5 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Sensor Sensor adalah peralatan

BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Sensor
Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk merubah suatu besaran fisik
menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian listrik tertentu.
Hampir seluruh peralatan elektronik yang ada mempunyai sensor didalamnya. Pada
saat ini, sensor tersebut telah dibuat dengan ukuran sangat kecil. Ukuran yang sangat
kecil ini sangat memudahkan pemakaian dan menghemat energi.
Sensor merupakan bagian dari transducer yang berfungsi untuk melakukan
sensing atau “merasakan dan menangkap” adanya perubahan energi eksternal yang
akan masuk ke bagian input dari transducer, sehingga perubahan kapasitas energi
yang ditangkap segera dikirim kepada bagian konvertor dari transducer untuk dirubah
menjadi energi listrik. Berikut adalah macam - macam sensor :
1. Sensor cahaya adalah alat yang digunakan untuk merubah besaran cahaya
menjadi besaran listrik. Prinsip kerja dari alat ini adalah mengubah energi foton
menjadi elektron. Salah satu penggunaannya yang paling populer adalah kamera
digital.
2. Sensor suhu adalah alat yang digunakan untuk merubah besaran panas menjadi
besaran listrik. Ada beberapa metode yang digunakan untuk membuat sensor ini,
salah satunya dengan cara menggunakan material yang berubah hambatannya
terhadap arus listrik sesuai dengan suhunya.
5
6
2.2 Transducer
2.2.1 Pengertian
Transducer adalah alat yang berfungsi untuk mengubah suatu bentuk energi
tertentu ke dalam bentuk energi lain, dalam hal ini biasanya selalu diubah
kedalam bentuk energi listrik. Alasan mengapa energi listrik yang berupa arus
atau tegangan listrik ini merupakan pilihan yang paling banyak digunakan antara
lain :
1. Energi listrik paling mudah untuk di-manipulasi, artinya mudah diatur dan
dirubah baik dari segi bentuknya, frekuensinya, maupun kegunaannya.
2. Energi listrik mudah untuk disimpan atau jika dalam bentuk analog akan di
simpan dalam baterai dan jika bentuknya adalah digital akan disimpan dalam
memori.
2.2.2 Klasifikasi Transducer
Transducer dapat diklasifikasikan berdasarkan cara pengubahan energi
sinyal keluaran atau berdasarkan bidang pemakaian, dan dibagi menjadi:
1. Active Transducer adalah jenis transducer yang mampu menghasilkan energi
listrik sendiri, contohnya : foto sel, termokopel dan lain-lain.
2. Passive Transducer adalah jenis transducer yang memerlukan catu daya
(power supply) eksternal untuk dapat bekerja, contohnya : Thermistor,
Fototransistor dan lain-lain.
7
2.3 Kapasitor
2.3.1 Pengertian Kapasitor
Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan
listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan
oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya
udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi
tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu
kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif
terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir
menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke
ujung kutub positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif.
Muatan elektrik ini "tersimpan" selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung
kakinya.
Gambar 2.1 Prinsip dasar Kapasitor
8
2.3.2 Kapasitansi
Kapasitansi didefenisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk
dapat menampung muatan elektron. Coulombs pada abad 18 menghitung bahwa
1 coulomb = 6.25 x 1018 elektron. Kemudian Michael Faraday membuat
penemuan bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika
dengan tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs.
Kapasitor terdiri dari beberapa tipe tergantung dari bahan dielektriknya, untuk
lebih sederhana dapat dibagi menjadi tiga bagian yaitu :
1. Kapasitor ElektroStatic adalah kelompok kapasitor yang dibuat dengan bahan
dielektrik dari keramik, film, dan mika. Keramik dan mika adalah bahan yang
popular seta murah untuk membuat kapasitor yang kapasitansinya kecil,
tersedia dari besaran pF sampai beberapa uF yang biasanya untuk aplikasi
rangkaian yang berkenaan dengan frekuensi tinggi.
2. Kapasitor Elektrolytic adalah kelompok kapasitor - kapasitor yang bahan
dielektriknya berupa lapisan metal-oksida. Umumnya kapasitor yang
termasuk kelompok ini adalah kapasitor polar dengan tanda (+) dan (-) di
badannya. Kapasitor ini dapat memiliki polaritas dikarenakan proses
pembuatannya menggunakan elektrolisa sehingga terbentuk kutub positif
anoda dan kutub negatif katoda.
9
Gambar 2.2 Kapasitor Elco
3. Kapasitor Elektrochemical. Yang termasuk kapasitor jenis ini adalah batere
dan accu. Pada kenyataannya batere dan accu adalah kapasitor yang sangat
baik, karena memiliki kapasitansi yang besar dan arus bocor (leakage current)
yang sangat kecil. Tipe kapasitor jenis ini juga masih dalam pengembangan
untuk mendapatkan kapasitansi yang besar namun kecil dan ringan, misalnya
untuk applikasi mobil elektrik dan telepon selular.
Kerusakan umum pada kapasitor diantaranya adalah :
a) Kering (kapasitasnya berubah)
b) Konsleting
c) Meledak, yang dikarenakan salah dalam pemberian tegangan positif dan
negatifnya, jika batas maksimum voltase dilampaui juga bisa meledak.
2.4 Resistor
Resistor adalah suatu komponen elektronika yang dapat digunakan untuk
menentukan besarnya suatu tegangan atau menentukan besar kecilnya kuat arus pada
10
rangkaian. Resistor dapat dikelompokkan dalam dua golongan yaitu yang
berkestabilan tinggi dan rendah, resistor dengan kestabilan rendah besarnya tahanan
akan banyak berubah sepanjang waktu hidupnya dan dapat diperkirakan bahwa
resistor berkestabilan rendah jauh lebih murah harganya. Sedangkan resistor yang
mempunyai kestabilan tinggi besar nilai tahanannya tidak banyak berubah sepanjang
waktu hidupnya dan mempunyai harga yang relatif lebih mahal.
Besarnya nilai tahanan resistor dinyatakan dengan ohm (  ) yang mempunyai
kegunaan sebagai berikut :
1. Pembangkit potensial listrik, maksudnya tahanan ini bisa menimbulkan potensial
listrik dengan nilai tertentu.
2. Memperkecil tegangan listrik, maksudnya dengan pemasangan ini bisa berhasil
menurunkan tegangan listrik dari sumber listrik.
3. Memperkecil arus listrik, maksudnya jika dipasang tahanan dalam rangkaian
kawat maka akibatnya arus listrik yang akan mengalir menjadi lebih kecil.
4. Pembagi tegangan listrik, maksudnya dengan pemakaian tahanan ini akan berhasil
membagi tegangan listrik dari suatu sumber listrik, tetapi bila hasil pembagian itu
dijumlahkan akan sama dengan tegangan sumbernya.
11
Adapun mengenai macam-macam tahanan sebagai berikut :
1. Tahanan Kawat
Tahanan ini terbuat dari logam campuran yaitu manganin atau konstanta. Tahanan
ini biasa digunakan pada temperatur tinggi dan tahanan ini mempunyai daya
berkisar 1 watt – 50 watt.
2. Tahanan Arang
Tahanan ini dibuat dengan cara melapiskan suatu bahan arang tipis pada batang
isolator dan mempunyai daya ¼ watt, ½ watt dan 1 watt. Jenis tahanan ini adalah
tahanan yang paling banyak digunakan.
Adapun besar kecilnya nilai tahanan pada tahanan arang ini bisa diketahui
dengan melihat warna pada resistor tersebut. Warna pada resistor tersebut merupakan
suatu kode untuk menghitung besarnya nilai tahanan dan nilai toleransi pada resistor
tersebut.
Gambar 2.3 Resistor
12
Tabel 2.1 Nilai Kode Warna pada Tahanan.
Warna
I
II
III
IV
Hitam
0
0
-
-
Coklat
1
1
1
-
Merah
2
2
2
2%
Orange
3
3
3
-
Kuning
4
4
4
-
Hijau
5
5
5
-
Biru
6
6
6
-
Ungu
7
7
7
-
Abu-abu
8
8
8
-
Putih
-
-
-
-
Emas
-
-
-
5%
Perak
-
-
-
10%
Tidak Ada Warna
20%
Penjelasan dari kode warna tahanan tersebut adalah sebagai berikut:
Kode I, menyatakan angka ke satu
Kode II, menyatakan angka ke dua
Kode III, menyatakan banyaknya nol, misalnya 3 berarti = 000.
Kode IV, menyatakan nilai toleransi atau batas antara nilai tahanan terbesar
dengan tahanan terkecil.
13
Misalkan diketahui warna tahanan terdiri dari merah-hijau-orange-emas,
berarti nilai resistansinya = 25.000 ohm ± 5% = 25 K ± 5%. Maka nilai maksimal dari
resistansinya = 25.000 + (25.000 x 5%) = 26.250 ohm dan nilai minimal dari
resistansinya = 25.000 – (25.000 x 5%)= 23.750 ohm.
2.5 Rangkaian Regulator
Rangkaian penyearah sudah cukup bagus jika tegangan bolak - balik kecil,
namun ada masalah stabilitas. Jika tegangan PLN naik atau turun, maka tegangan
outputnya juga akan naik atau turun. Seperti rangkaian penyearah di atas, jika arus
semakin besar ternyata tegangan DC keluarnya juga ikut turun. Untuk beberapa
aplikasi perubahan tegangan ini cukup mengganggu sehingga diperlukan komponen
aktif yang dapat meregulasi tegangan keluaran ini menjadi stabil, oleh karena itu
diperlukan suatu rangkaian regulator.
Rangkaian regulator yang paling sederhana ditunjukkan pada gambar 2.4.
Pada rangkaian ini, zener bekerja pada daerah breakdown, sehingga menghasilkan
tegangan output yang sama dengan tegangan zener atau Vout = Vz. Namun rangkaian
ini hanya bermanfaat jika arus beban tidak lebih dari 50mA.
Gambar 2.4 Regulator Zener
14
Saat ini sudah banyak dikenal komponen seri 78XX sebagai regulator
tegangan tetap positif dan seri 79XX yang merupakan regulator tegangan tetap
negative, komponen ini biasanya sudah dilengkapi dengan pembatas arus dan juga
pembatas suhu. Komponen ini hanya tiga pin dan dengan menambah beberapa
komponen saja sudah dapat menjadi rangkaian catu daya yang ter-regulasi dengan
baik.
2.6 Parallel Port
Ketika IBM memperkenalkan IBM PC (Personal Computer) pada tahun
1981, parallel port disertakan didalamnya sebagai alternatif dari serial port. Fungsi
parallel port ketika itu hanya untuk menghubungkan komputer dengan printer, atau
dengan kata lain port parallel pada waktu itu bersifat uni-directional (hanya mampu
mengalirkan data satu arah) walaupun kemampuan komputer meningkat, ternyata
tidak ada perubahan pada arsitektur parallel port, sehingga transfer data maksimum
tetap terbatas pada 150 KBps yang hanya memungkinkan panjang kabel maksimum 2
meter.
Oleh karena perkembangan teknologi maka kebutuhan akan konektifitas
komputer dengan piranti eksternal menjadi meningkat, tidak hanya antara komputer
dengan printer saja namun juga dengan disk drive portable dan CD ROM. Maka pada
tahun 1994 muncul standar baru parallel port yang masih kompatibel dengan parallel
port sebelumnya namun lebih handal karena mampu menangani transfer data hingga
15
1 MBps, panjang kabel hingga 10 meter (maksimum) dan juga komunikasi dua arah
(Bi-directional).
Ada dua macam konektor untuk port parallel, yaitu konektor 36 pin yang
dikenal dengan nama Centronics dan konektor 25 pin yang dikenal dengan nama DB25. Centronics lebih dahulu ada daripada DB-25, dimana pertama kalinya IBM
memperkenalkan DB-25 ketika memperkenalkan IBM-PC, karena DB-25 lebih
praktis maka untuk konektor port parallel ke komputer pada saat ini hanya digunakan
DB-25, sedangkan konektor Centronics dipasangkan pada port printer. Jadi biasanya
Centronics terpasang pada pihak Printer dan DB-25 terpasang pada pihak komputer.
Pasangan konektor untuk komputer dan printer yang berupa pasangan Centronics
(printer) dan DB-25 (komputer) dapat dilihat pada gambar 2.5 dan 2.6 di bawah ini :
Gambar 2.5 DB-25 (25 pin)
Gambar 2.6 Centronics (36 pin)
16
Untuk lebih jelasnya deskripsi sinyal pada port parallel dapat dilihat tabel
Tabel 2.2 dibawah ini :
Tabel 2.2 : Pin port Parallel
17
Dari 25 pin konektor DB-25 tersebut hanya 17 pin yang digunakan untuk saluran
pembawa informasi dan yang berfungsi sebagai ground (GDN) ada 8 pin. Ke-17
saluran informasi tersebut terbagi menjadi 3 bagian, yaitu:
1. Saluran DATA terdiri dari 8 bit
2. Saluran STATUS terdiri dari 5 bit
3. Saluran CONTROL terdiri dari 4 bit
2.6.1 Bi-Directional Port
Pada port parallel yang uni-directional (satu arah) terdapat di dalamnya IC74LS374 yang output enablenya secara permanen diset LOW, sehingga data
hanya dapat lewat secara satu arah saja. Sedangkan untuk computer BiDirectional yang memiliki port parallel dua arah menggunakan IC 74LS244
sebagai buffer dua arah.
2.6.2 Enhanced Parallel Port (EPP)
Setelah parallel port yang ada dirasakan tidak memadai, maka
perkembangan berikutnya adalah diciptakan parallel port jenis EPP, Enhanced
Parallel Port oleh Intel, Xircom dan Zenith Data System dengan tujuan untuk
meningkatkan kinerja parallel port. Kemampuan transfer data menjadi 500 kBps –
2 MBps serta bersifat bi-directional (dua arah).
Protokol EPP memiliki 4 macam siklus transfer data yang berbeda, yaitu :
1. Data READ
: Pembacaan Data
2. Address Read
: Pembacaan Alamat
18
3. Data Write
: Penulisan Data
4. Addrress Write : Penulisan Alamat
2.6.3 Extended Capability Port
Perkembangan parallel port berikutnya adalah diperkenalkan Extended
Capability Port (ECP), yaitu sebuah protokol yang di ajukan oleh Microsoft dan
Hawlet Packard sebagai mode lanjutan untuk berkomunikasi dengan periferal
jenis scanner dan printer modern.
2.7 Output TTL (Transistor-Transistor Logic)
Dalam elektronika, TTL berbasis pada penggunaan transistor, yang mana
sebuah transistor dapat dapat dipekerjakan dalam 3 kondisi, yaitu :
1. Kondisi Aktif
Kondisi Aktif adalah kondisi transistor yang dipekerjakan pada daerah
linier, dan biasanya digunakan sebagai penguat (amplifier) gelombang, baik
itu gelombang audio, maupun gelombang radio. Sinyal masukan yang lemah
akan diperkuat oleh transistor yang berfungsi sebagai penguat dan hasilnya
akan diumpankan kepada tingkat penguat berikutnya atau disalurkan ke
saluran transmisi.
2. Kondisi Cut-Off
Kondisi Cut-Off, adalah kondisi transistor yang dipekerjakan sebagai
saklar, dimana pada kondisi cut-off, tidak ada arus yang mengalir, atau
arusnya sangat kecil sekali mengalirnya baik melalui kolektor maupun
19
melalui emiter. Karena tidak ada arus yang mengalir atau kecil sekali, maka
seolah-olah kondisi transistor dalam keadaan sebuah saklar atau switch yang
“terputus” atau (OFF).
3. Kondisi Saturasi (jenuh)
Kondisi Saturasi (jenuh), adalah kondisi transistor yang dipekerjakan
sebagai SWITCH atau saklar, dimana pada kondisi saturasi ini arus yang
mengalir melalui kolektor dan emiter dalam keadaan yang sebesar-besarnya,
sehingga dalam keadan ini transistor seolah-olah merupakan sebuah saklar
atau switch yang tertutup (ON).
2.7.1 Transistor sebagai Saklar (switch)
Untuk dapat meggunakan transistor sebagai saklar (switch) digital maka
transistor harus dipekerjakan pada daerah Saturasi dan Cut-Off secara bergantian.
Daerah saturasi untuk mendapatkan logic-LOW dan daerah cut-off untuk
mendapatkan logic-HIGH, atau sebaliknya daerah cut-off untuk mendapatkan
logic-LOW dan daerah Saturasi untuk mendapatkan logic-HIGH bergantung pada
konfigurasi rangkaian transistor yang digunakan. Ada 2 jenis konfigurasi yang
digunakan untuk switch pada transistor yaitu :
a.
Common Emitter
: 1. Logic HIGH, kondisi cut-off.
2. Logic LOW, kondisi saturasi.
b.
Common collector : 1. Logic HIGH, kondisi saturasi.
2. Logic LOW, kondisi cut-off.
20
2.7.2 Tegangan TTL-Level
Pada umumnya level tegangan yang digunakan untuk operasional sebuah
komputer mikro seperti IBM-PC adalah TLL-Level, dimana TTL-Level dimiliki 2
level tegangan logic, yaitu : 1. Logic HIGH = + 5 V dan 2. Logic LOW = 0 V
sehingga baik sinyal data maupun sinyal sinyal kontrol lainya dalam komputer
mikro
biasanya
menggunakan
TTL-Level
ini
sebagai
tegangan
Logic
operasionalnya.
2.7.3 Foto Transistor
Foto transistor merupakan jenis transducer foto yang dapat merubah
besarnya arus listrik jika pada permukaan sensor dari foto transistor tersebut
disinari cahaya, akibat adanya kuantitas cahaya inilah yang akan merubah arus
listrik yang akan lewat bagian kolektor dan emiter foto transistor tersebut,
kemudian arus listrik yang berubah inilah yang dimanfaatkan untuk mengetahui
keadaan dari variabel yang akan diukur.
Aplikasi dari foto transistor banyak ditemukan pada peralatan-peralatan
otomatis yang cara kerjanya dipengaruhi oleh intensitas cahaya yang jatuh ke
permukaan sensornya. Untuk selanjutnya peralatan otomatis peka cahaya tadi
dapat dimanfaatkan sebagai alat sekuriti atau alat pengendali peka cahaya lainnya.
Berikut ini adalah salah satu bentuk rangkaian aplikasi foto transistor sebagai
penggerak relay.
21
10K
Q2
1M
12V
22K
FOTO
TRANSISTOR
Q1
RLOAD
Gambar 2.7 Foto Transistor sebagai detektor penggerak RLOAD (relay)
2.7.4 Karakteristik Foto Transistor
IC
mA
4
L = 5 mW/cm
5
4
L = 4 mW/cm
3
L = 3 mW/cm
L = 2 mW/cm
3
2
2
L = 1 mW/cm
10
0
VCE
1
20
VOLT
Gambar 2.8 Karakteristik Foto Transistor
22
Keterangan:
Gambar 2.8 di atas merupakan Family - Curve atau kumpulan kurva
yang menyatakan hubungan arus Kolektor dan tegangan Kolektor-Emiter dari
foto transistor tertentu. Terlihat bahwa semakin tinggi intensitas cahaya (L)
dengan jarak 1 cm dari sumber, arus Kolektor IC akan meningkat pada setiap nilai
intensitas tertentu. Contoh : Untuk suatu nilai VCE tertentu, jika nilai L
bertambah besar, maka arus kolektor juga akan meningkat tinggi. Hal ini
menunjukkan tingkat sensitivitas foto transistor akan semakin meningkat jika
intensitas cahaya yang jatuh ke permukaan semakin tinggi (semakin besar dan
terang).
2.8 Webcam
Webcam (singkatan dari web camera) merupakan salah satu perangkat
multimedia yang terdiri dari sebuah kamera digital yang didukung perangkat lunak
guna melakukan manajemen gambar dan suara, sehingga webcam mampu melakukan
proses Video View, Video Caputure dan Video Save. Webcam juga sebutan bagi
kamera real-time (bermakna keadaan pada saat ini juga) yang gambarnya bisa diakses
atau dilihat melalui World Wide Web, program instant messaging, atau aplikasi video
call. Istilah "webcam" juga merujuk kepada jenis kamera yang digunakan untuk
keperluan ini. Ada berbagai macam merek webcam diantaranya LogiTech,
SunFlowwer, dan sebagainya. Webcam biasanya beresolusi sebesar 352x288 /
640x480 piksel. Namun ada yang kualitasnya hingga 1 Megapiksel.
23
Gambar 2.9 Contoh gambar Webcam