BAB VIII
PERCOBAAN 8
7 SEGMENT DISPLAY
(LIVEWIRE)
TUJUAN
: Agar bintara siswa
paham dan mampu mempraktekkan rangkaian 7 Segmen Display
ALAT DAN BAHAN :
a. 7 Segment Display
b. Dioda
c. Battery
DASAR TEORI
a. 7 Segment Display
Seven Segment Display (7 Segment Display) dalam bahasa
Indonesia disebut dengan Layar Tujuh Segmen adalah komponen
Elektronika yang dapat menampilkan angka desimal melalui
kombinasi-kombinasi segmennya. Seven
Segment Display pada umumnya dipakai pada Jam Digital,
Kalkulator, Penghitung atau Counter Digital, Multimeter Digital dan juga Panel
Display Digital seperti pada Microwave Oven ataupun Pengatur Suhu Digital
. Seven Segment Display pertama
diperkenalkan dan dipatenkan pada tahun 1908 oleh Frank. W. Wood dan mulai
dikenal luas pada tahun 1970-an setelah aplikasinya pada LED (Light Emitting
Diode).
Seven Segment Display memiliki 7 Segmen dimana setiap
segmen dikendalikan secara ON dan OFF untuk menampilkan angka yang diinginkan.
Angka-angka dari 0 (nol) sampai 9 (Sembilan) dapat ditampilkan dengan
menggunakan beberapa kombinasi Segmen. Selain 0 – 9, Seven Segment Display juga
dapat menampilkan Huruf Hexadecimal dari A sampai F. Segmen atau elemen-elemen
pada Seven Segment Display diatur menjadi bentuk angka “8” yang agak miring ke
kanan dengan tujuan untuk mempermudah pembacaannya. Pada beberapa jenis Seven
Segment Display, terdapat juga penambahan “titik” yang menunjukan angka koma
decimal. Terdapat beberapa jenis Seven
Segment Display, diantaranya adalah Incandescent bulbs, Fluorescent
lamps (FL), Liquid Crystal Display (LCD) dan Light Emitting Diode (LED).
LED 7 Segmen Tipe Common Cathode (Katoda)
Pada LED 7 Segmen jenis
Common Cathode (Katoda), Kaki Katoda pada semua segmen LED adalah terhubung
menjadi 1 Pin, sedangkan Kaki Anoda akan menjadi Input untuk masing-masing
Segmen LED. Kaki Katoda yang terhubung menjadi 1 Pin ini merupakan
Terminal Negatif (-) atau Ground sedangkan Signal Kendali (Control Signal) akan
diberikan kepada masing-masing Kaki Anoda Segmen LED.
LED 7
Segmen Tipe Common Anode (Anoda)
Pada LED 7 Segmen jenis Common Anode (Anoda), Kaki Anoda
pada semua segmen LED adalah terhubung menjadi 1 Pin, sedangkan kaki Katoda
akan menjadi Input untuk masing-masing Segmen LED. Kaki Anoda yang terhubung
menjadi 1 Pin ini akan diberikan Tegangan Positif (+) dan Signal Kendali
(control signal) akan diberikan kepada masing-masing Kaki Katoda Segmen LED.
b. Dioda
Dioda adalah komponen elektronika yang
terdiri dari dua kutub dan berfungsi menyearahkan arus. Komponen ini terdiri
dari penggabungan dua semikonduktor yang masing-masing diberi doping
(penambahan material) yang berbeda, dan tambahan material konduktor untuk
mengalirkan listrik.
Struktur utama dioda
adalah dua buah kutub elektroda berbahan konduktor yang masing-masing terhubung
dengan semikonduktor silikon jenis p dan silikon jenis n. Anoda adalah
elektroda yang terhubung dengan silikon jenis p dimana elektron yang terkandung
lebih sedikit, dan katoda adalah elektroda yang terhubung dengan silikon jenis
n dimana elektron yang terkandung lebih banyak. Pertemuan antara silikon n dan
silikon p akan membentuk suatu perbatasan yang disebut P-N Junction.
Material semikonduktor yang digunakan umumnya berupa
silikon atau germanium. Adapun semikonduktor jenis p diciptakan dengan
menambahkan material yang memiliki elektron valensi kurang dari 4 (Contoh:
Boron) dan semikonduktor jenis n diciptakan dengan menambahkan material yang
memiliki elektro valensi lebih dari 4 (Contoh: Fosfor).
Cara Kerja Dioda
Secara sederhana, cara
kerja dioda dapat dijelaskan dalam tiga kondisi, yaitu kondisi tanpa tegangan
(unbiased), diberikan tegangan positif (forward biased), dan tegangan negatif
(reverse biased).
Kondisi tanpa tegangan
Pada kondisi tidak diberikan tegangan akan terbentuk
suatu perbatasan medan listrik pada daerah P-N junction. Hal ini terjadi
diawali dengan proses difusi, yaitu bergeraknya muatan elektro dari sisi n ke
sisi p. Elektron-elektron tersebut akan menempati suatu tempat di sisi p yang
disebut dengan holes. Pergerakan elektron-elektron tersebut akan meninggalkan
ion positif di sisi n, dan holes yang terisi dengan elektron akan menimbulkan
ion negatif di sisi p. Ion-ion tidak bergerak ini akan membentuk medan listrik
statis yang menjadi penghalang pergerakan
elektron pada dioda.
Kondisi tegangan positif (Forward-bias)
Pada kondisi ini, bagian anoda disambungkan dengan
terminal positif sumber listrik dan bagian katoda disambungkan dengan terminal
negatif. Adanya tegangan eksternal akan mengakibatkan ion-ion yang menjadi penghalang aliran listrik menjadi tertarik ke
masing-masing kutub. Ion-ion negatif akan tertarik ke sisi anoda yang positif,
dan ion-ion positif akan tertarik ke sisi katoda yang negatif. Hilangnya
penghalang-penghalang tersebut akan memungkinkan pergerakan elektron di dalam
dioda, sehingga arus listrik dapat mengalir seperti pada rangkaian tertutup.
Jenis-jenis Dioda dan Fungsi Dioda
Dioda dibedakan menjadi
beberapa jenis berdasarkan karakteristik dan fungsinya. Jenis-jenis dioda dan aplikasinya
adalah sebagai berikut.
§ PN Junction Diode: Dioda standar yang terdiri dari
susunan PN dan memiliki cara kerja seperti yang dijelaskan sebelumnya. Dioda
jenis ini adalah diode yang umum digunakan di pasaran (disebut juga diode
generik), digunakan terutama sebagai penyearah arus.
§ Light Emitting Diode (LED): Saat dialiri arus
forward-bias, LED akan mengeluarkan cahaya. LED saat ini umum digunakan sebagai
alat penerangan dan beberapa jenis digunakan untuk menggantikan lampu
fluorescent.
§ Laser Diode: Dioda jenis laser juga menghasilkan cahaya,
namun cahaya yang dihasilkan adalah cahaya koheren. Aplikasi diode laser adalah
perangkat pembaca CD dan DVD dan laser pointer.
§ Photodiode: Photodiode dapat menghasilkan energi listrik
apabila daerah PN junction disinari. Umumnya photodiode dioperasikan dalam
reverse-bias, sehingga arus yang kecil akibat cahaya dapat langsung terdeteksi.
Photodiode digunakan untuk mendeteksi cahaya (photodetector).
§ Gunn Diode: Gunn Diode adalah jenis diode yang tidak
memiliki PN Junction, melainkan hanya terdiri dari dua elektroda. Dioda jenis
ini dapat digunakan untuk menghasilkan sinyal gelombang mikro.
§ BARITT Diode: BARITT (Barrier Injection Transit Time)
Diode adalah jenis diode yang bekerja dengan prinsip emisi termionik. Dioda ini
digunakan untuk memproduksi sinyal gelombang mikro dengan level derau yang
rendah.
§ Tunnel Diode: Tunnel Diode adalah dioda yang bekerja
memanfaatkan salah satu fenomena mekanika kuantum yaitu tunneling. Tunnel junction
digunakan sebagai salah satu komponen pada osilator, penguat, atau pencampur
sinyal, terutama karena kecepatannya bereaksi terhadap perubahan tegangan.
§ Backward Diode: Backward diode memiliki karakteristik
serupa dengan tunnel, perbedannya terletak pada adanya sisi yang diberi doping
lebih rendah dibanding sisi yang berlawanan. Perbedaan profil doping ini
membuat backward diode memiliki karakteristik tegangan-arus yang serupa pada
kondisi reverse dan forward.
§ PIN Diode: Pada dioda PIN, terdapat area semikonduktor
intrinsic (tanpa doping) yang diletakkan antara P dan N junction. Efek dari
penambahan area intrinsic tersebut adalah melebarnya area deplesi yang
membatasi pergerakan elektron, dan hal ini tepat digunakan untuk aplikasi
pensinyalan (switching).
§ Schottky Diode: Pada Schottky diode diberikan tambahan
metal pada cuplikan permukaan bagian tengah semikonduktor. Karakteristik yang
menjadi keunggulan dioda ini adalah tegangan aktivasi yang rendah dan waktu
pemulihan yang singkat. Dioda ini sangat umum digunakan untuk rangkaian
elektronik berfrekuensi tinggi, seperti perangkat-perangkat radio dan
gerbang logika.
§ Step Recovery Diode: Bagian semikonduktor pada dioda ini
memiliki level doping yang secara gradual menurun dengan titik terendah di
junction. Modifikasi ini dapat mengurangi waktu switching karena muatan yang
ada pada daerah junction lebih sedikit. Aplaikasi dari semikonduktor ini adalah
pada alat-alat elektronik frekuensi radio.
§ Varactor Diode: Diaplikasikan pada mode reverse biasa
dengan lapisan penghalang yang dapat berubah-ubah sesuai tegangan diberikan.
Hal ini membuat dioda ini seolah-olah merupakan suatu kapasitor.
§ Zener diode: Memiliki karakteristik khusus yang
mengingkan efek breakdown saat reverse bias Dioda ini dapat menghasilkan
tegangan yang tetap dan umum digunakan sebagai penghasil tegangan referensi di
rangkaian elektronik.
c. Battery
Baterai (Battery) adalah
sebuah alat yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi
Listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat Elektronik. Hampir semua
perangkat elektronik yang portabel seperti Handphone, Laptop, Senter, ataupun
Remote Control menggunakan Baterai sebagai sumber listriknya. Dengan adanya
Baterai, kita tidak perlu menyambungkan kabel listrik untuk dapat mengaktifkan
perangkat elektronik kita sehingga dapat dengan mudah dibawa kemana-mana. Dalam
kehidupan kita sehari-hari, kita dapat menemui dua jenis Baterai yaitu Baterai
yang hanya dapat dipakai sekali saja (Single Use) dan Baterai yang dapat di isi
ulang (Rechargeable).
Jenis-jenis Baterai
Setiap
Baterai terdiri dari Terminal Positif( Katoda) dan Terminal Negatif (Anoda) serta
Elektrolit yang berfungsi sebagai penghantar. Output Arus Listrik dari Baterai
adalah Arus Searah atau disebut juga dengan Arus DC (Direct Current). Pada
umumnya, Baterai terdiri dari 2 Jenis utama yakni Baterai Primer yang hanya
dapat sekali pakai (single use battery) dan Baterai Sekunder yang dapat diisi
ulang (rechargeable battery).
1. Baterai Primer (Baterai Sekali Pakai/Single Use)
Baterai
Primer atau Baterai sekali pakai ini merupakan baterai yang paling sering
ditemukan di pasaran, hampir semua toko dan supermarket menjualnya. Hal ini
dikarenakan penggunaannya yang luas dengan harga yang lebih terjangkau. Baterai
jenis ini pada umumnya memberikan tegangan 1,5 Volt dan terdiri dari berbagai
jenis ukuran seperti AAA (sangat kecil), AA (kecil) dan C (medium) dan D
(besar). Disamping itu, terdapat juga Baterai Primer (sekali pakai) yang
berbentuk kotak dengan tegangan 6 Volt ataupun 9 Volt.
Jenis-jenis
Baterai yang tergolong dalam Kategori Baterai Primer (sekali Pakai / Single
use) diantaranya adalah :
a. Baterai Zinc-Carbon (Seng-Karbon)
Baterai
Zinc-Carbon juga disering disebut dengan Baterai “Heavy Duty” yang sering kita
jumpai di Toko-toko ataupun Supermarket. Baterai jenis ini terdiri dari bahan
Zinc yang berfungsi sebagai Terminal Negatif dan juga sebagai pembungkus
Baterainya. Sedangkan Terminal Positifnya adalah terbuat dari Karbon yang
berbentuk Batang (rod). Baterai jenis Zinc-Carbon merupakan jenis baterai yang
relatif murah dibandingkan dengan jenis lainnya.
b. Baterai Alkaline (Alkali)
Baterai
Alkaline ini memiliki daya tahan yang lebih lama dengan harga yang lebih mahal
dibanding dengan Baterai Zinc-Carbon. Elektrolit yang digunakannya adalah
Potassium hydroxide yang merupakan Zat Alkali (Alkaline) sehingga namanya juga
disebut dengan Baterai Alkaline. Saat ini, banyak Baterai yang menggunakan
Alkalline sebagai Elektrolit, tetapi mereka menggunakan bahan aktif lainnya
sebagai Elektrodanya.
c. Baterai Lithium
Baterai
Primer Lithium menawarkan kinerja yang lebih baik dibanding jenis-jenis Baterai
Primer (sekali pakai) lainnya. Baterai Lithium dapat disimpan lebih dari 10
tahun dan dapat bekerja pada suhu yang sangat rendah. Karena keunggulannya
tersebut, Baterai jenis Lithium ini sering digunakan untuk aplikasi Memory
Backup pada Mikrokomputer maupun Jam Tangan. Baterai Lithium biasanya dibuat
seperti bentuk Uang Logam atau disebut juga dengan Baterai Koin (Coin Battery).
Ada juga yang memanggilnya Button Cell atau Baterai Kancing.
d. Baterai Silver Oxide
Baterai
Silver Oxide merupakan jenis baterai yang tergolong mahal dalam harganya. Hal
ini dikarenakan tingginya harga Perak (Silver). Baterai Silver Oxide dapat
dibuat untuk menghasilkan Energi yang tinggi tetapi dengan bentuk yang relatif
kecil dan ringan. Baterai jenis Silver Oxide ini sering dibuat dalam dalam
bentuk Baterai Koin (Coin Battery) / Baterai Kancing (Button Cell). Baterai
jenis Silver Oxide ini sering dipergunakan pada Jam Tangan, Kalkulator maupun
aplikasi militer.
2. Baterai Sekunder (Baterai Isi Ulang/Rechargeable)
Baterai
Sekunder adalah jenis baterai yang dapat di isi ulang atau Rechargeable
Battery. Pada prinsipnya, cara Baterai Sekunder menghasilkan arus listrik
adalah sama dengan Baterai Primer. Hanya saja, Reaksi Kimia pada Baterai
Sekunder ini dapat berbalik (Reversible). Pada saat Baterai digunakan dengan
menghubungkan beban pada terminal Baterai (discharge), Elektron akan mengalir
dari Negatif ke Positif. Sedangkan pada saat Sumber Energi Luar (Charger)
dihubungkan ke Baterai Sekunder, elektron akan mengalir dari Positif ke Negatif
sehingga terjadi pengisian muatan pada baterai. Jenis-jenis Baterai yang dapat
di isi ulang (rechargeable Battery) yang sering kita temukan antara lain
seperti Baterai Ni-cd (Nickel-Cadmium), Ni-MH (Nickel-Metal Hydride) dan Li-Ion
(Lithium-Ion).
Jenis-jenis
Baterai yang tergolong dalam Kategori Baterai Sekunder (Baterai Isi Ulang)
diantaranya adalah :
a. Baterai Ni-Cd (Nickel-Cadmium)
Baterai
Ni-Cd (NIcket-Cadmium) adalah jenis baterai sekunder (isi ulang) yang
menggunakan Nickel Oxide Hydroxide dan Metallic Cadmium sebagai bahan
Elektrolitnya. Baterai Ni-Cd memiliki kemampuan beroperasi dalam jangkauan suhu
yang luas dan siklus daya tahan yang lama. Di satu sisi, Baterai Ni-Cd akan
melakukan discharge sendiri (self discharge) sekitar 30% per bulan saat tidak
digunakan. Baterai Ni-Cd juga mengandung 15% Tosik/racun yaitu bahan
Carcinogenic Cadmium yang dapat membahayakan kesehatan manusia dan Lingkungan
Hidup. Saat ini, Penggunaan dan penjualan Baterai Ni-Cd (Nickel-Cadmiun) dalam
perangkat Portabel Konsumen telah dilarang oleh EU (European Union) berdasarkan
peraturan “Directive 2006/66/EC” atau dikenal dengan “Battery Directive”.
b. Baterai Ni-MH (Nickel-Metal Hydride)
Baterai
Ni-MH (Nickel-Metal Hydride) memiliki keunggulan yang hampir sama dengan Ni-Cd,
tetapi baterai Ni-MH mempunyai kapasitas 30% lebih tinggi dibandingkan dengan
Baterai Ni-Cd serta tidak memiliki zat berbahaya Cadmium yang dapat merusak
lingkungan dan kesehatan manusia. Baterai Ni-MH dapat diisi ulang hingga
ratusan kali sehingga dapat menghemat biaya dalam pembelian baterai. Baterai
Ni-MH memiliki Self-discharge sekitar 40% setiap bulan jika tidak digunakan.
Saat ini Baterai Ni-MH banyak digunakan dalam Kamera dan Radio Komunikasi.
Meskipun tidak memiliki zat berbahaya Cadmium, Baterai Ni-MH tetap mengandung
sedikit zat berbahaya yang dapat merusak kesehatan manusia dan Lingkungan
hidup, sehingga perlu dilakukan daur ulang (recycle) dan tidak boleh dibuang di
sembarang tempat.
c. Baterai Li-Ion (Lithium-Ion)
Baterai
jenis Li-Ion (Lithium-Ion) merupakan jenis Baterai yang paling banyak digunakan
pada peralatan Elektronika portabel seperti Digital Kamera, Handphone, Video
Kamera ataupun Laptop. Baterai Li-Ion memiliki daya tahan siklus yang tinggi
dan juga lebih ringan sekitar 30% serta menyediakan kapasitas yang lebih tinggi
sekitar 30% jika dibandingkan dengan Baterai Ni-MH. Rasio Self-discharge adalah
sekitar 20% per bulan. Baterai Li-Ion lebih ramah lingkungan karena tidak
mengandung zat berbahaya Cadmium. Sama seperti Baterai Ni-MH (Nickel- Metal
Hydride), Meskipun tidak memiliki zat berbahaya Cadmium, Baterai Li-Ion tetap
mengandung sedikit zat berbahaya yang dapat merusak kesehatan manusia dan
Lingkungan hidup, sehingga perlu dilakukan daur ulang (recycle) dan tidak boleh
dibuang di sembarang tempat.
LANGKAH KERJA
a.
Masuk ke aplikasi
livewire
b.
Pasang
symbol 7 segment display di folder output component bagian LED display
c.
Pasang
ground dan battery di folder power supplies
d.
Hubungkan
segment-segment ke ground bila ingin mendapatkan rangkaian anoda dan common
dihubungkan ke battery/VCC. Bila ingin mendapatkan bentuk dari LED berupa huruf
atau angka sambungkan sesuai ketentuan huruf apa saja yang mau dihubungkan dari
a-g.
e.
Ubah
pada symbol seven segment display untuk Anoda/Katoda
Setelah merubah model, untuk menguji
rangkaian tersebut berhasil atau tidak klik tombol play diatas aplikasi
livewire. Maka rangkaian akan menyala jika berhasil seperti contoh gambar
dibawah ini.
6. Analisa rangkaian
Dari rangkaian diatas, rangkaian di berikan teganagan
sebesar 9V. arus mengalir menuju ke ic 555 kemudian di teruskan menuju ic 40178
dan kemudian di lanjutkan menuju ke led. Led menyala secara bergantian.
Selanjutnya untuk mengatur kedip led secara bergantian dapat di gunakan dengan
mengatur besar kecilnya nilai resistor.
7. Kesimpulan dan saran :
a. kesimpulan :
IC 4017 Memprogram LED yang berfungsi sebagai output
untuk menghasilkan
cahaya yang dapat berjalan dari LED 1 sampai dengan LED
terakhir dan
kembali lagi ke semula. Jika semakin kecil nilai resistor
maka kedip tiap
lampunya cepat. Sebaliknya jika semakin besar nilai
resistor maka kedip
tiap lampunya semakin lambat.
b. saran :
agar kegiatan praktek di perbanyak sehingga siswa mampu
mempraktekkan rangkaian running led. Sehingga dapat kami terapkan dalam tugas
akhir kami yaitu lampu rambu lalu lintas.
