BAB II DASAR TEORI
advertisement
4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Cahaya Cahaya merupakan gelombang transversal yang termasuk gelombang elektromagnetik. Cahaya dapat merambat dalam ruang hampa dengan kecepatan 3 x 108 m/s. Sifat2 cahaya : 1. Dapat mengalami pemantulan (refleksi) 2. Dapat mengalami pembiasan (refraksi) 3. Dapat mengalami pelenturan (difraksi) 4. Dapat dijumlahkan (interferensi) 5. Dapat diuraikan (dispersi) 6. Dapat diserap arah getarnya (polarisasi) 7. Bersifat sebagai gelombang dan partikel 2.1.1 Spektrum Cahaya Spektrum optik (cahaya atau spektrum terlihat atau spektrum tampak) adalah bagian dari spektrum elektromagnetik yang tampak oleh mata manusia. Radiasi elektromagnetik dalam rentang panjang gelombang ini disebut sebagai cahaya tampak atau cahaya saja. Tidak ada batasan yang tepat dari spektrum optik; mata normal manusia akan dapat menerima panjang gelombang dari 400 sampai 700 nm, meskipun beberapa orang dapat menerima panjang gelombang dari 380 sampai 780 nm (atau dalam frekuensi 790-400 terahertz). Mata yang telah beradaptasi dengan cahaya biasanya memiliki sensitivitas maksimum di sekitar 555 nm, di wilayah hijau dari spektrum optik. Warna pencampuran seperti pink atau ungu, tidak terdapat dalam spektrum ini karena warna-warna tersebut hanya akan didapatkan dengan mencampurkan beberapa panjang gelombang. 5 Meskipun spektrum optik adalah spektrum yang kontinu sehingga tidak ada batas yang jelas antara satu warna dengan warna lainnya, tabel berikut memberikan batas kira-kira untuk warna-warna spectrum. Gambar 2.1 Spektrum Warana 2.1.2 Indeks Bias Indeks bias pada medium didefinisikan sebagai perbandingan antara kecepatan cahaya dalam ruang hampa udara dengan cepat rambat cahaya pada suatu medium Secara matematis, indeks bias dapat ditulis: dimana: n = indeks bias c = kecepatan cahaya dalam ruang hampa (299,792,458 meter/detik) vp = cepat rambat cahaya pada suatu medium Indeks bias tidak pernah lebih kecil dari 1 atau (n ≥ 1). Jika seberkas cahaya datang dan membentuk sudut terhadap permukaan, maka berkas cahaya tersebut ada yang dibelokkan sewaktu memasuki medium baru tersebut, dimana pembelokan itu disebut dengan pembiasan. 6 2.2 Semikonduktor Semikonduktor adalah listrik yang berada sebuah di bahan dengan konduktivitas antara insulator dan konduktor. Sebuah semikonduktor bersifat sebagai insulator pada temperatur yang sangat rendah, namun pada temperatur ruangan besifat sebagai konduktor. Bahan semikonduksi yang sering digunakan adalah silikon, germanium, dan gallium arsenide. Semikonduktor sangat berguna dalam bidang elektronik, karena konduktansinya yang dapat diubah-ubah dengan menyuntikkan materi lain (biasa disebut materi doping). Salah satu alasan utama kegunaan semikonduktor dalam elektronik adalah sifat elektroniknya dapat diubah banyak dalam sebuah cara terkontrol dengan menambah sejumlah kecil ketidakmurnian. Ketidakmurnian ini disebut dopant. Doping sejumlah besar ke semikonduktor dapat meningkatkan konduktivitasnya dengan faktor lebih besar dari satu milyar. Dalam sirkuit terpadu modern, misalnya, polycrystalline silicon didopberat seringkali digunakan sebagai pengganti logam. Alat Semikonduktor atau semiconductor devices, adalah sejumlah komponen elektronik yang menggunakan sifat-sifat materi semikonduktor, yaitu Silikon, Germanium, dan Gallium Arsenide. Alat-alat semikonduktor zaman sekarang telah menggantikan alat thermionik (seperti tabung hampa). Alat-alat semikonduktor ini menggunakan konduksi elektronik dalam bentuk padat (solid state), bukannya bentuk hampa (vacuum state) atau bentuk gas (gaseous state). Alat-alat semikonduktor dapat ditemukan dalam bentuk-bentuk dicrete (potongan) seperti transistor, diode, dll, atau dapat juga ditemukan sebagai bentuk terintegrasi dalam jumlah yang sangat besar (jutaan) dalam satu keping Silikon yang dinamakan Sirkuit terpadu (IC). 7 2.2.1 Dioda Dioda ditemukan oleh J.A Fleming pada tahun 1904, seorang ilmuwan dari inggris (1849-1945). Mungkin bagi anda seorang yang hobby dengan elektronika atau seorang sarjana elektro, mungkin sudah sangat familiar dengan komponen elektronika yang namanya dioda. Bahkan untuk memahami cara kerjanya mungkin sangat mudah sekali. Dioda adalah salah satu komponen yang sangat sering digunakan seperti halnya resistor dan kapasitor. Secara sederhana sebuah dioda bisa kita asumsikan sebuah katup, dimana katup tersebut akan terbuka manakala air yang mengalir dari belakang katup menuju kedepan, sedangkan katup akan menutup oleh dorongan aliran air dari depan katup. Atau untuk bisa lebih mengetahui teori dasar dari diode Dioda disimbolkan dengan gambar anak panah yang pada ujungnya terdapat garis yang melintang. Gambar 2,2 Simbol Dioda Dalam elektronika, dioda adalah komponen aktif bersaluran dua (dioda termionik mungkin memiliki saluran ketiga sebagai pemanas). Dioda mempunyai dua elektroda aktif dimana isyarat listrik dapat mengalir, dan kebanyakan dioda digunakan karena karakteristik satu arah yang dimilikinya. Sifat kesearahan yang dimiliki sebagian besar jenis dioda seringkali disebut karakteristik menyearahkan. Fungsi paling umum dari dioda adalah untuk memperbolehkan arus listrik mengalir dalam suatu arah (disebut kondisi panjar maju) dan untuk menahan arus dari arah sebaliknya (disebut kondisi panjar mundur). Karenanya, dioda dapat dianggap sebagai versi elektronik dari katup pada transmisi cairan. Dioda sebenarnya tidak menunjukkan kesearahan hidup-mati yang sempurna (benar-benar menghantar saat panjar maju dan menyumbat pada 8 panjar mundur), tetapi mempunyai karakteristik listrik tegangan-arus tak linier kompleks yang bergantung pada teknologi yang digunakan dan kondisi penggunaan. Beberapa jenis dioda juga mempunyai fungsi yang tidak ditujukan untuk penggunaan penyearahan. Awal mula dari dioda adalah peranti kristal Cat's Whisker dan tabung hampa (juga disebut katup termionik). Saat ini dioda yang paling umum dibuat dari bahan semikonduktor seperti silikon atau germanium. Walaupun dioda kristal (semikonduktor) dipopulerkan sebelum dioda termionik, dioda termionik dan dioda kristal dikembangkan secara terpisah pada waktu yang bersamaan. Prinsip kerja dari dioda termionik ditemukan oleh Frederick Guthrie pada tahun 1873. Sedangkan prinsip kerja dioda kristal ditemukan pada tahun 1874 oleh peneliti Jerman, Karl Ferdinand Braun.Pada waktu penemuan, peranti seperti ini dikenal sebagai penyearah (rectifier). Pada tahun 1919, William Henry Eccles memperkenalkan istilah dioda yang berasal daridi berarti dua, dan ode (dari δος) berarti "jalur". Simbol tersebut sebenarnya adalah sebagai perwakilan dari cara kerja dioda itu sendiri. Pada pangkal anak panah disebut juga sebagai anoda (kaki positif = P) dan pada ujung anak panah disebut sebagai katoda (kaki negative = N). Gambar 2.3 Bias maju dioda Gambar di atas merupakan gambar karakteristik dioda pada saat diberi bias maju. Lapisan yang melintang antara sisi P dan sisi N diatas disebut sebagai lapisan deplesi (depletion layer), pada lapisan ini terjadi proses keseimbangan hole dan electron. Secara sederhana cara kerja dioda pada 9 saat diberi bias maju adalah sebagai berikut, pada saat dioda diberi bias maju, maka electron akan bergerak dari terminal negative batere menuju terminal positif battery (berkebalikan dengan arah arus listrik). Elektron yang mencapai bagian katoda (sisi N dioda) akan membuat electron yang ada pada katoda akan bergerak menuju anoda dan membuat depletion layer akan terisi penuh oleh electron, sehingga pada kondisi ini dioda bekerja bagai kawat yang tersambung Gambar 2.4 Bias mundur dioda Berkebalikan dengan bias maju, pada bias mundur electron akan bergerak dari terminal negative batere menuju anoda dari dioda (sisi P). Pada kondisi ini potensial positif yang terhubung dengan katoda akan membuat electron pada katoda tertarik menjauhi depletion layer, sehingga akan terjadi pengosongan pada depletion layer dan membuat kedua sisi terpisah. Pada bias mundur ini dioda bekerja bagaikan kawat yang terputus dan membuat tegangan yang jatuh pada dioda akan sama dengan tegangan supply. Untuk dioda yang terbuat dari bahan Silikon tegangan konduksi adalah di atas 0.7 volt. Kira-kira 0.3 volt batas minimum untuk dioda yang terbuat dari bahan Germanium. 10 Gambar 2.5 Grafik arus Dioda Berikut adalah beberapa macam dioda yang sering ditemukan : 1. Dioda Bridge (4 buah dioda penyearah) 2. Dioda Zener (Sebagai penstabil tegangan) 3. LED (Light Emiting Dioda) 4. 7 – Segment, dll Pada umunya dioda dibuat dari bahan semikonduktor sbb : 1. Silicon, tegangan yang jatuh pada saat bias maju adalah 0,7 volt. 2. Germanium, tegangan yang jatuh pada saat bias maju adalah 0,3 volt Pada umunya yang dimaksud dengan rangkaian penyearah adalah rangkaian yang berfungsi untuk menjadikan gelombang yang mempunyai lebih dari satu arah menjadi gelombang satu arah. Sebagai contoh sinyal yang berbentuk sinusoidal dan mempunyai dua arah gelombang, yaitu arah dari kutub positif ke negative dan arah dari negatf ke positif, kemudian dijadikan gelombang yang mempunyai satu arah saja dengan menggunakan rangkaian penyearah. Untuk menyearahkan gelombang biasanya digunakan dioda, Ada dua metode untuk yang digunakan yaitu metode penyearah setengah gelombang (Half-Wave Rectifier) dan penyearah gelombang penuh (Full-Wave Rectifier). 11 2.2.2 Transistor Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya. Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal. Tegangan atau arus yang dipasang di satu terminalnya mengatur arus yang lebih besar yang melalui 2 terminal lainnya. Transistor adalah komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil, dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori, dan komponen-komponen lainnya. Dari banyak tipe-tipe transistor modern, pada awalnya ada dua tipe dasar transistor, bipolar junction transistor (BJT atau transistor bipolar) dan field-effect transistor (FET), yang masing-masing bekerja secara berbeda. Transistor bipolar dinamakan demikian karena kanal konduksi utamanya menggunakan dua polaritas pembawa muatan: elektron dan lubang, untuk membawa arus listrik. Dalam BJT, arus listrik utama harus melewati satu daerah/lapisan pembatas dinamakan depletion zone, dan ketebalan lapisan ini dapat diatur dengan kecepatan tinggi dengan tujuan untuk mengatur aliran arus utama tersebut. FET (juga dinamakan transistor unipolar) hanya menggunakan satu jenis pembawa muatan (elektron atau hole, tergantung dari tipe FET). Dalam FET, arus listrik utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit dengan depletion zone di kedua sisinya (dibandingkan dengan transistor bipolar dimana daerah Basis memotong arah arus listrik utama). Dan 12 ketebalan dari daerah perbatasan ini dapat dirubah dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal konduksi tersebut. Lihat artikel untuk masing-masing tipe untuk penjelasan yang lebih lanjut. Secara umum, transistor dapat dibeda-bedakan berdasarkan banyak kategori: 1. Materi semikonduktor: Germanium, Silikon, Gallium Arsenide 2. Kemasan fisik: Through Hole Metal, Through Hole Plastic, Surface Mount, IC, dll 3. Tipe: UJT, BJT, JFET, IGFET (MOSFET), IGBT, HBT, MISFET, V MOSFET, MESFET, HEMT, SCR serta pengembangan dari transistor yaitu IC (Integrated Circuit) dan lain-lain. 4. Polaritas: NPN atau N-channel, PNP atau P-channel 5. Maximum kapasitas daya: Low Power, Medium Power, High Power 6. Maximum frekwensi kerja: Low, Medium, atau High Frequency, RF transistor, Microwave, dll 7. Aplikasi: Amplifier, Saklar, General Purpose, Audio, Tegangan Tinggi, dll BJT (Bipolar Junction Transistor) adalah salah satu dari dua jenis transistor. Cara kerja BJT dapat dibayangkan sebagai dua dioda yang terminal positif atau negatifnya berdempet, sehingga ada tiga terminal. Ketiga terminal tersebut adalah emiter (E), kolektor (C), dan basis (B). Perubahan arus listrik dalam jumlah kecil pada terminal basis dapat menghasilkan perubahan arus listrik dalam jumlah besar pada terminal kolektor. Prinsip inilah yang mendasari penggunaan transistor sebagai penguat elektronik. Rasio antara arus pada koletor dengan arus pada basis biasanya dilambangkan dengan β atau hFE. β biasanya berkisar sekitar 100 untuk transistor-transisor BJT. 13 Gambar 2.6 Simbol –simbol transistor Pada tulisan tentang semikonduktor telah dijelaskan bagaimana sambungan NPN maupun PNP menjadi sebuah transistor. Telah disinggung juga sedikit tentang arus bias yang memungkinkan elektron dan hole berdifusi antara kolektor dan emitor menerjang lapisan base yang tipis itu. Sebagai rangkuman, prinsip kerja transistor adalah arus bias baseemiter yang kecil mengatur besar arus kolektor-emiter. Bagian penting berikutnya adalah bagaimana caranya memberi arus bias yang tepat sehingga transistor dapat bekerja optimal. Ada tiga cara yang umum untuk memberi arus bias pada transistor, yaitu rangkaian CE (Common Emitter), CC (Common Collector) dan CB (Common Base). Namun saat ini akan lebih detail dijelaskan bias transistor rangkaian CE. Dengan menganalisa rangkaian CE akan dapat diketahui beberapa parameter penting dan berguna terutama untuk memilih transistor yang tepat untuk aplikasi tertentu. Tentu untuk aplikasi pengolahan sinyal frekuensi audio semestinya tidak menggunakan transistor power, misalnya. Dari hukum Kirchhoff diketahui bahwa jumlah arus yang masuk kesatu titik akan sama jumlahnya dengan arus yang keluar. Jika teorema tersebut diaplikasikan pada transistor, maka hukum itu menjelaskan hubungan : IE = IC + IB ........(1) 14 Gambar 2.7 Aliran arus diode Pada tabel data transistor (databook) sering dijumpai spesikikasiadc (alpha dc) yang tidak lain adalah : adc = IC/IE ..............(3) Defenisinya adalah perbandingan arus kolektor terhadap arus emitor. Karena besar arus kolektor umumnya hampir sama dengan besar arus emiter maka idealnya besaradc adalah = 1 (satu). Namun umumnya transistor yang ada memilikiadc kurang lebih antara 0.95 sampai 0.99. Beta didefenisikan sebagai besar perbandingan antara arus kolektor dengan arus base. b = IC/IB ............. (4) Dengan kata lain,b adalah parameter yang menunjukkan kemampuan penguatan arus (current gain) dari suatu transistor. Parameter ini ada tertera di databooktransistor dan sangat membantu para perancang rangkaian elektronika dalam merencanakan rangkaiannya. Misalnya jika suatu transistor diketahui besarb=250 dan diinginkan arus kolektor sebesar 10 mA, maka berapakah arus bias base yang diperlukan. Tentu jawabannya sangat mudah yaitu : IB = IC/b = 10mA/250 = 40 uA Arus yang terjadi pada kolektor transistor yang memiliki b = 200 jika diberi arus bias base sebesar 0.1mA adalah : IC = b IB = 200 x 0.1mA = 20 mA 15 Dari rumusan ini lebih terlihat defenisi penguatan arus transistor, yaitu sekali lagi, arus base yang kecil menjadi arus kolektor yang lebih besar. Daerah kerja transistor yang normal adalah pada daerah aktif, dimana arus IC konstans terhadap berapapun nilai VCE. Dari kurva ini diperlihatkan bahwa arus IChanya tergantung dari besar arus IB. Daerah kerja ini biasa juga disebut daerah linear (linear region). Jika hukum Kirchhoff mengenai tegangan dan arus diterapkan pada loop kolektor (rangkaian CE), maka dapat diperoleh hubungan : VCE = VCC - ICRC .............. (6) Dapat dihitung dissipasi daya transistor adalah : PD = VCE.IC ............... (7) Rumus ini mengatakan jumlah dissipasi daya transistor adalah tegangan kolektor-emitor dikali jumlah arus yang melewatinya. Dissipasi daya ini berupa panas yang menyebabkan naiknya temperatur transistor. Umumnya untuk transistor power sangat perlu untuk mengetahui spesifikasi PDmax. Spesifikasi ini menunjukkan temperatur kerja maksimum yang diperbolehkan agar transistor masih bekerja normal. Sebab jika transistor bekerja melebihi kapasitas daya PDmax, maka transistor dapat rusak atau terbakar. Daerah saturasi adalah mulai dari VCE = 0 volt sampai kira-kira 0.7 volt (transistor silikon), yaitu akibat dari efek dioda kolektor-base yang mana tegangan VCEbelum mencukupi untuk dapat menyebabkan aliran elektron. Jika kemudian tegangan VCC dinaikkan perlahan-lahan, sampai tegangan VCE tertentu tiba-tiba arus IC mulai konstan. Pada saat perubahan ini, daerah kerja transistor berada pada daerah cut-off yaitu dari keadaan saturasi (OFF) lalu menjadi aktif (ON). Perubahan ini dipakai pada system digital yang hanya mengenal angka biner 1 dan 0 yang tidak lain dapat direpresentasikan oleh status transistor OFF dan ON. 16 Gambar 2.8 Rangkaian LED Misalkan pada rangkaian driver LED di atas, transistor yang digunakan adalah transistor dengan b = 50. Penyalaan LED diatur oleh sebuah gerbang logika (logic gate) dengan arus output high = 400 uA dan diketahui tegangan forward LED, VLED = 2.4 volt. Lalu pertanyaannya adalah, berapakah seharusnya resistansi RLyang dipakai. IC = bIB = 50 x 400 uA = 20 mA Arus sebesar ini cukup untuk menyalakan LED pada saat transistor cut-off. Tegangan VCE pada saat cut-off idealnya = 0, dan aproksimasi ini sudah cukup untuk rangkaian ini. RL = (VCC - VLED - VCE) / IC = (5 - 2.4 - 0)V / 20 mA = 2.6V / 20 mA = 130 Ohm Dari kurva kolektor, terlihat jika tegangan VCE lebih dari 40V, arus IC menanjak naik dengan cepat. Transistor pada daerah ini disebut berada pada daerah breakdown. Seharusnya transistor tidak boleh bekerja pada daerah ini, karena akan dapat merusak transistor tersebut. Untuk berbagai jenis transistor nilai tegangan VCEmax yang diperbolehkan sebelum breakdown bervariasi. VCEmax pada databook transistor selalu dicantumkan juga. Perhitungan-perhitungan di atas banyak menggunakan aproksimasi dan penyederhanaan. Tergantung dari keperluannya, untuk perhitungan lebih rinci dapat juga dilakukan dengan tidak mengabaikan efek-efek bahan seperti resistansi, tegangan jepit antar junction dan sebagainya. 17 2.3 Light Emitting Diode ( LED ) Dioda cahaya atau lebih dikenal dengan sebutan LED (lightemitting diode) adalah memancarkan cahaya monokromatik suatu semikonduktor yang yang tidakkoheren ketika diberi tegangan maju. Gambar 2.9 Simbol LED Gejala ini termasuk bentuk elektroluminesensi. Warna yang dihasilkan bergantung pada bahan semikonduktor yang dipakai, dan bisa juga ultraviolet dekat atauinframerah dekat. Sebuah LED adalah sejenis dioda semikonduktor istimewa. Seperti sebuah dioda normal, LED terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh, atau di-dop, dengan ketidakmurnian untuk menciptakan sebuah struktur yang disebut p-n elektron dan lubang mengalir ke junction. junction Pembawa-muatan dari - elektroda dengan voltase berbeda. Ketika elektron bertemu dengan lubang, dia jatuh ke tingkat energi yang lebih rendah, dan melepas energi dalam bentuk photon. Panjang gelombang dari cahaya yang dipancarkan, dan oleh karena itu warnanya, tergantung dari selisih pita energi dari bahan yang membentuk p-n junction. Sebuah dioda normal, biasanya terbuat dari silikon atau germanium, memancarkan cahaya tampak inframerah dekat, tetapi bahan yang digunakan untuk sebuah LED memiliki selisih pita energi antara cahaya inframerah dekat, tampak, dan ultraungu dekat. 18 Gambar 2.10 Cara kerja LED Tidak seperti lampu kecenderungan polarisasi. pijar dan neon, Chip LED LED mempunyai mempunyai kutub positif dan negatif (p-n) dan hanya akan menyala bila diberikan arus maju. Ini dikarenakan LED terbuat dari bahan semikonduktor yang hanya akan mengizinkan arus listrik mengalir ke satu arah dan tidak ke arah sebaliknya. Bila LED diberikan arus terbalik, hanya akan ada sedikit arus yang melewati chip LED. Ini menyebabkan chip LED tidak akan mengeluarkan emisi cahaya. Chip LED pada umumnya mempunyai tegangan rusak yang relatif rendah. Bila diberikan tegangan beberapa volt ke arah terbalik, biasanya sifat isolator searah LED akan jebol menyebabkan arus dapat mengalir ke arah sebaliknya. Karakteristik chip LED pada umumnya adalah sama dengan karakteristik dioda yang hanya memerlukan tegangan tertentu untuk dapat beroperasi. Namun bila diberikan tegangan yang terlalu besar, LED akan rusak walaupun tegangan yang diberikan adalah tegangan maju. Tegangan yang diperlukan sebuah dioda untuk dapat beroperasi adalah tegangan maju (Vf). Sirkuit LED dapat didesain dengan cara menyusun LED dalam posisi seri maupun paralel. Bila disusun secara seri, maka yang perlu diperhatikan adalah jumlah tegangan yang diperlukan seluruh LED dalam rangkaian tadi. Namun bila LED diletakkan dalam keadaan paralel, maka 19 yang perlu diperhatikan menjadi jumlah arus yang diperlukan seluruh LED dalam rangkaian ini. Menyusun LED dalam rangkaian seri akan lebih sulit karena tiap LED mempunyai tegangan maju (Vf) yang berbeda. Perbedaan ini akan menyebabkan bila jumlah tegangan yang diberikan oleh sumber daya listrik tidak cukup untuk membangkitkan chip LED, maka beberapa LED akan tidak menyala. Sebaliknya, bila tegangan yang diberikan terlalu besar akan berakibat kerusakan pada LED yang mempunyai tegangan maju relatif rendah. Pada umumnya, LED yang ingin disusun secara seri harus mempunyai tegangan maju yang sama atau paling tidak tak berbeda jauh supaya rangkaian LED ini dapat bekerja secara baik. Gambar 2.11 Struktur LED Pengembangan LED dimulai dengan alat inframerah dan merah dibuat dengan gallium arsenide. Perkembagan dalam ilmu material telah memungkinkan produksi alat dengan panjang gelombang yang lebih pendek, menghasilkan cahaya dengan warna bervariasi. LED konvensional terbuat dari mineral inorganik yang bervariasi, menghasilkan warna sebagai berikut: 20 - aluminium gallium arsenide (AlGaAs) - merah dan inframerah - gallium aluminium phosphide - hijau - gallium arsenide/phosphide (GaAsP) - merah, oranye-merah, oranye, dan kuning - gallium nitride (GaN) - hijau, hijau murni (atau hijau emerald), dan biru - gallium phosphide (GaP) - merah, kuning, dan hijau - zinc selenide (ZnSe) - biru - indium gallium nitride (InGaN) - hijau kebiruan dan biru - indium gallium aluminium phosphide - oranye-merah, oranye, kuning, dan hijau - silicon carbide (SiC) - biru - diamond (C) - ultraviolet - silicon (Si) - biru (dalam pengembangan) - sapphire (Al2O3) - biru LED biru pertama yang dapat mencapai keterangan komersial menggunakan substrat galium nitrida yang ditemukan oleh Shuji Nakamura tahun 1993sewaktu berkarir di Nichia Corporation di Jepang. LED ini kemudian populer di penghujung tahun 90-an. LED biru ini dapat dikombinasikan ke LED merah dan hijau yang telah ada sebelumnya untuk menciptakan cahaya putih. LED dengan cahaya putih sekarang ini mayoritas dibuat dengan cara melapisi substrat galium nitrida (GaN) dengan fosfor kuning. Karena warna kuning merangsang penerima warna merah dan hijau di mata manusia, kombinasi antara warna kuning dari fosfor dan warna biru dari substrat akan memberikan kesan warna putih bagi mata manusia. LED putih juga dapat dibuat dengan cara melapisi fosfor biru, merah dan hijau di substrat ultraviolet dekat yang lebih kurang sama dengan cara kerja lampu fluoresen. Metode terbaru untuk menciptakan cahaya putih dari LED adalah dengan tidak menggunakan fosfor sama sekali melainkan menggunakan 21 substrat seng selenida yang dapat memancarkan cahaya biru dari area aktif dan cahaya kuning dari substrat itu sendiri 2.4 Light Dependent Resistor ( LDR ) Gambar 2.12 LDR Light Dependent Resistor atau yang biasa disebut LDR adalah jenis Resistor yang nilai nya berubah seiring intensitas cahaya yang diterima oleh komponen tersebut. Biasa digunakan sebagai detektor cahaya atau pengukur besaran konversi cahaya.Light Dependent Resistor, terdiri dari sebuah cakram semikonduktor yang mempunyai dua buah elektroda pada permukaan. Pada saat gelap atau cahaya redup, bahan dari cakram tersebut menghasilkan elektron bebas dengan jumlah yang relatif kecil. Sehingga hanya ada sedikit elektron untuk mengangkut muatan elektrik. Artinya pada saat cahaya redup LDR menjadi konduktor yang buruk, atau bisa disebut juga LDR memiliki resistansi yang besar pada saat gelap atau cahaya redup. Pada saat cahaya terang, ada lebih banyak elektron yang lepas dari atom bahan semikonduktor tersebut. Sehingga akan ada lebih banyak elektron untuk mengangkut muatan elektrik. Artinya pada saat cahaya terang LDR menjadi konduktor yang baik, atau bisa disebut juga LDR memiliki resistansi yang kecil pada saat cahaya terang. 22 Gambar 2.13 Cara Kerja LDR Namun perlu juga diingat bahwa respon dari rangkaian transistor akan sangat tergantung pada nilai LDR yang digunakan. Lebih tinggi nilai tahanan nya akan lebih cepat respon rangkaian. 2.5 Mikrokontroler Mikrokontroller merupakan suatu komponen elektronika yang didalamnya terdapat rangkaian mikroprosesor, memori (RAM/ROM) dan I/O, rangkaian tersebut terdapat dalam level chip atau biasa disebut single chip microcomputer. Pada mikrokontroler sudah terdapat komponen – komponen mikroprosesor dengan bus – bus internal yang saling berhubungan. Komponen – komponen tersebut adalah RAM, ROM, timer, komponen I/O paralel dan serial, dan interrupt kontroller. Adapun keunggulan dari mikrokontroler adalah adanya sistem interrupt. Sebagai perangkat kontrol penyesuaian, mikrokontroler sering disebut juga untuk menaikkan respon semangat ekternal (interrupt) di waktu yang nyata. Perangkat tersebut harus melakukan hubungan switching cepat, menunda satu proses ketika adanya respon eksekusi yang lain. Pada saat ini penggunaan mikrokontroler dapat kita temui pada berbagai peralatan, misalnya peralatan yang terdapat dirumah, seperti telepon digital, microwave oven, televise, mesin cuci, isstem keamanan rumah, PDA, dll. Mikrokontroler dapat digunakan untuk berbagai aplikasi 23 misalnya untuk pengendalian, otomasi industry, akuisisi data, telekomunikasi dan lain-lain. Keuntungan menggunakan mikrokontroler yaitu harganya murah, dapat diprogram berulang kali, dan dapat kita program sesuai dengan keinginan kita. Saat ini keluarga mikrokontroler yang ada dipasaran yaitu Intel 8048,8051 ( MCS51 ), Motorola 68HC11, Microchip PIC, Hitachi H8, ATMEL AVR dan lain-lain. 2.5.1 AVR ATmega 8535 AVR termasuk kedalam jenis mikrokontroler RISC (Reduced Instruction Set Computing) 8 bit. Berbeda dengan mikrokontroler keluarga MCS-51 yang berteknologi CISC (Complex Instruction Set Computing). Pada mikrokontroler dengan teknologi RISC semua instruksi dikemas dalam kode 16 bit (16 bits words) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 clock, sedangkan pada teknologi CISC seperti yang diterapkan pada mikrokontroler MCS-51, untuk menjalankan sebuah instruksi dibutuhkan waktu sebanyak 12 siklus clock. AVR atau sebuah kependekan dari Alf and Vegard’s Risc Processor merupakan chip mikrokontroler yang diproduksi oleh Atmel, yang secara umum dapat dikelompokkan ke dalam 4 kelas : - ATtiny - ATMega - AT89/90Sxx - AT86RFxx Perbedaan yang terdapat pada masing-masing kelas adalah kapasitas memori, peripheral, dan fungsinya. Dalam hal arsitektur maupun instruksinya, hampir idak ada perbedaan sama sekali. Dalam hal ini ATMEGA8535 dapat beroperasi pada kecepatan maksimal 16MHz serta memiliki 6 pilihan mode sleep untuk menghemat penggunaan daya listrik. Arsitektur ATMEGA8535 24 Gambar 2.14 Struktur MC Atmega 8535 Secara garis besar, arsitektur mikrokontroler ATMEGA8535 terdiri dari : - 32 saluran I/O (Port A, Port B, Port C, dan Port D) - 10 bit 8 Channel ADC (Analog to Digital Converter) - 4 channel PWM - 6 Sleep Modes : Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power- 25 down, Standby and Extended Standby - 3 buah timer/counter - Analog comparator - Watchdog timer dengan osilator internal - 512 byte SRAM - 512 byte EEPROM - 8 kb Flash memory dengan kemampuan Read While Write - Unit interupsi (internal & eksternal) - Port antarmuka SPI8535 “memory map” - Port USART untuk komunikasi serial dengan kecepatan maksimal 2,5Mbps - 4.5 sampai 5.5V operation, 0 sampai 16MHz Gambar 2.15 MC Atmega 8535 Gambar 2.16 Lokasi Pin ATmega 8535 26 Keterangan gambar : - VCC = pin masukan catu daya - GND = pin ground - Port A (PA0 – PA7) = pin I/O (bidirectional), pin ADC - Port B (PB0 – PB7) = pin I/O (bidirectional), pin timer/counter, analog comparator, SPI - Port C (PC0 – PC7) = pin I/O (bidirectional), TWI, analog comparator, Timer Oscilator - Port D (PD0 – PD7) = pin I/O (bidirectional), analog comparator, interupsi eksternal, USART - RESET = pin untuk me-reset mikrokontroler - XTAL1 & XTAL2 = pin untuk clock eksternal - AVCC = pin input tegangan ADC - AREF = pin input tegangan referensi ADC.
