Transistor sebagai Switch dengan LDR

BAB 1
PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Di era globalisasi sekarang ini, semakin pesatnya perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi didunia. Ilmu pengetahuan dan teknologi ini dimanfaatkan dan dikembangkan oleh manusia untuk dapat membantu pekerjaan mereka sehingga dapat menyelesaikan pekerjaan dengan lebih mudah dan efesien. Oleh karena itu, setiap manusia terutama mahasiswa dituntut agar mampu beradaptasi dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi tersebut. Semakin modern sebuah zaman maka semakin banyak manusia yang mengembangkan iptek untuk mempermudah pekerjaannya seperti membuat dan memakai rangkaian sensor cahaya yang telah dirancang tergantung dengan keinginan manusia itu sendiri sehingga dapat melakukan fungsi-fungsi kontrol. Pada kehidupan sehari-hari orang tidak pernah lepas dari penerangan lampu listrik. Untuk menghemat penggunaan daya listrik yang berlebihan, umumnya dilakukan dengan memutus aliran listrik menggunakan saklar manual. Tetapi penggunaan saklar manual dianggap kurang efektif karena seringkali orang lupa untuk mematikannya. Dengan perkembangan iptek, sehingga kita dapat membuat sebuah saklar yang bisa bekerja secara otomatis untuk menyalakan dan mematikan lampu tanpa harus menekan tombol saklar.

Sensor adalah komponen yang dapat digunakan untuk mengkonversi suatu besaran tertentu menjadi satuan analog sehingga dapat dibaca oleh suatu rangkaian elektronik atau 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. Salah satu jenis resistor yang peka terhadap perubahan cahaya adalah LDR. Resistansi LDR akan berubah seiring dengan intensitas cahaya yang mengenainya. maka LDR dapat digunakan sebagai sensor cahaya. sensor ini akan berubah resistansinya jika ada perubahan tingkat kecerahan cahaya. Prinsip inilah yang akan digunakan untuk mengaktifkan transistor untuk menghidupkan LED pada lampu Jalan raya. yang dimana lampu akan menyala dan mati secara otomatis karena tergantung pada intensitas cahayanya.

1.2  Tujuan dan Manfaat

Adapun maksud dan tujuan dari pembuatan tugas akhir ini adalah sebagai berikut

1.      Membangun otomatisasi lampu jalan raya ketika siang dan malam hari.

2.      Mempermudah dalam menyalakan dan mematikan lampu jalan raya

3.      Dapat mengurangi pemakaian tenaga listrik ketika terjadi kelalaian mematikan.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1  Dasar Teori

2.1.1 Sensor LDR

Gambar 2.1 LDR

Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) adalah salah satu jenis  resistor yang dapat mengalami perubahan resistansinya apabila mengalami perubahan penerimaan cahaya. Besarnya nilai hambatan pada Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) tergantung pada besar kecilnya cahaya yang diterima oleh LDR itu sendiri. LDR sering disebut dengan alat atau sensor yang berupa resistor yang peka terhadap cahaya. Biasanya LDR terbuat dari cadmium sulfida yaitu merupakan bahan semikonduktor yang resistansnya berupah-ubah menurut banyaknya cahaya (sinar) yang mengenainya. Resistansi LDR pada tempat yang gelap biasanya mencapai sekitar 10 MΩ, dan ditempat terang LDR mempunyai resistansi yang turun menjadi sekitar 150 Ω. Seperti halnya resistor konvensional, pemasangan LDR dalam suatu rangkaian sama persis seperti pemasangan resistor biasa.

2.1.2 TIP 31 C

NPN epitaxial Silicon Transistor.

Spesifikasi :

- Jenis : NPN

- Arus kolektor kontinyu maks (Ic) : 3 A

- Tegangan maksimal collector-emitter (Vce) 40 V

- Tegangan minimal basis-collector on-state (Vbe)sat : 1.8 V (MAX)

- Tegangan saturasi maksimal collector-emitter (Vce)sat : 1.2 V

- Hfe : 50

- Bandwidth : 3 MHz

- Kemasan : TO-220 https://www.indo-ware.com/produk-2771-tip31-tip-31-tip31c-.html

Gambar 2.2 TIP 31 C

TIP 31 C Disebut transistor bi-polar karena transistror ini mempunyai dua kutub yang terbentuk atas material-material penyusunnya, yaitu semikonduktor type P (positif) dan semikonduktor type N (negatif).

Pada kutub yang satu material semikonduktor mempunyai lubang-lubang (holes) bermuatan positif, di mana lubang-lubang ini dapat bergerak sebagai pengangkut muatan (type P). Terbentuknya lubang-lubang ini adalah karena adanya elektron yang terbebas akibat diberi atom akseptor. Sedangkan pada kutub yang satunya lagi material semikonduktor tidak mempunyai lubang-lubang (holes), hanya ion-ion positif yang terikat (tidak bisa bergerak) sedangkan padanya juga telah terbebas elektron-elektron akibat diberi atom donor (type N).

Pada transistor NPN, dua lapisan bahan semikonduktor tipe N mengapit selapisan bahan semikonduktor tipe P.  Satu lapisan tipe N terhubung dengan satu elektroda dan berfungsi sebagai kolektor, sedangkan satu lapisan tipe N yang lainnya terhubung dengan satu elektroda dan berfungsi sebagai emitor.  Lapisan semikonduktor tipe P terhubung dengan satu elektroda dan berfungsi sebagai basis.

Transistor NPN kolektor diberi tegangan positif terhadap emitor.   Tegangan antara kolektor dengan emitor ini disebut VCE. NPN basis diberi tegangan positif terhadap emitor.   Tegangan antara basis dengan emitor ini adalah tegangan maju, disebut VBE. Besarnya VCE bisa variatif, tetapi tidak boleh melampaui tinggi VCEO yang telah ditetapkan oleh pabrik pembuat transistor yang bersangkutan.  Setiap tipe transistor mempunyai ketentuan VCE maksimal yang bisa berbeda-beda. Besar tegangan antara basis dengan emitor (VBE) adalah tetap dan tidak bisa lebih besar dari nilai tetapnya, yaitu sekitar 0,2V bagi transistor yang dibuat dari bahan germanium (transistor produksi lama) dan sekitar 0,6V bagi transistor yang dibuat dari bahan silikon.

Prinsip kerja dari transistor yaitu “ jika pada basis mengalir arus IB, maka pada kolektor mengalir arus IC dan pada emitor mengalir arus IE  dengan hubungan :

IE = IB + IC

Dimana :         IE = arus pada Emitor

                       IB = arus pada Basis

                       IC = arus pada Kolektor

Besaran-besaran dalam data karakteristik transistor

Setiap transistor mempunyai data yang memberikan gambaran tentang karakteristiknya.  Data ini disertakan oleh pabrik atau perusahaan yang membuatnya sebagai keterangan atau patokan dasar berkaitan dengan penggunaan transistor tersebut di dalam rangkaian-rangkaian elektronik.  Di dalam data transistor itu disebutkan tentang besaran-besaran tertentu, di antaranya yang terpenting adalah : VCEO, IC, Pd max, fT, dan hFE.

VCEO, adalah tinggi tegangan maksimal antara kolektor dengan emitor dalam keadaan basis terbuka (tidak ada hubungan atau sambungan).  Tegangan kerja antara kolektor dan emitor yang diberikan kepada transistor harus berada di bawah angka VCEO.

IC, adalah besar arus maksimal yang mengalir pada kolektor.  Besar arus maksimal ini tidak boleh dilampaui, karena itu dalam penggunaan transistor besar arus kolektor harus disetel agar senantiasa berada di bawah IC.

Pd max, adalah disipasi daya maksimal transistor. Daya yang dibebankan kepada transistor harus berada di bawah ketentuan Pd max ini.

fT, adalah frekwensi yang menjadi batasan kemampuan transistor dalam menanganinya.   Transistor tidak bisa digunakan sebagai penguat atau sebagai osilator pada frekwensi di atas fT.

hFE adalah faktor penguatan arus.  Penyetelan arus basis akan mempengaruhi besar arus pada

kolektor transistor, sebab arus kolektor adalah arus basis dikalikan dengan hFE.

2.1.3        Resistor

Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi sebagai penghambat/pembatas arus listrik. Berikut adalah simbol dan salah satu bentuk fisik resistor.

Gambar 2.5 resistor dan simbolnya

Dalam aplikasinya resistor dapat dirangkai secara seri dan paralel, pada rangkaian seri maka resistor dapat difungsikan sebagai pembagi tegangan dengan karakteristik nilai resistor akan bertambah sesuai dengan nilai resistor yang dihubung seri tersebut. Kemudian resistor pada https://drive.google.com/open?id=0B8TWYXkonfigurasi paralel resistor berfungsi sebagai pembagi arus dan memiliki karakteristik nilai resistansi menjadi lebih rendah berbanding terbalik dengan jumlah dan nilai resistansi resistor yang diparalel.

Contoh pembacaan  resistor 4 gelang

Cincin 1                    : hijau     = 5

Cincin 2 : merah       = 2

Cincin 3                    : kuning  = 10⁴

Cincin 4                    : putih     = 10%

Jadi pembacaannya 520kΩ ± 10%

2.2 Alat dan bahan

1.      Solder

2.      PCB polos

3.      Laptop

4.      Timah

5.      Peenyedot timah

6.      Gunting

7.      Papan kayu

8.      Tang

9.      Resistor 1K 3 pcs

10.  LDR 1 pcs

11.  Potentio 5k 1 pcs

12.  Tr TIP 31 C 2 pcs13.  Relay 5 V 1 pcs

14.  Diode 1n4002/1n4007 1 pcs

15.  Battery 9 V 1 pcs

16.  Terminal blocK

17.  rangkaian dimmer

2.3 Gambar Rangkaian 

Design PCB & Gambar rangakaian 2.6

2.4 Prinsip Kerja Rangkaian  dan Analisa Data

Ketika sensor LDR terkena intensitas cahaya terang maka resistansinya akan rendah. Sedangkan ketika intensitas cahaya yang redup maka resistansinya akan tinggi. Dimana resistansi dari LDR tersebut akan dijadikan parameter untuk rangkaian.Di dalam rangkaian ini menggunakan transistor jenis NPN tipe TIP 31C karena dengan menggunakan transistor jenis NPN maka transistor akan bekerja di daerah aktif apabila basis diberi arus positif. Ketika basis tidak mendapatkan arus positif maka transistor akan mengalami cut off. Pemilihan transistor TIP 31 C karena memiliki tegangan kerja yang cukup untuk memicu relay 5 - 12 V (relay kecil),

            Pada gambar 2.11  menunjukan simulasi dimana LDR digantikan dengan Potensio 68 KΩ ,Karena LDR dan Potensio memiliki karakteristik yang hampir sama dimana memanfaatkan resistansi  sebagai parameter.

Dalam perancangannya kita memiliki 2 transistor dengan cara kerja yaitu apabila transistor kanan mati maka transistor kiri akan menyala dan sebaliknya jika transistor kanan menyala maka transistor kiri akan mati. Maka dengan demikian diperlukan perancangan pada rangkaian tersebut dengan memanfaatkan LDR sebagai penghambat arus dan tegangan memasuki basis transistor kanan. Berikut perancangannya.

Rangkaian transistor kanan menggunakan common-collector dimana posisi hasil penguatan arus berada pada kutub emitor,tanpa menghasilkan penguatan arus. Pada konfigurasi tersebut input diumpankan ke basis transistor dan outputnya pada emitor.

Rumus :

Transistor memiliki Hfe 10-50 gain DC current. Untuk Perhitungannya silahkan download pada link https://drive.google.com/open?id=0B8TWYX

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

            Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) adalah salah satu jenis resistor yang dapat mengalami perubahan resistansinya apabila mengalami perubahan penerimaan cahaya.
Prinsip Kerja Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) akan berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya atau yang ada disekitarnya. 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.

Tegangan keluaran pada saat tidak adanya cahaya atau intensitas cahayanya rendah maka tegangan keluarannya besar berbeda jika intensitas cahayanya tinggi tegangan keluaranya kecil, sedangkan hambatan pada saat intensitas cahayanya rendah didapat bahwa lebih besar dari pada hambatan pada saat intensitas cahayanya tinggi atau pada saat LDR terbuka atau adanya cahaya.
Jika tidak ada cahaya atau intensitas cahaya rendah maka lampu secara otomatis akan menyala dengan sendirinya begitupun jika intensitas cahaya tinggi maka lampu akan mati dengan sendirinya.

3.2 Saran

Penulis akan menyampaikan beberapa saran yang diharapkan pembaca dapat memahami prinsip perangkat yang dirancang sehingga dapat mengembangkan alat ini. Adapun saran – saran tersebut adalah : 

1.      Lakukan dengan teliti dan hati-hati saat pemasangan komponen agar tidak terjadi kerusakan ataupun korsleting

2.      Manfaatkan teknologi semaksimal mungkin untuk memudahkan pekerjaan manusia meskipun hanya sebuah prototype sederhana. 

DAFTAR RUJUKAN

http://elektronika-dasar.web.id/transistor-sebagai-saklar/ (diakses pada 28 november 2016)

http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=Datasheet%20tip31c&gclid=CjwKEAiAyO_BBRDOgM-K8MGWpmYSJACePQ9C9H3Z6TQevK4NK6HdW9igD0yzDyHOyAOtbkZcV95JUhoCWAjw_wcB (diakses pada 28 november 2016)

http://teknikelektronika.com/pengertian-ldr-light-dependent-resistor-cara-mengukur-ldr/ (diakses pada 28 november 2016)

http://belajarelektronika.net/pengertian-ldr-fungsi-dan-prinsip-kerjanya/ (diakses pada 28 november 2016)

http://teknikelektronika.com/pengertian-relay-fungsi-relay/(diakses pada 28 november 2016)