SENSOR PHOTODIODA
1. Tujuan
- Memahami karakteristik sensor cahaya (Photodioda)
- Membuat rangkaian dari sensor cahaya (Photodioda)
- Menjalankan dan menganalisa dari sensor cahaya (Photodioda)
2. Alat dan Bahan
Alat:
1. Power Supply
Volt meter DC merupakan alat ukur yang berfungsi untuk mengetahui beda potensial tegangan DC antara 2 titik pada suatu beban listrik atau rangkaian elektronika. Konsep yang digunakan dalam sebuah volt meter DC hampir sama dengan konsep pada ampere meter. Pada volt meter arus searah atau DC volt meter tahanan shunt atau shunt resistor dipasang seri dengan kumparan putar magnet permanen (permanent magnet moving coil) PMMC yang berfungsi sebagai pengali (multiplier).
Motor Listrik DC atau DC Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion). Motor DC ini juga dapat disebut sebagai Motor Arus Searah. Seperti namanya, DC Motor memiliki dua terminal dan memerlukan tegangan arus searah atau DC (Direct Current) untuk dapat menggerakannya. Motor Listrik DC ini biasanya digunakan pada perangkat-perangkat Elektronik dan listrik yang menggunakan sumber listrik DC seperti Vibrator Ponsel, Kipas DC dan Bor Listrik DC.
Power Supply atau dalam bahasa Indonesia disebut dengan Catu Daya adalah suatu alat listrik yang dapat menyediakan energi listrik untuk perangkat listrik ataupun elektronika lainnya. Pada dasarnya Power Supply atau Catu daya ini memerlukan sumber energi listrik yang kemudian mengubahnya menjadi energi listrik yang dibutuhkan oleh perangkat elektronika lainnya. Oleh karena itu, Power Supply kadang-kadang disebut juga dengan istilah Electric Power Converter.
2. DC/Multimeter
Volt meter DC merupakan alat ukur yang berfungsi untuk mengetahui beda potensial tegangan DC antara 2 titik pada suatu beban listrik atau rangkaian elektronika. Konsep yang digunakan dalam sebuah volt meter DC hampir sama dengan konsep pada ampere meter. Pada volt meter arus searah atau DC volt meter tahanan shunt atau shunt resistor dipasang seri dengan kumparan putar magnet permanen (permanent magnet moving coil) PMMC yang berfungsi sebagai pengali (multiplier).
Bahan:
1. Photodioda
Photodiode atau dalam bahasa Indonesia disebut dengan Dioda Foto adalah komponen Elektronika yang dapat mengubah cahaya menjadi arus listrik. Dioda Foto merupakan komponen aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan tergolong dalam keluarga Dioda. Seperti Dioda pada umumnya, Photodiode atau Dioda Foto ini memiliki dua kaki terminal yaitu kaki terminal Katoda dan kaki terminal Anoda, namun Dioda Foto memiliki Lensa dan Filter Optik yang terpasang dipermukaannya sebagai pendeteksi cahaya. Cahaya yang dapat dideteksi oleh Dioda Foto diantaranya seperti Cahaya Matahari, Cahaya Tampak, Sinar Inframerah, Sinar Ultra-violet hingga sinar X. Oleh karena itu, Photodiode atau Dioda Foto yang dapat mendeteksi berbagai Cahaya ini telah banyak diaplikasikan ke berbagai perangkat Elektronika dan listrik seperti Penghitung Kendaraan, Sensor Cahaya Kamera, Alat-alat medis, Scanner Barcode dan peralatan keamanan.
2. LED
Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.
3. Transistor
Transistor adalah komponen semikonduktor yang memiliki berbagai macam fungsi seperti sebagai penguat, pengendali, penyearah, osilator, modulator dan lain sebagainya. Transistor merupakan salah satu komponen semikonduktor yang paling banyak ditemukan dalam rangkaian-rangkaian elektronika. Boleh dikatakan bahwa hampir semua perangkat elektronik menggunakan Transistor untuk berbagai kebutuhan dalam rangkaiannya. Perangkat-perangkat elektronik yang dimaksud tersebut seperti Televisi, Komputer, Ponsel, Audio Amplifier, Audio Player, Video Player, konsol Game, Power Supply dan lain-lainnya.
4. Button
Push button switch (saklar tombol tekan) adalah perangkat / saklar sederhana yang berfungsi untuk menghubungkan atau memutuskan aliran arus listrik dengan sistem kerja tekan unlock (tidak mengunci). Sistem kerja unlock disini berarti saklar akan bekerja sebagai device penghubung atau pemutus aliran arus listrik saat tombol ditekan, dan saat tombol tidak ditekan (dilepas), maka saklar akan kembali pada kondisi normal.
5. OP AMP
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.
6. Motor DC
Motor Listrik DC atau DC Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion). Motor DC ini juga dapat disebut sebagai Motor Arus Searah. Seperti namanya, DC Motor memiliki dua terminal dan memerlukan tegangan arus searah atau DC (Direct Current) untuk dapat menggerakannya. Motor Listrik DC ini biasanya digunakan pada perangkat-perangkat Elektronik dan listrik yang menggunakan sumber listrik DC seperti Vibrator Ponsel, Kipas DC dan Bor Listrik DC.
3. Dasar Teori
Sensor cahaya adalah komponen elektronika dapat berfungsi mengubah suatu besaran optik (cahaya) menjadi besaran elektrik. Sensor cahaya berdasarkan perubahan elektrik yang dihasilkan dibagi menjadi dua jenis, yaitu fotovoltaik dan fotokonduktif. Salah satu sensor cahaya jenis fotokonduktif adalah sensor fotodioda. Sensor fotodioda dapat merespon stimulus berupa cahaya tampak maupun tidak tampak dan mengkonversi intensitas cahaya yang terdeteksi menjadi arus.
Sensor yang digunakan terdiri dari photo dioda. Sensor ini nilai resistansinya akan berkurang bila terkena cahaya dan bekerja pada kondisi riverse bias. Untuk sensor cahayanya digunakan LED Superbright, komponen ini mempunyai cahaya yang sangat terang, sehingga cukup untuk mensuplai cahaya ke photo dioda.
Sensor yang digunakan terdiri dari photo dioda. Sensor ini nilai resistansinya akan berkurang bila terkena cahaya dan bekerja pada kondisi riverse bias. Untuk sensor cahayanya digunakan LED Superbright, komponen ini mempunyai cahaya yang sangat terang, sehingga cukup untuk mensuplai cahaya ke photo dioda.
Jika photo dioda tidak terkena cahaya, maka nilai resistansinya akan besar atau dapat diasumsikan menjadi tak hingga. Sehingga arus yang mengalir pada komparator sangat kecil atau dapat diasumsikan berlogika 0.Jika photo dioda terkena cahaya, maka photo dioda akan bersifat sebagai sumber tegangan dan nilai resistansinya akan menjadi kecil, sehingga akan ada arus yang mengalir ke komparator atau berlogika 1.
Komparator dalam rangkaian Line Folower adalah rangkaian pembanding antara input yang masuk dari rangkaian sensor dengan input dari rangkaian pembagi tegangan yang menggunakan Variable Resistor. Prinsip Kerja Komparator dapat dibaca pada artikel Komparator
Pengendali motor ini digunakan untuk mengaktifkan motor DC yang digunakan. Sehingga output yang berasal dari komparator kemudian akan mengaktifkan rangkaian driver motor. Driver motor ini dapat membuat motor berputar ke arah kanan dan ke arah kiri atau ke arah depan dan ke arah belakang sesuai input yang betasal dari komparator.
Pengendali motor ini digunakan untuk mengaktifkan motor DC yang digunakan. Sehingga output yang berasal dari komparator kemudian akan mengaktifkan rangkaian driver motor. Driver motor ini dapat membuat motor berputar ke arah kanan dan ke arah kiri atau ke arah depan dan ke arah belakang sesuai input yang betasal dari komparator.
Photodioda terbuat dari bahan semikonduktor. Photodioda yang sering digunakan pada rangkaian elektronika adalah photodioda dengan bahan silicon (Si) atau gallium arsenide (GaAs), dan lain-lain termasuk indium antimonide (InSb), indium arsenide (InAs), lead selenide (PbSe), dan timah sulfide (PBS). Bahan-bahan ini menyerap cahaya melalui karakteristik jangkauan panjang gelombang, misalnya: 250 nm - 1100 nm untuk photodioda dengan bahan silicon, dan 800 nm ke 2,0 μm untuk photodioda dengan bahan GaAs. Adapun spesifikasi dari photodioda yaitu seperti dibawah ini : 1. Photodioda terdiri dari 2 pin yaitu pin anoda dan pin katoda. 2. Photodioda bekerja pada saat reverse bias. 3. Reverse voltage photodioda maksimalnya 32 volt.
Adapun rumus perhitungan untuk menghitung nilai dari Vout photodioda ataupun untuk menghitung nilai resistansi dari `11 tersebut yaitu :
Vout= ______Rphotodioda_______ x Vin
Rphotodioda+ R2
Keterangan
Vin = tegangan masukan pada rangkaian sensor photodioda
Vout = tegangan keluaran pada rangkaian sensor photodioda
Rphotodioda= resistansi dari photodioda
R2 = resistansi resistor pada rangkaian sensor photodioda
4. Rangkaian
5. Prinsip Kerja Rangkaian
Dalam rangkaian sensor atau penginderaan gelap dasar ini, ligh dependent resistor LDR1 dan potensiometer VR1 membentuk satu lengan yang dapat disesuaikan dari jaringan jembatan resistansi sederhana, juga dikenal secara umum sebagai jembatan Wheatstone, sementara dua resistor tetap R1 dan R2 membentuk lengan lainnya.
Kedua sisi jembatan membentuk jaringan pembagi potensial di seluruh tegangan supply yang outputnya V1 dan V2 terhubung ke input tegangan Op-amp non-inverting dan Op-amp inverting masing-masing dari Op-amp (penguat operasional).
Penguat operasional (Op-amp) dikonfigurasikan sebagai Penguat Diferensial yang juga dikenal sebagai pembanding tegangan dengan umpan balik yang kondisi tegangan keluarannya ditentukan oleh perbedaan antara dua sinyal input atau tergangan, V1 dan V2.
Kombinasi resistor R1 dan R2 membentuk referensi tegangan tetap pada input V2, yang ditentukan oleh rasio dari dua resistor. Kombinasi LDR - VR1 memberikan input tegangan variabel V1 sebanding dengan tingkat cahaya yang terdeteksi oleh photo resistor itu.
Seperti pada rangkaian sebelumnya, output dari Op-amp digunakan untuk mengontrol relai, yang dilindungi oleh dioda freewheeling, D1. Ketika tingkat cahaya yang dirasakan oleh LDR dan tegangan outputnya jatuh di bawah tegangan referensi yang ditetapkan pada V2, output dari Op-amp berubah keadaan mengaktifkan relai dan mengalihkan beban yang terhubung.
Demikian juga ketika tingkat cahaya meningkat output akan beralih kembali dengan mematikan "OFF" relai. Histerisis dari dua titik switching diatur oleh resistor feedback Rf dapat dipilih untuk memberikan gain tegangan yang sesuai dari penguat (amplifier).
Pengoperasian jenis rangkaian sensor cahaya ini juga dapat dibalik untuk mengalihkan relai "ON" ketika level cahaya melebihi level tegangan referensi dan sebaliknya dengan membalik posisi LDR sensor cahaya dan potensiometer VR1.
Potensiometer dapat digunakan untuk "mengatur" titik switching penguat diferensial ke tingkat cahaya tertentu sehingga ideal sebagai rangkaian proyek sensor cahaya sederhana.
Kedua sisi jembatan membentuk jaringan pembagi potensial di seluruh tegangan supply yang outputnya V1 dan V2 terhubung ke input tegangan Op-amp non-inverting dan Op-amp inverting masing-masing dari Op-amp (penguat operasional).
Penguat operasional (Op-amp) dikonfigurasikan sebagai Penguat Diferensial yang juga dikenal sebagai pembanding tegangan dengan umpan balik yang kondisi tegangan keluarannya ditentukan oleh perbedaan antara dua sinyal input atau tergangan, V1 dan V2.
Kombinasi resistor R1 dan R2 membentuk referensi tegangan tetap pada input V2, yang ditentukan oleh rasio dari dua resistor. Kombinasi LDR - VR1 memberikan input tegangan variabel V1 sebanding dengan tingkat cahaya yang terdeteksi oleh photo resistor itu.
Seperti pada rangkaian sebelumnya, output dari Op-amp digunakan untuk mengontrol relai, yang dilindungi oleh dioda freewheeling, D1. Ketika tingkat cahaya yang dirasakan oleh LDR dan tegangan outputnya jatuh di bawah tegangan referensi yang ditetapkan pada V2, output dari Op-amp berubah keadaan mengaktifkan relai dan mengalihkan beban yang terhubung.
Demikian juga ketika tingkat cahaya meningkat output akan beralih kembali dengan mematikan "OFF" relai. Histerisis dari dua titik switching diatur oleh resistor feedback Rf dapat dipilih untuk memberikan gain tegangan yang sesuai dari penguat (amplifier).
Pengoperasian jenis rangkaian sensor cahaya ini juga dapat dibalik untuk mengalihkan relai "ON" ketika level cahaya melebihi level tegangan referensi dan sebaliknya dengan membalik posisi LDR sensor cahaya dan potensiometer VR1.
Potensiometer dapat digunakan untuk "mengatur" titik switching penguat diferensial ke tingkat cahaya tertentu sehingga ideal sebagai rangkaian proyek sensor cahaya sederhana.
No comments:
Post a Comment