8

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Penjelasan Proyek

Suatu penerangan ruang diperlukan oleh manusia untuk mengenali objek

secara visual. Penerangan mempunyai pengaruh terhadap fungsi sebuah

ruangan. Oleh karena itu diperlukan lampu sebagai sumber penerangan utama

yang dapat menunjang fungsi ruangan. Umumnya untuk pengaturan

penerangan ruangan digunakan prinsip on-off. Pengaturan penerangan dengan

prinsip on-off hanya berdasarkan pada kondisi gelap terang ruangan, tanpa

menghiraukan kontribusi dari luar. Hal ini sering mengakibatkan ketidak

nyamanan dan ketidak efisienan penggunaan energi listrik. Oleh karena itu

diperlukan pengaturan penerangan yang dihasilkan lampu.

Prinsip kendali yang digunakan adalah kendali PI. Sebagai pengendali

utama pada sistem menggunakan miktokontroller ATmega8535 dengan input dari

sensor cahaya (LDR). Sistem ini bekerja di dalam ruangan (indoor) menggunakan

maket rumah kaca sebagai simulator pada greenhouse.

Dalam pengujian perangkat keras dan lunak, diketahui bahwa sistem

pengendalian penerangan ruangan ini dapat menghemat energi. Dari

pengujian sensor cahaya diperoleh hubungan antara luminansi dan tegangan

yang mendekati linier, sehingga pengendalian dengan mikrokontroler

ATmega8535 dapat bekerja dengan baik.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

2.1.1 Pengertian Rumah Kaca

Greenhouse atau rumah kaca merupakan sebuah media yang digunakan

untuk mengendalikan dan menjaga keadaan iklim serta lingkungan di dalam suatu

ruangan. Sehingga besarnya suhu, tingkat kelembaban, dan kadar asam dalam

tanah di dalam rumah kaca tersebut akan berbeda dengan kondisi suhu,

kelembaban, dan tanah diluarnya. Ada beberapa parameter yang diperhatikan

didalam rumah kaca, diantaranya adalah suhu ruangan, suhu tanah, kelembaban

udara, pengairan, kadar cahaya, dan pergerakan sirkulasi udara (ventilasi).

2.1.2 Penempatan Rumah Kaca

Rumah kaca harus ditempatkan dimana terdapat cahaya matahari penuh.

Pilihan utama untuk lokasi rumah kaca adalah sebelah selatan atau tenggara dari

bangunan lain atau bayangan pohon besar, karena cahaya tersebut dapat

menyebabkan tanaman untuk melakukan proses fotosintesis makanan lebih awal,

dan pertumbuhannya akan lebih maksimal. Pilihan untuk penempatan rumah kaca

yang kedua adalah pada sisi barat daya atau barat dari bangunan utama, dimana

tanaman dapat memperoleh cahaya matahari setelah menjelang siang. Sebelah

utara dari bangunan utama merupakan pilihan terakhir untuk penempatan rumah

kaca dan hanya baik untuk tanaman yang membutuhkan sedikit cahaya.

Sistem drainase merupakan kebutuhan lain dari rumah kaca ini. Lokasi

tempat rumah kaca ini berada lebih baik apabila dibangun diatas tanah, karena

proses pengairannya akan lebih baik untuk mendapatkan tumbuh yang baik. Dan

listrik merupakan suatu kebutuhan inti dari sebuh sistem rumah kaca.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

2.1.3 Struktur Material

Pilihan yang baik untuk membingkai dan material penyusunan pada rumah

kaca komersial sangatlah mungkin, yaitu bingkai yang dibuat dari kayu,

menggalvanisir baja, atau aluminum. Rumah kaca yang akan dibuat sendiri dapat

direncanakan pada umumnya untuk struktur dengan kayu atau bingkai pipa metal.

Material plastik pipa penyalur biasanya tidak cukup untuk menangani kebutuhan

akan kondisi udara. Bingkai dapat ditutup dengan gelas/kaca, kaca serat yang

kaku, plastik double-wall yang kaku, atau plastik film. Semua jenis bahan

mempunyai kerugian dan keuntungannya sendiri. Masing-masing dari pemakaian

material ini harus benar-benar dipertimbangkan.

1) Lapisan Luar/Cover

Terdapat beberapa macam lapisan luar atau cover yang sering dipakai

dalam rumah rumah kaca termasuk kaca biasa, kaca fiber, plastik kaku bersisi

ganda (double-wall plastic) dengan daya tahan dalam rentang 1 – 3 tahun.

a. Kaca

Kaca adalah tipe cover tradisional yang mempunyai penampilan yang

menarik, biaya pemeliharaan yang tidak mahal, dan tingkat kepermanenan yang

tinggi. bingkai alumunium dengan lapisan kaca mengakibatkan struktur cuaca

yang ketat sehingga memperkecil kadar panas dan menjaga kelembaban. Kaca

juga tersedia dalam berbagai macam bentuk sehingga dapat cocok dengan

bermacam gaya arsitektur rumah kaca.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

Kerugian lapisan dengan kaca adalah mudah rusak, biaya pembangunan

awal tinggi, dan memerlukan konstruksi bingkai yang lebih baik dibanding

dengan fiberglass atau plastik. Pondasi yang baik diperlukan dan bingkai harus

kuat dan pas untuk dapat menahan berat kaca.

b. Fiberglass

Fiberglass mempunyai berat yang ringan, kuat, dan tahan terhadap jatuhan

kerikil-kerikil. Fiberglass yang digunakan harus yang berkualitas baik. Karena

fiberglass dengan kualitas yang kurang akan menghambat penetrasi cahaya.

Gunakan hanya fiberglass yang cerah, transparan, dan tembus cahaya untuk

lapisan rumah kaca.

c. Double-wall Plastic

Plastik kaku dengan dua lapisan dari acrylic atau polycarbonate adalah

bahan yang dapat digunakan untuk jangka waktu yang lama dan dapat menyimpan

panas. Lapisan plastik ganda ini menahan panas yang berlebih. Acrylic adalah

bahan yang tahan lama dan material yang tidak menguning. Polycarbonate

biasanya menguning lebih cepat tetapi lapisan yang melindungi permukaan yang

menghadap langsung ke cahaya matahari dari sinar ultra violet. Kedua material ini

tahan lama sampai 10 tahun untuk kualitas transmisi cahayanya. Keduanya juga

dapat digunakan pada permukaan yang melengkung (curved). Pada umumnya

masing-masing lapisan mengurangi cahaya sekitar 10 persen. Jadi sekitar 80

persen dari filter cahaya yang melalui double-layer plastic, berbeda 10 persen dari

90 persen yang melewati kaca.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

d. Plastik Film

Pelapisan luar dengan plastik film tersedia dalam beberapa kelas kualitas

dan beberapa material yang berbeda. Biasanya, lapisan jenis ini lebih sering

diganti dibandingkan dengan lapisan jenis lainnya. Biaya yang dibutuhkan juga

murah karena bingkai yang digunakan dapat lebih ringan dan dan harga plastic

film tidak mahal. Transmisi cahaya dari plastik film ini tidak berbeda jauh dengan

kaca. Plastik film ini terbuat dari polyethylene (PE), polyvinyl chloride (PVC),

copolymers, dan bahan-bahan lain. PE kelas utility hanya akan bertahan sekitar

satu tahun tetapi mudah dicari. PE kelas commercial greenhouse mempuntyai

inhibitor ultraviolet didalamnya untuk melindungi dari sinar ultraviolet yang

bertahan sekitar 12 sampai 18 bulan. Sedangkan copolymer dapat bertahan

sampai dengan 2 sampai 3 tahun. Bahan-bahan tambahan juga dapat digunakan

dalam pembuatan plastik film untuk menahan radiasi panas seperti yang dapat

dilakukan oleh kaca yang dapat membantu mengurangi kadar panas. PVC atau

vinyl film berharga dua sampai lima kali lipat harga PE, tetapi dapat tahan sampai

sekitar lima tahun tapi hanya tersedia dalam lembaran berukuran luas 4 sampai 6

kaki. PVC dapat menarik debu dari udara, sehingga harus sering dibersihkan.

2) Pondasi dan Lantai

Pondasi permanen harus disediakan untuk rumah kaca dengan lapisan luar

berbahan kaca, fiberglass, atau double layer rigid plastic. Pabrikan dari material-

material ini seharusnya menyediakan plan atau perencanaan konstruksi pondasi.

Kebanyakan rumah kaca pada rumah-rumah memerlukan pondasi beton yang

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

dituangkan yang sama dengan rumahnya.

Pembuatan lantai secara permanen sangat tidak dianjurkan karena karena

akan menjadi basah dan licin. Tanah harus dilapisi dengan beberapa inchi kerikil

untuk saluran air berlebih. Air juga dapat di semprotkan pada lantai untuk

menjaga kelembaban pada rumah kaca.

2.1.4 Sistem Lingkungan

Rumah kaca menyediakan tempat perlindungan untuk tanaman dengan

lingkungan yang cocok untuk perawatan tanaman. Energi matahari memberikan

panas dan cahaya matahari, tetapi kita harus menyediakan suatu sistem untuk

mengatur lingkungan di dalam rumah kaca. Ini bisa dilakukan dengan

menggunakan alat sensor cahaya, kipas, dan perlatan lainnya.

1) Sistem Sirkulasi Udara (Angin)

Sirkulasi udara atau angin sangat dibutuhkan pada rumah kaca. Sirkulasi

udara dapat menjaga temperatur, menghilangkan embun, dan mensuplai karbon

dioksida dari luar. Sangat dianjurkan untuk memasang fan untuk sirkulasi udara

pada rumah kaca. Tanpa fan atau kipas sirkulasi udara, ketika didalam rumah kaca

dipanaskan pada musim dingin atau hujan udara panas akan naik ke bagian atas

rumah kaca dan udara dingin akan turun ke sekitar tanaman dan lantai. Ventilasi

yang terdapat pada rumah kaca juga berfungsi sebagai tempat bersirkulasinya

udara. Lubang ventilasi pada rumah kaca ini juga tidak boleh terlalu besar, karena

akan sulit untuk mengatur keadaan temperatur dan kelembaban di dalam rumah

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14

kaca. Dan yang terpenting adalah kipas dijalankan agar tanaman dapat bergerak

sehingga terjadi proses penyerbukan. Yang dimaksudkan dengan kecepatan angin

dalam hal ini adalah besarannya dan tidak bergantung pada arah. Angin

mempengaruhi laju transpirasi, laju evaporasi, dan ketersediaan karbon dioksida

di udara. Tanaman akan mengalami kemudahan dalam mengambil karbon

dioksida di udara pada kecepatan udara antara 0,1 hingga 0,25 m/s. American

Society of Agricultural Engineering merekomendasikan kecepatan angin dalam

budidaya tanaman tidak melebihi 1 m/s ([12]). Pengendalian kecepatan angin

dapat dilakukan jika budidaya terjadi didalam greenhouse dengan ventilasi yang

tidak terlalu terbuka serta dinding yang kedap udara.

a. Laju Transpirasi

Sebelum proses transpirasi, ada serangkaian proses untuk pabrik untuk

menjalani. Setelah menyelesaikan semua proses, transpirasi terjadi. Berikut adalah

langkah-langkah yang akan membantu Anda memahami proses lengkap. Tanaman

mengambil air, nutrisi tanaman dan mineral esensial terlarut dari tanah dengan

bantuan akar melalui proses osmosis. Karena tekanan air rendah di atas daun dan

bagian tanaman, air perjalanan dari akar ke bagian atas melalui xilem. Air dan

mineral lain mendapatkan dicampur dengan CO2 dan klorofil dalam daun dan

menyiapkan makanan dengan bantuan sinar matahari. Di sini, proses Transpirasi

dimulai. Ketika air mencapai daun, itu dibawa ke permukaan daun dengan

bantuan stomata. Stomata membantu dalam pertukaran gas, yaitu, mereka

mengambil CO2 dan memberikan O2 di atmosfer.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

Peran stomata dalam proses ini adalah memainkan peran utama dalam

melakukan proses transpirasi. Stomata memiliki dua sel penjaga yang

bertanggung jawab untuk membuka dan menutup mereka. Laju transpirasi

berbanding lurus dengan pembukaan dan jumlah stomata. Pada siang hari, stomata

terbuka. Saat matahari tidak hadir pada malam hari, sel-sel tetap dekat pada saat

itu bagian dari waktu. Rilis stomata air di atmosfer, yang kemudian dipecah

menjadi oksigen dan hidrogen. Sebagai imbalannya, atmosfer memberikan

karbon-dioksida ke pabrik untuk menyelesaikan prosesnya fotosintesis.

b. Laju Evaporasi

Evaporasi secara umum dapat didefinisikan dalam dua kondisi, yaitu

proses penguapan yang terjadi secara alami, atau proses penguapan yang timbul

akibat diberikan uap panas (steam) dalam suatu peralatan. Evaporasi dapat

diartikan sebagai proses penguapan daripada liquid (cairan) dengan penambahan

panas (Robert B. Long, 1995). Panas dapat disuplai dengan berbagai cara,

diantaranya secara alami dan penambahan steam. Evaporasi diadasarkan pada

proses pendidihan secara intensif yaitu pemberian panas ke dalam cairan,

pembentukan gelembung-gelembung akibat uap, pemisahan uap dari cairan, dan

mengkondensasikan uapnya.

Evaporasi atau penguapan juga dapat didefinisikan sebagai perpindahan

kalor ke dalam zat cair mendidih (Warren L. Mc Cabe, 1999). Evaporasi tidak

sama dengan pengeringan, dalam evaporasi sisa penguapan adalah zat cair

kadang-kadang zat cair yang sangat vuskos dan bukan zat padat. Perbedaan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

lainnya adalah, pada evaporasi cairan yang diuapkan dalam kuantitas relatif

banyak, sedangkan pada pengeringan sedikit.

2) Sistem Penerangan (Cahaya)

Sistem pencahayaan pada rumah kaca sangat berperan penting bagi

pertumbuhan tanaman itu sendiri sebab dalam menguraikan makanannya tanaman

memerlukan oksigen, air dan cahaya matahari yang peristiwa ini biasa disebut

sebagai proses fotosintesis. Fotosintesis berasal dari kata foton yang berarti

cahaya, dan sintesis yang berarti menyusun. Jadi fotosintesis dapat diartikan

sebagai suatu penyusunan senyawa kimia kompleks yang memerlukan energi

cahaya. Sumber energi cahaya alami adalah matahari, cahaya matahari terdiri atas

beberapa spektrum, masin-masing spektrum mempunyai panjang gelombang

berbeda, sehingga pengaruhnya terhadap proses fotosintesis juga berbeda

(Salisbury, 1995).

Fotosintesis merupakan suatu proses biologi yang kompleks, proses ini

menggunakan energi dan cahaya matahari yang dimanfaatkan oleh klorofil yang

terdapat dalam kloroplas. Hal ini dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain air

(H2O), konsentrasi CO2, suhu, umur daun, translokasi karbohidrat, dan cahaya,

namun yang menjadi faktor utama fotosintesis agar dapat berlangsung adalah

cahaya, air, dan karbondioksida (Kimball, 1992).

Fotosintesis sering didefinisikan sebagai suatu proses pembentukan

karbohidrat dan karbondioksida serta air yang dilakukan sel-sel yang berklorofil

dengan adanya cahaya matahari yang disebabkan oleh oksigen (O2). Ada juga

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17

yang mengartikan suatu peristiwa pengolahan atau pemasakan makanan yang

terjadi pada daun dengan bantuan cahaya matahari (Kimball, 1992). Makin tinggi

intensitas cahaya makin banyak energi yang terbentuk, sehingga mempercepat

fotosintesis. Namun bila intensitas terlalu tinggi akan merusak klorofil dan

mengurangi kecepatan fotosintesis.

Cahaya, terutama sekali panjang gelombang, kerapatan flux, dan

fotoperiodesitas sangat penting artinya bagi pertumbuhan dan morfogenesis

tanaman pada kultur in vitro. Laju fotosintesis pada kebanyakan bahan tanaman

yang dikulturkan secara in vitro relatif rendah karena kultur tersebut sangat

tergantung pada suplai sukrosa dari luar ([9], hal 134).

Mekanisme bagaimana cahaya mempengaruhi pertumbuhan kultur belum

sepenuhnya dipahami (Read, 1992). Diduga, cahaya yang diterima oleh pigmen

fitokrom ditranslasikan ke dalam metabolisme hormon. Riboflavin, yaitu pigmen

penerima cahaya biru, memiliki kepekaan terhadap fotooksidasi IAA. Hal itu telah

dibuktikan pada pembentukan akar stek mikro Eucalyptus ficiofila (Gorst et al.,

1983) dan apel (van der Kricken et al., 1992).

a. Pengaruh panjang gelombang

Pengaruh cahaya terhadap pertumbuhan kultur bervariasi berdasarkan

spesies tanaman dan tipe jaringan yang dikulturkan. Menurut Pierik (1997),

cahaya putih biasanya menghambat pembentukan pucuk adventif, tetapi

merangsang pembentukan akar adventif. Selanjutnya, Lercari et al. (1986)

menyatakan bahwa regenerasi tunas terbaik dari eksplan kotiledon Lycopersicon

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

esculentum adalah dibawah pengaruh cahaya merah dan putih, namun mengalami

hambatan di bawah pengaruh cahaya UV-A dan keadaan gelap. Sebaliknya,

regenerasi tunas terbaik dari eksplan daun Saintpaulia ionantha adalah di bawah

pengaruh cahaya biru, putih, dan keadaan gelap, namun dihambat oleh cahaya

merah dan inframerah. Pada tanaman Pelargonium, Appelgren (1991)

menemukan bahwa cahaya merah secara nyata meningkatkan pemanjangan

batang, sedangkan cahaya biru sangat menghambat pemanjangan batang. Akan

tetapi, pada tanaman Armoracia rusticana, baik cahaya biru, merah, dan cahaya

mendekati UV merupakan cahaya yang paling efektif dalam menginduksi

pembentukan tunas adventif (Saitou et al., 1993). Selanjutnya, Herrington dan

McPherson (1993) menyatakan bahwa pertumbuhan eksplan Spirea nipponica

lebih ekstensif di bawah pengaruh cahaya merah daripada cahaya putih.

Aktifitas fenyl aminonilyase, yaitu enzim penting pada lintasan

pembentukan senyawa fenol, dipengaruhi oleh panjang gelombang cahaya.

Senyawa-senyawa monofenol merupakan kofaktor pada oksidasi IAA, sedangkan

senyawa-senyawa polifenol adalah penghambat oksidasi IAA (Schneider dan

Wightman, 1974). Selain itu, metabolisme dan transpor hormon pun dipengaruhi

oleh kondisi cahaya sebagaimana yang dikemukakan sebelumnya. Oleh karena

itu, keterlibatan cahaya didalam kultur jaringan tanaman harus menjadi

pertimbangan yang matang.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19

b. Pengaruh kerapatan flux

Tingginya kerapatan flux (flux density) dapat meningkatkan pertumbuhan

dan perkembangan pada planlet Fragaria dan Asparagus officinalis (Laforge et

al., 1991). Hasil yang sama pun dinyatakan oleh Kozai et al. (1991) utuk

pertumbuhan dan perkembangan planlet Brassica compestris dan oleh Figuera et

al. (1991) pada eksplan potongan nodus Theobroma cacao. Namun, kerapatan

flux tidak mempengaruhi pembentukan akar pada stek mikro Carica papaya (Teo

dan Chan, 1994).

c. Pengaruh fotoperiodesitas

Fotoperiodisme adalah respon tumbuhan terhadap intensitas cahaya dan

panjang penyinaran. Tidak mungkin untuk memisahkan pengaruh fotoperiodesitas

dari komponen-komponen cahaya sebagaimana yang dikemukakan sebelumnya.

Jelas bahwa fotoperiodesitas yang dikehendaki kultur in vitro merupakan

manifestasi dari kultur in vivo. Tanaman-tanaman yang pada pertumbuhan

normalnya responsif terhadap fotoperiodesitas memperlihatkan pula respons

terhadap fotoperiodesitas ketika dikulturkan secara in vitro (Murashige, 1974).

Pada umumnya, fotoperiodesitas yang dibutuhkan pada kultur in vitro berkisar

14-16 jam per hari. Meskipun demikian, sejumlah tanaman tertentu bersifat

responsif terhadap fotoperiodesitas 10 jam per hari, misalnya pada tanaman

anggur (Chee dan Pool, 1983). Sedangkan tanaman lain menghendaki periode

cahaya ataupun periode gelap yang terus-menerus untuk menghasilkan suatu

respons tertentu (Gunawan, 1987). Dengan memerhatikan sifat-sifat respons

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

fotomorfogenik tanaman lengkap, dapat diperkirakan bahwa spesies-spesies hari

pendek, seperti Chrysanthemum akan lebih siap dikulturkan pada fase vegetatif di

bawah fotoperiodesitas yang panjang (Read, 1990).

Lingkungan kultur in vitro salah satunya dipengaruhi oleh intensitas

cahaya, tanaman yang dihasilkan dengan kultur in vitro beradaptasi pada kondisi

tersebut. Sinar dengan intensitas rendah mengakibatkan jumlah klorofil

berkurang. Tunas-tunas yang ditanam dalam media in vitro disimpan di ruang

steril yang disimpan pada rak kultur yang diberi cahaya lampu TL dengan

intensitas cahaya 1000-4000 lux. Lampu TL diatur 16 jam menyala dan 8 jam

padam agar seperti keadaan siang dan malam.

Agroklimat mikro dikawasan yang dingin dan basah juga bisa diciptakan

menjadi berudara panas dan kering. Kondisi seperti ini hanya bisa diciptakan

dalam rumah kaca tujuannya supaya air hujan tidak menimpa tanaman secara

langsung. Air hujan akan mengundang cendawan atau bakteri patogen. Penciptaan

agroklimat mikro dengan penambahan sinar buatan untuk memperpanjang hari,

biasanya hanya dilakukan pada tanaman hias atau pada buah naga, seperti yang

dilakukan di Taiwan. Habitat asli buah naga merupakan kawasan gurun, yang

mataharinya bersinar selama 14-15 jam per hari sepanjang tahun sehingga jika

ditanam di daerah tropis membutuhkan penyinaran tambahan. Di Indonesia,

beberapa kebun buah naga tidak diberi lampu, akibatnya ada yang tidak berbuah,

atau kalaupun berbuah, hasilnya tidak optimal. Lampu khusus penambah panjang

hari, harganya memang sangat mahal. Karenanya, perkebunan sering kali

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

menggunakan lampu TL dikombinasikan dengan lampu bohlam biasa yang

dipasang dengan jarak sekitar 1 m dari ujung atas tanaman.

Cahaya yang paling penting bagi tanaman adalah cahaya tampak, yang

memiliki panjang gelombang antara 390-700 nm. Mengendalikan intensitas

cahaya agar optimum bagi tanaman merupakan hal yang sulit. Rekayasa

lingkungan untuk mendapatkan kondisi cahaya yang sesuai dapat dilakukan

dengan sistem perlampuan. Hal ini umum dilakukan jika intensitas cahaya alami

yang tersedia kurang atau tidak ada.

Untuk itu lampu adalah komponen terpenting sebagai pembantu atau

pengganti cahaya matahari saat intensitasnya kurang saat malam hari ataupun

akibat cuaca mendung dan hujan pada siang hari, dimana terdeteksi oleh sensor

LDR sehingga bila tidak diatasi maka akan memperlambat proses fotosintesis

tersebut dan akibatnya pertumbuhan tanaman kembali lambat.

2.2 Pencahayaan

2.2.1 Sifat Gelombang Cahaya

Sumber cahaya memancarkan energi dalam bentuk gelombang yang

merupakan bagian dari kelompok gelombang elektromagnetik. Gambar 2.1

menunjukkan sumber cahaya alam dari matahari yang terdiri dari cahaya tidak

tampak dan cahaya tampak.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22

Gambar 2.1 Kelompok Gelombang Elektromagnetik

Dari hasil percobaan Isaac Newton, cahaya putih dari matahari dapat diuraikan

dengan prisma kaca dan terdiri dari campuran spektrum dari semua cahaya

pelangi.

Gambar 2.2 Warna-warna Spektrum

Pada gambar 2.2 dapat dilihat bahwa sinar-sinar cahaya yang

meninggalkan prisma dibelokkan dari warna merah hingga ungu. Warna cahaya

ditentukan oleh panjang gelombangnya. Kecepatan rambat V gelombang

elektromagnetik di ruang bebas = 3.105 km/det. Jika frekuensi energinya = f dan

panjang gelombangnya λ (lambda), maka berlaku :

λ = V/f

Panjang gelombang tampak berukuran antara 380mμ sampai dengan 780mμ

seperti pada tabel berikut ini.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23

Tabel 2.1 Panjang Gelombang

2.2.2 Satuan-satuan Teknik Pencahayaan

1) Steradian

Radian adalah sudut pada titik tengah lingkaran antara dua jari-jari dimana

kedua ujung busurnya jaraknya sama dengan jari-jari tersebut (misal R = 1m).

oleh karena keliling lingkaran = 2πR, maka :

Sedangkan steradian adalah sudut ruang pada titik tengah bola antara jari-jari

terhadap batas luar permukaan bola sebesar kuadrat jari-jarinya.

Karena luas permukaan bola = 4πR2, maka di sekitar titik tengah bola

Gambar 2.3 Steradian

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24

terdapat π sudut ruang yang masing-masing = 1 steradian. Jumlah steradian suatu

sudut ruang dinyatakan dengan lambang ω (omega)

2) Intensitas Cahaya (Luminous Intensity)

Menurut sejarah, sumber cahaya buatan adalah lilin (candela). Candela

dengan singkatan Cd ini merupakan satuan Intensitas Cahaya (I) dari sebuah

sumber yang memancarkan energi cahaya ke segala arah.

Gambar 2.4 Lilin yang menyinari buku

Keterangan :

I = Intensitas Cahaya (cd)

F = Fluks cahaya (lumen)

ω = Sudut ruang (steradian)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25

3) Fluks Cahaya

Adalah jumlah cahaya yang dipancarkan oleh sumber cahaya. Lambang

fluks cahaya adalah F atau Ø dan satuannya dalam lumen (lm). Satu lumen adalah

fluks cahaya yang dipancarkan dalam 1 steradian dari sebuah sumber cahaya 1 cd

pada pemukaan bola dengan jari-jari R = 1m.

Gambar 2.5 Fluks Cahaya

Jika fluks cahaya dikaitkan dengan daya listrik maka satu watt cahaya dengan

panjang gelombang 555mμ sama nilainya dengan 680 lumen. Jadi dengan λ =

555mμ, maka 1 watt cahaya = 680 lumen.

4) Luminasi (Luminance)

Adalah suatu ukuran terangnya suatu benda baik pada sumber cahaya

maupun pada suatu permukaan. Luminasi yang terlalu besar akan menyilaukan

mata (contoh lampu pijar tanpa amatur). Luminasi suatu sumber cahaya dan suatu

permukaan yang memantulkan cahayanya adalah intensitasnya dibagi dengan luas

semua permukaan. Sedangkan luas semua permukaan adalah luas proyeksi

sumber cahaya pada suatu bidang rata yang tegak lurus pada arah pandang, jadi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26

bukan permukaan seluruhnya.

Keterangan :

L = Luminasi (cd/m2)

I = Intensitas (cd)

As = Luas semua permukaan (m2)

5) Iluminasi (Iluminance)

Iluminasi sering di sebut juga intensitas penerangan atau kekuatan

penerangan atau dalam BSN di sebut Tingkat Pencahayaan pada suatu bidang

adalah fluks cahaya yang menyinari permukaan suatu bidang. Lambang iluminasi

adalah E dengan satuan lux (lx).

Keterangan :

F = fluks cahaya (lumen) A = luas permukaan bidang (m2)

E = Iluminasi / Intensitas penerangan / tingkat pencahayaan (lux)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

27

Gambar 2.6 Iluminansi

6) Efikasi

Adalah rentang angka perbandingan antara fluks cahaya (lumen) dengan

daya listrik suatu sumber cahaya (watt), dalam satuan lumen/watt. Efikasi juga

disebut fluks cahaya spesifik. Tabel berikut ini menunjukkan efikasi dari macam-

macam lampu. Efikasi ini biasanya didapat pada data katalog dari suatu produk

lampu

Tabel 2.2 Daftar Efikasi Lampu

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28

2.2.3 Perancangan Penerangan Buatan

Bila penerangan alami tidak dapat memenuhi persyaratan bagi penerangan

ruang (dalam bangunan), maka penerangan buatan sangat diperlukan, hal ini

disebabkan oleh :

Ruangan yang luas

Lubang cahaya yang tidak efektif

Cuaca diluar mendung / hujan

Waktu malam hari, dan sebagainya

Perancangan penerangan buatan sebaiknya dilakukan sejak awal perancangan

bangunan, untuk itu perlu diperhatikan :

Apakah penerangan buatan digunakan tersendiri atau sebagai

penunjang/pelengkap penerangan alami.

Berapa intensitas penerangan yang diperlukan.

Distribusi dan variasi fluks cahaya yang diperlukan

Arah cahaya yang diperlukan

Warna-warna cahaya yang digunakan dalam gedung dan efek warna yang

diinginkan

Derajat kesilauan brightness dari keseluruhan lingkungan visual

Intensitas penerangan yang direkomendasikan tidak boleh kurang dari intensitas

penerangan dalam tabel 2.2 yang diukur pada bidang kerja.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29

Tabel 2.3 Tingkat Pencahayaan

Ada 3 tipe sistem penerangan buatan, yaitu :

a) Sistem penerangan merata

Memberikan intensitas penerangan yang seragam pada seluruh ruangan,

penggunaannya pada ruang-ruang yang tidak memerlukan tempat untuk

mengerjakan pekerjaan visual khusus.

b) Sistem penerangan terarah

Cahaya diarahkan kejurusan tertentu dalam ruangan, digunakan untuk

menerangi suatu objek tertentu agar kelihatan menonjol, misal pada penggung

atau pada ruangan untuk pameran. Pada sistem ini dapat menggunakan lampu dan

reflektor yang diarahkan atau ”spotlight” dengan reflektor bersudut lebar.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30

c) Sistem penerangan setempat

Cahaya dikonsentrasikan pada tempat mengerjakan pekerjaan visual

khusus. Sistem ini digunakan untuk :

Pekerjaan visual yang presisi

Pengamatan bentuk / susunan benda dari arah tertentu.

Melengkapi penerangan umum yang mungkin terhalang.

Membantu menambah daya lihat.

Menunjang pekerjaan visual yang mungkin pada awalnya tidak terencana

pada suatu ruangan.

2.2.4 Metode Perancangan Penerangan Buatan

Perancangan penerangan buatan secara kuantitas dapat dilakukan

perhitungan dengan 2 metode yaitu :

1) Metode Titik Demi Titik (point by point method)

Metode ini hanya berlaku untuk cahaya langsung, tidak memperhitungkan

cahaya pantulan, dan sumber cahaya dianggap satu titik, serta mempunyai syarat

sebagai berikut :

a) Dimensi sumber cahaya dibanding dengan jarak sumber cahaya ke bidang

kerja tidak boleh lebih besar dari 1 dibanding 5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

31

Gambar 2.7 Sumber Cahaya diatas bidang kerja

Keterangan :

la = lebar armatur

t = tinggi / jarak antara armatur ke bidang kerja

b) Berdasarkan diagram pola intensitas cahaya.

Panjang jari-jari dari 0 ke suatu titik dari grafik menyatakan intensitas

cahaya kearah itu dalam suatu candela. Setiap gambar biasanya dilengkapi dengan

data yang menunjukan nilai dalam lumen / cd. (misal 500 lumen / cd ; 1000 lumen

/ cd ; 2000 lumen /cd dan seterusnya). Diagram penyebaran intensitas cahaya ini

ada yang berbentuk simetris dan tidak simetris. Untuk yang simetris biasanya

hanya digambarkan setengahnya saja. Diagram yang menunjukan karakteristik-

karakteristik lampu dan armatur ini, dapat diperoleh pada buku katalog dari pabrik

yang memproduksinya.

Gambar 2.8 Diagram Polar Intensitas Cahaya Lampu Pijar

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

32

Intensitas cahaya sebuah lampu sebanding dengan fluks cahaya lain, nilai-

nilai yang diberikan dalam diagram masih harus dikalikan dengan jumlah lumen

lampu tersebut. Dalam gambar diatas intensitas cahayanya = 1000 lumen, jika

pada armaturnya diberi lampu 1.500 lumen, maka pada sudut 60o intensitas

cahayanya : 1.500/1.000 x 140 cd = 210 cd

c) Hanya ada satu sumber cahaya yang akan diperhitungkan pada saat itu.

d) Bidang kerja yang diberi penerangan harus berdimensi kecil.

e) Daerah yang sumber cahaya dan bidang kerjanya bebas dari permukaan

yang memantulkan cahaya (refleksi cahaya tidak diperhitungkan).

Untuk setiap titik yang berjarak sama dari sumber cahaya (dengan arah

cahaya pada sudut normal), maka besar intensitas penerangannya akan selalu

sama dan membentuk diagram melingkar. Jika ada dua titik lampu dengan jarak

sama ke suatu target, maka total intensitas penerangannya sekitar dua kalinya.

2) Metode Lumen

Metode lumen adalah menghitung intensitas penerangan rata-rata pada

bidang kerja. Fluks cahaya diukur pada bidang kerja, yang secara umum

mempunyai tinggi antara 75 – 90 cm diatas lantai. Besarnya intensitas penerangan

(E) bergantung dari jumlah fluks cahaya dari luas bidang kerja yang dinyatakan

dalam lux (lx).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

33

Keterangan :

E : Intensitas penerangan (lux)

F : Fluks cahaya (luman)

A : Luas bidang kerja (m2)

Tidak semua cahaya dari lampu mencapai bidang kerja, karena ada yang di

pantulkan (faktor refleksi = r), dan diserap (faktor absorpsi = a) oleh dinding,

plafon dan lantai. Faktor refleksi dinding (rw) dan faktor refleksi plafon (rp)

merupakan bagian cahaya yang dipantulkan oleh dinding dan langit-langit / plafon

yang kemudian mencapai bidang kerja.

Indeks ruang (K)

Keterangan :

p = Panjang ruangan (m)

l = lebar ruangan (m)

tb = tinggi sumber cahaya diatas bidang kerja (m).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34

Indeks ruang dihitung berdasarkan dimensi ruangan yang akan diberi

penerangan cahaya lampu. Nilai k hasil perhitungan digunakan untuk menentukan

nilai efisiensi penerangan lampu. Bila nilai k angkanya tidak ada (tidak tepat)

pada tabel, maka untuk menghitung efisiensi (kp) dengan interpolasi:

Bila nilai k lebih besar s, maka nilai kp yang diambil adalah K = s, sebab

nilai K diatas s, nilai kp -nya hampir tak berubah lagi. Faktor penyusutan/faktor

depresiasi (Kd) menentukan hasil perhitungan intensitas penerangan. Hal ini

disebabkan karena umur lampu, kotoran/debu dinding yang sudah lama; adanya

pengaruh akibat susut tegangan.

Untuk memperoleh efesiensi penerangan dalam keadaan dipakai, nilai

yang didapat dari tabel, masih harus dikalikan dengan d.

Faktor depresiensi ini dibagi menjadi tiga golongan utama yaitu :

Pengotoran ringan (daerah yang hampir tidak berdebu)

Pengotoran biasa

Pengotoran berat (daerah banyak debu)

Oleh karena pengaruh efesiensi lampu (Kp) dan pengaruh faktor depresiasi (Kd),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

35

maka besarnya fluks cahaya yang sampai pada bidang kerja adalah

F’ = F . Kp . Kd

Maka besarnya intensitas penerangan menjadi :

Besarnya fluks (F) total merupakan perkalian antara jumlah armatur atau lampu

dengan fluks cahaya tiap armatur atau lampu. Jadi,

F = na . Fa atau F = nL . FL

Keterangan :

F = Fluks cahaya total (lumen)

Fa = Fluks cahaya tiap armatur

FL = Fluks cahaya tiap lampu

na = Jumlah armatur

nL = Jumlah lampu

Dengan demikian untuk menentukan jumlah armatur atau jumlah lampu

dari suatu ruangan yang akan diberi penerangan buatan dapat dihitung dengan

rumus :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

36

Keterangan :

p = Panjang ruangan (m)

l = lebar ruangan (m)

Kp = Efisiensi Penerangan

Kd = faktor depresiasi

na = jumlah armatur

nL = jumlah lampu

E = intensitas penerangan (luman /m2 atau lux)

Fa = Fluks cahaya tiap armatur (lumen)

FL = Fluks cahaya tiap lampu (lumen)

2.3 Mikrokprocessor dan Komponen Pendukung

2.3.1 Mikrokontroler ATmega8535

1) Penjelasan Umum

Mikrokontroller ATmega8535 merupakan mikrokontroller generasi AVR

(Alf and Vegard's Risk processor). Mikrokontroller AVR memiliki arsitektur

RISC (Reduced Instruction Set Computing) 8 bit, dimana semua instruksi dikemas

dalam kode 16-bit (16-bits word) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam

1 siklus clock. Berikut adalah gambar blok diagramnya:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

37

Gambar 2.9 Diagram Blok Fungsional ATmega8535 (diambil dari data sheet)

Gambar 2.9 memperlihatkan bahwa ATmega8535 memiliki bagian

sebagai berikut :

Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D.

ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.

Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan pembandingan.

CPU yang terdiri atas 32 buah register.

Watchdog Timer dengan osilator internal.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

38

SRAM sebesar 512 byte.

Memori Flash sebesar 8 Kb dengan kemampuan Read While Write.

Unit interupsi internal dan eksternal.

Port antarmuka SPI.

EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)

sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi.

Antarmuka komparator analog.

Port USART untuk komunikasi serial dengan kecepatan maksimal 2,5

Mbps.

Sistem mikroprosessor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan

maksimal 16 MHz.

2) Konfigurasi Pin ATmega8535

Konfigurasi pin ATmega8535 dapat dilihat pada Gambar 2.10. Secara

fungsional konfigurasi pin ATmega8535 sebagai berikut :

VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya.

GND merupakan pin ground.

Port A (PA0..PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

39

Port B (PB0..PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus

untuk Timer/Counter, Komparator analog, dan SPI.

Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin khusus untuk

TWI, Komparator analog, dan Timer Oscilator.

Port D (PD0..PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin khusus

untuk Komparator analog, Interupsi eksternal, dan Komunikasi serial.

RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroller.

XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal.

AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.

AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.

Gambar 2.10 Konfigurasi Pin ATmega8535 (diambil dari data sheet)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

40

3) Peta Memori

ATmega8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori

program yang terpisah. Memori data terbagi menjadi 3 bagian, yaitu 32 buah

register umum, 64 buah register I/O, dan 512 byte SRAM Internal.

Register dengan fungsi umum menempati space data pada alamat

terbawah, yaitu $00 sampai $1F, register khusus untuk menangani I/O dan

kontrol mikrokontroller menempati 64 alamat $20 hingga $5F, sedangkan

SRAM 512 byte pada alamat $60 sampai dengan $25F. Konfigurasi memori data

ditunjukkan Gambar 2.11 berikut

Gambar 2.11 Konfigurasi Memori Data ATmega8535 (diambil dari data sheet)

Memori program yang terletak dalam Flash PEROM tersusun dalam word

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

41

karena setiap instruksi memiliki lebar 16-bit atau 32-bit. AVR ATmega8535

memiliki 4 Kbyte x 16-bit Flash PEROM dengan alamat mulai dari $000

sampai $FFF. AVR memiliki 12-bit Program Counter (PC) sehingga mampu

mengalamati isi Flash.

ATmega8535 juga memiliki memori data berupa EEPROM 8-bit

sebanyak 512 byte. Alamat EEPROM dimulai dari $000 sampai $1FF. 2.3.4.

Status Register (SREG).

Status Register merupakan register berisi status yang dihasilkan pada

setiap operasi yang dilakukan ketika suatu instruksi dieksekusi. SREG

merupakan bagian dari inti CPU mikrokontroller.

Gambar 2.12 Status Register ATmega8535 (diambil dari data sheet)

Bit 7 - I : Global Interrupt Enable

Bit yang harus diset untuk meng-enable interupsi.

Bit 6 - T : Bit Copy Storage

Instruksi BLD dan BST menggunakan bit-T sebagai sumber atau tujuan

dalam operasi bit. Suatu bit dalam sebuah register GPR dapat disalin ke bit

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

42

T menggunakan instruksi BST, dan sebaliknya bit-T dapat disalin kembali

ke suatu bit dalam register GPR menggunakan instruksi BLD.

Bit 5 - H : Half Carry Flag

Bit 4 - S : Sign Bit

Bit-S merupakan hasil operasi EOR antara flag-N (negative) dan

flag-V (two's complement overflow).

Bit 3 - V : Two's Complement Overflow Flag

Bit yang berguna untuk mendukung operasi aritmatika.

Bit 2 - N : Negative Flag

Bit akan diset bila suatu operasi menghasilkan bilangan negatif.

Bit 1 - Z : Zero Flag

Bit akan diset bila hasil operasi yang diperoleh adalah nol.

Bit 0 - C : Carry Flag

Bit akan diset bila suatu operasi menghasilkan carry.

2.3.2 Sensor Cahaya (LDR)

LDR (Light Dependent Resistant) merupakan suatu jenis tahanan yang

sangat peka terhadap cahaya. Sifat dari tahanan LDR ini adalah nilai

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

43

tahanannya akan berubah apabila terkena sinar atau cahaya. Apabila tidak

terkena cahaya nilai tahanannya akan besar dan sebaliknya apabila terkena

cahaya nilai tahanannya akan menjadi kecil. LDR terbuat dari bahan cadmium

selenoide atau cadmium sulfide. Film cadmium sulfide mempunyai tahanan yang

besar jika tidak terkena sinar dan apabila terkena sinar tahanan tersebut akan

menurun.

LDR adalah suatu bentuk komponen yang mempunyai perubahan

resistansi yang besarnya tergantung pada cahaya. Karakteristik LDR terdiri dari

dua macam yaitu Laju Recovery dan Respon Spektral:

1) Laju Recovery

Bila sebuah LDR dibawa dari suatu ruangan dengan level kekuatan cahaya

tertentu kedalam suatu ruangan yang gelap, maka bisa kita amati bahwa nilai

resistansi dari LDR tidak akan segera berubah resistansinya pada keadaan ruangan

gelap tersebut. Namun LDR tersebut hanya akan bisa 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, untuk LDR type arus harganya lebih besar dari

200 K /detik (selama 20 menit pertama mulai dari level cahaya 100 lux),

kecepatan tersebut akan lebih tinggi pada arah sebaliknya, yaitu pindah dari

tempat gelap ke tempat terang yang memerlukan waktu kurang dari 10 ms untuk

mencapai resistansi yang sesuai dengan level cahaya 400 lux.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

44

2) 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 (TEDC, 1998).

LDR banyak digunakan karena mempunyai ukuran kecil, murah dan

sensitivitas tinggi. Simbol LDR seperti ditunjukan pada Gambar 2.13a, dan

Gambar 2.14 menunjukkan grafik hubungan antara resiatansi dan iluminasi.

Gambar 2.13a Simbol LDR (diambil dari data sheet LDR)

Gambar 2.13b LDR (diambil dari data sheet LDR)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

45

Gambar 2.14 Grafik hubungan antara resistansi dan iluminasi (diambil dari data sheet LDR)

2.3.3 Relay

Relay adalah saklar (switch) elektrik yang bekerja berdasarkan medan

magnet. Relay terdiri dari suatu lilitan dan switch mekanik. Switch mekanik akan

bergerak jika ada arus listrik yang mengalir melalui lilitan.Susunan kontak pada

relay adalah sebagai berikut :

Normally Open : Relay akan menutup bila dialiri arus listrik.

Normally Close : Relay akan membuka bila dialiri arus listrik.

Changeover : Relay ini memiliki kontak tengah yang akan

melepaskan diri dan membuat kontak lainnya berhubungan.

Gambar 2.15 Bentuk fisik relay (Sumber : www.google/reledc5pin.com)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

46

2.3.4 Kipas Ventilasi

Kipas merupakan alat yang dapat menghembuskan udara, sehingga

menghasilkan angin. Kipas digerakkan dengan motor listrik sederhana, yang

apabila diberi tegangan akan menginduksi belitan kemudian bergerak karena

adanya fluks medan magnet.

Angin pada greenhouse sangatlah penting bagi pertumbuhan tanaman,

sebab peristiwa penyerbukan akan terjadi saat serbuk sari yang ada di benang sari

berjatuhan menuju putik akibat dari angin itu sendiri. Setelah itu akan terjadi

pembentukan benih dan pemasakan benih yang akan menghasilkan biji dan buah.

Gambar 2.16 Kipas DC

2.3.5 Lampu Pijar

Lampu pijar adalah sumber cahaya buatan yang dihasilkan melalui

penyaluran arus listrik melalui filamen yang kemudian memanas dan

menghasilkan cahaya. Kaca yang menyelubungi filamen panas tersebut

menghalangi udara untuk berhubungan dengannya sehingga filamen tidak akan

langsung rusak akibat teroksidasi. Pada greenhouse ini digunakan lampu pijar

sebagai pencahayaan. Berikut gambar sebuah lampu pijar dan filamennya yang

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

47

sedang menyala.

Gambar 2.18 Konstruksi lampu pijar

(sumber: http://www.sayakasihtahu.com/2010/01/cara-kerja-lampu-pijar.html)

2.3.6 Transistor

Transistor daya memiliki karakteristik control untuk menyala dan mati.

Taransistor digunakan sebagai elemen sakelar, dioperasikan dalam wilayah

saturasi, menghasilkan dalam drop tegangan kondisi-ON yang rendah. Kecepatan

pensakelaran transistor modern lebih tinggi daripada thyristor dan transistor

tersebut sering dipakai dalam converter DC-DC dan DC-AC, dengan diode

terhubung parallel terbalik unutk menghasilkan aliran arus dua arah. Meskipun

begitu, tingkat tegangan dan arusnya lebih rendah daripada thyristor dan transistor

secara normal digunakan dalam aplikasi daya rendah sampai menengah. Pada

umumnya transistor berfungsi sebagai suatu switching (kontak on-off). Adapun

kerja transistor yang berfungsi sebagai switching ini, selalu berada pada daerah

jenuh (saturasi) dan daerah cut off.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

48

Transistor daya adalah perangkat yang terdiri dari tiga lapis N-P-N atau P-N-P

seperti ditunjukan pada gambar berikut :

Gambar 2.17a Transistor jenis N-P-N (a) Konstruksi, (b) Simbol dan arah arus

Gambar 2.17b Transistor jenis P-N-P (a) Konstruksi, (b) Simbol

Prinsip kerjanya arus kolektor Ic yang merupakan fungsi dan arus basis Ib,

perubahan pada arus basis akan mengakibatkan perubahan yang telah dikuatkan

pada arus kolektor pada tegangan kolektor-emiter yang dikenakan padanya.

Perbandingan kedua arus tersebut antara 15 sampai 100. Simbol yang sesuai

dengan gambar 2.6 (b), karakteristik transistornya ditunjukan pada gambar 2.9.

Dengan memanfaatkan karakteristik transistor emiter bersama, pada

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

49

kondisi saturasi (jenuh) dan keadaaan cut-off (mati) maka transistor dapat

dijadikan saskelar dengan pemutus dan penyambungan berupa (tegangan pada

basisnya).

Gambar 2.17c Rangkaian pengontrol beban

Persamaan transistor memberikan :

Ic = β Ib

β = pengutan transistor

dari persamaan diatas, jika Ib =0 maka Ic = 0

(transistor tidak menghantarkan arus Ic, dengan kata lain posii cut-off atau mati).

Dari rangkaian diatas diperoleh persamaan sebagai berikut :

IB =

Ic =

Rumus diatas disebut persamaan garis beban.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

50

Sedangkan karakteristik keluaran transistor dan garis beban adalah sebagai

berikut:

Gambar 2.17d Karakteristik transistor

Dari gambar diatas, pada kondisi saturasi (jenuh) menaikan Ib tidak dapat

menaikan Ic. Selanjutnya, lihat Ib5; Ib6 menghasilkan Ic yang sama dengan Ic

saturasi. Pada kodisi ini diperoleh :

VCE = 0 (kecil)

IC =

Artinya arus besar, tegangan menuju nol (0). Dapat dikatakan hambatan pada CE,

menuju nol (sebagai sakelar ON) jadi untuk membuat transistor berlaku sebagai

sakelar yang ON, kita memberikan tegangan VB yang mengakibatkan transistor

saturasi. Sedang jika VB = 0 maka Ib = 0, dan Ic = 0, lihat persamaan 1).

Maka pada kondisi ini transistor tidak menghantarkan arus Ic sama dengan

kondisi sakelar terbuka. Lihat gambar berikut :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

51

Gambar 2.17e Analogi transistor sebagai sakelar posisi ON

Gambar 2.17f Analogi transistor sebagai sakelar posisi OFF

Gambar 2.17g Hubungan antara tegangan input-output dari rangkaian sakelar transistor

( Sumber : www.mekatoronika.com/transistor )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

52

2.3.7 Silicon Controlled Rectifier ( SCR )

Silicon Controlled Rectifier ( SCR ) adalah salah satu komponen dalam

keluarga Thyristor. Istilah Thyristor berasal dari tabung Thyratron-Transistor,

dimana dengan perkembangan teknologi semikonduktor, maka tabung-tabung

elektron yang bentuknya relatip besar dapat digantikan oleh tabung-tabung

transistor yang berukuran jauh lebih kecil tanpa mengurangi kemampuan

operasionalnya. Bahan dasar thyristor ini adalah dari silicon dengan pertimbangan

jauh lebih tahan panas dibandingkan dengan bahan germanium. Thyristor ini

banyak digunakan sebagai alat pengendali tegangan atau daya yang tinggi dengan

kemampuan yang tinggi.

SCR dirancang untuk mengendalikan daya ac hingga 10 MW dengan

rating arus sebesar 2000 ampere pada tegangan 1800 volt dan frekuensi kerjanya

dapat mencapai 50 kHz. Tahanan konduk dinamis suatu SCR sekitar 0,01 sampai

0,1 ohm sedangkan tahanan reversenya sekitar 100.000 ohm atau lebih besar lagi.

Gambar 2.19 Konstruksi dasar dan simbolnya SCR

SCR mempunyai tiga buah elektroda, yaitu Anoda, Kathoda dan Gate

dimana anoda berpolaritas positip dan kathoda berpolaritas negatip sebagai

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

53

layaknya sebuah dioda penyearah (rectifier). Kaki Gate juga berpolaritas positip.

1) Pengujian SCR

Kondisi SCR dapat diuji dengan menggunakan sebuah ohmmeter seperti

layaknya dioda, namun dikarenakan konstruksinya pengujian SCR ini harus

dibantu dengan penyulutan kaki gate dengan pulsa positip. Jadi dengan

menghubung singkat kaki anoda dengan gate, kemudian diberikan sumber positip

dari meter secara bersama dan katoda diberi sumber negatipnya, maka akan

tampak gerakan jarum ohmmeter yang menuju nilai rendah penunjukkan ohm dan

kondisi ini menyatakan SCR masih layak digunakan. Sedangkan jika penunjukkan

jarum menunjuk pada nilai resistansi yang tinggi, maka dikatakan kondisi SCR

menyumbat atau rusak.

2) Penyulutan SCR

SCR dapat dihidupkan dengan arus penyulut singkat melalui terminal

Gate, dimana arus gate ini akan mengalir melalui junction antara gate dan kathoda

dan keluar dari kathodanya. Arus gate ini harus positip besarnya sekitar 0,1

sampai 35 mA sedangkan tegangan antara gate dan kathodanya biasanya 0,7 volt.

Jika arus anoda ke kathoda turun dibawah nilai minimum (Holding

Current = IHO), maka SCR akan segera mati (Off). Untuk SCR yang

berkemampuan daya sedang, besar IHO sekitar 10 mA. Tegangan maksimum arah

maju (UBRF) akan terjadi jika gate dalam keadaan terbuka atau IGO = 0. Jika

arus gate diperbesar dari IGO, misal IG1, maka tegangan majunya akan lebih

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

54

rendah lagi.

Gambar dibawah ini memperlihatkan salah satu cara penyulutan SCR

dengan sumber searah (dc), dimana SCR akan bekerja dengan indikasi

menyalanya lampu dengan syarat saklar PB1 dan PB2 di ON kan terlebih dahulu.

PB2 (NC)

PB1 (NO) R SCR12V DC

2V DC

Lampu 12 volt/2w

+

+-

-

Triggering untuk penyulutan SCR dengan sumber dc ini tidak perlu

dilakukan secara terus menerus, jika saklar PB1 dibuka, maka lampu akan tetap

menyala atau dengan perkataan lain SCR tetap bekerja. Dibawah ini

Memperlihatkan cara penyulutan SCR dengan sumber bolak-balik (ac).

SCR

R1

R2

S

Us

Lampu

Dengan mengatur nilai R2 (potensiometer), maka kita seolah mengatur

sudut penyalaan (firing delay) SCR. Untuk penyulutan SCR dengan sumber arus

bolak-balik, harus dilakukan secara terus menerus, jadi saklar S jika dilepas, maka

SCR akan kembali tidak bekerja.