Aplikasi Line Follower dengan Photodioda

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Prosedur Percobaan

5. Rangkaian

6. Video 

7. Download File

 

1.    Tujuan  [Kembali]

a.       Memahami Prinsip Kerja sensor cahaya pada rangakaian line follower

b.      Menganalisa komponen pada rangkaian line follower

c.       Memahami tentang photodioda dan aplikasinya

 

2.    Alat dan Bahan  [Kembali]

1)   Button

Berfungsi untuk menghubungkan atau memisahkan satu terminal dengan terminal yang lain pada instalasi listrik.

2)   Resistor

Digunakan untuk menghambat arus agar tidak terlalu besar.

3)   Transistor

 Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat.

4)   LED

Sebagai indikator (Penanda Motor Hidup).

 

5)   Photodioda

Berfungsi mengubah cahaya menjadi arus listrik.

6)   OP-Amp

berfungsi sebagai penguat atau amplifier.

7)   DC Voltmeter

Berfungsi untuk mengukur besar tegangan listrik yang ada di suatu rangkaian listrik.

8)   Motor DC

 Motor DC adalah jenis motor listrik yang bekerja menggunakan sumber tegangan DC. .

9)   Ground

 Berfungsi sebagai penghantar arus listrik langsung ke bumu atau tanah.

3.    Dasar Teori  [Kembali]

1)   Photodioda

Photodioda adalah salah satu jenis detektor cahaya, yang digunakan untuk mengubah cahaya menjadi arus atau tegangan berdasarkan mode operasi perangkat. Ini terdiri dari filter optik, lensa built-in dan juga area permukaan. Photodioda ini memiliki waktu respons yang lambat ketika luas permukaan Photodioda meningkat.

Prinsip kerja dari Photodioda adalah, ketika foton energi yang banyak menyerang dioda, itu membuat beberapa lubang (holes) dan elektron. Mekanisme ini juga disebut sebagai efek fotolistrik dalam. Jika penyerapan muncul di persimpangan daerah penipisan, maka pembawa dihapus dari persimpangan oleh medan listrik inbuilt dari daerah penipisan.

Oleh karena itu, holes di wilayah itu bergerak ke arah anoda, dan elektron bergerak ke arah katoda, dan arus foto akan dihasilkan. Seluruh arus melalui dioda adalah jumlah dari tidak adanya cahaya dan arus listrik. Jadi arus yang tidak ada harus dikurangi untuk memaksimalkan sensitivitas perangkat.

Karakteristik V-I Photodioda

Sebuah Photodioda terus beroperasi dalam mode bias terbalik. Karakteristik Photodioda ditunjukkan dengan jelas pada gambar tersebut, bahwa arus fotonya hampir tidak bergantung pada tegangan bias balik yang diterapkan.

Untuk pencahayaan nol, arus foto hampir nol tidak termasuk untuk arus gelap kecil. Ini adalah urutan dari ampere nano. Saat daya optik naik, arus foto juga naik secara linear. Maksimum arus kas foto tidak lengkap oleh disipasi daya photodioda.

 

 

2)   Button

Button merupakan salah satu jenis dari switch atau saklar. Saklar pada dasarnya merupakan perangkat mekanik yang terdiri dari dua atau lebih terminal yang terhubung secara internal ke bilah atau kontak logam yang dapat dibuka dan ditutup oleh penggunanya.

Aliran listrik akan mengalir apabila suatu kontak dihubungkan dengan kontak lainnya. Sebaliknya, aliran listrik akan terputus apabila hubungan tersebut dibuka atau dipisahkan. Selain itu saklar sering juga difungsikan sebagai pengendali untuk mengaktifkan fitur-fitur tertentu pada suatu rangkaian listrik.

Contohnya seperti pengatur tegangan pada pencatu daya, Sebagai pengatur Volume di Ponsel ataupun sebagai pengatur.

 

3)   Resistor

Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkain elektronika. Resistor bersifat resistif dan termasuk salah satu komponen elektronika dalam kategori komponen pasif. Satuan atau nilai resistansi suatu resistor di sebut Ohm dan dilambangkan dengan simbol Omega (Ω). Sesuai hukum Ohm bahwa resistansi berbanding terbalik dengan jumlah arus yang mengalir melaluinya. Selain nilai resistansinya (Ohm) resistor juga memiliki nilai yang lain seperti nilai toleransi dan kapasitas daya yang mampu dilewatkannya.

Resistor merupakan salah satu komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk  membatasi arus yang mengalir pada suatu rangkaian dan berfungsi sebagai teminal antara dua komponen elektronika. Tegangan pada suatu resistor sebanding dengan arus yang melewatinya (V = I.R).  Umumnya terdapat 4 Gelang di tubuh Resistor, tetapi ada juga yang 5 Gelang.

Gelang warna Emas dan Perak biasanya terletak agak jauh dari gelang warna lainnya sebagai tanda gelang terakhir. Gelang Terakhirnya ini juga merupakan nilai toleransi pada nilai Resistor yang bersangkutan.

Cicin warna yang terdapat pada resistor terdiri dari 4 ring 5 dan 6 ring warna. Dari cicin warna yang terdapat dari suatu resistor tersebut memiliki arti dan nilai dimana nilai resistansi resistor dengan kode warna yaitu :

1.    Resistor 4 gelang warna

Maka cincin ke 1 dan ke 2 merupakan digit angka, dan cincin kode warna ke 3 merupakan faktor pengali kemudian cincin kode warnake 4 menunjukan nilai toleransi resistor.

2.    Resistor 5 gelang warna

Maka cincin ke 1, ke 2 dan ke 3 merupakan digit angka, dan cincin kode warna ke 4 merupakan faktor pengali kemudian cincin kode warna ke 5 menunjukan nilai toleransi resistor.

3.    Resistor 6 gelang warna

Resistor dengan 6 cicin warna pada prinsipnya sama dengan resistor dengan 5 cincin warna dalam menentukan nilai resistansinya. Cincin ke 6 menentukan coefisien temperatur yaitu temperatur maksimum yang diijinkan untuk resistor tersebut.

Toleransi resistor merupakan perubahan nilai resistansi dari nilai yang tercantum pada badan resistor yang masih diperbolehkan dan dinyatakan resistor dalam kondisi baik. Toleransi resistor merupakan salah satu perubahan karakteristik resistor yang terjadi akibat operasional resistor tersebut. Nilai toleransi resistor ini ada beberapa macam yaitu resistor dengan toleransi kerusakan 1% (resistor 1%), resistor dengan toleransi kesalahan 2% (resistor2%), resistor dengan toleransi kesalahan 5% (resistor 5%) dan resistor dengan toleransi 10% (resistor 10%).

 

4)   Transistor

Transistor adalah sebuah komponen elektronika yang digunakan untuk penguat, sebagai sirkuit pemutus, sebagai penyambung, sebagai stabilitas tegangan, modulasi sinyal dan lain-lain. Fungsi transistor juga sebagai kran listrik yang dimana berdasarkan tegangan inputnya, memungkinkan pengalihat listrik yang akurat yang berasal dari sumber listrik.

·      Transistor npn

Pada transistor npn, pergerakan pembawa Arus Negatif (Elektron) melalui wilayah Basis yang merupakan aksi transistor, karena elektron menyediakan hubungan antara sirkuit Collector dan Emitter. Hubungan antara rangkaian Input dan Output, Fitur aksi transistor karena transistor yang memperkuat properti berasal dari kontrol konsekuen yang diberikan oleh Base pada Collector ke Emitter.

Arus transistor dalam transistor NPN bipolar adalah rasio dari dua arus ini (Ic/ Ib), disebut Gain Arus DC dan simbol dari HFE atau sekarang Beta (β). Nilai β hingga 200 untuk transistor standar, Rasio antara Ic dan Ib menjadi penguat ketika digunakan diwilayah aktif karena Ib menyediakan Input dan Ic Output.

Arus Gain transistor terminal Kolektor dan Emitor, Ic/Ie, disebut Alpha (α), dan merupakan fungsi dari transistor (elektron menyebar di persimpangan). Karena arus emitor adalah jumlah dari arus basis yang sangat kecil ditambah arus kolektor yang sangat besar, nilai alfa (α), dan untuk transistor sinyal daya rendah khas, nilai ini berkisar 0,950 ke 0,999.

 

Hubungan α dan β dalam Transistor NPN

·      Transistor pnp

Transistor Positif-Negatif-Positif. Lapisan material N-Negatif diantara dua Lapisan P-Positif. Tiga terminal Basis (B), Kolektor (C) dan Emitor (E) dan menghubungkan transistor ke papan sirkuit.

Transistor PNP memiliki karakteristik sangat mirip dengan NPN Bipolar, kecuali Polaritas (Biasing) dari arah arus dan tegangan dibalik untuk salah satu dari tiga konfigurasi, Common Base, Common Emitter dan Kolektor Biasa.

Tegangan antara Base-Emitter (VBE), Negatif pada Base dan Positif pada Emitter untuk transistor PNP, Terminal Base selalu Bias Negatif terhadap Emitter. Juga Tegangan Suplai Emitor Positif sehubungan dengan Kolektor (VCE). Jadi untuk transistor PNP untuk melakukan Emitter selalu lebih Positif sehubungan dengan Basis-kolektor.

Emitter terhubung ke tegangan suplai VCC dengan Resistor Beban, RL yang membatasi arus maksimum yang mengalir melalui perangkat yang terhubung ke terminal Kolektor. Basis tegangan VB yang Bias Negatif terhadap Emitter dan terhubung ke Resistor Basis RB, untuk membatasi Arus Basis Maksimum.

Untuk menyebabkan Arus Base mengalir dalam transistor PNP, Base harus lebih Negatif daripada Emitter (Arus meninggalkan Basis) sekitar 0,7 volt (Silikon) atau 0,3 volt (Germanium). Rumus untuk menghitung Basis Resistor, Arus basis atau Arus Kolektor sama dengan Transistor NPN yang setara.

5)   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.

Cara kerjanya pun hampir sama dengan Dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda. Terminal anoda adalah kaki yang lebih panjang sedangkan tterminal katoda memiliki kaki lebih pendek.

Masing-masing  warna LED (Light Emitting Diode) memerlukan tegangan maju (Forward Bias) untuk dapat menyalakannya.

6)   OP-Amp

Penguat operasional atau yang dikenal sebagai Op-Amp merupakan suatu rangkaian terintegrasi atau IC yang memiliki fungsi sebagai penguat sinyal, dengan beberapa konfigurasi. Secara ideal Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang tak berhingga serta impedansi keluaran sama dengan nol. Dalam prakteknya, Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang besar serta impedansi keluaran yang kecil.

Op-Amp memiliki beberapa karakteristik, diantaranya:

a.       Penguat tegangan tak berhingga (AV = ∼)

b.      Impedansi input tak berhingga (rin = ∼)

c.       Impedansi output nol (ro = 0) d. Bandwidth tak berhingga (BW = ∼)

d.      Tegangan offset nol pada tegangan input (Eo = 0 untuk Ein=0)

7)   DC Voltmeter

Volt meter DC merupakan alat ukur yang berfungsi untuk mengetahui beda potensial tegangan DC antara 2 titik pada suatu beban listrik atau rangkaian elektronika. Konsep yang digunakan dalam sebuah volt meter DC hampir sama dengan konsep pada ampere meter. Pada volt meter arus searah atau DC volt meter tahanan shunt atau shunt resistor dipasang seri dengan kumparan putar magnet permanen (permanent magnet moving coil) PMMC yang berfungsi sebagai pengali (multiplier).
Nilai tahanan pengali yang diperlukan untuk memperbesar batas ukur tegangan ditentukan dari gambar berikut, dimana :

V = Im (Rs + Rm)

Dengan :   Im        = arus defleksi dari alat ukur

Rm       = tahanan dalam alat ukur

Rs        = tahanan pengali

V         = tegangan rangkuman maksimum dari instrumen

 

Gambar Rangkaian Dasar Voltmeter Arus Searah

Sensitivitas voltmeter Sensitivitas (S), adalah kebalikan dari defleksi skala penuh alat ukur yaitu:

S = 1 / Idp

Sensitivitas (S) dapat digunakan pada metode sensitivitas untuk menentukan tahanan pengali voltmeter arus searah.

R = (S x V) – Rm

Dimana :

S          = sensitivitas voltmeter,ohm/volt

V         = rangkuman tegangan yang ditentukan oleh posisi sakelar

Rm       = tahanan-dalam alat ukur (ditambah  tahanan seri)

Rs        = tahanan pengali

8)   Motor DC

Motor Listrik DC atau DC Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion). Motor DC ini juga dapat disebut sebagai Motor Arus Searah. Seperti namanya, DC Motor memiliki dua terminal dan memerlukan tegangan arus searah atau DC (Direct Current) untuk dapat menggerakannya. Motor Listrik DC ini biasanya digunakan pada perangkat-perangkat Elektronik dan listrik yang menggunakan sumber listrik DC seperti Vibrator Ponsel, Kipas DC dan Bor Listrik DC.

Pada prinsipnya motor listrik DC menggunakan fenomena elektromagnet untuk bergerak, ketika arus listrik diberikan ke kumparan, permukaan kumparan yang bersifat utara akan bergerak menghadap ke magnet yang berkutub selatan dan kumparan yang bersifat selatan akan bergerak menghadap ke utara magnet. Saat ini, karena kutub utara kumparan bertemu dengan kutub selatan magnet ataupun kutub selatan kumparan bertemu dengan kutub utara magnet maka akan terjadi saling tarik menarik yang menyebabkan pergerakan kumparan berhenti.

Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan kumparan motor DC ditunjukkan dalam persamaan berikut :

Gaya elektromagnetik :      E = K Φ N

Torque :                              T = K Φ I_a

Dimana:

E =gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal kumparan

motor DC (volt)

Φ = flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan.

N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit)

T = torque electromagnetik

I_a = arus kumparan motor DC

K = konstanta persamaan

9)   Ground

Ground adalah suatu sistem instalasi listrik untuk melepaskan muatan listrik berlebih dengan cara mengalirkannya ke tanah. Ground betujuan sebagai pelindung terhadap penggunaan peralatan listri pada saat terjadi hal-hal berikut:

·         Kebocoran arus listrik

·         Terjadinya induksi tegangan listrik

·         Isolasi yang kurang baik

·         Melindungi dari listrik statis

·         Melindungi dari tegangan tinggi khususnya petir

·         Sebagai acuan pengukuran tegangan

4.    Prosedur Percobaan  [Kembali]

        Arus mengalir dari input menuju LED sehingga LED menyala. Ketika LED menyala maka photodioda akan menangkap cahaya dari LED. Ketika Button ditutup maka arus mengalir dari input menuju photodioda. Karena photodioda menerima cahaya dari led maka resistansinya akan semakin kecil sehingga tegangan yang dihasilkannya semakin besar.  

      Selanjutnya arus mengalir menuju transistor NPN  Q1, Masuk dari basis dan keluar dari kolektor. Selanjutnya terjadi penguatan pada op-AMP non inverting dimana arus keluarannya bernilai positif. Selanjutnya akan menuju OP-AMP non inverting lagi untuk dikuatkan sekali lagi.

        Selanjutnya arus masuk ke transistor NPN Q2 melalui basis dan keluar dari kolektor dan arus menuju motor dc sehingga dapat menggerakan motor dc. Pada motor DC akan membaca tegangan output dari Sensor Photodioda tadi.

5.    Rangkaian  [Kembali]

6.    Video  [Kembali]

7.    Download file  [Kembali]

     Download HTML [Disini]

Download Proteus [Disini]

Download Video [Disini]

Download Datasheet 

1. Photodioda [Disini]
2. Op-Amp [Disini]
3. Button [Disini]
4. Resistor [Disini]
5. Transistor [Disini]
6. Led [Disini]
7. Motor Dc  [Disini]
8. Voltmeter [Disini]