A. TUJUAN1. Mengaplikasikan LDR sebagai sensor Cahaya dalam perancangan sistem.2. Mendesain sistem pengendali yang disusun dari rangkaian analog dapat bekerja sesuai yang diinginkan.

B. DASAR TEORI 1. SENSOR LDRSensor adalah komponen yang dapat digunakan untuk mengkonversi suatu besaran tertentu menjadi satuan analog sehingga dapat dibaca oleh suatu rangkaian elektronik. Sensor merupakan komponen utama dari suatu tranduser, sedangkan tranduser merupakan sistem yang melengkapi agar sensor tersebut mempunyai keluaran sesuai yang kita inginkan dan dapat langsung dibaca pada keluarannya.Contoh; Camera sebagai sensor penglihatan, telinga sebagai sensor pendengaran, kulit sebagai sensor peraba, LDR (light dependent resistor) sebagai sensor cahaya, dan lainnya. Dalam rangkaian ini menggunakan LDR (light dependent resistor) sebagai sensor cahayanya. LDR (Light Dependent Resistor)

Gambar 1. Bentuk dari LDR

LDR singkatan dari Light Dependent Resistor yaitu resistor yang nilai resistansinya berubah-ubah karena adanya intensitas cahaya yang diserap. LDR juga merupakan resistor yang mempunyai koefisien temperature negative, dimana resistansinya dipengaruhi oleh intrensitas cahaya. LDR dibentuk dari cadium Sulfied (CDS) yang mana CDS dihasilkan dari serbuk keramik. Secara umum, CDS disebut juga peralatan photo conductive, selama konduktivitas atau resistansi dari CDS bervariasi terhadap intensitas cahaya.Apabila permukaan LDR mendapat cahaya maka nilai hambatannya akan turun.CDS tidak mempunyai sensitivitas yang sama pada tiap panjang gelombang dari ultraviolet sampai dengan infra merah. Hal tersebut dinamakan karakteristik respon spectrum dan diberikan oleh pabrik. CDS banyak digunakan dalam perencanaan rangkaian bolak-balik (AC) dibandingkan denagn photo transistor dan photo dioda. Jadi sensor LDR ini akan berubah nilai hambatannya apabila ada perubahan tingkat kecerahan cahaya.

2. DASAR TEORI OP-AMPOp-amp mempunyai karakteristik resistansi masukan yang besar, resistansi keluaran yang kecil dan penguatan yang besar. Op-amp digunakan dalam penguat audio maupun untuk aplikasi peralatan elektronik. Simbol dari op-amp diperlihatkan pada gambar 2. Dari simbol tersebut terlihat adanya dua masukan, yaitu masukan non-inverting (V+) dan masukan inverting (V-). Vo merupakan keluaran dari op-amp.

Gambar 2. Simbol op-amp.

KomparatorKomparator adalah salah satu aplikasi dari op-amp (operational amplifier), dimana memiliki fungsi membandingkan besar dua potensial yang diberikan. Cara kerja dari piranti komparator adalah membandingkan beda tegangan yang diberikan pada masukan non inverting (V+) dan masukan inverting (V-). Jika V+ > V- maka output akan saturasi, jika V+ < V- dan V+ = V- maka output = 0.

Gambar 3. Tegangan keluaran op-amp.

Bentuk fisik IC LM 311 sebagai komparator adalah sebaga berikut :

Gambar 4. IC LM 311.

Fungsi dari masing-masing pin pada IC tersebut adalah sebagai berikut : pin 1 : sumber tegangan (GND) pin 2 : masukan non-inverting(op-amp 1) pin 3 : masukan inverting (op-amp 1) pin 4 : sumber tegangan (VCC = - 12 V) pin 5 : balance pin 6 : balance/stobe pin 7 : output pin 8 : sumber tegangan (VCC = + 12 V)

3. DASAR TEORI TRANSISTORPada gambar ilustrasi transistor NPN berikut ini, junction base-emiter diberi bias positif sedangkan base-colector mendapat bias negatif (reverse bias).

Gambar 5. arus elektron transistor npnKarena base-emiter mendapat bias positif maka seperti pada dioda, elektron mengalir dari emiter menuju base. Kolektor pada rangkaian ini lebih positif sebab mendapat tegangan positif. Karena kolektor ini lebih positif, aliran elektron bergerak menuju kutup ini. Misalnya tidak ada kolektor, aliran elektron seluruhnya akan menuju base seperti pada dioda. Tetapi karena lebar base yang sangat tipis, hanya sebagian elektron yang dapat bergabung dengan hole yang ada pada base. Sebagian besar akan menembus lapisan base menuju kolektor. Inilah alasannya mengapa jika dua dioda digabungkan tidak dapat menjadi sebuah transistor, karena persyaratannya adalah lebar base harus sangat tipis sehingga dapat diterjang oleh elektron.Jika misalnya tegangan base-emitor dibalik (reverse bias), maka tidak akan terjadi aliran elektron dari emitor menuju kolektor. Jika pelan-pelan 'keran' base diberi bias maju (forward bias), elektron mengalir menuju kolektor dan besarnya sebanding dengan besar arus bias base yang diberikan. Dengan kata lain, arus base mengatur banyaknya elektron yang mengalir dari emiter menuju kolektor. Ini yang dinamakan efek penguatan transistor, karena arus base yang kecil menghasilkan arus emiter-colector yang lebih besar. Istilah amplifier (penguatan) menjadi salah kaprah, karena dengan penjelasan di atas sebenarnya yang terjadi bukan penguatan, melainkan arus yang lebih kecil mengontrol aliran arus yang lebih besar. Juga dapat dijelaskan bahwa base mengatur membuka dan menutup aliran arus emiter-kolektor (switch on/off). 2N222Transistor 2N222 merupakan transistor jenis n-p-n, sehingga basis dari transistor ini harus diberi tegangan positif agar dapat mengalirkan elektron yang ada pada kolektor mengalir menuju emitor. Pada basis transistor ini tegangan harus lebih besar dari 0.7 Volt agar dapat memicu transistor. Berikut adalah bentuk dari TIP 31.

Gambar 6. Bentuk 2N222

4. LAMPU PIJAR Bola lampu, atau lebih dikenal dengan lampu pijar (bohlam) adalah sumber cahaya buatan yang dihasilkan melalui penyaluran arus listrik melalui filamen yang kemudian memanas dan menghasilkan foton. Kaca yang menyelubungi filamen panas tersebut menghalangi oksigen di udara berhubungan dengannya, sehingga filamen tidak akan langsung rusak akibat te roksidasi.

Gambar 7. Bentuk dari Lampu Pijar (Bohlamp)

Bohlam terdiri dari dua buah kawat yang saling berhubungan ( Contact wire) dan bagian ujungnya di hubungkan ke sirkuit listrik ( Electrical contact ). Kawat di hubungkan ke filamen (filament) yang berbentuk gulungan kumparan. Filamen di letakan di tengah dan di topang oleh glass mount dengan bantuan kawat penopang (Support wires). Kawat dan filamen ini di selubungi dengan kaca yang di dalamnya dipenuhi dengan gas bertekanan rendah (inert gas) seperti argon, neon, nitrogen.

C. ALAT DAN BAHAN 1. Alat Bor PCB 1 buah Solder 1 buah Tang Jepit 1 buah Tang Potong 1 buah Project Board 1 buah Obeng 1 buah Multimeter 1 buah

2. Bahan LDR sebagai sensor cahaya1 buah Potensiometer 50 Kohm1 buah Bola Lampu 1 buah PCB 1 buah Steker 1 buah Resistor 1 k ohm2 buah Resistor 2 k Ohm1 buah Resistor 12 k Ohm1 buah IC OP AMP LM 3111 buah Relay 12 V 5 A1 buah Transistor 2N22221 buah Kabel penghubung secukupnya PCBsecukupnya Timahsecukupnya

D. FLOWCHART RANGKAIAN

Cahaya(LDR)LM 311Lampu MenyalaDriverLampu MatiTY

Gambar 8 Blok Diagram Rangkaian

E. GAMBAR RANGKAIAN1. Skema Rangkaian

Gambar 8 Skema Rangkaian

2. Layout PCB

Gambar 9 Bentuk Layout PCB

F. PRINSIP KERJA RANGKAIANDalam rangkaian diatas menggunakan sensor cahaya (LDR) namun didalam program multisim tidak terdapat komponen LDR maka diganti dengan saklar seperti diatas. Pada saat cahaya redup LDR menjadi konduktor yang buruk, atau bisa disebut juga LDR memiliki resistansi yang besar pada saat gelap atau cahaya redup. Pada saat cahaya terang LDR menjadi konduktor yang baik, atau bisa disebut juga LDR memiliki resistansi yang kecil pada saat cahaya terang. Dari cara kerja LDR tersebut maka pada saat cahaya redup maka nilai tahanan akan berkurang dan tegangan akan masuk ke basis sehingga tegangan tersebut akan membuat transistor menjadi saklar dan memicu relay dan bisa menghidupkan lampu. Sebaliknya, pada saat cahaya terang maka nilai tahanan akan bertambah (semakin besar) dan tegangan tidak masuk ke kaki basis. Relay tetap akan terbuka dan tidak dapat menjalankan lampu.

G. ANALISA RANGKAIAN1. OP AMP sebagai KomparatorDalam rangkaian ini OP AMP berfungsi sebagai komparator pembanding tegangan yang akan keluar menuju kedriver dan mengaktifkan lampu. Komparator akan membandingkan inputan yang masuk berupa tegangan positif atau negatif, Apabila tegangan yang masuk ke input non inverting OP AMP lebih besar dari inputan inverting maka tegangan keluarannya akan positif, sedangkan apabila tegangan yang masuk ke input inverting lebih besar dari inputan non inverting maka tegangan keluarannya akan negatif, seperti rumus berikut :

2. Sensor Hambatan normal LDR sebelum terkena cahaya = 8 Kohm 1 Mohm Hambatan LDR ketika terkena cahaya = 100 Ohm 7 Kohm

a. Kondisi pada saat normal (belum ada cahaya) hambatannya 7 KohmUntuk mengitung tegangan keluaran dengan rumus pembagi tegangan:

Vsensorpraktek = 9,3 VJadi tegangan yang akan masuk ke input non inverting 9,3 V maka OP AMP tidakakan dapat bekerja karena LM 324 hanya dapat bekerja bila tegangan inputannya 9,6 12 Volt

b. Kondisi pada saat terkena atau ada cahaya hambatannya 8KohmUntuk mengitung tegangan keluaran dengan rumus pembagi tegangan:

Vsensorpraktek = 9,6 VJadi tegangan yang akan masuk ke input non inverting 9,6 V maka OP AMP akan dapat bekerja yang akan memicu driver.

3. PotemsiometerPotensiometer pada rangkaian ini masuk ke input inverting OP AMP yang menggunakan 50Kohm untuk menghitung tegangan keluarannya menggunakan rumus pembagi tegangan yaitu :

Vtrimpotpraktek =1,412 VJadi tegangan keluarannya adalah 1,412 V, tegangannya lebih kecil saat sensor terkena cahaya maka keluarannya tegangan akan positif dan dapat memicu driver.

4. Output Op Amp

atau V = VSENSOR - VPOT

a. Kondisi pada saat normal (belum ada cahaya) hambatannya 7 KohmUntuk mengitung tegangan keluaran dengan rumus pembagi tegangan:V = VSENSOR - VPOTV = 9,3 V -1,412 V = 7,888 V

b. Kondisi pada saat terkena atau ada cahaya hambatannya 8 KohmUntuk mengitung tegangan keluaran dengan rumus pembagi tegangan:V = VSENSOR - VPOTV = 9,6 V -1,412 V = 8,188 V

5. Transistor NPN 2N222Transistor dapat bekerja bila ada tegangan input minimal 0,7 Volt, maksimalnya kira-kira sama seperti tegangan Vccnya. Tetapi karena dibatasi oleh hambatan maka arus yang mengalir pada Ib sangat kecil sehingga tidak da pat mentriger transistor, maka dibutuhkan tegangan yang besar untuk mendapatkan arus Ib = 0,26 A. Transistor dapat aktif yang dalam rangkaian ini berfungsi sebagai saklar atau pemicu lampu agar dapat bekerja.

H. Prosedur Pemakain AlatAda bebrapa prosedur yang perlu dilakukan dalam penggunaan alat ini: Kabel input tegangan positif (V+) warna merah Kabel input tegangan negatif (V-) warna hitam Beri input tegangan sebesar 12 Volt Beri tegangan output sebesar 220 Volt Ketika relay telah berbunyi berarti rangkaian telah aktif. Tutup LDR sehingga lampu akan padam Untuk mengatur sensifitas cahaya putar potensiometer.

I. Kesimpulan1. Pada saat cahaya redup LDR menjadi konduktor yang buruk, atau bisa disebut juga LDR memiliki resistansi yang besar pada saat gelap atau cahaya redup. Pada saat cahaya terang LDR menjadi konduktor yang baik, atau bisa disebut juga LDR memiliki resistansi yang kecil pada saat cahaya terang. Dari cara kerja LDR tersebut maka pada saat cahaya redup maka nilai tahanan akan berkurang dan tegangan akan masuk ke basis sehingga tegangan tersebut akan membuat transistor menjadi saklar dan memicu relay dan bisa menghidupkan lampu.2. Kegunaan alat ini yaitu dapat diaplikasikan sebagai penerangan pada taman.3. Kelebihan Alat ini merupakan salah satu wujud dari hemat energi Ketika keadaan lingkungan sekitar mulai gelap secara otomatis lampu akan menyala. Intensitas cahaya yang masuk dapat diatur menggunakan trimpot Kekurangannya Penempatan LDR sangan menentukan keberhasilan alat ini karena bila tertutup sesuatu seperti serangga maka secara otomatis lampu akan menyala walaupun keadaan lingkungan sekitar masih terang benderang.