BAB II TEORI DASAR

BAB II
TEORI DASAR
Pada bab ini dibahas tentang teori dasar dan gambaran umum sensor infrared, photodioda,
(UPS ) dan rangkaian elektronika.
2.1 Gambaran Umum
Sering kali kita mendengar berbagai macam istilah sensor seperti sensor infrared, photo
diode, cahaya, suara, suhu dll. Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk merubah suatu
besaran fisik menjadi besaran listrik sehingga dapat di analisa dengan rangkaian listik
tertentu. Hampir seluruh peralatan elektronik yang ada saat ini mempunyai sensor
didalamnya. Pada saat ini sensor pun semakin berkembang dengan ukuran yang sangat kecil,
ukuran yang sangat kecil ini sangat memudahkan pemakaian dan penghematan energy. Sensor
merupakan bagian dari transducer yang berfungsi untuk melakukan sensing atau “merasakan
& menangkap” adanya perubahan energy eksternal yang akan masuk ke bagian input dari
transducer, sehingga perubahan kapasitas energy yang ditangkap segera di kirim kepada
bagian konvertor dari transduser untuk di ubah menjadi energy listrik.
Sensor photodioda adalah diode yang bekerja berdasarkan intensitas cahaya, jika
photodioda terkena cahaya maka photodioda bekerja seperti diode pada umumya, tetapi jika
tidak mendapat cahaya maka photodioda akan berperan seperti resistor dengan nilai tahanan
yang besar sehingga arus listrik tidak dapat mengalir.
Photodioda merupakan sensor cahaya semikonduktor yang dapat mengubah besaran
cahaya menjadi besaran listrik, photodioda merupakan sebuah dioda dengan sambungan p-n
yang dipengaruhi cahaya dalam kerjanya, cahaya yang dapat dideteksi oleh photodioda ini
mulai dari infra merah, cahaya tampak, ultra ungu sampai dengan sinar-X.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Sensor infrared adalah komponen elektronika yang dapat mengidentifikasi cahaya infra
merah (infra red, IR). Sensor infra merah atau detektor infra merah saat ini ada yang dibuat
khusus dalam satu module dan dinamakan sebagai IR Detector Photomodules. IR Detector
Photomodules merupakan sebuah chip detektor inframerah digital yang di dalamnya terdapat
fotodiode dan penguat (amplifier). Sensor infrared banyak diaplikasikan sebagai pengontrol
jarak jauh, seperti remote peralatan elektronik seperti TV, AC, DVD/CD dll. Infrared juga
bisa digunakan untuk pemindah atau atau pengirim data dengan jarak yang dekat, contoh dari
aplikasi ini adalah pengaman rumah yang menggunakan sensor infrared. Cahaya infrared itu
tidak bisa di lihat oleh mata manusia, karena mata manusia hanya bisa meliahat cahaya yang
mempunyai panjang gelombang antara 400nm sampai 700nm namun bisa di bantu dengan
alat kamera yang mampu melihat cahaya infrared.
Gambar 2.1 Sensor Infrared & Sensor Photo Dioda
2.2 UPS (Uninterruptible Power Supply)
Uninterruptible atau lebih dikenal dengan sebutan UPS adalah suatu alat yang berfungsi
sebagai buffer antara power supply dengan peralatan elektronik yang kita gunakan seperti
computer, printer, modem dsb. Bila ada gangguan, atau dengan kata lain daya suplai terputus,
maka UPS akan segera bekerja dalam waktu sesingkat mungkin sehingga peralatan elektronik
yang kita miliki tidak mengalami kerusakan. Dalam hal ini UPS berfungsi sebagai suplai daya
baru (back up dari suplai daya utama).
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.2 Bentuk Fisik UPS 650 VA
Mengapa kita harus kita harus memasang UPS pada peralatan – peralatan elektronik
yang kita miliki karena sering terjadi suplai daya PLN terputus secara tiba – tiba atau suplai
daya tidak normal akibat tegangan lebih, tegangan kurang dan tegangan kedip yang di
sebabkan karena gangguan petir dsb. Alangkah ruginya kita bila data – data berharga hasil
pekerjaan yang telah kita kerjakan di computer hilang akibat suplai daya tiba – tiba terputus.
2.2.1 Baterrai
Jenis baterrai UPS yang diguanakan adalah jenis lead – acid (tegangan nominal 2,0
volt per sel) dan jenis nikel – cadmium (tegangan nominal 1,2 volt per sel) baterrai ini mampu
menjadi sumber tegangan cadangan selama 15 sampai 30 menit.
2.2.2 Rectifier (Penyearah)
Rectifier ini berfungsi sebagai converter tegangan bolak – balik AC ke tegangan
searah DC ini diteruskan ke inverter. Selain untuk penyearah alat ini juga berfungsi sebagai
muatan baterrai ( mencharger baterrai ). Pada umumnya charger harus punya kemampuan
mengalirkan daya out put sebesar 125 – 130%, pengisian arus batterai sebesar 80% dari rating
keluaran arus baterrai beban penuh dan dihindari mengisi muatan baterrai melebihi batas
kemampuan arusnya kerena dapat mempercepat usangnya beterrai.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.2.3 Inverter
Inverter berfungsi mengubah arus DC dari baterei menjadi arus AC ke peralatan yang
dilindungi UPS. Tegangan keluaran dari inverter ini akan di hubungkan dengan beban –
beban kritikal load. Tegangan yang keluar dari inverter di jaga kestabilan amplitude,
frekuensi, distori yang rendah dan tidak ada transient. Kuliatas tegangan UPS di ukur dari
keluaran tegangan inverter ini.
2.3 Rangkaian Elektronika
Pada modul ini penulis akan membeberkan komponen – komponen yang terdapat dalam
rangkaian elektronika di alat pengaman rumah antara lain meliputi.
2.3.1 Transistor
Transistor berasal dari kata transfor-resistor, yang artinya tahanan pengalih. Tahanan
pengalih disini artinya transistor mampu untuk mengalihkan arus masukan bertahanan rendah
ke keluaran tahanan tinggi.Transistor bipolar biasanya digunakan sebagai saklar dan penguat
pada rangkaian elektronika analog & digital. Ada tiga terminal yang dimiliki transistor. Tiga
kaki yang berlainan tersebut membentuk transistor bipolar, yaitu emiter, basis, colector. Tugas
emiter adalah mencatu pembawa muatan ke sambungan dengan basis, sedangkan colector
tugasnya memindahkan pembawa muatan dari sambungannya dengan basis dan basis sebagai
trigger atau pemicunya. Transistor terdiri dari logam semikonduktor dengan lapisan tipe N
dan tipe P secara bergantian yang banyak terbuat dari bahan silikon. Kedua tipe itu dapat
dikombinasikan menjadi transistor berjenis N-P-N atau P-N-P.
Gambar 2.3 (a) Symbol Transistor NPN
(b) Symbol Transistor PNP
Pada rangkaian saklar/switching elektronik, sinyal inputnya berlogika 1 (5 volt) atau 0 (0
volt). Nilai ini selalu dipakai pada basis transistor dengan kolektor dan emiter sebagai
http://digilib.mercubuana.ac.id/
penghubung untuk pemutus (short) atau sebagai pembuka rangkaian (open circuit). Aturan /
prosedur transistor adalah sebagai berikut :

Pada transistor NPN, pemberian tegangan positif dari basis ke emitor menyebabkan kolektor
dan emitor terhubung singkat sehingga transistor aktif (on). Dengan memberikan tegangan
negatif atau 0 volt dari basis ke emitor menyebabkan hubungan kolektor dan emitor terbuka
atau OFF sehingga dapat dikatakan transistor ini merupakan transistor active high.

Pada transistor PNP, memberikan tegangan negatif dari basis ke emoitor akan menyalakan
transistor (on), sedangkan pemberian tegangan positif dari basis ke emitor akan menyebabkan
transistor mati (OFF) sehingga dapat dikatakan transistor active low.
2.3.2 Resistor
Kalau kita perhatikan hampir semua rangkaian elektronika pada umumnya hampir
semuanya menggunakan komponen yang disebut resistor atau tahanan listrik. Resistor pada
dasarnya digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam suatu rangkaian.
Kemampuan resistor dalam menghambat arus listrik sangat beragam disesuaikan dengan nilai
resistansi resistor tersebut. Resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon.
Satuan resistansi dari suatu resistor disebut Ohm atau dilambangkan dengan simbol Ω
(Omega).
R
Gambar 2.4 Resistor & Symbolnya
Cara membaca kode warna resistan dari gelang warna yang paling depan kearah gelang
toleransi berwarna coklat, merah, emas, perak. Biasanya warna gelang toleransi ini pada badan
resistor yang paling pojok atau juga pada lebar yang paling menonjol, sedangkan warna gelang
yang pertama agak sedikit kedalam.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Dengan demikian pemakai sudah langsung mengetahui berapa toleransi dari resistor
tersebut bila telah dapat menentukan mana gelang yang pertama selanjutnya adalah membaca
nilai resistansinya. Jumlah gelang yang melingkar pada resistor umumnya sesuai dengan besar
toleransinya . biasanya resistor dengan toleransi 5%, 10% atau 20% memiliki tiga gelang (
tidak termasuk gelang toleransi ). Besarnya nilai tahanan dari sebuah resistor ditentukan dengan
kode warna sebagai berikut :
Tabel 2.1 Standarrisasi Kode Warna Resistor.
Warna
Nilai
Faktor pengali
Toleransi
Hitam
0
1
Coklat
1
10
1%
Merah
2
100
2%
Orange
3
1.000
Kuning
4
10.000
Hijau
5
100.000
Biru
6
106
Ungu
7
107
Abu-abu
8
108
Putih
9
109
Emas
-
0,1
5%
Perak
-
0,01
10%
Tanpa
-
-
20%
warna
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Sebagai contoh misalnya pada sebuah resistor tertera kode warna sebagai berikut :
coklat
hitam
merah
Coklat
:
1
Hitam
:
0
Merah
:
x 100
Emas
:
Toleransi 5%
Nilai pelawan
emas
: 10 x 100
: 1000 Ohm, toleransi 5%
: 1k
Gambar 2.5 Contoh perhitungan kode warna
Resistor juga mempunyai symbol –symbol standar yang di gunakan di dunia.
Table 2.2 Symbol Standar Variable Resistor di Dunia
Resistor Tetap
Standar
AS dan Jepang
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Eropa
2.3.3
Kapasitor & Elco (Electrolytic Condenser)
Kapasitor & Elco juga banyak di gunakan di rangkaian elektronika ke dua komponen
yang biasa di sebut kondensator dan mempunyai dua kutub kaki berpolaritas positif dan
negative.
Kondensator atau sering disebut sebagai kapasitor adalah suatu alat yang dapat
menyimpan energy di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan
internal dari muatan listrik. Kondensator memiliki satuan yang disebut Farad dari nama
Michael Faraday. Kondensator juga dikenal sebagai "kapasitor", namun kata "kondensator"
masih dipakai hingga saat ini. Pertama disebut oleh Alessandro Volta seorang ilmuwan Italia
pada tahun 1782 (dari bahasa Itali condensatore), berkenaan dengan kemampuan alat untuk
menyimpan suatu muatan listrik yang tinggi dibanding komponen lainnya. Kebanyakan
bahasa dan negara yang tidak menggunakan bahasa Inggris masih mengacu pada perkataan
bahasa Italia "condensatore", bahasa Perancis condensateur, Indonesia dan Jerman
Kondensator atau Spanyol Condensador.
Kapasitansi dari kondensator dapat ditentukan dengan rumus:
: Kapasitansi
: permitivitas hampa
: permitivitas relatif
: luas pelat
:jarak antar pelat/tebal
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Fungsi kapasitor adalah untuk menyimpan arus/tegangan listrik. Untuk arus DC
kapasitor berfungsi sebagai isulator/penahan arus listrik, sedangkan untuk arus AC berfungsi
sebagai
konduktor/melewatkan
arus
listrik.
Dalam penerapannya kapasitor digunakan sebagai filter/penyaring,perata tegangan DC pada
pengubah
AC
to
DC,pembangkit
gelombang
ac
atau
oscilator
dsb.
Nilai kapasitor dapat kita lihat pada tulisan yang terdapat pada body-nya, misalnya
10 uF/16 V artinya nilai kapasitor itu adalah 10 mikro Farad dan bisa bekerja pada tegangan
maximal 16 V,jika melebihi 16 V maka kapasitor ini akan mengalami 'break down' alias
ko'it:-).
Farad adalah satuan nilai kapasitas dari kapasitor
Table 2.3 Satuan Kapasitansi Kondensator
1. Pikofarad
(
)
2. Nanofarad
(
)
3. Microfarad
(
)
Kondensator elektrolit atau Electrolytic Condenser sering disingkat Elco adalah
kondensator yang biasanya berbentuk tabung, mempunyai dua kutub kaki berpolaritas positif
dan negative, ditandai oleh kaki yang panjang positif sedangkan yang pendek negative atau
yang dekat tanda minus ( - ) adalah kaki negative. Nilai kapasitasnya dari 0,47 µF
(mikroFarad) sampai ribuan mikroFarad dengan voltase kerja dari beberapa volt hingga
ribuan volt.
Gambar 2.6 Kapasitor & Elco (Electrolytic Condenser)
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Fungsi Elco dalam rangkaian elektronika Rangkaian PCB adalah di gunakan untuk
mengetahui nilai kapasitas sebuah elco dalam satuan uF (mikro Farad). Fungsi Elco sering di
sebut sebagai kapasitor, di dalam kapasitor polar memiliki dua kutub yang berbeda pada tiap
kakinya, yaitu kaki (-) dan kaki (+). Fungsi Elco juga dapat di bilang sebagai penyimpan arus
listrik DC. Kapasitor elco di bagi menjadi 2 jenis, yaitu kapasitor polar dan kapasitor bipolar /
non polar. Pembagian ini berdasarkan pada polaritas (kutub positif dan negatif) dari masing
masing kapasitor.
2.3.4 Dioda
dioda adalah komponen aktif bersaluran dua (diode termionik mungkin memiliki
saluran ketiga sebagai pemanas). Dioda mempunyai dua electrode aktif dimana isyarat listrik
dapat mengalir, dan kebanyakan diode digunakan karena karakteristik satu arah yang
dimilikinya. Dioda juga merupakan piranti non-linier karena grafik arus terhadap tegangan
bukan berupa garis lurus, hal ini karena adanya potensial penghalang (Potential Barrier).
Ketika tegangan dioda lebih kecil dari tegangan penghambat tersebut maka arus dioda akan
kecil, ketika tegangan dioda melebihi potensial penghalang arus dioda akan naik secara cepat.
Gambar 2.7 Dioda
Dioda Zener selalu dioperasikan pada daerah Breakdown Voltage, dan
pemasangannya pada posisi reverse Bias, untuk memperoleh tegangan konstan sebesar
tegangan pada Dioda Zener.
Karena pemakaiannya yang demikian, maka Dioda Zener berfungsi untuk menjaga
http://digilib.mercubuana.ac.id/
kesetabilan tegangan Output dengan nilai yang konstan. Untuk itu Zener dipakai sebagai
regulator Fixed Voltage.
Gambar 2.8 Dioda zener & simbolnya
LED adalah singkatan dari Light Emiting Dioda, merupakan komponen yang dapat
mengeluarkan emisi cahaya.
LED merupakan produk temuan lain setelah dioda. Strukturnya juga sama dengan dioda,
tetapi belakangan ditemukan bahwa elektron yang menerjang sambungan P-N juga
melepaskan energi berupa energi panas dan energi cahaya monokromatik., dan biasa
digunakan sebagai indikator sebuah rangkaian. Pada bidang robotika LED sering digunakan
sebagai sensor.
Gambar 2.9 LED Light Emiting Dioda & Symbolnya
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.3.5 Relay
Relay merupakan piranti kontrol untuk membuka dan menutup kontak. Ada dua
macam relay, yaitu relay AC dan relay DC. Perbedaan antar relay AC dengan relay DC secara
fisik adalah pada shadded pole untuk relay AC yang berguna untuk memperluas permukaan
medan magnet sehingga jumlah fluks yang melintasi gap bertambah banyak. Relay AC lebih
lambat daripada relay DC. Relay mempunyai kontak yang bermacam-macam bahan dan
rating arus yang digunakan untuk arus yang lebih besar biasanya dengan tipe kontak single
button atau bifurcated (mempunyai dua permukaan dengan tahanan kontak kecil) dan untuk
arus yang kecil menggunakan tipe kontak crossbar. Kontak crossbar dibuat dari bahan emas
untuk mengurangi oksidasi. Pada rangkaian tingkat rendah (milivolt atau mikrovolt). Kontak
dengan bahan campuran logam mulia digunakan untuk mengurangi oksidasi.
Gambar 2.10 Relay
Pancaran bunga api kontak sering terjadi pada rangkaian DC daripada rangkaian AC.
Karena pada rangkaian AC tegangan pada setiap setengah siklus dan akan mengantarkan
pancaran yang terjadi pada bunga api ini akan menyebabkan terjadinya penyempitan pada
permukaan kontak (metal). Untuk memperkecil pancaran bunga api ini digunakan rangkaian
kapasitor atau rangkaian serial kapasitor dengan resistor. Dengan menggunakan rangkaian ini,
bila kontaknya terbuka beban induktifnya akan membangkitkan tegangan yang menyebabkan
hilangnya medan listrik. Tegangan ini mengakibatkan kapasitor terisi dan pancaran bunga api
dapat dihindari. Penempatan resistor digunakan untuk membatasi arus pelepasan kapasitor
bila kontak tertutup kembali. Untuk menentukan besarnya harga kapasitor (C) dan besarnya
tahanan (R) adalah sebagai berikut :
http://digilib.mercubuana.ac.id/
C = I2/10 dan R = 0.1V/F
Dimana :
I : Besarnya arus listrik maksimum yang melalui kontak (Amp)
V : Besarnya tegangan pada rangkaian terbuka (Volt)
C : Besarnya kapasitas kapasitor (F)
Masalah
lain
yang
perlu
diperhatikan
dalam
menginstalasi
relay
adalah
menghilangkan medan magnet pada kumparan relay yang akan menimbulkan tegang
transient. Untuk menghilangkan tegangan transient ini maka digunakan rangkaian dioda,
zener dioda atau rangkaian RC.
2.4 Saklar atau Switch
Saklar atau Switch adalah sebuah alat yang berfungsi sebagai penghubung dan pemutus
arus listrik, dalam rangkaian elektronika dan rangkaian listrik. Saklar berfungsi untuk
menghubungkan dan memutuskan arus listrik yang mengalir dari sumber tegangan
menuju beban output atau dari sebuah sistem ke sistem yang lain.
Saklar sebenarnya mempunyai banyak jenis dan typenya masing – masing, tetapi Pada
rangkaian pengaman rumah penulis menggunakan saklar DPDT ( Dua terminal sentral
akan terhubung ke salah satu terminal pasangannya dan terputus ke terminal
pasangannya yang lain dalam satu kondisi ) seperti pada gambar 2.11.
JENIS SAKLAR (SWITCH)
SIMBOL SAKLAR
CONTOH FISIK
Saklar
DPDT
Dua terminal sentral akan terhubung ke salah
satu terminal pasangannya dan teputus ke
terminal pasangannya yang lain dalam satu
kondisi.
Gambar 2.11 Jenis, Symbol dan bentuk fisik Saklar (Switch)
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.4.1 Fuse
Fuse adalah alat pengaman listrik yang paling familiar dan sering kita jumpai. Fuse
terpasang dalam rangkaiaan listrik tersusun secara seri, sehingga jika terlewati arus yang
melebihi kapasitas kerja dari fuse tersebut, maka fuse akan terbakar dan memutus arus yang
ada dalam rangkaian tersebut. Element penghantar yang terdapat dalam fuse tersebut akan
meleleh, dan memutus rangkaian listrik tersebut sebagai pengaman terhadap komponenkomponen lain dalam rangkaian listrik tersebut dari bahaya arus besar.
Jika kita dapati fuse yang telah terbakar atau putus elementnya kita harus
menggantinya dengan yang baru, tetapi yang perlu diingat adalah penggantian dengan
kapasitas arus yang sama. Jika menggantinya dengan kapasitas arus yang lebih besar maka
akan berakibat kerusakan pada rangkaian listrik tersebut, karena jika ada arus lebih dalam
rangkaian tersebut, fuse tidak akan putus atau terbakar.
Gambar 2.12 Bentuk fisik Fuse
http://digilib.mercubuana.ac.id/