Laporan praktikum ini membahas tentang rangkaian alat ukur cahaya secara analog menggunakan sensor cahaya LDR, jembatan Wheatstone, dan penguat diferensial. Praktikum ini bertujuan untuk mengukur tegangan input dan output pada lima kondisi intensitas cahaya yang berbeda serta membandingkan hasil pengukuran dengan nilai teori."

1. LAPORAN PRAKTIKUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL
BIOSISTEM
Diajukan untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Instrumentasi dan Kontrol
Biosistem Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Universitas
Jember
Oleh:
Nama : M. Yuwan Kilmi
NIM : 131710201007
Kelas : TEP – A
Acara : IV (Rangkaian Alat Ukur Cahaya Secara Analog)
Asisten : Ardika Aris Sugianto
LABORATORIUM ENERGI, OTOMATISASI, dan INSTRUMENTASI
PERTANIAN
JURUSAN TEKNIK PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
UNIVERSITAS JEMBER
2014

2. BAB 1. METODOLOGI PRAKTIKUM
1.1 Waktu dan Tempat Praktikum
Hari : Sabtu
Tanggal : 10 Mei 2014
Pukul : 07.30 WIB – selesai
Tempat : Laboratorium Instrumentasi Teknik Pertanian FTP Unej
1.2 Alat dan Komponen yang Digunakan
Alat : 1. Power suply DC
2. Multimeter Digital
3. Wise Board
4. Tang potong
Komponen : 1. Resistor Fixed (100KΩ;22KΩ)
2. IC 741
3. Potensio (B500KΩ)
4. Sensor cahaya (LDR)
5. Jepit buaya, jumper

3. 1.3 Prosedur Kerja
Gambar diatas menunjukkan bahwa peletakan sensor pada Ra, potensio
pada Rd dan amplifier menggunakan konfigurasi differensial amplifier.
RANGKAIAN ALAT UKUR CAHAYA SECARA ANALOG
+
_2
3
4
7
+12
-12
6
Vin
R1
R4
R2
R3
A
D
B
C
Ra Rb
RcRd
Vout
Sensor
Potensio
Mulai
Mempersiapkan alat-alat komponen yang digunakan
Merangkai alat ukur cahaya sesuai gambar, tegangan suply = 5 Volt
Menentukan titik intensitas cahaya maksimal – TICM - (intensitas
cahaya paling terang), mengatur potensio hingga VBD = 0 Volt
Mengukur dan mencatat teganganinput pada lima kondisi (intensitas
cahaya semakin kecil)
Mengukur dan mencatat tegangan output pada lima kondisi
Melengkapi tabel dengan tegangan input dan output hasil
pengukuran dan teoritis
Melakukan percobaan pada dua skenario
Selesai

4. BAB 2. HASIL DAN PEMBAHASAN
2.1 Alat dan Komponen Praktikum
Dalam kegiatan praktikum, banyak sekali macam – macam alat dan
komponen yang digunakan.
2.1.1 Alat :
a) Power suply DC
Berfungsi sebagai perangkat yang memasok atau menyalurkan energi
listrik untuk satu atau lebih beban listrik. Disamping itu juga, untuk mengontrol
tegangan output atau saat ini untuk nilai tertentu, nilai dikendalikan mengadakan
hampir konstan, meskipun variasi baik dalam beban arus atau tegangan yang
diberikan oleh sumber energi catu daya. Sedangkan prinsip rangkaian power
supply adalah menurunkan tegangan AC , menyearahkan tegangan AC sehingga
menjadi DC ,menstabilkan tegangan DC, yang terdiri atas transformator, dioda
dan kapasitor/condensator.
b) Multimeter Digital
Berfungsi untuk mengukur besar kuat arus, hambatan pada suatu
rangkaian alat listrik, dan tegangan.
c) Wise Board
Berfungsi sebagai tempat untuk merangkai, rangkaian alat ukur cahaya
secara analog dalam praktikum atau bisa juga sebagai tempat menghubungkan
rangkaian sederhana. Ciri-cirinya berupa lempengan berwarna putih dan terdapat
soket-soket untuk menghubungkan rangkaian.
d) Tang potong
Berfungsi untuk memotong kabel atau memotong bagian pembukus kabel
dengan tujuan agar kawat tembaga dapat di dalam kabel dapat digunakan.
2.1.2 Komponen :
a) Resistor Fixed (100KΩ;22KΩ)
Berfungsi untuk menghambat arus listrik yang melewati rangkaian agar
arus yang mengalir tidak terlalu besar sehingga tidak terjadi konsleting. Besar

5. resistor dapat dihitung dari gelang-gelang warna yang terdapat pada bagian luar
resistor, warna pada gelang-gelang resistor tersebut memiliki jumlah angka yang
sudah ditentukan.
b) IC 741
Berfungsi sebagai komparator atau pembanding, di mana fungsi
komparator adalah untuk membandingkan tegangan input yang berada pada kaki
Inverting dan kaki Non-Inverting yang terdapat pada rangkaian.
c) Potensio (B500KΩ)
Berfungsi untuk menghambat arus listrik yang nilai hambatannya dapat
diatur atau dapat diubah – ubah.
d) Sensor cahaya (LDR)
Berfungsi untuk menaikkan dan menurunkan nilai tahanan dengan cara
mendekatkan atau menjauhkan sensor cahaya (LDR) dari sumber cahaya.
e) Jepit buaya, jumper
Berfungsi untuk mengubungkan trafo atau tegangan pada rangkaian.
Disamping itu, jepit buaya juga digunakan untuk menjepit sambungan kabel
dengan tujuan agar arus listrik dapat mengalir dari kabel yang satu ke kabel yang
lainnya.
2.2 Hubungan Jembatan wheatsone, Differensial Amplifier, dan Sensor
Cahaya Dalam Rangkaian
Jembatan wheatsone adalah suatu rangkaian yang tersusun dari 4 buah
hambatan yang sama, 2 dari hambatan tersebut merupakan hambatan variabel
dan hambatan yang belum diketahui besar nilainya yang disusun secara seri satu
sama lain dan pada 2 titik diagonalnya dipasang sebuah galvanometer dan pada
2 titik diagonal lainnya diberikan sumber tegangan (Andhie, 2010).
LDR (Light Dependent Resistant) merupakan suatu jenis resistor yang
nilai resistansinya berubah-ubah karena adanya intensitas cahaya yang diserap.
LDR dibentuk dari Cadium Sulfide (CDS) yang mana Cadium Sulfide dihasilkan
dari serbuk keramik. Prinsip kerja LDR ini pada saat mendapatkan cahaya maka

6. tahanannya turun, sehingga pada saat LDR mendapatkan kuat cahaya terbesar
maka tegangan yang dihasilkan adalah tertinggi.
Penguat diferensial (differensial amplifier) adalah penguat yang memiliki
dua input dan memperkuat selisih tegangan pada kedua input tersebut. Pada
keadaan ideal pada penguat diferensial sinyal interferensi yang berupa sinyal
yang sama (common signal) yang masuk pada kedua input akan dihilangkan
pada proses penguatan karena hanya selisih tegangan yang diperkuat.Namun
demikian pada implementasinya penguat diferensial juga memberikan output
yang berasal dari sinyal bersama tersebut.
Sedangkan hubungan antara jembatan wheatstone, differensial amplifier
dan LDR dalam rangkaian yaitu kegunaan dari jembatan wheatsone adalah
merubah sinyal dari LDR yang pemasangan LDR nya diletakkan pada R1. LDR
akan merespon perubahan intensitas cahaya menjadi perubahan tahanan dan dari
perubahan tahanan dirubah lagi menjadi sinyal tegangan. Sinyal tegangan tersebut
dikeluarkan pada titik BD, yang merupakan perbedaan potensial antara VB dan
VD. Sinyal output dari jembatan wheatstone tersebut (VBD) digunakan sebagai
sinyal input dari differensial amplifier. Sinyal input tersebut akan dikuatkan oleh
differensial amplifier sehingga dapat diukur besar nilainya dengan menggunakan
AVO meter digital.
RANGKAIAN JEMBATAN WHEATSTONE
VBD
A
D B
C
R1 R2
R4R3
DIFFERENTIAL AMPLIFIER
+
_
R3
R2
R4
R1
Vout
2
3
4
7 6
+12
-12
V1
V2

7. 2.3 Fungsi Ditentukannya Titik Intensitas Cahaya Maksimum
Pada sensor cahaya, penentuan titik intensitas cahaya maksimum
didapatkan dengan cara mengubah jarak cahaya terhadap sensor LDR sampai Avo
meter menunjukkan nilai tahanan maksimum dari sensor LDR tersebut.
Perubahan tahanan tersebut akan dimanipulasi oleh Jembatan Wheatstone sebagai
perubahan tegangan, jika tahanan dari LDR tersebut maksimal maka akan
diperoleh besar tegangan yang maksimal pula dan dan dari besar tegangan yang
dimanipulasi oleh jembatan wheatsone kemudian dikuatkan oleh differensial
amplifier dengan tujuan agar nilai dari tahanan tersebut dapat terbaca pada AVO
meter digital.
2.4 Tabel Hasil Pengamatan
Hasil yang didapatkan dari pengukuran adalah sebagai berikut.
Hasil
percobaan
1
Jembatan Wheatsone
(KΩ)
Penguat Operasi
(KΩ)
Vin
(volt)
Penguatan
Vout
ukur
(volt)
Vout
teori
Ra Rb Rc Rd R1 R2 R3 R4
1
22 22 TICM 100 100 200 200
1,67 1,99 3,32 3,34
2 1,85 2,39 4,42 3,7
3 1,93 2,32 4,48 3,86
4 1,95 2,32 4,53 3,9
5 2,24 2,03 4,54 4,48
Hasil
percobaan
2
1
22 22 TICM 1 1 2 2
0,138 1,93 0,266 0,28
2 0,16 2,03 0,325 0,32
3 0,196 2,03 0,398 0,39
4 0,2 2,03 0,406 0,4
5 0,203 2,03 0,413 0,41
Untuk menghasilkan tegangan input rangkaian disusun dengan Ra sebagai
sensor (LDR), Rd menggunakan potensio pada jembatan wheatstone (JW), dan
rangkaian dikuatkan dengan menggunakan differensial amplifier.

8. Perlakuan yang dilakukan pada LDR adalah intensitas cahaya semakin
dikurangi. Sehingga berdasarkan hal tersebut maka resistensi LDR akan semakin
kecil.
Penggunaan jembatan whetastone dimaksudkan untuk mendapatkan
tegangan input yang berasal dari bedapotensial antara D dengan B. Sedangkan
penggunaan potensio untuk mendapatkan TICM sebagai 0 volt (bedapotensial
antara D dengan B=0).
Berdasarkan persamaan VD= VPower Suply * Rd / (Rd+Ra) = VPower Suply * 1 /
(1+Ra/Rd), (penempatan sensor pada Ra) maka semakin besar tahanan Ra maka
semakin kecil nilai VD. Dengan kata lain, jika perlakuan intensitas cahaya
semakin mengecil maka, nilai Ra akan semakin kecil dan nilai VD akan semakin
besar.
Keluaran VB diset sedemikian rupa dengan memberikan tahanan Fixed
sehingga akan selalu konstan. Pada skenario I, VB = VPower Suply * Rc / (Rc+Rb) =
5 * 22000 / (22000+22000) = 2,5 volt
Nilai keluaran VDB pada titik atas (pada intensitas cahaya terbesar) diset
menjadi NOL dengan mengatur Rd (potensio). Artinya VD dibuat = VB sehingga
VDB = VD – VB = 0 volt.
Dengan demikian pada pengukuran intensitas cahaya yang semakin kecil
akan membuat VDB akan semakin besar (nilai bertambah).
Penggunaan differensial Amplifier sebagai penguat tegangan input
memiliki persamaan Vout = [(R1+R4) / (R2+R3) * (R3/R2) * Vin-2] – [(R4/R1) * Vin-
1].
Karena Vinput hanya diukur selisih tegangannya saja dan R1 = R2 = 100
KΩ dan R3 = R4 = 200 KΩ, maka Vout = 300 / 300 * 2 * Vin-2 – 2 * Vin-1 = 2 *
(Vin-2 - Vin-1). Nilai ini akan sama saja dengan V out = 2 * Beda potensial BD
atau Vout = 2 * (Vinput). Sehingga dapat disimpulkan bahwa penguatan
differensial amplifier = 2.
Berdasarkan nilai true value nilai V input (keluaran jembatan Wheatstone)
maka hubungan antara Vinput dengan Voutput differensial amplifier bias
digambarkan pola grafik pada dua skenario di bawah sebagai berikut.

9. Skenario I.
Grafik Skenario I menunjukkan hubungan tegangan input dan output yang
diolah oleh differensial amplifier, terlihat bahwa semakin kecil tegangan input
maka semakin kecil pula tegangan output. Hal ini sesuai dengan persamaan
differensial amplifier Vout = 2 * (Vinput), kesesuaian ini ditunjukkan pula oleh
garis teori pada grafik memiliki persamaan Y = 2x
Perbedaan pengukuran dengan teori terlihat pada faktor penguatan pada
pengukuran yang lebih besar dari teori (koefisien X = 1,899), serta adanya
konstanta 0,596, sehingga hasilnya tidak berhimpit.
Perbedaan antara garis ukur dengan teori dapat terjadi karena adanya
beberapa faktor diantaranya yaitu terjadi adanya kesalahan pada saat pengukuran,
dapat juga karena adanya pengaruh dari lingkungan misalnya meja maupun
tangan, dan adanya rangkaian yang lepas.
y = 1.8992x + 0.5963
R² = 0.5546
y = 2x
R² = 1
0
1
2
3
4
5
6
0 0.5 1 1.5 2 2.5
VOutput(Volt)
V input (Volt)
Ukur
Teori
Linear
(Ukur)
Linear
(Teori)

10. Skenario II.
Hal yang sama terjadi pada skenario II, grafik menunjukkan hubungan
tegangan input dan output yang diolah oleh differensial amplifier, terlihat bahwa
semakin kecil tegangan input maka semakin kecil pula tegangan output. Hal ini
sesuai dengan persamaan differensial amplifier Vout = [(R1+R4) / (R2+R3) *
(R3/R2) * Vin-2] – [(R4/R1) * Vin-1], kesesuaian ini ditunjukkan pula oleh garis
teori pada grafik memiliki persamaan Y = 1,968x + 0,006
Perbedaan pengukuran dengan teori terlihat pada factor penguatan pada
pengukuran yang lebih besar dari teori (koefisien X = 2,210), serta adanya
konstanta – 0,035 , sehingga hasilnya tidak berhimpit.
Perbedaan antara garis ukur dengan teori dapat terjadi karena adanya
beberapa faktor yang mempengaruhi diantaranya yaitu terjadinya kesalahan pada
rangkaian, rangkaian lepas, AVO meter tidak terkalibrasi dengan baik sehingga
nilai yang ditunjukkan oleh AVO meter berubah-ubah dan terjadi pembacaan
angka yang tidak tepat, dan adanya kesalahan dalam pengukuran.
y = 2.2107x - 0.035
R² = 0.9965
y = 1.9688x + 0.0068
R² = 0.998
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0 0.1 0.2 0.3
VOutput(Volt)
Volt Input (Volt)
ukur
Teori
Linear (ukur)
Linear (Teori)

11. BAB 3. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil pengamatan dapat disimpulkan sebagai berikut.
1. Pengukuran intensitas cahaya secara analog dapat menggunakan sensor cahaya
jenis LDR dengan komponen resistor fixed (100KΩ , 22KΩ).
2. Alat ukur cahaya secara analog dapat dibuat dengan menggunakan integrasi
komponen LDR, Jembatan Wheatstone, dan Differensial Ampliffier.
3. Perubahan sinyal yang terjadi adalah dari besaran intensitas cahaya, menjadi
perubahan tahanan, menjadi perubahan tegangan yang dikuatkan
(ΔT→ΔR→ΔV).
4. Hasil pengukuran menunjukkan kesalahan yang relative kecil jika
dibandingkan dengan teori.

12. DAFTAR PUSTAKA
Sumber Buku :
Bolton, W. 1996. Mechatronik. London: Longman.
Clayton, G. B. 1975. Experiment with OpAmp. London: Macmillan Press.
Malvino. 1985. Prinsip-Prinsip Elektronik. Jakarta: Airlangga.
Woolard, Barry. 1999. Elektronika Praktis. Jakarta: PT PradnyaParamitha.
Sumber Internet :
Andhie, 2010. Teori dasar Jembatan Wheatsone.
http://andhie13.student.umm.ac.id/download-as -
pdf/umm_blog_article_239.pdf. [21 Mei 2014].
ITB. 2013. “Penguat Differensial”.
labdasar.ee.itb.ac.id/lab/EL3109/Elektronika/2014/modul/520praktikum/El
ka2-perc2-Penguat-Diferensial-Petunjuk-Rev.10-09-13.docx. [16 Mei
2014].
Universitas Sumatera Utara . 2010 . Dasar – Dasar Mengenai Perangkat Keras.
http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/24855/3/Chapter%20II.pdf
. [21 Mei 2014].