BAB 2 DASAR TEORI 2.1 LDR LDR singkatan dari Light Dependent Resistor. LDR adalah komponen optoelektronik yang bersifat resistif, dimana nilai resistansi dipengaruhi oleh intensitas cahaya yang jatuh pada LDR tersebut. LDR bisa juga di sebut foto resistor. LDR dibuat dari bahan semikonduktor, yang dalam keadaan gelap mempunyai tahanan yang besar sekali. Sedangkan apabila disinari tahananya menurun sebanding dengan intensitas cahaya itu. Bila LDR dibawa dari ruangan dengan intensitas cahaya yang kuat ke ruangan yang intensitas cahayanya lemah, maka nilai resistansinya tidak akan berubah dengan segera, melainkan berubah secara perlahan-lahan dalam selang waktu tertentu. Gambar 2.1 LDR seperti gambar dibawah ini Gambar 2.1: Sensor LDR (dikutip dari www.wikipedia.com)
2.2 WEBCAM Webcam atau web camera adalah sebuah kamera video digital kecil yang dihubungkan ke komputer melalui port USB. Sebuah web camera yang sederhana terdiri dari sebuah lensa standar, dipasang di sebuah papan sirkuit untuk menangkap sinyal gambar; casing (cover), termasuk casing depan dan casing samping untuk menutupi lensa standar dan memiliki sebuah lubang lensa di casing depan yang berguna untuk memasukkan gambar; kabel support, yang dibuat dari bahan yang fleksibel, salah satu ujungnya dihubungkan dengan papan sirkuit dan ujung satu lagi memiliki connector, kabel ini dikontrol untuk menyesuaikan ketinggian, arah dan sudut pandang web camera. Sebuah web camera biasanya dilengkapi dengan software, software ini mengambil gambar-gambar dari kamera digital secara terus menerus ataupun dalam interval waktu tertentu. Ada beberapa metode penampilan gambar, metode yang paling umum adalah software merubah gambar ke dalam bentuk file JPEG dan menguploadnya ke web server menggunakan File Transfer Protocol (FTP). Frame rate mengindikasikan jumlah gambar sebuah software dapat ambil dan transfer dalam satu detik. Untuk streaming video, dibutuhkan minimal 15 frame per second (fps) atau idealnya 30 fps. Sebuah web camera tidak harus selalu terhubung dengan komputer, ada web camera yang memiliki software webcam dan web server bulit-in, sehingga yang diperlukan hanyalah koneksi internet. Web camera seperti ini dinamakan network
camera. Kita juga bisa menghindari penggunaan kabel dengan menggunakan hubungan radio, koneksi Ethernet ataupun WiFi. Penggunaan web camera mencakup video conferencing, internet dating, video messaging, home monitoring, images sharing, video interview, video phone-call, dan banyak hal lain. Teknologi web camera pada awalnya mendapat dukungan komersial dari industri pornografi. Industri ini membutuhkan gambar-gambar live dan meminta pembuatan software yang mampu melakukannya tanpa web browser plugins. Hal ini melahirkan teknologi live streaming webcam yang masih tetap ada hingga sekarang. Sekarang ini web camera yang ada di pasaran pada umumnya terbagi ke dalam dua tipe: web camera permanen (fixed) dan revolving web camera. Pada web camera permanen terdapat pengapit untuk mengapit lensa standar di posisi yang diinginkan untuk menangkap gambar pengguna. Sedangkan pada revolving web camera terdapat landasan dan lensa standar dipasang di landasan tersebut sehingga dapat disesuaikan ke sudut pandang yang terbaik untuk menangkap gambar pengguna. Web camera memiliki fitur-fitur dan setting yang bermacam-macam, diantaranya adalah: 1. Motion sensing web camera akan mengambil gambar ketika kamera mendeteksi gerakan. 2. Image archiving pengguna dapat membuat sebuah archive yang menyimpan semua gambar dari web camera atau hanya gambar-gambar tertentu saat interval pre-set.
3. Advanced connections menyambungkan perangkat home theater ke web camera dengan kabel. 4. Streaming media aplikasi profesional, setup web camera dapat menggunakan kompresi MPEG4 untuk mendapatkan streaming audio dan video yang sesungguhnya. Ada beberapa permasalahan yang dihadapi web camera. Secara fisik, kamera-kamera yang beredar di pasaran memiliki kesulitan untuk memenuhi kebutuhan personal pengguna karena desainnya yang cukup bergaya namun hanya memiliki sedikit variasi. Lalu, sudut pandang web camera disesuaikan tidak langsung dalam cara yang tidak nyaman. Dan juga pengguna banyak menemui kesulitan ketika menyesuaikan posisi web camera untuk menangkap gambar. Contoh gambar2.2 dibawah ini. Gambar 2.2: Webcam (dikutip dari www.wikipedia.com)
2.3 Resistor Resistor adalah salah satu komponen dasar elektronika. Hampir bisa dipastikan, semua rangkaian elektro, pasti memiliki resistor sebagai salah satu elemennnya. Resistor sesuai namanya, penghambat, berfungsi untuk menghambat arus listrik yang mengalir pada sebuah rangkaian. Arus listrik yang mengalir dapat diatur sesuai dengan hukum ohm : V (volt) = I (ampere). R (ohm) Dalam tegangan konstan, semakin besar nilai hambatan, maka semakin kecil arus yang mengalir, dan sebaliknya. 2.3.1 Mengetahui Nilai Resistor 2.3.1.1 Pita/kode warna Pada resistor karbon jenis ini, kode-kode warna yang berbentuk pita menunjukkan besaran hambatan. Masing-masing warna mewakili warna tertentu.
Gambar 2.3: Kode warna resistor (Dikutip dari : http://belajardong.wordpress.com) Dibawah ini adalah table tentang keterangan warna pita resistor dalam cara menghitung nilai hambatan resistor
Tabel 2.3: Keterangan warna pita resistor RESISTOR 4 PITA RESISTOR 5 PITA WARNA 1 nilai hambatan digit 1st nilai hambatan digit 1st nilai hambatan digit 1st WARNA 2 nilai hambatan digit 2nd nilai hambatan digit 2nd nilai hambatan digit 2nd WARNA 3 faktor pengali (x 10n) nilai hambatan digit 3rd nilai hambatan digit 3rd faktor pengali (x 10n) faktor pengali (x 10n) PITA WARNA 4 WARNA 5 % toleransi RESISTOR 6 PITA % toleransi % toleransi WARNA 6 Koefisien temperatur Dibawah ini adalah gambar cara menghitung nilai hambatan resistor Gambar 2.4: cara menghitung nilai hambatan resistor pada resistor 4 pita warna ( Dikutip dari : http://belajardong.wordpress.com )
2.3.2 Fungsi : Menghambat arus listrik Pembagi tegangan Pengatur volume (potensiometer) Pengatur kecepatan motor (rheostat) 2.3.3 Jenis-jenis Resistor Dilihat dari fungsinya, resistor dapat dibagi menjadi : 2.3.3.1 Resistor Tetap (Fixed Resistor) nilai hambatan konstan Biasanya dibuat dari nikelin atau karbon. Berfungsi sebagai pembagi tegangan, mengatur atau membatasi arus pada suatu rangkaian serta memperbesar dan memperkecil tegangan. Ada juga resistor yang dibuat khusus : resistor untuk teg tinggi (misalnya dalam TV) terbuat dari selaput karbon dalam kapsul vakum; resistor megaohm-tinggi (mencapai 106 Mohm), terbuat dari gelas semikonduktor, digunakan untuk FET, detector radiasi, electrometer; resistor DIL (Dual in Line).
2.3.3.2 Resistor Tidak Tetap (variable resistor) - nilai hambatan dapat diubah Berfungsi sebagai pengatur volume (mengatur besar kecilnya arus), tone control pada sound system, pengatur tinggi rendahnya nada (bass/treble) serta berfungsi sebagai pembagi tegangan arus dan tegangan. Misalnya : potensiometer, trimpot (trimmer potensiometer), rheostat, multiturn. Salah satu contoh gambar resistor tidak tetap terdapat dibawah ini: Gambar 2.5 Potensiometer ( Dikutip dari : http://belajardong.wordpress.com ) 2.4 Dioda Hampir semua peralatan elektronika memerlukan sumber arus searah. Penyearah digunakan untuk mendapatkan arus searah dari suatu arus bolak-balik. Arus atau tegangan tersebut harus benar-benar rata tidak boleh berdenyut-denyut agar tidak menimbulkan gangguan bagi peralatan yang dicatu. Dioda sebagai salah satu komponen aktif sangat popular digunakan dalam rangkaian elektronika, karena bentuknya sederhana dan penggunaannya sangat luas. Di bawah ini merupakan gambar yang melambangkan dioda penyearah.
Gambar 2.6 Dioda Penyearah Sisi Positif (P) disebut Anoda dan sisi Negatif (N) disebut Katoda. Lambang dioda seperti anak panah yang arahnya dari sisi P ke sisi N. Karenanya ini mengingatkan kita pada arus konvensional dimana arus mudah mengalir dari sisi P ke sisi N. Dioda terbagi atas beberapa jenis antara lain : a. Dioda germanium b. Dioda silikon c. Dioda selenium d. Dioda zener e. Dioda cahaya (LED) Dioda termasuk komponen elektronika yang terbuat dari bahan semikonduktor. Beranjak dari penemuan dioda, para ahli menemukan juga komponen turunan lainnya yang unik. Dioda memiliki fungsi yang unik yaitu hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja. Struktur dioda tidak lain adalah sambungan semikonduktor P dan N. Satu sisi adalah semikonduktor dengan tipe P dan satu sisinya yang lain adalah tipe N. Dengan struktur demikian arus hanya akan dapat mengalir dari sisi P menuju sisi N.
Gambar 2.7 Simbol dan Struktur Dioda Gambar ilustrasi di atas menunjukkan sambungan PN dengan sedikit porsi kecil yang disebut lapisan deplesi (depletion layer), dimana terdapat keseimbangan hole dan elektron. Seperti yang sudah diketahui, pada sisi P banyak terbentuk holehole yang siap menerima elektron sedangkan di sisi N banyak terdapat elektronelektron yang siap untuk bebas merdeka. Lalu jika diberi bias positif, dengan arti kata memberi tegangan potensial sisi P lebih besar dari sisi N, maka elektron dari sisi N dengan serta merta akan tergerak untuk mengisi hole di sisi P. Tentu kalau elektron mengisi hole disisi P, maka akan terbentuk hole pada sisi N karena ditinggal elektron. Ini disebut aliran hole dari P menuju N, Kalau menggunakan terminologi arus listrik, maka dikatakan terjadi aliran listrik dari sisi P ke sisi N. Gambar 2.8 Dioda dengan Bias Maju
2.4.1. Zener Phenomena tegangan breakdown dioda ini mengilhami pembuatan komponen elektronika lainnya yang dinamakan zener. Sebenarnya tidak ada perbedaan struktur dasar dari zener, melainkan mirip dengan dioda. Tetapi dengan memberi jumlah doping yang lebih banyak pada sambungan P dan N, ternyata tegangan breakdown dioda bisa makin cepat tercapai. Jika pada dioda biasanya baru terjadi breakdown pada tegangan ratusan volt, pada zener bisa terjadi pada angka puluhan dan satuan volt. Di datasheet ada zener yang memiliki tegangan Vz sebesar 1.5 volt, 3.5 volt dan sebagainya. Gambar 2.9 Simbol Dioda Zener Ini adalah karakteristik zener yang unik. Jika dioda bekerja pada bias maju maka zener biasanya berguna pada bias negatif (reverse bias). 2.4.2. LED LED adalah singkatan dari Light Emitting 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. LED dibuat agar lebih efisien jika mengeluarkan cahaya. Untuk mendapatkan emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang dipakai adalah gallium,
arsenic dan phosphorus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula. Gambar 2.10 Simbol Led Pada saat ini warna-warna cahaya LED yang ada adalah warna merah, kuning dan hijau. LED berwarna biru sangat langka. Pada dasarnya semua warna bisa dihasilkan, namun akan menjadi sangat mahal dan tidak efisien. Dalam memilih LED selain warna, perlu diperhatikan tegangan kerja, arus maksimum dan disipasi dayanya. Rumah (chasing) LED dan bentuknya juga bermacam-macam, ada yang persegi empat, bulat dan lonjong. LED terbuat dari berbagai material setengah penghantar campuran seperti misalnya gallium arsenida fosfida (GaAsP), gallium fosfida (GaP), dan gallium aluminium arsenida (GaAsP). Karakteristiknya yaitu kalau diberi panjaran maju, pertemuannya mengeluarkan cahaya dan warna cahaya bergantung pada jenis dan kadar material pertemuan. Ketandasan cahaya berbanding lurus dengan arus maju yang mengalirinya. Dalam kondisi menghantar, tegangan maju pada LED merah adalah 1,6 sampai 2,2 volt, LED kuning 2,4 volt, LED hijau 2,7 volt. Sedangkan tegangan terbaik maksimum yang dibolehkan pada LED merah adalah 3 volt, LED kuning 5 volt, LED hijau 5 volt.
LED mengkonsumsi arus sangat kecil, awet dan kecil bentuknya (tidak makan tempat), selain itu terdapat keistimewaan tersendiri dari LED itu sendiri yaitu dapat memancarkan cahaya serta tidak memancarkan sinar infra merah (terkecuali yang memang sengaja dibuat seperti itu). Cara pengoperasian LED yaitu : Gambar 2.11 Cara Pengoperasian LED Selalu diperlukan perlawanan deretan R bagi LED guna membatasi kuat arus dan dalam arus bolak balik harus ditambahkan dioda penyearah 2.5 KAPASITOR (KONDENSATOR) Kapasitor (Kondensator) yang dalam rangkaian elektronika dilambangkan dengan huruf C adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi/muatan listrik di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kapasitor ditemukan oleh Michael Faraday (1791-1867). Satuan kapasitor disebut Farad (F). Satu Farad = 9 x 1011 cm2 yang artinya luas permukaan kepingan tersebut.
2.5.1 Kapasitansi Kapasitansi didefinisikan 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 postulat bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs. Dengan rumus dapat ditulis : Q=CV Q = muatan elektron dalam C (coulombs) C = nilai kapasitansi dalam F (farad) V = besar tegangan dalam V (volt) Dalam praktek pembuatan kapasitor, kapasitansi dihitung dengan mengetahui luas area plat metal (A), jarak (t) antara kedua plat metal (tebal dielektrik) dan konstanta (k) bahan dielektrik. Dengan rumus dapat di tulis sebagai berikut : C = (8.85 x 10-12) (k A/t) Untuk rangkaian elektronik praktis, satuan farad adalah sangat besar sekali. Umumnya kapasitor yang ada di pasaran memiliki satuan : µf, nf dan pf. 1 Farad = 1.000.000 µf (mikro Farad) 1 µf = 1.000.000 pf (piko Farad) 1 µf = 1.000 nf (nano Farad)
1 nf = 1.000 pf (piko Farad) 1 pf = 1.000 µµf (mikro-mikro Farad) 1 µf = 10-6 F 1 nf = 10-9 F 1 pf = 10-12 F Konversi satuan penting diketahui untuk memudahkan membaca besaran sebuah kapasitor. Misalnya 0.047µF dapat juga dibaca sebagai 47nF, atau contoh lain 0.1nF sama dengan 100pF. Kondensator diidentikkan mempunyai dua kaki dan dua kutub yaitu positif dan negatif serta memiliki cairan elektrolit dan biasanya berbentuk tabung. Gambar 2.12 Kapasitor dan Simbolnya Sedangkan jenis yang satunya lagi kebanyakan nilai kapasitasnya lebih rendah, tidak mempunyai kutub positif atau negatif pada kakinya, kebanyakan berbentuk bulat pipih berwarna coklat, merah, hijau dan lainnya seperti tablet atau kancing baju yang sering disebut kapasitor (capacitor).
Gambar 2.13 Kapasitor dan Simbolnya (Dikutip dari : http://belajardong.wordpress.com ) 2.5.2 Wujud dan Macam Kondensator Berdasarkan kegunaannya kondensator di bagi menjadi : 1. Kondensator tetap (nilai kapasitasnya tetap tidak dapat diubah) 2. Kondensator elektrolit (Electrolit Condenser = Elco) 3. Kondensator variabel (nilai kapasitasnya dapat diubah-ubah) Pada kapasitor yang berukuran besar, nilai kapasitansi umumnya ditulis dengan angka yang jelas. Lengkap dengan nilai tegangan maksimum dan polaritasnya. Misalnya pada kapasitor elco dengan jelas tertulis kapasitansinya sebesar 100µF 25v yang artinya kapasitor/ kondensator tersebut memiliki nilai kapasitansi 100 µf dengan tegangan kerja maksimal yang diperbolehkan sebesar 25 volt. Kapasitor yang ukuran fisiknya kecil biasanya hanya bertuliskan 2 (dua) atau 3 (tiga) angka saja. Jika hanya ada dua angka, satuannya adalah pf (pico farads). Sebagai contoh, kapasitor yang bertuliskan dua angka 47, maka kapasitansi kapasitor tersebut adalah 47 pf. Jika ada 3 digit, angka pertama dan kedua menunjukkan nilai nominal, sedangkan angka ke-3 adalah faktor pengali. Faktor pengali sesuai dengan
angka nominalnya, berturut-turut 1 = 10, 2 = 100, 3 = 1.000, 4 = 10.000, 5 = 100.000 dan seterusnya. Contoh : Tabel 2.4 Nilai Kapasitor Untuk kapasitor polyester nilai kapasitansinya bisa diketahui berdasarkan warna seperti pada resistor. Contoh : Tabel 2.5 Kode Warna Kapasitor
Tabel 2.6 Perhitungan Kapasitor 2.5.3. Rangkaian Kapasitor Rangkaian kapasitor secara seri akan mengakibatkan nilai kapasitansi total semakin kecil. Di bawah ini contoh kapasitor yang dirangkai secara seri. Gambar 2.14 Kapasitor dirangkai secara parallel Pada rangkaian kapasitor yang dirangkai secara seri berlaku rumus : Rangkaian kapasitor secara paralel akan mengakibatkan nilai kapasitansi pengganti semakin besar. Di bawah ini contoh kapasitor yang dirangkai secara paralel.
Gambar 2.15 Kapasitor dirangkai secara paralel Pada rangkaian kapasitor paralel berlaku rumus : 2.5.4. Fungsi Kapasitor Fungsi penggunaan kapasitor dalam suatu rangkaian : 1. Sebagai filter dalam rangkaian Power Supply 2. Untuk menghemat daya listrik pada lampu neon 3. Menghilangkan bouncing (loncatan api) bila dipasang pada saklar 2.5.5. Tipe Kapasitor Kapasitor terdiri dari beberapa tipe, tergantung dari bahan dielektriknya. Untuk lebih sederhana dapat dibagi menjadi 3 bagian, yaitu kapasitor electrostatic, electrolytic dan electrochemical.
2.5.5.1 Kapasitor Electrostatic Kapasitor electrostatic adalah kelompok kapasitor yang dibuat dengan bahan dielektrik dari keramik, film dan mika. Keramik dan mika adalah bahan yang popular serta murah untuk membuat kapasitor yang kapasitansinya kecil. Tersedia dari besaran pf sampai beberapa µf, 2.5.5.2. Kapasitor Electrolytic Karena alasan ekonomis dan praktis, umumnya bahan metal yang banyak digunakan adalah aluminium dan tantalum. Bahan yang paling banyak dan murah adalah aluminium. Untuk mendapatkan permukaan yang luas, bahan plat Aluminium ini biasanya digulung radial. Sehingga dengan cara itu dapat diperoleh kapasitor yang kapasitansinya besar. Sebagai contoh 100uF, 470uF, 4700uF dan lain-lain, yang sering juga disebut kapasitor elco. Bahan electrolyte pada kapasitor tantalum ada yang cair tetapi ada juga yang padat. Disebut electrolyte padat, tetapi sebenarnya bukan larutan electrolit yang menjadi elektroda negatif-nya, melainkan bahan lain yaitu manganese-dioksida. Dengan demikian kapasitor jenis ini bisa memiliki kapasitansi yang besar namun menjadi lebih ramping dan mungil. Selain itu karena seluruhnya padat, maka waktu kerjanya (lifetime) menjadi lebih tahan lama. Kapasitor tipe ini juga memiliki arus bocor yang sangat kecil Jadi dapat dipahami mengapa kapasitor Tantalum menjadi relatif mahal.
2.5.5.3 Kapasitor Electrochemical Satu jenis kapasitor lain adalah kapasitor electrochemical. Termasuk kapasitor jenis ini adalah battery dan accu. Pada kenyataannya battery 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 aplikasi mobil elektrik dan telepon selular.