Tugas kuliah Elektronika 1 Tahun 2013 Se

(1)

Abstrak— Energi listrik merupakan salah satu sumber energi yang sangat penting bagi kehidupan manusia dalam

memenuhi kebutuhan sehari-hari, seperti kegiatan industri, komersial, ekonomi, dan lain-lain. Mengingat begitu besar dan pentingnya manfaat energi listrik, sedangkan sumber energi pembangkit listrik berasal dari sumber daya tidak dapat diperbarui yang keberadaannya terbatas, maka untuk menjaga kelestarian sumber energi ini perlu diupayakan langkah-langkah strategis yang dapat menunjang penyediaan energi listrik secara optimal dan terjangkau. Salah satu upayanya adalah dengan adanya Perusahaan Listrik Negara (PLN) sebagai penyedia dan pengelola kebutuhan listrik bagi seluruh masyarakat Indonesia memiliki peranan penting dalam mengatur stabilitas pasokan energi listrik di seluruh daerah Indonesia. Namun, tidak selamanya sumber energi listrik yang dikelola PLN selalu stabil. Sering terjadi masalah dalam pemasokan listrik. Tidak hanya masalah ini saja, pemadaman listrikpun sering terjadi terutama pada malam hari. Jika hal tersebut sering terjadi, maka aktivitas masyarakat Indonesia akan terganggu. Dengan adanya masalah tersebut, keberadaan lampu darurat yang merupakan salah satu solusinya, sangatlah penting untuk menjaga stabilitas aktivitas yang kerap dilakukan pada malam hari.

Kata kunci — lampu darurat, LED, potensio, LDR, transistor, pcb, dan fotoresistor.

I. PENDAHULUAN

Penggunaan energi listrik sangatlah penting dalam kehidupan kita sehari-hari. Dimana penggunaan tersebut akan terus meningkat setiap tahunnya. Sesuai dengan perkembangan kebutuhan manusia dan aktivitas manusia setiap harinya. Namun, banyak masalah yang timbul akibat kurang stabilitas energi listriknya.

Seperti mati lampu. Pemadaman listrik terjadi bukan karena defisit pasokan listrik PLN. Akan tetapi pemadaman listrik yang terjadi karena PLN melakukan sambungan baru, penggantian isolator, pemeliharaan trafo, dan lain-lain. Jika hal tersebut tidak lakukan, maka kemungkinan kejadian arus pendek akan sering terjadi.

Pemadaman listrik sering menjadi masalah bagi masyarakat. Karena jika terjadi maka semua aktivitas manusia akan terganggu. Tanpa kita sadari kegiatan kita sehari-hari tidak bisa lepas dengan energi listrik. Oleh sebab itu, banyak yang kecewa jika pemadaman listrik terjadi terutama dimalam hari. [1]

Hal tersebut jika tidak segera diatasi, akan menimbulkan masalah baru lagi. Terutama jika PLN melakukannya pada malam hari. Oleh karena itu, diperlukan solusi untuk mengatasi masalah tersebut.

Pada tugas akhir elektronika 1 ini, kami berusaha mengaplikasikan apa yang kami peroleh selama proses perkuliahan ini. Solusi dari permasalahan diatas ialah kami membuat lampu darurat pemadaman listrik untuk mengatasi permasalahan tersebut.

Pembuatan proyek ini merupakan langkah awal kami dalam pengaplikasian mata kuliah elektronika 1. Solusi

dari permasalah diatas sebenarnya sudah banyak yang memakai, selain sangat bermanfaat bentuk rangkainnya pun sangat sederhana. Banyak orang yang telah memakai alat tersebut yang variasi dan modelnya bermacam-macam. Namun, inti dari alat tersebut adalah menerapkan prinsip sebagai indikator lingkungan menjadi gelap. Adapun salah satu bentuk rangkaian lampu darurat yang kami pakai dapat dilihat pada Gambar 1.

Berdasarkan Gambar 1 menerangkan sistem lilin elektronik. Dimana lilin elektronik ini sebenarnya adalah rangkaian lampu LED yang memiliki sensor kegelapan LDR (Light Dependent Resistor). Cara kerjanya sederhana saja. Saat gelap, LDR yang berfungsi sebagai saklar akan mengaktifkan lampu LED. Sebaliknya jika cahaya mulai terang LDR akan mematikan lampu LED. Kadang ada jenis lilin elektronik yang mematikannya dengan meniup seperti meniup lilin biasa atau juga hanya dengan menggoyangnya. Inilah yang dinamakan lilin elektronik atau led candle. [2]

Gambar 1. Rangkaian Lilin Elektronik

Pengaruh Persentase Hambatan pada Potensiometer terhadap

Tegangan di LED untuk Rangkaian Lampu Darurat dengan LDR

sebagai Sensor Cahaya untuk Indikator Mati Lampu

Hesni Adila Shabrani

–

1206258370, Nila Ulya

–

1206258452

(2)

Gambar 2. Rangkaian Lampu Otomatis dengan LDR sebagai sensor Cahaya

Prinsip kerja dari rangkaian diatas sebenarnya sangat sederhana. Pembagi tegangan antara VRI dan LDR merupakan inti dari rangkaian diatas. Kenaikan tegangan pada VRI akan mengurangi tegangan yang jatuh pada LDR, begitupun sebaliknya kenaikan tegangan pada LDR akan mengurangi tegangan jatuh pada VRI. Pembagai tegangan sesuai dengan rumus pembagi tegangan yang berlaku pada rangkaian seri, tegangan supplay 9 volt sama dengan jumlah tegangan pada RI, VRI dan LDR. VRI digunakan untuk memposisikan tegangan pada LDR supaya berada pada titik kritis dan tidsak sampai membuat resistor Q1 menjadi aktif. Sehingga pada saat keadaan cahaya semakin gelap tegangan pada LDR akan membuat transistor Q1 menjadi aktif. Hal ini dikarenakan nilai resistansinya LDR akan naik apabila intensitas cahaya semakin gelap. Jika kita ingin membuat rangkaian sensor yang aktif pada saat cahaya semakin terang naka kita tinggal menukar posisi antara LDR dengan potensio VRI. [3]

Rangkaian sensor cahaya ini bisa digunakan untuk pengaktifan lampu tanam. Pada saat hari mulai malam maka lampu tersebut akan menyala otomatis layaknya lampu tanam. Pengaturan kepekaan dari sensor digunakan potensio VRI 100 K. Rangkaiann sensor cahaya diatas merupakan rangkaian yang sederhana dan sering ditemui, karena memang rangkaian sensor ini bisa bekerja dengan penggunaan komponen yang relatif sedikit dan rangkaian yang sederhana.

Pada rangkaian ini juga menerapkan kerja alat tersebut secara kontinu, karena saat potensio di puter, maka kita cahaya. LDR merupakan resistor yang peka terhadap intensitas cahaya. Pada Gambar 2 dan 3 dapat dilihat bahwa dalam keadaan tidak terkena cahaya hambatan LDR mencapai 1 MΩ. Tetapi ketika terkena cahaya dengan intensitas tinggi hambatan LDR turun secara signifikan (negatif koefisien) [4]. Dalam penggunaannya LDR harus dipasang dengan kontruksi Voltage divider seperti Gambar 4. LDR yang terpasang pada bagian atas dan pada bagian bawah dari rangkaian Voltage divider, menghasilkan V out yang berbeda. Secara perhitungan

hal ini dapat dilihat melalui persamaan berikut:

Dimana : dipasang diatas, hambatannya akan turun ketika terkena cahaya dan mengakibatkan Vout besar. Sebaliknya, untuk LDR yang dipasang di bagian bawah, hambatannya akan turun ketika terkena cahaya dan mengakibatkan Vout kecil. Dengan kata lain, untuk posisi LDR di atas, rangkaian akan bekerja saat LDR terkena cahaya. Sebaliknya untuk posisi LDR di bawah, rangkaian akan bekerja saat LDR tidak terkena cahaya.

Untuk rangkaian lampu darurat ini, LDR diposisikan di bagian bawah. Agar lampu LED menyala pada saat LDR terkena cahaya. Selain itu, ditambahkan potensio sebagai pengatur sensitivitas LDR.

Selain menggunakan prinsip kerja dari sensor cahaya, alat ini juga menggunakan metode penguatan darlington. Transistor darlington adalah sepasang transistor bipolar yang dihubungkan secara seri untuk menghasilkan penguatan arus yang lebih besar. Sebab hasil penguatan transistor pertama akan dikuatkan lebih lanjut oleh transistor kedua [5]. Arus emmiter transistor pertama menjadi input bagi arus basis transistor kedua, sehingga terjadi penguatan arus penguatan total dari transistor darlington sesuai dengan persamaan berikut:

(3)

Gambar 3. Grafik Perubahan Hambatan LDR terhadap Cahaya

III. HASIL

Pada simulasi Multisim besar tegangan yang digunakan adalah 6 volt DC. Namun, karena komponen LDR tidak terdapat pada multisim, maka pada simulasi multisim digunakan resistor dengan besar 1,2 ohm untuk mewakili besar hambatan LDR ketika terkena cahaya dan 9,98 ohm untuk mewakili besar hambatan LDR ketika tidak terkena cahaya. Sehingga kita tahu hubungan persentase potensiometer terhadap VB Q1 pada saat LDr terkena cahaya dapat dilihat dalam bentuk tabel dibawah ini:

Tabel 1. Hubungan Persentase Potensiometer terhadap VB Q1 pada saat LDR terkena cahaya

Tabel 2. Hubungan Persentase Potensiometer terhadap VB Q1 pada saat LDR tidak terkena cahaya

Potensio VB Multisim

Setelah alat berhasil diuji coba di Multisim, komponen dengan spesifikasinya yang sama seperti dalam progam Multisim, disusu di protoboard. Penyusunan dalam protoboard tidak mengalami kendala. Kami menggunakan potensio 50 kΩ pada rangkaian. Komponen kemudian dipindahkan ke PCB Copper Clad dan disolder. LED yang digunakan memiliki spesifikasi menyala 2 volt. PCB Copper Clad yang digunakan berukuran 5 x 10 cm. Pemasangan pada PCB Copper Clad menggunakan alat berupa solder 30-70 W. Rangkaian disusun menggunakan kawat tembaga dan komponen dengan timah.

Setelah rangkaian disolder di PCB, kemudian alat diuji coba. Pada uji coba alat, LED menyala ketika LDR tidak terkena cahaya dan mati ketika LDR terkena cahaya. Pada eksperimen alat (di PCB), baterai yang digunakan adalah baterai bermerk panasonic 1,5 volt yang dipasang secara seri sehingga besar tegangan yang dihasilkan 6 volt.

Tabel 3. Hubungan Persentase Hambatan pada Potensiometer terhadap VLED pada simulasi multisim dan eksperimen alat.

Potensio (Multisim) VLED V

(4)

Grafik 1. Hubungan Persentase Hambatan pada Potensiometer terhadap VLED pada simulasi Multisim

Grafik 2. Hubungan Persentase Hambatan pada Potensiometer terhadap VLED pada eksperimen alat.

IV. PEMBAHASAN

Pada dasarnya rangkaian lampu darurat memanfaatkan sensor cahaya. Sebab yang menjadi faktor pembeda adalah LDR terkena cahaya atau tidak terkena cahaya.

Ketika listrik padam pada waktu malam hari, LDR tidak akan terkena cahaya sehingga hambatannya turun. Di sisi lain listrik menyala dan LDR terkena cahaya rangkaian akan memiliki hambatan yang besar. LDR dipasang di bagian atas yaitu paralel dengan hambatan kolektor transistor pertama. Ketika LDR tidak terkena cahaya, hambatannya turun. Hal ini mengakibatkan tegangan basis transistor pertama besar (mendekati V supplay) dan menjalankan rangkaian, sehingga LED menyala. Di sisi lain ketika LDR tidak terkena cahaya hambatannya sangat besar. Potensio 50 kΩ dibandingkan dengan hambatan LDR, sangat kecil. Sehingga sesuai dengan hukum pembagi tegangan, tegangan input ke basis menjadi kecil.

Pada rangkaian digunakan potensiometer untuk mengatur sensitivitas L:DR terhadap cahaya. Saat

melakukan percobaan kami mencoba menggunakan potensio 250 kΩ dan potensio 1 kΩ. Ketika menggunakan potensio 250 kΩ, LED tidak menyala dan transistor menjadi panas. Hal ini disebabkan karena tegangan jatuh terbevan pada pada basis transistor pertama. Selain itu, terjadi perubahan yang besar pada tegangan output ketika LDR terkena cahaya dan ketika LDR tidak terkena cahaya. Sedangkan ketika potensio 1 kΩ, LDR menjadi tidak peka teradap cahaya redup. Untuk menyalakan led diperlukan suasana yang benar-benar gelap. Sehingga poptensiom optimumnya yaitu 50 kΩ. Potensio dapat diubah nilai hambatannya dengan diputar. Hubungan potensio terhadap tegangan dapat dilihat pada Tabel 3, Grafik 1 dan Grafik 2.

Setelah kami melakukan simulasi dan pengukuran sebenarnya pada alat, hasil yang diperoleh memiliki perbedaan yang cukup signifikan, diantaranya besar Vout LDR dan potensuiometer. Perbedaan ini hampir mendekati angka 0,5 volt. Kami menganalisa perbedaan ini terkadi disebabkan:

1. Sukarnya menentukan besar hambatan resistor pada x% variabel.

2. Multisim bekerja dengan berasumsikan lingkungan yang paling ideal, padahal pada percobaan intensitas cahaya yang menyinari LDR bisa berpengaruh terhadap besarnya Vout LDR dan potensiometer.

3. Kondisi suhu lingkungan yang berpengaruh pada rangkaian.

Pada saat melakuakn eksperimen kami menemukan permasalahan yakni terjadi trounelshooting komponen rumah baterai yang mengakibatkan beberapa baterai menjadi pana dan akhirnya rusak. Namun, kendala ini berhasil diatasi dengan fiksasi rumah baterai yang baru dan penggantian baterai sehingga komponen berhasil berjalan normal.

Ketika baterai dihubungkan ke rangkaian yang telah disolder, LED menyala kemudoan tiba-tiba mati. Padahal LDR sudah dikondisikan tidak terkena cahaya. Saat pengambilan data dengan miltisimeter, baterai panas dan terbakar, kemudian menyebabkan rumah baterai meleleh. Kami melakukan analisis, praktikan mengecek kembali solder kabel baterai pada papan PCB. Kami menemukan penyrebab kerusakan baterai, yaitu ketika menyolder rumah baterai, baterai tidak dilepas dari komponen rumah baterai. Secara tidak sengaja dapat menyebabkan hubung singkat pada baterai. Setelah mengganti baterai, alat berjalan dengan baik.

V. KESIMPULAN

1. Rangkaian lampu darurat bekerja berdasarkan perubahan cahaya

(5)

3. Ketika tidak terkena cahaya, hambatan LDR besar dan menaikkan tyegangan sehingga LED mati.

4. Potensiometer berfungsi untuk mengatur sensitivitas LDR terhadap cahaya.

REFERENSI

[1] ―Rangkaian Sensor Cahaya‖

http://rangkaianelektrinika.net/rangkaian-sensor

cahaya.htm [2] ―lilin Elektronik‖

http://www.rudydewanto.com/2010/09/l-i-l-n-elektronik.html.

[3] ‗Faktor-faktor yang mempengaruhi kebutuhan Listrik.‖

http://akhisuhono.com/2010/04/23/faktor-faktor- yang-mempengaruhi-tingkat-kebutuhan-energi-listrik/