Praktikum Rangkain Sensor Cahaya Menggunakan Photo Diode

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA EKSPERIMEN II

“ Rangkaian Sensor Cahaya Menggunakan Photo Diode”

Erwin Hartaman Gea (192016008)

Praktikum rangkaian sensor cahaya menggunakan photo diode

BAB I

 PENDAHULUAN

LATAR BELAKANG

            Di era teknologi yang semakin canggih dan perkembangan IPTEK yang tidak bisa terbendung dalam berbagai sendi kehidupan. Semakin pesatnya perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi di dunia, ilmu pengetahuan dan teknologi ini dimanfaatkan dan dikembangkan oleh manusia untuk dapat membantu pekerjaan mereka sehingga dapat menyelesaikan pekerjaan dengan lebih mudah dan efesien serta menciptakan teknologi baru  yang bersifat sederhana maupun modern. Oleh karena itu, setiap mahasiswa dituntut agar mampu berinovasi  dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi di era industry 4.0. Di Indonesia  telah menerapkan perkembangan iptek yang bertujuan untuk pengembangan ilmu yang berorientasi pada kebutuhan public (masyarakat), salah satunya seperti adanya project mengenai pembuatan sensor cahaya menggunakan photo diode pada Mata Kuliah Fisika Eksperimen II.
Pratikum membuat rangkaian sensor cahaya menggunakan Photo Diode  dengan tujuan mendapat pembelajaran mandiri mengenai penerapan prinsip cahaya (light) dengan menggunakan sensor cahaya dengan bantuan Microcontroller Arduino Uno. .Rangkaian sensor cahaya ini menggunakan aplikasi Arduino dan photo diode sebagai sensornya. Photo Diode bekerja sangat sensitive terhadap cahaya serta nilai resistansinya tergantung dengan cahaya yang mengenainya dari pada LDR yang kurang responsive terhadap cahaya. Berdasarkan latar belakang tersebut maka praktikum mengangkat judul “ Rangkaian Sensor Cahaya ”. Pratikum mengharapkan dengan adanya alat ini bisa diterapkan dan digunakan dalam kehidupan sehari-hari salah satunya sensor cahaya kendaraan di jalan Raya, rumah sakit dan lain sebagainya.

TUJUAN

• Praktikan dapat membuat, mendesain serta merangkai sensor cahaya menggunakan Photo Diode.
• Praktikan dapat memahami prinsip kerja sensor cahaya menggunakan Photo Diode.
• Praktikan dapat menganalisa hasil bacaaan sensor cahaya melalu software Arduino.
• Praktika dapat menuangkan gagasan/hasil percobaan dalam bentuk format laporan.

RUMUSAN MASALAH

•  Mahasiswa (praktikan) dapat membuat, mendesain serta merangkai sensor cahaya.
•  Mahasiswa (praktikan) dapat mengenali serta memahami prinsip dasar sensor cahaya.
• Mahasiswa (praktikan) dapat menganalisa hasil bacaan sensor cahaya.

BAB II

DASAR TEORI

Photodiode

            Photodiode adalah komponen Elektronika yang dapat mengubah cahaya menjadi arus listrik. Photo diode merupakan komponen aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan tergolong dalam keluarga Dioda. Seperti Dioda pada umumnya, Photodiode  memiliki dua kaki terminal yaitu kaki terminal Katoda dan kaki terminal Anoda, namun Photo diode memiliki Lensa dan Filter Optik yang terpasang dipermukaannya sebagai pendeteksi cahaya yang sentif terhadap cahaya. Cahaya yang dapat dideteksi oleh Photo diode diantaranya seperti Cahaya Matahari, Cahaya Tampak, Sinar Inframerah, Sinar Ultra-violet hingga sinar X. Oleh karena itu, Photodiode 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.

Arduino Uno

Arduino adalah sebuah board mikrokontroller yang berbasis ATmega328. Arduino memiliki 14 pin input/output yang mana 6 pin dapat digunakan sebagai output PWM, 6 analog input, crystal osilator 16 MHz, koneksi USB, jack power, kepala ICSP, dan tombol reset. Arduino mampu men-support mikrokontroller; dapat dikoneksikan dengan komputer menggunakan kabel USB..(FeriDjuandi, 2011)

Tabel 1 menujukkan spesifikasi dari Microcontroller Arduino Uno

Dalam hal ini praktikan menggunakan Microcontroller Arduino Uno, penggunaan berbagai macam Arduino tergantung pada kebutuhan ketika melakukan pratikum dan alat yang digunakan dalam sensor cahaya.

OP AMP

Operational Amplifier (Op-Amp) adalah salah satu rangkaian komponen analog terintegrasi (IC) yang sering digunakan dalam berbagai kebutuhan perancangan rangkaian elektronika termasuk dalam Arduino Uno  IC Op-Amp sering digunakan untuk banyak rangkaian elektronika antara lain adalah Penguat Inverting, Penguat Non-Inverting, Adder, Subtractor, Buffer, PID Controller Analog, Komparator Analog, Band Pass Filter, Band Stop Filter, High Pass Filter, Low Pass Filter, Penguat Integrator, Penguat Differensiator, ADC, dan DAC. IC Op-Amp adalah sebuah piranti yang mampu melakukan penginderaan dan melakukan penguatan sinyal DC maupun sinyal AC.

Op-amp pada dasarnya adalah sebuah differential amplifier (penguat diferensial) yang memiliki dua masukan. Input (masukan) op-amp ada yang dinamakan input inverting (-) dan non-inverting (+). Prinsip kerja Operational Amplifier (Op-Amp) adalah dengan membandingkan nilai kedua input (input inverting dan input non-inverting). Intinya jika kedua input bernilai sama maka output Op-amp tidak ada atau sama dengan Nol dan apabila terdapat perbedaan nilai input keduanya maka output Op-amp akan memberikan tegangan output. Sebagai Operational Amplifier ideal.

Gambar 3. Simbol dari Operational Amplifier

Pada percobaan, awalnya tegangan dan intensitas cahaya yang dihasilkan sensor menggunakan photodiode bernilai rendah sehingga dibutuhkan OP-AMP sebagai penguat dimana untuk memperhitungkan sebuah resistor yang akan digunakan sebagai rangkaian penguat yaitu dengan rumus:

Dimana R1 dibuat konstan sehingga R2 dapat ditentukan untuk mengetahui seberapa besar voltase input yang akan diperkuat (Vout).

Kapasitor

Kapitor  merupakan Kapasitor atau Capacitor merupakan salah satu komponen elektronika pasif yang paling dasar dan paling sering digunakan dalam rangkaian elektronika kapasitor seringkali disebut sebagai penyimpan muatan listrik. Dalam hal ini kapasitor yang digunakan sebesar 10 mikro farad

Resistor

Resistor Pada dasarnya  adalah komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan berbeda-beda yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika. Resistor  disebut juga dengan Hambatan atau Tahanan. Resistor yang digunakan dalam praktikum, pada bagian sensor (4,7 kilo Ohm) dan pada bagian OP-AMP (10 kilo Ohm)

ALAT DAN BAHAN 

1. Photo Diode
2. Microcontroller Arduino Uno + Kabel USB
3. Kapasitor sebesar 10 Mikro Farad
4. 3 buah resistor dengan nilai 4,7 kilo Ohm, 100 Ohm dan 900 Ohm
5. Papan Protoboard
6. Papan PCB
7. Jumper
8. Kabel USB untuk Jack Stereo Male
9. OP-AMP LM 324
10. Personal Komputer
11. Aplikasi Arduino
12. Pin header Male
13. Jack stereo Male dan Female 
14. Timah solder, skrup dan spidol
15. Akrilik 
16. Stand IC 14 kaki

CARA KERJA

1.   Rangkai sensor cahaya menggunakan Photo diode, resistor (4,7 kilo Ohm) dan kapasitor (10 mikro farad) yang dihubungkan dengan kabel USB Jack Stereo Male, seperti pada gambar.

Dimana kabel hijau sebagai data, kabel merah sebagai VCC (5 Volt), dan kabel hitam sebagai ground. Rangkai jack stereo female dengan menyesuaikan vcc, ground, data dari jack stereo male sesuai gambar 7.

Setelah itu, untuk mendapatkan intesitas dan voltase yang besar, maka akan  dirangkai OP-AMP (Operational Amplifier), dengan besar hambatan (resistor) 10 kilo Ohm dan memperhatikan bagian-bagian pada OP-AMP yang akan disambungkan ke Microcontroller Arduino Uno dan Pada sensor cahaya pada gambar 8 , seperti yang  ditujukkan pada gambar dibawah ini.

Adapun cara merangkai OP-AMP (penguat) yaitu :

·      Dengan memperhatikan gambar 8.a pasang resistor 10 k ohm pada kaki 2 yaitu input 1 dan beri jumper untuk disambungkan ke kaki 11 sebagai ground yang akan disambungkan ke Arduinoambungkan pin header male pada kaki 1 sebagai output (data A0) yang akan disambungkan ke Arduino. (pada Arduino disambungkan ke A0)

·         sambungkan kabel hijau (data) dari jack stereo male pada kaki 3 OP-AMP

·         sambungkan kabel pada kaki 4 sebagai Vcc dari Arduino dimana Vcc yang digunakan 3,3 v.

setelah rangkaian penguat (OP-AMP) berhasil dibuat dengan media sementara menggunakan protoboard. Pindahkan pada papan PCB dan solder dengan menganalisa rangkaian pada protoboard seperti pada gambar 9:

1.      setelah Sensor cahaya, OP-AMP selesai dibuat, kabel USB dari sensor cahaya dihubungkan ke Jack stereo Male, kabel USB microcontroller Arduino dihubungkan ke USB Personal Komputer. Jangan lupa untuk memasukan koding seperti pada gambar 2 yang telah tersedia pada software Arduino Uno, Nilai intensitas dan voltase akan muncul dilayar monitor Personal Computer dalam bentuk serial potter atau serial monitor berupa grafik yang akan ditujukkan pada gambar

1

BAB III

PEMBAHASAN

Setelah sensor cahaya sudah jadi dan siap untuk digunakan sebagai sensor cahaya, hal pertama yang kita lakukan adalah menganalisa hasil bacaan dari serial monitor dan serial potter yang muncul dilayar monitor Personal Computer. Nilai dan grafik yang terbaca  dimonitor sangat tergantung pada banyaknya intensitas cahaya yang mengenai Photo diode. 

Pada hasil bacaan yan didapatkan, praktikan mengambil beberapa nilai tegangan terhadap intesitas sebanyak 20 titik bacaan dan diolah di Microsoft excel seperti yang ditujukkan pada table dibawah ini.

 Pada table 2, menujukkan bahwa nilai intesitas yang dihasilkan oleh pancaran cahaya akan mempengaruhi nilai voltase (tegangan) menjadi naik, tetapi kenaikan voltase yang terjadi sangat kecil, sehingga tingkat kevalidasian kurva  pada grafik 1 tidak memberikan hasil yang akurat/valid. Karena secara teori nilai intesitas berbanding lurus dengan nilai voltasenya.

BAB IV

PENUTUP

KESIMPULAN

Rangkaian Sensor cahaya menggunakan Photodiode dapat membaca intesitas cahaya yang masuk dengan mudah karena kesensitifan sensor Photodiode yang cukup tinggi sehingga mempermudah pratikan dalam menganalisis nilai tegangan serta intesitas yang terbaca di serial monitor dan plotter di aplikasi Arduino. nilai intesitas menujukkan bahwa semakin tinggi intesitas cahaya maka semakin tinggi pula nilai voltasenya seperti yang ditujukkan pada grafik 1.

DAFTAR PUSTAKA

http://margionoabdil.blogspot.com/2015/03/sensor-cahaya-photo-diode.html

https://ryankudeta.wordpress.com/2012/12/17/pengertian-photodioda/

ttps://teknikelektronika.com/pengertian-photodiode-dioda-foto-prin

https://www.edukasielektronika.com/2014/10/pengertian-op-amp-operational-amplifier.html

https://teknikelektronika.com/cara-kerja-kapasitor-kondensator-struktur-kapasitor/