3.3 Menganalisis komponen transduser pada rangkaian elektronika

KOMPONEN TRANDUSER PAADA RANGKAIAN ELEKTRONKA

Dalam proses pengumpulan energi, jumlah energi yang dikumpulkan harus terukur agar tidak kurang dan lebih. Energi dihitung dengan menggunakan alat tertentu. Alat tersebut adalah transduser.

1. Pengertian Transducer (Transduser)

Transduser berasal dari bahasa Latin 'traducere' yang berarti mengubah. Transduser adalah seperangkat alat yang dapat mengubah bentuk energi ke bentuk lainnya sesuai dengan kemampuan transdusernya masing-masing. Bentuk-bentuk energi seperti energi mekanik, listrik, elektromagnetik, cahaya, kimia, bunyi, panas, uap atau lainnya dapat diubah ke bentuk energi lain dengan menggunakan transduser. Bagian masukan dari transduser disebut sensor, karena bagian ini dapat mengindra suatu kuantitas fisik tertentu dan mengubahnya menjadi bentuk energi yang lain. Pada umumnya, semua alat yang dapat mengubah atau mengonversi suatu energi ke energi lainnya dapat disebut sebagai transduser (transducer).

2. Jenis-Jenis Transduser

Berdasarkan pola aktivasinya, transduser dapat dibagi menjadi dua, yaitu transduser pasif dan transduser aktif.

a. Transduser Pasif

Transduser pasif, yaitu transduser yang dapat bekerja bila mendapat energi tambahan dari luar. Transduser pasif bekerja berdasarkan prinsip pengontrolan energi, transduser pasif bekerja atas dasar perubahan parameter listrik (resistansi, induktansi atau kapasitansi), oleh karena itu supaya dapat bekerja diperlukan penggerak atau sumber dari luar berbentuk energi listrik sekunder. Contoh: pemakaian strain gauge digerakkan sumber listrik arus searah, LVDT (transformator diferensial) digerakkan oleh sinyal gelombang pembawa, Contoh lain: RTD (resistance thermal detector), Potensiometer dan NTC.

b. Transduser Aktif

Transduser aktif, yaitu transduser yang bekerja tanpa tambahan energidari luar, tetapi menggunakan energi yang diubah itu sendiri. Transduser aktif bekerja berdasarkan hukum kekekalan energi. Transduser aktif dapat membangkitkan sinyal output listrik yang ekuivalen tanpa adanya sumber dari luar. Contoh: piezoeelectric, termocople, photovoltatc dan termistor.

Berdasarkan fungsinya, transduser terbagi menjadi dua jenis yaitu transduser input dan transduser output. Hampir semua perangkat elektronika terdapat kedua jenis transduser tersebut. Berikut ini adalah blok diagram sederhana dari transduser input ke transduser output.

a. Transduser Input

Transduser input merupakan transduser yang dapat mengubah energi fisik (physical energy) menjadi sinyal listrik ataupun resistansi (yang kemudian juga dikonversikan ke tegangan atau sinyal listrik). Energi fisik tersebut dapat berbentuk cahaya, tekanan, suhu maupun gelombang suara. Seperti contohnya mikrofon (microphone), mikrofon dapat mengubah gelombang suara menjadi sinyal listrik yang dapat dihantarkan melalui kabel listrik. Transduser input sering disebut juga dengan sensor.

Berikut ini beberapa komponen elektronika ataupun perangkat elektronika yang digolongkan sebagai transduser input. 

1) LDR (Light Dependent Resistor)

LDR (Light Dependent Resistor) mengubah cahaya menjadi resistansi (hambatan). LDR adalah jenis resistor yang nilai hambatan atau nilai resistansinya tergantung pada intensitas cahaya yang diterimanya. Nilai hambatan LDR menurun pada saat cahaya terang dan nilai hambatannya menjadi tinggi jika dalam kondisi gelap. Dengan kata lain, fungsi LDR adalah untuk menghantarkan arus listrik jika menerima sejumlah intensitas cahaya (kondisi terang) dan menghambat arus listrik dalam kondisi gelap.

Naik turunnya nilai hambatan sebanding dengan jumlah cahaya yang diterimanya. Pada umumnya, nilai hambatan LDR mencapai 200 kl2 pada kondisi gelap dan menurun menjadi 500 12 pada kondisi cahaya terang.

LDR sering digunakan atau diaplikasikan dalam rangkaian elektronika sebagai sensor pada lampu penerang jalan, lampu kamar tidur, rangkaian anti maling, shutter kamera, alarm dan lain sebagainya.

2) Termistor (NTC/PTC)

Termistor (NTC/PTC) mengubah suhu menjadi resistansi (hambatan). Termistor (NTC/PTC) merupakan jenis resistor yang nilai resistansinya dapat dipengaruhi oleh suhu di sekitarnya. Pengujian terhadap baik dan tidaknya sebuah termistor NTC maupun PTC dengan menggunakan multimeter digital ataupun multimeter analog dengan bantuan alat pemanas seperti solder listrik (soldering iron), pengering rambut (hair dryer) atau jenis-jenis pemanas (heater) lainnya.

Selain dapat mengukur atau menguji termistor, alat ini dapat digunakan untuk membedakan jenis termistor yang yang diukur/uji, apakah merupakan jenis termistor PTC (Positive Temperature Coefficient) atau jenis termistor NTC (Negative Temperature Coefficient).

Jika ingin mengetahui jenis termistor yang diukur, dapat dilakukan dengan membaca nilai resistansi termistor yang bersangkutan pada saat diukur. Jika nilai resistansinya naik pada suhu panas, maka termistor yang diukur adalah termistor jenis PTC. Adapun jika nilai resitansinya menurun ketika suhu di sekitarnya tinggi (panas), maka jenis termistor tersebut adalah NTC.

3) Variable Resistor (Potensiometer)

Variable resistor (potensiometer) mengubah posisi menjadi resistansi (hambatan). Dalam peralatan elektronik, sering ditemukan potensiometer yang berfungsi sebagai pengatur volume di peralatan audio/video seperti radio, walkie talkie, tape mobil, DVD player dan amplifier. Potensiometer juga sering digunakan dalam rangkaian pengatur terang gelapnya lampu (light dimmer circuit) dan pengatur tegangan pada power supply (DC generator).

Potensiometer adalah salah satu jenis resistor yang nilai resistansinya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan rangkaian elektronika ataupun kebutuhan pemakainya. Secara struktur, potensiometer terdiri dari 3 kaki terminal dengan sebuah shaft atau tuas yang berfungsi sebagai pengaturannya.

Sebuah potensiometer terdiri dari sebuah elemen resistif yang membentuk jalur (track) dengan terminal di kedua ujungnya. Adapun terminal lainnya (biasanya berada di tengah) adalah penyapu (wiper) yang dipergunakan untuk menentukan pergerakan pada jalur elemen resistif (resistive). Pergerakan penyapu (wiper) pada jalur elemen resistif inilah yang mengatur naik-turunnya nilai resistansi sebuah potensiometer. Elemen resistif pada potensiometer umumnya terbuat dari bahan campuran metal (logam) dan keramik ataupun bahan karbon. Berdasarkan track (jalur) elemen resistifnya, potensiometer dapat digolongkan menjadi dua jenis yaitu potensiometer linear (linear potentiometer) dan potensiometer logaritmik (logarithmic potentiometer). 

4) Mikrofon (Microphone)

Mikrofon (microphone) mengubah gelombang suara menjadi sinyal listrik. Setiap jenis mikrofon memiliki cara yang berbeda dalam mengubah (konversi) bentuk energinya, tetapi semuanya memiliki persamaan yaitu semua jenis mikrofon memiliki suatu bagian utama yang disebut diafragma.

Pada dasarnya sinyal listrik yang dihasilkan mikrofon sangatlah rendah, oleh karena itu diperlukan penguat sinyal yang biasanya disebut amplifier. Berikut ini adalah penjelasan cara kerja microphone (mikrofon) secara singkat.

a) Saat berbicara, suara akan membentuk gelombang suara dan menuju ke mikrofon.

b) Dalam mikrofon, gelombang suara tersebut akan menabrak diafragma (diaphragm) yang terdiri dari membran plastik yang sangat tipis. Diafragma bergetar sesuai dengan gelombang suara yang diterimanya.

c) Sebuah coil atau kumparan kawat (voice coil) yang terdapat di bagian belakang diafragma ikut bergetar sesuai dengan getaran diafragma.

d) Sebuah magnet kecil atau kumparan tersebut menciptakan medan magnet seiring dengan gerakan coil.

yang permanen (tetap) yang dikelilingi oleh coil

e) Pergerakan voice coil di medan magnet akan menimbulkan sinyal listrik

f) Sinyal listrik yang dihasilkan tersebut kemudian mengalir ke amplifier (penguat) atau alat perekam suara.

b. Transduser Output

Transduser output merupakan transduser yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi bentuk energi fisik (physical energy). Seperti contohnya loudspeaker, loudspeaker mengubah sinyal listrik menjadi suara yang dapat di dengar oleh manusia. Transduser output sering disebut juga dengan istilah actuator.

Beberapa komponen elektronika atau perangkat elektronika yang digolongkan sebagai transduser output di antaranya adalah sebagai berikut. 

1) LED (Light Emitting Diode) mengubah listrik menjadi energi cahaya. 

2) Lampu mengubah listrik menjadi energi cahaya.

3) Motor mengubah listrik menjadi gerakan (motion). 

4) Heater mengubah listrik menjadi panas. 

5) Loudspeaker mengubah sinyal listrik menjadi suara.

Banyak perangkat elektronika yang dipergunakan saat ini adalah gabungan dari transduser input dan transduser output. Dalam perangkat elektronika yang dimaksud ini terdiri dari sensor (transduser input) dan actuator (transduser output) yang mengubah suatu bentuk energi menjadi bentuk energi lainnya dan kemudian mengubahnya lagi menjadi bentuk energi yang lain. Contohnya pengukur suhu badan (termometer) yang mengonversikan suhu badan menjadi sinyal listrik (transduser input sensor suhu) kemudian diproses oleh rangkaian elektronika tertentu menjadi angka atau display yang dapat dibaca (transduser output = display).

Berdasarkan aplikasinya, transduser dapat dibagi menjadi beberapa jenis, di antaranya sebagai berikut.

a. Transducer electromagnetic, seperti antenna, tape head/disk head, dan magnetic cartridge.

b. Transducer electrochemical, seperti hydrogen sensor dan pH probes. 

c. Transducer electromechanical, seperti rotary motor, potensiometer, air flow sensor, dan load cell.

d. Transducer electroacoustic, seperti loudspeaker, earphone, microphone, dan ultrasonic transceiver.

e. Transducer electro-optical, seperti lampu LED, dioda laser, lampu pijar, dan tabung CRT.

f. Transducer thermoelectric, seperti komponen NTC (Negative Thermal Coeficient) dan PTC (Positive Thermal Coeficient), dan termokopel.

3. Prinsip Kerja Transduser

Transduser memiliki prinsip-prinsip kerja yang berbeda. Prinsip-prinsip kerja dari transduser adalah sebagai berikut.

a. Prinsip Elektromagnetik

Prinsip elektromagnetik mengubah besaran energi fluks magnetis yang selanjutnya mengibas suatu tegangan.

b. Prinsip Fotokonduktif

Prinsip fotokonduktif mengubah hantaran (konduktif) atau rambatan (resistan) bahan semi konduktor yang mengenai perubahan cahaya.

c. Prinsip Fotovoltaik

Prinsip fotovoltaik menggunakan besaran indra cahaya yang diubah menjadi tegangan antara dua bahan yang berbeda susunannya. d. Prinsip Induktif

Prinsip induktif mengubah besaran energi yang masuk dengan metode perubahan induktif.

e. Prinsip Kapasitif

Prinsip kapasitif mengubah besaran energi yang masuk dengan metode perubahan kapasitas.

f. Prinsip Piezoelektris

Prinsip piezoelektris mengubah besaran energi yang mengubah tegangan (V) dan muatan (Q) yang disebabkan oleh sejenis kristal. g. Prinsip Potensiometer

Prinsip potensiometer mengubah besaran energi menjadi kedudukan kontak geser pada suatu hambatan.

h. Prinsip Reluktif

Prinsip reluktif mengubah tegangan ac dikarenakan efek yang timbul dari lintasan reluxtan di antara dua atau lebih komponen saat sistem kumparan transduser mengeluarkan rangsangan AC.

i. Prinsip Resitif

Prinsip resitif mengubah besaran energi menjadi perubahan hambatan dari sebuah elemen

j. Prinsip Termoelektris

Prinsip termoelektris mengubah besaran suhu dengan cara kerja efek Seeback, efek Thomson atau efek Peltier.

k. Prinsip Ukur Regangan

Prinsip ukur regangan mengubah besaran energi menjadi hambatan akibat adanya regangan dan terdapat dua atau empat cabang suatu jembatan wheatsone.

4. Karakteristik Dasar Transduser

Transduser dirancang untuk meraba besaran ukur yang spesifik atau hanya tanggap terhadap besaran ukur tertentu saja. Pemilihan karakteristik transduser listrik dan mekanik sangat penting. Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam pemakaian transduser sebagai berikut. a. Kekuatan

Kemampuan untuk bertahan pada beban lebih, dengan pengaman proteksi beban lebih yang dapat mencegah pemakaian beban lebih.

b. Linieritas

Linieritas yaitu kemampuan untuk menghasilkan karakteristik input dan output yang simetris serta linier. Ketidaklinieran setidaknya dapat dibagi menjadi dua, yaitu yang diketahui dan tidak diketahui. Ketidaklinieran yang tidak diketahui sangat menyulitkan, karena hubungan masukan keluaran tidak diketahui. Seandainya transduser semacam ini digunakan sebagai alat ukur, ketika masukan menjadi dua kali lipat, maka keluarannya menjadi dua kali lipat atau tiga kali lipat, atau yang lain, tidak diketahui. Sehingga untuk transduser jenis ini, perlu dilakukan penelitian tersendiri untuk mendapatkan hubungan masukan dengan keluaran, sebelum memanfaatkannya.

Adapun untuk ketidaklinieran yang diketahui, maka transduser yang memiliki sifat semacam ini masih dapat dimanfaatkan dengan menghindari ketidaklinierannya atau dengan melakukan beberapa transformasi pada rumus-rumus yang menghubungkan masukan dengan keluaran. Contoh ketidaklinieran yang diketahui, misalnya daerah mati (dead zone), saturasi (saturation), logaritma, kuadrat, dan sebagainya. 1) Daerah mati (dead zone)

Daerah mati (dead zone) maksudnya ketidaklinieran yang terjadi apabila telah diberikan masukan (input), keluaran (output) belum ada. Baru setelah melewati nilai ambang tertentu, ada keluaran (output) yang proporsional terhadap masukan (input).

 Menguji Komponen Transduser

Prosedur kerja untuk menguji komponen transduser dalam rangkaian elektronika sebagai berikut.

a. LDR

Adapun prosedur kerja untuk menguji atau mengukur LDR (Light Dependent Resistor) sebagai berikut.

1) Menghubungkan kaki LDR dengan multimeter dengan posisi selektor pada tahanan (92).

2) Mencatat nilai awal LDR sebelum ada perlakuan.

3) Menutup LDR dengan satu lembar kertas putih kemudian mencatat nilai pada multimeter. Kemudian melipat kertas sehingga jumlah lapisan kertas 1, 2, dan 4 lapisan.

4) Membaca hasil pengukuran pada multimeter digital.

5) Mencatat nilai pengukuran pada tabel hasil pengukuran dan mem-plot hasil dalam bentuk grafik.

b. Potensiometer Geser

Adapun prosedur kerja untuk menguji atau mengukur potensiometer geser adalah sebagai berikut.

1) Menghubungkan kaki potensiometer dengan multimeter dengan posisi selektor pada tahanan (12).

2) Menggeser bagian potensiometer sejauh 0, 5, 10, 15, dan 20 mm. 3) Membaca hasil pengukuran pada multimeter digital.

4) Mencatat nilai pengukuran pada tabel hasil pengukuran dan mem-plot hasil dalam bentuk grafik.

c. Potensiometer Putar

Adapun prosedur kerja untuk menguji atau mengukur potensiometer putar adalah sebagai berikut.

1) Menghubungkan kaki potensiometer dengan multimeter dengan posisi selektor pada tahanan (92).

2) Memutar bagian potensiometer dengan sudut putaran 0°, 30°, 60°, 90°, dan 120°

3) Membaca hasil pengukuran pada multimeter digital.

4) Mencatat nilai pengukuran pada tabel hasil pengukuran dan mem-plot hasil dalam bentuk grafik.

d. Termistor

Adapun prosedur kerja untuk mengukur nilai termistor jenis PTC dan NTC adalah sebagai berikut.

1) Menghubungkan kaki termistor dengan multimeter posisi selektor tahanan.

2) Mengisi kaleng atau wadah dengan air secukupnya. Mencelupkan termistor dan termometer ke dalam air.

3) Mencatat nilai awal sebelum ada perlakuan. 4) Mendinginkan air menggunakan es batu dengan suhu. 5) Membaca hasil pengukuran pada multimeter digital.

6) Mencatat nilai pengukuran pada tabel hasil pengukuran dan mem-plot hasil dalam bentuk grafik.

e. Kipas DC

Adapun prosedur kerja untuk menguji atau mengukur LDR (Light Dependent Resistor) sebagai berikut.

1) Menghubungkan kabel kipas dengan multimeter dengan posisi selektor pada tahanan (S2).

2) Mencatat nilai sebelum ada perlakuan.

3) Memutar baling-baling kipas dengan cara meniupkan kipas angin. 4) Membaca hasil pengukuran pada multimeter digital. 5) Mengulangi percobaan dengan kecepatan kipas yang berbeda.

6) Mencatat nilai pengukuran pada tabel hasil pengukuran dan mem-plot hasil dalam bentuk grafik.

f. Motor DC

Adapun prosedur kerja untuk menguji atau mengukur motor DC adalah sebagai berikut.

1) Menyediakan 2 buah motor DC.

2) Menghubungkan salah satu motor DC (Motor A) pada catu daya dengan tegangan 6 Volt.

3) Menghubungkan motor DC B ke multimeter yang selektornya mengarah ke posisi tegangan (V).

4) Menyalakan catu daya. 5) Membaca hasil pengukuran pada multimeter.

6) Mengulangi percobaan dengan tegangan catu daya 9 V dan 12 V. 

7) Mencatat nilai pengukuran pada tabel hasil pengukuran dan mem-plot hasil dalam bentuk grafik.

MENGOMUNIKASIKAN

Presentasikan hasil kegiatan mengasosiasikan di depan kelas! Mintalah teman-teman Anda untuk menanggapi!

Rangkuman

1. Transistor FET adalah transistor yang bekerja berdasarkan efek medan elektrik yang dihasilkan oleh tegangan yang diberikan pada kedua ujung terminalnya. FET terdiri dari empat bagian yaitu sumber (source), penguras (drain), gerbang (gate), dan kanal (channel).

2. Berdasarkan teknologi pembuatannya FET terbagi menjadi dua yaitu JFET (Junction Field Effect Transistor) dan MOSFET (Metal Oxide Semi Conduction Field Effect Transistor).

3. Sensor adalah jenis transduser yang digunakan untuk mengubah besaran mekanis, magnetis, panas, sinar, dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik.

4. Beberapa jenis sensor yang banyak digunakan dalam rangkaian elektronika antara lain sensor cahaya, sensor suhu, dan sensor tekanan.

5. Transduser adalah seperangkat alat yang dapat mengubah bentuk energi ke bentuk lainnya sesuai dengan kemampuan transdusernya masing-masing.

6. Berdasarkan pola aktivasinya, transduser dapat dibagi menjadi dua, yaitu transduser pasif dan transduser aktif. Berdasarkan fungsinya, transduser terbagi menjadi dua jenis yaitu transduser input dan transduser output.