BAB II LANDASAN TEORI
2.6 Fotodioda
Fotodioda adalah suatu jenis dioda yang resistansinya berubah-ubah kalau cahaya yang jatuh pada dioda berubahubah intensitasnya. Dalam gelap nilai tahanannya sangat besar hingga praktis tidak ada arus yang mengalir.Semakin kuat cahaya yang jatuh pada dioda maka makin kecil nilai tahanannya, sehingga arus yang mengalir semakin besar. Jika Fotodioda persambungan p-n bertegangan balik disinari, maka arus akan berubah secara linier dengan kenaikan fluks cahaya yang dikenakan pada persambungan tersebut.
Fotodioda terbuat dari bahan semikonduktor. Biasanya yang dipakai adalah silicon (Si) atau gallium arsenide (GaAs), dan lain-lain termasuk indium antimonide (InSb), indium arsenide (InAs), lead selenide (PbSe), dan timah sulfide (PBS). Bahan-bahan ini menyerap cahaya melalui karakteristik jangkauan panjang gelombang, misalnya: 250 nm ke 1100 untuk nm silicon, dan 800 nm ke 2,0 μm untuk GaAs.
Dioda foto adalah jenis dioda yang berfungsi mendeteksi cahaya. Berbeda dengan diode biasa, komponen elektronika ini akan mengubah cahaya menjadi arus listrik. Cahaya yang dapat dideteksi oleh diode foto ini mulai dari cahaya infra merah, cahaya tampak, ultra ungu sampai dengan sinar-X. Aplikasi diode foto mulai dari penghitung kendaraan di jalan umum secara otomatis, pengukur cahaya pada kamera serta beberapa peralatan di bidang medis.
Alat yang mirip dengan Dioda foto adalah Transistor foto (Phototransistor). Transistor foto ini pada dasarnya adalah jenis transistor bipolar yang menggunakan kontak (junction) base-collector untuk menerima cahaya.
Komponen ini mempunyai sensitivitas yang lebih baik jika dibandingkan dengan Dioda Foto.
Hal ini disebabkan karena elektron yang ditimbulkan oleh foton cahaya pada junction ini di-injeksikan di bagian Base dan diperkuat di bagian Kolektornya. Namun demikian, waktu respons dari Transistor-foto secara umum akan lebih lambat dari pada Dioda-Foto.
Photo dioda digunakan sebagai komponen pendeteksi ada tidaknya cahaya maupun dapat digunakan untuk membentuk sebuah alat ukur akurat yang dapat mendeteksi intensitas cahaya dibawah 1pW/cm2 sampai intensitas diatas 10mW/cm2. Photo dioda mempunyai resistansi yang rendah pada kondisi forward bias, kita dapat memanfaatkan photo dioda ini pada kondisi reverse bias dimana resistansi dari photo dioda akan turun seiring dengan intensitas cahaya yang masuk.
Komponen ini mempunyai sensitivitas yang lebih baik jika dibandingkan dengan diodapeka cahaya. Hal ini disebabkan karena electron yang ditimbulkan oleh foton cahaya pada junction ini diinjeksikan di bagian Base dan diperkuat di bagian kolektornya. Namun demikian,waktu respons dari transistor foto secara umum akan lebih lambat dari pada dioda peka cahaya.
Jika photo dioda tidak terkena cahaya, maka tidak ada arus yang mengalir ke rangkaian pembanding, jika photo dioda terkena cahaya maka photodiode akan bersifat sebagai tegangan, sehingga Vcc dan photo dioda tersusun seri, akibatnya terdapat arus yang mengalir ke rangkaian pembanding.Fotodioda terbuat dari bahan semikonduktor yaitu silicon (Si), atau Galium Arsenida, dan yang lain adalah Insb, InAs, PbSe. Material-material ini meyerap cahaya dengan karakteristik panjang gelombang mencangkup: 2500 Å – 11000 Å untuk silicon, 8000 Å – 20,000 Å untuk GaAs.
Ketika sebuah photon (satu satuan energi dalam cahaya) dari sumber cahaya diserap, hal tersebut membangkitkan suatu elektron dan menghasilkan sepasang pembawa muatan tunggal, sebuah elektron dan sebuah hole, di mana suatu hole adalah bagian dari kisi-kisi semikonduktor yang kehilangan elektron. Arah Arus yang melalui sebuah semikonduktor adalah kebalikan dengan gerak muatan pembawa.cara tersebut didalam sebuah photodiode digunakan untuk mengumpulkan photon – menyebabkan pembawa muatan (seperti arus atau tegangan) mengalir/terbentuk di bagian-bagian elektroda.
Prinsip kerja photodioda :
1. Cahaya yang diserap oleh photodiode 2. Terjadinya pergeseran foton
3. Menghasilkan pasangan electron-hole dikedua sisi 4. Electron menuju [+] sumber & hole menuju [-] sumber 5. Sehingga arus akan mengalir di dalam rangkaian
Saat photodiode terkena cahaya, maka akan bersifat sebagai sumber tegangan dan nilai resistansinya akan menjadi kecil. Saat fotodiode tidak terkena cahaya, maka nilai resistansinya akan besar atau dapat diasumsikan tak hingga.
Setiap warna bisa disusun dari warna dasar.Untuk cahaya, warna dasar penyusunnya adalah warna Merah, Hijau dan Biru, atau lebih dikenal dengan istilah RGB (Red-Green-Blue). Perancangan dan Pembuatan Sensor Sistim sensor yang digunakan adalah sensor warna. Rangkaian sensor terdiri dari 2 bagian, yaitu bagian pemancar cahaya dan penerima cahaya.
Rangkaian pemancar terdiri dari resistor sebagai pembatas arus serta LED sebagai piranti yang memancarkan cahaya. Sedangkan rangkaian penerima terdiri dari resistor sebagai pull-up tegangan dan photodioda sebagai piranti yang akan menerima pantulan cahaya LED obyek. Rangkaian komparator akan membandingkan tegangan input dari sensor
dengan tegangan referensi untuk menghasilkan logika ’0′ dan ’1′ untuk membedakan warna merah dan warna hijau.
LED akan memancarkan cahaya ke obyek dan photodioda akan menerima cahaya yang dipantulkan oleh obyek tersebut. Intensitas cahaya yang diterima oleh photodioda akan mempengaruhi nilai reistasinya. Obyek berupa Warna merah dan Warna biru akan memantulkan cahaya dengan intensitas yang berbeda. Warna merah akan memantulkan cahaya dengan intensitas yang lebih tinggi daripada Warna hijau, sehingga nilai resistansinya akan berbeda. Semakin besar intensitas cahaya yang diterima oleh photodioda, maka nilai 15 resistansinya akan semakin kecil dan nilai tegangan outputnya akan Semakin kecil pula.
Perbedaan nilai tegangan output dari photodioda saat menerima cahaya pantulan dari Warna merah atau Warna hijau akan dideteksi oleh rangkaian komparator. Tegangan referensi dapat diatur dengan memutar variabel resistor.untuk dapat membedakan Warna merah atau Warna hijau, nilai tegangan referensi diatur sehingga memiliki nilai diantara nilai tegangan output dari photodioda saat menerima pantulan cahaya dari obyek.
Untuk mendeteksi warna merah maka digunakan sensor photodioda yang disinari dengan LED superbright warna merah. Pada saat photodioda menerima pantulan cahaya dari Warna merah, nilai tegangan output pada photodioda akan lebih kecil dari tegangan referensi, sehingga output dari komparator akan bernilai “0”. Sedangkan saat photodioda menerima pantulan cahaya dari Warna hijau, nilai tegangan outputnya akan lebih besar dari tegangan referensi, sehingga output dari komparator bernilai “1”. Sebaliknya, Untuk mendeteksi warna hijau maka digunakan sensor photodioda yang disinari dengan LED superbright warna hijau.
Pada saat photodioda menerima pantulan cahaya dari Warna hijau, nilai tegangan output pada photodioda akan lebih kecil dari tegangan referensi, sehingga output dari komparator akan bernilai “0”. Sedangkan saat photodioda menerima pantulan cahaya dari
Warna merah, nilai tegangan outputnya akan lebih besar dari tegangan referensi, sehingga output dari komparator bernilai “1”.
2.6.1 Karakteristik Fotodioda Dan Aplikasinya Untuk Mengukur Intensitas Cahaya Fotodioda berbeda dengan dioda biasa. Jika fotodioda persambungan p-n bertegangan balik disinari, maka arus akan berubah secara linier dengan kenaikan fluks cahaya yang dikenakan pada persambungan tersebut. Berdasarkan hal tersebut dapat dibuat alat untuk mendeteksi intensitas cahaya dengan memanfaatkan karakteristik fotodioda sebagai salah satu alternatif pendeteksi intensitas cahaya.
Dalam penelitian ini diperoleh hasil bahwa fotodioda dapat berfungsi sebagai sensor untuk mengukur intensitas cahaya, dimana semakin besar intensitas cahaya (ditunjukka n kenaikan daya lampu) yang mengenainya maka arus yang dihasilkan fotodioda juga akan semakin besar. Disamping itu hasil penelitian ini menunjukkan bahwa hubungan antara arus yang dihasilkan fotodioda berubah berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari sumber cahaya dengan arus lampu tetap.
Karakteristik photo dioda
1. Photodioda mempunyai respon 100 kali lebih cepat daripada phototransistor
2. Dikemas dengan plastik transparan yang juga berfungsi sebagai lensa. Lensa tsb lebih dikenal sebagai ‘lensa fresnel’ dan ‘optical filter’
3. Penerima infra merah juga dipengaruhi oleh ‘active area’ dan ‘respond time’.
2.7Display 7 Segmen
Penampil 7 segmen adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk memdekodekan data dari bahasa mesin ke dalam bentuk tampilan data desimal. Penampil 7 segmen pada dasarnya adalah konfigarasi LED yang disusun sedemikian rupa sehingga nyala dari LED tersebut dapat membentuk karakter angka desimal. Struktur tampilan dari
peraga/penampil tujuh segmen tersebut dilabelkan dari a sampai g yang dapat menampilkan 10 karakter bilangan desimal pertama dari 0 sampai 9.
Gambar 2.10 Karakter Angka Pada Display 7 Segment
Penampil tujuh segmen merupakan susunan dari beberapa LED yang disusun sedemikian rupa sehingga menghasilkan konstruksi seperti diatas. LED-LED penyusun penampil tujuh segmen memiliki batas maksimal mengalirkan arus dari katoda ke anoda pada umumnya, sehingga pada penerapannya penempil tujuh segmen diberi pembatas arus berupa resistor yang dipasang seri padanya.
Display 7 segment merupakan komponen yang berfungsi sebagai penampil karakter angka dan karakter huruf. Display 7 segment sering juga disebut sebgai penampil 7 ruas.
Pada display 7 segment juga dilengkapi karakter titik (dot) yang sering dibutuhkan untuk karakter koma atau titik pada saat menampilkan suatu bilangan. Display 7 segment terdiri dari 7 penampil karakter yang disusun dalam sebuah kemasan sehingga dapat menampilkan karakter angka dan karakter huruf.
Terdapat 7 buah penampil dasar dari LED (Light Emiting Diode) yang dinamakan karakter A-F dan karakter dot. Bentuk susunan karakter penampil karakter A-F pada display 7 segmen dapat dilihat pada gambar berikut.
a b f
e d
c g
Gambar 2.11Bentuk Susunan Karakter Display 7 Segment
Terdapat 2 (dua) jenis rangkaian dasar dari display 7 segment yang dikenal sebagai display 7 segment common anoda (CA) dan common cathoda (CC). Pada display common anoda untuk mengaktifkan karakter display 7 segment diperlukan logika low (0) pada jalur A-F dan DP dan sebaliknya untuk display 7 segment common cathoda (CA). Penampil tujuh segmen jenis anoda bersama dan jenis katoda bersama yang konstruksi internalnya ditunjukan dalam gambar berikut.
Gambar 2.12 Rangkaian Internal Display 7 Segment Common Cathoda
Untuk menggunakan peraga/penampil 7 segmen katoda bersama (common cathoda) maka pin A – G penampil 7 segment harus diberikan input berupa tegangan DC positif kemudian terminal common pada penampil 7 segmen dihubungkan ke ground. Kemudian untuk mengoperasikan penampil 7 segmen anoda bersama (common anoda) maka terminal input A – G pada penampil 7 segmen harus dihubungkan ke ground kemudian terminal common dihubungkan ke sumber tegangan DC positif.
Gambar 2.13 Rangkaian Internal Display 7 Segment Common Anoda
BAB III
PERANCANGAN ALAT DAN SISTEM KERJA RANGKAIAN
2.1 Diagram Blok
Secara garis besar, blok rangkaian dari alat hitung sepeda motor otomtis ditunjukkan pada gambar dibawah ini:
Sensor pemancar
Sensor penerima
Penguat Regulator Pembentuk
Sinyal
Counter Driver
Display
Gambar 3.1 Diagram Blok Rangkaian
Pada rangkaian ini Cahaya dari fotodioda akan di terima oleh infrared dan di teruskan ke penguat.Cahaya yang sudah diterima oleh penguat akan dikuatkan daya sinyalnya, seterusnya besaran akan di teruskan ke regulator, Regulator akan mengubah besaran yang di alir kan oleh penguat. Dari besaran elektris menjadi besaran digital.setelah besaran di ubah oleh regulator kemudian akan di teruskan ke pembentuk sinyal. Pembentuk sinyal akan berfungsi sebagai membentuk sinyal-sinyal digital, yang akan dihitung oleh counter, counter akan berfungsi untuk menghitung besaran yang di terima oleh sensor penerima. Dan Hasil yang diterima di tampilkan oleh display Seven segment, Untuk mengatur display sevent segment menjadi angka nol dibutuhkan rangakain driver sevent segment.
3.2. Perancangansensor pemancar dan sensor penerima
Gambar 3.2. Rangkaiansensor inframerah dan fotodioda
Sensor inframerahberfungsi sebagai pemancar cahaya dan fotodioda sebagai sensor cahaya yang dapat mengubah besaran cahaya menjadi besaran listrik.Cahaya yang dapat dideteksi oleh fotodioda ini mulai dari cahaya infra merah, cahaya tampak, ultra ungu sampai dengan sinar-X .
Apabila dipasang dihadapan fotodioda, sehingga bila fotodioda menerima sinar yang di pancarkan inframerah maka akan terjadi konduksi( sinyal listrik).Dan jika cahaya inframerah terhalang dihadapan fotodioda maka akan tidak terjadi konduksi (sinyal listrik).
3.2.1 Perancanganpenguat dan regulator
Gambar3.2.1 Rangkaian penguat dan regulator
Regulator merupakan memberikan stabilitas output pada tegangan untuk mendapatkan pencatu daya yang stabil diperlukan regulator tegangan. Regulator tegangan untuk suatu power supply paling sederhana adalah menggunakan dioda zener.Schmitt trigger merupakan
suatu rangkaian yang dapat mendeteksi tegangan input yang melintasi suatu peringkat tertentu. Selain itu schmitt trigger sangat berguna untuk pengkondisi sinyal maka output schmitt trigger akan menghasilkan suatu keluarandan Jika konduksi (sinyal listrik) terjadi maka akan dikuatkan oleh penguat dan di batasi oleh regulator (Dioda zener).Output dioda zener dihubungkan chimit trigger untuk pembentuk pulsa keluaran.
3.3.1 Perancangan counter pada driver seven segment
15
Gambar 3.3.1 Perancangan counter pada driver seven segment
Seven segement yang digunakkan adalah Commonanoda, disini semua anoda dari dioda disatukan secara parallel dan semua itu dihubungkan ke vcc dan kemudian led dihubungkan melalui tahanan pembatasarus keluar dari penggerak. Karena dihubungkan ke vcc, maka Common anoda ini berada pada kondisi aktif high.Counter sebagai penghitung besaran yang diterima oleh sensor penerima
Dari hasil keluaran schimit trigger maka dihubungkan ke counter, keluaran counter dihubungkan ke driver dan dari driver hasilnya ditampilkan ke display seven segment.
BAB IV
PENGUJIAN RANGKAIAN
4.1 Pengujiansensor pemancar,sensor penerima dan penguatvcc
Gambar.4.1 Rangkaian inframerah,fotodioda dan op-amp
Ketika sensor inframerahmemancarkan cahaya dan Apabila dipasang dihadapan fotodioda, sehingga bila fotodioda menerima sinar yang di pancarkan inframerah maka akan terjadi konduksi(sinyal listrik).Dan jika cahaya inframerah terhalang dihadapan fotodioda maka akan tidak terjadi konduksi (sinyal listrik),setelah fotodioda menerima sinar dari inframerah akan di teruskan ke ic LM324,disini sinyal listrik akan di kuatkan oleh penguat dan di batasi oleh regulator (diode zener).Output diode zener dihubungkan ke schmit trigger untuk pembentuk pulsa keluaran .
4.2 Pengujian counter pada driver seven segment
Display digital berfungsi mengubah/menerjemahkan decoder ( bilangan biner ) ke dalam seven-segment ,dan seven segment mengubah decoder ( bilangan biner ) menjadi bentuk decimal.Sevent segmen dapat menampilkan angka decimal dan beberapa karakter tertentu melalui kombinasi LED ( light Emiting Diode ). Dengan cara diberikan masukan input A,B,C dan D bernilai 0,maka output keluaran ( seven-segment ) segment yang hidup a,b,c,d,e dan f dan berkarakter Kebanyakan tampilan angka menggunakan konfigurasi sebuah 7-segment untuk membentuk karakter desimal dari 0 sampai 9, kadang-kadang karakter heksadesimal A sampai F. Setiap segment terbuat dari bahan yang mengeluarkan cahaya ketika melewati oleh arus listrik. Pola dari segment yang digunakan untuk menampilkan bermacam-macam angka. Sebagai contoh, untuk menampilkan angka 6, bagian-bagian c,d,e,f, dan g akan menyala, sedangkan bagian a dan b tidak menyala. Sebuah decorder/penggerak ke -7 segment digunakan untuk menerima masukan decoder 4-bit dan memberikan keluaran yang akan melewatkan arus melalui segment untuk menampilkan angka desimal.. Setiap segment terdiri dari 1 atau 2 led.
Semua anoda dari led dihubungkan menjadi satu ke Vcc(±5V). Katoda dari led dihubungkan melalui tahanan pembatas arus ke keluaran daridecorder/pengerak.
Decorder/pengerak mempunyai keluaran aktif low yang berupa transistor pengendali kolektor
terbuka, yang dapat mengalirkan arus yang cukup besar. Karena tampilan led membutuhkan arus 10 mA sampai 40 mA persegment, tergantung dari tipe dan ukurannya. Untuk menjelaskan operasi dari rangkaian ini, kita anggap bahwa masukan decoder adalah D=0,C=1,B=0,A=1, yang berarti BCD untuk 5.Dengan masukan-masukan ini, keluaran decorder/penggerak ā, f,g,c,dan d akan digerakkan low (dihubungkan ke ground), memungkinkan arus melalui bagian led a,f,g,i,dan d; yang akan menampilkan angka 5.
Keluaran b dan e akan high (open),sehingga bagian led b dan e tidak dapat terhubung.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari evakuasi hasil kerja alat dapat diambil beberapa kesimpulan dalam penelitian ini.
Kesimpulan yang diambil oleh penulis adalah:
1. Jika fotodioda terhalangi maka tidak terjadi konduksi (sinyal listrik).Hasil pengujian yang di peroleh jika fotodioda tidak menerima sinyal inframerah 0.10 volt.
2. Jika fotodioda tidak terhalangi maka terjadi konduksi (sinyal listrik).Hasil pengujian yang di peroleh jika fotodioda menerima sinyal inframerah 3.14 volt.
3. Jika fotodioda menerima sinyal dari inframerah maka `akan di hitung dan di display di tampilkan angka 1 artinya sepeda motor yang masuk ada satu .
5.2 Saran
Setelah melakukan penelitian ini diperoleh beberapa hal yang dapat di jadikan saran untuk dapat melakukan penelitian lebih lanjut,yaitu:
1. Dalam desain ini supaya dapat di kembangkan dengan memakai mikrokontroler.
2. Pada rangkaian ini di sarankan menggunakan led sebagai pengganti seven segmen
DAFTAR PUSTAKA Muis saludin. Tekhnik digital. Edisi 1 . penerbit ANDI
Jakarta ,2007.
Poerwanto juliza. Instrumentasi&alat ukur .edisi 1.geraha ilmu Yogyakarta,2008.
Saludin muis. Tekhnik digital dasar .edisi 1.Geraha ilmu ,Erlangga Yogyakarta,2007.
http://kk.mercubuana.ac.id/elearning/files_modul/1602-13-274476424500.pdf