Electrical Engineering Learning of Andalas University: Tugas 4. Rangkaian Simulasi Aplikasi Sensor Ultraviolet untuk Mendeteksi Cahaya Api (Acuan Gambar Bab 6 Hal 255)

Rangkaian Simulasi Aplikasi Sensor Ultraviolet untuk Mendeteksi Cahaya Api (acuan gambar Bab 6 Hal 255)

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

Mengetahui dan memahami Sensor Ultraviolet
Mengetahui prinsip kerja Sensor Ultraviolet
Mengaplikasikan Sensor Ultraviolet

2. Alat dan Bahan

A. Alat

Power Supply

Power Supply berfungsi sebagai sumber energi listrik untuk menyuplai tegangan atau arus listrik

Voltmeter

Ground

B. Bahan

Resistor 1K

Specifications
Resistance (Ohms)	1K
Power (Watts)	0.25W, 1/4W
Tolerance	±5%
Packaging	Bulk
Composition	Carbon Film
Temperature Coefficient	350ppm/°C
Lead Free Status	Lead Free
RoHS Status	RoHS Compliant

Kapasitor 1nF

LM 741

A. Spesifikasi :

* large input voltage range

* no latch-up

* high gain

* short-circuit protection

* no frequency compensation required

* same pin configuration as UA709

B. Konfigurasi Pin :

* Pin 1 : Offset null 1

* Pin 2 : Inverting input

* Pin 3 : Non inverting input

* Pin 4 : Vcc (-)

* Pin 5 : Offset null 2

* Pin 6 : Output

* Pin 7 : Vcc (+)

* Pin 8 : N.C.

APDS 9002 atau Ambient Light Sensor

A. Spesifikasi :

* Excellent responsivity which peaks in the humanluminosity curveClose responsivity to the human eye

* Miniature chipLED lead-free surface-mount packageHeight – 0.80 mmWidth – 2.00 mmDepth – 1.25 mm

* Good output linearity across wide illumination range

* Low sensitivity variation across various light sources

* Guaranteed temperature performance-40°C to 85°C

* VCC supply 2.4 to 5.5 V

* Lead-free packageApplications

* Detection of ambient light to control display back lighting Mobile devices – mobile phones, PDAsComputing devices – notebooks, webpadsConsumer devices – TVs, video cameras, digital still cameras

* Automatic residential and commercial lightingmanagement•Electronic signs and signals

* Daylight and artificial light exposed devices

B. Konfigurasi Pin :

* Pin 1 : IOUT

* Pin 2 : VCC

* Pin 3 : VCC

* Pin 4 : No connect

LED

A. Spesifikasi :

* Superior weather resistance

* 5mm Round Standard Directivity

* UV Resistant Eproxy

* Forward Current (IF): 30mA

* Forward Voltage (VF): 1.8V to 2.4V

* Reverse Voltage: 5V

* Operating Temperature: -30℃ to +85℃

* Storage Temperature: -40℃ to +100℃

* Luminous Intensity: 20mcd

B. Konfigurasi Pin :

* Pin 1 : Positive terminal of LED

* Pin 2 : Negative terminal of LED

3. Dasar Teori

Resistor

Resistor merupakan komponen elektronika dasar yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian.Sesuai dengan namanya, resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Resistor memiliki simbol seperti gambar dibawah ini :

Simbol Resistor
Resistor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir, berdasarkan persamaan Hukum OHM :
Dimana V adalah tegangan, I adalah kuat arus, dan R adalah Hambatan.

Di dalam resistor, terdapat ketentuan untuk membaca nilai resistor yang diwakili dengan kode warna dengan ketentuan di bawah ini :

Sebagian besar resistor yang kita lihat memiliki empat pita berwarna . Oleh karena itu ada cara membacanya seperti ketentuan dibawah ini :
1. Dua pita pertama dan kedua menentukan nilai dari resistansi
2. Pita ketiga menentukan faktor pengali, yang akan memberikan nilai resistansi.
3. Dan terakhir, pita keempat menentukan nilai toleransi.

Kapasitor

Kapasitor atau disebut juga dengan kondensator adalah komponen elektronika pasif yang dapat menyimpan energi atau muatan listrik dalam sementara waktu. Fungsi kapasitor (kondensator) di antaranya adalah dapat memilih gelombang radio pada rangkaian tuner, sebagai perata arus pada rectifier dan juga sebagai filter di dalam Rangkaian Power Supply (Catu Daya). Satuan nilai untuk kapasitor (kondensator) adalah Farad (F).

Rumus Kapasitas Kapasitor

Rumus Kapasitor Keping Sejajar (Udara)

Rumus Kapasitor Keping Sejajar (Medium)

Rumus Kapasitas Kapasitor Bentuk Bola

Ambient Light Sensor

Sensor yang dapat mengukur besar intensitas cahaya. Pada umumnya terletak di dalam HP yang kalau terkena cahaya matahari, cahaya yang dipancarkan oleh layar HP semakin terang. Input yang diterima berupa cahaya dan output yang akan dihasillkan berupa tegangan yang dapat memicu nyala pada rangkaian yang di sini pada umumnya digunakan pada layar HP atau Smartphone. Penggunaan Ambient Light Sensor harus disertai dengan Op-Amp dikarenakan keluaran yang dihasilkan oleh Ambient Light Sensor tidak sampai sebesar 5 Volt.

Grafik Respon dari Sensor UV

Komperator

Komparator yang digunakan di sini adalah Op-Amp tipe 741 yang terdiri dari 8 kaki dan untuk membuat rangkaian ini, yang digunakan hanyalah kaki 2 yang merupakan kaki inverting, kaki 3 yaitu kaki non inverting, kaki 4 sebagai penghubung ke ground, kaki 6 mengarah kepada output yang mana output dalam rangkaian ini berupa tegangan yang dapat menyalakan LED, dan kaki 7 sebagai input tegangan atau tempat terhubung dengan VCC yang berfungsi sebagai supply energi bagi Op-Amp tersebut.

Tipe Op-Amp yang digunakan berupa Op-Amp non-inverting, ditandai dengan terhubungnya kaki inverting terhadap ground dan kaki non-inverting terhadap input.
Fungsi Op-Amp di sini sebagai penguat tegangan bagi rangkaian yang akan dibuat.

B. 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

Pada dasarnya, kondisi Op-Amp ideal hanya merupakan teoritis dan hampir tidak mungkin dicapai dalam kondisi praktis. Namun produsen perangkat Op-Amp selalu berusaha untuk memproduksi Op-Amp yang mendekati kondisi idealnya ini. Oleh karena itu, sebuah Op-Amp yang baik adalah Op-Amp yang memiliki karakteristik yang hampir mendekati kondisi Op-Amp Ideal.

C. Rumus OP-Amp

untuk mencari Vout maka rumus yang di perlukan adalah:

rumus untuk mendapatkan nilai |Acl| (penguat loop tertuup) :

rumus untuk mencari Rout (AL= penguat loop) (Aol= penguat loop terbuka) :

D. Gelombang I/O OP-Amp

Voltmeter

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).

Light Emitting Code (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.

Bentuk LED mirip dengan sebuah bohlam (bola lampu) yang kecil dan dapat dipasangkan dengan mudah ke dalam berbagai perangkat elektronika. Berbeda dengan Lampu Pijar, LED tidak memerlukan pembakaran filamen sehingga tidak menimbulkan panas dalam menghasilkan cahaya. Oleh karena itu, saat ini LED (Light Emitting Diode) yang bentuknya kecil telah banyak digunakan sebagai lampu penerang dalam LCD TV yang mengganti lampu tube.

Simbol dan Bentuk LED (Light Emitting Diode)

Cara Kerja LED (Light Emitting Diode)

Seperti dikatakan sebelumnya, LED merupakan keluarga dari Dioda yang terbuat dari Semikonduktor. Cara kerjanya pun hampir sama dengan Dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda.
LED terdiri dari sebuah chip semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan junction P dan N. Yang dimaksud dengan proses doping dalam semikonduktor adalah proses untuk menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor yang murni sehingga menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. Ketika LED dialiri tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K), Kelebihan Elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).
LED atau Light Emitting Diode yang memancarkan cahaya ketika dialiri tegangan maju ini juga dapat digolongkan sebagai Transduser yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi cahaya.

Power Supply

Power supply atau pencatu daya adalah sebuah alat elektronik yang berfungsi memberikan tegangan dan arus listrik pada komponen-komponen lainnya. Pada dasarnya power supply membutuhkan sumber listrik yang kemudian diubah menjadi sumber daya yang dibutuhkan oleh berbagai perangkat elektronik lainnya. Arus listrik yang disalurkan oleh power supply ini adalah jenis arus bolak-balik (AC). Namun karena kelebihan dari power supply ini, maka alat ini juga dapat mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC). Power supply memiliki simbol sebagai berikut :

Gambar simbol power supply

Ground

Grounding atau pertanahan adalah bagian dari peralatan listrik rumah. Namun kebanyakan dari masyarakat Indonesia sudah terbiasa menyebut pertanahan atau gruonding ini dengan kata arde. Grounding atau arde pada instalasi listrik berguna sebagai pencegah terjadinya kontak antara makhluk hidup dengan tegangan listrik yang terekspos akibat terjadi kegagalan isolasi. Grounding dalam rumah terpasang dengan dua macam, yaitu untuk instalasi listrik rumah dan instalasi penangkal petir.

Sensor Grafik Respon dari Sensor UV

4. Percobaan

A. Prosedur Percobaan

1. Siapkan komponen yang dibutuhkan

2. Posisikan semua komponen seperti pada gambar berikut

3. Hubungkan semua rangkaian dengan tepat dan benar

4. Pada saat rangkaian dijalankan namun tidak terdeteksi adanya cahaya api, maka akan terlihat seperti gambar berikut :

5. Pada saat rangkaian telah dijalankan dan terdeteksi adanya cahaya api maka akan terlihat seperti gambar berikut :

B. Rangkaian Simulasi

Foto Rangkaian

Gambar saat rangkaian dijalankan namun tidak terdeteksi adanya cahaya api

Gambar saat rangkaian telah dijalankan dan terdeteksi adanya cahaya api

Prinsip Kerja

Pada saat cahaya diterima oleh Ambient Light Sensor (input berupa energi cahaya), maka akan diterima dalam bentuk tegangan balik, yang akan dialirkan ke kaki Op-amp non inverting untuk memperkuat tegangan balik menjadi tegangan searah, dimana besarnya penguatan tegangan tersebut tergantung kepada nilai R2 dan R3 yang dipasang, sehingga nilai yang terbaca pada voltmeter adalah tegangan dalam bentuk positif dan LED dapat menyala (output berupa tegangan).

Cara kerja pada api yaitu apabila sensor mendeteksi adanya cahaya dari api maka LED akan menyala, dan sebaliknya apabila sensor tidak mendeteksi adanya cahaya api maka LED tidak menyala.

C. VIDEO

D. LINK DOWNLOAD

Download FILE HTML Klik Disini
Download Simulasi Rangkaian Klik Disini
Download VIDEO Klik Disini
Download Data Sheet Resistor klik disini
Download Data Sheet LM741 Klik Disini
Download Datasheet LED klik disini
Download Data Sheet APDS-9002 Klik Disini
Download FILE Gambar Klik Disini

Electrical Engineering Learning of Andalas University

Tugas 4. Rangkaian Simulasi Aplikasi Sensor Ultraviolet untuk Mendeteksi Cahaya Api (Acuan Gambar Bab 6 Hal 255)

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

Kapasitor

B. Karakteristik Op-Amp (Operational Amplifier)

Simbol dan Bentuk LED (Light Emitting Diode)

Cara Kerja LED (Light Emitting Diode)

4. Percobaan

No comments:

Post a Comment