Pembuatan alat ini bertujuan untuk mengendalikan kecepatan putaran motor DC Dengan memanfaatkan sistem kendali phase locked loop. Alat ini terdiri dari 5 empat blok rangkaian yaitu: Blok pengatur frekuensi referensi menggunakan IC 4060, Blok pengendali PPL menggunakan IC 4046, Blok multivibrator monostabil menggunakan IC 4538, ekuivalen VCO dan Blok pembagi terprogram menggunakan IC TC9122P. Blok kendali PLL terdiri dari detektor fasa, low pass filter, dan VOC.
A. sistem lingkar fasa terkunci (phase locked loop)
Sistem lingkar fasa terkunci (phase locked loop) adalah suatu rangkaian yang memberikan kemukinan sinyal acuan (referensi) luar mengendalikan frekuensi dan fasa suatu osilator dalam dalam suatu lingkar. Konsep dari sebuah phase locked loop adalah sebuah loop feedback yang VCO secara otomatis tersinkronisasi (terkunci) ke periodic input sinyal. Pengucian dari sistem PLL telah dipakai dalam aplikasi sistem telekomunikasi (seperti frekuensi, amplitude, analog atau digital), clock, dan pengontrol kecepatan motor. Konsep dari PLL itu sendiri mempunyai 3 komponon yang terkait dalam feedback-loop, seperti gambar diagram dibawah ini.
VOC adalah sebuah osilator, yang mempunyai frekuensi (Fosc), output VOC (Vosc), dan sebuah signal masukan (Vi) adalah masukan fasa detektor. Saat loop terkunci disignal masukan (Vi), frekuensi (Fosc) dari keluaran VOC adalah tepet ke frekuansi (Fi) dari signal periodic,
Fosc=Fi
Hal tersebut dapat disebut denagan keadaan terkunci, di dalam fasa detektor dapat dibandingkan beda fasa antara kedua input signal. Keluaran dari fasa detektor terdapat sebuah filter pelewat bawah. Loop tersebut ditutup dengan menghubungkan keluaran filter pelewat bawah ke masukan VOC, yang berarti tegangan keluaran dari filter yang menggerakan VOC.
Hal yang paling mendasar dalam system PPL ini adalah system ini tetap mempertahankan frekuensi yang telah terkunci (Fosc=Fi) antara Vosc dan Vi walaupun frekuensi Fi masukan signal dipengaruhi oleh waktu.
B. Motor DC
Motor DC merupakan mesin listrik arus searah yang merubah energi listrik menjadi energi mekanik. Prinsip kerjanya didasarkan pada hukum Lorentz, yang berbunyi: ’jika sepotong kawat berarus berada didalam medan magnet homogen, maka kawat tersebut akan mengelami gaya tolak yang arahnya ditentukan dengan aturan tangan kiri’
Aturan tangan kiri yang dimadsukan berbunyi: jika tangan kiri kita terbuka dengan ibu jari tegak lurus dengan jari-jari yang lain ditempatkan didilam medan magnet sedemikian rupa sehingga ggm (gaya gerak magnet) menembus telapak tangan, ibu jari merupakan arah gaya sedangkan jari-jari yang lain menunjukan arah arus listrik dalam kawat.
Prinsip kerja dari motor membutuhkan adanya garis-garis gaya medan magnet (fluks), antara kutub yang berada di stator; penghantar yang dialiri arus ditempatkan pada jangkar yang berada dalam medan magnet tadi; lalu pada penghantar timbul gaya yang menghasilkan torsi. Gaya yang dihasilkan oleh arus pada penghantar yang ditempatkan dalam suatu medan magnet tergantung dari hal-hal berikut: kekuatan dari medan magnet, harga dari arus melalui penghantar, dan panjang kawat yang membawa arus.
Didalam motor DC terdapat dua kumparan. Satu kelompok terdapat diarmatur, bagian mesin listrik yang berputar. Koneksi listrik dihubungkan ke armatur dengan konduktor lunak disebut sikat-sikat (brushes) yang kontak dengan konduktor tembaga axial pada batangan armatur disebut komutator. Bagian kelompok lain disebut kumparan medan yang tetap dan menghasilkan medan magnet yang berinteraksi dengan magnet yang dihasilkan oleh kumparan armatur.
Jenis motorDC ini da yang berpenguatan sendiri ini pun bermacam-macam, yaitu: shunt, seri, dan kompon (panjang atau pendek). Torsi yang dibangkitkan oleh motor DC yang memutar jangkarnya tergantung pada fluks yang dihasilkan oleh kutub utama, dan arus yang mengalir pada belitan jangkar (Ia). Kecepatan pada motor DC dapat dikendalikan dengan:
- penggendalian resistansi medan, yang akan merubah besar arus ke kumparan kutubnya sehingga gluks yang dihasilkan bervarisi,
- pengendalian resistansi jangkar, yaitu menyisipkan rheostat pada untai jangkar,
- pengendali tegangan masuk jangkar.
Motor DC yang digunakan pada pembuatan alat ini mempunyai spesifikasi sebagai berikut :
- jenis motor DC yang digunakan adalah jenis motor DC minertia.
- rentang kecepatan motor DC ini 3000 rpm.
- tegangan masukan motor DC ini berkisar pada angka 14.8 V.
- daya masukan motor DC 25.9 W.
Motor DC ini memiliki Rotary Encoder didalamnya, Rotary Encoder berfungsi sebagai pengubah putaran menjadi sebuah putaran pulsa yang dapat diolah, pulsa yang keluar dari Rotary Encoder adalah pulsa digital yang cukup stabil.
C. Kerangka Berpikir
Pengendali kecepatan motor DC Berbasis phase locked loop, ini terdiri dari perancangan rangkaian frekuensi referensi menggunakan IC 4060, rangkain fasa detektor,low pass filter, dan VOC yang termuat dalam sebuah chip IC 4046, multivibrator monostabil menggunakan IC 4538, dan rangkaian pembagi terprogram menggunakan IC TC9122P, tampilan lengkap dari rancangan ini dapat dilihat pada lampiran 1.
Detektor Fasa
Detektor fasa terdapat pada IC 4046 tersusun dari 2 buah fasa komparator, VOC, pengikut sumber, dan sebuah dioda zener. Komparator tersebut memiliki dua buah sinyal input Pca dan PCb input Pca dapat langsung digunakan dengan cara, dikopel ke sinyal tegangan besar atau secara tidak langsung dikopel dengan rangkaian kapasitor untuk sinyal tegangan kecil. Fasa komperator 1 (gerbang EXOR) menghasikan sinyal error digital PC 1out, dan mempertahankan fasa 90 bergantian diantara frekuensi antara Pca dan PCb (disaat duty cycle 50%) fasa komparator 2 menghasilkan sinyal digital error, PC2out dan LD ( load data), dan mempertahankan fasa 0 pergantian diantara Pca dan PCb. Linier VOC menghasilkan sinyal keluaran (VOCout) yang frekuensinya ditentukan oleh tegangan dari masukan VOCin, kapasitor dan resistor dihubungkan ke pin CIa,Cib,R1 dan R2.
Keluaran pengikut sember (SFout) dengan tambahan resistor digunakan pada saat dihubungkan sinyal VOCin tetapi tidak berpengaruh pada prose lainnya. Masukan INHIBIT (INH) saat bernilai 1, VOC tidak berfungsi dan pengikut sumber pengecil konsumsi daya yang dipakai. Dioda zener dapat digunakan untuk menstabilkan tegangan sumber.
Pada keluara komparator fasa 1, jarak dari frekuensi yang PLL tangkap tergantung dari jangkaun low pass filter dan jangkauan dapat dibuat sebesar jarak tangkapanya.
Pembanding fasa 2 adalah sebuah pengontrol-tepian digital memory. Berisi 4 buah flip-flop, pengontrol gerbang dan sebuah 3 state outputnya yang berisikan tipe n dan p. Saat tipe n atau tipe p on maka ia akan pull up ke VDD atau VSS dengan sendirinya.
Jika sinyal masukan frekuensi lebih besar dari komparator sinyal masukan, maka keluaran tipe p akan on setiap waktu, kedua driver tipe p dan n (3 state) off sesuai dengan waktu yang telah diatur jaka sinyal masukan referensi lebih rendah maka, keluaran tipe n akan on, kedua driver tipe p dan n off(3 state) off sesuai dengan waktu yang telah diatur. Jika sinyal masukan frekuansi sama dengan komparator sinyal masukan, tetapi posisi sinyal masukan lebih dahulu dari pada masukan sinyal komparator dalam satu fasa. Jika bentuk siyal masukan komparator lebih dhulu dari pada masukan pada satu fasa, maka keluaran tipe p on untuk sesuai dengan beda fasa.
Detektor fasa adalah sebuah alat yang membandingkan dua buah frekuensi input, menghasilkan keluarn yang dapat mengukur beda fasa. Jika Fin tidk sama dengan Fvoc sinyal fasa error, setelah disaring dan dikuatkan, menyebabkaan frekuensi VOC menyimpang dari Fin jika kondisi sesuai, maka VOC akan cepat tersinkronisasi (lock) menuju Fin dan tetap dengan sinyal input.
Pada keluaran (setelah disaring) detektor fasa berupa sinyal DC dan kontrol masukan VOC adalah ukuran dari frekuensi masukan, dapat diaplikasikan dalam pembuatan dekode sinyal dan deteksi FM keluaran VOC biasanya memiliki nilai yang sama dengan Fin, yang menghasilkan tiruan yang bersih dari Fin, namun tiruanya itu dapat menghasilkan noise. Detektor fasa memiliki penguatan (Kp) sebesar 0,293 V/rad.
Filter Pelewat Bawah (Low Pass Filter)
Rangkaian Low Pass Filter digunakan untuk menapis osilasi yang terjadi saat mengalami over shoot dan over down, selain itu berfungsi untuk meratakan kebisingan keluaran dari rangkain detektor atau komparator fasa jenis IC CMOS 4046 adalah suatu sinyal DC yang besarnya sebanding dengan selisih fasa antara sinyal referensi Fr dan keluaran pembagi terprogram Fo/N. Rangkaian Low Pass Filter.
Osilator Terkemudi Tegangan (Voltage Control Oscillator)
VOC membutuhkan sebuah kapasitor tambahan (CI) dan satu atau dua buah resistor tambahan (R1 dan R2) resistor R1 dan kapasitor C1 menunjukan rentang frekuensi dan VOC mendapatkan frekuensi off set jika dibutuhkan.
Jika terdapat input hi-z pada input berasal dari low pass filter pada pin 10 tersedia pengikut sumber jika digunakan maka diberikan resistor menujukan VSS, jika tidak tersedia / digunakan maka diambang. Output VOC (pin 4) , dapat langsung dihubungkan kekomparator input (pin 3) atau kepembagi frekuensi. Logika low (0) pada inhibit (pin 5) mengatifkan VOC dan pengikut sumber , sementara logika high (1) mengnonaktifkan keduanya.
Rangkaian osilator terkemudian tegangan (VOC) IC PLL CMOS 4046. frekuensi masukan pada low pass filter akan diloloskan hanya yang mempunyai impendasi rendah , dilanjutkan ke VOCin yang akan melewati proses osilasi pulsa sehingga keluaran dipin 4 diatur agar sama dengan frekuensi referensi.
Keluaran pada low pass filter akan menggerakan VOC rentang frekuensi pada keluaran VOC tergantung pada tegangan low pass filter.
Source Follower
Source follower (pengikut sumber) digunakan sebagai masukan untuk VOC jika tidak adanya input lain dari low pass filter.
D. Blok rangkaian frekuesi referensi
Blok rangkaian pada alat penegendali motor DC berbasis digital, akan menghasilkan frekuensi referinsi sebesar 200Hz. Frekuensi ini dihasilkan dari pembagian nilai kristal yang digunakan yaitu sebesar 3,2768 MHz dengan nilai bagi 2n pada IC 4060 dengan satuan Hz.
E. Blok multivibrator monostabil
Multivibrator monostabil digunakan untuk mendapatkan sebuah keluaran dengan nilai duty cycle yang berbeda, namun frekuensi yang sama. Keluaran frekuaensi yang diinginkan harus tetap tetapi Ton hingga mendekati logika high.input dari multivibrator monostabil dihubungkan langsung dengan output VCO.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar