LAPORAN PRAKTIKUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL

BIOSISTEM

Diajukan untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Instrumentasi dan Kontrol

Biosistem Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Universitas

Jember

Oleh:

Nama : M. Yuwan Kilmi

NIM : 131710201007

Kelas : TEP – A

Acara : IV (Rangkaian Alat Ukur Cahaya Secara Analog)

Asisten : Ardika Aris Sugianto

LABORATORIUM ENERGI, OTOMATISASI, dan INSTRUMENTASI

PERTANIAN

JURUSAN TEKNIK PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

UNIVERSITAS JEMBER

2014

BAB 1. METODOLOGI PRAKTIKUM

1.1 Waktu dan Tempat Praktikum

Hari : Sabtu

Tanggal : 10 Mei 2014

Pukul : 07.30 WIB – selesai

Tempat : Laboratorium Instrumentasi Teknik Pertanian FTP Unej

1.2 Alat dan Komponen yang Digunakan

Alat : 1. Power suply DC

2. Multimeter Digital

3. Wise Board

4. Tang potong

Komponen : 1. Resistor Fixed (100KΩ;22KΩ)

2. IC 741

3. Potensio (B500KΩ)

4. Sensor cahaya (LDR)

5. Jepit buaya, jumper

1.3 Prosedur Kerja

Gambar diatas menunjukkan bahwa peletakan sensor pada Ra, potensio

pada Rd dan amplifier menggunakan konfigurasi differensial amplifier.

RANGKAIAN ALAT UKUR CAHAYA SECARA ANALOG

+

_2

34

7

+12

-12

6

Vin

R1

R4

R2R3

A

DB

C

Ra Rb

RcRd

Vout

Sensor

Potensio

Mulai

Mempersiapkan alat-alat komponen yang digunakan

Merangkai alat ukur cahaya sesuai gambar, tegangan suply = 5 Volt

Menentukan titik intensitas cahaya maksimal – TICM - (intensitas cahaya paling terang), mengatur potensio hingga VBD = 0 Volt

Mengukur dan mencatat teganganinput pada lima kondisi (intensitas cahaya semakin kecil)

Mengukur dan mencatat tegangan output pada lima kondisi

Melengkapi tabel dengan tegangan input dan output hasil pengukuran dan teoritis

Melakukan percobaan pada dua skenario

Selesai

BAB 2. HASIL DAN PEMBAHASAN

2.1 Alat dan Komponen Praktikum

Dalam kegiatan praktikum, banyak sekali macam – macam alat dan

komponen yang digunakan.

2.1.1 Alat :

a) Power suply DC

Berfungsi sebagai perangkat yang memasok atau menyalurkan energi

listrik untuk satu atau lebih beban listrik. Disamping itu juga, untuk mengontrol

tegangan output atau saat ini untuk nilai tertentu, nilai dikendalikan mengadakan

hampir konstan, meskipun variasi baik dalam beban arus atau tegangan yang

diberikan oleh sumber energi catu daya. Sedangkan prinsip rangkaian power

supply adalah menurunkan tegangan AC , menyearahkan tegangan AC sehingga

menjadi DC ,menstabilkan tegangan DC, yang terdiri atas transformator, dioda

dan kapasitor/condensator.

b) Multimeter Digital

Berfungsi untuk mengukur besar kuat arus, hambatan pada suatu

rangkaian alat listrik, dan tegangan.

c) Wise Board

Berfungsi sebagai tempat untuk merangkai, rangkaian alat ukur cahaya

secara analog dalam praktikum atau bisa juga sebagai tempat menghubungkan

rangkaian sederhana. Ciri-cirinya berupa lempengan berwarna putih dan terdapat

soket-soket untuk menghubungkan rangkaian.

d) Tang potong

Berfungsi untuk memotong kabel atau memotong bagian pembukus kabel

dengan tujuan agar kawat tembaga dapat di dalam kabel dapat digunakan.

2.1.2 Komponen :

a) Resistor Fixed (100KΩ;22KΩ)

Berfungsi untuk menghambat arus listrik yang melewati rangkaian agar

arus yang mengalir tidak terlalu besar sehingga tidak terjadi konsleting. Besar

resistor dapat dihitung dari gelang-gelang warna yang terdapat pada bagian luar

resistor, warna pada gelang-gelang resistor tersebut memiliki jumlah angka yang

sudah ditentukan.

b) IC 741

Berfungsi sebagai komparator atau pembanding, di mana fungsi

komparator adalah untuk membandingkan tegangan input yang berada pada kaki

Inverting dan kaki Non-Inverting yang terdapat pada rangkaian.

c) Potensio (B500KΩ)

Berfungsi untuk menghambat arus listrik yang nilai hambatannya dapat

diatur atau dapat diubah – ubah.

d) Sensor cahaya (LDR)

Berfungsi untuk menaikkan dan menurunkan nilai tahanan dengan cara

mendekatkan atau menjauhkan sensor cahaya (LDR) dari sumber cahaya.

e) Jepit buaya, jumper

Berfungsi untuk mengubungkan trafo atau tegangan pada rangkaian.

Disamping itu, jepit buaya juga digunakan untuk menjepit sambungan kabel

dengan tujuan agar arus listrik dapat mengalir dari kabel yang satu ke kabel yang

lainnya.

2.2 Hubungan Jembatan wheatsone, Differensial Amplifier, dan Sensor

Cahaya Dalam Rangkaian

Jembatan wheatsone adalah suatu rangkaian yang tersusun dari 4 buah

hambatan yang sama, 2 dari hambatan tersebut merupakan hambatan variabel

dan hambatan yang belum diketahui besar nilainya yang disusun secara seri satu

sama lain dan pada 2 titik diagonalnya dipasang sebuah galvanometer dan pada

2 titik diagonal lainnya diberikan sumber tegangan (Andhie, 2010).

LDR (Light Dependent Resistant) merupakan suatu jenis resistor yang

nilai resistansinya berubah-ubah karena adanya intensitas cahaya yang diserap.

LDR dibentuk dari Cadium Sulfide (CDS) yang mana Cadium Sulfide dihasilkan

dari serbuk keramik. Prinsip kerja LDR ini pada saat mendapatkan cahaya maka

tahanannya turun, sehingga pada saat LDR mendapatkan kuat cahaya terbesar

maka tegangan yang dihasilkan adalah tertinggi.

Penguat diferensial (differensial amplifier) adalah penguat yang memiliki

dua input dan memperkuat selisih tegangan pada kedua input tersebut. Pada

keadaan ideal pada penguat diferensial sinyal interferensi yang berupa sinyal

yang sama (common signal) yang masuk pada kedua input akan dihilangkan

pada proses penguatan karena hanya selisih tegangan yang diperkuat.Namun

demikian pada implementasinya penguat diferensial juga memberikan output

yang berasal dari sinyal bersama tersebut.

Sedangkan hubungan antara jembatan wheatstone, differensial amplifier

dan LDR dalam rangkaian yaitu kegunaan dari jembatan wheatsone adalah

merubah sinyal dari LDR yang pemasangan LDR nya diletakkan pada R1. LDR

akan merespon perubahan intensitas cahaya menjadi perubahan tahanan dan dari

perubahan tahanan dirubah lagi menjadi sinyal tegangan. Sinyal tegangan tersebut

dikeluarkan pada titik BD, yang merupakan perbedaan potensial antara VB dan

VD. Sinyal output dari jembatan wheatstone tersebut (VBD) digunakan sebagai

sinyal input dari differensial amplifier. Sinyal input tersebut akan dikuatkan oleh

differensial amplifier sehingga dapat diukur besar nilainya dengan menggunakan

AVO meter digital.

RANGKAIAN JEMBATAN WHEATSTONE

VBD

A

D B

C

R1 R2

R4R3

DIFFERENTIAL AMPLIFIER

+

_

R3R2

R4

R1

Vout

2

34

7 6

+12

-12

V1

V2

2.3 Fungsi Ditentukannya Titik Intensitas Cahaya Maksimum

Pada sensor cahaya, penentuan titik intensitas cahaya maksimum

didapatkan dengan cara mengubah jarak cahaya terhadap sensor LDR sampai Avo

meter menunjukkan nilai tahanan maksimum dari sensor LDR tersebut.

Perubahan tahanan tersebut akan dimanipulasi oleh Jembatan Wheatstone sebagai

perubahan tegangan, jika tahanan dari LDR tersebut maksimal maka akan

diperoleh besar tegangan yang maksimal pula dan dan dari besar tegangan yang

dimanipulasi oleh jembatan wheatsone kemudian dikuatkan oleh differensial

amplifier dengan tujuan agar nilai dari tahanan tersebut dapat terbaca pada AVO

meter digital.

2.4 Tabel Hasil Pengamatan

Hasil yang didapatkan dari pengukuran adalah sebagai berikut.

Hasil

percobaan

1

Jembatan

Wheatsone (KΩ)

Penguat Operasi

(KΩ) Vin

(volt)

Penguata

n

Vout

ukur

(volt)

Vout

teoriR

a

R

b

R

cRd R1 R2 R3 R4

1

22 22TIC

M

10

0

10

0

20

0

20

0

1,67 1,99 3,32 3,34

2 1,85 2,39 4,42 3,7

3 1,93 2,32 4,48 3,86

4 1,95 2,32 4,53 3,9

5 2,24 2,03 4,54 4,48

Hasil

percobaan

2

1

22 22TIC

M1 1 2 2

0,138 1,93 0,266 0,28

2 0,16 2,03 0,325 0,32

3 0,196 2,03 0,398 0,39

4 0,2 2,03 0,406 0,4

5 0,203 2,03 0,413 0,41

Untuk menghasilkan tegangan input rangkaian disusun dengan Ra sebagai

sensor (LDR), Rd menggunakan potensio pada jembatan wheatstone (JW), dan

rangkaian dikuatkan dengan menggunakan differensial amplifier.

Perlakuan yang dilakukan pada LDR adalah intensitas cahaya semakin

dikurangi. Sehingga berdasarkan hal tersebut maka resistensi LDR akan semakin

kecil.

Penggunaan jembatan whetastone dimaksudkan untuk mendapatkan

tegangan input yang berasal dari bedapotensial antara D dengan B. Sedangkan

penggunaan potensio untuk mendapatkan TICM sebagai 0 volt (bedapotensial

antara D dengan B=0).

Berdasarkan persamaan VD= VPower Suply * Rd / (Rd+Ra) = VPower Suply * 1 /

(1+Ra/Rd), (penempatan sensor pada Ra) maka semakin besar tahanan Ra maka

semakin kecil nilai VD. Dengan kata lain, jika perlakuan intensitas cahaya

semakin mengecil maka, nilai Ra akan semakin kecil dan nilai VD akan semakin

besar.

Keluaran VB diset sedemikian rupa dengan memberikan tahanan Fixed

sehingga akan selalu konstan. Pada skenario I, VB = VPower Suply * Rc / (Rc+Rb) = 5

* 22000 / (22000+22000) = 2,5 volt

Nilai keluaran VDB pada titik atas (pada intensitas cahaya terbesar) diset

menjadi NOL dengan mengatur Rd (potensio). Artinya VD dibuat = VB sehingga

VDB = VD – VB = 0 volt.

Dengan demikian pada pengukuran intensitas cahaya yang semakin kecil

akan membuat VDB akan semakin besar (nilai bertambah).

Penggunaan differensial Amplifier sebagai penguat tegangan input

memiliki persamaan Vout = [(R1+R4) / (R2+R3) * (R3/R2) * Vin-2] – [(R4/R1) * Vin-

1].

Karena Vinput hanya diukur selisih tegangannya saja dan R1 = R2 = 100

KΩ dan R3 = R4 = 200 KΩ, maka Vout = 300 / 300 * 2 * Vin-2 – 2 * Vin-1 = 2 *

(Vin-2 - Vin-1). Nilai ini akan sama saja dengan V out = 2 * Beda potensial BD

atau Vout = 2 * (Vinput). Sehingga dapat disimpulkan bahwa penguatan

differensial amplifier = 2.

Berdasarkan nilai true value nilai V input (keluaran jembatan Wheatstone)

maka hubungan antara Vinput dengan Voutput differensial amplifier bias

digambarkan pola grafik pada dua skenario di bawah sebagai berikut.

Skenario I.

1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.30

0.51

1.52

2.53

3.54

4.55

f(x) = 2 xR² = 1

f(x) = 1.89922571562647 x + 0.596292820272173R² = 0.554551711822323 Ukur

Linear (Ukur)

Teori

Linear (Teori)

V input (Volt)

V O

utpu

t (Vo

lt)

Grafik Skenario I menunjukkan hubungan tegangan input dan output yang

diolah oleh differensial amplifier, terlihat bahwa semakin kecil tegangan input

maka semakin kecil pula tegangan output. Hal ini sesuai dengan persamaan

differensial amplifier Vout = 2 * (Vinput), kesesuaian ini ditunjukkan pula oleh

garis teori pada grafik memiliki persamaan Y = 2x

Perbedaan pengukuran dengan teori terlihat pada faktor penguatan pada

pengukuran yang lebih besar dari teori (koefisien X = 1,899), serta adanya

konstanta 0,596, sehingga hasilnya tidak berhimpit.

Perbedaan antara garis ukur dengan teori dapat terjadi karena adanya

beberapa faktor diantaranya yaitu terjadi adanya kesalahan pada saat pengukuran,

dapat juga karena adanya pengaruh dari lingkungan misalnya meja maupun

tangan, dan adanya rangkaian yang lepas.

Skenario II.

0.130.140.150.160.170.180.19 0.2 0.210

0.050.1

0.150.2

0.250.3

0.350.4

0.45

f(x) = 1.96880975143403 x + 0.0067955305927343R² = 0.998035097073099f(x) = 2.21074330783939 x − 0.0350073494263862R² = 0.99645849044599

ukurLinear (ukur)TeoriLinear (Teori)

Volt Input (Volt)

V O

utpu

t (Vo

lt)

Hal yang sama terjadi pada skenario II, grafik menunjukkan hubungan

tegangan input dan output yang diolah oleh differensial amplifier, terlihat bahwa

semakin kecil tegangan input maka semakin kecil pula tegangan output. Hal ini

sesuai dengan persamaan differensial amplifier Vout = [(R1+R4) / (R2+R3) *

(R3/R2) * Vin-2] – [(R4/R1) * Vin-1], kesesuaian ini ditunjukkan pula oleh garis teori

pada grafik memiliki persamaan Y = 1,968x + 0,006

Perbedaan pengukuran dengan teori terlihat pada factor penguatan pada

pengukuran yang lebih besar dari teori (koefisien X = 2,210), serta adanya

konstanta – 0,035 , sehingga hasilnya tidak berhimpit.

Perbedaan antara garis ukur dengan teori dapat terjadi karena adanya

beberapa faktor yang mempengaruhi diantaranya yaitu terjadinya kesalahan pada

rangkaian, rangkaian lepas, AVO meter tidak terkalibrasi dengan baik sehingga

nilai yang ditunjukkan oleh AVO meter berubah-ubah dan terjadi pembacaan

angka yang tidak tepat, dan adanya kesalahan dalam pengukuran.

BAB 3. KESIMPULAN

Berdasarkan hasil pengamatan dapat disimpulkan sebagai berikut.

1. Pengukuran intensitas cahaya secara analog dapat menggunakan sensor cahaya

jenis LDR dengan komponen resistor fixed (100KΩ , 22KΩ).

2. Alat ukur cahaya secara analog dapat dibuat dengan menggunakan integrasi

komponen LDR, Jembatan Wheatstone, dan Differensial Ampliffier.

3. Perubahan sinyal yang terjadi adalah dari besaran intensitas cahaya, menjadi

perubahan tahanan, menjadi perubahan tegangan yang dikuatkan

(ΔT→ΔR→ΔV).

4. Hasil pengukuran menunjukkan kesalahan yang relative kecil jika

dibandingkan dengan teori.

DAFTAR PUSTAKA

Sumber Buku :

Bolton, W. 1996. Mechatronik. London: Longman.

Clayton, G. B. 1975. Experiment with OpAmp. London: Macmillan Press.

Malvino. 1985. Prinsip-Prinsip Elektronik. Jakarta: Airlangga.

Woolard, Barry. 1999. Elektronika Praktis. Jakarta: PT PradnyaParamitha.

Sumber Internet :

Andhie, 2010. Teori dasar Jembatan Wheatsone.

http://andhie13.student.umm.ac.id/download-as

-pdf/umm_blog_article_239.pdf. [21 Mei 2014].

ITB. 2013. “Penguat Differensial”. labdasar.ee.itb.ac.id/lab/EL3109/Elektronika/2014/modul/520praktikum/Elka2-perc2-Penguat-Diferensial-Petunjuk-Rev.10-09-13.docx. [16 Mei 2014].

Universitas Sumatera Utara . 2010 . Dasar – Dasar Mengenai Perangkat Keras.

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/24855/3/Chapter

%20II.pdf. [21 Mei 2014].