Sensors and Transducers

                      Sensors and Transducers

Sederhana berdiri sendiri sirkuit elektronik dapat dibuat lampu berkedip berulangkali, memutar catatan musik, tetapi dalam rangkauntuk sirkuit elektronik atau sistem untuk melakukansetiap tugas yang berguna atau fungsi yang dibutuhkan untuk dapat berkomunikasi dengan"dunia nyata" apakah ini adalah dengan membaca sinyal input dari saklar"ON /OFF" atau dengan mengaktifkan beberapa bentuk perangkat output untuk menerangi lampu tunggal dan untuk melakukan hal ini kita menggunakan transduser.

Transduser dapat digunakan untuk merasakan berbagai bentuk energi  yang berbeda seperti gerakan, sinyal-sinyal listrik, energi radiasi, dll energi panas atau magnet, dan ada berbagai jenis kedua input analog dan digital dan perangkat output yang tersedia untuk memilih dari. Jenis masukan atau keluaran transduser yang digunakan, benar-benar  tergantung pada jenis sinyal atau proses yang"merasakan" atau"terkendali" tapi kita bisa mendefinisikan transduser sebagai perangkat yang mengubahsatu kuantitas fisik menjadi yang lain.

Perangkat yang melakukan fungsi input biasanya disebut Sensor karena mereka"rasa" perubahan fisik dalam beberapa karakteristik bahwa perubahan dalam menanggapi beberapa eksitasi, misalnya panas atau kekuatan dan rahasia yang menjadi sinyal listrik. Perangkat yang melakukan fungsi output umumnya disebut Actuators dan digunakan untuk mengontrol beberapa perangk ateksternal, misalnya untuk gerakan.

Kedua sensor dan aktuator seca ra kolektif dikenal sebagai transduser karena mereka digunakan untuk mengubah energi dari satu jenis menjadi energi jenis lain, misalnya, mikrofon (input device) mengubah gelombang suara menjadi sinyal listrik untuk penguat untuk memperkuat, dan pengeras suara (perangkat output) mengubah sinyal listrik kembali ke gelombang suara dan contoh dari jenis sistem I/O diberikan di bawah ini.

Simple Input/Output System using Sound Transducers

Ada berbagai jenis transduser yang tersedia di pasar, dan yang akan digunakan benar-benar tergantung pada kuantitas yang diukur atau dikontrol, dengan jenis yang lebih umum diberikan dalam tabel di bawah ini.

Common Transducers

Quantity being Measured	Input Device (Sensor)	Output Device (Actuator)
Light Level	Light Dependant Resistor (LDR) Photodiode Photo-transistor Solar Cell	Lights & Lamps LED's & Displays Fibre Optics
Temperature	Thermocouple Thermistor Thermostat Resistive temperature detectors (RTD)	Heater Fan
Force/Pressure	Strain Gauge Pressure Switch Load Cells	Lifts & Jacks Electromagnet Vibration
Position	Potentiometer Encoders Reflective/Slotted Opto-switch LVDT	Motor Solenoid Panel Meters
Speed	Tacho-generator Reflective/Slotted Opto-coupler Doppler Effect Sensors	AC and DC Motors Stepper Motor Brake
Sound	Carbon Microphone Piezo-electric Crystal	Bell Buzzer Loudspeaker

Transduser jenis input atau sensor, menghasilkan respon tegangan atausinyal output yang sebanding dengan perubahan kuantitas bahwa mereka mengukur (stimulus). Jenis atau jumlah sinyal keluaran tergantung pada jenis sensor yang digunakan. Tapi pada umumnya, semua jenis sensor dapat digolongkan sebagai dua jenis, baik pasif atau aktif.

Sensor aktif membutuhkan beberapa bentuk daya eksternal untuk beroperasi, disebut sinyal eksitasi yang digunakan oleh sensor untuk menghasilkan sinyal keluaran. Sensor aktif adalah self-menghasilkan perangkat karena sifat mereka sendiri berubah sebagai respons terhadap efek eksternal memproduksi misalnya, tegangan output dari 1 sampai 10V DC atau arus keluaran seperti 4 sampai 20 mA DC.

Sebuah contoh yang baik dari sebuah sensor aktif adalah strain gauge yang pada dasarnya merupakan jaringan jembatan tekanan-sensitif resistif. Tidak menghasilkan sinyal listrik itu sendiri, tetapi dengan melewati arus yang melalui itu (sinyal eksitasi), hambatan listrik dapat diukur dengan variasi dalam mendeteksi arus dan tegangan di atas nya terkait perubahan ini dengan jumlah ketegangan atau kekuatan yang diterapkan.

Tidak  seperti sensor aktif, sensor pasif tidak membutuhkan sumber energi tambahan dan secara langsung menghasilkan sinyal listrik sebagai respon terhadap stimulus eksternal. Misalnya,termokopel atau fotodioda. Sensor pasifsensor langsung yang mengubah sifat fisik mereka, seperti resistensi, kapasitansi atau induktansi dll. Seperti halnya sensor analog, digital Sensor menghasilkan output diskrit mewakili bilangan biner atau digit seperti tingkat logika "0" atau tingkat logika "1".

Analogue and Digital Sensors

Analogue Sensors

Sensor Analog menghasilkan sinyal output yang berkesinambungan atau tegangan yang umumnya sebanding dengan kuantitas yang diukur. Kuantitas fisik seperti Suhu, Kecepatan, Tekanan dll,, Perpindahan Galur semua kuantitas analog karena mereka cenderung terus menerus di alam. Misalnya, suhu cairan dapat diukur dengan menggunakan termometer atau termokopel yang terus merespon perubahan suhusebagai cairan dipanaskan atau di dinginkan.

Thermocouple used to produce an Analogue Signal

Sensor Analog cenderung menghasilkan sinyal keluaran yang berubah lancar dan terus menerus yang sangat kecil nilai sehingga beberapa bentuk amplifikasi diperlukan. Kemudian sirkuit yang mengukur sinyal analog biasanya memiliki respons yang lambat dan / atau akurasi rendah. Juga sinyal analog dapat dengan mudah dikonversi menjadi sinyal digital jenis untuk digunakan dalam sistem mikrokontroler dengan menggunakan analog-ke-digital converter, atau ADC.

Digital Sensors

Seperti  namanya, Sensor digital menghasilkan sinyal output diskrit atau tegangan yang merupakan representasi digital kuantitas yang diukur. Sensor digital menghasilkan sinyal biner output dalam bentuk logika "1" atau logika "0", ("ON" atau"OFF"). Ini berarti bahwa sebuah sinyal digital hanya menghasilkan nilai diskrit (non-kontinyu) yang dapat output  sebagai "sedikit " tunggal, (transmisi serial)  atau dengan menggabungkan bit untuk menghasilkan satu "byte" output (transmisi paralel).

Light Sensor used to produce an Digital Signal

Dalam contoh sederhana kita di atas, kecepatan dari poros berputar diukur dengan menggunakan LED digital / Opto-detektor sensor. Disk yang dipasang pada poros berputar (misalnya, dari motor atau roda robot), memiliki sejumlah slot transparan dalam desain. Sebagai disk berputar dengan kecepatan poros, setiap slot melewati oleh inturn sensor menghasilkan pulsa output yang mewakili logika "1" atau logika "0" tingkat.

Pulsa ini akan dikirim ke sebuah register counter dan akhirnya ke layar output untuk menampilkan kecepatan atau revolusi dari poros. Dengan meningkatkan jumlah slot atau "jendela" dalam disk pulsa lebih banyak output dapat diproduksi untuk setiap revolusi poros. Keuntungan dari ini adalah bahwa resolusi yang lebih besar dan akurasi dicapai sebagai pecahan dari revolusi dapat dideteksi. Kemudian jenis pengaturan sensor juga dapat digunakan untuk kontrol posisi dengan salah satu slot cakram mewakili posisi referensi.

Dibandingkan dengan sinyal analog, sinyal digital atau kuantitas memiliki akurasi yang sangat tinggi dan dapat bersifat terukur dan "sampel" pada clock speed yang sangat tinggi. Keakuratan sinyal digital sebanding dengan jumlah bit yang digunakan untuk mewakili kuantitas terukur. Misalnya, dengan menggunakan prosesor 8 bit, akan menghasilkan akurasi 0,195% (1 bagian dalam 512). Sementara menggunakan prosesor 16 bit memberikan akurasi 0,0015%, (1 bagian dalam 65.536) atau 130 kali lebih akurat. Akurasi ini dapat dipertahankan sebagai jumlah digital dimanipulasi dan diproses sangat cepat, jutaan kali lebih cepat dari sinyal analog.

Dalam kebanyakan kasus, sensor dan sensor lebih khusus analog umumnya memerlukan catu daya eksternal dan beberapa bentuk amplifikasi tambahan atau penyaringan sinyal untuk menghasilkan sinyal listrik yang cocok yang mampu diukur atau digunakan. Salah satu cara yang sangat baik untuk mencapai amplifikasi baik dan penyaringan dalam sirkuit tunggal adalah dengan menggunakan Penguat Operasional seperti yang terlihat sebelumnya.

Signal Conditioning

Seperti yang kita lihat di tutorial Amplifier Operasional, op-amp dapat digunakan untuk menyediakan amplifikasi sinyal ketika terhubung baik dalam konfigurasi pembalik atau non-pembalik. Sinyal analog sangat kecil tegangan yang dihasilkan oleh sensor seperti beberapa mili-volt atau bahkan pico-volt dapat diperkuat berkali-kali oleh rangkaian op-amp sederhana untuk menghasilkan sinyal tegangan yang jauh lebih besar, katakanlah 5v atau 5mA yang kemudian dapat digunakan sebagai sinyal input ke mikroprosesor atau analog-ke-digital berbasis sistem. Oleh karena itu, amplifikasi dari sinyal output sensor harus dibuat dengan gain tegangan hingga 10.000 dan gain arus sampai dengan 1.000.000 dengan amplifikasi sinyal yang linier dengan sinyal output menjadi reproduksi yang tepat dari input, hanya berubah dalam amplitudo.

Kemudian amplifikasi merupakan bagian dari pengkondisian sinyal. Jadi ketika menggunakan sensor analog, umumnya beberapa bentuk amplifikasi (Gain), impedansi pencocokan, isolasi antara input dan output atau mungkin penyaringan (pemilihan frekuensi) mungkin diperlukan sebelum sinyal dapat digunakan dan ini mudah dilakukan oleh Penguat Operasional.

Juga, ketika mengukur perubahan fisik yang sangat kecil sinyal output dari sensor yang dapat menjadi "terkontaminasi" dengan sinyal yang tidak diinginkan atau tegangan yang mencegah sinyal aktual yang diperlukan dari yang diukur dengan benar. Sinyal-sinyal yang tidak diinginkan disebut "Kebisingan". Kebisingan ini atau Interferensi dapat baik sangat berkurang atau bahkan dihilangkan dengan menggunakan pengkondisian sinyal atau teknik penyaringan seperti yang kita bahas dalam tutorial Filter Aktif.

Dengan menggunakan baik Low Pass, atau High Pass atau bahkan Band Lulus menyaring "bandwidth" kebisingan dapat dikurangi untuk meninggalkan hanya sinyal output yang dibutuhkan. Sebagai contoh, banyak jenis masukan dari switch, keyboard atau kontrol manual tidak mampu mengubah keadaan dengan cepat dan begitu rendah-pass filter dapat digunakan. Bila gangguan ini pada frekuensi tertentu, untuk frekuensi listrik misalnya, sempit menolak atau filter Notch dapat digunakan untuk memproduksi filter frekuensi selektif.

Typical Op-amp Filters

Yang beberapa kebisingan acak masih tersisa setelah penyaringan mungkin perlu untuk mengambil beberapa sampel dan kemudian rata-rata mereka untuk memberikan nilai akhir sehingga meningkatkan cara signal-to-noise ratio. Either, amplifikasi baik dan penyaringan memainkan peran penting dalam interfacing mikroprosesor dan elektronik berbasis sistem untuk kondisi"dunia nyata".
Dalam tutorial berikutnya tentang Sensor, kita akan melihat Sensor Posisi yang mengukur posisi dan pemindahan benda-benda fisik yang berarti gerakan dari satu posisi ke posisi lain untuk jarak tertentu atau sudut.

Position Sensors

 Dalam tutorial ini kita akan melihat berbagai perangkat yang digolongkan sebagai Perangkat Input dan karena itu disebut "Sensor" dan khususnya mereka sensor yang Posisi di alam yang berarti bahwa mereka dirujuk ke atau dari beberapa titik tetap atau posisi. Seperti namanya, jenis sensor memberikan "posisi" umpan balik.

Salah satu metode penentuan posisi, adalah menggunakan "jarak", yang bisa menjadi jarak antara dua titik seperti jarak tempuh atau menjauh dari beberapa titik tetap, atau dengan "rotasi" (gerakan sudut). Misalnya, rotasi roda robot untuk menentukan jarak perjalanan sepanjang tanah. Either way, Sensor Posisi dapat mendeteksi pergerakan obyek dalam garis lurus dengan menggunakan Sensor Linear atau dengan gerakan sudut dengan menggunakan Sensor putaran.

The Potentiometer.

Yang paling umum digunakan dari semua "Sensor Posisi", adalah potensiometer karena itu adalah sensor posisi murah dan mudah digunakan. Memiliki kontak wiper terkait dengan poros mekanik yang dapat berupa sudut (rotasi) atau linear (tipe slider) dalam gerakannya, dan yang menyebabkan nilai resistansi antara wiper / slider dan dua koneksi end untuk mengubah memberikan sinyal listrik output yang memiliki hubungan proporsional antara posisi wiper yang sebenarnya di jalur resistif dan nilai hambatannya. Dengan kata lain, resistensi sebanding dengan posisinya.
 

Potensiometer datang dalam berbagai desain dan ukuran seperti jenis yang umum tersedia rotasi bulat atau jenis panjang dan datar slider linier. Ketika digunakan sebagai sensor posisi obyek bergerak terhubung langsung ke poros atau slider dari potensiometer dan tegangan referensi DC diterapkan di dua koneksi tetap luar membentuk unsur resistif. Sinyal tegangan keluaran diambil dari terminal wiper dari kontak geser seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

konfigurasi ini menghasilkan pembagi jenis potensial atau tegangan output rangkaian yang sebanding dengan posisi poros. Kemudian misalnya, jika Anda menerapkan tegangan 10V mengatakan seluruh elemen resistif dari potensiometer tegangan output maksimum akan sama dengan tegangan suplai di 10 volt, dengan tegangan output minimum sama dengan 0 volt. Kemudian wiper potensiometer akan bervariasi sinyal keluaran dari 0 sampai 10 volt, 5 volt dengan menunjukkan bahwa wiper atau slider berada pada setengah jalan-atau posisi tengah.

Potentiometer Construction

Sinyaloutput (Vout) daripotensiometerdiambil darisambunganwiperpusatketika bergerak sepanjangjalurresistif, dansebanding denganposisi sudutdariporos.

Example of a simple Positional Sensing Circuit

Sementara sensor potensiometer resistif posisi memiliki banyak keuntungan: biaya rendah, teknologi rendah, mudah digunakan dll, sebagai sensor posisi mereka juga memiliki banyak kelemahan: pakai karena bagian yang bergerak, akurasi rendah, keterulangan rendah, dan respon frekuensi yang terbatas.

Tapi ada satu kelemahan utama menggunakan potensiometer sebagai sensor posisi. Rentang pergerakan wiper atau slider (dan karenanya sinyal keluaran diperoleh) terbatas pada ukuran fisik dari potensiometer yang digunakan. Misalnya potensiometer giliran tunggal rotasi umumnya hanya memiliki rotasi listrik tetap antara sekitar 240 sampai 330o pot Namun, multi-turn hingga 3600o rotasi listrik juga tersedia. Sebagian besar jenis potensiometer menggunakan film karbon untuk melacak resistif mereka, tetapi jenis elektrik bising (derak pada kontrol volume radio), dan juga memiliki kehidupan mekanik singkat.

Kawat-luka pot juga dikenal sebagai rheostat, dalam bentuk baik kawat lurus atau luka kawat kumparan resistif juga dapat digunakan, namun kawat pot luka menderita masalah resolusi sebagai melompat wiper mereka dari satu segmen kawat ke yang berikutnya menghasilkan logaritma ( LOG) output mengakibatkan kesalahan dalam sinyal output. Ini juga menderita dari kebisingan listrik.

Untuk presisi tinggi aplikasi low noise plastik resistensi elemen film jenis polimer konduktif atau potensiometer jenis cermet sekarang tersedia. Pot ini memiliki gesekan rendah mulus elektrik linier (LIN) jalur resistif memberi mereka suara yang rendah, umur panjang dan resolusi yang sangat baik dan tersedia karena keduanya menyerahkan multi-perangkat dan giliran tunggal. Aplikasi yang umum untuk jenis sensor posisi akurasi yang tinggi dalam joystick permainan komputer, roda kemudi, industri dan aplikasi robot.

Inductive Position Sensors.

Linear Variable Differential Transformer

Salah satu jenis sensor posisi yang tidak menderita masalah keausan mekanis adalah "Linear Diferensial Transformer Variabel" atau LVDT untuk pendek. Ini adalah posisi sensor tipe induktif yang bekerja pada prinsip yang sama seperti transformator AC yang digunakan untuk mengukur pergerakan. Ini adalah perangkat yang sangat akurat untuk mengukur perpindahan linier dan yang output sebanding dengan posisi inti bergerak nya.

Ini pada dasarnya terdiri dari tiga kumparan luka pada tabung hampa mantan, salah satu membentuk kumparan primer dan dua lainnya kumparan membentuk sekunder identik terhubung elektrik bersama dalam seri tetapi 180o keluar dari fase kedua sisi kumparan primer. Sebuah inti besi bergerak lembut feromagnetik (kadang-kadang disebut "angker") yang terhubung ke objek yang diukur, slide atau bergerak naik dan turun dalam tabung. Sebuah referensi tegangan AC kecil yang disebut "eksitasi sinyal" (2 - 20V rms, 2 - 20kHz) diterapkan pada gulungan primer yang inturn menginduksi sinyal EMF ke dua gulungan sekunder yang berdekatan (transformator prinsip).
Jika angker besi inti magnetik lunak adalah persis di tengah tabung dan gulungan, "posisi nol", ggl dua diinduksi ada di dua gulungan sekunder membatalkan satu sama lain karena mereka 180o keluar dari fase, sehingga tegangan output yang dihasilkan adalah nol. Sebagai inti dipindahkan sedikit ke satu sisi atau yang lain dari posisi nol atau nol, tegangan induksi di salah satu sekunder akan menjadi lebih besar daripada sekunder lainnya dan output akan diproduksi.

Polaritas sinyal output tergantung pada arah dan perpindahan dari inti bergerak. Semakin besar gerakan inti besi lunak dari posisi sentral nol yang semakin besar akan menjadi sinyal output yang dihasilkan. Hasilnya adalah tegangan diferensial output yang bervariasi secara linear dengan posisi core. Oleh karena itu, sinyal output memiliki kedua amplitudo yang merupakan fungsi linear dari perpindahan core dan polaritas yang menunjukkan arah gerakan.

Fase dari sinyal output dapat dibandingkan dengan fase eksitasi kumparan primer sehingga sirkuit elektronik yang sesuai seperti Amplifier AD592 Sensor LVDT untuk mengetahui mana setengah dari kumparan magnetik inti dalam dan dengan demikian mengetahui arah perjalanan.

The Linear Variable Differential Transformer

Ketika armature dipindahkan dari satu ujung ke ujung lain melalui posisi tengah output tegangan perubahan dari maksimum ke nol dan kembali ke maksimal lagi tapi dalam proses perubahan sudut fase sebesar 180 derajat itu. Hal ini memungkinkan LVDT untuk menghasilkan sinyal output AC yang besarnya merupakan jumlah gerakan dari posisi tengah dan sudut fase yang merupakan arah gerakan inti.

Sebuah aplikasi khas diferensial sensor variabel linear transformator (LDVT) akan sebagai transduser tekanan, adalah tekanan yang diukur mendorong terhadap diafragma untuk menghasilkan gaya. Pasukan kemudian diubah menjadi sinyal tegangan dibaca oleh sensor.
Keuntungan dari transformator diferensial variabel linear, atau LVDT dibandingkan dengan potensiometer resistif adalah bahwa linearitas, yaitu tegangan output untuk perpindahan yang sangat baik, akurasi yang sangat baik, resolusi yang baik, sensitivitas tinggi serta operasi gesekan. Mereka juga disegel untuk digunakan di lingkungan yang bermusuhan.

Inductive Proximity Sensors

Tipe lain dari sensor induktif umum digunakan adalah Sensor Proximity Inductive juga disebut sensor  Eddy saat ini. Sementara mereka tidak benar-benar mengukur rotasi atau perpindahan sudut mereka terutama digunakan untuk mendeteksi keberadaan benda di depan mereka atau dalam jarak dekat, maka namanya sensor  kedekatan.

Sensor Proximity, non-kontak perangkat yang menggunakan medan magnet untuk deteksi dengan sensor magnetik sederhana menjadi saklar buluh. Dalam sebuah sensor induktif, kumparan adalah luka di sekitar inti besi dalam suatu medan elektromagnetik untuk membentuk loop induktif.
Ketika bahan feromagnetik ditempatkan dalam bidang eddy current dihasilkan sekitar sensor induktif, seperti pelat logam feromagnetik atau sekrup logam, induktansi dari kumparan perubahan signifikan. Kedekatan sensor rangkaian deteksi mendeteksi perubahan ini menghasilkan tegangan output. Oleh karena itu, sensor jarak induktif beroperasi di bawah prinsip listrik Hukum Faraday induktansi.

Inductive Proximity Sensors

Sebuah sensor jarak induktif memiliki empat komponen utama, Osilator yang menghasilkan medan elektromagnetik, kumparan yang menghasilkan medan magnet, rangkaian deteksi yang mendeteksi perubahan di lapangan ketika sebuah benda masuk dan rangkaian output yang menghasilkan sinyal output, baik dengan kontak normal tertutup (NC) atau normal terbuka (NO). Sensor jarak induktif memungkinkan untuk mendeteksi benda-benda logam di depan kepala sensor tanpa kontak fisik obyek itu sendiri terdeteksi. Hal ini membuat mereka ideal untuk digunakan di lingkungan yang kotor atau basah. The "penginderaan" berbagai sensor jarak yang sangat kecil, biasanya 0.1mm ke 12mm.

Rotary Encoders.

Encoder Rotary menyerupai potensiometer disebutkan sebelumnya tetapi non-kontak perangkat optik yang digunakan untuk mengubah posisi sudut dari poros berputar ke kode data analog atau digital. Dengan kata lain, mereka mengkonversi gerakan mekanis menjadi sinyal listrik (sebaiknya digital).

Semua encoders optik bekerja pada prinsip dasar yang sama. Cahaya dari sumber cahaya LED atau infra-merah dilewatkan melalui disk yang berputar dikodekan resolusi tinggi yang berisi pola kode yang diperlukan, baik biner, abu-abu atau kode BCD. Detektor foto memindai disk seperti berputar dan sebuah sirkuit elektronik memproses informasi ke dalam bentuk digital sebagai aliran pulsa output biner yang diberikan kepada counter atau pengendali yang menentukan posisi sudut sebenarnya poros.

Ada dua tipe dasar encoders rotary optik, Encoder dan Incremental Encoder Posisi Absolute.

Incremental Encoder

Encoder Incremental, juga dikenal sebagai encoders kuadratur atau rotary encoder relatif, yang paling sederhana dari dua sensor posisi. Output mereka adalah serangkaian pulsa gelombang persegi yang dihasilkan oleh pengaturan fotosel sebagai disk kode, dengan garis-garis transparan dan gelap merata spasi disebut segmen pada permukaannya, bergerak atau berputar melewati sumber cahaya. Encoder ini menghasilkan aliran pulsa gelombang persegi yang, ketika dihitung, menunjukkan posisi sudut dari poros berputar.

Encoders Incremental memiliki dua output terpisah yang disebut "output quadrature". Kedua output mengungsi pada 90o keluar dari fase satu sama lain dengan arah rotasi poros yang ditentukan dari urutan output.

Jumlah segmen transparan dan gelap atau slot pada disk menentukan resolusi perangkat dan meningkatkan jumlah baris dalam pola meningkatkan resolusi per derajat rotasi. Cakram dikodekan Khas memiliki resolusi hingga 256 pulsa atau 8-bit per rotasi.

The incremental encoder sederhana disebut tachometer. Memiliki satu output gelombang tunggal persegi dan sering digunakan dalam aplikasi searah di mana posisi dasar atau informasi kecepatan hanya diperlukan. The "Quadrature" atau "gelombang sinus" encoder adalah lebih umum dan memiliki gelombang keluaran dua persegi yang biasa disebut saluran A dan saluran B. Perangkat ini menggunakan detektor foto dua, sedikit offset dari satu sama lain dengan 90o sehingga menghasilkan dua sinus yang terpisah dan output kosinus sinyal.

Simple Incremental Encoder

Dengan menggunakan fungsi matematika Arc Tangent sudut poros dalam radian dapat dihitung. Umumnya, disk optik yang digunakan dalam encoders rotary posisi melingkar, maka resolusi output akan diberikan sebagai: θ = 360 / n, dimana n sama dengan jumlah segmen pada disk kode. Kemudian misalnya, jumlah segmen yang diperlukan untuk memberikan incremental encoder resolusi 1o akan: 1o = 360 / n, oleh karena itu, n = 360 jendela, dll Juga arah rotasi ditentukan dengan mencatat channel yang menghasilkan output pertama, baik saluran A atau B memberikan channel dua arah rotasi, A mengarah B atau B memimpin A. susunan ini ditunjukkan di bawah ini.

Incremental Encoder Output

Salah satu kelemahan utama dari encoder stambahan bila digunakan sebagai sensor posisi, adalah bahwa mereka membutuhkan counter eksternal untuk menentukan sudut mutlak poros dalam rotasi tertentu. Jika daya sesaat dimatikan, atau jika encoder melewat kan pulsa karena kebisingan atau disckotor, informasi sudut yang dihasilkan akan menghasilkan kesalahan. Salah satu cara untukmengatasi kelemahan ini adalah dengan menggunakan encoder sposisi absolut.

Absolute Position Encoder

Encoders Posisi Absolute lebih kompleks daripada encoders quadrature. Mereka memberikan kode output yang unik untuk setiap posisi tunggal rotasi menunjukkan posisi dan arah. Disk yang berkode mereka terdiri dari beberapa konsentris "trek" segmen terang dan gelap. Setiap lagu adalah independen dengan detektor foto sendiri untuk secara bersamaan membaca nilai kode posisi yang unik untuk setiap sudut gerakan. Jumlah trek pada disk sesuai dengan "bit" binary-resolusi encoder sehingga encoder 12-bit mutlak akan memiliki 12 lagu dan nilai kode yang sama hanya muncul sekali per revolusi...

4-bit Binary Coded Disc

Salah satu keunggulan utama dari sebuah encoder mutlak adalah non-volatile memori yang mempertahankan posisi yang tepat dari encoder tanpa perlu kembali ke posisi "rumah" jika daya gagal. Encoders rotary Kebanyakan didefinisikan sebagai "satu-turn" perangkat, tetapi perangkat mutlak multi-turn yang tersedia, yang mendapatkan umpan balik selama beberapa revolusi dengan menambahkan kode tambahan disk.

Aplikasi khas encoders posisi absolut dalam hard drive komputer dan CD / DVD drive adalah posisi absolut dari drive membaca / menulis kepala dimonitor atau printer / komplotan untuk secara akurat posisi kepala cetak di atas kertas.

Dalam tutorial tentang Sensor Posisi, kami telah melihat beberapa contoh sensor yang dapat digunakan untuk mengukur posisi atau keberadaan benda-benda. Dalam tutorial berikutnya kita akan melihat sensor yang digunakan untuk mengukur suhu seperti termistor, termostat dan termokopel.

Temperature Sensor Types

Jenis yang paling umum digunakan dari semua sensor adalah mereka yang mendeteksi Suhu atau panas. Jenis sensor suhu bervariasi dari yang sederhana ON / OFF perangkat termostatik yang mengendalikan sistem air panas domestik untuk jenis semikonduktor yang sangat sensitif yang dapat mengontrol tanaman proses kontrol yang kompleks.

Kami ingat dari kelas sains sekolah kami bahwa pergerakan molekul dan atom menghasilkan panas (energi kinetik) dan gerakan semakin besar, semakin banyak panas yang dihasilkan. Sensor suhu mengukur jumlah energi panas atau bahkan dingin yang dihasilkan oleh suatu benda atau sistem, yang memungkinkan kita untuk "masuk akal" atau mendeteksi adanya perubahan fisik bahwa suhu menghasilkan output baik analog atau digital.
Ada berbagai jenis Sensor Suhu tersedia dan semua memiliki karakteristik yang berbeda tergantung pada aplikasi yang sebenarnya mereka. Sensor temperatur terdiri dari dua jenis fisik dasar:
• Contact Jenis Sensor Suhu - Jenis sensor suhu yang diperlukan untuk berada dalam kontak fisik dengan objek yang sedang merasakan dan menggunakan konduksi untuk memonitor perubahan temperatur. Mereka dapat digunakan untuk mendeteksi padatan, cairan atau gas melalui berbagai temperatur.
• Non-kontak Jenis Sensor Suhu - Jenis konveksi menggunakan sensor suhu dan radiasi untuk memonitor perubahan temperatur. Mereka dapat digunakan untuk mendeteksi cairan dan gas yang memancarkan energi radiasi sebagai panas naik dan dingin mengendap ke bawah dalam arus konveksi atau mendeteksi energi radiasi yang dipancarkan dari sebuah objek dalam bentuk radiasi infra-merah (matahari).

Dua tipe dasar dari kontak atau bahkan non-kontak sensor suhu juga dapat sub-dibagi menjadi tiga kelompok berikut sensor, Electro-mekanik, dan elektronik resistif dan ketiga jenis dibahas di bawah ini.

The Thermostat

Thermostat adalah tipe kontak elektro-mekanik sensor suhu atau switch, yang pada dasar nya terdiri dari dua logam yang berbeda seperti nikel, tembaga, tungsten atau aluminium, dll yang terikat bersama untuk membentuk strip Bi-logam. Tingkat ekspansi yang berbeda linear dari dua logam berbeda menghasilkan gerakan lentur mekanik bilastrip yang mengalami panas. Stripbi-logam digunakan sebagai saklar pada termostat dan digunakan secara luas untuk mengontrol elemen pemanas air panas diboiler, tungku, tangki air panas penyimpanan serta dalam sistem radiator pendingin kendaraan.

The Bi-metallic Thermostat

The thermostat consists of two thermally different metals stuck together back to back. When it is cold the contacts are closed and current passes through the thermostat. When it gets hot, one metal expands more than the other and the bonded bi-metallic strip bends up (or down) opening the contacts preventing the current from flowing.

Ada dua jenis utama bi-logam strip didasarkan terutama pada gerakan mereka ketika mengalami perubahan suhu. Ada yang "snap-action" jenis yang menghasilkan seketika "ON / OFF" atau "OFF / ON" tindakan mengetik pada kontak listrik pada suhu titik set, dan lebih lambat "merayap-tindakan" jenis yang secara bertahap mengubah posisi mereka sebagai perubahan suhu.

Snap-tindakan termostat jenis yang umum digunakan di rumah kita untuk mengendalikan suhu titik set oven, setrika, tangki perendaman air panas dan mereka juga dapat ditemukan di dinding untuk mengontrol sistem pemanas domestik.

Jenis Creeper umumnya terdiri dari sebuah kumparan bi-logam atau spiral yang perlahan-lahan mereda atau gulungan-up karena perubahan suhu. Umumnya, creeper jenis bi-logam strip lebih sensitif terhadap perubahan suhu daripada snap standar ON / OFF jenis sebagai strip lebih panjang dan tipis membuat mereka ideal untuk digunakan dalam alat pengukur suhu dan cepat dll

Meskipun sangat murah dan tersedia dalam rentang operasional yang luas, salah satu kelemahan utama dari snap-tindakan termostat tipe standar bila digunakan sebagai sensor suhu, adalah bahwa mereka memiliki berbagai histeresis besar dari saat kontak listrik terbuka sampai ketika mereka menutup lagi. Sebagai contoh, mungkin diatur ke 20oC tetapi tidak dapat membuka sampai 22oC atau dekat lagi sampai 18oC. Jadi kisaran ayunan suhu bisa cukup tinggi. Tersedia secara komersial bi-logam termostat untuk digunakan di rumah memiliki sekrup penyesuaian suhu yang memungkinkan untuk suhu yang diinginkan lebih tepat set-point dan tingkat histeresis untuk menjadi pre-set.

The Thermistor

Termistor ini adalah jenis lain dari sensor suhu, yang namanya adalah kombinasi dari kata-kata Therm-sekutu sensitif res-ISTOR. Thermistor adalah jenis resistor yang mengubah perlawanan fisik dengan perubahan suhu.

 

Termistor umumnya terbuat dari bahan keramik seperti oksida nikel, mangan dilapisi atau kobalt di kaca yang membuat mereka mudah rusak. Keuntungan utama mereka atas snap-tindakan jenis adalah kecepatan mereka merespon setiap perubahan suhu, akurasi dan pengulangan.

Kebanyakan jenis termistor ini memiliki Koefisien Suhu Negatif resistensi atau (NTC), yang merupakan nilai resistansi mereka DOWN dengan peningkatan suhu tetapi beberapa dengan Koefisien Suhu Positif, (PTC), nilai resistansi mereka pergi UP dengan peningkatan Suhu juga tersedia.

Termistor yang dibangun dari bahan semikonduktor jenis keramik menggunakan teknologi logam oksida seperti mangan, kobalt dan nikel, dll Bahan semikonduktor umumnya dibentuk menjadi cakram ditekan kecil atau bola yang tertutup rapat untuk memberikan respon yang relatif cepat untuk setiap perubahan suhu .

Termistor dinilai oleh nilai resistif mereka pada suhu kamar (biasanya pada 25oC), konstanta waktu mereka (waktu untuk bereaksi terhadap perubahan suhu) dan power rating mereka sehubungan dengan arus yang mengalir melalui mereka. Seperti resistor, termistor yang tersedia dengan nilai hambatan pada suhu kamar dari 10 tentang MQ turun ke hanya beberapa Ohms, tapi untuk tujuan penginderaan tipe tersebut dengan nilai-nilai di-ohm kilo umumnya digunakan.

Termistor adalah perangkat resistif pasif yang berarti kita harus lulus arus melalui itu untuk menghasilkan tegangan output yang terukur. Kemudian termistor umumnya dihubungkan secara seri dengan resistor biasing cocok untuk membentuk jaringan pembagi potensial dan pilihan resistor memberikan output tegangan pada beberapa titik suhu yang telah ditentukan atau nilai misalnya:

Example No1

Termistor berikut memiliki nilai resistansi 10 KΩ pada 25 oC dan nilai resistansi dari 100 Ω pada 100 oC. Hitung jatuh tegangan termistor dan karenanya tegangan output (Vout) untuk kedua suhu ketika dihubungkan secara seri dengan resistor 1 kΩ dipower supply 12v.

At 25^oC

At 100^oC

Dengan mengubah nilai resistor tetap R2 (dalam contoh kita 1kΩ) ke potensiometer atau preset, output tegangan dapat diperoleh dengan set point suhu yang telah ditentukan misalnya, 5v output pada 60oC dan dengan memvariasikan potensiometer tingkat output tertentu tegangan dapat diperoleh selama rentang suhu yang lebih luas.

Perlu dicatat, bahwa termistor adalah non-linear perangkat dan nilai-nilai standar mereka tahan pada suhu kamar berbeda antara termistor yang berbeda, yang terutama disebabkan oleh bahan semikonduktor yang mereka terbuat dari. Termistor ini, memiliki perubahan eksponensial dengan suhu dan karena itu memiliki suhu konstan Beta (β) yang dapat digunakan untuk menghitung ketahanan untuk setiap titik suhu tertentu.

Namun, bila digunakan dengan resistor seri seperti dalam jaringan pembagi tegangan atau Whetstone pengaturan Bridge Jenis, arus diperoleh dalam menanggapi tegangan diterapkan ke jaringan pembagi / jembatan linear dengan suhu. Kemudian, tegangan keluaran pada resistor menjadi linear dengan suhu.

Resistive Temperature Detectors (RTD).

Tipe lain dari sensor suhu hambatan listrik adalah Suhu Perlawanan Detector atau RTD. S RTD adalah sensor suhu presisi terbuat dari kemurnian tinggi melakukan logam seperti luka platinum, tembaga atau nikel ke dalam kumparan dan perubahan hambatan listrik yang sebagai fungsi temperatur, mirip dengan termistor. Juga tersedia tipis-film RTD. Perangkat ini memiliki lapisan tipis pasta platinum disimpan ke sebuah substrat keramik putih.

 

Detektor suhu resistif memiliki koefisien temperatur positif (PTC) tetapi tidak seperti termistor output mereka sangat linier menghasilkan pengukuran yang sangat akurat dari suhu. Namun, mereka memiliki kepekaan yang buruk, yang merupakan perubahan suhu hanya menghasilkan perubahan output yang sangat kecil misalnya, 1Ω/oC. Jenis yang lebih umum dari itu RTD terbuat dari platinum dan disebut Platinum Resistance Thermometer atau PRT ini dengan sensor yang paling umum tersedia dari mereka semua Pt100, yang memiliki nilai resistansi standar 100Ω pada 0oC. The downside adalah bahwa Platinum adalah mahal dan salah satu kelemahan utama dari jenis perangkat adalah biaya.

Seperti termistor, RTD ini adalah perangkat pasif dan resistif dengan melewatkan arus konstan melalui sensor suhu adalah mungkin untuk mendapatkan tegangan output yang meningkat secara linear dengan suhu. Sebuah RTD khas memiliki ketahanan dasar sekitar 100Ω pada 0oC, meningkat menjadi sekitar 140Ω pada 100oC dengan rentang temperatur operasi antara -200 sampai +600 oC.

Karena RTD adalah perangkat resistif, kita perlu melewati arus melalui mereka dan memonitor tegangan yang dihasilkan. Namun, setiap variasi dalam perlawanan karena panas diri dari kabel resistif sebagai arus mengalir melalui itu, I2R, (Ohm Hukum) menyebabkan kesalahan dalam pembacaan. Untuk menghindari hal ini, RTD biasanya terhubung ke jaringan Bridge Whetstone yang memiliki menghubungkan kabel tambahan untuk timbal-kompensasi dan / atau koneksi ke sumber arus konstan.

The Termoucouple

Thermocouple adalah sejauh ini merupakan jenis yang paling umum digunakan dari semua perangkat penginderaan temperatur karena kesederhanaan, kemudahan penggunaan dan kecepatan mereka respon terhadap perubahan suhu, terutama karena ukurannya yang kecil. Termokopel juga memiliki kisaran suhu terluas dari semua sensor suhu dari bawah-200oC hingga lebih dari 2000oC.

Termokopel adalah sensor thermoelectric yang pada dasarnya terdiri dari dua persimpangan dari logam berbeda, seperti tembaga dan konstanta yang dilas atau berkerut bersama-sama. Salah satu persimpangan disimpan pada suhu konstan disebut referensi (Dingin) junction, sementara yang lain ukurnya (Hot) junction. Ketika dua persimpangan berada pada temperatur yang berbeda, tegangan dikembangkan di persimpangan yang digunakan untuk mengukur sensor suhu seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Thermocouple Construction

Prinsip operasi dari termokopel sangat sederhana dan dasar. Ketika menyatu bersama persimpangan dari dua logam berbeda, seperti tembaga dan konstanta menghasilkan "termo-listrik" efek yang memberikan perbedaan potensial konstan hanya beberapa milivolt (mV) di antara mereka. Perbedaan tegangan antara dua persimpangan disebut "efek Seebeck" sebagai gradien suhu yang dihasilkan sepanjang kabel melakukan menghasilkan ggl. Kemudian tegangan output dari termokopel adalah fungsi dari perubahan suhu.

Jika kedua persimpangan berada pada suhu yang sama perbedaan potensial di dua persimpangan adalah nol dengan kata lain, tidak ada output tegangan sebagai V1 = V2. Namun, ketika persimpangan yang terhubung dalam rangkaian dan keduanya pada temperatur yang berbeda output tegangan akan terdeteksi relatif terhadap perbedaan suhu antara dua persimpangan, V1 - V2. Perbedaan tegangan akan meningkat dengan suhu sampai persimpangan puncak tingkat tegangan tercapai dan ini ditentukan oleh karakteristik dari dua logam berbeda yang digunakan.

Termokopel dapat dibuat dari berbagai bahan yang berbeda memungkinkan suhu ekstrim antara-200oC ke lebih dari 2.000 oC untuk diukur. Dengan banyak pilihan bahan dan rentang suhu, standar yang diakui secara internasional telah dikembangkan lengkap dengan kode warna termokopel untuk memungkinkan pengguna untuk memilih sensor termokopel yang benar untuk aplikasi tertentu. Kode warna Inggris untuk standar termokopel diberikan di bawah ini.

Thermocouple Colour Codes

Thermocouple Sensor Colour Codes Extension and Compensating Leads
Code Type	Conductors (+/-)	Sensitivity	British BS 1843:1952
E	Nickel Chromium / Constantan	-200 to 900oC
J	Iron / Constantan	0 to 750oC
K	Nickel Chromium / Nickel Aluminium	-200 to 1250oC
N	Nicrosil / Nisil	0 to 1250oC
T	Copper / Constantan	-200 to 350oC
U	Copper / Copper Nickel Compensating for "S" and "R"	0 to 1450oC

Ketiga bahan termokopel yang paling umum digunakan di atas untuk pengukuran temperatur umumnya Besi-konstanta (Tipe J), Tembaga-konstanta (Type T), dan Nikel-Chromium (Type K). Tegangan output dari termokopel adalah sangat kecil, hanya beberapa milivolt (mV) untuk perubahan suhu 10 oC dalam perbedaan suhu dan karena tegangan output kecil beberapa bentuk amplifikasi umumnya diperlukan.

Thermocouple Amplification

Jenis penguat, baik diskrit atau dalam bentuk Amplifier Operasional harus dipilih dengan cermat, karena stabilitas pergeseran yang baik diperlukan untuk mencegah kalibrasi ulang termokopel pada interval yang sering. Hal ini membuat jenis helikopter dan instrumentasi amplifier lebih baik untuk aplikasi temperatur yang paling penginderaan.

Jenis lain dari Sensor Suhu tidak disebutkan di sini termasuk, Sensor Junction Semiconductor, Sensor Radiasi Infra-merah dan Thermal, termometer jenis Medis, Indikator dan Warna Mengubah Tinta atau Pewarna.

Dalam tutorial tentang Jenis Sensor Suhu, kami telah melihat beberapa contoh sensor yang dapat digunakan untuk mengukur perubahan suhu. Dalam tutorial berikutnya kita akan melihat sensor yang digunakan untuk mengukur kuantitas cahaya, seperti dioda, Fototransistor, Sel Photovoltaic dan Resistor Tanggungan Cahaya.

Light Sensors

Sebuah Light Sensor menghasilkan sinyal output yang menunjukkan intensitas cahaya dengan mengukur energi radiasi yang ada dalam rentang yang sangat sempit frekuensi dasarnya disebut "cahaya", dan yang berkisar pada frekuensi dari "Infrared" untuk "Terlihat" sampai dengan "Ultraviolet" spektrum cahaya. Sensor cahaya adalah perangkat pasif yang mengkonversi ini "energi cahaya" apakah terlihat atau di bagian inframerah dari spektrum menjadi output sinyal listrik. Sensor cahaya yang lebih dikenal sebagai "Perangkat fotolistrik" atau "Sensor Foto" becuse mengkonversi energi cahaya (foton) menjadi listrik (elektron).

Perangkat fotolistrik dapat dikelompokkan menjadi dua kategori utama, mereka yang menghasilkan listrik ketika diterangi, seperti Photo-voltaics atau Foto-emissives dll, dan orang-orang yang mengubah sifat listrik mereka dalam beberapa cara seperti Foto-resistor atau Foto-konduktor. Hal ini mengarah pada klasifikasi berikut perangkat.
• Foto-memancarkan Sel - Ini adalah photodevices yang melepaskan elektron bebas dari bahan peka cahaya seperti cesium bila dipukul oleh foton dari energi yang cukup. Jumlah energi foton memiliki tergantung pada frekuensi cahaya dan semakin tinggi frekuensi, semakin banyak energi foton telah mengubah energi cahaya menjadi energi listrik.
• Foto-konduktif Sel - ini photodevices bervariasi hambatan listrik mereka ketika mengalami cahaya. Fotokonduktivitas hasil dari cahaya memukul bahan semikonduktor yang mengontrol aliran arus melalui itu. Dengan demikian, lebih banyak cahaya meningkatkan arus untuk tegangan yang diberikan. Bahan fotokonduktif yang paling umum adalah Cadmium Sulfida digunakan dalam LDR photocells.
• Foto-volta Sel - ini photodevices menghasilkan ggl sebanding dengan energi cahaya radiasi yang diterima dan mirip efek fotokonduktivitas. Energi cahaya jatuh pada dua bahan semikonduktor terjepit bersama-sama menciptakan tegangan sekitar 0.5V. Bahan fotovoltaik yang paling umum adalah Selenium digunakan dalam sel surya.
 • Foto-junction Devices - ini adalah perangkat semikonduktor photodevices terutama benar seperti fotodioda atau fototransistor yang menggunakan cahaya untuk mengontrol aliran elektron dan lubang di mereka PN-junction. Perangkat Photojunction secara khusus dirancang untuk aplikasi detektor dan penetrasi cahaya dengan respon spektral mereka disetel dengan panjang gelombang cahaya insiden.

The Photoconductive Cell

Sebuah sensor cahaya fotokonduktif tidak menghasilkan listrik tetapi hanya perubahan sifat fisik ketika mengalami energi cahaya. Jenis yang paling umum dari perangkat fotokonduktif adalah sensor photoresistor yang mengubah hambatan listrik dalam menanggapi perubahan dalam intensitas cahaya. Photoresistors adalah Semiconductor perangkat yang menggunakan energi cahaya untuk mengontrol aliran elektron, dan karenanya arus yang mengalir melalui mereka. The your fotokonduktif umum digunakan disebut Light Dependent Resistor atau LDR.

The Light Dependent Resistor

Seperti namanya, Resistor Light Dependent (LDR) yang terbuat dari sepotong bahan semikonduktor seperti terkena sulfida kadmium yang mengubah hambatan listrik dari beberapa ribu Ohms dalam gelap untuk hanya beberapa ratus ohm ketika cahaya jatuh atasnya dengan menciptakan lubang-pasangan elektron dalam materi.

Efek bersih adalah peningkatan konduktivitas dengan penurunan resistensi untuk peningkatan iluminasi. Juga, sel-sel photoresistive memiliki waktu respon yang lama membutuhkan banyak detik untuk merespon perubahan dalam intensitas cahaya.
Bahan yang digunakan sebagai substrat semikonduktor meliputi, memimpin sulfida (PbS), timbal selenide (PbSe), indium antimonide (InSb) yang mendeteksi cahaya di kisaran infra-merah dengan yang paling umum digunakan dari semua sensor cahaya photoresistive menjadi Cadmium Sulfida (CD) . Kadmium sulfida digunakan dalam pembuatan sel fotokonduktif karena kurva respon spektral yang erat cocok dengan mata manusia dan bahkan dapat dikontrol dengan menggunakan obor sederhana sebagai sumber cahaya. Biasanya saat itu, ia memiliki panjang gelombang puncak sensitivitas (λp) dari sekitar 560nm sampai 600nm dalam kisaran spektral terlihat.

The Light Dependent Resistor Cell

Sensor cahaya yang paling umum digunakan adalah photoresistive ORP12 Cadmium Sulfida sel fotokonduktif. Ini resistor bergantung cahaya memiliki respon spektral dari sekitar 610nm di kuning untuk wilayah oranye cahaya. Daya tahan sel saat unilluminated (resistensi gelap) yang sangat tinggi di sekitar ini 10MΩ yang jatuh ke sekitar 100Ω adalah ketika sepenuhnya diterangi (resistensi menyala).

Untuk meningkatkan ketahanan gelap dan karenanya mengurangi arus gelap, jalan resistif membentuk pola zigzag melintasi substrat keramik. The fotosel CdS adalah perangkat biaya yang sangat rendah sering digunakan dalam kegelapan auto dimming, atau deteksi senja untuk mengubah lampu jalan "ON" dan "OFF", dan untuk aplikasi paparan jenis meteran fotografi.
Salah satu penggunaan sederhana dari Dependent Resistor Cahaya, adalah sebagai saklar peka cahaya seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
 

LDR Beralih

Ini sirkuit cahaya dasar sensor adalah switch output relay cahaya diaktifkan. Sebuah rangkaian pembagi potensial terbentuk antara photoresistor, LDR dan R1 resistor. Ketika tidak ada cahaya yang hadir dalam kegelapan yaitu, perlawanan dari LDR sangat tinggi di kisaran Megaohms jadi nol bias dasar yang diterapkan pada TR1 transistor dan relay adalah de-energized atau "OFF".
Sebagai tingkat cahaya meningkatkan perlawanan dari LDR mulai menurun menyebabkan bias dasar tegangan pada V1 meningkat. Di beberapa titik ditentukan oleh jaringan pembagi potensial dibentuk dengan resistor R1, tegangan bias dasar cukup tinggi untuk mengubah transistor TR1 "ON" dan dengan demikian mengaktifkan relay yang inturn digunakan untuk mengendalikan beberapa sirkuit eksternal. Sebagai tingkat cahaya jatuh kembali ke kegelapan lagi perlawanan dari LDR meningkat menyebabkan tegangan basis dari transistor untuk mengurangi, mengubah transistor dan relay "OFF" pada tingkat cahaya tetap ditentukan lagi oleh jaringan pembagi potensial.

Dengan mengganti R1 resistor tetap dengan potensiometer VR1, titik di mana relay ternyata "ON" atau "OFF" bisa menjadi pra-diatur ke tingkat cahaya tertentu. Jenis rangkaian sederhana yang ditunjukkan di atas memiliki sensitivitas cukup rendah dan titik switching mungkin tidak konsisten karena variasi baik dalam suhu atau tegangan suplai. Sebuah presisi lebih sensitif cahaya sirkuit diaktifkan dapat dengan mudah dibuat dengan memasukkan LDR menjadi susunan "Jembatan Wheatstone" dan mengganti transistor dengan Amplifier Operasional seperti yang ditunjukkan.

Tingkat cahaya Sensing Circuit

                Dalam rangkaian penginderaan dasar gelap, LDR1 resistor cahaya tergantung dan potensiometer VR1 membentuk satu lengan disesuaikan dari jaringan jembatan resistansi sederhana, juga dikenal commomly sebagai jembatan Wheatstone, sementara dua tetap resistor R1 dan R2 bentuk lengan lainnya. Kedua sisi jaringan berupa jembatan pembagi potensial di seluruh pasokan tegangan output yang V1 dan V2 yang terhubung ke input tegangan non-pembalik dan pembalik masing-masing dari penguat operasional.

Penguat operasional dikonfigurasi sebagai Amplifier Diferensial juga dikenal sebagai komparator tegangan dengan umpan balik yang output kondisi tegangan ditentukan oleh perbedaan antara dua sinyal masukan atau tegangan, V1 dan V2. Kombinasi resistor R1 dan R2 membentuk referensi tegangan tetap pada input V2, ditetapkan oleh rasio dari dua resistor. LDR - Kombinasi VR1 menyediakan masukan V1 tegangan variabel sebanding dengan lvel cahaya yang terdeteksi oleh sensor photoresistor.

Seperti dengan sirkuit sebelumnya output dari penguat operasional digunakan untuk mengontrol sebuah relay, yang dilindungi oleh dioda roda gratis, D1. Ketika tingkat cahaya dirasakan oleh LDR dan tegangan output-nya turun di bawah tegangan referensi ditetapkan pada V2 output dari negara perubahan op-amp mengaktifkan relay dan switching beban terhubung. Demikian juga dengan tingkat cahaya meningkatkan output akan beralih kembali berpaling "OFF" relay. The histeresis dari dua titik switching diatur oleh resistor umpan balik Rf dapat dipilih untuk memberikan keuntungan tegangan cocok amplifier.

Operasi jenis ini rangkaian sensor cahaya juga dapat dibalik untuk beralih relay "ON" ketika tingkat cahaya melebihi tingkat tegangan referensi dan sebaliknya dengan membalik posisi sensor cahaya LDR dan VR1 potensiometer. Potensiometer dapat digunakan untuk "pre-set" titik beralih dari penguat diferensial untuk setiap tingkat cahaya tertentu sehingga ideal sebagai rangkaian sensor cahaya proyek sederhana.

Photojunction Devices

Perangkat Photojunction dasarnya sensor cahaya PN-Junction atau detektor yang terbuat dari silikon semikonduktor PN-junction yang sensitif terhadap cahaya dan yang dapat mendeteksi cahaya tampak baik dan tingkat cahaya inframerah. Foto-junction perangkat khusus dibuat untuk merasakan cahaya dan kelas ini sensor cahaya fotolistrik termasuk Photodiode dan fototransistor tersebut.

The Photodiode.

Pembangunan sensor cahaya Photodiode adalah mirip dengan dioda PN-junction konvensional kecuali bahwa casing dioda luar adalah baik transparan atau memiliki lensa yang jelas untuk memfokuskan cahaya ke persimpangan PN untuk sensitivitas meningkat. Persimpangan akan merespon cahaya panjang gelombang khusus lagi seperti cahaya merah dan inframerah daripada terlihat.

Karakteristik ini dapat menjadi masalah bagi dioda dengan tubuh manik transparan atau kaca seperti dioda 1N4148 sinyal. LED juga dapat digunakan sebagai photodiodes karena mereka dapat memancarkan baik dan mendeteksi cahaya dari persimpangan mereka. Semua PN-junction ringan sensitif dan dapat digunakan dalam modus tegangan foto-konduktif objektif dengan persimpangan PN-fotodioda selalu "bias balik" sehingga hanya kebocoran dioda atau arus gelap dapat mengalir.

Karakteristik arus-tegangan (I / V Curves) dari fotodioda dengan tidak ada cahaya di persimpangan nya (modus gelap) sangat mirip dengan sinyal normal atau dioda meluruskan. Ketika photodiode yang bias maju, ada peningkatan eksponensial dalam saat ini, sama seperti untuk dioda normal. Ketika bias terbalik diterapkan, arus saturasi balik kecil muncul yang menyebabkan peningkatan daerah penipisan, yang merupakan bagian sensitif dari persimpangan. Dioda juga dapat dihubungkan dalam mode aktif menggunakan tegangan bias tetap di persimpangan. Modus saat ini sangat linear atas berbagai.

Photo-diode Construction and Characteristics

Ketika digunakan sebagai sensor cahaya, dioda arus gelap (0 lux) adalah sekitar 10uA untuk geranium dan 1uA untuk dioda jenis silikon. Ketika cahaya jatuh pada persimpangan yang lebih lubang / pasangan elektron yang terbentuk dan meningkatkan kebocoran arus. Kebocoran arus ini meningkat sebagai pencahayaan meningkat persimpangan. Dengan demikian, dioda saat ini berbanding lurus dengan intensitas cahaya yang jatuh ke PN-junction. Salah satu keunggulan utama dari dioda bila digunakan sebagai sensor cahaya adalah respon yang cepat terhadap perubahan dalam tingkat cahaya, tapi satu kelemahan dari jenis photodevice adalah arus yang relatif kecil bahkan ketika sepenuhnya menyala.

Rangkaian berikut menunjukkan rangkaian foto-arus ke-tegangan konverter menggunakan penguat operasional sebagai perangkat penguatan. Tegangan keluaran (Vout) diberikan sebagai Vout = Ip × Rf dan yang sebanding dengan karakteristik intensitas cahaya dioda. Jenis sirkuit juga memanfaatkan karakteristik penguat operasional dengan dua terminal masukan di sekitar nol tegangan untuk beroperasi dioda tanpa bias. Ini zero-bias op-amp konfigurasi memberikan impedansi tinggi yang dipungut untuk dioda sehingga pengaruh kurang dengan arus gelap dan berbagai linear yang lebih luas relatif photocurrent dengan intensitas cahaya bersinar. Kapasitor Cf digunakan untuk mencegah osilasi atau mendapatkan memuncak dan untuk mengatur bandwidth output (1/2πRC).

Photo-diode Amplifier Circuit

Dioda adalah sensor cahaya yang sangat serbaguna yang dapat mengubah arus yang baik"ON" dan"OFF" dalam nano detik dan biasanya digunakan dalam kamera, lampu meter, CD dan DVD-ROM drive, remote kontrol TV, scanner, mesinfax dan mesin foto kopi dll,dan ketika di integrasikan ke dalam sirkuit penguat operasional sebagai  detektor spektrum inframerah untuk komunikasi serat optik, sirkuit pencuri gerak alarm deteksi dan pencitraan banyak, pemindaian laser dan sistem penentuan posisi dll.

The Phototransistor

Perangkat foto-junction alternatif untuk photodiode adalah fototransistor yang pada dasarnya merupakan fotodioda dengan amplifikasi. Sensor cahaya Phototransistor memiliki kolektor-basis PN-junction membalikkan bias mengekspos ke sumber cahaya bercahaya.

Fototransistor mengoperasikan sama dengan photodiode kecuali bahwa mereka dapat memberikan gain arus dan jauh lebih sensitif dibandingkan dengan photodiode dengan arus adalah 50 sampai 100 kali lebih besar daripada dioda standar dan setiap transistor normal dapat dengan mudah dikonversi menjadi sebuah sensor cahaya phototransistor oleh menghubungkan dioda antara kolektor dan basis.

Fototransistor terutama terdiri dari Transistor NPN bipolar dengan daerah basis yang besar elektrik tidak berhubungan, meskipun beberapa Fototransistor memungkinkan koneksi dasar untuk mengontrol sensitivitas, dan yang menggunakan foton cahaya untuk menghasilkan arus basis yang inturn menyebabkan kolektor ke emitor arus mengalir.

Fototransistor Kebanyakan jenis NPN yang luar casing adalah baik transparan atau memiliki lensa yang jelas untuk memfokuskan cahaya ke persimpangan dasar untuk sensitivitas meningkat.

Photo-transistor Construction and Characteristics

Dalam transistor NPN kolektor bias positif terhadap emitor sehingga lapisan basis / kolektor bias balik. Oleh karena itu, dengan tidak ada cahaya pada kebocoran persimpangan normal atau arus gelap yang sangat kecil. Ketika cahaya jatuh di pangkalan pasangan lebih elektron / hole yang terbentuk di wilayah ini dan arus yang dihasilkan oleh tindakan ini diperkuat oleh transistor.

Biasanya sensitivitas fototransistor adalah fungsi dari gain arus DC dari transistor. Oleh karena itu, sensitivitas secara keseluruhan merupakan fungsi dari arus kolektor dan dapat dikendalikan dengan menghubungkan perlawanan antara basis dan emitor tetapi untuk aplikasi jenis optocoupler sensitivitas yang sangat tinggi, Darlington Fototransistor umumnya digunakan.

 
Foto-darlington

Transistor photodarlington menggunakan transistor bipolar NPN kedua untuk memberikan amplifikasi tambahan atau ketika sensitivitas yang lebih tinggi dari photodetektor diperlukan karena tingkat cahaya rendah atau sensitivitas selektif, tapi responnya lebih lambat dibandingkan dengan sebuah phototransistor NPN biasa.

Foto darlington perangkat terdiri dari phototransistor normal yang emitor output digabungkan ke dasar transistor NPN bipolar lebih besar. Karena konfigurasi transistor Darlington memberikan gain arus sama dengan produk dari keuntungan saat dua transistor individu, perangkat photodarlington menghasilkan detektor yang sangat sensitif.

Aplikasi yang umum dari sensor cahaya Fototransistor berada di OPTO-isolator, slotted switch OPTO, sensor sinar, serat optik dan jenis kontrol remote TV, dll filter Infrared kadang-kadang diperlukan ketika mendeteksi cahaya tampak.

Tipe lain dari sensor cahaya semikonduktor photojunction layak disebutkan adalah Foto-thyristor. Ini adalah thyristor diaktifkan cahaya atau Silicon Controlled Rectifier, SCR yang dapat digunakan sebagai saklar diaktifkan cahaya dalam aplikasi AC. Namun sensitivitas mereka biasanya sangat rendah dibandingkan dengan dioda setara atau Fototransistor. Untuk meningkatkan sensitivitas mereka terhadap cahaya foto-thyristor dibuat lebih tipis sekitar persimpangan gerbang. The downside ke proses ini adalah bahwa hal itu membatasi jumlah arus anoda bahwa mereka dapat beralih. Kemudian untuk tinggi aplikasi arus AC mereka digunakan sebagai perangkat percontohan di OPTO-skrup untuk beralih thyristor lebih konvensional yang lebih besar.

Photovoltaic Cells.

Jenis yang paling umum dari sensor cahaya fotovoltaik adalah Solar Cell. Sel surya mengubah energi cahaya langsung menjadi energi listrik DC dalam bentuk tegangan atau arus ke beban resistif seperti baterai, lampu atau motor. Kemudian sel surya yang mirip dengan baterai karena mereka memasok listrik DC. Berbeda dengan perangkat lain di atas foto yang menggunakan intensitas cahaya bahkan dari obor untuk beroperasi, sel photvoltaic bekerja terbaik menggunakan energi matahari bersinar.

Sel surya yang digunakan dalam berbagai jenis aplikasi untuk menawarkan alternatif sumber listrik dari baterai konvensional, seperti di kalkulator, satelit dan sekarang di rumah menawarkan bentuk energi yang terbarukan.

 
Photovoltaic cells

Sel surya yang terbuat dari silikon kristal tunggal PN persimpangan, sama seperti dioda dengan kawasan yang sangat luas peka cahaya tetapi digunakan tanpa bias terbalik. Mereka memiliki karakteristik yang sama sebagai fotodioda yang sangat besar ketika dalam gelap. Ketika diterangi energi cahaya menyebabkan elektron mengalir melalui persimpangan PN dan sel surya individu dapat menghasilkan tegangan rangkaian terbuka dari sekitar 0.58v (580mV). Sel surya memiliki "Positif" dan "Negatif" sisi seperti baterai.

Sel surya individu dapat dihubungkan bersama dalam seri untuk membentuk panel surya yang meningkatkan tegangan output atau terhubung bersama-sama secara paralel untuk meningkatkan arus yang tersedia. Panel surya yang tersedia secara komersial dinilai dalam Watts, yang merupakan produk dari tegangan output dan arus (Volt Amps kali) ketika sepenuhnya menyala.

Characteristics of a typical Photovoltaic Solar Cell.

Jumlah arus tersedia dari sel surya tergantung pada intensitas cahaya, ukuran sel dan efisiensi yang umumnya sangat rendah yaitu sekitar 15 sampai 20%. Untuk meningkatkan efisiensi keseluruhan dari sel sel surya yang tersedia secara komersial menggunakan silikon polikristal atau silikon amorf, yang tidak memiliki struktur kristal, dan dapat menghasilkan arus antara 20 sampai 40mA per cm2.

Bahan lain yang digunakan dalam pembangunan sel fotovoltaik termasuk Gallium, Tembaga Indium diselenide dan Cadmium Telluride. Bahan-bahan yang berbeda masing-masing memiliki respon spektrum band yang berbeda, sehingga dapat "disetel" untuk menghasilkan tegangan output pada panjang gelombang cahaya yang berbeda.

Dalam tutorial tentang Sensor Cahaya, kami telah melihat beberapa contoh perangkat yang digolongkan sebagai Sensor Cahaya. Ini termasuk mereka dengan dan mereka yang tidak PN-junction yang dapat digunakan untuk mengukur intensitas cahaya. Dalam tutorial berikutnya kita akan melihat perangkat output disebut Actuators. Aktuator mengubah sinyal listrik menjadi kuantitas fisik yang sesuai seperti gerakan, kekuatan suara, atau. Salah satu perangkat output seperti yang umum digunakan adalah Relay elektromagnetik.

Electrical Relays

Sejauh ini kita telah melihat pilihan perangkat input yang dapat digunakan untuk mendeteksi atau "akal" berbagai variabel fisik dan sinyal dan karena itu disebut Sensor. Tapi ada juga berbagai perangkat yang digolongkan sebagai perangkat output yang digunakan untuk mengontrol atau mengoperasikan beberapa proses fisik eksternal. Perangkat output biasa disebut Actuators.

Aktuator mengubah sinyal listrik menjadi kuantitas fisik yang sesuai seperti gerakan, suara kekuatan, dll aktuator An juga transduser karena perubahan satu jenis kuantitas fisik menjadi lain dan biasanya diaktifkan atau dioperasikan oleh sinyal perintah tegangan rendah. Aktuator dapat digolongkan sebagai baik biner atau perangkat berkelanjutan berdasarkan jumlah negara yang stabil output mereka memiliki.

Misalnya, relay adalah aktuator biner karena memiliki dua negara yang stabil, baik energi dan terkunci atau de-energized dan bergeser, sementara motor adalah aktuator terus menerus karena dapat memutar melalui gerakan 360o penuh. Jenis yang paling umum dari aktuator atau perangkat output Relay Listrik, Lampu, Motor dan Loudspeaker dan dalam tutorial ini kita akan melihat relay listrik, juga disebut relay elektromekanik dan relay solid state atau yang RSK.

The Electromechanical Relay

Relay istilah umumnya mengacu pada perangkat yang menyediakan sambungan listrik antara dua atau lebih poin dalam menanggapi penerapan sinyal kontrol. Jenis yang paling umum dan banyak digunakan relay listrik adalah relay elektromekanik atau EMR

Kontrol yang paling mendasar dari peralatan apapun adalah kemampuan untuk mengubahnya "ON" dan "OFF". Cara termudah untuk melakukannya adalah dengan menggunakan switch untuk mengganggu pasokan listrik. Meskipun switch dapat digunakan untuk mengontrol sesuatu, mereka memiliki kelemahan mereka. Yang terbesar adalah bahwa mereka harus secara manual (fisik) berubah "ON" atau "OFF". Juga, mereka relatif besar, lambat dan hanya beralih arus listrik kecil.

Relay listrik Namun, pada dasarnya dioperasikan secara elektrik switch yang datang dalam berbagai bentuk, ukuran, dan peringkat daya cocok untuk semua jenis aplikasi. Relay juga dapat memiliki satu atau beberapa kontak dengan relay kekuasaan yang lebih besar digunakan untuk tegangan tinggi atau beralih saat ini yang disebut "kontaktor".

Dalam tutorial tentang relay listrik kita hanya prihatin dengan prinsip-prinsip operasi dasar "tugas ringan" relay elektromekanik dapat kita gunakan dalam kontrol motor atau sirkuit robot. Relay tersebut digunakan dalam kontrol listrik dan elektronik umum atau sirkuit switching baik berdiri bebas dipasang langsung ke papan PCB atau terhubung dan di mana arus beban biasanya pecahan dari ampere hingga 20 ampere +.

Seperti namanya, relay elektromekanik adalah elektro-magnetik perangkat yang mengkonversi fluks magnet yang dihasilkan oleh aplikasi sinyal kontrol tegangan rendah listrik baik AC atau DC di terminal relay, menjadi kekuatan mekanik menarik yang mengoperasikan kontak listrik di dalam relay . Bentuk yang paling umum relay elektromekanis terdiri dari kumparan memberikan energi yang disebut "sirkuit utama" luka di sekitar inti besi permeabel.

Ini inti besi memiliki baik porsi tetap disebut kuk, dan bagian pegas bergerak dimuat disebut angker, yang melengkapi rangkaian medan magnet dengan menutup celah udara antara kumparan listrik tetap dan bergerak angker. Angker adalah berengsel atau berputar memungkinkan untuk bebas bergerak dalam medan magnet yang dihasilkan menutup kontak listrik yang melekat padanya. Terhubung antara kuk dan angker biasanya musim semi (atau mata air) untuk kembali stroke untuk "reset" kontak kembali ke posisi istirahat awal mereka ketika kumparan relay dalam kondisi "de-energized", yaitu. berubah "OFF".

Electromechanical Relay Construction

Dalam estafet sederhana kita di atas, kita memiliki dua set kontak elektrik konduktif. Relay mungkin "Biasanya Terbuka", atau "Biasanya Tertutup". Satu pasang kontak digolongkan sebagai Biasanya Terbuka, (NO) atau membuat kontak dan satu set yang digolongkan sebagai Biasanya Tertutup, (NC) atau kontak istirahat. Dalam posisi normal terbuka, kontak ditutup hanya ketika arus medan "ON" dan kontak saklar ditarik menuju kumparan induktif.

Dalam posisi biasanya tertutup, kontak secara permanen tertutup ketika arus lapangan adalah "OFF" sebagai kontak saklar kembali ke posisi normal mereka. Istilah-istilah Biasanya Terbuka, Biasanya Tertutup atau Membuat dan Break Kontak mengacu pada keadaan kontak listrik saat kumparan relay "de-energized", yaitu, ada tegangan suplai terhubung ke kumparan induktif. Contoh dari pengaturan ini diberikan di bawah ini.

Kontak relay adalah potongan-potongan elektrik konduktif logam yang menyentuh bersama-sama menyelesaikan rangkaian dan memungkinkan rangkaian arus mengalir, seperti switch. Ketika kontak terbuka perlawanan antara kontak sangat tinggi di Mega-Ohm, menghasilkan kondisi sirkuit terbuka dan arus rangkaian tidak ada arus.

Ketika kontak ditutup resistansi kontak harus nol, arus pendek, tetapi hal ini tidak selalu terjadi. Semua kontak relay memiliki sejumlah "resistansi kontak" ketika mereka ditutup dan ini disebut "On-Perlawanan", mirip dengan FET.

Dengan relay baru dan kontak ini ON-perlawanan akan menjadi sangat kecil, umumnya kurang dari s 0.2Ω 'karena tips yang baru dan bersih, tapi seiring waktu perlawanan ujung akan meningkat.

Misalnya. Jika kontak yang lewat beban saat mengatakan 10A, maka penurunan tegangan pada kontak menggunakan Hukum Ohm adalah 0,2 x 10 = 2 volt, yang jika tegangan pasokan mengatakan 12 volt maka tegangan beban akan hanya 10 volt (12 - 2). Sebagai tips kontak mulai dipakai, dan jika mereka tidak benar dilindungi dari beban induktif atau kapasitif tinggi, mereka akan mulai menunjukkan tanda-tanda kerusakan arcing sebagai arus sirkuit masih ingin mengalir seperti kontak mulai membuka ketika kumparan relay de-energized.

Ini arcing atau memicu seluruh kontak akan menyebabkan resistansi kontak tips untuk meningkatkan lebih lanjut sebagai tips kontak menjadi rusak. Jika dibiarkan terus tips kontak dapat menjadi begitu dibakar dan rusak ke titik yang mereka secara fisik tertutup tapi tidak lulus atau sangat sedikit saat ini.

Jika kerusakan ini arcing menjadi sampai parah kontak pada akhirnya akan "las" bersama-sama menghasilkan kondisi sirkuit pendek dan kemungkinan kerusakan pada sirkuit mereka mengendalikan. Jika sekarang resistansi kontak telah meningkat karena lengkung untuk mengatakan 1Ω adalah volt drop di kontak untuk peningkatan beban yang sama saat ini untuk 1 x 10 = 10 volt dc. Ini drop tegangan tinggi di kontak mungkin tidak dapat diterima untuk rangkaian beban terutama jika beroperasi pada 12 atau bahkan 24 volt, maka relay rusak harus diganti.

Untuk mengurangi efek lengkung kontak dan tinggi "On-resistensi", tips kontak modern terbuat dari, atau dilapisi dengan, berbagai paduan berbasis perak untuk memperpanjang rentang hidup mereka seperti yang diberikan dalam tabel berikut.

Contact Tip Materials

Contact Tip Material	Characteristics
Ag (fine silver)	Electrical and thermal conductivity are the highest of all metals, exhibits low contact resistance, is inexpensive and widely used. Contacts tarnish through sulphur influence.
AgCu (silver copper)	"Hard silver", better wear resistance and less tendency to weld, but slightly higher contact resistance.
AgCdO (silver cadmium oxide)	Very little tendency to weld, good wear resistance and arc extinguishing properties.
AgW (silver tungsten)	Hardness and melting point are high, arc resistance is excellent. Not a precious metal. High contact pressure is required. Contact resistance is relatively high, and resistance to corrosion is poor.
AgNi (silver nickel)	Equals the electrical conductivity of silver, excellent arc resistance.
AgPd (silver palladium)	Low contact wear, greater hardness. Expensive.
platinum, gold and silver alloys	Excellent corrosion resistance, used mainly for low-current circuits.

Relay produsen lembar data memberikan peringkat kontak maksimum untuk beban DC resistif saja dan rating ini sangat berkurang baik untuk beban AC atau beban yang sangat induktif atau kapasitif. Untuk mencapai umur panjang dan kehandalan yang tinggi bila beralih arus AC dengan muatan induktif atau kapasitif beberapa bentuk penindasan busur atau penyaringan dibutuhkan seluruh kontak relay.

Memperluas kehidupan tips estafet dengan mengurangi jumlah busur yang dihasilkan ketika mereka membuka dicapai dengan menghubungkan jaringan Resistor-Capacitor disebut Snubber RC Jaringan listrik secara paralel dengan tips kontak. Puncak tegangan, yang terjadi pada saat yang kontak terbuka, akan aman hubung singkat oleh jaringan RC, sehingga menekan setiap busur yang dihasilkan di ujung kontak. Misalnya.

Relay Snubber Circuit

Relay Contact Types

Serta deskripsi standar Biasanya Terbuka, (NO) dan Biasanya Tertutup, (NC) yang digunakan untuk menggambarkan bagaimana kontak relay yang terhubung, pengaturan kontak relay juga dapat digolongkan oleh tindakan mereka. Relay listrik dapat terdiri dari satu atau lebih kontak saklar individu dengan masing-masing "kontak" yang disebut sebagai "tiang". Setiap salah satu kontak atau tiang dapat dihubungkan atau "dilemparkan" bersama-sama dengan energi kumparan relay dan ini menimbulkan gambaran jenis kontak sebagai:
      SPST - Throw Kutub Lajang Lajang
      SPDT - Pole Single Throw
      DPST - Pole Single Throw
      DPDT - Pole Double Throw

dengan aksi kontak yang digambarkan sebagai "Membuat" (M) atau "Break" (B). Kemudian relay sederhana dengan satu set kontak seperti yang ditunjukkan di atas dapat memiliki deskripsi kontak dari:

      "Pole Single Throw - (Break sebelum Membuat)", atau SPDT - (BM).
Contoh hanya beberapa jenis kontak yang lebih umum untuk relay di sirkuit atau diagram skematik yang diberikan di bawah ini tetapi ada konfigurasi lebih banyak kemungkinan.

Relay Contact Configurations

 Dimana:
• C adalah terminal umum
• NO adalah kontak Biasanya Terbuka
• NC adalah kontak Biasanya Tertutup

Satu hal terakhir yang perlu diingat, tidak dianjurkan untuk menghubungkan kontak relay secara paralel untuk menangani arus beban yang lebih tinggi. Misalnya, tidak pernah mencoba untuk memasok beban 10A dengan dua relay secara paralel yang memiliki peringkat kontak 5A masing sebagai kontak relay tidak pernah menutup atau membuka tepat pada saat yang sama waktu, jadi satu kontak relay selalu kelebihan beban.

Sementara relay dapat digunakan untuk memungkinkan daya rendah elektronik atau sirkuit jenis komputer untuk beralih arus yang relatif tinggi atau tegangan baik "ON" atau "OFF". Jangan pernah mencampur tegangan beban yang berbeda melalui kontak yang berdekatan dalam estafet yang sama seperti misalnya, tegangan tinggi AC (240V) dan tegangan rendah DC (12v), selalu menggunakan relay sperate untuk keselamatan.

Salah satu bagian yang lebih penting relay apapun koil. Hal ini mengubah arus listrik menjadi fluks elektromagnetik yang digunakan untuk mengoperasikan kontak relay. Masalah utama dengan kumparan relay adalah bahwa mereka "beban yang sangat induktif" karena dibuat dari gulungan kawat. Setiap kumparan kawat memiliki nilai impedansi terdiri dari resistensi (R) dan induktansi (L) dalam seri (RL Seri Circuit).

Sebagai arus mengalir melalui kumparan medan magnet induksi diri yang dihasilkan di sekitarnya. Ketika arus dalam kumparan diaktifkan "OFF", suatu ggl belakang besar (gaya gerak listrik) tegangan diproduksi sebagai runtuh fluks magnet dalam kumparan (transformator teori). Nilai ini terbalik akibat tegangan mungkin sangat tinggi dibandingkan dengan tegangan switching, dan dapat merusak perangkat semikonduktor seperti transistor, FET atau mikrokontroler yang digunakan untuk mengoperasikan kumparan relay.

.

Salah satu cara untuk mencegah kerusakan transistor atau perangkat semikonduktor switching, adalah untuk menghubungkan dioda bias terbalik di kumparan relay.
Ketika arus yang mengalir melalui kumparan diaktifkan "OFF", ggl induksi kembali dihasilkan sebagai runtuh fluks magnet dalam kumparan.

Ini bias maju mundur tegangan dioda yang melakukan dan menghantarkan energi yang tersimpan mencegah kerusakan pada transistor semikonduktor.
Ketika digunakan dalam jenis aplikasi dioda umumnya dikenal sebagai Diode Flywheel, Free-wheeling Diode dan bahkan Fly-back Diode, tetapi mereka semua berarti hal yang sama. Jenis lain dari beban induktif yang memerlukan dioda roda gila untuk perlindungan solenoida, motor dan koil induktif.  Serta menggunakan Dioda roda gila untuk perlindungan komponen semikonduktor, perangkat lain yang digunakan untuk perlindungan termasuk RC Snubber Networks, Varistor Metal Oxide atau Dioda Zener dan MOV.

The Solid State Relay.

Sementara relay elektromekanik (EMR) yang murah, mudah digunakan dan memungkinkan switching dari rangkaian beban dikendalikan oleh daya rendah, sinyal input elektrik terisolasi, salah satu kelemahan utama dari relay elektromekanis adalah bahwa itu adalah "perangkat mekanis" , yang itu memiliki bagian yang bergerak sehingga mereka beralih kecepatan (waktu respon) karena gerakan fisik dari kontak logam dengan menggunakan medan magnet lambat.

Selama periode waktu tersebut bagian yang bergerak akan aus dan gagal, atau bahwa resistansi kontak melalui lengkung konstan dan erosi dapat membuat relay tidak dapat digunakan dan memperpendek hidupnya. Juga, mereka elektrik bising dengan kontak menderita bouncing kontak yang dapat mempengaruhi sirkuit elektronik yang mereka terhubung.Untuk mengatasi kekurangan relay listrik, jenis lain relay disebut Solid State Relay atau (SSR) untuk pendek dikembangkan yang merupakan negara contactless yang solid, relay elektronik murni. Hal ini tidak ada bagian yang bergerak dengan kontak digantikan oleh transistor, thyristor atau triac. Pemisahan listrik antara sinyal input dan kontrol tegangan output beban dicapai dengan bantuan sebuah Light Sensor OPTO-coupler jenis.

Relay Solid State menyediakan tingkat kehandalan yang tinggi, umur panjang dan mengurangi interferensi elektromagnetik (EMI), (kontak lengkung tidak ada atau medan magnet), bersama-sama dengan waktu respon lebih cepat hampir instan, dibandingkan dengan relay elektromekanis konvensional. Juga persyaratan masukan daya kontrol relay solid state umumnya cukup rendah untuk membuat mereka kompatibel dengan keluarga logika yang paling IC tanpa perlu buffer tambahan, driver atau amplifier. Namun, menjadi perangkat semikonduktor mereka harus dipasang pada heatsink yang cocok untuk mencegah perangkat semikonduktor keluaran beralih dari over heating.

Solid State Relay

Jenis AC Solid State Relay ternyata "ON" pada titik zero crossing dari gelombang AC sinusoidal, mencegah arus masuk tinggi bila beralih beban induktif atau kapasitif sedangkan gilirannya melekat "OFF" fitur Thyristor dan Triacs memberikan perbaikan atas kontak arcing dari relay elektromekanik.  Seperti relay elektromekanik, sebuah Resistor-Capacitor (RC) snubber jaringan umumnya diperlukan di seluruh terminal output dari SSR untuk melindungi output semikonduktor perangkat switching dari kebisingan dan paku transien tegangan bila digunakan untuk beralih beban yang sangat induktif atau kapasitif. Dalam RSK paling modern ini RC snubber jaringan dibangun sebagai standar ke relay sendiri mengurangi kebutuhan untuk komponen eksternal tambahan.

Non-zero beralih deteksi persimpangan (instan "ON") jenis ini RSK juga tersedia untuk aplikasi fase terkontrol seperti peredupan atau memudar lampu di konser, pertunjukan, dll disko pencahayaan, atau untuk aplikasi kontrol kecepatan motor jenis.

Sebagai output perangkat switching dari relay solid state adalah perangkat semikonduktor (transistor untuk aplikasi DC switching, atau kombinasi Triac / Thyristor untuk AC switching), penurunan tegangan pada terminal output dari RSK ketika "ON" jauh lebih tinggi daripada bahwa dari relay elektromekanik, biasanya 1.5 - 2.0 volt. Jika switching arus yang besar untuk jangka waktu yang lama heat sink tambahan akan diperlukan.
Input / Output Modul Interface.

Modul Antarmuka Input / Output, (I / O Modul) adalah jenis lain relay solid state yang dirancang khusus untuk komputer antarmuka, micro-controller atau PIC untuk beban "dunia nyata" dan switch. Ada empat tipe dasar I / O modul yang tersedia, AC atau DC tegangan input ke TTL atau CMOS output logika tingkat, dan TTL atau CMOS logika masukan ke tegangan output AC atau DC dengan masing-masing modul yang berisi semua sirkuit yang diperlukan untuk menyediakan lengkap antarmuka dan isolasi dalam satu perangkat kecil. Mereka tersedia sebagai modul negara individu padat atau diintegrasikan ke 4, 8 atau 16 perangkat saluran.

Modular Input/Output Interface System.

Kelemahan utama dari relay solid state (s SSR) dibandingkan dengan relay watt setara elektromekanis adalah biaya yang lebih tinggi, fakta bahwa hanya tiang lemparan tunggal tunggal (SPST) jenis yang tersedia, "OFF"-state kebocoran arus mengalir melalui switching perangkat, tinggi "ON"-state tegangan drop dan disipasi daya mengakibatkan persyaratan tenggelam panas tambahan. Juga mereka tidak bisa beralih arus beban yang sangat kecil atau sinyal frekuensi tinggi seperti sinyal audio atau video meskipun khusus Switch Solid State tersedia untuk jenis aplikasi.
Dalam tutorial tentang Relay Listrik, kami telah melihat kedua relay elektromekanis dan relay solid state yang dapat digunakan sebagai perangkat output (actuator) untuk mengendalikan proses fisik. Dalam tutorial berikutnya kita akan terus melihat kami di perangkat output disebut Actuators dan terutama salah satu yang mengubah sinyal listrik kecil menjadi gerakan fisik yang sesuai dengan elektromagnetisme.

The Linear Solenoid

Tipe lain dari aktuator elektromagnetik yang mengubah sinyal listrik menjadi medan magnet disebut Solenoid a. The solenoid linear bekerja pada prinsip dasar yang sama seperti relay elektromekanik (ESDM) terlihat pada tutorial sebelumnya dan seperti relay, mereka juga dapat dikontrol oleh transistor atau MOSFET. Sebuah Solenoid Linear adalah perangkat elektromagnetik yang mengubah energi listrik menjadi mekanik mendorong atau menarik kekuatan atau gerak.

Solenoida pada dasarnya terdiri dari luka koil listrik di sekitar tabung silinder dengan aktuator ferro-magnetik atau "plunger" yang bebas untuk bergerak atau geser "DI" dan "OUT" dari tubuh kumparan. Solenoida tersedia dalam berbagai format dengan jenis yang lebih umum menjadi solenoid linier juga dikenal sebagai aktuator linier elektromekanis (Lema) dan solenoid rotary.
Kedua jenis, linier dan rotasi tersedia baik sebagai holding (terus digiatkan) atau sebagai tipe latching (ON-OFF pulsa) dengan jenis latching yang digunakan baik dalam aplikasi energi atau power-off. Solenoida linier juga dapat dirancang untuk kontrol gerak yang proporsional posisi plunger sebanding dengan input daya.

Ketika arus listrik melalui sebuah konduktor itu menghasilkan medan magnet, dan arah medan magnet yang berkaitan dengan Kutub Utara dan Selatan ditentukan oleh arah aliran arus dalam kawat. Ini kumparan kawat menjadi "elektromagnet" dengan nya sendiri utara dan kutub selatan persis sama dengan bahwa untuk jenis magnet permanen. Kekuatan medan magnet ini dapat ditingkatkan atau dikurangi dengan baik mengendalikan jumlah arus yang mengalir melalui kumparan atau dengan mengubah jumlah putaran atau loop yang memiliki kumparan. Sebuah contoh dari "elektromagnet" diberikan di bawah ini.

Magnetic Lapangan diproduksi oleh sebuah Coil

Ketika arus listrik dilewatkan melalui gulungan kumparan, itu berperilaku seperti elektromagnet dan plunger, yang terletak di dalam kumparan, tertarik ke arah pusat kumparan dengan setup fluks magnetik dalam tubuh gulungan, yang inturn kompres kecil semi melekat pada salah satu ujung plunger. Kekuatan dan kecepatan gerakan piston ditentukan oleh kekuatan fluks magnet yang dihasilkan dalam kumparan.

Ketika arus pasokan diaktifkan "OFF" (de-energized) medan elektromagnetik yang dihasilkan sebelumnya oleh runtuh kumparan dan energi yang tersimpan dalam kekuatan pegas terkompresi plunger kembali ke posisi istirahat aslinya. Gerakan bolak-balik dari plunger dikenal sebagai solenoida "Stroke", dengan kata lain jarak maksimum plunger dapat melakukan perjalanan baik dalam sebuah "IN" atau "OUT" arah, misalnya, 0 - 30mm.

Linear solenoida

Jenis solenoid umumnya disebut Solenoid Linear karena gerakan arah linear plunger. Solenoida linear tersedia dalam dua konfigurasi dasar disebut "Pull-type" karena menarik beban terhubung terhadap dirinya sendiri ketika energi, dan "push-type" yang bertindak dalam arah yang berlawanan mendorongnya menjauh dari dirinya sendiri ketika energi. Kedua jenis mendorong dan tarik umumnya dibangun sama dengan perbedaan berada di lokasi musim semi kembali dan desain plunger.

Pull-type Linear Solenoid Construction
 

Solenoida Linear berguna dalam banyak aplikasi yang membutuhkan gerak (atau keluar) tipe terbuka atau tertutup seperti kunci pintu elektronik diaktifkan, pneumatik atau katup kontrol hidrolik, robotika, manajemen mesin otomotif, katup irigasi untuk membasahi taman itu dan bahkan "Ding -Dong "bel pintu memiliki satu. Mereka tersedia sebagai bingkai terbuka, tertutup bingkai atau jenis tubular disegel.

Rotary Solenoids

Solenoida Kebanyakan elektromagnetik adalah perangkat linier memproduksi kembali linear dan sebagainya kekuatan atau gerak. Namun, solenoida rotasi juga tersedia yang menghasilkan gerak sudut atau berputar dari posisi netral baik dalam searah jarum jam, anti-searah jarum jam atau di kedua arah (bi-directional).

 
Rotary Solenoid

Solenoida Rotary dapat digunakan untuk menggantikan kecil DC motor atau stepper motor adalah gerakan sudut sangat kecil dengan sudut rotasi menjadi sudut pindah dari awal ke posisi akhir. Solenoida putar umum tersedia memiliki gerakan dari 25,, 35 45, 60 dan 90o serta gerakan beberapa ke dan dari sudut tertentu seperti diri 2-posisi memulihkan atau kembali ke nol rotasi, misalnya 0-to-90-ke -0o, 3-posisi diri memulihkan, misalnya 0o sampai +45 o atau 0o ke-45o serta 2-posisi menempel.

Solenoida Rotary menghasilkan gerakan rotasi ketika salah energi, de-energized, atau perubahan polaritas medan elektromagnetik mengubah posisi rotor magnet permanen. Konstruksi mereka terdiri dari luka koil listrik di sekitar kerangka baja dengan disk magnetik terhubung ke poros output yang ditempatkan di atas kumparan. Ketika kumparan diberi energi medan elektromagnetik menghasilkan utara dan kutub selatan beberapa yang mengusir kutub yang berdekatan magnet permanen dari disk menyebabkan ia memutar pada sudut ditentukan oleh konstruksi mekanik solenoid rotary.

Solenoida Rotary digunakan dalam vending atau mesin game, katup kontrol, rana kamera dengan kecepatan tinggi khusus, daya rendah atau solenoida posisi variabel dengan kekuatan tinggi atau torsi yang tersedia seperti yang digunakan di printer dot matrix, mesin ketik, mesin otomatis atau otomotif dll aplikasi .

Solenoid Switching

Umumnya solenoida baik linier atau putar beroperasi dengan penerapan tegangan DC, tetapi mereka juga dapat digunakan dengan tegangan AC sinusoidal dengan menggunakan rectifier gelombang penuh jembatan untuk memperbaiki pasokan yang kemudian dapat digunakan untuk mengaktifkan solenoid DC. Kecil DC solenoida jenis dapat dengan mudah dikontrol menggunakan Transistor atau switch MOSFET dan ideal untuk digunakan dalam aplikasi robot, tapi sekali lagi seperti yang kita lihat dengan relay, solenoida adalah "induktif" perangkat sehingga beberapa bentuk perlindungan listrik diperlukan di kumparan solenoid untuk mencegah tinggi tegangan emf kembali dari merusak perangkat beralih semikonduktor. Dalam hal ini standar "Flywheel Diode" digunakan.

Switching Solenoids using a Transistor

Reducing Energy Consumption

Salah satu kelemahan utama dari solenoida dan terutama solenoid linear adalah bahwa mereka "perangkat induktif" yang mengubah beberapa arus listrik menjadi "PANAS", dengan kata lain mereka mendapatkan panas!, Dan semakin lama waktu yang daya diterapkan ke kumparan solenoid, yang panas kumparan akan menjadi. Juga sebagai kumparan memanas, hambatan listrik juga berubah sehingga lebih lancar mengalir.

Dengan masukan tegangan terus menerus diterapkan pada kumparan, kumparan solenoida tidak memiliki kesempatan untuk mendinginkan karena daya input selalu. Dalam rangka untuk mengurangi efek pemanasan diri dihasilkan perlu untuk mengurangi baik jumlah waktu kumparan diberi energi atau mengurangi jumlah arus yang mengalir melalui itu.

Salah satu metode mengkonsumsi kurang saat ini adalah untuk menerapkan tegangan yang cukup tinggi yang sesuai dengan kumparan solenoid sehingga memberikan medan elektromagnetik yang diperlukan untuk mengoperasikan dan kursi plunger tapi kemudian sekali diaktifkan untuk mengurangi kumparan pasokan tegangan ke tingkat yang cukup untuk mempertahankan plunger dalam posisi duduk atau terkunci. Salah satu cara untuk mencapai ini adalah untuk menghubungkan "memegang" cocok resistor secara seri dengan kumparan solenoida, misalnya:

Mengurangi Konsumsi Energi Solenoid

 

Di sini, kontak saklar ditutup korslet keluar resistensi dan melewati pasokan penuh saat langsung ke gulungan kumparan solenoid. Setelah energi kontak yang dapat mekanis terhubung ke tindakan plunger solenoid membuka menghubungkan resistor memegang, RH secara seri dengan kumparan solenoida. Efektif ini menghubungkan resistor thr secara seri dengan kumparan.

Dengan menggunakan metode ini, solenoida dapat dihubungkan ke suplai tegangan tanpa batas (siklus kontinyu) sebagai daya yang dikonsumsi oleh kumparan dan panas yang dihasilkan sangat berkurang, yang bisa sampai 85 sampai 90% menggunakan resistor daya yang sesuai. Namun, daya yang dikonsumsi oleh resistor juga akan menghasilkan sejumlah panas, I2R (Hukum Ohm) dan ini juga perlu diperhitungkan.

Duty Cycle

Cara lain yang lebih praktis untuk mengurangi panas yang dihasilkan oleh kumparan solenoida adalah dengan menggunakan "siklus intermiten". Sebuah siklus intermiten berarti bahwa kumparan berulang kali diaktifkan "ON" dan "OFF" pada frekuensi yang cocok sehingga untuk mengaktifkan mekanisme plunger tetapi tidak memungkinkan untuk de-energise selama periode OFF dari bentuk gelombang. Tugas beralih siklus Intermittent adalah cara yang sangat efektif untuk mengurangi daya total yang dikonsumsi oleh kumparan.
Siklus Tugas (% ED) dari solenoid adalah bagian dari waktu "ON" bahwa solenoid diberi energi dan rasio waktu "ON" dengan waktu "ON" dan "OFF" total untuk satu siklus lengkap operasi. Dengan kata lain, waktu siklus sama dengan waktu-switched ON ditambah waktu switched-OFF. Siklus ini dinyatakan sebagai persentase, misalnya:

Kemudian jika solenoid diaktifkan "ON" atau energi selama 30 detik dan kemudian beralih "OFF" selama 90 detik sebelum kembali energi lagi, satu siklus lengkap, total "ON / OFF" waktu siklus akan 120 detik, (30 +90) sehingga siklus solenoida akan dihitung sebagai 30/120 detik atau 25%. Ini berarti bahwa Anda dapat menentukan maksimum solenoida switch-ON waktu jika Anda mengetahui nilai dari siklus tugas dan beralih OFF-waktu.

Misalnya, saat saklar OFF-sama dengan 15 detik, sama dengan siklus 40%, sehingga beralih-ON waktu sama dengan 10 detik. Sebuah solenoid dengan Duty Cycle dinilai dari 100% berarti bahwa ia memiliki rating tegangan terus menerus dan karena itu dapat dibiarkan "ON" atau terus digiatkan tanpa terlalu panas atau kerusakan.

Dalam tutorial tentang solenoida, kami telah melihat kedua Solenoid Linear dan Solenoid Rotary sebagai aktuator elektromekanis yang dapat digunakan sebagai perangkat output untuk mengendalikan proses fisik. Dalam tutorial berikutnya kita akan terus melihat kami di perangkat output disebut Aktuator, dan salah satu yang mengubah sinyal listrik menjadi gerakan rotasi sesuai lagi menggunakan elektromagnetisme. Jenis perangkat output kita akan melihat dalam tutorial berikutnya adalah motor DC.

Electrical Motors

Motor listrik yang terus menerus aktuator yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik dalam bentuk rotasi sudut berkesinambungan yang dapat digunakan untuk memutar pompa, kipas, kompresor, roda, dll Seperti halnya motor rotary, motor linier juga tersedia. Pada dasarnya ada tiga jenis motor listrik konvensional yang tersedia: AC tipe Motors, DC jenis Motors dan Stepper Motors

 

A Typical Small DC Motor

AC Motors umumnya digunakan dalam daya tinggi aplikasi industri tunggal atau multi-fase adalah torsi rotasi konstan dan kecepatan yang diperlukan untuk mengontrol beban yang besar. Dalam tutorial ini pada motor kita akan melihat hanya pada tugas ringan sederhana DC Motors dan Stepper Motors yang digunakan dalam elektronik banyak, kontrol posisi, mikroprosesor, PIC dan sirkuit robot

The DC Motor

The Motor DC atau motor Direct Current untuk memberikan judul penuh, merupakan aktuator yang paling umum digunakan untuk memproduksi gerakan berkesinambungan dan yang kecepatan rotasi dengan mudah dapat dikendalikan, membuat mereka ideal untuk digunakan dalam aplikasi kontrol kecepatan itu, servo tipe kontrol, dan / atau positioning diperlukan. Sebuah motor DC terdiri dari dua bagian, "Stator" yang merupakan bagian stasioner dan "Rotor" yang merupakan bagian berputar. Hasilnya adalah bahwa pada dasarnya ada tiga jenis DC motor yang tersedia.
• Motor Brushed - Jenis motor menghasilkan medan magnet di rotor luka (bagian yang berputar) dengan melewatkan arus listrik melalui perakitan sikat komutator dan karbon, maka istilah "Brushed". Stators (bagian stasioner) medan magnet yang dihasilkan dengan menggunakan salah satu bidang luka stator berliku atau dengan magnet permanen. Umumnya disikat DC motor yang murah, kecil dan mudah dikendalikan.
• Brushless Motor - Jenis motor menghasilkan medan magnet pada rotor dengan menggunakan magnet permanen yang melekat padanya dan pergantian dicapai elektronik. Mereka umumnya lebih kecil tetapi lebih mahal daripada jenis konvensional disikat motor DC karena mereka menggunakan "efek Hall" switch di stator untuk menghasilkan medan stator diperlukan urutan rotasi tetapi mereka memiliki lebih torsi / kecepatan karakteristik, lebih efisien dan memiliki masa operasi lebih lama daripada jenis disikat setara.
• Servo Motor - Jenis motor pada dasarnya adalah motor DC brushed dengan beberapa bentuk kontrol umpan balik posisi terhubung ke poros rotor. Mereka terhubung ke dan dikendalikan oleh pengontrol tipe PWM dan terutama digunakan dalam sistem kontrol posisi dan model radio dikendalikan.

Yang normal DC motor memiliki karakteristik hampir linier dengan kecepatan rotasi yang ditentukan oleh tegangan DC diterapkan dan torsi output mereka ditentukan oleh arus yang mengalir melalui gulungan motor. Kecepatan rotasi dari setiap motor DC dapat bervariasi dari beberapa revolusi per menit (rpm) untuk ribuan putaran per menit membuat mereka cocok untuk elektronik, aplikasi otomotif atau robot. Dengan menghubungkan mereka ke gearbox atau gear-kereta kecepatan output mereka dapat menurun sementara pada saat yang sama meningkatkan output torsi dari motor dengan kecepatan tinggi.

The "Brushed" DC Motor

Sebuah disikat konvensional DC Motor terdiri dari dua bagian, tubuh stasioner motor disebut Stator dan bagian dalam yang berputar memproduksi gerakan yang disebut Rotor atau "Amature" untuk mesin DC.

Stator luka motor adalah sirkuit elektromagnet yang terdiri dari kumparan listrik yang terhubung bersama-sama dalam konfigurasi melingkar untuk menghasilkan diperlukan Utara-kutub maka Selatan-tiang maka dll Utara-tiang, jenis stasioner bidang sistem magnet untuk rotasi, tidak seperti mesin AC yang bidang stator terus berputar dengan frekuensi yang diterapkan. Arus yang mengalir dalam kumparan lapangan tersebut dikenal sebagai bidang motor saat ini.

Koil ini elektromagnetik yang membentuk bidang stator dapat elektrik dihubungkan secara seri, paralel atau keduanya bersama-sama (senyawa) dengan dinamo motor. Seri A luka motor DC memiliki gulungan medan stator yang dihubungkan secara seri dengan armature. Demikian juga, shunt luka motor DC memiliki gulungan medan stator yang terhubung secara paralel dengan angker seperti yang ditunjukkan.

Conventional (Brushed) DC Motor

Permanen magnet (PMDC) brushed motor umumnya jauh lebih kecil dan lebih murah daripada luka mereka setara jenis stator DC sepupu bermotor karena mereka tidak memiliki gulungan medan. Dalam magnet permanen DC (PMDC) motor ini kumparan lapangan diganti dengan tanah jarang yang kuat (yaitu Samarium Cobolt, atau Neodymium Iron Boron) jenis magnet yang memiliki medan energi yang sangat tinggi magnet. Ini memberi mereka linear yang jauh lebih baik kecepatan / torsi karakteristik dari motor luka setara karena medan magnet permanen dan kadang-kadang sangat kuat, membuat mereka lebih cocok untuk digunakan dalam model, robotika dan servos.

Meskipun DC disikat motor yang sangat efisien dan murah, masalah yang terkait dengan brushed DC motor adalah bahwa memicu terjadi di bawah kondisi beban berat antara dua permukaan sikat komutator dan karbon menghasilkan panas menghasilkan diri, umur pendek dan kebisingan listrik karena memicu , yang dapat merusak perangkat semikonduktor beralih seperti MOSFET atau transistor. Untuk mengatasi kelemahan ini, Brushless DC Motors dikembangkan.

The DC Servo Motor

DCServo motoryangdigunakandalam aplikasijenisloop tertutupadalahposisiporos motorkeluarandiumpankankembali kerangkaian kontrolmotor.Khasposisi"Feedback" perangkattermasukResolver, Encoderdanpotensiometerseperti yang digunakandalam modelradio kontrolseperti pesawat terbangdan kapaldllSebuah motorservoumumnya termasukgearboxbuilt-in untuk mengurangikecepatan danmampu memberikantorsitinggi langsung. Porosoutput darimotorservotidak berputarbebasseperti melakukanporosdarimotor DCkarenagearboxdan perangkatumpan balikterpasang.

DC Servo Motor Block Diagram

Sebuah motor servo terdiri dari motor DC, gearbox reduksi, perangkat umpan balik posisi dan beberapa bentuk koreksi kesalahan. Kecepatan atau posisi dikendalikan dalam kaitannya dengan sinyal input posisi atau sinyal referensi diterapkan pada perangkat.

 
RC Servo Motor

Penguat deteksi kesalahan melihat ini sinyal input dan membandingkannya dengan sinyal umpan balik dari poros output motor dan menentukan apakah poros output motor dalam kondisi kesalahan dan, jika demikian, controller membuat koreksi yang tepat baik mempercepat atau memperlambat motor ke bawah. Ini tanggapan terhadap perangkat umpan balik posisi berarti bahwa motor servo beroperasi dalam "Sistem Loop Tertutup".
Serta aplikasi industri besar, motor servo juga digunakan dalam model kecil remote control dan robotika, dengan motor servo yang paling mampu untuk memutar sampai sekitar 180 derajat di kedua arah membuat mereka ideal untuk posisi sudut yang akurat. Namun, jenis servos RC tidak dapat terus berputar pada kecepatan tinggi seperti motor DC konvensional kecuali dimodifikasi khusus.

Sebuah motor servo terdiri dari beberapa perangkat dalam satu paket, motor, gearbox, perangkat umpan balik dan koreksi kesalahan untuk mengendalikan posisi, arah atau kecepatan. Mereka widley digunakan dalam robotika dan model karena mereka mudah dikontrol dengan hanya menggunakan tiga kabel, Power, Ground dan Pengendalian Sinyal.

DC Motor Switching and Control

Kecil motor DC dapat diaktifkan "On" atau "Off" dengan cara switch, relay, transistor atau sirkuit MOSFET dengan bentuk sederhana dari kontrol motor menjadi "Linear" kontrol. Jenis sirkuit menggunakan Transistor bipolar sebagai Switch (Sebuah transistor Darlington juga dapat digunakan adalah nilai sekarang yang lebih tinggi diperlukan) untuk mengendalikan motor dari catu daya tunggal.

Dengan memvariasikan jumlah arus basis mengalir ke transistor kecepatan motor dapat dikontrol misalnya, jika transistor dihidupkan "setengah jalan", maka hanya setengah dari tegangan suplai pergi ke motor. Jika transistor dihidupkan "sepenuhnya ON" (jenuh), maka semua tegangan suplai masuk ke motor dan berputar lebih cepat. Kemudian untuk jenis linier kontrol, kekuasaan disampaikan terus-menerus untuk motor seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Unipolar Transistor Switch

Rangkaian switching sederhana di sebelah kiri, menunjukkan rangkaian untuk rangkaian kontrol Uni-directional (satu arah saja) motor. Sebuah logika berkelanjutan "1" atau logika "0" diterapkan pada masukan dari rangkaian untuk mengubah motor "ON" (saturasi) atau "OFF" (cut-off) masing-masing.

Sebuah dioda roda gila terhubung di terminal motor untuk melindungi transistor switching atau MOSFET dari setiap ggl kembali dihasilkan oleh motor ketika transistor berubah pasokan "OFF".
Serta dasar "ON / OFF" mengontrol sirkuit yang sama juga dapat digunakan untuk mengontrol kecepatan motor rotasi. Dengan berulang kali beralih motor saat ini "ON" dan "OFF" pada frekuensi yang cukup tinggi, kecepatan motor dapat bervariasi antara berdiri masih (0 rpm) dan kecepatan penuh (100%). Hal ini dicapai dengan memvariasikan proporsi waktu "ON" (Ton) dengan waktu "OFF" (pesolek) dan ini dapat dicapai dengan menggunakan proses yang dikenal sebagai Pulse Width Modulation.

Pulse Width Speed Control

Kecepatan rotasi dari motor DC adalah berbanding lurus dengan nilai (rata-rata) rata-rata tegangan pasokan dan nilai yang lebih tinggi ini, sampai volt maksimum motor diperbolehkan, semakin cepat motor akan berputar. Dengan kata lain kecepatan lebih lebih tegangan. Dengan memvariasikan rasio antara waktu "ON" (Ton) dan "OFF" (pesolek) jangka waktu waktu, yang disebut "Rasio Tugas", "Tandai / Ruang Ratio" atau "Duty Cycle", nilai rata-rata tegangan motor dan karenanya kecepatan rotasi dapat bervariasi. Untuk drive unipolar sederhana β rasio tugas yang diberikan sebagai:
                DC rata-rata tegangan output diumpankan ke motor diberikan sebagai: Vsupply = Vmean β x. Kemudian dengan memvariasikan lebar pulsa, motor tegangan dan karenanya daya yang digunakan untuk motor dapat dikontrol dan ini jenis kontrol ini disebut Pulse Width Modulation atau PWM.
Cara lain untuk mengendalikan kecepatan rotasi motor adalah memvariasikan frekuensi (dan karenanya jangka waktu dari tegangan pengendali) sedangkan kali bertugas "ON" dan "OFF" rasio yang tetap konstan. Tipe kontrol ini disebut Pulse Frekuensi Modulation atau PFM. Dengan pulsa modulasi frekuensi, tegangan motor dikendalikan dengan menerapkan pulsa frekuensi variabel misalnya, pada frekuensi rendah atau dengan pulsa sangat sedikit tegangan rata-rata diaplikasikan pada motor rendah, dan oleh karena itu kecepatan motor lambat. Pada frekuensi yang lebih tinggi atau dengan pulsa banyak, tegangan motor rata-rata terminal meningkat dan kecepatan motor juga akan meningkat.

Kemudian, Transistor dapat digunakan untuk mengontrol jumlah daya yang digunakan untuk motor DC dengan modus operasi yang baik "Linear" (bervariasi tegangan motor), "Pulse Width Modulation" (memvariasikan lebar pulsa) atau "Frekuensi Pulse Modulasi "(memvariasikan frekuensi denyut nadi).

H-jembatan Motor Control

Sementara mengendalikan kecepatan motor DC dengan transistor tunggal memiliki banyak keuntungan juga memiliki satu kelemahan utama, arah rotasi selalu sama, its a "Uni-directional" sirkuit. Dalam banyak aplikasi yang kita butuhkan untuk mengoperasikan motor di kedua arah depan dan belakang. Salah satu cara yang sangat baik untuk mencapai ini adalah untuk menghubungkan motor ke pengaturan H-jembatan Transistor sirkuit dan jenis sirkuit akan memberi kita "Bi-directional" DC kontrol motor seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Basic Bi-directional H-bridge Circuit

RangkaianH-jembatan di atas, dinamakan demikian karena konfigurasi dasar dari empat switch, baik elektro-mekanik relay atau transistor menyerupai huruf "H" dengan motor di posisikan pada bar pusat. TheTransistor atau MOSFETH-jembatan merupakan salah satu jenis yang paling umum digunakan bi-directional bermotor sirkuit kontrol DC. Menggunakan"pasang transistor komplementer "baik NPN dan PNP di cabang masing-masing dengan transistor yang beralih berpasangan untuk mengendalikan motor.

Masukan Kontrol mengoperasikan motor dalam satuarah yaitu, Teruskan rotasi sementara input B mengoperasikan motor di arah lain yaitu, rotasi Look up. Kemudian dengan beralih transistor "ON" atau"OFF" dalam "diagonal pasangan" mereka menghasilkan kontrol arah motor.
Misalnya, ketika TR1 transistor adalah"ON" dan transistor TR2 adalah"OFF", titik A terhubung ke tegangan suplai (+ Vcc) dan jika transistor TR3 adalah "OFF" dan transistor TR4 adalah "ON" titik B terhubung ke0volt(GND). Maka motorakan berputardalam satu arahyang sesuaiuntuk motor terminal  A yang positif dan terminal motor B menjadi negatif. Jika negara beralih di balik sehingga TR1 yang  "OFF", TR2 adalah "ON", TR3 adalah"ON" dan TR4 adalah"OFF", motor saat ini sekarang akan mengalir ke arah yang berlawanan menyebabkan motor untuk memutar di seberang arah.
Kemudian, dengan menerapkan tingkat logika yang berlawanan"1" atau"0" untuk input A dan B arah motor rotasi dapat dikontrol sebagai berikut.

H-bridge Truth Table

Input A	Input B	Motor Function
TR1 and TR4	TR2 and TR3
0	0	Motor Stopped (OFF)
1	0	Motor Rotates Forward
0	1	Motor Rotates Reverse
1	1	NOT ALLOWED

Adalah penting bahwa tidak ada kombinasi lain input diperboleh kan karena hal ini dapat menyebabkan power supply menjadi korslet, yaitu kedua transistor, TR1 dan TR2 switched"ON" pada saat yang sama, (sekering =bang!).

Seperti uni-directional kontrol motor  DC seperti  yang terlihat di atas, kecepatan rotasi motor juga dapat dikontrol  dengan menggunakan Pulse Width Modulation atau PWM. Kemudian dengan menggabungkan H-jembatan beralih dengan kontrol  PWM, baik arah dan kecepatan motor dapat dikontrol secara akurat. Komersial dari rak decoder IC seperti Setengah SN754410 QuadH-Bridge IC atau L298N yang memiliki 2H- Jembatan yang tersedia dengan semua kontrol yang diperlukan dan logika keamanan di bangun secara khusus dirancang untuk H-jembatan sirkuit bermotor bi-directional kontrol.

The Stepper Motor

Seperti motor DC di atas, Stepper Motors juga aktuator elektro mekanis yang mengkonversi sinyal masukan berdenyut digital ke dalam gerakan (incremental) diskrit mekanis digunakan secara luas dalam aplikasik ontrol industri. Sebuah motors tepper adalah jenis motor brush less sinkron dalam hal itu tidak memiliki angker dengan komutator dan sikat karbon namun memiliki rotor terdiri dari banyak, beberapa jenis memiliki ratusan gigi magnet permanen dan stator dengan gulungan individu.

Seperti namanya menyiratkan, motor stepper tidak berputar secara kontinyu seperti motor DC konvensional tetapi bergerak dalam diskrit"Langkah" atau"bertahap", dengan sudut setiap gerakan rotasi atau tergantung langkah pada jumlah kutub stator dan rotor gigi motor stepper.

Karena operasi langkah diskrit, stepper motor dengan mudah dapat diputar sebagian terbatas rotasi pada satu waktu, seperti 1,8, 3,6, 7,5 derajat dll Jadi misalnya, mari kita asumsikan bahwa motor stepper menyelesaikan satu putaran penuh (360 o) ditepat 100 langkah. Kemudian sudut langkah untuk motor diberikan sebagai 360 degrees /100 langkah=3,6derajat per langkah. nilai ini umumnya dikenal sebagaian gle Langkah motor stepper.

Ada tiga tipe dasar stepper motor,Keengganan Variabel, Magnet Permanen dan Hybrid (semacam kombinasi keduanya). Sebuah motor Stepper sangat cocok  untuk  aplikasi yang memerlukan posisi yang akurat dan pengulangan dengan respon yang cepat untuk memulai, berhenti, membalik kan dan kontrol kecepatan dan fitur lain kunci dari motor stepper, adalah kemampuan nya untuk menahan beban stabil setelah posisi butuhkan adalah tercapai.
Umumnya, stepper motor memiliki rotor internal dengan sejumlah besar"gigi" magnet permanen dengan sejumlah elektromagnet "gigi" dipasang pada stator.

Para elektromagnet stators yang terpolarisasi dan depolarized berurutan, menyebabkan rotor untuk memutar salah satu"langkah" pada suatu waktu.Modern multi-kutub, multi-gigi stepper motor mampu akurasi kurang dari 0,9 degsper langkah (400 Pulsa per Revolusi) dan terutama digunakan untuk sistem penentuan posisi yang sangat akurat seperti yang digunakan untuk magnetik-kepala difloppy/ harddisk drive, printer/komplotan atau aplikasi robot. Steppermotor yang paling umum digunakan sebagai langkah 200 per revolusi stepper motor. Memiliki 50 gigi rotor, 4-fase stator dan sudut langkah 1,8 derajat (360 degs/(50x4)).

Stepper Motor Construction and Control

Dalam contoh sederhana kami keengganan variabel stepper motor yang di atas, motor terdiri dari rotor utama yang dikelilingi oleh empat gulungan medan elektromagnetik diberi label A, B, C dan D. Semua kumparan dengan huruf yang sama yang terhubung bersama sehingga energi, mengatakan kumparan ditandai A akan menyebabkan rotor magnet untuk menyelaraskan diri dengan set coils. Dengan menerapkan kekuatan untuk setiap rangkaian kumparan pada gilirannya rotor dapat dibuat berputar atau "langkah" dari satu posisi ke depan dengan sudut ditentukan oleh konstruksi sudutnya langkah, dan dengan energi kumparan dalam urutan rotor akan menghasilkan rotary gerak.

Sopir stepper motor kontrol baik sudut langkah dan kecepatan motor dengan energi kumparan lapangan dalam urutan yang ditetapkan misalnya, "ADCB, ADCB, ADCB, A. .." dll, rotor akan berputar dalam satu arah (maju) dan dengan membalik urutan pulsa untuk "ABCD, ABCD, ABCD, A. .." dll, rotor akan berputar ke arah yang berlawanan (mundur).
Jadi, dalam contoh sederhana kita di atas, motor stepper memiliki empat gulungan, sehingga motor 4-phase, dengan jumlah kutub pada stator menjadi delapan (2 x 4) yang berjarak pada interval 45 derajat. Jumlah gigi pada rotor adalah enam yang berjarak 60 derajat terpisah. Lalu ada 24 (6 x 4 gigi kumparan) kemungkinan posisi atau "langkah" untuk rotor untuk menyelesaikan satu putaran penuh. Oleh karena itu, sudut langkah di atas diberikan sebagai: 360o/24 = 15o.

Jelas, gigi lebih rotor dan kumparan stator atau akan menghasilkan lebih banyak kontrol dan sudut langkah yang lebih halus. Juga dengan menghubungkan kumparan listrik dari motor dalam konfigurasi yang berbeda, Full, Half dan mikro-langkah sudut yang mungkin. Namun, untuk mencapai mikro-loncatan, motor stepper harus didorong oleh arus (kuasi) sinusoidal yang mahal untuk diterapkan.

Hal ini juga memungkinkan untuk mengontrol kecepatan rotasi motor stepper dengan mengubah waktu tunda antara pulsa digital yang diterapkan pada kumparan (frekuensi), semakin lama penundaan lambat kecepatan untuk satu revolusi lengkap. Dengan menerapkan sejumlah tetap pulsa ke motor, poros motor akan memutar melalui sudut tertentu sehingga tidak akan ada kebutuhan untuk setiap bentuk umpan balik tambahan karena dengan menghitung jumlah pulsa yang diberikan kepada motor posisi akhir dari rotor akan diketahui dengan pasti. Ini menanggapi sejumlah set pulsa input digital memungkinkan motor stepper untuk beroperasi dalam "Sistem loop terbuka" sehingga baik lebih mudah dan lebih murah untuk mengontrol.

Sebagai contoh, mari kita asumsikan bahwa kita stepper motor di atas memiliki sudut langkah 3,6 degs per langkah. Untuk memutar motor dengan sudut 216 derajat katakan dan kemudian berhenti lagi pada posisi hanya membutuhkan akan membutuhkan total: 216 derajat / (3,6 degs / langkah) = 80 pulsa diterapkan pada kumparan stator.

Ada banyak stepper motor controller yang tersedia IC yang dapat mengontrol kecepatan langkah, kecepatan rotasi dan arah motor. Salah satu seperti kontroler IC adalah SAA1027 yang memiliki semua counter yang diperlukan dan konversi kode built-in, dan secara otomatis dapat mendorong 4 output jembatan sepenuhnya dikontrol ke motor dalam urutan yang benar. Arah rotasi juga dapat dipilih bersama dengan modus langkah tunggal atau kontinyu (stepless) rotasi dalam arah yang dipilih, tapi ini menempatkan beban beberapa di controller. Bila menggunakan kontroler 8-bit digital, 256 microsteps per langkah juga mungkin

SAA1027 Stepper Motor Control Chip

Dalam tutorial tentang Aktuator rotasi, kita telah melihat motor DC brushed dan brushless, Motor Servo DC dan Motor Stepper sebagai aktuator elektromekanis yang dapat digunakan sebagai perangkat output untuk kontrol posisi atau kecepatan. Dalam tutorial berikutnya tentang Input / Output perangkat kami akan terus melihat kami diperangkat output disebut Aktuator, dan satu ditertentu yangmengubahsinyallistrik menjadigelombang suaralagi

Menggunakan elektro magnetisme. Jenis perangkat output kita akan melihat dalam tutorial berikutnya adalah Loudspeaker tersebut.

The Sound Transducer

Suara adalah nama umum yang diberikan untuk "gelombang akustik" yang memiliki frekuensi mulai dari hanya 1Hz sampai dengan puluhan ribu Hertz dengan batas atas pendengaran manusia sekitar 20 kHz, (20.000 Hz) jangkauan. Bunyi yang kita dengar pada dasarnya terdiri dari getaran-getaran mekanik yang dihasilkan oleh Transducer suara untuk menghasilkan gelombang akustik dan suara yang akan "mendengar" itu memerlukan media untuk transmisi baik melalui udara, cairan, atau padat.

 
Piezo Suara Transducer

Juga, suara tidak perlu menjadi gelombang suara frekuensi kontinyu seperti nada tunggal atau catatan musik, tetapi mungkin gelombang akustik terbuat dari kebisingan, getaran mekanik atau bahkan sebuah pulsa tunggal suara seperti "bang".

Transduser suara mencakup sensor, yang mengkonversi suara menjadi sinyal listrik dan seperti mikrofon, dan aktuator yang mengubah sinyal listrik kembali menjadi suara seperti pengeras suara. Kita cenderung untuk berpikir suara karena hanya ada dalam rentang frekuensi terdeteksi oleh telinga manusia, dari 20Hz sampai 20kHz (respons loudspeaker khas frekuensi).
Tapi transduser suara juga bisa baik mendeteksi dan mengirimkan suara dari frekuensi yang sangat rendah disebut infra-suara sampai dengan frekuensi sangat tinggi yang disebut USG. Tapi agar transduser suara untuk mendeteksi baik atau menghasilkan "suara" pertama-tama kita perlu memahami apa suara?.

Suara pada dasarnya adalah sebuah bentuk gelombang yang dihasilkan oleh beberapa bentuk getaran mekanis seperti garpu tala, dan yang memiliki "frekuensi" ditentukan oleh asal suara misalnya, bass drum memiliki suara frekuensi rendah, sementara simbal memiliki suara tinggi frekuensi.

Sebuah gelombang suara memiliki karakteristik yang sama seperti yang dari gelombang listrik yang Panjang gelombang (λ), Frekuensi (ƒ) dan Velocity (m / s). Kedua frekuensi suara dan bentuk gelombang yang ditentukan oleh asal atau getaran yang awalnya diproduksi suara tapi kecepatan tergantung pada media transmisi (udara, air dll) yang membawa gelombang suara. Hubungan antara panjang gelombang, kecepatan dan frekuensi yang diberikan di bawah ini sebagai:

Sound Wave Relationship

Dimana:
•Panjang gelombang adalah periode waktu dari satu siklus lengkap dalam detik.
•Frekuensi adalah jumlah panjang gelombang per detik dalam Hertz.
•Velocity adalah kecepatan suara melalui media transmisi dim/s-1.

The Microphone Transducer

Mikrofon, juga disebut"mic", adalah sebuah transduser suara yang dapat digolongkan sebagai"sensor suara". Hal ini karena menghasilkan sinyal output listrik analog yang sebanding dengan gelombang"akustik" suara bertindak atas diafragma fleksibel. Sinyal ini adalah "gambar listrik" mewakili karakteristik gelombang akustik. Umumnya, sinyal output dari mikrofon merupakan sinyal analog baik dalam bentuk tegangan atau arus yang sebanding dengan gelombang suara yang sebenarnya.

Jenis yang paling umum dari mikrofon tersedia sebagai transduser suara yang Dinamis, electret Kondensor, Ribbon dan Piezo-listrik baru jenis kristal. Aplikasi khas untuk mikrofon sebagai transduser suara termasuk rekaman audio, reproduksi, penyiaran sertat elepon, televisi, rekaman komputer digital dan scanner tubuh, di mana USG digunakan dalam aplikasi medis. Contoh dari mikrofon sederhana"Dinamis" ditunjukkan di bawah ini.

Dynamic Moving-coil Microphone Sound Transducer

Pembangunan mikrofon dinamis menyerupai pengeras suara, tetapi secara terbalik. Ini adalah jenis mikrofon kumparan bergerak yang menggunakan induksi elektromagnetik untuk mengubah gelombang suara menjadi sinyal listrik. Memiliki kumparan yang sangat kecil dari kawat tipis ditangguhkan dalam medan magnet dari magnet permanen. Sebagai gelombang suara hits diafragma fleksibel, diafragma bergerak bolak-balik dalam menanggapi tekanan suara bertindak atas nya menyebabkan kumparan terpasang kawat untuk bergerak dalam medan magnet dari magnet.
Gerakan kumparan dalam medan magnet menyebabkan tegangan akan diinduksikan pada kumparan seperti yang didefinisikan oleh Hukum Faraday Induksi elektromagnetik. Tegangan sinyal keluaran yang dihasilkan dari kumparan sebanding dengan tekanan dari gelombang suara yang bekerja pada diafragma sehingga lebih keras atau lebih kuat gelombang suara yang lebih besar sinyal output akan, membuat jenis ini tekanan mikrofon desain sensitif.

Sebagai kumparan kawat biasanya sangat kecil kisaran pergerakan diafragma dan koil terlampir juga sangat kecil menghasilkan sinyal output yang sangat linear yang 90o keluar dari fase dengan sinyal suara. Juga, karena kumparan induktor adalah impedansi  rendah, sinyal tegangan output juga sangat rendah sehingga beberapa  bentuk"amplifikasi pra-" sinyal diperlukan.
Sebagai pembangunan jenis mikrofon menyerupai pengeras suara, juga memungkinkan untuk menggunakan loudspeaker yang sebenarnya sebagai mikrofon. Jelas, kualitas rata-rata dari pengeras suara tidak akan sebagus itu untuk mikrofon jenis studio rekaman namun respons frekuensi pembicara yang wajar sebenarnya lebih baik dari pada mikrofon murah"freebie". Juga impedansi kumparan dari pengeras suara yang khas berbeda diantara 8 sampai 16Ω. Aplikasi umum di mana speaker umumnya digunakan sebagai mikrofon berada diinterkom dan walki-talkie

The Loudspeaker Transducer

Suara juga dapat digunakan sebagai perangkat output untuk menghasilkan suara peringatan atau bertindak sebagai alarm, dan pengeras suara, buzzers, tanduk dan pembunyi semua jenis transduser suara yang dapat digunakan untuk tujuan ini dengan aktuator jenis yang paling umum digunakan terdengar menjadi yang "Loudspeaker".

 
loudspeaker Transducer

Pengeras suara juga transduser suara yang digolongkan sebagai "aktuator suara" dan merupakan kebalikan dari mikrofon. Tugas mereka adalah untuk mengubah sinyal analog kompleks listrik menjadi gelombang suara menjadi sebagai dekat dengan sinyal input asli mungkin.

Pengeras suara yang tersedia dalam berbagai bentuk, ukuran dan rentang frekuensi dengan jenis yang lebih umum adalah coil bergerak, elektrostatik, isodynamic dan piezo-listrik. Pengeras suara kumparan bergerak jenis yang jauh pembicara yang paling umum digunakan dalam sirkuit elektronik dan kit, dan inilah jenis transduser suara kita akan memeriksa di bawah ini.

Prinsip operasi dari Loudspeaker Coil Moving adalah kebalikan dengan yang ada pada "Mikrofon Dinamis" kita melihat di atas. Sebuah kumparan kawat halus, yang disebut "pembicaraan atau voice coil", ditangguhkan dalam medan magnet yang sangat kuat, dan melekat ke sebuah kertas atau kerucut Mylar, disebut "diafragma" yang dengan sendirinya dihentikan pada ujung-ujungnya ke bingkai logam atau chassis. Kemudian tidak seperti mikrofon yang sensitif tekanan, jenis transduser suara adalah perangkat menghasilkan tekanan.

Moving Coil Loudspeaker

Ketika sebuah sinyal analog melewati kumparan suara pembicara, medan elektro-magnetik diproduksi dan yang kekuatannya ditentukan oleh arus yang mengalir melalui kumparan "suara", yang inturn ditentukan oleh pengaturan kontrol volume penguat mengemudi. Kekuatan elektro-magnet yang dihasilkan oleh bidang ini menentang medan magnet utama permanen di sekitarnya dan mencoba untuk mendorong kumparan dalam satu arah atau yang lain tergantung pada interaksi antara kutub utara dan selatan.

Sebagai kumparan suara secara permanen melekat pada kerucut / diafragma ini juga bergerak bersama-sama dan gerakannya menyebabkan gangguan di udara di sekitarnya sehingga menghasilkan suara atau catatan. Jika sinyal input adalah gelombang sinus kontinu maka kerucut akan bergerak masuk dan keluar bertindak seperti piston mendorong dan menarik udara ketika bergerak dan satu nada terus menerus akan terdengar mewakili frekuensi sinyal. Kekuatan dan karena kecepatannya, dimana kerucut bergerak dan mendorong udara di sekitarnya menghasilkan kenyaringan suara.

Sebagai kumparan pembicaraan atau suara pada dasarnya adalah sebuah kumparan kawat itu, seperti induktor nilai impedansi. Ini nilai untuk pengeras suara sebagian besar adalah antara 4 dan 16Ω itu dan disebut "impedansi nominal" nilai pembicara diukur pada 0Hz, atau DC Adalah penting untuk selalu sesuai dengan impedansi output dari penguat dengan impedansi nominal pembicara untuk mendapatkan maksimum pemindah daya antara amplifier dan speaker dengan sebagian amplifier-speaker kombinasi memiliki rating efisiensi dan serendah 1 atau 2%.

Meski diperdebatkan oleh beberapa, pemilihan kabel speaker yang baik juga merupakan faktor penting dalam efisiensi pembicara, sebagai kapasitansi internal dan karakteristik fluks magnetik dari perubahan kabel dengan frekuensi sinyal, sehingga menyebabkan kedua frekuensi dan distorsi fase pelemahan input sinyal. Juga, dengan amplifier daya tinggi arus besar yang mengalir melalui kabel ini begitu kecil kabel kawat bell tipe tipis dapat menjadi terlalu panas selama periode panjang digunakan.

Telinga manusia umumnya dapat mendengar suara dari antara 20Hz sampai 20kHz, dan respon frekuensi pengeras suara modern yang disebut speaker tujuan umum yang dirancang untuk beroperasi dalam rentang frekuensi serta headphone, earphone dan jenis-jenis headset tersedia secara komersial digunakan sebagai transduser suara. Namun, untuk kinerja tinggi Tinggi jenis sistem Fidelity (Hi-Fi) audio, respon frekuensi suara dibagi menjadi sub-kecil yang berbeda frekuensi dengan demikian meningkatkan baik efisiensi pengeras suara dan kualitas suara secara keseluruhan sebagai berikut:

Generalised Frequency Ranges

Descriptive Unit	Frequency Range
Sub-Woofer	10Hz to 100Hz
Bass	20Hz to 3kHz
Mid-Range	1kHz to 10kHz
Tweeter	3kHz to 30kHz

Dalam lampiran speaker multi yang memiliki Woofer terpisah, Tweeter dan Mid-range speaker ditempatkan bersama-sama dalam satu kandang tunggal, pasif atau aktif "crossover" jaringan yang digunakan untuk memastikan bahwa sinyal audio secara akurat dibagi dan direproduksi oleh semua berbeda sub-speaker. Jaringan Crossover terdiri dari Resistor, Induktor, Kapasitor, filter jenis RLC pasif atau op-amp filter aktif yang crossover atau cut-off point frekuensi tersetel dengan karakteristik pengeras suara individu dan contoh dari speaker multi-"Hi-fi "desain tipe diberikan di bawah ini

Multi-speaker (Hi-Fi) Design

Dalamtutorial ini, kitatelah melihatTransdusersuarayang berbeda yangdapatdigunakan baik untukmendeteksidan menghasilkangelombang suara. Mikrofondan pengeras suaraadalahtransdusersuara yang palingumum tersedia, tapibanyakjenis laintransdusersuara yang tersediayang menggunakanperangkat piezoelektrikuntuk mendeteksifrekuensiyang sangat tinggi, hydrophonedirancang untuk digunakandi bawah airuntuk mendeteksisuarabawah air dantransdusersonaryangbaikmengirimkan danrecievesuaragelombanguntuk mendeteksikapal selamdan kapal.

Summary of Transducers

Input Devices or Sensors

•Sensor adalah"Input" perangkat yang mengkonversi satu jenis energi  atau kuantitas menjadi sinyal analog listrik.
•Bentuk yang paling umum dari sensor adalah mereka yang mendeteksi Posisi, Suhu, Cahaya, Tekanan dan Velocity.
•Yang paling sederhana dari semua perangkat input adalah switch atau tombol  tekan.
•Beberapa sensor yang disebut"Self-menghasilkan" sensor menghasilkan tegangan output atau arus relatif terhadap kuantitas yang diukur, seperti termokopel dan foto-volta sel surya dan bandwidth output mereka sama bahwa kuantitas yang diukur.
•Beberapa sensor yang disebut"modulasi" sensor mengubah sifat fisik mereka, seperti induktansi atau resistensi relatif terhadap kuantitas yang diukur seperti sensor induktif, LDR dan potensio meter dan perlu bias untuk memberikan tegangan output atau arus.
•Tidak semua sensor menghasilkan output linier lurus dan sirkuit Linearisasi mungkin diperlukan.
•Pengkondisian sinyal juga mungkin diperlukan untuk menyediakan kompatibilitas antara sinyal sensor output yang rendah dan deteksi atau sirkuit amplifikasi.
•Beberapa bentuk amplifikasi umumnya diperlukan untuk menghasilkan sinyal listrik yang cocok yang mampu diukur.
•Penguat jenis Instrumentasi Operasional yang ideal untuk pemrosesan sinyal dan pengkondisian sinyal output sensor.

Output Devices or Actuators

• "Output" perangkat umumnya disebut Actuators dan sederhana dari semua aktuator adalah lampu.
• Relay memberikan pemisahan yang baik dari tegangan sinyal kontrol rendah elektronik dan sirkuit daya tinggi beban.
• Relay memberikan pemisahan sirkuit DC dan AC (yaitu beralih jalur arus AC melalui sinyal kontrol DC atau sebaliknya).
• Solid state relay memiliki respon yang cepat, umur panjang, tidak ada bagian yang bergerak tanpa arcing kontak atau mental namun memerlukan heatsinking.
• solenoida adalah perangkat elektromagnetik yang digunakan terutama untuk membuka atau menutup katup pneumatik, pintu keamanan dan aplikasi robot jenis. Mereka adalah beban induktif sehingga dioda flywheel diperlukan.
• Permanen magnet motor DC lebih murah dan lebih kecil dari motor luka setara karena mereka tidak memiliki gulungan medan.
• switch Transistor dapat digunakan sebagai sederhana ON / OFF pengendali unipolar dan pulsa kontrol lebar kecepatan diperoleh dengan memvariasikan duty cycle dari sinyal kontrol.
• Bi-directional kontrol motor dapat dicapai dengan menghubungkan motor dalam transistor H-jembatan.
• Stepper motor dapat dikontrol secara langsung menggunakan teknik transistor switching.
• Kecepatan dan posisi dari motor stepper dapat dikendalikan secara akurat dengan menggunakan pulsa sehingga dapat beroperasi dalam mode Open-loop.
• Mikrofon adalah transduser suara input yang dapat mendeteksi gelombang akustik baik dalam suara Infra, suara Audible atau kisaran USG yang dihasilkan oleh getaran mekanis.
• Pengeras suara, buzzers, tanduk dan pembunyi adalah perangkat output dan digunakan untuk menghasilkan output suara, catatan atau alarm.