LAPORAN PRAKTIKUM

ELEKTRONIKA NUKLIR SEMESTER V, TAHUN AKADEMIK 2012/2013

PRAKTIKUM EN-01

RANGKAIAN SENSOR

ASISTEN PENGAMPU : Satrio Arbiyudho Cesiojakty

Tanggal Praktikum : 16 November 2013

Oleh:

Hardina Dwi Lestari

11/313108/TK/37794

LABORATORIUM SENSOR DAN SISTEM TELEKONTROL

JURUSAN TEKNIK FISIKA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2013

A. Tujuan

1) Memahami karakteristik dan prinsip kerja rangkaian Voltage Divider dan Rangkaian

Jembatan

2) Memahami rangkaian pasif pada pengukuran

3) Memahami aplikasi rangkaian sensor

B. Dasar Teori

Rangkaian sensor adalah jenis dari rangkaian tranduser yang penggunaannya

sebagai pengubah besaran pada sinar / cahaya, mekanis, panas, magnetis, atau kimia;

menjadi sebuah arus listrik dan tegangan. Sensor pada umumnya sering dipakai untuk

mendeteksi sesuatu disaat kita melakukan pendalian ataupun pengukuran.

Suatu sistem sensor atau rangkaian sensor dikatakan baik apabila dapat

digunakan dengan mudah, serta punya hasil pengukuran yang akurat dan dapat

dipercaya.

Jenis-jenis rangkaian sensor dalam prakteknya dilapangan pada umumnya

adalah berupa sensor tekanan, sensor suhu, dan sensor cahaya. Dengan perkembangan

teknologi sekarang ini, sensor-sensor tersebut dibuat dengan ukuran yang sangat kecil

menggunakan orde nanometer. Selain keunggulan dari segi ukuran yang kecil, dengan

sensor sekarang sangatlh mudah pemakaiannya dan hemat energi pula.

Pada praktikum ini digunakan sensor yang berbasis kepada hambatan. Artinya

suatu besaran yang diukur akan diubah menjadi besaran listrik yaitu hambatan.

1) Rangakain Pembagi Tegangan (Voltage Divider)

Rangkaian pembagi tegangan sering digunakan dalam rangkaian untuk

membangkitkan tegangan keluaran tertentu baik yang bernilai tetap maupun

tegangan yang berubah-rubah. Rangkaian ini sering dikombinasikan dengan sensor

tertentu. Diantaranya LDR, FotoDioda, PTC, NTC dan lain-lain. Prinsip kerja dari

rangkaian ini adalah dengan memanfaatkan kombinasi dari kedua hambatan untuk

menghasilkan suatu tegangan tertentu.

Gambar 1. Rangkaian Pembagi Tegangan

Nilai tegangan keluarannya sangat bergantung pada kedua nilai

hambatan, baik R1 maupun R2, ketiganya akan berlaku hubungan :

(

)

Vin : tegangan input

R1 , R2 : hambatan pembagi

Vout : tegangan keluaran yang besarnya sama dengan tegangan pada

R2

R1dan R2 dapat diganti dengan sensor yang nilai resistansinya berubah

terhadap variabel terukur. Hal-hal yang perlu diperhatikan saat menggunakan

rangkaian ini adalah

1. Variasi Vout terhadap R1 dan R2 adalah nonlinear;

2. Impedansi output efektif adalah kombinasi paralel dari R1dan R2.

3. Pada rangkaian pembagi tegangan, laju arus akan melewati

kedua hambatannya, nilainya sama besar dan terjadi disipasi daya oleh kedua

nilai hambatannya.

2) Rangkaian Jembatan (Bridge)

Dasar penggunaan rangkaian jembatan adalah kesetimbangan tegangan pada

setiap bagian hampatan atau impedansi yang akan diukur. Jika terdapat selisih

tegangan pada ujung-ujung Bridge, berarti terdapat ketidaksetimbangan tegangan

padanya. Nilai selisih tegangan tersebut yang nantinya dapat digunakan untuk

mengetahui parameter elektrik sensor.

Rangkaian jembatan digunakan untuk mengkonversikan variasi impedansi

menjadi variasi tegangan. Salah satu keuntungan rangkaian ini adalah tegangan

yang dihasilkan dapat bervariasi sekitar nol. Artinya penguatan dapat digunakan

untuk menaikkan level tegangan sehingga sensivitas terhadap variasi impedansi juga

meningkat. Aplikasi lainnyaa dalah pada ketepatan pengukuran impedansi.

Rangkaian jembatan yang paling sederhana dan paling banyak digunakan adalah

rangkaian jembatan wheatstone. Rangkaian Jembatan Wheatstone adalah susunan

dari komponen komponen elektronika yang berupa resistor dan catu daya.

Jembatan wheatstone merupakan salah satu rangkaian jembatan yang pada

umumnya di gunakan pada pengukuran presisi tahanan dengan nilai sekitar 1 ohm

sampai dengan mega ohm. Rangkaian jembatan wheatstone di gunakan untuk

menghitung resistansi yang tidak di ketahui dengan bantuan dari rangkaian

jembatan. Untuk itu, dua kaki yang di gunakan dalam rangkaian di simpan seimbang

dan satu kaki termasuk resistansi yang tidak di ketahui.

Jembatan wheatstone juga dapat di gunakan untuk mengukur hambatan listrik.

Hambatan sendiri merupakan hasil bagi antara tegangan dengan arus. Rangkaian

jembatan wheatstone tidak memerlukan alat ukur seperti voltmeter dan

amperemeter, cukup menggunakan satu galvanometer untuk melihat apakah ada

arus listrik yang melalui suatu rangkaian.

Berikut adalah analisis rangkaian, diasumsikan impedansi detektor tak terbatas. Pada

kasus ini beda potensial, ΔV antara titik a dan b, adalah

ΔV = Va – Vb

dimana

Va : potensial titik a terhadap c

Vb : potensial titik b terhadap c

Nilai Va dan Vb sekarang dapat dicari dengan memperhatikan bahwa Va adalah hanya

tegangan sumber, V, dibagi antara R1 dan R3

Dengan cara yang sama Vb adalah tegangan yang terbagi diberikan oleh

dengan

V : tegangan sumber jembatan

R1, R2, R3, R4 : resistor-resistor jembatan

Dengan mengombinasikan ketiga persamaan di atas, beda tegangan atau offset

tegangan, dapat ditulis:

Gambar 2 Rangkaian Jembatan

C. Komponen dan Alat Praktikum

Tabel 1. Komponen dan Alat Praktikum

No Komponen dan Alat Spesifikasi Jumlah

1. Resistor

1 KΩ 1

2,2 KΩ 1

3,3 KΩ 1

4,6 KΩ 1

10 KΩ 1

33 KΩ 1

47 KΩ 1

2 Project Board 1

3 Multimeter 1

4 Catu daya DC 1

5 Kabel Secukupnya

6 LDR 1

7 Sensor suhu LM35 1

D. Cara Kerja Praktikum

Rangkaian Pembagi Tegangan

1) Ambil alat dan komponen sesuai dengan tabel 1.

2) Susun rangkaian seperti pada gambar 1.

3) Variasikan nilai hambatan pada variabel resistor dan catat besarnya Vout. (7 variasi resistor).

4) Ulangi langkah 1-3 dengan menggantinilai R dengan LDR dan LM35.

Rangkaian Bridge

1) Ambil alat dan komponen sesuai dengan tabel 1.

2) Susun rangkaian seperti pada gambar 2.

3) Variasikan nilai hambatan pada variabel resistor dan catat besar Vout. (2 variasi resisitor).

E. Hasil dan Perhitungan Praktikum

1) Hasil Praktikum

Tabel 2. Variasi R1dan R2

Vin = 12 V

No. R1 (KΩ) R2 (KΩ) Vout (Volt)

1. 1 2,2 8

2. 2,2 1 3,6

Tabel 3. Variasi Variabel Resistor dan R2

Vin = 12 V R2 = 1 K Ω

No. Variabel Resistor (KΩ) Vout (Volt)

1. 1,7 4,12

2. 2,2 3,58

3. 4,6 2,05

4. 1 5,79

5. 10 1,05

6. 5,6 1,74

7. 3,2 2,73

Tabel 4. Variasi Variabel Resistor dan R1

Vin = 12 V R1 = 2,2 KΩ

No. Variabel Resistor (KΩ) Vout (Volt)

1. 10 9,47

2. 2,2 5,76

3. 33 10,83

4. 3,3 6,89

5. 7,9 9,04

6. 4,6 7,82

7. 37,6 10,92

Tabel 5. Penggantian Resistor dengan LDR

Vin = 12 V

No. R1 (KΩ) R2 (KΩ) Vout (Volt)

1. LDR dibuka 1 2,8

2. LDR ditutup 1 0,2

3. 1 LDR dibuka 9,6

4. 1 LDR ditutup 11,3

Tabel 6. Rangkaian Jembatan

Vin = 12 V

R1 = 1 k Ω

R2 = 1 k Ω

R3 = 1 k Ω

2) Perhitungan Praktikum

a) Voltage Divider

Menggunakan rumus : (

)

Variasi R1 dan R2 (Vin = 12 V)

No. R1 (KΩ) R2 (KΩ)

Vout

(praktikum)

Vout

(perhitungan) Error

1 1 2,2 8 8,25 0,25

2 2,2 1 3,6 3,75 0,15

No. R4 (k Ω) Vout (Volt)

1. 10 4,63

2. 47 5,44

Variasi Variabel Resistor dan R2 (Vin = 12 V ; R2 = 1 KΩ)

No. Variabel

Resistor(KΩ)

Vout

(praktikum)

Vout

(perhitungan) Error

1 1 5,79 6,00 0,21

2 1,7 4,12 4,44 0,32

3 2,2 3,58 3,75 0,17

4 3,2 2,73 2,86 0,13

5 4,6 2,05 2,14 0,09

6 5,6 1,74 1,82 0,08

7 10 1,05 1,09 0,04

Variasi Variabel Resistor dan R1 (Vin = 12 V ; R1 = 2,2 KΩ)

No. Variabel

Resistor(KΩ)

Vout

(praktikum)

Vout

(perhitungan) Error

1 37,6 10,92 11,34 0,42

2 33 10,83 11,25 0,42

3 10 9,47 9,84 0,37

4 7,9 9,04 9,39 0,35

5 4,6 7,82 8,12 0,30

6 3,3 6,89 7,20 0,31

7 2,2 5,76 6,00 0,24

b) Rangkaian Jembatan (Bridge)

Menggunakan rumus :

Vin = 12 V R1= 1 k Ω R2 = 1 k Ω R3 = 1 k Ω

No. R4( KΩ) Vout

(praktikum)

Vout

(perhitungan) error

1 10 4,63 4,91 0,28

2 47 5,44 5,75 0,31

F. Pembahasan

Pada praktikum kali ini, kita melakukan dua pokok percobaan sensor yang

berbasis pada hambatan (suatu besaran yang diukur akan diubah menjadi besaran

listrik yaitu hambatan). Dua pokok percobaan pada praktikum ini adalah rangkaian

pembagi tegangan (voltage divider) dan rangkaian jembatan (Bridge).

Untuk percobaan yang pertama adalah percobaan rangkaian pembagi tegangan

dimana kita merangkai rangkaian alat praktikum seperti gambar.1 dengan

memvariasikan hambatan (R1 dan R2) sesuai dengan apa yang kita inginkan. Dari hasil

perhitungan praktikum pada tabel 1 bisa dilihat bahwa nilai yang didapatkan hasil

praktikum dengan perhitungan analitik mempunyai error yang kecil. Dalam percobaan

pertama ini bisa disimpulkan bahwa semaikn besar nilai R2 maka nilai Vout nya akan

semaikn besar dibanding nilai saat nilai R1 lebih besar. Hal ini terjadi karena rangkaian

pembagi tegangan digunakan dalam rangkaian untuk membangkitkan tegangan

keluaran tertentu baik yang bernilai tetap maupun tegangan yang berubah-rubah dan

secara analitik nilai Vout nya akan mendekati nilai R2 dengan kepastian bahwa nilai Vout

akan lebih kecil dibandingkan nilai Vin karena tegangan yang masuk ke rangkaian

tersebut sudah terbagi-bagi dengan hambatan-hambatan yang ada pada rangkaian

tersebut.

Untuk percobaan yang kedua masih tetap pada percobaan rangkaian pembagi

tegangan cuma yang ini kita memvariasikan nilai R1 sedangkan nilai R2 dijaga tetap.

Melalui hasil perhitungan praktikum (Tabel 2) nilai hasi Vout pada percobaan dan pada

perhitungan memiliki niali error yang kecil. Dari hasil praktikum juga bisa didapatkan

hubungan secara linier yaitu semakin besar nilai R1 dengan kondisi nilai R2 tetap maka

nilai Voutnya akan semakin kecil. Hal ini dikarenakan tegangan masukan yang melewati

R1 terlebih dahulu terbagi nilainya oleh R1 sehingga berpengaruh terhadap nilai yang

dihasilkan oleh Vout.

Untuk percobaan yang ketiga hampir sama dengan percobaan yangkedua Cuma

yang ini nilai R1 yang dijaga tetap dan nilai R2 yang di ubah-ubah. Dari hasil perhitungan

praktikum pada tabel 3 bisa dilihat juga bahwa nilai Vout pada percobaan dan pada

perhitungan memiliki niali error yang kecil. Dari hasil praktikum juga bisa didapatkan

hubungan secara linier yaitu semakin besar nilai R2 dengan kondisi nilai R1 tetap maka

nilai Voutnya akan semakin besar. Hal ini dikarenakan tegangan masukan yang

melewati R2 terbagi nilainya oleh R2 sehingga berpengaruh terhadap nilai yang

dihasilkan oleh Vout. Hal ini juga dikarenakan bahwa nilai tegangan Vout akan sama

dengan tegangan drop pada nilai R2.

Untuk percobaan yang keempat hampir sama dengan percobaan sebelumnya

Cuma ini menggunakan hambatan dan LDR (Light Dependent Resistor). Melaui hasil

praktikum pada tabel 5 dapat di ketahui bahwa saat LDR R1 dibuka nilai Voutnya akan

lebih besar dibanding pada saat LDR R1 ditutup dengan nilai R2 dijaga tetap. Hal

sebaliknya dapat dilihat saat LDR R2 dibuka nilai Voutnya akan lebih kecil dibanding pada

saat LDR R2 ditutup dengan nilai R1 dijaga tetap. Hal ini terjadi sesuai dengan prinsip

kerja LDR yaitu besarnya nilai hambatan pada sensor cahaya LDR tergantung pada besar

kecilnya cahaya yang diterima oleh LDR itu sendiri. Jadi saat LDR pada R1 dibuka maka

nilai Voutnya akan lebih besar saat LDR R1 ditutup karena LDR yang terbuka nilainya

lebih tinggi daripada LDR yang ditutup. Jadi nilai tegangan masukannya terbagi ke LDR

R1 lebih besar sehingga nilai Voutnya tidak terlalu mendekati nilai R2. Sebailknya saat

LDR R1 ditutup maka nilai R1 akan kecil sehingga nilai Vout hanya berpengaruh dengan

nilai R2 dan nilai Voutnya pun mendekati nilai R2 (error 0,8). Hal ini juga berlaku untuk

LDR pada R2 ditutup maupun dibuka.

Untuk percobaan yang kelima adalah percobaan rangkaian jembatan (bridge).

Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui nilai perbedaan tegangan pada ujung-ujung

bridge untuk mengetahui parameter elektrik sensor. Melalui hasil perhitungan

praktikum dapatdilihatbahwa error yang dihasilkanpada masing-masing percobaan kecil

dan hal ini menunjukkan bahwa praktikum berhasil. Dari hasil praktikum juga bisa

dilihat bahwa semakin besar nilai R4 dengan kondisi R yang lain dijaga tetap maka nilai

Voutnya juga semakin besar. Hal ini sesuai dengan prinsip rangkaianjembatan bahwa

rangkaian ini akan mengahsilkan tegangan keluaran gelombang penuh yang nilainya

bergantung dengan salah satu nilai hambatannya. Rangkaian jembatan ini juga bisa

merubah rangkaian tegangan ac menjadi pulsa-pulsa keluaran tegangan dc.

Untuk percobaan yang keenam seharusnya kita melakukan percobaan pada

rangkaian pembagi tegangan dengan mengganti LDR menjadi sensor suhu LM35, namun

karena waktu percobaan tidak mencukupi maka tidak diadakan percobaan tersebut,

namun disini saya akan membahas sedikit tentang sensor suhu LM35. Sensor suhu

LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran

suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Nilai keluaran dari sensor ini akan

naik 10 mV setiap penambahan panas dalam satuan derajad celcius. Pada praktikum ini

seharusnya diminta nilai Vout saat R1 dengan nilai LM35 dibiarkan dan dipanaskan

dengan nilai R2 dijaga tetap. Melalui pengertian LM35 tersebut maka seharusnya saat

LM35 dibiarkan nilai Voutnya akan lebih besar dibanding saat LM35 dipanaskan. Hal ini

terjadi karena nilai LM35 saat dibiarkan lebih kecil daripada dipanaskan sehingga nilai

Voutnya akan terbagi ke LM35 lebih banyak dan tidak terlalu mendekati nilai R2. Hal

sebaliknya juga bisa terjadi saat nilai R1 dijaga tetap dan nilai R2 diganti menjadi LM35

saat dibiarkan dan dipanaskan. Pada kondisi seperti ini saat LM35 dipanaskan maka

nilainya akan lebih besar dibanding dibiarkan sehingga otomatis Vout yang dihasilkan

saat LM35 dipanaskan akan lebih besar dari pada LM35 dibiarkan. Hal ini bisa terjadi

karena nilai Vout saat LM35 dipanaskan akan mendekati nilai R2 namun tidak akan

pernah melebihi dari nilai Vin. Begitu juga dengan kondisi yang lain.

G. Kesimpulan

1) Prinsip kerja rangkaian Pembagi Tegangan:

Harga Vout bergantung pada nilai R1 dan R2.

Semakin besar nilai R1 dengan nilai R2 dijaga tetap, maka nilai Voutnya akan

semakin kecil.

Semakin besar nilai R2 dengan nilai R2 dijaga tetap, maka nilai Voutnya akan

semakin besar.

Harga Vout tidak akan melebihi dari nilai Vin.

2) Prinsip kerja rangkaian jembatan:

Harga Vout bergantung pada semua nilai hambatan

Semakin besar nilai R4 dengan ketiga nilai R yang lain dijaga tetap, maka nilai

Voutnya akan semakin besar.

Harga Vout tidak akan melebihi nilai dari Vin.

3) Praktikan mampu memahami aplikasi rangkaian pasif pada pengukuran.

4) Praktikan mampu memahami aplikasi rangkaian sensor.

H. Daftar Pustaka

Faridah, Diktat Elektronika Faridah, 2012, Jurusan Teknik Fisika UGM, Yogyakarta.

Modul Praktikum Elektonika Nuklir, 2012, Jurusan Teknik Fisika UGM, Yogyakarta.

http://nurullaizer78.blogspot.com/2013/05/cara-kerja-dan-sensor-suhu-lm35.html. Diakses

tanggal 17 November 2013

http://elektronika-dasar.web.id/komponen/sensor-tranducer/sensor-cahaya-ldr-light-

dependent-resistor/ . Diakses tanggal 17 November 2013.

http://freedatasheets.com/datasheet-download/d3d4fc1b89d6f705ced2e3c746fbd070/LM35.

Diakses tanggal 17 November 2013.

I. Lampiran

a) Tabel Hasil Praktikum

b) Datasheet LM35