LAPORAN PRAKTIKUM BENGKEL ELEKTRONIKA II “LIGHT SWITCH”
Dosen Pengampu : Dadi, S.T., M.Eng.
Disusun oleh : Burhanudin Lutfi EK-1B 3.32.15.1.06
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI SEMARANG 2016
BAB I PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG
Perkembangan dalam dunia elektronika sangat cepat. Selain dalam bidang industri dan keperluan rumah tangga, bisa dikatakan elektronika telah menyentuh semua bidang kehidupan manusia. Komponen elektronika yang semakin canggih tetapi lebih sederhana dan dengan biaya yang terjangkau memicu perkembangan per kembangan pesat tersebut. Komponen-komponen elektronika dengan fungsi dan kemampuannya yang berbeda satu sama lain jika dirangkai menjadi satu dapat menjadi suatu rangkaian yang kemudian dapat menunjang suatu alat yang berguna bagi kehidupan manusia. Salah satunya adalah rangkaian Light Switch. Pratikum membuat rangkaian sensor caha ya menggunakan LDR dengan tujuan mendapat pembelajaran mandiri mengenai rangkaian elektronika dan memenuhi tugas pratik bengkel elektronika. Rangkaian lampu malam otomatis berfungsi untuk mengendalikan nyala lampu pada malam hari secara otomatis. otomatis. Lampu otomatis yang dapat menyala padamalam hari yang dapat kita temui adalah lampu taman, lampu jalan dan lainnya. Lampu tersebut dapat menyala secara otomatis pada malam hari karena dikontrol menggunakan rangkaian yang dapat membedakan siang dan malam. Rangkaian sensor cahaya caha ya ini menggunakan aplikasi LDR sebagai sensornya. LDR bekerja saat keaadan gela p dan berhenti saat keadaan terang. Penggunaan berbagai macam sensor bias kita atur sesuai dengan keperluan. LDR pada rangkaian ran gkaian ini kan mengeluarkan output lampu.
1.2
TUJUAN
1. Mengetahui komponen-komponen elektronika digunakan dalam pembuatan light switch. 2. Menganalisa data setiap komponen saat sistem bekerja.
3. Mengetahui dan memahami sistem dan cara kerja rangkaian light switch. 4. Mengatur tata letak setiap komponen sehingga tertata dengan rapi. 5. Mengetahui bagaimana cara membuat rangkaian light switch. 6. Menyimpulkan data dari analisa cara kerja rangkaian dan data hasil analisa komponen saat bekerja.
BAB II PEMBAHASAN
2.1
LANDASAN TEORI 2.1.1
Resistor
Resistor merupakan komponen dasar elektronika yang selalu digunakan dalam setiap rangkaian elektronika karena bisa berfungsi sebagai pengatur atau untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam
suatu
rangkaian.
Dengan
resistor,
arus
listrik
dapat
didistribusikan sesuai dengan kebutuhan. Sesuai dengan namanya resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Satuan resistansi dari suatu resistor disebut Ohm atau dilambangkan dengan simbol Ω (Omega).Resistor disingkat dengan huruf “R”. Satuan r esistor adalah Ohm (Ω), yang menemukan adalah George Ohm (1787 -1854), seorang ahli fisika dari Jerman. Kemampuan resistor untuk menghambat disebut resistansi atau hambatan listrik. Resistor terbuat dari bahan karbon. Suatu resistor dikatakan memiliki hambatan 1 (satu) ohm apabila resistor tersebut menjembatani beda tegangan sebesar satu volt dan arus listrik yang timbul akibat tegangan tersebut adalah sebesar 1 (satu) ampere. Ada 4 (empat) fungsi resistor, yaitu: a. Menghambat arus listrik b. Pembagi Tegangan dan Arus c. Pendeteksi Sinyal d. Mengatur operasional sistem elektronika
Gambar 2.1 Simbol resistor
Karakteristik resistor sebagai berikut : a. Toleransi
b. Nilai resistansi c. Dissipasi daya
Resistor memiliki fumgsi sebagai berikut : a. Menghambat/mengatur arus listrik b. Mengatur tegangan c. Pendeteksi sinyal d. Sebagai beban
Berdasarkan penggunaannya, resistor dapat dibagi menjadi 4 (empat) bagian sebagai berikut: a. Resistor Fixed Value adalah resistor yang mempunyai nilai hambatan tetap (konstan) dan terdapat gelang/cincin warna untuk mengetahui nilai hambatan dan toleransi. Resistor jenis ini terbuat dari nikelin atau karbon.
Bentuk Fisik
b. Resistor Variabel adalah resistor yang nilainya dapat diubah-ubah dengan menggeser atau memutar tuasnya, sehingga nilai resistor dapat kita atur sesuai kebutuhan. Contohnya adalah potensiometer dan trimpot.
Bentuk fisik
Simbol Potensiometer
Bentuk fisik trimpot
Simbol-Simbol Trimpot
Untuk resistor jenis carbon maupun metalfilm biasanya digunakan kode¬kode warna sebagai petunjuk besarnya nilai resistansi (tahanan) dari resistor. Resistor ini mempunyai bentuk seperti tabung dengan dua kaki di kiri dan kanan. Pada badannya terdapat lingkaran membentuk cincin kode warna, kode ini untuk mengetahui besar resistansi tanpa harus mengukur besarnya dengan ohmmeter. Kode warna tersebut adalah standar manufaktur yang dikeluarkan oleh EIA (Electronic Industries Association) seperti ditunjukan pada gambar di bawah ini :
Gambar 2.2 Nilai warna gelang resistor
Besaran resistansi suatu resistor dibaca dari posisi cincin yang paling depan ke arah cincin toleransi. Biasanya posisi cincin toleransi ini berada pada badan resistor yang paling pojok juga dengan lebar yang lebih menonjol, sedangkan posisi cincin yang pertama agak sedikit ke dalam. Jumlah cincin yang melingkar pada resistor umumnya sesuai dengan besar toleransinya. Biasanya resistor dengan toleransi 5%, 10% atau 20% memiliki 3 cincin (tidak termasuk cincin toleransi). Tetapi resistor dengan toleransi 1% atau 2% (toleransi kecil) memiliki 4 cincin (tidak termasuk cincin toleransi). Cincin pertama dan seterusnya berturut-turut menunjukkan besar nilai satuan, dan cincin terakhir adalah faktor pengalinya. Contoh resistor memiliki gelang warna merah, ungu, kuning, emas maka nilai resistansinya adalah: Gelang pertama Gelang kedua
Merah = 2 Ungu = 7
Gelang ketiga
Kuning= x 1K
Gelang keempat
Emas = 5%
Nilai resistansinya adalah 27 × 1K = 27K, dengan toleransi 5% maka 27KΩ × 5% = 1350Ω, nilai resistansi sebenarnya adalah 27000 ± 1350 Ω (27KΩ 5%).
c.
Resistor NTC dan PTC. Resistor NTC (Negative Temperature Coefficient) adalah resistor yang nilainya akan bertambah kecil bila
suhu sekitar semakin tinggi. Resistor PTC (Positive Temperature Coefficient) adalah resistor yang nilainya akan bertambah besar bila
suhu sekitar semakin tinggi.
d. LDR (Light Dependent Resistor) adalah resistor yang berubah nilai hambatannya karena pengaruh cahaya. Bila cahaya semakin gelap, nilai hambatannya semakin besar. Bila cahaya semakin terang, nilai hambatannya semakin kecil.
2.1.2
LDR ( Light Dependent Resistor )
LDR atau light dependent resistor adalah salah satu jenis resistor yang nilai hambatannya dipengaruhi oleh cahaya yang diterima olehnya. "esarnya nilai hambatan pada LDR tergantung pada besar kecilnya cahaya yang diterima oleh LDR itu sendiri. Contoh penggunaannya adalah lampu taman dan lampu di jalan yang bias menyala di malam hari dan padam di siang hari secara otomatis. -tau
juga bisa kita gunakan di kamar kita sendiri. LDR memiliki dua karakteristik yaitu Laju recivery dan respon spektral. A. L a j u r e c o v e r y Bila sebuah LDR dibawa dari suatu ruangan dengan level kekuatan tertentu ke dalam suatu ruangan yang gelap. Maka bisa kita amat i bahwa nilai resistansi dari LDR tidak akan segera berubah resistansinya pada keadaan ruangangelap tersebut. Namun LDR tersebut hanya akan bisa mencapai harga di kegelapan sete lah mengalami selang waktu tertentu. Laju recovery merupakan suatu ukuran praktis dan suatu kenaikan nilai resistansi dalam waktu tertentu. Harga ini ditulis dalam K/detik, untuk LDR tipe arus harganya lebih besar dari 200K/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 denngan level cahaya 400 lux. B. R e s p o n S p e k t r a l 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, aluminium, baja, emas dan perak. Dari kelima bahan tersebut tembaga merupakan penghantar yang paling banyak digunakan karena mempunyai daya hantar yang baik. Resistansi LDR akan berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang mengenainyaatau yang ada disekitarnya. Dalam keadaan gelap resistansi LDR sekitar 10 MΩ dan dalam ke adaan 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. C. P r i n s i p K e r j a L D R Pada dasarnya LDR terbuat dari sebuah cakram semikonduktor yang mempunyai dua buah elektroda pada permukaannya. Pada
saat gelap atau intensitas cahaya rendah, bahan tersebut menghasilkan elektron bebas dengan jumlah yang relatif kecil. Sehingga hanya sedikit elektron yang dihasilkan unt uk mengangkut muatan elektrik. Hal ini berarti, pada saat keadaan gelap atau intensitas cahaya rendah, maka LDR akan menjadi konduktor yang buruk, sehingga LDR memiliki resistansi yang besar pada saat gelap atau intensitas cahaya rendah. Pada saat terang atau intensitas cahaya tinggi, bahan tersebut lebih banyak menghasilkan elektron yang lepas dari atom. Sehingga akan lebih banyak electron yang dihasilkan untuk mengangkut muatan elektrik. Hal ini berarti, pada saat terang atau intensitas cahaya tinggi, maka LDR menjadi konduktor yang baik, sehingga LDR memiliki resistansi yang kecil pada saat terang atau intensistas cahaya tinggi. 2.1.3 Transistor
Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E) dan Kolektor (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitor dapat dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus input Basis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor. Transistor merupakan komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil (stabilisator) dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat
dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori dan fungsi rangkaian-rangkaian lainnya.
Cara Kerja Transistor Dari banyak tipe-tipe transistor modern, pada awalnya ada dua tipe dasar transistor, bipolar junction transistor (BJT atau transistor bipolar) dan field-effect transistor (FET), yang masing-masing bekerja secara berbeda. Transistor bipolar dinamakan demikian karena kanal konduksi utamanya menggunakan dua polaritas pembawa muatan: elektron dan lubang, untuk membawa arus listrik. Dalam BJT, arus listrik utama harus melewati satu daerah/lapisan pembatas dinamakan depletion zone, dan ketebalan lapisan ini dapat diatur dengan kecepatan tinggi dengan tujuan untuk mengatur aliran arus utama tersebut. FET (juga dinamakan transistor unipolar) hanya menggunakan satu jenis pembawa muatan (elektron atau hole, tergantung dari tipe FET). Dalam FET, arus listrik utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit dengan depletion zone di kedua sisinya (dibandingkan dengan transistor bipolar dimana daerah Basis memotong arah arus listrik utama). Dan ketebalan dari daerah perbatasan ini dapat diubah dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal konduksi tersebut. Lihat artikel untuk masing-masing tipe untuk penjelasan yang lebih lanjut.
J enis Jenis Transistor
NPN
N-channel
BJT
JFET
Simbol Transistor dari Berbagai Tipe Secara umum, transistor dapat dibeda-bedakan berdasarkan banyak kategori: a.
Materi semikonduktor: Germanium, Silikon, Gallium Arsenide
b.
Kemasan fisik: Through Hole Metal, Through Hole Plastic, Surface Mount, IC, dan lain-lain
c.
Tipe: UJT, BJT, JFET, IGFET (MOSFET), IGBT, HBT, MISFET, VMOSFET, MESFET, HEMT, SCR serta pengembangan dari transistor yaitu IC ( Integrated Circuit ) dan lain-lain.
d.
Polaritas: NPN atau N-channel, PNP atau P-channel
e.
Maximum kapasitas daya: Low Power, Medium Power, High Power
f.
Maximum frekuensi kerja: Low, Medium, atau High Frequency, RF transistor, Microwave, dan lain-lain
g.
Aplikasi: Amplifier, Saklar, General Purpose, Audio, Tegangan Tinggi, dan lain-lain
BJT
BJT (Bipolar Junction Transistor) adalah salah satu dari dua jenis transistor. Cara kerja BJT dapat dibayangkan sebagai dua diode yang terminal positif atau negatifnya berdempet, sehingga ada tiga terminal. Ketiga terminal tersebut adalah emiter (E), kolektor (C), dan basis (B). Perubahan arus listrik dalam jumlah kecil pada terminal basis dapat menghasilkan perubahan arus listrik dalam jumlah besar pada terminal kolektor. Prinsip inilah yang mendasari penggunaan transistor sebagai penguat elektronik. Rasio antara arus pada koletor dengan arus pada basis biasanya dilambangkan dengan β atau berkisar sekitar 100 untuk transistor-transisor BJT.
. β biasanya
FET
FET dibagi menjadi dua keluarga: Junction FET (JFET) dan Insulated Gate FET (IGFET) atau juga dikenal sebagai Metal Oxide Silicon (atau Semiconductor) FET(MOSFET). Berbeda
dengan IGFET, terminal gate dalam JFET membentuk sebuah diode dengan kanal (materi semikonduktor antara Source dan Drain). Secara fungsinya, ini membuat N-channel JFET menjadi sebuah versi solid-state dari tabung vakum, yang juga membentuk sebuah diode antara grid dan katode. Dan juga, keduanya (JFET dan tabung vakum) bekerja di "depletion mode", keduanya memili ki impedansi input tinggi, dan keduanya menghantarkan arus li strik dibawah kontrol tegangan input. FET lebih jauh lagi dibagi menjadi tipe enhancement mode dan depletion mode. Mode menandakan polaritas dari tegangan
gate dibandingkan dengan source saat FET menghantarkan listrik. Jika kita ambil N-channel FET sebagai contoh: dalam depletion mode, gate adalah negatif dibandingkan dengan source, sedangkan dalam enhancement mode, gate adalah positif. Untuk kedua mode, jika tegangan gate dibuat lebih positif, aliran arus di antara source dan drain akan meningkat. Untuk P-channel FET, polaritas-polaritas semua dibalik. Sebagian besar IGFET adalah tipe enhancement mode, dan hampir semua JFET adalah tipe depletion mode . 2.1.4
IC Op-Amp ( Operational Amplifier )
Operasional amplifier ( Op-Amp ) adalah suatu penguat berpenguatan tinggi yang terintegrasi dalam sebuah chip IC yang memiliki dua input inverting dan non inverting dengan sebuah terminal output, dimana rangkaian umpan balik dapat ditambahkan untuk mengendalikan karakteristik tanggapan keseluruhan pada operasional amplifier ( Op-Amp ). Pada dasarnya operasional amplifier ( Op-Amp ) merupakan suatu penguat diferensial yang memiliki 2 input dan 1 output. Op-amp ini digunakan untuk membentuk fungsi - fungsi l inier yang bermacam-macam atau dapat juga digunakan untuk operasi -
operasi tak linier, dan seringkali disebut sebagai rangkaian terpadu linier dasar. Penguat operasional ( Op-Amp ) merupakan komponen elektronika analog yang berfungsi sebagai amplifier multiguna dalam bentuk IC dan memiliki simbol sebagai berikut : Simbol Operational Amplifier ( Op-Amp )
Prinsip kerja sebuah operasional amplifier ( Op-Amp ) adalah membandingkan nilai kedua input ( input inverting dan input non inverting ), apabila kedua input bernilai sama maka output Op - amp tidak ada ( nol ) dan apabila terdapat perbedaan nilai input keduanya maka output Op - amp akan memberikan tegangan output. Operasional amplifier ( Op – Amp ) dibuat dari penguat diferensial dengan 2 input. Sebagai penguat operasional ideal , operasional amplifier ( Op – Amp ) memiliki karakteristik sebagai berikut :
Impedansi Input ( Zi ) besar
=∞
Impedansi Output ( Zo ) kecil
=0
Penguatan tegangan ( AV ) tinggi
=∞
Band Width respon frekuensi lebar
=∞
Vo = 0 apabila V1=V2 dan tidak tergantung pada besarnya V1.
Karakteristik operasional amplifier ( Op – Amp ) tidak tergantung temperatur / suhu. OP - Amp pada rangkaian open loop berfungsi sebagai voltage comperator / pembanding tegangan.
Tegangan outputnya ( Vo ) dapat ditulis sebagai berikut :
Vo = A ( Vi n+ - Vin- ) Dengan :
2.2
Vo
= Tegangan output ( Volt )
A
=Penguat open loop ∞
Vin+
= Tegangan input + ( Volt )
Vin-
= Tegangan input – ( Volt )
GAMBAR RANGKAIAN PADA PCB
Gambar. 2.2.1 Rangkaian Light Switch
Gambar. 2.2.2 Desain Layout / Alur Light Switch
2.3
DAFTAR KOMPONEN
1. Resistor
2. Diode
2.4
10KΩ
: 3 buah
4K7Ω
: 1 buah
1N4004
: 1 buah
3. Transistor BD139
: 1 buah
4. IC 3140
CA3140
: 1 buah
5. Pin sisir
Input
: 5 buah
Output
: 2 buah
GAMBAR KOMPONEN SETELAH DIPASANG DAN ALUR PCB
Gambar. 2.4.1 Rangkaian PCB : tampak atas
Gambar. 2.4.2 Rangkaian PCB : tampak bawah
2.5
UJI COBA
Berikut cara uji coba Automatic Light Switch : 1. Rangkaian input disambungkan pada sumber tegangan (9v) dan LDR 2. Output dihubungkan ke modul lampu. 3. Lalu ketika arus melalui LDR yang terang, maka rangkaian akan terbuka dan lampu pada output tidak akan menyala. 4. Ketika arus melalui LDR yang gelap, maka rangkaian akan tertutup dan lampu pada output akan menyala. 5. Lakukan pengukuran yang telah ditentukan.
6. Perhatikan gambar di atas ! Pengukuran dilakukan pada titik A / pin 2 , titik B / 3, sertak di pin 6.
7. Pengukuran dilakukan 2 kali, yaitu pada saat keadaan gelap dan saat keadaan terang.
2.6
2.7
HASIL PERCOBAAN PIN
Tegangan ( V )
Keterangan
Tegangan ( V )
Keterangan
2
0
Gelap
10,69
Terang
3
7,55
Gelap
4,3
Terang
6
10,28
Gelap
0
Terang
ANALISA
Saat keadaan terang : LDR memiliki hambatan sebesar 652 ohm ,sehingga membuat pin-2(Vin -) mendapat tegangan mendekati tegangan sumber (+Vcc) yaitu 11,5V. Sedangkan pada pin-3 (Vin+) hanya mendapat tegangan sebesar 4 V,lebih kecil dari Vin-,sehingga pin-6 (Vout) sebesar 0V, Tegangan ini belum mampu memenuhi syarat tegangan basis transistor BD139.jadi kolektor dan emitor transistor tidak terhubung. Tegangan di titik D adalah 0V.sehingga lampu tetap mati.
Saat keadaan gelap: LDR memiliki hambatan yang nilai tak terbatas karena input LDR gelap atau tidak ada cahaya, sehingga membuat pin -2(Vin-) mendapat tegangan mendekati 1,1V. Sedangkan pada pin-3 (Vin +) mendapat tegangan sebesar 7,5V, lebih besar dari Vin-.sehinga pin -6 (Vout) sebesar 10,3V.tegangan ini sudah mampu memenuhi syarat tegangan bias transistor BD139 jadi kolektor dan emitor transistor terhubung Tegangan di titik output adalah 12,3 V.sehingga lampu hidup
BAB III PENUTUP
3.1
KESIMPULAN
Dari percobaan yang saya lakukan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1.
LDR adalah komponen elektronika yang dapat dijadikan sensor pa da pe mb uat an lampu otomatis.
2.
Pada rangkaian lampu otomatis jika dalam kondisi gelap maka la mp u ak an menyala dan pada kondisi terang maka lampu akan mati.
3.2
SARAN
1. Pahamilah rangkaian terlebih dahulu sebelum membuat jalur dengan software 2. B e r h a t i - h a t i l a h s a a t m e l a k u k a n p e n y e t r i k a a n 3. Penyolderan dimulai pada komponen pasif dan tahan terhadap suhu panas terlebih dahulu, selanjutnya pada komponen aktif. 4. Hati - hati dalam melakukan penyolderan dan pastikan minyak tidak membuat jalur tersambung 5. Cek ulang rangkaian sebelum digunakan.
DAFTAR PUSATAKA
https://www.scribd.com/doc/313241280/light-switch-saklar-cahaya http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/239977/STMICROELECTRONICS/BD13916.html http://fajar-el-ridikc.blogspot.com/2014/08/fungsi-op-amp-operational-amplifier-ic.html
LAMPIRAN
IC CA 3140
TRANSISTOR BD 139
