ALAT UKUR INTENSITAS CAHAYA

ALAT UKUR INTENSITAS CAHAYA (LIGHT INTENSITY METER)

(Laporan Praktikum Instrumentasi)

Oleh:

Kelompok 2

Ayu Wida Kuswara 1654071012

Basri Wahyu Utomo 1614071054

Ridho Nurrohmansyah 1614071050

Yuyun Ari Trisnawati1614071038

JURUSAN TEKNIK PERTANIAN

FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS LAMPUNG

2017

I.                   PENDAHULUAN

1.1.            Latar Belakang

Listrik, selalu berhubungan dengan kehidupan kita sehari-hari. Dari kegiatan rumah tangga sampai kegiatan kantor, kita membutuhkan listrik untuk menghidupkan alat-alat elektronik yang kita miliki. Pada listrik biasanya terdapat arus, tegangan dan hambatan. Biasanya pada hambatan ada yang sudah diketahui dan ada yang belum diketahui. Jembatan wheatsone merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengetahui besar nilai suatu hambatan yang belum diketahui nilainya.

Seiring perkembangan zaman kemajuan demi kemajuan akan terjadi yang berhubungan dengan teknik yang memerlukan keakuratan pengukuran intensitas cahaya, sebagai contoh pengambilan foto dan pembuatan rangkaian elektronik. Film dalam sebuah kamera harus menerima cahaya dalam jumlah yang tepat supaya diekspos dengan tepat. Untuk mendapatkan gambar yang bagus diperlukan alat ukur intensitas cahya (Light intensity meter).

2.1. Tujuan Praktikum

1. Mengetahui cara membuat rangkaian ligth intensity meter.

2. Mengetahui kegunaan rangkaian ligth intensity meter.

3. Dapat menghitung intensitas cahaya dan menetahui fungsi LDR.

II.                TINJAUAN PUSTAKA

Alat Pengukur cahaya atau sering di sebut Light meter adalah alat yang di gunakan untuk mengukur intensitas cahaya atau mengukur jumlah cahaya yang masuk melalui alat ini, dalam fotografi, pengukur cahaya di gunakan untuk menentukan pembukaan. Di berikan kecepatan film dan kecepatan ran, alat ini akan menunjukkan f-stop yang akan memberikan sebuah pembukaan yang netral. Beberapa sistem pengukur cahaya yang paling umum di gunakan adalah menggunakan selenium, CdS, dan Silikon (Adhatya, 2011).

1. Spot Metering

2. Averange Metering

3. Center-Weighted Metering

4. Matrix Metering

Empat teknik ini adalah teknik yang di gunakan oleh Alat Pengukur Cahaya atau Light Meter (Braddy, 1994)

Average Metering merupakan teknik pengukuran paling kuno dalam menggunakan alat pengukur cahaya cahaya atau Light meter. Hasil pengukuran teknik ini adalah luminitas rata rata dari gambar yang di potret, sehingga hampir seluruh objek yang ada di dalam ruang tangkap akan terlihat jelas. Detail tertentu akan terlihat hanya jika memiliki tingkat liminitas sama dengan rata-rata gambar (Braunl, 2006).

Spot Metering merupakan salah satu teknik pengukuran dalam menggunakan alat pengukur cahaya cahaya atau Light meter. Setiap bagian dari objek akan memberikan hasil pengukuran berbeda. Average Metering akan membuat pengukuran rata rata dari setiap bagian sehingga gambar yang di hasilkan dapat memberikan detail rata rata dari keseluruhan objek. Untuk mendapatkan detail tertentu secara maksimal, di gunakan lah spot metering. Bagian yang di abaikan mendapat pengukuran yang salah sehingga detail nya akan menghilang (Mulyono, 2002)

III.               METODOLOGI

3.1  Waktu dan Tempat

Praktikum mata kuliah instrumentasi dengan judul Alat Ukur Intensitas Cahaya dilaksanakan pada hari Rabu tanggal 27 September 2017 pukul 15.00-16.40 WIB di R.TEP2, Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung.

3.2  Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan pada Rangkaian Light Intensity Meter yaitu papan rangkaian, Op amp/IC 741, potensiometer, fotosel, dua buah resistor 47kΩ, dua resistor variabel 1MΩ, Voltmeter dengan FSD 5V, dua soket, dan dua baterai 9 V.

3.3  . Langkah Kerja

1. Siapkan alat dan bahannya.

2. Dilihat dan di pahami gambar rangkaiannya.

3. Di rangkaikan sesuai dengan gambar.

4. Setelah rangkaian jembatan wheatstone jadi ,mengatur resistor variabel ke 4,5 V(menyamakan dengan X).

5. Apabila voltmeter menunjukan angka nol  berarti telah setimbang.

6. Dikalibrasi dengan light meter cahaya dengan menutup dan membukannya secara bersamaan dan membukannya dengan bertahap.

7. Di catat angka angkanya baik pada light meter milik kita dan pada ligth meter

Dihitung dengan rumus yang telah tersedia.

IV.       HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Praktikum

A. Pengamatan Ligth Intensity Meter

Percobaan ke	Light Intensity Meter (miliVolt )	LMK ( Lux)
1	0.02	0.00
2	0.30	01.1
3	02.6	08.7
4	02.7	10.7
5	02.8	11.3
6	03.1	11.5
7	03.2	23.3
8	03.25	30.6
9	03.4	79.2
10	03.5	156.1
11	03.6	242
12	03.8	397
13	04.3	623
14	04.9	783
15	06.3	834

B. Grafik hasil percobaan

4,2 Pembahasan

Pada percobaan ini dilakukan perakitan rangkaian Light intensity meter. Lighmeter yang dibuat ini akan  menghasilkan  suatu penyimpangan jarum yang sebanding dengan intensitas cahaya yang mengenai fotodioda. Berdasarkan praktikum dan pengamatan didapatkan data yang berbeda berdasarkan tingkat penyinaran. 15 percobaan  pada Light Intensi Meter dari cahaya sangat gelap hingga terang didapatkan data berturut-turut 0.02, 0.30, 02.6, 02.7 02.8, 03.1, 03.2, 03.25, 03.4, 03.5, 03.6, 03.8, 04.3, 04.9, 06.3 dalam satuan milivolt. Pada Lux Meter didapatkan data berturut-turut 0.00, 01.1, 08.7, 10.7, 11.3, 11.5, 23.3, 30.6. 79.2, 156.1, 242, 397, 623, 783, dan 834. Dari data tersebut pula didapatkan grafik yang meningkat sesuai dengan  tingkat cahaya yang diterima. Semakin besar intensitas cahaya yang diterima maka penyimpangan atau selisih angka pada grafik semakin besar. Semakin besar cahaya yang diberikan maka semakin kecil resistansi pada fotodioda.

 

Dalam merangkai rangkaian alat ukur intensitas cahaya ini, kami menggunakan resistor sebagai penghambat arus listrik, resistor variabel sebagai pengatur taraf isyarat analog (misalnya pengendali suara pada peranti audio), dan sebagai pengendali masukan untuk sirkuit rangkaian, lampu LED sebagai indikator rangkaian dapat berfungsi dengan baik yang dgroundkan dan disambungkan dengan kabel silikon yang disusun dalam papan rangkaian yang dirangkai sebagai upaya menyederhanakan alat ukur intensitas cahaya yang rumit seperti lux meter menjadi rangkaian sederhana yang dapat berfungsi sama baiknya dengan lux meter.

Rangkaian alat ukur intensitas cahaya yang dirangkai menjadikan beban yang ingin dikendalikan tidak hanya sebatas lampu LED saja tetapi bisa digunakan beban lain sesuai kebutuhannya seperti resistor. Rangkaian alat ukur intensitas cahaya yang dirangkai lebih sederhana dan sering ditemui, karena memang rangkaian alat ukur intensitas bisa berkerja dengan penggunaan kompenen yang relatif sedikit dan sederhana.   Rangkaian alat ukur intensitas cahaya diatas menggunakan resistor sebagai alat perasa perubahan intensitas cahaya, dimana  resistor memiliki nilai resistansi tidak berubah-ubah, sehingga tingkat intensitas cahaya yang diterimanya hanya pada jangkau nilai resistansi resistor variabel itu saja.

Prinsip kerja dari rangkaian alat ukur intensitas cahaya sebenarya sangat sederhana. Pembagian tegangan antara resistor dan potensiometer merupakan inti dari rangkaian sensor cahaya diatas. Kenaikan tegangan pada potensiometer akan mengurangi tegangan yang jatuh pada resistor, begitupun sebaliknya kenaikan tegangan pada resistor akan mengurangi tegangan jatuh pada potensiometer. Pembagian tegangan sesuai dengan rumus pembagi tegangan yang berlaku pada rangkaian seri(Hendri,2015).

Penguat operasional (Op-Amp) adalah suatu blok penguat yang mempunyai dua masukan dan satu keluaran. Penguat operasional (Op-Amp) dikemas dalam suatu  rangkaian terpadu (integrated circuit-IC). Salah satu tipe operasional amplifier (Op-Amp) yang populer adalah LM741. IC LM741 merupakan operasional amplifier yang dikemas dalam bentuk dual in-line package (DIP). Kemasan IC jenis DIP memiliki tanda bulatan atau strip pada salah satu sudutnya untuk menandai arah pin atau kaki nomor 1 dari IC tersebut. Penomoran IC dalam kemasan DIP adalah berlawanan arah jarum jam dimulai dari pin yang terletak paling dekat dengan tanda bulat atau strip pada kemasan DIP tersebut. IC LM741 memiliki kemasan DIP 8 pin.

Pada IC ini terdapat dua pin input, dua pin power supply, satu pin output, satu pin NC (No Connection), dan dua pin offset null. Pin offset null memungkinkan kita untuk melakukan sedikit pengaturan terhadap arus internal di dalam IC untuk memaksa tegangan output menjadi nol ketika kedua input bernilai nol. IC LM741 berisi satu buah Op-Amp, terdapat banyak tipe IC lain yang memiliki dua atau lebih Op-Amp dalam suatu kemasan DIP. IC Op-Amp memiliki karakteristik yang sangat mirip dengan konsep Op-Amp ideal pada analisis rangkaian. Pada kenyataannya IC Op-Amp terdapat batasan-batasan penting yang perlu diperhatikan.

·         Pertama, tegangan maksimum power supply tidak boleh melebihi rating maksimum, karena akan merusak IC.

·         Kedua, tegangan output dari IC op amp biasanya satu atau dua volt lebih kecil dari tegangan power supply. Sebagai contoh, tegangan swing output dari suatu op amp dengan tegangan supply 15 V adalah ±13V.

·         Ketiga, arus output dari sebagian besar op amp memiliki batas pada 30mA, yang berarti bahwa resistansi beban yang ditambahkan pada output op amp harus cukup besar sehingga pada tegangan output maksimum, arus output yang mengalir tidak melebihi batas arus maksimum.

Pada sebuah peguat operasional (Op-Amp) dikenal beberapa istilah yang sering dijumpai, diantaranya adalah:

·         Tegangan ofset masukan (input offset voltage) Vio menyatakan  seberapa jauh v+ dan v terpisah untuk mendapatkan keluaran 0 volt.

·         Arus offset masukan (input offset current) menyatakan kemungkinan seberapa berbeda kedua arus masukan.

·         Arus panjar masukan (input bias current) memberi ukuran besarnya arus basis (masukan).

·         Harga CMRR menjamin bahwa output hanya tergantung pada (v+) – (v-), walaupun v+ dan v- masing-masing berharga cukup tinggi.

Untuk menghindari keluaran yang berosilasi, maka frekuensi harus dibatasi, unity gain frequency memberi gambaran dari data tanggapan frekuensi. hal ini hanya berlaku untuk isyarat yang kecil saja karena untuk isyarat yang besar penguat mempunyai keterbatasan sehingga output maksimum hanya dihasilkan pada frekuensi yang relative rendah(Anonim,2013).

Perbedaan LDR dan Fotodioda yaitu :

Ø  Berdasarkan prinsip kerja

 LDR :

Semakin tinggi intensitas cahaya yang mengenai LDR, resitansinya semakin mengecil, begitu pula sebaliknya.

Photodioda

Ketika sebuah photon (satu satuan energi dalam cahaya) dari sumber cahayadiserap, hal tersebut membangkitkan suatu elektron dan menghasilkan sepasang pembawa muatan tunggal, sebuah elektron dan sebuah hole, di mana suatu hole adalah bagian dari kisi-kisi semikonduktor yang kehilangan elektron. Arah Arus yang melalui sebuah semikonduktor adalah kebalikan dengan gerak muatan pembawa. cara tersebut didalam sebuah photodiode digunakan untuk mengumpulkan photon - menyebabkan pembawa muatan (seperti arus atau tegangan) mengalir/terbentuk di bagian-bagian elektroda

Ø  Berdasarkan fungsi

LDR : Sebagai sensor cahaya terang atau gelap

Photodioda : Sebagai sensor cahaya pendeteksi jenis warna sesuai dengan gelombang atau frekuensinya.

Ø  Berdasarkan karakteristik :

Karakteristik LDR terdiri dari dua macam yaitu Laju Recovery dan Respon Spektral.

1.    Laju Recovery :

Bila sebuah LDR dibawa dari suatu ruangan dengan level kekuatan cahaya tertentu kedalam suatu ruangan yang gelap, maka bisa kita amati bahwa nilai resistansi dari LDR tidak akan segera berubah resistansinya pada keadaan ruangan gelap tersebut. Namun LDR tersebut hanya akan bisa mencapai harga di kegelapan setelah mengalami selang waktu tertentu. Laju recovery merupakan suatu ukuaran praktis dan suatu kenaikan nilai resistansi dalam waktu tertentu.Harga ini ditulis dalam K /detik, untuk LDR type arus harganya lebih besar dari 200 K /detik (selama 20 menit pertama mulai dari level cahaya 100 lux), kecepatan tersebut akan lebih tinggi pada arah sebaliknya, yaitu pindah dari tempat gelap ke tempat terang yang memerlukan waktu kurang dari 10 ms untuk mencapai resistansi yang sesuai dengan level cahaya 400 lux.

2.    Respon SpektralLDR tidak mempunyai sensitivitas yang sama untuk setiap panjang gelombang cahaya yang jatuh padanya (yaitu warna). Bahan yang biasa digunakan sebagai penghantar arus listrik yaitu tembaga, alumunium, baja, emas, dan perak.Dari kelima bahan tersebut tembaga merupakan penghantar yang paling banyak digunakan karena mempunyai daya hantar yang baik.

Photodioda

Sebuah photodioda, biasanya mempunyai karakteristik yang lebih baik daripada phototransistor dalam responya terhadap cahaya infra merah. Biasanya photo dioda mempunyai respon 100 kali lebih cepat daripada phototransistor. Sebuah photodioda biasanya dikemas dengan plastik transparan yang juga berfungsi sebagai lensa fresnel. Lensa ini merupakan lensa cembung yang mempunyai sifat mengumpulkan cahaya.Lensa tersebut juga merupakan filter cahaya, lebih dikenal sebagai ‘optical filter’, yang hanya melewatkan cahaya infra merah saja.

Walaupun demikian cahaya yang Nampak pun masih bisa mengganggu kerjsa dari dioda infra merah karena tidak semua cahaya nampak bisa difilter dengan baik. Faktor lain yang juga berpengaruh pada kemampuan penerima infra merah adalah‘active area’ dan ‘respond time’. Semakin besar area penerimaan suatu dioda infra merah maka semakin besar pula intensitas cahaya yang dikumpulkannya sehingga arus bocor yang diharapkan pada teknik ‘reserved bias’ semakin besar. Selain itu semakin besar area penerimaan maka sudut penerimaannya juga semakin besar. Kelemahan area penerimaan yang semakin besar ini adalah noise yang dihasilkan juga semakin besar pula.

Begitu juga dengan respon terhadap frekuensi, semakin besar area penerimaannya maka respon frekuensinya turun dan sebaliknya jika area penerimaannya kecil maka respon terhadap sinyal frekuensi tinggi cukup baik.Respond time dari suatu dioda infra merah (penerima) mempunyai waktu respon yang biasanya dalam satuan nano detik. Respond time ini mendefinisikan lama agar dioda penerima infra merah merespon cahaya infra merah yang datang pada area penerima. Sebuah dioda penerima infra merah yang baik paling tidak mempunyai respond time sebesar 500 nano detik atau kurang. Jika respond time terlalu besar maka dioda infra merah ini tidak dapat merespon sinyal cahaya yang dimodulasi dengan sinyal carrier frekuensi tinggi dengan baik. Hal ini akan mengakibatkan adanya data loss.Filter OptikalFilter ini mempunyai dua fungsi yaitu sebagai lensa fresnel dan juga sebagai filter cahaya yang masuk ke area penerimaan dioda infra merah. Biasanya terbuat dari bahan polycarbonate,berbentuk cembung dan transparan. Filter opikal ini akan membatasi cahaya-cahaya yang tidak diinginkan kecuali cahaya infra merah sehingga tidak mengganggu sinyal cahaya infra merah yang diterima oleh detektor/area penerima.Current to Voltage ConverterArus bocor yang dihasilkan oleh detektor photodioda besarnya linier terhadap intensitas cahaya infra merah yang dimasuk ke dalam area penerimaan. Oleh sebab itu arus ini harus dirubah ke tegangan agar dapat didapatkan sinyalnya kembali.Photodiodes dibuat dari semikonduktor dengan bahan yang populer adalah silicon( Si) atau galium arsenida ( GaAs), dan yang lain meliputi InSb, InAs, PbSe. Material ini menyerap cahaya dengan karakteristik panjang gelombang mencakup: 2500 Å - 11000 Å untuk silicon,8000 Å – 20,000 Å untuk GaAs. Ketika sebuah photon (satu satuan energi dalam cahaya) dari sumber cahaya diserap, hal tersebut membangkitkan suatu elektron dan menghasilkan sepasang pembawa muatan tunggal, sebuah elektron dan sebuah hole, di mana suatu hole adalah bagian dari kisi-kisi semikonduktor yang kehilangan elektron.

 Arah Arus yang melalui sebuah semikonduktor adalah kebalikan dengan gerak muatan pembawa. cara tersebut didalam sebuah photodiode digunakan untuk mengumpulkan photon - menyebabkan pembawa muatan (seperti arus atau tegangan) mengalir/terbentuk di bagian-bagian elektroda. Photodioda digunakan sebagaipenangkap gelombang cahaya yang dipancarkan oleh Infrared. Besarnya tegangan atau arus listrik yang dihasilkan oleh photodioda tergantung besar kecilnya radiasi yang dipancarkan oleh infrared ( Anonim,2010).

V.        KESIMPULAN

Kesimpulan yang didapat pada praktikum ini adalah sebagai berikut :

1. Sistem pengukuran cahaya di dalam sebuah kamera serta bisa diaktifkan pada lightmeter eksternal adalah reflected lightmeter.

2. Light meter di gunakan untuk mengukur intensitas cahaya atau mengukur jumlah cahaya yang masuk melalui alat misalnya kamera dll.

3. LDR (Light Dependent Resistor) berfungsi untuk menghantarkan arus listrik jika menerima sejumlah intensitas cahaya (Kondisi Terang) dan menghambat arus listrik

dalam kondisi gelap.

3. Semakin besar cahaya yang diberikan maka semakin kecil resistansi pada fotodioda atau LDRnya.

DAFTAR PUSTAKA

Adhatya, Wimas. 2011. Ilmu Dasar Elektronika. Semarang : CV Toha Putra.

Anonim,2013.Ic721.https://www.google.co.id/2013/url?sa=t&source=web&rct=j&url=htt p://elektronika-dasar.web.id/operasional-amplifier-op-amp-ic-lm741/&ved=0ahUKEwiJtZ2AxM7WAhUFtY8KHR3cDqcQFghJMAo&usg=AOvVaw2DqdOj5l8xTCrChGKbDhX. Diakses pada tanggal 30 September 2017 pukul 20.00 WIB.

Anonim. 2017. http://hendrisetiawan95.blogspot.co.id/2015/05/alat-ukur-intensitas-cahaya-light.html?m=1. Diakses pada tanggal 30 September 2017 pukul 20.00 WIB.

Anonim,2010. Perbedaan foodioda dan LDR.http://ayo-baca-aja.blogspot.in/2010/01/ldr-dan-photodioda.html?m=1. Diakses pada tanggal 30 September 2017 pukul 13.00 WIB

Braddy, James. 1994. Modul Praktikum Instrumentasi dan Pengukuran. Erlangga. Jakarta

Braunl, Thomsa. 2006. Teori dan Implementasinya. Rineke Cipta. Jakarta.

Mulyono. 2002. Prinsip Kerja Alat Ukur Cahaya. Pustaka Pelajar. Yogyakarta.