BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Kecelakaan di jalan bebas hambatan sudah sering terjadi di

Indonesia. Dengan segala resiko kecelakaan lalu lintas di jalan bebas

hambatan lebih tinggi dibandingkan berkendaraan di jalan protokol atau

bukan di jalan bebas hambatan. Peraturan lalu lintas di ruas jalan bebas

hambatan memang lebih ketat hal tersebut mengingat jumlah dan laju

kecepatan kendaraan rata-rata melaju dengan kecepatan tinggi.

Upaya pihak pengelola jalan bebas hambatan, diantaranya untuk

mengurangi kecelakaan tersebut dengan melakukan pembatasan

kecepatan. Selain sebagai salah satu bentuk dari pihak manajemen lalu

lintas, juga pertimbangannya adalah keselamatan, sebab dengan kecepatan

semakin tinggi kemungkinan untuk menjadi korban kecelakaan lebih

besar. Akan tetapi dalam kenyataannya, para pengemudi banyak yang

mengabaikan pembatasan kecepatan yang telah dipasang dan disampaikan

melalui alat peraga atau rambu lalu lintas. Hal tersebut terbukti dari kasus

kecelakaan yang terjadi di jalan bebas hambatan, umumnya disebabkan

karena kecepatan yang berlebihan.

Bahkan tidak tanggung-tanggung, meskipun jalannya satu arah

tetapi kecelakaan lalu lintasnya seringkali melibatkan kendaraan bermotor

dari arah berlawanan. Kecelakaan ini menunjukkan bahwa kendaraan

bermotor tersebut melaju dalam kecepatan melebihi dari yang disarankan.

Hal ini juga disebabkan karena pemilik kendaraan memacu kendaraannya

dengan kecepatan tinggi. Sehingga tanpa disadari jarak antara kendaraan

dengan kendaraan didepan atau dibelakang sudah terlalu dekat. Apalagi

pada malam hari, seringkali pengemudi sudah lelah dan mengantuk dan

tetap mengemudi kendaraannya, sehingga kemungkinan untuk

bertabrakan atau ditabrak dengan kendaraan lain semakin lebih besar.

1

Dengan demikian perlu adanya upaya lain yang merupakan suatu

langkah pencegahan atau preventif bagi setiap kendaraan atau pihak lain

seperti pengelola jalan bebas hambatan, salah satu cara upaya tersebut

adalah dengan membuat suatu peralatan yang dapat berfungsi untuk dapat

memperingatkan kendaraan mobil yang mendekat dari arah belakang,

sehingga dapat menjaga jarak berkendara di jalan dengan kecepatan tinggi.

Penggunaan sinyal lampu yang dapat dipasang pada bagian

belakang mobil untuk berkendara di jalan bebas hambatan khususnya pada

malam hari. Lampu ini memberi tanda kepada mobil lain yang mendekat

dari arah belakang. Apabila jarak mobil dari arah belakang terlalu dekat

maka lampu ini akan meberikan sinyal kelap-kelip untuk memberikan

peringatan sehingga mobil tersebut dapat menjaga jarak. Lampu ini juga

dapat digunakan untuk memberi tanda jika mobil sedang berhenti di sisi

jalan bebas hambatan.

Proses kerja lampu sinyal ini adalah dengan menggunakan sensor

cahaya. Apabila mendapat cahaya dari lampu mobil dari arah belakang

semakin dekat maka lampu ini akan kelap-kelip selama waktu 30 detik

sampai mobil dari arah belakang tersebut tidak lagi terlalu dekat atau telah

mendahului. Lampu ini menggunakan dua Integrated Circuit Penghitung

Waktu (IC-NE555), Phototransistor, Transistor, Resistor, Kapasitor, Ligh

Emitting Diode (LED) dan Baterai sebagai catu daya.

Contoh aplikasi dari sensor cahaya dapat digunakan pada lampu

sinyal. Pada makalah ini akan dipelajari mengenai sensor terutama sensor

cahaya beserta jenis-jenisnya, karakteristik dan prinsip kerja sensor

cahaya.

B. Tujuan

1. Mengetahui jenis-jenis sensor cahaya.

2. Mengetahui karakteristik sensor cahaya.

3. Mengetahui prinsip kerja sensor cahaya.

2

C. Batasan Masalah

Untuk mempermudah penulisan maka perlu adanya pembatasan

masalah mengenai pembahasan sensor cahaya yaitu, penulis hanya

membahas mengenai jenis-jenis, karakteristik dan prinsip kerja sensor

cahaya.

D. Metode Penulisan

Dalam menyelesaikan makalah ini, menggunakan metode studi

pustaka. Studi pustaka dimaksudkan untuk mendapatkan landasan teori,

data-data atau informasi sebagai bahan acuan dalam melakukan

penyusunan makalah ini.

E. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

Bab I Pendahuluan

Bab satu ini berisi tentang latar belakang, tujuan penulisan,

batasan masalah, metode penulisan makalah dan sistematika

penulisan makalah.

Bab II Dasar Teori

Bab ini menjelaskan tentang dasar teori mengenai pengertian

sensor dan sensor cahaya.

Bab III Bab ini menjelaskan mengenai jenis-jenis sensor cahaya,

karakteristik sensor cahaya dan prinsip kerja sensor cahaya.

Bab IV Penutup

Bab ini berisi saran-saran dan kesimpulan.

Daftar Pustaka

Berisi tentang judul serta pengarang dari buku-buku yang digunakan dan

alamat website untuk menunjang terselsaikanya makalah ini.

3

BAB II

SENSOR CAHAYA

A. Pengertian Sensor

Sensor adalah alat untuk mendeteksi/mengukur sesuatu, yang

digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan

kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Dalam lingkungan sistem

pengendali dan robotika, sensor memberikan kesamaan yang menyerupai

mata, pendengaran, hidung, lidah yang kemudian akan diolah oleh

kontroler sebagai otaknya (Petruzella, 2001).

Sensor dalam teknik pengukuran dan pengaturan secara elektronik

berfungsi mengubah besaran fisik (misalnya : temperatur, cahaya, gaya,

kecepatan putaran) menjadi besaran listrik yang proposional. Sensor dalam

teknik pengukuran dan pengaturan ini harus memenuhi persyaratan-

persyaratan kualitas yakni :

1. Linieritas

Konversi harus benar-benar proposional, jadi karakteristik konversi

harus linier.

2. Tidak tergantung temperatur

Keluaran konverter tidak boleh tergantung pada temperatur di

sekelilingnya, kecuali sensor suhu.

3. Kepekaan

Kepekaan sensor harus dipilih sedemikian, sehingga pada nilai-nilai

masukan yang ada dapat diperoleh tegangan listrik keluaran yang

cukup besar.

4. Waktu tanggapan

Waktu tanggapan adalah waktu yang diperlukan keluaran sensor untuk

mencapai nilai akhirnya pada nilai masukan yang berubah secara

mendadak. Sensor harus dapat berubah cepat bila nilai masukan pada

sistem tempat sensor tersebut berubah.

4

5. Batas frekuensi terendah dan tertinggi

Batas-batas tersebut adalah nilai frekuensi masukan periodik terendah

dan tertinggi yang masih dapat dikonversi oleh sensor secara benar.

Pada kebanyakan aplikasi disyaratkan bahwa frekuensi terendah adalah

0 Hz.

6. Stabilitas waktu

Untuk nilai masukan (input) tertentu sensor harus dapat memberikan

keluaran (output) yang tetap nilainya dalam waktu yang lama.

7. Histerisis

Gejala histerisis yang ada pada magnetisasi besi dapat pula dijumpai

pada sensor. Misalnya, pada suatu temperatur tertentu sebuah sensor

dapat memberikan keluaran yang berlainan.

Empat sifat diantara syarat-syarat dia atas, yaitu linieritas,

ketergantungan pada temperatur, stabilitas waktu dan histerisis

menentukan ketelitian sensor (Link, 1993).

B. Sensor Cahaya

Sensor cahaya adalah alat yang digunakan untuk mengubah

besaran cahaya menjadi besaran listrik. Prinsip kerja dari alat ini adalah

mengubah energi dari foton menjadi elektron. Idealnya satu foton dapat

membangkitkan satu elektron. Sensor cahaya sangat luas penggunaannya,

salah satu yang paling populer adalah kamera digital. Pada saat ini sudah

ada alat yang digunakan untuk mengukur cahaya yang mempunyai satu

buah foton saja.

Di bawah ini adalah jenis-jenis sensor cahaya, di antaranya:

Detektor kimiawi, seperti pelat fotografis, dimana molekul silver

halida dibagi menjadi sebuah atom perak metalik dan atom halogen.

Pengembang fotografis menyebabkan terbaginya molekul yang

berdekatan secara sama.

Fotoresistor atau Light Dependent Resistor (LDR) yang berubah

resistansinya ketika dikenai cahaya

5

Sel fotovoltaik atau sel matahari yang menghasilkan tegangan dan

memberikan arus listrik ketika dikenai cahaya.

Fotodioda yang dapat beroperasi pada mode fotovoltaik maupun

fotokonduktif

Tabung fotomultiplier yang mengandung fotokatoda yang

memancarkan elektron ketika dikenai cahaya, kemudian elektron-

elektron tersebut akan dikuatkan dengan rantai dynode.

Tabung cahaya yang mengandung fotokatoda yang memancarkan

elektron ketika dikenai cahaya, dan umumnya bersifat sebagai

fotoresistor.

Fototransistor menggabungkan salah satu dari metode penyensoran.

Detektor optis yang berlaku seperti termometer, secara murni tanggap

terhadap pengaruh panas dari radiasi yang masuk, seperti detektor

piroelektrik, sel Golay, termokopel dan termistor, tapi kedua yang

terakhir kurang sensitif.

Detektor cryogenic cukup tanggap untuk mengukur energi dari sinar-x

tunggal, serta foton cahaya terlihat dan dekat dengan inframerah (Enss

2005).

6

BAB III

JENIS-JENIS SENSOR CAHAYA

SERTA KARAKTERISTIK DAN PRINSIP KERJANYA

A. LDR (Light Dependent Resistor)

LDR (Light Dependent Resistor) merupakan suatu sensor yang

apabila terkena cahaya maka tahanannya akan berubah. Tampilan fisik

LDR dapat dilihat pada gambar 1. dibawah ini :

Gambar 1. LDR (Light Dependent Resistor)

1. Cara kerja LDR (Light Dependent Resistance)

Biasanya LDR (atau lebih dikenal dengan fotoresistor) dibuat

berdasarkan kenyataan bahwa film kadmium sulfida mempunyai

tahanan yang besar jika tidak terkena cahaya dan tahanannya akan

menurun jika permukaan film itu terkena sinar. Resistor peka cahaya

atau fotoresistor adalah komponen elektronik yang resistansinya akan

menurun jika ada penambahan intensitas cahaya yang mengenainya.

Fotoresistor dapat merujuk pula pada light dependent resistor (LDR),

atau fotokonduktor.

Fotoresistor dibuat dari semikonduktor beresistansi tinggi. Jika

cahaya yang mengenainya memiliki frekuensi yang cukup tinggi, foton

yang diserap oleh semikonduktor akan menyebabkan elektron

memiliki energi yang cukup untuk meloncat ke pita konduksi. Elektron

bebas yang dihasilkan (dan pasangan lubangnya/hole) akan

mengalirkan listrik, sehingga menurunkan resistansinya.

Besarnya tahanan LDR/fotoresistor dalam kegelapan mencapai

jutaan ohm dan turun sampai beberapa ratus ohm dalam keadaan

7

terang. LDR dapat digunakan dalam suatu jaringan kerja (network)

pembagi potensial yang menyebabkan terjadinya perubahan tegangan

kalau sinar yang datang berubah.

LDR atau Light Dependent Resistor adalah jenis resistor yang

memiliki nilai resistansi yang tidak tetap. Artinya nilai

tahanan/resistansi komponen ini dapat berubah-ubah. Perubahan nilai

resistansinya tergantung dari kuat lemahnya cahaya yang dia terima.

Resistansi LDR akan berubah seiring dengan perubahan intensitas

cahaya yang mengenainya atau yang ada disekitarnya. Dari sifat itulah

LDR dapat digunakan sebgai sensor warna. Supaya cahaya yang

diterima LDR lebih fokus maka disekeliling LDR diberi cahaya LED,

sehingga LDR dapat mengenali warna-warna yang mengenainya, yang

diterjemahkan dalam bentuk tegangan (Volt). Dalam keadaan gelap

resistansi LDR sekitar 10MΩ dan dalam keadaan 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.

Komponen yang dapat menerima ini merupakan komponen yang

peka cahaya. Komponen ini akan berjalan apabila berada ditempat

akan menjadi pulsa-pulsa sinyal listrik. Pada keadaan gelap tanpa

cahaya sama sekali, LDR memiliki nilai resistansi yang besar (sekitar

beberapa Mega ohm). Nilai resistansinya ini akan semakin kecil jika

cahaya yang jatuh ke permukaannya semakin terang. Pada keadaan

terang benderang (siang hari) nilai resistansinya dapat mengecil hingga

beberapa ohm saja (hampir seperti konduktor).

2. Karakteristik LDR

Karakteristik LDR terdiri dari dua macam yaitu Laju Recovery dan

Respon Spektral.

8

a. Laju Recovery

Bila sebuah LDR dibawa dari suatu ruangan dengan level

kekuatan cahaya tertentu kedalam suatu ruangan yang gelap, maka

bisa kita amati bahwa nilai resistansi dari LDR tidak akan segera

berubah resistansinya pada keadaan ruangan gelap tersebut. Namun

LDR tersebut hanya akan bisa mencapai harga di kegelapan setelah

mengalami selang waktu tertentu. Laju recovery merupakan suatu

ukuaran praktis dan suatu kenaikan nilai resistansi dalam waktu

tertentu.

Harga ini ditulis dalam K /detik, untuk LDR type arus

harganya lebih besar dari 200 K /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 dengan level cahaya 400 lux.

b. Respon Spektral

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, alumunium, baja, emas, dan perak. Dari kelima bahan

tersebut tembaga merupakan penghantar yang paling banyak

digunakan karena mempunyai daya hantar yang baik.

B. Fotodioda

Fotodioda adalah jenis dioda yang berfungsi mendeteksi cahaya.

Fotodioda merupakan sensor cahaya semikonduktor yang dapat mengubah

besaran cahaya menjadi besaran listrik. Fotodioda merupakan sebuah

dioda dengan sambungan p-n yang dipengaruhi cahaya dalam kerjanya.

Cahaya yang dapat dideteksi oleh fotodioda ini mulai dari cahaya infra

merah, cahaya tampak, ultra ungu sampai dengan sinar-X. Aplikasi

fotodioda mulai dari penghitung kendaraan di jalan umum secara otomatis,

pengukur cahaya pada kamera serta beberapa peralatan di bidang medis.

9

Gambar 2 : Simbol fotodioda (kiri), bentuk fotodioda (kanan)

1. Prinsip kerja fotodioda

Prinsip kerja dari fotodioda jika sebuah sambungan p-n dibias

maju dan diberikan cahaya padanya maka pertambahan arus sangat

kecil sedangkan jika sambungan p-n dibias mundur, maka arus akan

bertambah cukup besar. Cahaya yang dikenakan pada fotodioda akan

mengakibatkan terjadinya pergeseran foton yang akan menghasilkan

pasangan elektron-hole dikedua sisi dari sambungan. Ketika elektron-

elektron yang dihasilkan itu masuk ke pita konduksi maka elektron-

elektron itu akan mengalir ke arah positif sumber tegangan sedangkan

hole yang dihasilkan mengalir ke arah negatif sumber tegangan

sehingga arus akan mengalir di dalam rangkaian. Besarnya pasangan

elektron ataupun hole yang dihasilkan tergantung dari besarnya

intensitas cahaya yang dikenakan pada fotodioda.

2. Karakteristik fotodioda

Ada beberapa karakteristik fotodioda yang perlu diketahui antara

lain:

a. Arus linier bergantung pada intensitas cahaya.

b. Respons frekuensi bergantung pada bahan (Si 900 nm, GaAs 1500

nm, Ge 2000 nm).

c. Digunakan sebagai sumber arus.

d. Kapasitansi Junction turun menurut tegangan bias mundurnya.

e. Kapasitansi Junction menentukan respons frekuensi arus yang

diperoleh.

3. Mode operasi

Fotodioda dapat dioperasikan dalam 2 animal mode yang

berbeda:

10

a. Mode photovoltaic: seperti solar sell, penyerapan pada fotodioda

menghasilkan tegangan yang dapat diukur. Bagaimanapun,

tegangan yang dihasilkan dari tenaga cahaya ini sedikit tidak linier,

dan range perubahannya sangat kecil.

b. Mode fotokonduktivitas: disini fotodioda di aplikasikan sebagai

tegangan revers (tegangan balik) dari sebuah dioda (yaitu tegangan

pada arah tersebut pada dioda tidak akan menghantarkan tanpa

terkena cahaya) dan pengukuran menghasilkan arus foto (hal ini

juga bagus untuk mengaplikasikan tegangan mendekati nol).

4. Karakteristik bahan fotodioda

a. Silicon (Si) : arus lemah sangat gelap, kecepatan tinggi,sensitivitas

bagus antara 400 nm sampai 1000 nm (terbaik antara 800 nm

sampai 900 nm).

b. Germanium (Ge) : arus tinggi sangat gelap, kecepatan lambat,

sensitivitas baik antara 600 nm sampai 1800 nm (terbaik 1400 nm

sampai1500 nm).

c. Indium Gallium Arsennida (InGaAs) : mahal, arus kecil saat gelap,

kecepatan tinggi sensitivitas baik pada jarak 800 nm sampai 1700

nm (terbaik antara 1300 nm sampai 1600 nm).

C. LED Inframerah

Sinar infra merah termasuk dalam gelombang elektromagnetik

yang tidak tampak oleh mata telanjang. Sinar ini tidak tampak oleh mata

karena mempunyai panjang gelombang berkas cahaya yang terlalu panjang

bagi tanggapan mata manusia. Sifat-sifat cahaya infra merah:

1. tidak tampak manusia

2. tidak dapat menembus materi yang tidak tembus pandang

LED inframerah adalah suatu bahan semikonduktor yang

memancarkan cahaya monokromatik (cahaya yang hanya terdiri atas satu

warna dan satu panjang gelombang) yang tidak koheren ketika diberi

tegangan maju. Pengembangan led inframerah dimulai dengan alat

inframerah dibuat dengan gallium arsenide. Cahaya infra merah pada

11

dasarnya adalah radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang yang

lebih panjang dari cahaya tampak, tetapi lebih pendek dari radiasi

gelombang radio, dengan kata lain infra merupakan warna dari cahaya

tampak dengan gelombang terpanjang, yaitu sekitar 700 nm sampai 1 mm.

Gambar 3. LED Inframerah

Cahaya led inframerah timbul sebagai akibat penggabungan

elektron dan hole pada persambungan antara dua jenis semikonduktor

dimana setiap penggabungan disertai dengan pelepasan energi. Pada

penggunaannya led inframerah ini merupakan komponen elektronika yang

memancarkan cahaya infra merah dengan konsumsi daya sangat kecil. Led

inframerah dapat diaktifkan dengan tegangan dc untuk transmisi atau

sensor jarak dekat, dan dengan tegangan ac (30–40 KHz) untuk transmisi

atau sensor jarak jauh.

1. Karakteristik dari LED Inframerah

a. Dapat dipakai dalam waktu yang sangat lama.

b. Membutuhkan daya yang kecil.

c. Tidak mudah panas.

d. Dapat digunakan dalam jarak yang lebar.

2. Prinsip kerja LDR Inframerah

Prinsip utama dari rangkaian sensor ini seperti layaknya sebuah

saklar yang memberikan perubahan tegangan apabila terdapat

penghalang diantara transceiver dan receiver. Sensor ini memiliki dua

buah piranti yaitu rangkaian pembangkit/pengirim (Led Inframerah)

dan rangkaian penerima (Fotodiode). Rangkaian pembangkit/pengirim

memancarkan sinar inframerah kemudian pancarannya diterima oleh

penerima (fotodioda) sehingga bersifat menghantar akibatnya tegangan

12

akan jatuh sama dengan tegangan ground (0). Dan sebaliknya apabila

tidak mendapat pancaran sinar inframerah maka akan menghasilkan

tegangan.

Led inframerah adalah suatu jenis dioda yang apabila diberi

tegangan maju maka arus majunya akan membangkitkan cahaya pada

pertemuan PN-nya. Disini cahaya yang dibangkitkan adalah infra

merah yang tidak dapat dilihat dengan mata. Dioda-dioda yang

digunakan terbuat dari bahan Galium (Ga), Arsen (As), dan Fosfor (P)

atau disingkat GaAsP. Tegangan maju antara anoda-katoda berkisar

antara 1,5V-2V, sedangkan arus majunya berkisar 5 mA-20 mA. Led

inframerah sesuai dengan rancangannya memancarkan cahaya pada

spektrum inframerah dengan panjang gelombang λ = 940 nm.

Spektrum cahaya inframerah ini mempunyai level panas yang paling

tinggi diantara sinar-sinar yang lain walaupun tidak tampak oleh mata

dan mempunyai efek fotolistrik yang terkuat.

LED adalah dioda yang menghasilkan cahaya saat diberi energi

listrik. Dalam bias maju sambungan p-n terdapat rekombinasi antara

electron bebas dan lubang (hole). Energi ini tidak seluruhnya diubah

ke dalam bentuk energi cahaya atau photon melainkan dalam bentuk

panas sebagian. Untuk dioda yang memancarkan cahaya inframerah

(infrared emiting dioda = IRED). Sinar inframerah tidak dapat dilihat

manusia , dengan menambahkan obat gallium arsenide dengan

berbagai bahan dapat dibuat LED dengan output yang dapat dilihat

seperti sinar merah, hijau, kuning, atau biru. Dioda yang memancarkan

cahaya (LED) digunakan untuk display alphabet dan digital serta

sebagai lampu tanda.

Sebagian besar LED membutuhkan 1,5 V sampai 2,2 V untuk

memberi bias maju dan membutuhkan arus sekitar 20 mA sampai 30

mA untuk memancarkan cahaya. Dengan level-level tegangan yang

lebih tinggi, LED dapat terbakar apabila tegangan maju yang diberikan

melebihi 2 V. untuk mengatasi hal ini LED biasanya dihubungkan

13

secara seri dengan tahanan yang membatasi tegangan dan arus pada

nilai yang dikehendaki. Proses pemancaran cahaya akibat adanya

energi listrik yang diberikan terhadap suatu bahan disebut dengan sifat

elektroluminesensi. Material lain misalnya galiumarsenida pospat

(GaP): photon energi cahaya dipancarkan untuk menghasilkan cahaya

tampak. Jenis lain dari LED digunakan untuk menghasilkan energi

tidak tampak seperti yang dipancarkan oleh pemancar laser atau

inframerah.

Gambar 4. Simbol dan rangkaian dasar sebuah LED

Pemancar inframerah adalah dioda zat padat yang terbuat dari

bahan Galium Arsenida (GaAs) yang mampu memancarkan fluks

cahaya ketika dioda ini dibias maju. Bila diberi bias maju electron dari

daerah-n akan menutup lubang electron yang ada di daerah-p. selama

proses rekombinasi ini, energi dipancarkan dari permukaan p dan n

dalam bentuk photon. Photon-photon yang dihsilkan ini ada yang

diserap lagi dan ada yang meninggalkan permukaan dalam bentuk

radiasi energi.

Led inframerah adalah suatu bahan semikonduktor yang

memancarkan cahaya monokromatik (cahaya yang hanya terdiri atas

satu warna dan satu panjang gelombang) yang tidak koheren ketika

diberi tegangan maju. Pengembangan led inframerah dimulai dengan

alat inframerah dibuat dengan galliumarsenide. Cahaya infra merah

pada dasarnya adalah radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang

yang lebih panjang dari cahaya tampak, tetapi lebih pendek dari radiasi

gelombang radio.

14

D. Sel Fotovoltaik

Teknologi fotovoltaik merupakan suatu teknologi konversi yang

mengubah cahaya (foto) menjadi listrik (volt) secara langsung (direct

conversion). Peristiwa ini dikenal sebagai efek fotolistrik (photovoltaic affect).

Didalam proses konversi cahaya-listrik tidak ada bagian yang bergerak,

sehingga produk teknologi fotovoltaik memiliki umur teknis yang panjang

(>25 tahun).

Teknologi fotovoltaik dikenal sebagai teknologi bersih sehingga

penerapannya akan mendukung program pembangunan yang berkelanjutan

dan berwawasan lingkungan. Beberapa keuntungan dari pemanfaatan

teknologi fotovoltaik, antara lain:

a. Biaya operasional dan perawatan yang rendah (tidak diperlukan pembelian

bahan bakar dan keausan dalam proses konversi)

b. Tidak menimbulkan polusi udara karena tidak ada proses pembakaran

sehingga mengurangi pelepasan gas rumah kaca (greenhouse gas)

c. Tidak menimbulkan kebisingan karena tidak ada bagian yang bergerak

Sel Fotovoltaik. Efek fotolistrik ini terjadi pada suatu sel yang terbuat

dari bahan semikonduktor. Karena sifatnya, sel ini kemudian disebut sebagai

sel fotovoltaik (photovoltaic cell) atau sering juga disebut sebagai sel surya

(solar cell). Sel fotovoltaik merupakan komponen terkecil didalam sistem

energi surya fotovoltaik (SESF).

Sinar matahari yang menimpa permukaan sel diubah secara langsung

menjadi listrik sebagai akibat terjadinya pergerakan pasangan electron-hole,

sebagaimana digambarkan pada skema dibawah ini. Teknologi sel fotovoltaik

yang tersedia dewasa ini masih didominasi oleh jenis sel dengan teknologi

kristal, baik mono- maupun poli-kristal, khususnya dari bahan dasar silikon.

15

Bahan yang Digunakan untuk Pembangunan Sel fotovoltaik. Bahan

khusus digunakan untuk pembangunan sel surya. Bahan-bahan yang disebut

semikonduktor. Bahan semikonduktor yang paling umum digunakan untuk

pembangunan sel surya adalah silikon. Beberapa bentuk silikon yang

digunakan untuk konstruksi, mereka adalah single-kristal, multi-kristal dan

amorf. bahan lain yang digunakan untuk pembangunan sel surya adalah film-

film tipis polikristalin seperti diselenide tembaga indium, telluride kadmium.

Modul Fotovoltaik. Modul fotovoltaik dirakit dari susunan sel surya

atau sel fotovoltaik yang dirangkai secara seri dan/atau paralel.  Produk akhir

dari modul fotovoltaik menyerupai bentuk lembaran kaca dengan ketebalan

sekitar 6-8 milimeter. Efisiensi pembangkitan energi listrik yang dihasilkan

modul fotovoltaik pada skala komersial saat ini adalah sekitar 14 - 15 %.

Berapa Banyak Sinar matahari yang dibutuhkan? Sebuah sistem

fotovoltaik akan memerlukan akses jelas sinar matahari untuk hampir

sepanjang hari. sistem Photovoltaic tidak terpengaruh oleh cuaca buruk dan

16

karenanya iklim bukan masalah nyata. Kebanyakan modul PV dipasang di

sudut untuk menangkap sinar matahari, oleh karena itu, ada sinar matahari

yang cukup untuk membuat sistem energi surya fungsional dan efektif.

Kapasitas Modul Fotovoltaik. Besar energi listrik yang dihasilkan oleh

modul fotovoltaik tergantung pada intensitas radiasi matahari setempat dan

kapasitas modul fotovoltaik itu sendiri. Didalam perdagangan, kapasitas daya

modul fotovoltaik dinyatakan pada kapasitas puncaknya, yaitu besarnya daya

yang mampu dibangkitkan modul fotovoltaik pada keadaan standar uji

(Standard Test Condition - STC) dan dinyatakan dalam satuan: Watt-peak

(Wp). Standar uji ini ditetapkan pada intensitas 1000 W/m2 dan temperatur sel

25 oC. Didalam realita; modul fotovoltaik akan bekerja dengan radiasi yang

berfluktuatif dan suhu sel yang lebih tinggi.

Di Indonesia, besar energi matahari yang jatuh pada permukaan seluas

satu meter persegi selama satu hari antara 3 - 6 kWh (satuan : kWh/m2.hari).

Untuk modul fotovoltaik 100 Wp yang diterapkan pada daerah dengan

penyinaran matahari rata-rata 4,5 kWh/m2.hari akan mampu menyediakan

energi sekitar 300 Watt-jam/hari.

Dimana Sistem Photovoltaic yang Digunakan? Sistem Photovoltaic

yang menghasilkan listrik yang bersih di seluruh dunia. Hampir setiap

kebutuhan listrik dapat dipenuhi dengan sistem fotovoltaik. Di lokasi

terpencil, sistem photovoltaic adalah pilihan termurah untuk memenuhi

kebutuhan energi.

Photovoltaic sangat ideal untuk pemompaan air di daerah terpencil. Air

dapat dipompa ke tangki penyimpanan selama siang hari dan air kemudian

dapat didistribusikan oleh gravitasi kapan pun ia butuhkan. Di beberapa

bagian dunia berkembang, pasokan air dari seluruh desa yang didukung oleh

fotovoltaik. Kegunaan lain fotovoltaik termasuk pemantauan jarak jauh,

pendinginan, dan energi untuk usaha komersial kecil.

Photovoltaic juga terbukti menjadi sumber daya yang diandalkan

dalam peningkatan jumlah aplikasi seperti memberikan penerangan jalan dan

17

pencahayaan untuk area rekreasi, serta menyediakan tenaga untuk tanda-tanda

jalan raya dan peringatan.

E. Tabung Cahaya yang Mengandung Fotokatoda dan Detektor

Cryogenic

Karakteristik Tabung cahaya yang mengandung fotokatoda yang

memancarkan elektron ketika dikenai cahaya, dan umumnya bersifat sebagai

fotoresistor.

Fotokatoda adalah katoda memancarkan elektron di bawah pengaruh

cahaya. Photocathode dihubungkan ke terminal negatif power supply dan

unsur penting dari banyak detektor radiasi yang mengandung tabung vakum.

Desain didasarkan pada photocathode di atas lapisan tipis bahan

diendapkan pada permukaan dukungan. Lapisan ini dapat buram, dan

kemudian emisi elektron terjadi dari sisi yang sama dari yang ringan jatuh.

Buram diterapkan dalam fotodiodach vakum, dimana elektroda ini memiliki

bentuk silinder atau bola sekitar anoda. Photocathodes ditempatkan di dalam

lampu.

Beberapa fotokatoda dilakukan di permukaan tembus. Terima kasih

emisi elektron adalah sebaliknya permukaan diterangi. photocathodes

semitransparan digunakan terutama di fotopowielaczach. Biasanya mereka

disemprotkan di bagian dalam gelembung.

Akibat rendahnya output usaha photocathodes yang dibuat terutama

dari logam alkali (biasanya cesium) dan senyawanya, antara lain, perak,

oksigen dan antimon. Tergantung pada photocathode adalah sensitif terhadap

rentang yang berbeda spektrum, pada umumnya nilai berkisar dari dekat

inframerah ke ultraviolet, kepekaan lebih kecil - puluhan UA/lm.

1. Karakterisik Detektor Cryogenic

Detektor cryogenic cukup tanggap untuk mengukur energi dari

sinar-x tunggal, serta foton cahaya terlihat dan dekat dengan inframerah

sedang digunakan dalam berbagai peningkatan aplikasi, karena kepekaan

yang luar biasa baik dalam dan kehidupan ilmu fisik dan mulai dari

astronomi untuk aplikasi keamanan. Saat ini minat khusus dalam aplikasi

18

dalam deteksi radiasi Terahertz. Untuk mencapai sensitivitas utama

perangkat deteksi harus didinginkan pada suhu rendah.

F. Detektor Optis

Deteksi optik adalah fungsi dari bagian penerima dalam sistem

komunikasi optik. Sebuah detektor optik atau photodetector adalah kebalikan

dari apa yang dikerjakan oleh bagian pengirim, yaitu sumber optik. Sumber

optik biasanya mengkonversikan sinyal optik input menjadi keluaran berupa

arus. Detektor optik biasanya adalah photodiode yang merupakan divais

photoelectric. Rentang nilai dari panjang gelombang yang dideteksi termasuk

UV, infra red, cahaya tampak, dll., adalah dari 0.005 s/d 4,000 ìm.

Pertama kali yang mesti diperhatikan dalam memilih detektor cahaya

yang akan digunakan adalah menspesifikasikan parameter-parameter sistem

yang ada, dalam hal ini parameter yang umum digunakan adalah responsivitas,

gain, laju bit dan jarak transmisinya.

Setelah itu, langkah berikutnya adalah memilih modulasi yang akan

digunakan, apakah menggunakan modulasi digital ataukah modulasi analog.

Hal ini dibedakan mengingat parameter power budget dalah modulasi digital

dan modulasi analog berbeda. Pada modulasi digital yang digunakan adalah

nilai BER (Bit Error Rate) sedangkan pada modulasi analog yang digunakan

adalah SNR (Signal to Noise Ratio). SNR menunjukkan seberapa kuat sinyal

dibandingkan dengan deraunya, sedangkan BER menyatakan rasio dari

banyaknya bit error dalam pengkodean terhadap total bit yang diterima.

Selanjutnya adalah memilih detektor apa yang akan digunakan, apakah

APD atau PIN detektor, hal ini tergantung dari dari perhitungan parameter-

parameter di awal. Perhitungan parameter sensitivitas merupakan langkah

yang harus dikerjakan setelah pemilihan detektor selesai. Besarnya nilai

sensitivitas diukur dengan responsivitas R (A/W), yaitu arus keluaran yang

dihasilkan per unit daya yang dihasilkan.

Sesudah perhitungan sensitivitas selesai, maka hal berikutnya adalah

memeriksa apakah sinyal sudah dapat dikirimkan, jika sudah siap maka

langkah terakhir adalah seleksi komponen. Apabila sinyal belum siap, maka

19

sesuai dengan diagram alir di atas, kita dapat menganalisis dan memeriksa

kembali bagian mana dari perancangan yang belum sesuai dengan sinyal yang

dikirim. Untuk kemudian diubah sesuai dengan kebutuhannya.

G. Fototransistor

Fototransistor adalah sebuah benda padat pendeteksi cahaya yang

memiliki gain internal. Hal ini yang membuat foto transistor memiliki

sensitivitas yang lebih tinggi dibandingkan fotodioda, dalam ukuran yang

sama. Alat ini (foto transistor) dapat menghasilkan sinyal analog maupun

sinyal digital.

1. Karakteristik Fototransistor

Foto transistor memiliki karakteristik:

a. Pendeteksi jarak dekat Infra merah.

b. Bisa dikuatkan sampai 100 sampai 1500.

c. Respon waktu cukup cepat.

d. Bisa digunakan dalam jarak lebar.

e. Bisa dipasangkan dengan (hampir) semua penghasil cahaya atau

cahaya yang dekat dengan inframerah, seperti IRED (infrred led),

Neon, Fluorescent, lampu bohlam, cahaya laser dan api.

f. Mempunyai karakteristik seperti transistor, kecuali bagian basis

digantikan oleh besar cahaya yang diterima.

Fototransistor merupakan salah satu komponen yang berfungsi

sebagai detektor cahaya yang dapat mengubah efek cahaya menjadi sinyal

listrik. Karena itu fototransistor termasuk dalam detektor optik.

Fototransistor dapat diterapkan sebagai sensor yang baik, karena

memiliki kelebihan dibandingkan dengan komponen lain yaitu mampu

untuk mendeteksi sekaligus menguatkannya dengan satu komponen

tunggal. Fototransistor memiliki sambungan kolektor – basis yang besar

dan dengan cahaya karena cahaya dapat membangkitkan pasangan lubang

elektron. Dengan diberi prasikap maju, cahaya yang masuk akan

menimbulkan arus pada kolektor.

20

Bahan utama dari fototransistor adalah silikon atau germanium

sama seperti pada transistor jenis lainnya. Fototransistor juga memiliki dua

tipe seperti transistor yaitu tipe NPN dan tipe PNP. Fototransistor

sebenarnya tidak berbeda dengan transistor biasa, hanya saja fototransistor

ditempatkan dalam suatu material yang transparan sehingga

memungkinkan cahaya (cahaya inframerah) mengenainya (daerah basis),

sedangkan transistor biasa ditempatkan pada bahan logam dan tertutup.

Simbol dari fototransistor seperti pada terlihat pada gambar simbol

fototransistor.

Fototransistor memiliki beberapa karakteristik yang sering

digunakan dalam perancangan, yaitu:

a. Dalam rangkaian jika menerima cahaya akan berfungsi sebagai

resistan.

b. Dapat menerima penerimaan cahaya yang redup (kecil).

c. Semakin tinggi intensitas cahaya yang diterima, maka semakin besar

pula resistan yang dihasilkan.

d. Memerlukan sumber tegangan yang kecil.

e. Menghantarkan arus saat ada cahaya yang mengenainya.

f. Penerimaan cahaya dilakukan pada bagian basis.

g. Apabila tidak menerima cahaya maka tidak akan menghantarkan arus.

Berdasarkan tanggapan spektral, sifat – sifat dan cara kerja dari

fototransistor tersebut, maka perubahan cahaya yang kecil dapat dideteksi.

Oleh karena itu fototransistor digunakan sebagai detektor cahaya yang

peka, terutama terhadap cahaya inframerah.

21

BAB IV

PENUTUP

A. Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat diambil dari materi tentang Sensor Cahaya ini, yaitu;

1. Sensor adalah alat untuk mendeteksi/mengukur sesuatu, yang digunakan

untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia

menjadi tegangan dan arus listrik.

2. persyaratan-persyaratan kualitas pada Sensor dalam teknik pengukuran

dan pengaturan ini harus memenuhi yakni : Linieritas, Tidak tergantung

temperatur, Kepekaan, Waktu tanggapan, Batas frekuensi terendah dan

tertinggi, Stabilitas waktu, dan Histerisis.

3. Jenis-jenis sensor cahaya , di antaranya: Detektor kimiawi, Fotoresistor

atau Light Dependent Resistor (LDR), Sel fotovoltaik atau sel matahari,

Fotodioda, Tabung fotomultiplier, Tabung cahaya yang mengandung

fotokatoda, Fototransistor, Detektor optis, Detektor cryogenic dan

sebagainya.

4. Pada jenis-jenis sensor tersebut, memiliki prinsip kerja dan karakteristik

yang berbeda-beda.

B. Saran

Sensor cahaya memiliki banyak jenis dan aplikasi dalam kehidupan

manusia. Dalam makalah kami hanya membahas mengenai beberapa jenis

dari sensor cahaya, karakteristik serta prinsip kerja dari sensor cahaya

tersebut. Semoga dalam penulisan makalah berikutnya mengenai sensor

cahaya dapat lebih baik lagi.

22

DAFTAR PUSTAKA

23

DAFTAR ISI

Bab I Pendahuluan .........................................................................................

A. Latar Belakang ............................................................................

B. Tujuan .........................................................................................

C. Batasan Masalah .........................................................................

D. Metode Penulisan ........................................................................

E. Sistematika Penulisan .................................................................

Bab II Sensor Cahaya ....................................................................................

A. Pengertian Sensor .......................................................................

B. Sensor Cahaya ............................................................................

Bab III Jenis-jenis Sensor Cahaya serta Karakteristik dan Prinsip Kerjanya . .

A. LDR (Light Dependent Resistor) ................................................

B. Fotodioda ....................................................................................

C. LED Inframerah ..........................................................................

D. Sel Fotovoltaik ............................................................................

E. Tabung Cahaya yang Mengandung Fotokatoda dan Detektor

Cryogenic ....................................................................................

F. Detektor Optis .............................................................................

G. Fototransistor ..............................................................................

Bab IV Penutup ...............................................................................................

A. Kesimpulan .................................................................................

B. Saran ...........................................................................................

Daftar Pustaka ..................................................................................................

24

SENSOR CAHAYA

JENIS, KARAKTERISTIK DAN PRINSIP KERJA

Makalah Teknologi Sensor

Disusun oleh

Aditia Pradipta 32250718..

Gita Rustiawati 3225071875

M. Fajar Fiqri 32250718..

Rini Puji Astuti 3225071873

Supriyadi 32250718..

PRODI FISIKA

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA

2011

25