tidak terjadi penurunan sinyal akibat beban lanjutan.

Output op-amp kemudian masuk ke basis transistor melalui resistor bias. Transistor dikonfigurasi menggunakan teknik self-bias dan bertugas untuk mengendalikan relay.

Saat gelap, nilai resistansi LDR tinggi → tegangan di input op-amp tinggi → output op-amp tinggi → transistor aktif → relay ON → lampu menyala.

Saat terang, resistansi LDR rendah → tegangan di input op-amp rendah → output op-amp rendah → transistor mati → relay OFF → lampu mati.

Sebuah LED indikator juga dipasang sejajar dengan beban untuk menunjukkan bahwa sistem dalam kondisi aktif (gelap).

Alur Kerja Sensor LDR:

1. LDR mendeteksi intensitas cahaya di lingkungan luar toilet.

2. LDR dan resistor tetap membentuk pembagi tegangan → menghasilkan tegangan input untuk op-amp.

3. Op-amp sebagai voltage follower meneruskan tegangan ke transistor.

4. Saat gelap: tegangan tinggi → transistor aktif → relay aktif → lampu menyala.

5. Saat terang: tegangan rendah → transistor OFF → relay OFF → lampu mati.

6. LED indikator menyala ketika lampu menyala sebagai tanda sistem merespons kegelapan.

Catatan Tambahan:

• Voltage Follower menjaga kestabilan sinyal tanpa memperkuat.

• Relay mengontrol arus besar ke lampu.

• Self-bias transistor memastikan kerja transistor efisien dan stabil.

Download File [Disini]

FILE DOWNLOAD RANGKAIAN

1. SOAL NO 1: Download File [Disini]
2. SOAL NO 2: Download File [Disini]
3. SOAL NO 3: Download File [Disini]
4. SOAL NO 3: Download File [Disini]