1. Di ampu oleh Prof. Dr. Jumadi
Tarwin 13708259014
Mata Kuliah Fisika
Program Studi Pendidikan Sains
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA
2014

2. A. Pengertian Sensor
 Sensor adalah alat untuk
mendeteksi/mengukur sesuatu, yang
digunakan untuk mengubah variasi mekanis,
magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi
tegangan dan arus listrik.
Dalam lingkungan sistem pengendali dan
robotika, sensor memberikan kesamaan yang
menyerupai mata, pendengaran, hidung, lidah
yang kemudian akan diolah oleh kontroler
sebagai otaknya (Petruzella, 2001)

3.  Sensor adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk
mendeteksi gejala-gejala atau sinyal-sinyal yang
berasal dari perubahan suatu energi seperti energi
listrik, energi fisika, energi kimia, energi mekanik
dan sebagainya.
Contoh; mata sebagai sensor penglihatan, telinga
sebagai sensor pendengaran, kulit sebagai sensor
peraba pada tubuh manusia sedangkan thermistor
adalah sensor panas, LDR (light dependent resistance)
sebagai sensor cahaya, pada sistem otomatis dan
lainnya.

4. Sensor dan transduser merupakan peralatan
atau komponen yang mempunyai peranan penting
dalam sebuah sistem pengendali dan pengaturan
otomatis.
Sensor merupakan bagian yang berfungsi untuk
melakukan sensing atau “merasakan dan
menangkap” adanya perubahan energi eksternal
yang akan masuk ke bagian input dari
transducer, kemudian segera dikirim kepada
bagian konvertor dari transducer untuk dirubah
menjadi energi listrik

5.  Tranduser adalah sebuah alat yang bila digerakan
oleh suatu energi di dalam sebuah sistem
transmisi, akan menyalurkan energi tersebut
dalam bentuk yang sama atau dalam bentuk yang
berlainan ke sistem transmisi berikutnya”.
Transmisi energi ini bisa berupa listrik, mekanik,
kimia, optic (radiasi) atau thermal (panas).
 Transducer adalah alat yang berfungsi untuk
mengubah suatu bentuk energi tertentu ke dalam
bentuk energi lain, dalam hal ini biasanya selalu
diubah kedalam bentuk energi listrik

6. Di dalam mempelajari sensor dan transduser ada sebuah
alat lagi yang selalu melengkapi dan mengiringi
keberadaan sensor dan transduser dalam sebuah sistem
pengukuran, atau sistem manipulasi, maupun sistem
pengontrolan yaitu yang disebut alat ukur
Alat Ukur adalah sesuatu alat yang berfungsi
memberikan batasan nilai atau harga tertentu dari
gejala-gejala atau sinyal yang berasal dari perubahan
suatu energi.
Contoh: voltmeter, ampermeter untuk sinyal listrik;
tachometer, speedometer untuk kecepatan gerak
mekanik, lux-meter untuk intensitas cahaya, dan
sebagainya

7. Dalam memilih sensor yang tepat dan sesuai dengan sistem
yang akan disensor maka perlu diperhatikan persyaratan-
persyaratan kualitas, yakni:
1). Linearitas
Konversi harus benar-benar proposional, jadi karakteristik
konversi harus linier.
Ada banyak sensor yang menghasilkan sinyal keluaran
yang berubah secara kontinyu sebagai tanggapan
terhadap masukan yang berubah secara kontinyu. Sebagai
contoh, sebuah sensor panas dapat menghasilkan
tegangan sesuai dengan panas yang dirasakannya.

8. 2). Sensitivitas
Sensitivitas akan menunjukan seberapa jauh kepekaan sensor
terhadap kuantitas yang diukur. Sensitivitas sering juga
dinyatakan dengan bilangan yang menunjukan “perubahan
keluaran dibandingkan unit perubahan masukan”. Beberapa
sensor panas dapat memiliki kepekaan yang dinyatakan
dengan “satu volt per derajat”, yang berarti perubahan satu
derajat pada masukan akan menghasilkan perubahan satu volt
pada keluarannya. Sensor panas lainnya dapat saja memiliki
kepekaan “dua volt per derajat”, yang berarti memiliki
kepekaan dua kali dari sensor yang pertama.

9. 3). Waktu Tanggapan (time response)
Waktu tanggapan adalah waktu yang diperlukan keluaran
sensor untuk mencapai nilai akhirnya pada nilai masukan
yang berubah secara mendadak. Sensor harus dapat berubah
cepat bila nilai masukan pada sistem tempat sensor tersebut
berubah. Tanggapan waktu pada sensor menunjukan seberapa
cepat tanggapannya terhadap perubahan masukan.
4). Batas frekuensi terendah dan tertinggi
Batas-batas tersebut adalah nilai frekuensi masukan periodik
terendah dan tertinggi yang masih dapat dikonversi oleh
sensor secara benar. Pada kebanyakan aplikasi disyaratkan
bahwa frekuensi terendah adalah 0 Hz

10. 5). Tidak tergantung temperatur
Keluaran konverter tidak boleh tergantung pada temperatur di
sekelilingnya, kecuali sensor suhu
4). Stabilitas waktu
Untuk nilai masukan (input) tertentu sensor harus dapat
memberikan keluaran (output) yang tetap nilainya dalam
waktu yang lama
5).Histerisis
Gejala histerisis yang ada pada magnetisasi besi dapat pula
dijumpai pada sensor. Misalnya, pada suatu temperatur
tertentu sebuah sensor dapat memberikan keluaran yang
berlainan (Link, 1993).

11. Jenis sensor secara garis besar bisa dibagi menjadi 2 jenis yaitu :
1. Sensor Fisika
2. Sensor Kimia
 Sensor fisika adalah sensor yang mendeteksi suatu besaran berdasarkan hokum-
hukum fisika. Yang termasuk kedalam jenis sensor fisika yaitu:
- Sensor cahaya - Sensor gaya
- Sensor suara - Sensor percepatan
- Sensor suhu
 Sensor kimia adalah sensor yang mendeteksi jumlah suatu zat kimia dengan cara
mengubah besaran kimia menjadi besaran listrik. Biasanya ini melibatkan
beberapa reaksi kimia. Yang termasuk kedalam jenis sensor kimia yaitu :
- Sensor PH - Sensor Ledakan, dll
- Sensor Gas
- Sensor oksigen
Sensor biologi, sensor yang mendeteksi kadar substrat pada mahluk hidup
* sensor pengukuran molekul dan biomolekul: toxin, nutrient, pheromone
* sensor pengukuran tingkat glukosa, oxigen, dan osmolitas
* sensor pengukuran protein dan hormon

12. Sensor cahaya adalah alat yang digunakan untuk merubah besaran cahaya
menjadi besaran listrik. Prinsip kerja dari alat ini adalah mengubah energi
dari foton menjadi Elektron. Idealnya satu foton dapat membangkitkan satu
elektron.
JENIS-JENIS SENSOR CAHAYA DAN KARAKTERISTIKNYA
komponen yang termasuk sensor cahaya, yaitu:
1. LDR (Light Dependent Resistor)
LDR (Light Dependent Resistor) merupakan suatu sensor yang apabila
terkena cahaya maka tahanannya akan berubah. resistensi dari LDR akan menurun
jika ada penambahan intensitas cahaya yang mengenainya. Besarnya tahanan
LDR/fotoresistor dalam kegelapan mencapai jutaan ohm (sekitar 10MΩ) dan turun
sampai beberapa ohm dalam keadaan terang benderang. LDR dapat dibuat dari
semikonduktor beresistensi tinggi yang karakteristik listriknya berubah-ubah sesuai
dengan cahaya yang diterima seperti kadmium sulfida (CdS) dan Kadmium
Selenida (CdSe). Dengan bahan ini energi dari cahaya yang jatuh menyebabkan
lebih banyak muatan yang dilepas atau arus listrik meningkat .

13. Karakteristik LDR terdiri dari dua macam yaitu Laju Recovery
dan Respon Spektral
 Laju Recovery
Bila sebuah LDR dibawa dari suatu ruangan dengan level kekuatan cahaya
tertentu ke dalam suatu ruangan yang gelap, maka bisa kita amati bahwa
nilai resistansi dari LDR tidak akan segera berubah tetapi dapat 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
 Respon Spektral
LDR 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

14. Grafik penurunan resistansi LDR terhadap variasi illumination
Grafik Perbandingan Antara Resistansi LDR
dengan Kadar Cahaya

15. Tampilan fisik LDR seperti gambar berikut:

16. Contoh penggunaannya adalah pada alarm pencuri, lampu taman dan
lampu jalan yang bisa menyala di malam hari dan padam di siang hari
secara otomatis.

17. Contoh simulasi Rangkaian yang menggunakan LDR

18. 2. Fotodioda
Fotodioda adalah jenis dioda yang berfungsi mendeteksi cahaya.
Fotodioda merupakan sensor cahaya semikonduktor yang dapat
mengubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Fotodioda
merupakan sebuah dioda dengan sambungan p-n yang
dipengaruhi cahaya dalam kerjanya. Jika terkena cahaya maka
resistansi nya berkurang dan jika tidak terkena cahaya maka
resistansi nya meningkat.
Cahaya yang dapat dideteksi oleh fotodioda ini mulai dari cahaya
infra merah, cahaya tampak, ultra ungu sampai dengan sinar-X.
biasanya Photodioda digunakan sebagai penangkap gelombang
cahaya yang dipancarkan oleh Infrared.
Photodiodes dibuat dari semikonduktor dengan bahan yang
populer adalah silicon (Si) atau galium arsenida ( GaAs), dan yang
lain meliputi InSb, InAs, PbSe

19. Dikarenakan sambungan PN sangatlah kecil, dibutuhkan lensa untuk
memfokuskan radiasi yang datang agar mendapatkan respon yang baik.
Keunggulan device ini adalah nilai waktu responnya sangatlah cepat yaitu
mendekati 1 Mikrodetik, bahkan ada yang mendekati 1 nano detik.
Aplikasi fotodioda mulai dari sensor api, penghitung kendaraan di jalan
umum secara otomatis, alarm otomatis dengan sensor infrared, sensor
warna, dapat digunakan untuk membentuk sebuah alat ukur akurat yang
dapat mendeteksi intensitas cahaya dibawah 1pW/cm2 sampai intensitas
diatas 10mW/cm2. dipergunakan dalam aplikasi pengukuran dengan
kecepatan tinggi atau pada komunikasi, pengukur cahaya pada kamera
serta beberapa peralatan di bidang medis.
Tampilan fisik fotodioda, yaitu:

21. Mode operasi
Fotodioda dapat dioperasikan dalam 2 animal mode yang berbeda:
a. Mode photovoltaic: pemasangannya pada kondisi sensor mengubah
langsung energi sinar menjadi energi listrik
b. Mode fotokonduktivitas: energi yang jatuh pada fotodioda
menyebabkan adanya perubahan tahanan sel.
Ada beberapa karakteristik fotodioda antara lain:
a. Arus linier bergantung pada intensitas cahaya.
b. Respons frekuensi bergantung pada bahan (Si 900 nm, GaAs 1500
nm, Ge 2000 nm).
c. Digunakan sebagai sumber arus.
d. Kapasitansi Junction turun menurut tegangan bias mundurnya.
e. Kapasitansi Junction menentukan respons frekuensi arus yang
diperoleh

22. 3. Fototransistor
Fototransistor merupakan salah satu komponen yang
berfungsi sebagai detektor cahaya yang dapat
mengubah efek cahaya menjadi sinyal listrik.
Transistor foto ini pada dasarnya adalah jenis transistor
bipolar yang menggunakan kontak (junction) Base-
Collector untuk menerima cahaya. Komponen ini
memiliki sensitivitas yang lebih tinggi dibandingkan
fotodioda, dalam ukuran yang sama. Hal ini disebabkan
karena elektron yang ditimbulkan oleh foton cahaya
pada junction ini diinjeksikan di bagian Base dan
diperkuat di bagian Collectornya. Namun
demikian, waktu respons dari Transistor-foto secara
umum akan lebih lambat dari pada Dioda-Foto

23. Karakteristik Fototransistor
Foto transistor memiliki karakteristik:
a. Pendeteksi jarak dekat Infra merah.
b. Bisa dikuatkan dari 100 kali hingga 1500 kali.
c. Respon waktu cukup cepat.
d. Bisa digunakan dalam jarak lebar.
e. Bisa dipasangkan dengan (hampir) semua penghasil
cahaya atau cahaya yang dekat dengan inframerah, seperti
IRED (infrred led), Neon, Fluorescent, lampu bohlam, cahaya
laser dan api.
f. Mempunyai karakteristik seperti transistor, kecuali bagian
basis digantikan oleh besar cahaya yang diterima

24. Bahan utama dari fototransistor adalah silikon atau
germanium sama seperti pada transistor jenis
lainnya.
Fototransistor juga memiliki dua tipe seperti
transistor yaitu tipe NPN dan tipe PNP.
Fototransistor sebenarnya tidak berbeda dengan
transistor biasa, hanya saja fototransistor
ditempatkan dalam suatu material yang transparan
sehingga memungkinkan cahaya (cahaya
inframerah) mengenainya (daerah basis), sedangkan
transistor biasa ditempatkan pada bahan logam dan
tertutup.

25. Simbol dari fototransistor seperti pada terlihat pada
gambar simbol fototransistor.

26. Aplikasi phototransistor, yaitu
 Amplifier
 Lampu taman otomatis (lampu siang malam)
 Dikombinasikan dengan photodioda dalam
rangkaian sensor infrared otomatis

27. 4. Sel Fotovoltaik
Teknologi fotovoltaik merupakan suatu teknologi
konversi yang mengubah cahaya (foto) menjadi listrik
(volt) secara langsung (direct conversion).
Peristiwa ini dikenal sebagai efek fotolistrik (photovoltaic
affect) dan terjadi pada suatu sel yang terbuat dari bahan
semikonduktor (silikon). Karena sifatnya, sel ini
kemudian disebut sebagai sel fotovoltaik (photovoltaic
cell) atau sering juga disebut sebagai sel surya (solar cell).
Didalam proses konversi cahaya-listrik tidak ada bagian
yang bergerak, sehingga produk teknologi fotovoltaik
memiliki umur teknis yang panjang (>25 tahun).

28. Efek sel photovoltaik terjadi menurut gejala efek fotolistrik
yaitu lepasnya elektron yang disebabkan adanya cahaya yang
mengenai logam. Logam-logam yang tergolong golongan 1
pada sistem periodik unsu-runsur seperti Lithium, Natrium,
Kalium, dan Cessium sangat mudah melepaskan elektron
valensinya. Diantara logam-logam diatas Cessium adalah
logam yang paling mudah melepaskan elektronnya
Tegangan yang dihasilan oleh sensor foto voltaik
adalah sebanding dengan frekuensi gelombang
cahaya (sesuai konstanta Plank E = h.f).

32. Produk akhir dari modul fotovoltaik menyerupai bentuk
lembaran kaca dengan ketebalan sekitar 6-8 milimeter.
Efisiensi pembangkitan energi listrik yang dihasilkan modul
fotovoltaik pada skala komersial saat ini adalah sekitar 14 - 15
%.

34. Kapasitas Modul Fotovoltaik. Besar energi listrik yang
dihasilkan oleh modul fotovoltaik tergantung pada
intensitas radiasi matahari setempat dan kapasitas modul
fotovoltaik itu sendiri.
Kapasitas daya yang mampu dibangkitkan modul
fotovoltaik pada keadaan standar uji yang ditetapkan
pada intensitas 1000 W/m2 dan temperatur sel 250C.
Di Indonesia, besar energi matahari yang jatuh pada
permukaan seluas satu meter persegi selama satu hari
antara 3 - 6 kWh (satuan : kWh/m2.hari).
Untuk modul fotovoltaik 100 Wp yang diterapkan pada
daerah dengan penyinaran matahari rata-rata 4,5
kWh/m2.hari akan mampu menyediakan energi sekitar
300 Watt-jam/hari.

35. 5. Tabung Cahaya yang Mengandung Fotokatoda dan
Detektor Cryogenic
Fotokatoda adalah katoda memancarkan elektron di bawah
pengaruh cahaya. Photocathode dihubungkan ke terminal
negatif power supply dan unsur penting dari banyak detektor
radiasi yang mengandung tabung vakum.
Photocathodes yang dibuat terutama dari logam alkali
(biasanya cesium) dan senyawanya, antara lain, perak,
oksigen dan antimon. Tergantung pada karakteristik objek
yang akan disensor, photocathode sensitif terhadap rentang
yang berbeda spektrum, pada umumnya nilai berkisar dari
dekat inframerah ke ultraviolet, kepekaan lebih kecil
(puluhan UA/lm)

36. Detektor cryogenic cukup tanggap untuk mengukur
energi dari sinar-x tunggal, serta foton cahaya
nampak. Selain itu, mampu mendeteksi gelombang
yang mendekati inframerah sehingga digunakan
dalam berbagai peningkatan aplikasi, karena
kepekaan yang luar biasa. Penggunaanya dalam
kehidupan ilmu fisik mulai dari astronomi hingga
pada aplikasi peralatan keamanan.
Saat ini minat khusus yang berkembang adalah
aplikasi dalam deteksi radiasi Terahertz

37. Gambar Vidicon– salah satu dari banyak jenis tabung cahaya penangkap
cahaya. Dipakai sebagai salah satu komponen kamera video

40. Soal-soal
1. Syarat sebuah sensor adalah konversi harus
benar-benar proporsional. Syarat tersebut
disebut....
a. Histerisis c. Linearitas
b. Sensitivitas d. Time response
2. Di bawah ini merupakan sensor cahaya, kecuali…
A. Photoresistor C. Photovoltaik
B. Photodioda D. Potensiometer

41. 3. Pada LDR, hubungan resistansi bahan dan illumination
yang diterimanya adalah....
a. Berbanding lurus c. Sebanding kuadrat dua
b. Berbanding terbalik d. Sebanding
4. Di bawah ini yang merupakan contoh LDR adalah
…
A. C.
B. D.

42. 5. komponen elektronika berupa semikonduktor dengan
sambungan p-n yang mampu mendeteksi cahaya adalah....
a. photoresistor c. photovoltaik
b. photodioda d. phototransistor
6. Berikut ini yang bukan merupakan bahan dasar pembuatan
photodioda adalah ….
A. Galium arsenida C. Iodium Arsenida
B. silicon D. Plutonium

43. 7. Berikut ini ciri dan karakteristik fototransistor
(I). Memiliki sambungan PNP dan NPN
(II). Mempunyai junction base colector yang dikenai cahaya
(III). Tahanan sel ditentukan oleh intensitas cahaya
(IV). Besar penguatan hingga 1500 kali
pernyataan yang benar dari fototransistor adalah...
a. (I) dan (II) saja c. (I), (II), dan (IV)
b. (I), (II) dan (III) d. Semuanya benar
8. Sel fotovoltaik bekerja berdasarkan prinsip efek fotolistrik. Efek
fotolistrik adalah....
a. Peristiwa pengikatan elektron akibat radiasi sinar gamma
b. Peristiwa pengikatan elektron akibat radiasi sinar matahari
c. Peristiwa pembelokan atom elektron akibat radiasi sinar gamma
d. Peristiwa pelepasan elektron akibat radiasi sinar matahari

44. 9. Salah satu contoh aplikasi tabung cahaya dalam elektronika
saat sekarang ini adalah ....
A. Alarm otomatis C. Lampu siang malam
B. Rangkaian sensor kecepatan D. Kamera video
10. Sensor cahaya dibuat dengan bahan utama
semikonduktor. Hal ini disebabkan ….
A. Lebih murah harganya dan mudah pemasangannya
B. memiliki daya keluaran yang lebih besar
C. memiliki perubahan nilai resistansi yang seiring dengan
perubahan panas
D. Nilai konduktifitas yang cenderung tetap

45. Kunci Jawaban:
1. C 6. D
2. D 7. C
3. B 8. D
4. A 9. D
5. B 10. C