Fenomena-histeresis 2h6s4k

Fenomena Histeresis Written by aswan Thursday, 29 September 2011 06:02 - Last Updated Thursday, 29 September 2011 08:20

Sepintas kedengarannya seperti kata histeris yang menurut kamus umum berarti luapan emosi dengan diikuti oleh ekspresi teriakan kegirangan atau ketakutan. Contohnya reaksi ketika anda mendapat mobil gratis karena menjawab dengan benar telekuis di tv swasta. Anak remaja juga histeris ketika bintang pujaannya manggung di kelurahan. Bukan histeris, tetapi kali ini yang akan dikemukakan adalah fenomena histeresis, konsep dan aplikasinya.

Fenomena histeresis di dunia elektro diamati oleh ahli fisika ketika melakukan percobaan memagnetisasi bahan-bahan ferromagnetik. Bahan ferromagnetik seperti besi, nickle dan cobalt banyak dipakai sebagai inti (core) dari selenoid, transformer, induktor dan motor serta generator listrik. Untuk dapat termagnetisasi, inti besi dililit dengan kawat tembaga yang berupa kumparan. Jika kumparan diberi tegangan,  medan listrik yang ditimbulkan akan menyebabkan inti besi termagnetisasi.

kurva magnetisasi M terhadap medan eksternal B

Permeabilitas bahan ferromagnetik biasanya tidak konstan terhadap medan eksternal, sehingga kurva magnetisasi (M) terhadap medan (B) juga tidak linear. Ketika aliran listrik perlahan dinaikkan kurva magnet  mengikuti lajur a. Lalu apa yang terjadi ketika aliran listrik pada kumparan tembaga diturunkan menjadi nol lagi. Ternyata  kurva magnetik tidak melalui jalur yang sama, melainkan mengikuti lajur b. Hal ini karena inti besi masih menyimpan medan magnet yang didapat sebelumnya. Fenomena ini disebut juga dengan istilah efek memori (memory effect). 

Inti besi di sini pada dasarnya adalah untuk mendapatkan medan magnet yang lebih besar, namun gejala histeresis menyebabkan rugi-rugi daya.  Pada transformer, motor listrik, generator dan aplikasi elektromagnetik lain gejala histeresis umumnya dihindari atau dibuat sekecil mungkin. Maksudnya agar lebih efisien hemat energi dengan rugi-rugi daya minimal. Untuk itu biasanya digunakan bahan ferromagnetik yang memiliki permeabilitas yang besar.

1/4

Fenomena Histeresis Written by aswan Thursday, 29 September 2011 06:02 - Last Updated Thursday, 29 September 2011 08:20

Namun konsep histeresis ternyata tidak selalu dihindari, malah memberi ide untuk menepis noise (derau) pada sistem transmisi data digital.

Noise sering muncul jika sinyal data yang sudah dimodulasi melewati media transmisi. Pada sisi penerima (receiver), derau dapat mengacaukan data digital yang diterima. Sebenarnya ada solusi baku yang sering dipakai untuk menghindari noise seperti ini. Solusi itu menggunakan komparator dengan umpan balik () positif.  Sinyal keluaran diumpan balik ke input noninverting (+) melalui susunan resistor R1 dan R2. Pada input noninverting (+), porsi resistansi adalah B= R1/(R1+R2). Di sini input noninverting berlaku sebagai tegangan referensi bagi input inverting (-) .

inverting schmitt trigger dengan respons histeresis

Jika tegangan keluaran yang paling positif adalah +Vsat , maka pada saat ini besar tegangan referensi di titik (+) adalah +B Vsat. Demikian juga ketika tegangan keluaran  paling negatif  –Vsat, maka tegangan referensi pada saat ini adalah -B Vsat. Dengan demikian terlihat ada dua tegangan referensi yang berbeda tergantung dari besar tegangan output. Ketika sinyal input bergerak dari negatif ke positif maka tegangan referensinya adalah  +B Vsat. Sebaliknya jika sinyal input bergerak dari positif ke negatif, maka tegangan referensinya adalah –B Vsat. Dapat dipahami jika ada sinyal masukan yang berosilasi di antara tegangan –Bvsat dan +Bvsat, maka sinyal ini tidak direspons dan keluaran komparator tidak berubah statusnya.

(a) sinyal input yang terdistorsi noise (b) keluaran detektor tanpa schmitt trigger dengan 2/4

Fenomena Histeresis Written by aswan Thursday, 29 September 2011 06:02 - Last Updated Thursday, 29 September 2011 08:20

masalah bouncing (ping-pong) dengan schmitt trigger

(c) keluaran detektor

Teknik umpan balik positif dengan respons histeresis ini dikenal dengan nama schmitt trigger. Pada komponen logik, umpan balik positif akan memaksa perubahan status dari high ke low dan juga sebaliknnya. Perubahan status logik menjadi lebih cepat dan tidak muncul sinyal ping-pong (bouncing). Itulah sebabnya gerbang NOT ataupun NAND schmitt trigger ditambah kristal dan komponen pasif lain sering dipakai untuk membuat generator clock.

inverter schmitt trigger sebagai clock generator

Istilah histeresis sudah umum untuk menjelaskan fenomena yang serupa. Misalkan saat ini anda merancang sebuah alat pengatur ketinggian air pada bak penampung. Sebuah sensor kontak (micro switch) ditempatkan untuk mengatur penyalaan pompa air. Peralatan ini dimaksudkan untuk mempertahankan permukaan air pada ketinggian tertentu. Jika bak air kosong maka pompa akan dinyalakan (on) dan air mengalir mengisi bak. Jika air sudah penuh dan menyentuh sensor, maka pompa air akan mati (off) dan berhenti mengalirkan air. Sampai di sini kelihatannya tidak ada masalah dan semua berjalan normal.

Namun ada sedikit problem pada saat air hampir penuh yaitu ketika air ber-riak disekitar sensor. Apa yang terjadi adalah pompa air akan menyala, mati, menyala, mati dan seterusnya karena riak air memicu sensor sedemikian rupa. Kembali ada masalah bouncing dan hasilnya pompa air anda akan cepat rusak. Di sini riak air dapat disamakan dengan noise yang mestinya tidak perlu direspon. Bahasa populer saat ini, noise aja koq ditanggapi. Bagaimana mengatasi masalah ini, berikut adalah solusi dengan konsep histeresis.

Problem di atas muncul tidak lain karena hanya ada satu buah sensor. Solusi yang gampang adalah dengan menggunakan dua buah sensor. Sensor ketinggian air taruh di atas dan di bawah garis imajiner titik penuh yang telah anda tentukan. Titik-titik referensi itu sebut saja sebagai titik penuh atas (tpa) dan titik penuh bawah (tpb). Tentu selanjutnya kontroler yang

3/4

Fenomena Histeresis Written by aswan Thursday, 29 September 2011 06:02 - Last Updated Thursday, 29 September 2011 08:20

dibuat harus mengadopsi konsep histeresis.  

pengatur ketinggian permukaan air dengan histeresis

Dari keadaan bak air yang kosong, titik referesensinya adalah tpa. Begitu air menyentuh sensor di titik ini (tpa) maka segera pompa air dimatikan dan kemudian referensi tinggi air berubah menjadi tpb.  Kontroler akan melihat bahwa bak sudah penuh dan tetap melihatnya demikian sampai kemudian tinggi air turun ke titik tpb. Jika sampai pada titik ini (tpb) baru kemudian pompa dinyalakan dan titik referensi kemudian kembali menjadi tpa. Demikian seterusnya sehingga ketinggian air dapat dipertahankan dan pompa air aman dari masalah bouncing.

Problem di atas dapat juga diselesaikan dengan satu buah sensor saja. misalnya dengan sebuah load cell (sensor berat) yang ditaruh di dasar bak. Namun proses berikutnya baik yang menggunakan sistem analog maupun digital mikrokontroler dibuat dengan konsep histeresis. Solusi yang sama juga bisa diaplikasikan pada perangkat kontrol lain dengan input sensor suhu, kecepatan, posisi, tegangan, arus dan lain-lain.  

Setidaknya anda tidak perlu histeris terhadap gangguan noise seperti ini, apalagi kalau sampai menjadi histeria. Karena menurut kamus psikologi histeria berarti ganguan jiwa dengan gejala luapan emosi yang tidak terkendali.

-electroniclab.com-

4/4