Sensor Cahaya Photo Transistor

          Sekarang saatnya melanjutkan bahasan kita mengenai sensor dan tranduser, kali ini kita akan membahas tentang sensor cahaya photo transistor. Oke sobat untuk memahaminya langsung saja sobat simak uraian di bawah ini.

        Photo transistor merupakan jenis transistor yang bias basisnya berupa cahaya infra merah. Besarnya arus yang mengalir di antara kolektor dan emitor sebanding dengan intensitas cahaya yang diterima photo transistor tersebut. Simbol dan bentuk photo transistor ditunjukan seperti pada gambar berikut ini.

Gambar 1. Simbol dan bentuk photo transistor

Prinsip Kerja Photo Transistor

          Photo transistor sering digunakan sebagai saklar terkendali cahaya infra merah, yaitu memanfaatkan keadaan jenuh (saturasi) dan mati (cut off) dari photo transistor tersebut. Prisip kerja photo transistor untuk menjadi saklar yaitu saat pada basis menerima cahaya infra merah maka photo transistor akan berada pada keadaan jenuh (saturasi) dan saat tidak menerima cahaya infra merah photo transistor berada dalam kondisi mati (cut off) atau saklar terbuka.

Gambar 2. Titik cut-off transistor

Stuktur photo transistor mirip dengan transistor bipolar (bipolar junctoin transistor). Pada daerah basis dapat dimasuki sinar dari luar melalui suatu celah transparan dari luar kemasan taransistor. Celah ini biasanya dilindungi oleh suatu lensa kecil yang memusatkan sinar di tepi sambungan basis emitor.

Gambar 3. Bentuk nyata photo transistor 2 kaki

Gambar 4. Bentuk nyata photo transistor 3 kaki

          Prinsip kerja sensor photo transistor sambungan antara basis dan kolektor, dioperasikan dalam catu balik dan berfungsi sebagai photo dioda yang merespon masuknya sinar dari luar. Bila tak ada sinar yang masuk, arus yang melalui sambungan catu balik sama dengan nol. Jika sinar dari energi photon cukup dan mengenai sambungan catu balik, penambahan pasangan hole dan elektron akan terjadi dalam depletion region, menyebabkan sambungan menghantar. Jumlah pasangan hole dan elektron yang dibangkitkan dalam sambungan akan sebanding dengan intensitas sinar yang mengenainya. Sambungan antara basis emitor dapat dicatu maju, yang menyebabkan piranti ini dapat difungsikan sebagai transistor bipolar konvensional.

          Arus kolektor dari photo transistor diberikan oleh terminal basis dari photo transistor tidak membutuhkan sambungan (no connect) untuk bekerja. Jika basis tidak disambung dan VCE adalah positif, sambungan basis kolektor akan berlaku sebagai photo dioda yang dicatu balik. Arus kolektor dapat mengalir sebagai tanggapan dari salah satu masukan, dengan arus basis atau masukan intensitas sinar L1.

Gambar 5. Karakteristik photo transistor

Aplikasi Photo Transistor

          Contoh rangkaian dasar sensor Photo Transistor ditunjukan seperti pada gambar berikut ini.

Gambar 6. Rangkaian dasar photo transistor

          Komponen sensor photo transistor ini memiliki sifat yang sama dengan transistor yaitu menghasilkan kondisi cut off dan saturasi. Perbedaannya adalah, bilamana pada transistor kondisi cut off terjadi saat tidak ada arus yang mengalir melalui basis ke emitor dan kondisi saturasi terjadi saat ada arus mengalir melalui basis ke emitor maka pada phototransistor kondisi cut off terjadi saat tidak ada cahaya infrared yang diterima dan kondisi saturasi terjadi saat ada cahaya infrared yang diterima.

          Kondisi cut off adalah kondisi di mana transistor berada dalam keadaan OFF sehingga arus dari collector tidak mengalir ke emitor. Pada rangkaian gambar 6 diatas, arus akan mengalir dan membias basis transistor Q1 C9014. Sedangkan kondisi saturasi adalah kondisi di mana transistor berada dalam keadaan ON sehingga arus dari collector mengalir ke emitor dan menyebabkan transistor Q1 tidak mendapat bias atau OFF.

          Photo transistor type ST8-LR2 memiliki sudut area 15 derajat dan lapisan pelindung biru yang melindungi sensor dari cahaya-cahaya liar. Pada photo transistor yang tidak dilengkapi dengan lapisan pelindung ini, cahaya-cahaya liar dapat menimbulkan indikasi-indikasi palsu yang terkirim ke CPU dan mengacaukan proses yang ada di sana. Aplikasi photo transistor ST8-LR2 sebagai sensor peraba adalah digunakan bersama dengan LED Infrared yang dipancarkan ke permukaan tanah. Apabila permukaan tanah atau lantai berwarna terang, maka sinyal infrared akan dikembalikan ke sensor dan diterima oleh photo transistor ST8-LR2. Namun bila permukaan tanah atau lantai berwarna gelap, maka sinyal infrared akan diserap dan hanya sedikit atau bahkan tidak ada yang kembali. Cara merangkai photo transistor ST8-LR2 dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 7. Rangkaian dasar photo transistor ST8-LR2

Gambar 8. Rangkaian photo transistor ST8-LR2 bersama LED

          Photo transistor merupakan sensor cahaya yang dapat digunakan untuk aplikasi dengan cahaya infra merah dan cahaya matahari. Photo transistor dapat dioperasikan secara langsung untuk mendapatkan logika output dari perubahan cahaya yang diterima oleh photo transistor tersebut atau dengan menambahkan penguat transistor untuk meningkatkan performa dan kecepatan respon photo transistor. Rangkaian dasar yang dapat digunakan untuk mengaplikasikan photo transistor sebagai sensor cahaya dapat menggunakan rangkaian sederhana berikut ini.

1. Rangkaian Dasar Dengan Logika HIGH Pada Saat Mendeteksi Cahaya

          Dengan konfigurasi pertama pada gambar di bawah ini photo transistor sudah dapat memberikan logika HIGH pada saat menerima pancaran cahaya. Pada saat menerima cahaya maka nilai konduktifitas kaki kolektor – emitor akan naik sehingga Vout mendapat sumber tegangan dari Vcc melalui kaki emitor photo transistor sehingga Vout berlogika HIGH dan sebaliknya pada saat tidak menerima cahaya maka photo transistor OFF dan Vout dihubungkan ke ground melalui RL sehingga berlogika LOW. Kemudian untuk konfigurasi kedua pada gambar di bawah ini, pada saat photo transistor menerima cahaya maka photo transistor konduk sehingga TR1 tidak mendapat bias basis sehingga TR1 OFF dan Vout berlogika HIGH. Kemudian pada saat photo transistor tidak menerima cahaya makan photo transistor OFF dan basis transistor TR1 mendapat bias maju sehingga TR1 ON dan Vout dihubungkan ke ground melalui TR1 sehingga Vout berlogika LOW.

Gambar 9. Rangkaian dasar dengan Logika High pada saat mendeteksi cahaya

2. Rangkaian Dasar Dengan Logika LOW Pada Saat Mendeteksi Cahaya

          Dari rangkaian pertama pada gambar di bawah ini, pada saat photo transistor menerima cahaya maka photo transistor ON sehingga Vout dihubungkan ke ground melalui photo transistor sehingga Vout berlogika LOW dan sebaliknya pada saat tidak menerima cahaya maka photo transistor OFF dan Vout dihubungkan ke Vcc melalui RL sehingga berlogika HIGH. Kemudian untuk konfigurasi kedua dari gambar di bawah ini, pada saat photo transistor menerima cahaya maka photo transistor konduk sehingga TR1 mendapat bias basis sehingga TR1 ON dan Vout dihubungkan ke ground oleh TR1 sehingga Vout berlogika LOW. Kemudian pada saat photo transistor tidak menerima cahaya makan photo transistor OFF dan basis transistor TR1 tidak mendapat bias maju sehingga TR1 OFF dan Vout dihubungkan ke Vcc melalui RL sehingga Vout berlogika HIGH.

Gambar 10 Rangkaian dasar dengan Logika Low pada saat mendeteksi cahaya

3. Rangkaian Light Switch dengan Photo Transistor

          Rangkaian light switch atau saklar terkendali cahaya dapat dibuat dari beberpa macam sensor cahaya. Rangkaian light switch berikut ini dibuat menggunakan sensor cahaya berupa photo transistor. Rangkaian light switch ini sangat sederhana, karena dibuat dengan 1 buah transistor, 1 buah photo transistor, 1 buah relay, 1 bauh variabel resistor dan 1 buah dioda seperti terlihat pada gambar di bawah ini. Rangkaian light switch ini dapat bekerja pada tegangan 6 – 12 VDC atau tegangan DC yang laian sesuai dengan relay yang digunakan. Untuk mengatur sensitifitas penerimaan cahaya diatur dengan VR1. Rangkaian light switch with photo transistor ini dapat digunakan untuk mengendalikan beberapa lampu secara paralel dengan daya tergantung dari kemampuan relay yang digunakan. Rangkaian light switch with photo transistor ini juga dapat digunakan untuk mengendalikan lampu taman, lampu jalan, atau lampu yang ingin dinyalakan di malam hari saja secara otomatis.

Gambar 11. Rangkaian light switch dengan photo transistor

4. Rangkaian Saklar Infra red

Gambar 12. Rangkaian saklar infrar ed

Gambar 13. Kit PCB saklar infra red

5. Rangkaian penghitung (counter) kendaraan yang lewat dengan sensor infra red

Gambar 14. Rangkaian counter dengan sensor infra red

Gambar 15. Skema counter kendaraan yang lewat dengan sensor infra red