1. Tujuan
- Mensimulasikan software proteus
- Membuat rangkaian sederhana menggunakan sensor LDR dan sensor photodiode yang dapat berguna dalam kehidupan sehari-hari
- Membuat aplikasi rangkaian lampu penerang jalan otomatis menggunakan sensor LDR dan sensor photodiode
2. Alat dan Bahan
- Alat :
a. Ground
- Bahan :
a. Sensor LDR
Spesifikasi:
- Tegangan maksimum (DC): 150V
- Konsumsi arus maksimum: 100mW
- Tingkatan Resistansi/Tahanan : 10Ω sampai 100KΩ
- Puncak spektral: 540nm (ukuran gelombang cahaya)
- Waktu Respon Sensor : 20ms – 30ms
- Suhu operasi: -30° Celsius – 70° Celcius
b. Photodiode
Spesifikasi :
- Silikon (Si) : Arus Gelap rendah, berkecepatan tinggi, kepekaan (sensitivitas) baik di jarak sekitar 400nm hingga 1000nm (terbaik di jarak 800nm – 900nm)
- Germanium (Ge) : Arus Gelap lebih tinggi, berkecepatan rendah, kepekaan (sensitivitas) baik di jarak sekitar 900nm – 1600nm (terbaik di jarak 1400nm – 1500nm)
- Indium gallium arsenide phosphide (InGaAsP) : Mahal, arus gelap rendah, berkecepatan tinggi, kepekaan (sensitivitas) baik di jarak sekitar 1000nm – 1350nm (terbaik di jarak 1100nm – 1300nm)
- Indium gallium arsenide (InGaAs) : Mahal, arus gelap rendah, berkecepatan tinggi, kepekaan (sensitivitas) baik di jarak sekitar 900nm – 1700nm (terbaik di jarak 1300nm – 1600nm)
c. Op-Amp(operasional ampilifier)
Spesifikasi:
· Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga)
· Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol)
· Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga)
· Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol)
· Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga)
· Karakteristik tidak berubah dengan suhu
d. Resistor
Spesifikasi :
- Resistance (Ohms) : 220 V
- Power (Watts) : 0,25 W, ¼ W
- Tolerance : ± 5%
- Packaging : Bulk
- Composition : Carbon Film
- Temperature Coefficient : 350ppm/°C
- Lead Free Status : Lead Free
- RoHS Status : RoHs Complient
e. DC Voltmeter
f. Transistor NPN
Konfigurasi Pin :
- Collector
- Base
- Emitter
Spesifikasi :
- Type Designator: 2N2369
- Material of Transistor: S
- Polarity: NPN
- Maximum Collector Power Dissipation (Pc): 0.36 W
- Maximum Collector-Base Voltage |Vcb|: 40 V
- Maximum Collector-Emitter Voltage |Vce|: 15 V
- Maximum Emitter-Base Voltage |Veb|: 4 V
- Maximum Collector Current |Ic max|: 0.2 A
- Max. Operating Junction Temperature (Tj): 200 °C
- Transition Frequency (ft): 500 MHz
g. Motor DC
Spesifikasi:
- Tegangan:12V
- Hambatan:120 ohm
3. Dasar Teori
a. a. Op-Amp (operasional amplifier)
Operational Amplifier atau lebih dikenal dengan istilah Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional.
Terminal yang terdapat pada Simbol Op-Amp (Operational Amplifier/penguat operasional) diantaranya adalah :
1. Masukan non-pembalik (Non-Inverting) +
2. Masukan pembalik (Inverting) –
3. Keluaran Vout
4. Catu daya positif +V
5. Catu daya negatif -V
b. b. Ground
Grounding adalah Alat instalasi listrik yang berguna sebagai pencegah terjadinya kontak antara makhluk hidup dengan tegangan listrik yang keluar dari rangkaian akibat terjadi kegagalan isolasi. Grounding dalam rumah Anda terpasang dengan dua macam, yaitu untuk instalasi listrik rumah dan instalasi penangkal petir.
Terdapat parameter yang menentukan kualitas dari grounding tersebut yaitu nilai tahan pada satuan ohm atau disebut sebagai resistans.Jika nilai groundingnya semakin kecil maka akan semakin bagus kualitas grounding tersebut.Pada instalasi listrik rumahan tentu saja memiliki nilai tahan untuk maksimal 5 Ohm. Sedangkan untuk instalasi petir makja hanya 2 Ohm saja.
c. d. DC Voltmeter
VOLTMETER DC adalah alat ukur yang berfungsi untuk mengetahui beda potensial tegangan DC antara 2 titik pada suatu beban listrik atau rangkaian elektronika.
R shunt
Penambahan sebuah tahanan seri atau pengali (multiplier), mengubah gerakan d’arsonval menjadi sebuah voltmeter arus searah. Tahanan pengali membatasi arus ke alat ukur agar tidak melebihi arus sakala penuh (Idp).
Nilai tahanan pengali yang diperlukan untuk memperbesar batas ukur tegangan ditentukan dari gambar berikut,
V = Im (Rs + Rm)
Rs= – Rm
Im = arus galvanometer
Rm = tahanan dalam alat ukur
Rs = tahanan pengali
V = Batas ukur yang diinginkan
Efek pembebanan
Bila sebuah voltmeter dihubungkan antara dua titik di dalam sebuah rangkaian tahanan tinggi, dia bertindak sebagai shunt bagi bagian rangkaian sehinga memperkecil tahanan ekivalen dalam bagian rangkaian tersebut. Berarti voltmeter akan menghasilkan penunjukan tegangan yang lebih rendah dari yang sebenarnya sebelum dihubungkan. Efek ini disebut efek pembebanan instrumen yang terutama disebabkan oleh sensitivitas rendah.
d. e. Motor DC
merupakan piranti elektronika yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. pada motor DC terdapat 2 Input yang jika diberikan input yang berbeda maka motor akan berputar CCW atau CW tergantung pada inputan yang dimasukan dan jika diberikan dua input dengan nilai sama maka motor dc akan berhenti. maksud nilai disini adalah HIGH atau LOW.
jadi :
HIGH HIGH = motor tidak
berputar
HIGH LOW = motor berputar
LOW LOW = motor tidak berputar
LOW HIGH = motor berputar
e. f. Resistor
Resistor atau disebut juga dengan Hambatan adalah komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk menghambat dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian elektronika. Satuan nilai Resistor atau Hambatan adalah Ohm. Nilai Resistor biasanya diwakili dengan kode angka ataupun gelang warna yang terdapat di badan resistor. Hambatan resistor sering disebut juga dengan resistansi atau resistance.
Bentuk-Bentuk Komponen Resistor
Resistor itu sendiri terdiri dari 2 bentuk komponen, yaitu Komponen Axial/Radial & Komponen Chip. Perbedaan dari kedua bentuk komponen tersebut adalah :
1. Komponen Axial/Radial adalah Suatu komponen pada nilai resistor terdapat sebuah kode warna, sehingga kita bisa mengetahui nilainya dari sebuah warna yang ada pada komponen tersebut.
2. Komponen Chip adalah Suatu komponen pada nilai resistor terdapat kode tertentu, sehingga komponen tersebut lebih mudah untuk memhaminya.
Cara Berhitung Resistor Chip :
- Masukkan Angka ke 1 langsung = 4
- Masukkan Angka ke 2 langsung = 7
- Masukkan Jumlah nol dariAngka ke 3 = 000 (3 nol) atau di kalikan dengan 10(3)
Rumus dari Rangkaian Seri Resistor adalah :
Rtotal = R1 + R2 + R3 + ….. + Rn
Rumus dari Rangkaian Seri Resistor adalah :
1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ….. + 1/Rn
f. g. Transistor NPN
Transistor NPN mengalirkan arus negatif dari emitor menuju ke kolektor. Emitor berperan sebagai input dan kolektor berperan sebagai output apabila transistor tersebut diberikan arus positif pada basisnya.
Transistor NPN menerima tegangan positif pada pin collector. Hal ini sehingga membuat arus mengalir dari collector ke emitor(Lc), untuk hal ini harus ada arus basis yang cukup (Lb)untuk meng “On”kan transistor.
Cara Kerja Transistor NPN:
Ketika tegangan yang disuplai ke basis melebihi tegangan ambang sebesar 0,7V, yaitu ketika Anda menaikkan arus yang ke basis transistor NPN, maka transistor akan terus mengalirkan lebih banyak sampai arus mengalir sepenuhnya dari kolektor ke emitor.
Dan ketika Anda menurunkan arus yang ke basis transistor NPN, maka transistor akan membuat arus yang melintasi dari collector ke emitor semakin sedikit, sampai tegangan yang disuplai ke basis berada di bawah ambang batas tegangan 0,7V, di mana pada titik dimana transistor sudah tidak lagi membuka lintas kolektor ke emitor dan transistor di “off”kan.
g. h. Sensor LDR
LDR (Ligh Dependent Resistor) adalah suatu komponen elektronik yang resistansinya tergantung pada intensitas cahaya. LDR di buat dari bahan Cadium Sulfida yang peka terhadap cahaya. LDR akan mempunyai hambatan yang sangat besar saat tidak ada cahaya mengenainya (gelap). Dalam kondisi ini hambatan LDR mampu mencapai 1M ohm, akan tetapi pada saat LDR mendapat cahaya hambatan LDR akan menurun menjadi beberapa puluh ohm saja.
Bahan yang digunakan pada LDR
Pada saat gelap atau cahaya redup, bahan dari cakram pada LDR menghasilkan elektron bebas dengan jumlah yang relatif kecil. Sehingga hanya ada sedikit elektron untuk mengangkut muatan elektrik. Artinya pada saat cahaya redup LDR menjadi pengantar arus yang kurang baik, atau bisa disebut juga LDR memiliki resistansi yang besar pada saat gelap atau cahaya redup.
Pada saat cahaya terang, ada lebih banyak elektron yang lepas dari bahan semikonduktor tersebut. Sehingga akan ada lebih banyak elektron untuk mengangkut muatan elektrik. Artinya pada saat cahaya terang LDR menjadi konduktor atau bisa disebut juga LDR memilki resistansi yang kecil pada saat cahaya terang. LDR digunakan untuk mengubah energi cahaya menjadi energi listrik. Saklar cahaya otomatis adalah salah satu contoh alat yang menggunakan LDR. Akan tetapi karena responsnya terhadap cahaya cukup lambat, LDR tidak digunakan pada situasi dimana intesitas cahaya berubah secara drastis.
Rangkaian elektronik yang dapat digunakan untuk LDR adalah rangkaian yang dapat mengukur nilai resistansi dari LDR tersebut. Dari hukum ohm, diketahui bahwa:
V = I.R
Dengan V adalah beda potensial antara dua titik, I adalah arus yang mengalir di antara-nya, dan R adalah resistansi di antara-nya. Lebih lanjut dikatakan pula bahwa nilai R tidak bergantung dari V ataupun I. Sehingga, jika ada perubahan nilai resistansi dari R, maka nilai tegangan V-nya pun akan berubah. Jika beda potensial di-set tetap, maka perubahan resistansi hanya akan mempengaruhi besar arusnya. Dan persamaan tersebut akan menjadi:
I = V / R
h. i. Photodiode
Prinsip kerja dari Photodioda adalah, ketika foton energi yang banyak menyerang dioda, itu membuat beberapa lubang (holes) dan elektron. Mekanisme ini juga disebut sebagai efek fotolistrik dalam. Jika penyerapan muncul di persimpangan daerah penipisan, maka pembawa dihapus dari persimpangan oleh medan listrik inbuilt dari daerah penipisan.
Oleh karena itu, holes di wilayah itu bergerak ke arah anoda, dan elektron
bergerak ke arah katoda, dan arus foto akan dihasilkan. Seluruh arus melalui
dioda adalah jumlah dari tidak adanya cahaya dan arus listrik. Jadi arus yang
tidak ada harus dikurangi untuk memaksimalkan sensitivitas perangkat.
Karakteristik V-I Photodioda
Sebuah Photodioda terus
beroperasi dalam mode bias terbalik. Karakteristik Photodioda ditunjukkan
dengan jelas pada gambar berikut, bahwa arus fotonya hampir tidak bergantung
pada tegangan bias balik yang diterapkan.
Untuk pencahayaan nol, arus foto hampir nol tidak termasuk untuk arus gelap
kecil. Ini adalah urutan dari ampere nano. Saat daya optik naik, arus foto juga
naik secara linear. Maksimum arus kas foto tidak lengkap oleh disipasi daya
photodioda.
4. Percobaaan
a. Prosedur Percobaan
Langkah-langkah:
o Siapkan alat dan bahan (komponen - komponen yang akan dirangkai)
o Tempatkan alat dan bahan pada posisi yang diinginkan
o Hubungkan setiap komponen yang sudah ditempatkan tadi
o Setelah itu, coba run rangkaian tersebut
o dekatkan dan jauhkan senter ke sensor ldr
o Jika rangkain benar maka ketika cahaya dijauhkan dari sensor motor akan berputar pelan karena tegangannya keci sedangkan jika cahayanya kita dekatkan motor akan berputar dengan cepat karena tegangannya besar
b. Rangkaian simulasi
- Gambar rangkaian
- Prinsip kerja
Prinsip kerja LDR sangat sederhana tak jauh berbeda dengan variable resistor pada umumnya. LDR dipasang pada berbagai macam rangkaian elektronika dan dapat memutus dan menyambungkan aliran listrik berdasarkan cahaya. Semakin banyak cahaya yang mengenai LDR maka nilai resistansinya akan menurun, dan sebaliknya semakin sedikit cahaya yang mengenai LDR maka nilai hambatannya akan semakin membesar.
Photodioda terbuat dari semikonduktor p-n junction maka cahaya yang
diserap oleh photodioda akan mengakibatkan terjadinya pergeseran foton yang
akan menghasilkan pasangan electron-hole di kedua sisi dari sambungan.
Ketika elektron-elektron yang dihasilkan itu masuk ke pita konduksi maka
elektron-elektron itu akan mengalir ke arah positif sumber tegangan sedangkan
hole yang dihasilkan mengalir ke arah negatif sumber tegangan sehingga arus
akan mengalir di dalam rangkaian.
Besarnya pasangan elektron ataupun hole yang dihasilkan tergantung dari
besarnya intensitas cahaya yang diserap oleh photodioda. Photodioda digunakan
sebagai penangkap gelombang cahaya yang dipancarkan oleh Infrared. Besarnya
tegangan atau arus listrik yang dihasilkan oleh photodioda tergantung besar
kecilnya radiasi yang dipancarkan oleh infrared.
c. Video
d. Download file
- Download Rangkaian Simulasi Klik Disini
- Download Gambar Rangkaian Klik Disini
- Download Video Klik Disini
- Download Library sensor LDR Klik Disini
- Download Library sensor photodioda Klik Disini
- Download Datasheet resistor Klik Disini
- Download Datasheet Op-amp Klik Disini
- Download Datasheet transistor NPN Klik Disini
- Download Datasheet sensor LDRKlik Disini
- Download Datasheet sensor photodioda Klik Disini
- Download HTML Klik Disini
Tidak ada komentar:
Posting Komentar