Lampu Jalan Raya Otomatis sengan Sensor Photodide dan phototransistor,

 

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Percobaan

5. Video

6. Link Download

1.tujuan

1. Memahami LED,Sensor  photodioda dan phototransistor serta prinsip kerjanya
2. Memahami Aplikasi LED,sensor photodioda dan phototransistor
3. Memahami karakteristik LED,sensor photodioda dan phototransistor
4. Membuat rangkaian proteus dari LED,sensor photodioda dan phototransistor

[kembali]

2.alat dan bahan


1.Photodiode

Gambar 1.photodioda

Photodioda adalah komponen yang bekerja berdasarkan intensitas cahaya. jika komponen ini terkena cahaya maka photodioda bekerja

 2.Resistor 

Gambar 2.resistor

Resistor merupakan komponen elektronik yang memiliki dua pin dan didesain untuk mengatur tegangan listrik dan arus listrik. Resistor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir, berdasarkan persamaan hukum Ohm

Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna : 
1. Masukan angka langsung dari kode warna gelang pertama. 
2. Masukan angka langsung dari kode warna gelang kedua. 
3. Masukan angka langsung dari kode warna gelang ketiga. 
4. Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10^n). 
5. Gelang terakhir merupakan nilai toleransi dari resistor.

3.Catu daya

Gambar 3.catu daya

catu daya merupkan subah alat yang berfungsi untuk mensuplay daya ke suatu rangkain.

4.LED 

Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan  cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.

5.phototransistor

Gambar 5.phototransisitor

Dalam bidang elektronika, Phototransistor adalah sebuah komponen yang sangat penting. Phototransistor merupakan transistor yang mampu mengubah energi cahaya sehingga menjadi energi listrik.

6.Relay

Gambar 6.relay

Relay adalah komponen elektromekanikal (Elektromagnet dan Mekanikal) yang berfungsi sebagai saklar atau switch listrik.

7.LAMPU

Gambar 7.lampu

Lampu adalah sebuah peranti yang menghasilkan cahaya ketika dialiri arus listrik. Kata "lampu" dapat juga berarti bola lampu.

8.Transistor 

Gambar 8.transistor

Transistor merupakan Komponen Elektronika Aktif yang memiliki banyak fungsi dan merupakan Komponen yang memegang peranan yang sangat penting dalam dunia Elektronik modern in

9.Altenator

Gambar 9.altenator

Altenator digunakan untuk mensuplai kebutuhan pengisian baterai dan alat- alat lain yang memerlukan arus searah (DC). 

3.dasar teori

  1.Pengertian Photodiode (Dioda Foto)

   photodioda adalah komponen elektronika aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor yang berfungsi mengubah cahaya menjadi arus listrik. Bentuk dari komponen photodioda tak jauh berbeda jika dibandingkan dengan LED biasa.

Komponen photodiode dibuat dari beberapa macam bahan seperti Germanium (Ge), Silikon (Si), Indium gallium arsenide phosphide (InGaAsP), dan juga Indium gallium arsenide (InGaAs). Masing-masing bahan tersebut memiliki spesifikasi dan karakteristik masing-masing.

2.Fungsi Photodiode (Dioda Foto)

     Dioda foto atau photodiode punya banyak fungsi. Beberapa diantaranya adalah untuk membuat robot seperti line follower, alat-alat medis, scanner barcode, sensor cahaya kamera, peralatan keamanan, dan masih banyak lagi lainnya. Itulah sebab mengapa komponen yang satu ini banyak dicari untuk diimplementasikan ke dalam rangkaian-rangkaian tersebut.

Dioda Photo Didesain Untuk Memberikan Logika LOW Pada Saat Menerima Cahaya

        Proses tersebut terjadi pada saat dioda photo menerima cahaya dan dioda photo menjadi konduk (ON) sehingga basis TR1 mendapat bias tegangan dan transistor ON dimana terminal output diambil pada terminal kolektor transistor TR1 sehingga terminal output dihubungkan ke ground oleh TR1 melalui kolektor dan emitornya. Begitu sebaliknya pada saat dioda photo tidak menerima cahaya maka basis transistor tidak mendapat bias sehingga transistor TR1 OFF dan terminal output mendapat sumber tegangan dari VCC melalui RL sehingga berlogika HIGH.

Dioda Photo Didesain Untuk Memberikan Logika HIGH Pada Saat Menerima Cahaya

Gambar 11. Rangkaian Dioda Photo Untuk Logika HIGH Saat Menerima Cahaya

     Logika HIGH pada saat dioda photo mendapat atau menerima intensitas cahaya. Kondisi tersebut disebabkan oleh dioda photo dipasang menghubungkan basis transistor TR1 ke VCC dan output diambil pada titik emitor transistor TR1. Pada saat dioda photo menerima intensitas cahaya maka dioda photo akan menghantar dan basis TR1 mendapat bias basis sehingga titik output yang terhubung ke VCC melalui kolektor dan emitor transistor TR1 sehingga berlogika HIGH begitu sebaliknya saat dioda photo tidak menerima cahaya maka basis TR1 tidak mendapat bias sehingga terminal output tidak mendapat sumber tegangan dari VCC dan terhubung keground melalui RL sehingga berlogika LOW.

   3.Prinsip Kerja Photodioda

Pada saat foto dioda terkena sinar cahaya, foton yang merupakan partikel terkecil pada cahaya akan  menembus lapisan tipis semikonduktor bertipe-N, lalu memasuki lapisan semikonduktor tebal bertipe-P. Foton tersebut kemudian akan bertabrakan dengan elektron yang terikat sehingga terpisah dari intinya, dan menyebabkan terjadinya hole.Elektron yang terpisah akibat tabrakan tadi berada di dekat persimpangan PN junction, dan akan menyeberangi persimpangan menuju ke wilayah semikonduktor yang bertipe-N. Hal tersebut membuat lektron bertambah di sisi semikonduktor N, dan hole akan bertambah di sisi semikonduktor P.

Pemisahan muatan positif dan negatif yang terjadi mengakibatkan terjadinya beda potensial pada persimpangan PN. Saat beban atau kabel dihubungkan ke Katoda (semikonduktor N) dan Anoda (semikonduktor P), maka akan timbul aliran arus listrik akibat elektron yang mengalir melalui beban atau kabel tersebut dari Katoda menuju ke Anoda.

             Hubungan antara keluaran sensor photodiode dengan intensitas cahaya yang diterimanya ketika dipanjar mundur adalah membentuk suatu fungsi yang linier. Hubungan antara keluaran sensor photodiode dengan intensitas cahaya ditunjukkan pada Gambar berikut.

Gambar 12.Hubungan Keluaran Photodioda Dengan Intensitas Cahaya

4.Model Pengoperasian Photodiode (Dioda Foto)

Terdapat dua model pengoperasian pada Photodiode, yaitu dengan model Photovoltaic dan model Photoconductive.

1. Model Photovoltaic

Seperti Sel Surya (Solar Sel), Photodiode juga dapat menghasilkan tegangan yang dapat diukur. Namun tegangan dan arus listrik yang dihasilkannya sangat kecil dan tidak cukup untuk menyala sebuah lampu maupun perangkat elektronika.

2. Model Photoconductive

Karena tidak dapat menghasilkan arus listrik yang cukup untuk kebutuhan rangkaian elektronika, maka biasanya Photodiode digabungkan dengan sumber tegangan yang dipasangkan secara bias terbalik (reversed biased voltage). Model Photoconductive ini menggunakan Sumber tegangan lain sebagai penggerak beban atau rangkaian Elektronika, sedangkan Photodiode sendiri berfungsi sebagai Saklar (Switch) yang mengalirkan arus listrik ketika dikenakan cahaya.

5.Phototransistor

             Photo transistor merupakan jenis transistor yang bias basisnya berupa cahaya infra merah. Besarnya arus yang mengalir di antara kolektor dan emitor sebanding dengan intensitas cahaya yang diterima photo transistor tersebut. Photo transistor sering digunakan sebagai saklar terkendali cahaya infra merah, yaitu memanfaatkan keadaan jenuh (saturasi) dan mati (cut off) dari photo transistor tersebut. Prisip kerja photo transistor untuk menjadi saklar yaitu saat pada basis menerima cahaya infra merah maka photo transistor akan berada pada keadaan jenuh (saturasi dan saat tidak menerima cahaya infra merah photo transistor berada dalam kondisi mati (cut off) Stuktur phototransistor mirip dengan transistor bipolar (bipolar junctoin transistor). Pada daerah basis dapat dimasuki sinar dari luar melalui suatu celah transparan dari luar kamasan taransistor. Celah ini biasanya dilindungi oleh suatu lensa kecil yang memusatkan sinar di tepi sambungangan basis emitor. 

        Prinsip Kerja Sensor Photo Transistor Sambungan antara basis dan kolektor, dioperasikan dalam catu balik dan berfungsi sebagai fotodioda yang merespon masuknya sinar dari luar. Bila tak ada sinar yang masuk, arus yang melalui sambungan catu balik sama dengan nol. Jika sinar dari energi photon cukup dan mengenai sambungan catu balik, penambahan pasangan hole dan elektron akan terjadi dalam depletion region, menyebabkan sambungan menghantar. Jumlah pasangan hole dan elektron yang dibangkitkan dalam sambungan akan sebanding dengan intensitas sinar yang mengenainya. Sambungan antara basis emitor dapat dicatu maju, menyebabkan piranti ini dapat difungsikan sebagai transistor bipolar konvensional. Arus kolektor dari phototransistor diberikan oleh : Terminal basis dari photo transistor tidak membutuhkan sambungan (no connect)  untuk bekerja. Jika basis tidak disambung dan VCE adalah positif, sambungan basis kolektor akan berlaku sebagai fotodioda yang dicatu balik. Arus kolektor dapat mengalir sebagai tanggapan dari salah satu masukan, dengan arus basis atau masukan intensitas sinar L1.

                                                      Gambar 13.Struktur Phototransistor

                                                               
               Komponen ini memiliki sifat yang sama dengan transistor yaitu menghasilkan kondisi cut off dan saturasi. Perbedaannya adalah, bilamana pada transistor kondisi cut off terjadi saat tidak ada arus yang mengalir melalui basis ke emitor dan kondisi saturasi terjadi saat ada arus mengalir melalui basis ke emitor maka pada phototransistor kondisi cut off terjadi saat tidak ada cahaya infrared yang diterima dan kondisi saturasi terjadi saat ada cahaya infrared yang diterima. Kondisi cut off adalah kondisi di mana transistor berada dalam keadaan OFF sehingga arus dari collector tidak mengalir ke emitor. Pada rangkaian gambar diatas, arus akan mengalir dan membias basis transistor Q2 C9014. Kondisi saturasi adalah kondisi di mana transistor berada dalam keadaan ON sehingga arus dari collector mengalir ke emitor dan menyebabkan transistor Q2 tidak mendapat bias atau OFF. 

              Phototransistor ST8-LR2 memiliki sudut area 15 derajat dan lapisan pelindung biru yang melindungi sensor dari cahaya-cahaya liar. Pada phototransistor yang tidak dilengkapi dengan lapisan pelindung ini, cahaya-cahaya liar dapat menimbulkan indikasi-indikasi palsu yang terkirim ke CPU dan mengacaukan proses yang ada di sana. Aplikasi komponen ini sebagai sensor peraba adalah digunakan bersama dengan LED Infrared yang dipancarkan ke permukaan tanah. Apabila permukaan tanah atau lantai berwarna terang, maka sinyal infrared akan dikembalikan ke sensor dan diterima oleh ST8-LR2. Namun bila permukaan tanah atau lantai berwarna gelap, maka sinyal infrared akan diserap dan hanya sedikit atau bahkan tidak ada yang kembali.

  Grafik kerateristik sensor phototransistor

                                            Gambar 15.  grafik kerateristik sensor phototransistor

6. LED (Light Emitting Diode)

                LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya.Cara kerja LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda. Masing-masing Warna LED (Light Emitting Diode) memerlukan tegangan maju (Forward Bias) untuk dapat menyalakannya. Tegangan Maju untuk LED tersebut tergolong rendah sehingga memerlukan sebuah Resistor untuk membatasi Arus dan Tegangannya agar tidak merusak LED yang bersangkutan. Tegangan Maju biasanya dilambangkan dengan tanda VF. pada tabel 2.2 berikut menampilkan tegangan maju (Forward Bias) setiap jenis LED

4.percobaan

- Siapkan alat dan bahan yang diperlukan

- Disarankan untuk membaca datasheet tiap-tiap komponen agar dapat memahami fungsi karakteristik    dari masing-masing komponen

- Pilih komponen yang diperlukan di library proteus

- Rangkai komponen sensor phtotransistor, taransistor, LED, resistor, relay, photo dioda dan sebuah catu daya seperti gambar rangkain dibawah seperti rangkaian dibawah ini

- Jalankan rankaian yang telah dirangkai. Jika led,lampu dan relay dapat bekerja maka rangkaian         sudah dapat untuk digunakan

 ketika diberi cahaya lampu mati

Gambar 16. Rangkaian Simulasi Saat Phototransistor  Diberi Cahaya

      generator mengalirkan arus ke R3 lalu ke ground,lalu ada arus ke phototransistor ,lalu ada arus kerelay .saat menerima cahaya maka nilai resistansi dari  phototransistor  kecil  sehingga arus akan  mengalir dan cukup untuk menghidupkan LED , lalu arus ke R4 lalu ke ground  dan ada arus mengalir melebihi 0,7 V ke base transistor lalu ke emitter sehingga transistor on,ketika transistor on maka  arus dari relay ke photodioda lalu kekolektor transistor dan ke ground maka relay on lalu switch kekiri  dan lampu mati.

ketika tidak diberi cahaya lampu hidup

Gambar 17. Rangkaian Simulasi Saat Phototransistor tidak Diberi Cahaya

  generator mengalirkan arus ke R3 lalu ke ground,lalu ada arus ke phototransistor ,lalu ada arus kerelay .saat tidak menerima cahaya maka nilai resistansi dari  phototransistor besar  sehingga arus akan  mengalir kecil dan tidak cukup untuk menghidupkan LED , karena arus mengalir kecil 0,7 V ke base transistor sehingga transistor off,ketika transistor off maka  arus dari relay tidak terhubung ke ground sehingga  relay off lalu  siwtch akan pindah kekanan dan ke  rangkaian tertutup  lampu   dengan begitu lampu hidup.

5.Prinsip Kerja

Prinsip kerja dari rangkain ini sebenarnya sedrhana, ketika sensor phototransitor menrima cahaya, maka nilai resistansi dari transistor akan mengcil sehingga arus dapat melewatinya dan menghidupkan LED yg kemudian arus akan menuju ke relay dan membuat relay dalam keadaan on dan rangkain dikatan berhasil bekerja. Namun ketika phototransistor tidak menerima cahaya, maka resistansi pada phototransistor sangat besar sehingga arus tidak dapat melewatinya dan relay akan tetap akan berada dalam posisi off. 




6. video

6.link download
Download Data Sheet phototransistor  Disini
Download Video Disini
Download HTML Disini
Download Simulasi Rangkaian Disini
Download data sheet photodioda Disini