Aplikasi Keamanan Rumah dan Lampu Otomatis
a. Mengatahui dan memahami prinsip kerja sensor phototransistor dan photodiode pada rangkaian lampu otomatis.
b. Mengaplikasikan sensor Phototransistor dan Photodioda sebgai sensor cahaya Dalam menghidupkan lampu secara Otomatis.
2. Alat dan Bahan [KEMBALI]
a. Resistor
Resistor merupakan komponen elektronika yang berguna untuk menghambat aliran arus listrik sehingga tidak terjadi short circuit. mempunyai resistansi yang berbeda beda sesuai kebutuhan.
Resistor disebut juga dengan tahanan atau hambatan, berfungsi untuk menghambat arus listrik yang melewatinya. Satuan harga resistor adalah Ohm. ( 1 M: (mega ohm) = 1000 K: (kilo ohm) = 106 : (ohm)). Kebanyakan rangkaian listrik menggunakan penghantar berupa kawat tembaga, karena tembaga adalah bahan penghantar yang baik. Akan tetapi , sejumlah sambungan pada rangkaian listrik memerlukan tahanan listrik yang lebih besar oleh sebab itu perlu menggunakan tahan atau resistor. Foto dibawah ini memperlihatkan resistor tersebut.
b. Phototransistor
Phototransistor merupakan sensor cahaya yang dapat digunakan untuk aplikasi dengan cahaya infra merah dan cahaya matahari. Photo transistor dapat dioperasikan secara langsung untuk mendapatkan logika output dari perubahan cahaya yang diterima oleh photo transistor tersebut atau dengan menambahkan penguat transistor untuk meningkatkan performa dan kecepatan respon photo transistor.
c. 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.
d. Lampu
Lampu adalah Komponen yang digunakan untuk diamati adanya arus yang mengalir dari altenator saat switch pindah kekanan dan lampu mati saat switch pindah kekiri.
e. Relay
Relay adalah komponen elektronika yang berupa saklar atau switch elektrik yang dioperasikan menggunakan listrik. Relay disebut sebagai komponen electromechanical karena terdiri dari dua bagian utama yaitu coil atau elektromagnet dan kontak saklar atau mekanikal.Komponen relay menggunakan prinsip elektromagnetik sebagai penggerak kontak saklar, sehingga dengan menggunakan arus listrik yang kecil atau low power, dapat menghantarkan arus listrik yang memiliki tegangan lebih tinggi.
f. Altenator
Merupakan sumber daya yang mengalir pada Lampu. sumber yang digunakan yaitu arus bolak balik atau arus AC. dimana sumber ini tidak memperhatikan polaritas gelombangnya (tidak dwi kutub).
g. Photodiode
Komponen Elektronika yang dapat mengubah cahaya menjadi arus listrik. Dioda Foto merupakan komponen aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan tergolong dalam keluarga Dioda.
h. LED RED
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.
PIR Sensor
LDR
Konfigurasi pin:
Pin 1 : Electrical contact
Pin 2 : Electrical contact
Catatan : Sensor ini sama seperti resistor sehingga peletakkan pinout pada rangkaian tidak bermasalah jika terbalik
Grafik Respon
Spesifikasi
3. Dasar Teori [KEMBALI]
a. Photodiode
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. Photodioda dibuat dari semikonduktor dengan bahan yang populer adalah silicon ( Si) atau galium arsenida ( GaAs), dan yang lain meliputi InSb, InAs, PbSe. Material ini menyerap cahaya dengan karakteristik panjang gelombang mencakup: 2500 Ã… – 11000 Ã… untuk silicon, 8000 Ã… – 20,000 Ã… untuk GaAs.
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.
Prinsip kerja photodioda :
· Cahaya yang diserap oleh photodiode
· Terjadinya pergeseran foton
· Menghasilkan pasangan electron-hole dikedua sisi
· Electron menuju [+] sumber & hole menuju [-] sumber
· Sehingga arus akan mengalir di dalam rangkaian
Saat photodiode terkena cahaya, maka akan bersifat sebagai sumber tegangan dan nilai resistansinya akan menjadi kecil.
Saat photodiode tidak terkena cahaya, maka nilai resistansinya akan besar atau dapat diasumsikan tak hingga.
Karakteristik photo dioda
· Photodioda mempunyai respon 100 kali lebih cepat daripada phototransistor
· Dikemas dengan plastik transparan yang juga berfungsi sebagai lensa. Lensa tsb lebih dikenal sebagai ‘lensa fresnel’ dan ‘optical filter’
· Penerima infra merah juga dipengaruhi oleh ‘active area’ dan ‘respond time’
Aplikasi
· Diode sebagai kondisi open circuit jika dianalogikan seperi sakelar
· Photodiode sebagai close circuit jika dianalogikan seperti sakelar
b. Phototransistor
Prinsip Kerja Photo Transistor
Cara kerja Photo Transistor atau Transistor Foto hampir sama dengan Transistor normal pada umumnya, dimana arus pada Basis Transistor dikalikan untuk memberikan arus pada Kolektor. Namun khusus untuk Photo Transistor, arus Basis dikendalikan oleh jumlah cahaya atau inframerah yang diterimanya. Oleh karena itu, pada umumnya secara fisik Photo Transistor hanya memiliki dua kaki yaitu Kolektor dan Emitor sedangkan terminal Basisnya berbentuk lensa yang berfungsi sebagai sensor pendeteksi cahaya.
Pada prinsipnya, apabila Terminal Basis pada Photo Transistor menerima intensitas cahaya yang tinggi, maka arus yang mengalir dari Kolektor ke Emitor akan semakin besar.
Kelebihan dan Kelemahan Phototransistor
Meskipun Phototransistor memiliki berbagai kelebihan, namun bukan juga tanpa kelemahan. Berikut ini adalah beberapa Kelebihan dan kelemahan Phototransistor :
Ø Kelebihan Photo Transistor
§ Photo Transistor menghasilkan arus yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan Photo Diode.
§ Photo Transistor relatif lebih murah, lebih sederhana dan lebih kecil sehingga mudah untuk diintegrasikan ke berbagai rangkaian elektronika.
§ Photo Transistor memiliki respon yang cepat dan mampu menghasilkan Output yang hampir mendekati instan.
§ Photo Transistor dapat menghasilkan Tegangan, sedangkan Photoresistor tidak bisa.
Ø Kelemahan Photo Transistor
§ Photo Transistor yang terbuat dari Silikon tidak dapat menangani tegangan yang melebihi 1000Volt
§ Photo Transistor sangat rentan terhadap lonjakan listrik yang mendadak (electric surge).
§ Photo Transistor tidak memungkin elektron bergerak sebebas perangkat lainnya (contoh: Tabung Elektron).
c. Resistor
Berfungsi untuk menghambat atau membatasi
aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian elektronika. Cara
menghitung nilai dari resistor yaitu dengan melihat warna pita dari resistor
tersebut. Umumnya resistor memiliki 4 sampai 6 pita.
a. Sensor PIR
4) Menangkap energi panas denga besar suhu kira-kira 32℃
Cara Kerja Sensor Passive Infra Red
Sensor PIR bekerja dengan cara menangkap pancaran infra merah, kemudian pancaran infra merah yang tertangkap akan masuk melalui lensa Fresnel dan mengenai sensor pyroelektrik, sinar infra merah mengandung energi panas membuat sensor pyroelektrik dapat menghasilkan arus listrik. Arus listrik inilah yang akan menimbulkan tegangan dan dibaca secara analog oleh sensor. Kemudian komperator akan membandingkan sinyal yang sudah diterima dengan tegangan referensi tertentu yang berupa keluaran sinyal 1-bit. Sensor PIR hanya akan mengeluarkan logika 0 dan 1. 0 saat sensor tidak mendeteksi adanya perubahan pancaran infra merah dan 1 saat sensor mendeteksi infra merah. Sensor PIR hanya dapat mendeteksi pancaran infra merah dengan panjang gelombang 8-14 mikrometer. Manusia memiliki suhu badan yang dapat menghasilkan pancaran infra merah dengan panjang gelombang antara 9-10 mikrometer, panjang gelombang tersebut dapat terdeteksi oleh sensor PIR membuat sensor ini sangat efektif digunakan sebagai human detektor. Sensor PIR hanya akan mendeteksi jika object bergerak atau secara teknis saat terjadi adanya perubahan pancaran infra merah.
OP-AMP
Berikut dibawah ini adalah Simbol dan bentuk IC Op-Amp pada umumnya.
Terminal yang terdapat pada Simbol Op-Amp (Operational Amplifier/penguat operasional) diantaranya adalah :
Masukan non-pembalik (Non-Inverting) +
Masukan pembalik (Inverting) –
Keluaran Vout
Catu daya positif +V
Catu daya negatif –V
Karakteristik Op-Amp (Operational Amplifier)
Karakteristik Faktor Penguat atau Gain pada Op-Amp pada umumnya ditentukan oleh Resistor Eksternal yang terhubung diantara Output dan Input pembalik (Inverting Input). Konfigurasi dengan umpan balik negatif (Negative Feedback) ini biasanya disebut dengan Closed-Loop configuration atau Konfigurasi Lingkar Tertutup. Umpan balik negatif ini akan menyebabkan penguatan atau gain menjadi berkurang dan menghasilkan penguatan yang dapat diukur serta dapat dikendalikan. Tujuan pengurangan Gain dari Op-Amp ini adalah untuk menghindari terjadinya Noise yang berlebihan dan juga untuk menghindari respon yang tidak diinginkan. Sedangkan pada Konfigurasi Lingkar Terbuka atau Open-Loop Configuration, besar penguatannya adalah tak terhingga (∞) sehingga besarnya tegangan output hampir atau mendekati tegangan Vcc.
Secara umum, Operational Amplifier (Op-Amp) yang ideal memiliki karakteristik sebagai berikut :
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
LDR
LDR adalah fotokonduktivitas, yang tidak lain adalah fenomena optik. Ketika cahaya diserap oleh material maka konduktivitas material berkurang. Ketika cahaya jatuh ke LDR, maka elektron di pita valensi material tertarik ke pita konduksi. Tetapi, foton dalam cahaya datang harus memiliki energi yang lebih tinggi daripada celah pita material untuk membuat elektron melompat dari satu pita ke pita lain (kelambu ke konduksi)
4. Rangkaian Simulasi [KEMBALI]
semua rangkaian
5. Prinsip Kerja [KEMBALI]
Saat sumber mengalirkan arus dan phototransistor menerima cahaya maka ada arus yang mengalir ke base phototransistor sehingga arus dapat mengalir dari kolektor ke emitter dan akan mengalir ke LED sehingga LED hidup, karena LED hidup maka akan mempengaruih nilai resistansi dari photodiode karena R4 mendapat tegangan sehingga base transistor 2N222 mendapat bias maju dari R4 ini, agar relay aktif maka arus dari kolektor transistor 2N222 harus terhubung ke emitter lalu ke ground,karena resistansi dari photodiode kecil menyebabkan photodiode dialiri arus dan kemudian masuk ke ground sehingga terbentuk rangkaian tertutup karena relay aktif dan switch pindah kekiri maka lampu akan mati.
saat phototransistor tidak menerima cahaya maka tidak ada arus yang mengalir melalui base phototransistor sehingga sehingga arus dari VCC tidak terhubung ke emitter sehingga led tidak menyala karena LED tidak menyala maka tidak akan mempengaruih nilai resistansi dari photodiode dan arus tidak mengalir ke base transistor 2N222 sehingga transistor tidak aktif akibat nya arus di kolektor tidak terhubung ke emitter dan switch akan pindah ke kanan sehingga lampu menjadi hidup karena mendapatkan arus dari altenator
saat ada gerakan di depan sensor PIR maka output PIR akan memberikan tegangan sebesar 5v. kemudian akan dikuatkan oleh OpAmp non inverting sebesar 2.4 kali penguatan sehingga bertegangan 12v. kemudian Op Amp akan mengaktifkan basis Transistor Bc547 sehingga arus dapat mengalir dari kaki colektor ke kaki emittor sehingga mengaktifkan relay dan menghidupkan Buzzer
6. Video Simulasi [KEMBALI]
7. Link Download [KEMBALI]
Download Rangkaian disini
Download Video disini
Download HTML disini
Download Simulasi Rangkaian disini
Download Data Sheet Phototransistor disini
Download Data Sheet Photodiode disini
Download Data Sheet Transistor disini
Komentar :
Posting Komentar