Landasan Teori Sensor

5/14/2018 Landasan Teori Sensor - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/landasan-teori-sensor 1/19

5

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.



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 DB-

25. 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 IC-

74LS374 yang output enablenya secara permanen diset LOW, sehingga data

hanya dapat lewat secara satu arah saja. Sedangkan untuk computer Bi-

Directional 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

FOTO

TRANSISTOR

RLOAD

10K

22K

1M

Q1

Q2

12V

Gambar 2.7 Foto Transistor sebagai detektor penggerak RLOAD (relay)

2.7.4 Karakteristik Foto Transistor

VCE

IC

1

2

3

4

5

VOLT

mA

0

2

3

4

10 20

L = 5 mW/cm

L = 4 mW/cm

L = 1 mW/cm

L = 3 mW/cm

L = 2 mW/cm

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

Documents

Landasan Teori Sensor