UNIT II

TRANSDUSER ‘TERANG-GELAP’ BERPENGUAT

TRANSISTOR SEBAGAI SAKLAR

I. Tujuan Percobaan

1. Mengetahui dan mempelajari sifat-sifat dan karakteristik komponen-

komponen sensor-transduser detektor “on-off” berbasis limit-switch dan

magnet switch,

2. Mengetahui dan mempelajari penggunaan komponen-komponen sensor-

transduser dengan penguat berbasis transistor,

3. Mengamati dan membandingkan sifat-sifat dan karakteristik dari

komponen-komponen sensor-transduser.

II. Dasar Teori

Transistor sebagai saklar

(a) (b) (c)

Gambar 2.1. a. Transistor sebagai saklar elektronis,

b. ditandingkan dengan saklar mekanik kondisi tertutup “ON”,

c. ditandingkan dengan saklar mekanik kondisi terbuka “OFF”.

Gambar 1.1. (a) adalah contoh rangkaian transistor sebagai saklar elektronik, (b)

rangkaian tersebut ditandingkan dengan saklar mekanis dalam kondisi “ON”, dan

(c) kondisi “OFF”.

11

12

Tuntutan perancangan

Perancangan dilakukan dengan jalan menetapkan titik kerja transistor pada

daerah “jenuh” dan “sumbat” rangkaian. Pemilihan nilai-nilai tahanan akan

menentukan titik kerja rangkaian. Dengan menganggap

V RL=V CC............................................................................................(2.1)

RL=RC=V CCIC

.....................................................................................(2.2)

maka besarnya arus kolektor jenuh (titik jenuh) adalah,

IC=V CCRL

.............................................................................................(2.3)

selanjutnya titik sumbat rangkaian terjadi ketika,

V CE=V CC............................................................................................(2.4)

sehingga garis beban rangkaian tersebut dapat dilihat pada Gambar 1.2. besar nilai

komponen sebagai tuntutan perancangan ditentukan dengan persamaan berikut,

V BB≥ IB .T TH+V BE..............................................................................(2.5)

IB=ICβDC

=V BB−V BERTH

..........................................................................(2.6)

RTH=⌈RBB×RBBRB+RBB

⌉.............................................................................(2.7)

V BB=⌈RBB

RB+RBB⌉×V CC......................................................................(2.8)

13

Gambar 2.2. Garis beban dan titik kerja transistor sebagai saklar elektronis,

14

III. Rangkaian Percobaan

A. Alat-alat yang digunakan:

1. Power supplay (0-15V/1A),

2. Multimeter (Ω-Meter),

3. Multimeter (miliAmpere-Meter, mikroAmpere-Meter),

4. Multimeter (miliVolt-Meter, Volt-Meter),

5. Kabel penghubung dan jepit buaya,

6. Photo board atau PCB matrik,

7. ToolSet.

B. Komponen yang digunakan:

No Nama Nilai (type) Jumlah1 LDR 50k 12 Potensiometer 50k 13 Transistor 2N3907 14 Transistor BC108 15 Limit switch 16 Lampu DC 12V/100mA 17 Relay 9V 18 Relay 12V 1

C. Rangkaian percobaan

Gambar 2.3. Rangkaian percobaan

15

D. Langkah percobaan

a. Detektor Aktif-Terang

1. Persiapan seluruh komponen dan alat-alat yang akan digunakan,

serta lembar data isian praktikum laporan sementara “Detektor Aktif

Terang”.

2. Ukur dan cacatlah besar penguatan transistor (βDC=HFE) dengan

menggunakan multimeter yang bisa mengukur nilai penguatan, atau

lihatlah di buku data transistor.

3. Aturlah intensistas lampu belajar DIMMER pada kondisi

minimum/gelap atau suasana normal, ukur dan catatlah kondisi

tersebut dengan menggunakan LUX-METER (suasana ini adalah

kondisi detektor sedang mati/”OFF”).

4. Dekatkan LDR dengan lampu DIMMER pada kondisi nomor 3,

ukur dan catatlah nilai tahanan LDR tersebut sebagai kondisi

detektor dalam kondisi mati/”OFF” atau RELAY tidak bekerja.

5. Ukur dan catatlah nilai tahanan beban (RL) pada kedua ujung

kumparan RELAY dengan OHM-METER.

6. Rakitlah rangkaian percobaan sesuai dengan gambar pada papan

PROTO-BOARD, dan hubungkan VCC dengan sumber tegangan

12V.

7. Pasanglah LDR pada titik “AB”, dan potensiometer pada titik “BC”

dengan nilai kira-kira sama atau lebih kecil sedikit dari nilai

resistansi LDR pada nomor 4 (RVR≥RLDR).

8. Pasanglah beban berupa RELAY pada titik “EF”, dan lampu DC

12V pada sumber VCC=12V melalui RELAY sebagai saklar

pengubung ke sumber ke sumber tersebut.

9. Pada kondisi lampu nomor 3 (terang minimum), aturlah besar nilai

potensiometer (RVR) tersebut sehingga RELAY tepat pada kondisi

mati/”OFF”, ukur dan catatlah besarnya intensitas cahaya dengan

LUX-METER, resistansi RVR, tegangan VBB, arus basis (IB), arus

16

kolektor (IC=IL), tegangan VCE dan tegangan beban (VL) pada lembar

data isian laporan sementara.

10. Aturlah intensitas lampu DIMMER (semakain terang) sedikit demi

sedikit sehingga RELAY tepat mulai aktif/”ON”, ukur dan catatlah

kondisi tersebut seperti pada tahap nomor 9.

11. Ulangi tahap nomor 1 s/d 10 untuk sensor dioda photo dengan

polaritas anoda terhubung ke sumber positif (VCC), dan katoda ke

basis transistor, ukur dan catatlah seperti pada tahap nomor 9.

12. Ulangi tahap nomor 1 s/d 10 untuk sensor transistor photo dengan

polaritas kolektor terhubung ke sumber tegangan ke sumber positif

(VCC), dan emitor ke basis transistor, ukur dan catalah seperti pada

tahap nomor 9.

17

b. Detektor Aktif-Terang

1. Persiapan seluruh komponen dan alat-alat yang akan digunakan,

serta lembar data isian praktikum laporan sementara “Detektor Aktif

Terang”.

2. Ukur dan cacatlah besar penguatan transistor (βDC=HFE) dengan

menggunakan multimeter yang bisa mengukur nilai penguatan, atau

lihatlah di buku data transistor.

3. Aturlah intensistas lampu belajar DIMMER pada kondisi

minimum/gelap atau suasana normal, ukur dan catatlah kondisi

tersebut dengan menggunakan LUX-METER (suasana ini adalah

kondisi detektor sedang mati/”OFF”).

4. Dekatkan LDR dengan lampu DIMMER pada kondisi nomor 3,

ukur dan catatlah nilai tahanan LDR tersebut sebagai kondisi

detektor dalam kondisi mati/”OFF” atau RELAY tidak bekerja.

5. Ukur dan catatlah nilai tahanan beban (RL) pada kedua ujung

kumparan RELAY dengan OHM-METER.

6. Rakitlah rangkaian percobaan sesuai dengan gambar pada papan

PROTO-BOARD, dan hubungkan VCC dengan sumber tegangan

12V.

7. Pasanglah LDR pada titik “AB”, dan potensiometer pada titik “BC”

dengan nilai kira-kira sama atau lebih kecil sedikit dari nilai

resistansi LDR pada nomor 4 (RVR≥RLDR).

8. Pasanglah beban berupa RELAY pada titik “EF”, dan lampu DC

12V pada sumber VCC=12V melalui RELAY sebagai saklar

pengubung ke sumber ke sumber tersebut.

9. Pada kondisi lampu nomor 3 (terang minimum), aturlah besar nilai

potensiometer (RVR) tersebut sehingga RELAY tepat pada kondisi

mati/”OFF”, ukur dan catatlah besarnya intensitas cahaya dengan

LUX-METER, resistansi RVR, tegangan VBB, arus basis (IB), arus

kolektor (IC=IL), tegangan VCE dan tegangan beban (VL) pada lembar

data isian laporan sementara.

18

10. Aturlah intensitas lampu DIMMER (semakain terang) sedikit demi

sedikit sehingga RELAY tepat mulai aktif/”ON”, ukur dan catatlah

kondisi tersebut seperti pada tahap nomor 9.

11. Ulangi tahap nomor 1 s/d 10 untuk sensor dioda photo dengan

polaritas anoda terhubung ke sumber positif (VCC), dan katoda ke

basis transistor, ukur dan catatlah seperti pada tahap nomor 9.

12. Ulangi tahap nomor 1 s/d 10 untuk sensor transistor photo dengan

polaritas kolektor terhubung ke sumber tegangan ke sumber positif

(VCC), dan emitor ke basis transistor, ukur dan catalah seperti pada

tahap nomor 9.

19

E. Hasil percobaan

a. Detektor Aktif-Terang

Tabel 1.3. Hasil pengujian pada transistor 2N3704

βDC 2N3704=241 RC=RL=160Ω

SENSOR KONDISIC

AH

AY

A

(LU

ME

N) RLDR

(Ω)VLDR

(Volt)

RVR

(Ω)VRVR

(Volt)

IB(mA)

VCE(Volt)

VL(Volt)

IL(mA)

LDR“OFF” 19 8k/0,38 200/0,38 0 9,8 0,1 0

“ON” 121 2,5k/0,75 200/0;75 0,3 0,2 9,8 35

Tabel 1.4. Hasil pengujian pada transistor BC108

βDC BC108=281 RC=RL=160Ω

SENSOR KONDISI

CA

HA

YA

(LU

ME

N) RLDR

(Ω)VLDR

(Volt)

RVR

(Ω)VRVR

(Volt)

IB(mA)

VCE(Volt)

VL(Volt)

IL(mA)

LDR“OFF” 20 6k/9,7 200/0,45 0 9,8 0,1 0

“ON” 125 3k/9,2 200/0,75 0,3 0,1 9,8 40

b. Detektor Aktif-Gelap

Tabel 1.1. Hasil pengujian pada transistor 2N3704

βDC 2N3704=241 RC=RL=160Ω

SENSOR KONDISI

CA

HA

YA

(LU

ME

N) RVR

(Ω)VRVR

(Volt)

RLDR

(Ω)VLDR

(Volt)

IB(mA)

VCE(Volt)

VL(Volt)

IL(mA)

LDR“OFF” 79 40k/9;2 3k/0,6 0 9,2 0,3 0

“ON” 23 40k/9 5k/0,8 0,67 0,2 9,7 22

Tabel 1.2. Hasil pengujian pada transistor BC108

βDC BC108=281 RC=RL=160Ω

SENSOR KONDISI

CA

HA

YA

(LU

ME

N) RVR

(Ω)VRVR

(Volt)

RLDR

(Ω)VLDR

(Volt)

IB(mA)

VCE(Volt)

VL(Volt)

IL(mA)

LDR “OFF” 88 42k/9;4 2,5k/0,55 0 9,8 0,3 0

“ON” 21 42k/9,2 5k/0,7 0,4 0,2 9,8 25

20

F. Analisa percobaan

Transistor dibias dengan bias pembagi tegangan, resistor yang

digunakan sebagai pembagi tegangan yang dipasangkan dengan LDR

berupa resistor variable. Dengan resistor ini, nilai perbandingan

pembagian tegangan dapat divariasi. Setelah dilakukan percobaan

hubungan antara resistor dan LDR adalah sebagai berikut:

Pada deteksi terang, resistor dipasang ke ground dan LDR dipasang ke

Vcc. Keadaan awal deteksi terang adalah gelap sehingga resistansi LDR

awalnya adalah tinggi.

Dalam keadaan gelap dengan transistor 2N3704, resistor terukur

200Ω dan resistansi LDR terukur 8kΩ. Perbandingan ini memberikan

tegangan basis sebesar:

V BB=0,28,2×10

¿0,24Volt

Melalui pengukuran didapatkan VBB sebesar 0,38 Volt, dengan hasil ini

dapat dibuktikan bahwa tegangan yang kurang dari 0,7 Volt tidak

mampu memicu transistor, sehingga DIMMER dalam keadaan terang

akan membuat lampu indikator padam.

Dalam keadaan terang dengan transistor 2N3704, resistor terukur

200Ω dan resistansi LDR terukur 2,5Ω. Perbandingan ini memberikan

tegangan basis sebesar:

V BB=0,22,7×10

¿0,74Volt

Melalui pengukuran didapatkan VBB sebesar 0,75 Volt, dengan hasil ini

dapat dibuktikan bahwa tegangan yang lebih dari 0,7 Volt akan mampu

memicu transistor, sehingga lampu DIMMER dalam keadaan terang

akan mambuat lampu indikator menyala.

21

Pada deteksi gelap, resistor dipasang ke Vcc dan LDR dipasang ke

ground. Keadaan awal deteksi gelap adalah terang sehingga resistansi

LDR awalnya adalah rendah.

Dalam keadaan terang dengan transistor 2N3704, resistor terukur

40Ω dan resistansi LDR terukur 8kΩ. Perbandingan ini memberikan

tegangan basis sebesar:

V BB=3

43×10

¿0,69Volt

Melalui pengukuran didapatkan VBB sebesar 0,6 Volt, dengan hasil ini

dapat dibuktikan bahwa tegangan yang kurang dari 0,7 Volt tidak

mampu memicu transistor, sehingga DIMMER dalam keadaan terang

akan membuat lampu indikator padam.

Dalam keadaan terang dengan transistor 2N3704, resistor terukur

40Ω dan resistansi LDR terukur 5kΩ. Perbandingan ini memberikan

tegangan basis sebesar:

V BB=5

45×10

¿1,1Volt

Melalui pengukuran didapatkan VBB sebesar 0,8 Volt, dengan hasil ini

dapat dibuktikan bahwa tegangan yang lebih dari 0,7 Volt akan mampu

memicu transistor, sehingga lampu DIMMER dalam keadaan terang

akan mambuat lampu indikator menyala.

Perbedaan penggunaan transistor 2N3704 dan BC108 adalah pada

arus kolektor yang dilewatkan. Transistor BC108 melewatkan arus

kolektor yang lebih besar dibandingkan dengan transistor 2N3704 karena

BC108 mempunyai βDC yang lebih besar dari 2N3704. Secara perhitungan

arus kolektor dapat dihitung sebagai berikut:

IC=βDC×IB

22

Pada percobaan Detektor Gelap dengan transistor 2N3704 saat lampu

indikator menyala, didapatkan arus basis terukur adalah 0,3 mA dengan

βDC sebesar 241 maka arus basis secara perhitungan adalah 72,3 mA.

Pada pengukuran didapatkan nilai 35 mA.

Pada percobaan Detektor Gelap dengan transistor BC108 saat lampu

indikator menyala, didapatkan arus basis terukur adalah 0,3 mA dengan

βDC sebesar 281 maka arus basis secara perhitungan adalah 84,3 mA.

Pada pengukuran didapatkan nilai 40 mA.

Dengan membandingkan kedua hasil percobaan dapat dibuktikan

bahwa dengan arus basis yang sama menghasilkan arus kolektor yang

berbeda. Namun keduanya terpaut cukup jauh dari nilai teorinya, hal ini

karena secara praktis, setelah dikenakan beban kemampuan transistor

melewatkan arus kolektor menurun.

G. Kesimpulan

Detektor aktif gelap yang dipraktekkan berhasil diwujudkan dengan

komponen sensor menggunakan LDR dan transistor sebagai saklar.

Transistor dibias dengan bias pembagi tegangan yang didapatkan dari

pembagian tegangan antara LDR dan resistor. Detektor Aktif-Terang

dengan memasang LDR ke Vcc dan resistor ke ground, sedangkan

Detektor Aktif-Gelap dengan memasang resistor ke Vcc dan LDR ke

ground.

Agar dapat mendeteksi suatu tingkat cahaya ruang yang mewakili

keadaan terang dan gelap, resistor variabel harus diatur untuk

mendapatkan perbandingan “limit” terhadap LDR dan terhadap keadaan

terang dan gelap. Setelah ditetapkan, selanjutnya penentu perbadingan

tegangan adalah resistansi LDR yaitu ketika diberikan pencahayaaan yang

dianggap gelap dan terang.