Laporan Praktikum Sensor Cahaya dan LED ~ Sensor dan pengkondisian Sinyal

I.PENDAHULUAN

A.Latar Belakang

LDR adalah suatu bentuk komponen yang mempunyai perubahan resistansi yang besarnya tergantung pada cahaya. Resistor peka cahaya (Light Dependent Resistor/LDR) memanfaatkan bahan semikonduktor yang karakteristik listriknya berubah-ubah sesuai dengan cahaya yang diterima. LDR terdiri dari potongan atau balok persegi dari bahan semikonduktor dengan 2 elektrode yang dicetak pada permukaannya.

Bahan yang digunakan adalah Kadmium Sulfida (CdS) dan Kadmium Selenida (CdSe). Resistansi LDR akan berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya atau yang ada disekitarnya. Dalam keadaan gelap resistansi LDR sekitar 10MΩ dan dalam keadaan terang sebesar 1KΩ atau kurang. LDR terbuat dari bahan semikonduktor seperti kadmium sulfida.

Kerja fotosel berdasarkan efek foto emisi dan efek foto voltaic,dikatakan berdasarkan efek fotovoltaik,jika pada suatu permukaan logam diberi cahaya ,maka foton yang terkandung dalam cahaya akan membentuk permukaan logam dan akan mengusir electron bebas yang ada dipermukaan logam.Agar electron yang ada dipermukaan logam tersebut bebas maka tenaga foton setidaknya sama dengan fungsi kerja logam.

B. Tujuan percobaan

Adapun tujuan dari percobaan ini adalah sebagai berikut;

1.      Memahami karakteristik sensor optic (LED-LDR)

2.      Mahasiswa mampu mengkalibrasi tanggapan LDR

3.      Mahasiswa memahami rangkaian pengkondisi sinyal tahap awal

II. TINJAUAN PUSTAKA

A.    Sensor Cahaya - LDR (Light Dependent Resistor)

Resistor peka cahaya (Light Dependent Resistor/LDR) memanfaatkan bahan semikonduktor yang karakteristik listriknya berubah-ubah sesuai dengan cahaya yang diterima. Bahan yang digunakan adalah Kadmium Sulfida (CdS) dan Kadmium Selenida (CdSe). Bahan-bahan ini paling sensitif terhadap cahaya dalam spektrum tampak, dengan puncaknya sekitar 0,6 µm untuk CdS dan 0,75 µm untuk CdSe. Sebuah LDR CdS yang typikal memiliki resistansi sekitar 1 MΩ dalam kondisi gelap gulita dan kurang dari 1 KΩ ketika ditempatkan dibawah sumber cahaya terang (Tooley, 2003).

 

LDR adalah suatu bentuk komponen yang mempunyai perubahan resistansi yang besarnya tergantung pada cahaya. Karakteristik LDR terdiri dari dua macam yaitu Laju Recovery dan Respon Spektral:

1.      Laju Recovery

Bila sebuah LDR dibawa dari suatu ruangan dengan level kekuatan cahaya tertentu kedalam suatu ruangan yang gelap, maka bisa kita amati bahwa nilai resistansi dari LDR tidak akan segera berubah resistansinya pada keadaan ruangan gelap tersebut. Namun LDR tersebut hanya akan bisa mencapai harga di kegelapan setelah mengalami selang waktu tertentu. Laju recovery merupakan suatu ukuaran praktis dan suatu kenaikan nilai resistansi dalam waktu tertentu. Harga ini ditulis dalam K /detik, untuk LDR type arus harganya lebih besar dari 200 K /detik (selama 20 menit pertama mulai dari level cahaya 100 lux), kecepatan tersebut akan lebih tinggi pada arah sebaliknya, yaitu pindah dari tempat gelap ke tempat terang yang memerlukan waktu kurang dari 10 ms untuk mencapai resistansi yang sesuai dengan level cahaya 400 lux.

2.      Respon Spektral

LDR tidak mempunyai sensitivitas yang sama untuk setiap panjang gelombang cahaya yang jatuh padanya (yaitu warna). Bahan yang biasa digunakan sebagai penghantar arus listrik yaitu tembaga, alumunium, baja, emas, dan perak. Dari kelima bahan tersebut tembaga merupakan penghantar yang paling banyak digunakan karena mempunyai daya hantar yang baik (Stevan, 1998).

Hanya ada dua cara untuk membangun pembagi tegangan, dengan LDR di atas, atau dengan LDR di bawah: 

Anda akan menyelidiki perilaku dari kedua rangkaian.. Anda juga akan menemukan cara untuk memilih nilai yang masuk akal untuk tetap resistor dalam rangkaian pembagi tegangan.

: Ingat rumus untuk menghitung V _keluar:

 

Resistor jenis lainnya adalah Light dependent resistor (LDR). Resistansi LDR akan berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya atau yang ada disekitarnya. Dalam keadaan gelap resistansi LDR sekitar 10MΩ dan dalam keadaan terang sebesar 1KΩ atau kurang. LDR terbuat dari bahan semikonduktor seperti kadmium sulfida. Dengan bahan ini energi dari cahaya yang jatuh menyebabkan lebih banyak muatan yang dilepas atau arus listrik meningkat. Artinya resistansi bahan telah mengalami penurunan.

Namun perlu juga diingat bahwa respon dari rangkaian transistor akan sangat tergantung pada nilai LDR yang digunakan. Lebih tinggi nilai tahanan nya akan lebih cepat respon rangkaian.

Akan lebih mudah mengatur respon rangkaian bila kita menggunakan Op-Amp sebagai penguat atau saklar pada rangkaian LDR. Kita bisa gunakan berbagai jenis Op-Amp yang tersedia. Kalau tersedia jenis CMOS atau yang lain tidak akan mempengaruhi penampilan LDR pada rangkaian. Tergantung pada aplikasi rangkaian yang akan kita rakit. Apakah keluaran Op-Amp akan tinggi saat LDR tidak mendapat cahaya atau Keluaran Op-Amp akan mencapai tegangan supply pada saat LDR mendapat cahaya. Gunakan rangkaian dasar Op-Amp Inverse atau Non-inverse.
Dengan sifat LDR yang demikian, maka LDR (Light Dependent Resistor) biasa digunakan sebagai sensor cahaya. Contoh penggunaannya adalah pada lampu taman dan lampu di jalan yang bisa menyala di malam hari dan padam di siang hari secara otomatis. Atau bisa juga kita gunakan di kamar kita sendiri(William, 1987).

Sebuah Dioda cahaya lampu adalah keadaan padat lampu (SSL) yang menggunakan dioda pemancar cahaya (LED) sebagai sumber cahaya. Karena keluaran cahaya individu dioda pemancar cahaya kecil dibandingkan dengan lampu pijar dan lampu fluorescent, dioda banyak digunakan bersama-sama.. Lampu LED dapat dibuat dipertukarkan dengan jenis lain, tapi sekarang pada biaya yang lebih tinggi. Sebagian besar lampu LED juga harus meliputi rangkaian internal untuk beroperasi dari tegangan AC standar. Lampu LED menawarkan kehidupan panjang dan efisiensi yang tinggi, tetapi biaya awal lebih tinggi daripada lampu fluorescent. Metode pertama (RGB-LED) menggunakan beberapa LED chip masing-masing memancarkan panjang gelombang yang berbeda di dekat untuk menciptakan luas spektrum cahaya putih. Keuntungan dari metode ini adalah kenyataan bahwa seseorang dapat menyesuaikan intensitas setiap LED untuk "tune" karakter cahaya yang dipancarkan. Kekurangan utama adalah tingginya biaya produksi, yang mungkin paling penting dalam keberhasilan komersial(Ishaq, 2001).

B.     Fotosel atau fotodioda

            Fotosel merupakan tranduser aktif.Sel-sel fotokonduktif adalah suatu komponen yang mendapatkan radiasi gelombang elektromagnetik kemudian mengubahnya menjadi suatu daya hantar,salah satuny adalah cadmium-sulfidagermanium dan silicon. Kerja fotosel berdasarkan efek foto emisi dan efek foto voltaic,dikatakan berdasarkan efek fotovoltaik,jika pada suatu permukaan logam diberi cahaya ,maka foton yang terkandung dalam cahaya akan membentuk permukaan logam dan akan mengusir electron bebas yang ada dipermukaan logam.Agar electron yang ada dipermukaan logam tersebut bebas maka tenaga foton setidaknya sama dengan fungsi kerja logam(Purnomo, 1989).

III. PROSEDUR  PERCOBAAN

A.    Alat dan Bahan

Adapun alat dan bahan dalam percobaan ini adalah sebagai berikut;

1           1 buah Fotodioda

2           2 buah LED

3           Papan rangkai

4           Senter

5           Mistar

6           Catu daya

7           Kabel Penghubung

8           Multimeter

B.     Prosedur Percobaan

Adapun prosedur percobaaan dalam praktikum ini adalah sebagai berikut:

1.      Menyiapkan LED dan rangkaiannya dengan cara menserikan nya dengan R 1Kohm dan catudaya DC5V

2.      Menyiapkan sebuah LDR dan multimeter pada bagian ohmmeter

3.      Mengukur tanggapan R dari LDR sebagai fungsi jarak dari LED dan membuat tabel pengamatan.

4.      Menyiapkan fotodioda dan merangkainya ke dalam papan rangkai dan memasangkan LED juga

5.      Memeberi cahaya pada fotodioda dan mengubah-ubah jaraknya

6.      Mengulangi percobaan dari samping dan di tempat gelap

IV. HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

A.Data Pengamatan

Tabel 4.1. Mengukur jarak dan hambatan LDR

	Reistansi	Reistansi
jarak	Dari atas (kW)	Dari samping (kW)
1	1,5	5
2	2	5
3	2,5	5
4	3	5
5	3,3	5
6	4	5
7	4	5
8	4,2	5
9	4,5	5
10	4,5	5

Tabel 4.2. Mengukur jarak dan hambatan Fotodioda keadaan terang

	Reistansi	Reistansi
jarak	Dari atas(kW)	Dari samping(kW)
1	37	200
2	60	150
3	55	150
4	40	150
5	26	150
6	10	150
7	27	150
8	80	150
9	120	150
10	100	150

Tabel 4.3. Mengukur jarak dan hambatan Fotodioda keadaan gelap

	Reistansi	Reistansi
jarak	Dari atas(kW)	Dari samping(kW)
1	36	500
2	70	500
3	80	500
4	110	500
5	80	500
6	150	500
7	100	100
8	120	500
9	120	150
10	150	150

B. Pembahasan

Telah dilakukan percobaan dengan menggunakan sensor dan tranduser. Sensor merupakan suatu alat yang dapat mengkonversi besaran fisis menjadi besaran elektris. Sedangkan tranduser adalah suatu alat yang dapat mengkonversi bentuk energy satu ke energy  kedua, yang tidak harus berbentuk elektris.

Pada percobaan ini kita menggunakan sensor cahaya yaitu LDR dan LED. LDR adalah suatu bentuk komponen yang mempunyai perubahan resistansi yang besarnya tergantung pada cahaya. Resistor peka cahaya (Light Dependent Resistor/LDR) memanfaatkan bahan semikonduktor yang karakteristik listriknya berubah-ubah sesuai dengan cahaya yang diterima. Bahan yang digunakan adalah Kadmium Sulfida (CdS) dan Kadmium Selenida (CdSe). Dengan bahan ini energi dari cahaya yang jatuh menyebabkan lebih banyak muatan yang dilepas atau arus listrik meningkat. Artinya resistansi bahan telah mengalami penurunan. Resistansi LDR akan berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya atau yang ada disekitarnya. LDR (Light Dependent Resistor) biasa digunakan sebagai sensor cahaya. Contoh penggunaannya adalah pada lampu taman dan lampu di jalan yang bisa menyala di malam hari dan padam di siang hari secara otomatis. Atau bisa juga kita gunakan di kamar kita sendiri. Sebuah Dioda cahaya lampu adalah keadaan padat lampu (SSL) yang menggunakan dioda pemancar cahaya (LED) sebagai sumber cahaya. Karena keluaran cahaya individu dioda pemancar cahaya kecil dibandingkan dengan lampu pijar dan lampu fluorescent, dioda banyak digunakan bersama-sama.. Lampu LED dapat dibuat dipertukarkan dengan jenis lain, tapi sekarang pada biaya yang lebih tinggi. Sebagian besar lampu LED juga harus meliputi rangkaian internal untuk beroperasi dari tegangan AC standar. Lampu LED menawarkan kehidupan panjang dan efisiensi yang tinggi, tetapi biaya awal lebih tinggi daripada lampu fluorescent. LED menggunakan prinsip pencampuran warna dapat menghasilkan berbagai warna dengan mengubah proporsi cahaya yang dihasilkan di masing-masing warna primer. 

Lampu LED digunakan untuk penerangan umum dan tujuan khusus pencahayaan. Di mana cahaya berwarna diperlukan, LED datang dalam berbagai warna, yang dihasilkan tanpa memerlukan filter. Hal ini meningkatkan efisiensi energi di atas sumber cahaya putih yang menghasilkan semua warna cahaya kemudian membuang sebagian dari energi yang terlihat dalam sebuah filter.  Cahaya putih Dioda cahaya lampu memiliki karakteristik panjang harapan hidup dan konsumsi energi yang relatif rendah. Sumber LED yang kompak, yang memberikan fleksibilitas dalam merancang perlengkapan pencahayaan dan kontrol yang baik atas distribusi cahaya dengan reflektor kecil atau lensa. . Lampu LED tidak memiliki tabung kaca untuk istirahat, dan bagian-bagian internal mereka sangat kaku didukung, membuat mereka tahan terhadap getaran dan dampak. . LED menggunakan prinsip pencampuran warna dapat menghasilkan berbagai warna dengan mengubah proporsi cahaya yang dihasilkan di masing-masing warna primer.

Pada percobaan, kita mengukur jarak antara LED dengan LDR, dan mengukur hambatan  yang  terdapat pada LDR. Berdasarkan data yang telah diperoleh bahwa semakin dekat jarak antara LDR-LED  maka hambatan yang terdapat pada LDR akan semakin besar. Hubungan antara jarak dan hambatan berbanding terbalik.

V. KESIMPULAN

Berdasarkan hasil pengamatan yang telah didapat maka dapat disimpulkan bahwa:

1.      LDR merupakan sensor optic yang berfungsi sebagai  sumber cahaya.

2.      LDR adalah suatu bentuk komponen yang mempunyai perubahan resistansi yang besarnya tergantung pada cahaya.