Perancangan Alat Pengusir Hama Lalat Buah Menggunakan Gelombang Ultrasonik Berbasis Arduino

BAB II
DASAR TEORI
2.1

Umum
Respon umum ketika manusia atau hewan mendengar suara bising adalah

berusaha menjauhi sumber bunyi. Dengan menjauhi sumber bunyi maka bunyi
yang ditangkap akan semakin berkurang. Hal yang sama juga berlaku untuk
hewan. Ketika hewan terganggu dengan suara bising pada frekuensi tertentu,
maka hewan juga akan berusaha menjauhi sumber bunyi. Dengan demikian,
gelombang bunyi juga dapat dimanfaatkan untuk mengusir hewan.
Manusia dan hewan mampu menangkap bunyi pada frekuensi tertentu.
Manusia mampu menangkap bunyi pada rentang frekuensi 20 Hz-20 kHz.
Beberapa hewan mampu mendengar frekuensi dibawah 20 Hz, seperti gajah.
Frekuensi dibawah 20 Hz disebut infrasonik sedangkan frekuensi pada rentang 20
Hz-20 kHz disebut akustik. Beberapa hewan lainnya mampu menangkap bunyi di
atas frekuensi 20 kHz atau sering disebut gelombang ultrasonik. Beberapa jenis
hewan yang dapat menangkap gelombang suara ultrasonik adalah kalelawar,
kucing, dan belalang [5]. Kelelawar dapat menghasilkan dan mendengar frekuensi
setinggi 100 kHz untuk mengetahui posisi makanan dan menghindari bendabenda saat terbang di kegelapan.

Dengan memanfaatkan gelombang ultrasonik maka diharapkan hama lalat
buah dapat diusir. Gelombang ultrasonik tidak bisa ditangkap oleh sistem
pendengaran manusia sehingga pemanfaatan gelombang ultrasonik masih
tergolong aman bagi manusia. Beberapa penelitian sudah dilakukan untuk
mencoba melihat efek gelombang ultrasonik pada hewan, seperti pada nyamuk,

7
Universitas Sumatera Utara

8

tikus, dan hama wereng [6,7,8]. Didapati bahwa gelombang ultrasonik
mempengaruhi pola perilaku hewan dan bahkan ada yang mati setelah gelombang
ultrasonik dipancarkan dalam rentang waktu tertentu [6,8].
2.2

Gelombang Bunyi
Gelombang bunyi merupakan gelombang longitudinal yang terjadi karena

energi membuat (partikel) udara merapat dan merenggang, dengan cara ini pula

energi dirambatkan ke segala ruang [9]. Jika partikel udara tidak ada atau di dalam
ruang vakum, bunyi tidak akan menjalar dan tidak akan terdengar karena tidak ada
medium yang merambatkan energinya [9].
Bunyi dapat dibedakan dalam tiga aspek. Pertama, harus ada sumber bunyi.
Kedua, energi yang dipindahkan dari sumber ke dalam bentuk gelombang bunyi
longitudinal. Dan yang ketiga, bunyi dideteksi oleh telinga atau suatu alat
penerima bunyi [10]. Di dalam penelitian ini yang menjadi sumber bunyi adalah
alat yang akan dirancang berbasis Arduino, lalat buah sebagai objek yang akan
mendengar bunyi, dan udara sebagai medium perambat bunyi.
2.2.1

Frekuensi dan Amplitudo
Bunyi muncul karena adanya getaran. Getaran yang menjalar dari suatu titik

pusat getaran ke titik lain disebut gelombang. Jumlah gelombang di dalam satu
detik disebut frekuensi, sedangkan waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan
satu gelombang disebut periode. Pada Sistem Satuan Internasional, hasil
perhitungan frekuensi dinyatakan dalam satuan hertz (Hz) yaitu nama pakar fisika
Jerman Heinrich Rudolf Hertz yang menemukan fenomena ini pertama kali.
Frekuensi dinyatakan dengan simbol f.

Frekuensi sebesar 1 Hz menyatakan

peristiwa yang terjadi satu kali per detik. Untuk periode, hasil perhitungan

Universitas Sumatera Utara

9

dinyatakan dalam satuan detik dengan simbol T. Frekuensi dan periode sering
dinyatakan dalam persamaan[9]:
=

1

(1)

Keterangan:
= frekuensi, yaitu jumlah getaran/gelombang tiap detik (Hz)
T = Periode (detik)

Seperti terlihat pada gambar 2.1, jarak terjauh atau simpangan terjauh dari
posisi setimbangnya disebut amplitudo. Amplitudo berkaitan dengan tingkat
energi yang dibawa gelombang. Gelombang dengan amplitudo yang besar
menunjukkan energi yang dibawanya juga besar [9].

Amplitudo
b

a

Satu gelombang
Gambar 2.1 Gelombang transversal
2.2.2

Gelombang Ultrasonik
Gelombang ultasonik merupakan gelombang mekanik longitudional dengan

frekuensi di atas 20 KHz [10]. Hanya beberapa hewan, seperti lumba-lumba
menggunakannya

untuk

komunikasi,

sedangkan

kelelawar

menggunakan

Universitas Sumatera Utara

10

gelombang ultrasonik untuk navigasi. Dalam hal ini, gelombang ultrasonik
merupakan gelombang ultra (di atas) frekuensi gelombang suara (sonik).
Gelombang ultrasonik dapat merambat dalam medium padat,cair dan gas, hal ini
disebabkan karena gelombang ultrasonik merupakan rambatan energi dan
momentum mekanik sehingga merambat sebagai interaksi dengan molekul dan

sifat enersia medium yang dilaluinya.
Karakteristik gelombang ultrasonik yang melalui medium mengakibatkan
getaran partikel dengan medium membentuk ratapan sehingga menyebabkan
partikel medium amplitude sejajar dengan arah rambatan secara longitudional
sehingga menyebabkan partikel medium membentuk rapat dan regangan di dalam
medium disebabkan oleh getaran partikel secara periodik selama gelombang
ultrasonik dilaluinya.
Kelebihan gelombang ultrasonik yang tidak dapat didengar, bersifat
langsung dan mudah difokuskan. Jarak suatu benda yang memanfaatkan delay
gelombang pantul dan gelombang datang seperti pada sistem radar dan deteksi
gerakan oleh sensor pada robot atau hewan. Ultrasonik mempunyai kemampuan
mendeteksi objek lebih jauh terutama untuk benda-benda yang keras. Pada bendabenda yang mempunyai permukaan keras gelombang ini akan dipantulkan lebih
kuat dari pada benda-benda yang mempunyai permukaan lunak.
2.2.3

Intensitas Bunyi dan Tingkat Intensitas Bunyi
Intensitas didefenisikan sebagai energi yang dipindahkan oleh gelombang

per satuan waktu pada satuan luas [9]. Karena energi per satuan waktu adalah
daya, maka intensitas mempunyai satuan daya per satuan luas, atau watt/m2

(W/m2). Jika sumber bunyi memancarkan gelombang bunyi maka energi akan

Universitas Sumatera Utara

11

dipancarkan secara merata ke seluruh arah membentuk sebuah bola yang bergerak
makin maju menjauhi sumber suara dengan jari-jari yang makin besar. Kemudian
oleh penerima bunyi, energi per satuan waktu tersebut diterima. Energi bunyi ini
akan semakin kecil diterima penerima ketika menjauhi sumber bunyi.
Dengan demikian dapat dirumuskan bahwa intensitas bunyi adalah[9]:
�=

�

�

−

(2)

Karena bunyi merambat pada ke segala arah, maka rumus intensitas bunyi
dapat dijabarkan seperti berikut :
�=

Keterangan:

�

−

4�

(3)

2

I = Intensitas bunyi (W/m2)
P = Daya (Watt)
r = jari-jari (m)

Kuantitas bunyi juga dapat diukur. Kuantitas suara diukur melalui
kenyaringannya, secara matematis suatu suara diukur melalui tingkat intensitas
suara β, dimana[9]:
� = 10.

�
�0

(4)

Keterangan:
β = tingkat intensitas bunyi (dB)
I0 = intensitas acuan (W/m2)
I0 adalah intensitas acuan (atau patokan) yang diambil sebagai ambang
batas pendengaran, jika pada manusia ambang batas pendengaran adalah 10-12

Universitas Sumatera Utara

12

W/m2. Satuan dari tingkat intensitas adalah dB(desibel). Dalam skala desibel,
batas terendah pendengaran adalah[9]:
� = 10. log
2.3

�0
= 10. log 1 = 0
�0

(5)

Lalat Buah
Lalat buah (Bactrocera sp.) adalah hama yang banyak menyerang buah-

buahan dan sayuran [11]. Lalat buah merupakan salah satu hama penyebab
gagalnya panen buah [12]. Lalat buah dewasa ukurannya sedang dan berwarna
kuning dan sayapnya datar. Pada tepi ujung sayap ada bercak-bercak coklat
kekuningan.
Lalat buah memiliki alat peletak telur yang disebut ovipositor. Alat peletak
telur ini terdiri dari tiga ruas dengan bahan seperti tanduk yang keras. Dengan

ovipositornya, lalat ini menusuk kulit buah. Jumlah telur sekitar 100-120 butir.
Setelah 2-3 hari, telur akan menetas dan menjadi larva atau secara umum dikenal
sebagai belatung (berenga). Belatung tersebut akan membuat terowongan di
dalam buah dan memakan dagingnya selama lebih kurang 2 minggu. Belatung
yang telah dewasa meninggalkan buah dan jatuh diatas tanah, kemudian membuat
terowongan 2-5 cm dan menjadi pupa atau sering kita kenal dengan isitlah
kepompong. Lama masa kepompong 7-8 hari. Total daur hidupnya antara 23-34
hari, tergantung keadaan udara. Dalam satu tahun lalat ini kira-kira menghasilkan
8-10 generasi.
Lalat buah merupakan hewan yang termasuk golongan Kelas Insekta dengan
Ordo Diptera. Hewan lain yang termasuk Kelas Insekta mampu menangkap bunyi
di atas frekuensi 20 kHz, seperti kecoa, kutu, dan belalang. Contoh hewan lain

Universitas Sumatera Utara

13

yang lebih dekat lagi dengan lalat buah adalah lalat rumah dan nyamuk. Lalat
rumah dan nyamuk merupakan golongan Ordo Diptera, sama dengan lalat buah.
Nyamuk mampu menangkap bunyi diatas 20kHz [13]. Lalat rumah juga mampu
menangkap bunyi sampai pada frekuensi 44 kHz [5]. Sama seperti hewan Kelas
Insekta atau hewan Ordo Diptera lainnya, lalat buah juga mampu menangkap
bunyi di atas frekuensi 20 kHz atau sering disebut ultrasonik.
2.4

Arduino
Arduino adalah platform pembuatan prototipe elektronik yang bersifat open-

source hardware yang berdasarkan pada perangkat keras dan perangkat lunak
yang fleksibel dan mudah digunakan. Arduino ditujukan bagi para seniman,
desainer, dan siapapun yang tertarik dalam menciptakan objek atau lingkungan
yang interaktif.
Arduino pada awalnya dikembangkan di Ivrea, Italia. Nama Arduino
adalah sebuah nama maskulin yang berarti teman yang kuat. Platform arduino
terdiri dari arduino board, shield, bahasa pemrograman arduino, dan arduino
development environment. Arduino board biasanya memiliki sebuah chip dasar
mikrokontroler Atmel AVR ATmega8 dan turunannya.
2.4.1

Arduino Uno
Arduino Uno adalah papan mikrokontroler berbasis ATmega328. Arduino

Uno mampu membangkitkan gelombang kotak dengan frekuensi maksimum 8
MHz. Dari sisi software Arduino Uno juga Tone library yang dapat digunakan
untuk membangkitkan gelombang kotak dengan frekuensi maksimum 65573,77
Hz. Alat prototipe yang dirancang adalah alat yang mampu membangkitkan

Universitas Sumatera Utara

14

gelombang ultrasonik dengan frekuensi 20-60 kHz, sehingga Arduino Uno cocok
untuk digunakan untuk kebutuhan alat prototipe yang akan dirancang.
Arduino Uno memiliki 14 pin digital input/output dimana 6 pin dapat
digunakan sebagai output PWM (Pulse Width Modulation), 6 input analog,
resonator keramik 16 MHz, koneksi Universal Serial Bus (USB), jack listrik,
header In-Circuit Serial Programming (ICSP), dan tombol reset. Uno dibangun
berdasarkan apa yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler.
Arduino Uno dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu daya
eksternal. Sumber daya dipilih secara otomatis. Untuk sumber daya Eksternal
(non-USB) dapat berasal baik dari adaptor atau baterai. Adaptor ini dapat
dihubungkan dengan memasukkan 2.1mm jack DC ke colokan listrik board.
Baterai dapat dimasukkan pada pin header Gnd dan Vin dari konektor daya.
Tampak atas dari Arduino UNO dapat dilihat seperti pada gambar 2.2.

Gambar 2.2Arduino Uno
Adapun data teknis board Arduino UNO R3 adalah sebagai berikut:

Universitas Sumatera Utara

15

-

Mikrokontroller: Atmega 328

-

Tegangan Operasi: 5V

-

Tegangan Input (rekomendasi): 7 – 12 V

-

Tegangan Input (batas): 6 – 20 V

-

Pin digital I/O: 14 (6 diantaranya pin PWM)

-

Pin Analog input: 6

-

Arus DC per pin I/O: 40 mA

-

Arus DC untuk pin 3.3 V: 150 mA

-

Flash Memory: 32 KB dengan 0.5 KB digunakan untuk bootloader

-

SRAM: 2 KB

-

EEPROM: 1 KB

-

Kecepatan Pewaktuan: 16 Mhz

Arduino UNO memiliki 14 pin digital. Masing-masing dari 14 pin digital
arduino UNO dapat digunakan sebagai masukan atau keluaran menggunakan
fungsi pinMode(), digitalWrite() dan digitalRead(). Setiap pin beroperasi pada
tegangan 5 volt. Setiap pin mampu menerima atau menghasilkan arus maksimum
sebasar 40 mA dan memiliki resistor pull-up internal (diputus secara default)
sebesar 20-30 KOhm. Sebagai tambahan, beberapa pin masukan digital memiliki
kegunaan khusus yaitu [14]:
-

Komunikasi serial: pin 0 (RX) dan pin 1 (TX), digunakan untuk
menerima(RX) dan mengirim(TX) data secara serial.

-

Interupsi Eksternal: pin 2 dan pin 3, pin ini dapat dikonfigurasi untuk
memicu sebuah interupsi pada nilai rendah, sisi naik atau turun, atau
pada saat terjadi perubahan nilai.

Universitas Sumatera Utara

16

-

Pulse-width modulation (PWM): pin 3,5,6,9,10 dan 11, menyediakan
keluaran PWM 8-bit dangan menggunakan fungsi analogWrite().

-

Serial Peripheral Interface (SPI): pin 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO)
dan 13 (SCK), pin ini mendukung komunikasi SPI dengan
menggunakan SPI library.

-

LED (Light Emitting Diode): pin 13, terdapat built-in LED yang
terhubung ke pin digital 13. Ketika pin bernilai HIGH maka LED
menyala, sebaliknya ketika pin bernilai LOW maka LED akan padam.

2.4.2

Pemrograman Arduino
Arduino board merupakan perangkat yang berbasiskan mikrokontroler.

Perangkat lunak (software) merupakan komponen yang membuat sebuah
mikrokontroller dapat bekerja. Arduino board akan bekerja sesuai dengan perintah
yang ada dalam perangkat lunak yang ditanamkan padanya.
Bahasa pemrograman arduino adalah bahasa pemrograman yang umum
digunakan untuk membuat perangkat lunak yang ditanamkan pada arduino board.
Bahasa pemrograman arduino menggunakan bahasa pemrograman C sebagai
dasarnya. Karena menggunakan bahasa pemrograman C sebagai dasarnya, bahasa
pemrograman arduino memiliki banyak sekali kemiripan, walaupun beberapa hal
telah berubah. Arduino Uno dapat diprogram menggunakan software Arduino
IDE yang bersifat opensource.
2.4.2.1 Struktur
Semua program Arduino harus memiliki dua fungsi utama untuk bekerja
dengan baik, yaitu setup() dan loop(). Fungsi setup() dipanggil ketika sketsa
dimulai. Struktur ini berguna untuk menginisialisasi variabel, mode pin, memulai

Universitas Sumatera Utara

17

menggunakan library, dan lain-lainya. Fungsi setup() hanya akan berjalan sekali,
yaitu setiap pertama kali board dihidupkan atau saat restart board Arduino. Fungsi
loop() berguna untuk melaksanakan/mengeksekusi perintah program yang telah
dibuat. Fungsi ini akan secara aktif mengontrol board Arduino baik membaca
input atau merubah output. Fungsi loop() merupakan tugas utama dari arduino
board.
2.4.2.2 Variabel
Variabel adalah nama yang dibuat dan disimpan di dalam memori
mikrokontroller. Variabel ini mempunyai nilai dan nilainya dapat diubah sewaktuwaktu pada saat program dijalankan. Variabel memiliki nilai dan tipe data
tertentu. Deklarasi suatu variabel dapat dilakukan tanpa pemberian nilai awal atau
dapat juga langsung diberikan nilai awal.
Dalam pemograman mikrokontroller dikenal ada 2 macam variabel yaitu:
1. Variabel global; yaitu variabel yang dideklarasi diluar fungsi dan
berlaku secara umum atau dapat diakses dimana saja
2. Variabel lokal; yaitu variabel yang dideklarasi di dalam fungsi dan
hanya dapat diakses oleh pernyataan yang ada di dalam fungsi.
Contoh deklarasi variabel dalam pemerograman Arduino adalah seperti
berikut:
int frekuensi = 20000;

Ketika program diatas dijalankan, maka mikrokontroller akan membuat
sebuah variabel “frekuensi” dengan tipe data integer (bilangan bulat) dan
memberikan nilai awal 20000 ke variabel “frekuensi” tersebut.

Universitas Sumatera Utara

18

2.4.2.3 Fungsi Masukan dan Keluaran
Arduino memiliki 3 fungsi untuk masukan dan keluaran digital pada arduino
board, yaitu pinMode(), digitalWrite() dan digitalRead().
Fungsi pinMode() mengkonfigurasi pin tertentu untuk berfungsi sebagai
masukan atau keluaran. Sintaksis untuk fungsi pinMode() adalah sebagai berikut:
pinMode(pin,mode)

dengan parameter
pin

: angka dari pin digital yang akan dikonfigurasi

mode

: konfigurasi yang diinginkan (INPUT, INPUT_PULLUP, dan
OUTPUT

Fungsi digitalWrite() berfungsi untuk memberikan nilai HIGH atau LOW
suatu digital pin. Sintaksis untuk fungsi digitalWrite() adalah sebagai berikut:
digitalWrite(pin, value)

dengan parameter:
pin

: angka dari pin digital yang akan dikonfigurasi

value

: nilai yang diinginkan (HIGH atau LOW)

Fungsi digitalRead() bertujuan untuk membaca nilai yang ada pada pin
Arduino UNO. Sintaksis untuk fungsi digitalRead() adalah sebagai berikut:
digitalRead(pin)

dengan parameter:
pin

: angka dari pin digital yang akan dibaca

Berikut ini adalah contoh penggunaan fungsi masukan dan keluaran digital
dalam sebuah program:
int ledPin = 13; // LED terhubung ke pin digital 13
int inPin = 7; // pushbutton terhubung ke pin digital 7
int val = 0; // variable untuk menyimpan sebuah nilai

Universitas Sumatera Utara

19

void setup()
{
pinMode(ledPin, OUTPUT); // set pin digital 13 sebagai
keluaran
pinMode(inPin, INPUT); // set pin digital 13 sebagai
masukan
}
void loop()
{
val = digitalRead(inPin); // baca nilai pin input
digitalWrite(ledPin, val); // sets LED sesuai dengan nilai
val
}

2.4.2.4 Fungsi tone()
Fungsi tone() berfungsi untuk membangkitkan gelombang kotak dengan
frekuensi tertentu pada pin Arduino. Pin Arduino bisa dihubungkan ke transduser
suara seperti speaker atau buzzer. Sintaksis untuk fungsi tone() adalah sebagai
berikut:
tone(pin, frequency)
tone(pin, frequency, duration)

dengan parameter:
pin

: angka dari pin digital yang digunakan untuk membangkitkan
gelombang bunyi.

frequency : nilai frekuensi yang ingin dibangkitkan dalam satuan Hz
duration

: lamanya

gelombang

bunyi

dibangkitkan

dalam

satuan

milliseconds.
Parameter “duration” adalah opsional, artinya bisa digunakan maupun tidak.
Fungsi tone() dapat membangkitkan gelombang bunyi sampai pada frekuensi
65573.77 Hz [15].

Universitas Sumatera Utara

20

2.5

LCD 2x16
Liquid Crystal Display (LCD) adalah suatu jenis media tampilan yang

menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD sudah digunakan di
berbagai bidang, misalnya dalam alat-alat elektronik, seperti televisi, kalkulator
ataupun layar komputer. Alat prototipe yang ingin dirancang akan menampilkan
“Frekuensi:xxxxxkHz”. Jumlah total karakter yang dibutuhkan
adalah 20 karakter. LCD 1x16 hanya dapat menampilkan karakter maksimum
sebanyak 16 karakter sedangkan LCD 2x16 mampu menampilkan karakter
maksimum sebanyak 32 karakter. Untuk memenuhi kebutuhan alat yang akan
dirancang maka LCD 2x16 adalah pilihan yang tepat untuk digunakan.

Gambar 2.3 LCD 2x16
LCD ini memiliki dua register, yaitu Kontrol dan Data. Register kontrol
menyimpan instruksi perintah yang diberikan ke LCD. Perintah yang dimaksud
adalah instruksi yang diberikan kepada LCD untuk melakukan tugas yang telah
ditetapkan seperti memulainya, membersihkan layarnya, pengaturan posisi kursor,
mengendalikan layar dan lain-lain. Register Data digunakan untuk menulis data
karakter ke memori display LCD. Data yang dimaksud adalah nilai ASCII dari
karakter yang akan ditampilkan pada LCD. LCD 2x16 dapat tampak seperti pada
gambar 2.3.

Universitas Sumatera Utara

21

Keterangan dari pin LCD 2x16 tampak pada tabel 2.1
Tabel 2.1 Keterangan pin LCD 2x16 [16]
Pin
Deskripsi
1
Ground
2
Vcc
3
Pengatur kontras
4
“RS” Instruction/Register Select
5
“R/W” Read/Write LCD Registers
6
“EN” Enable
7-14
Data I/O Pins
15
Vcc
16
Ground

2.6

Transistor Bipolar
Transistor bipolar atau Bipolar Junction Transistor (BJT) tersusun dari tiga

lapis bahan semikonduktor yang berjenis p dan n [17]. Terdapat dua tipe transistor
bipolar, NPN dan PNP. Simbol transistor dapat dilihat pada gambar 2.4.
Transistor merupakan alat semikonduktor yang dapat dipakai sebagai penguat,
sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan,
modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor bipolar dapat berfungsi
semacam kran listrik yang berdasarkan arus inputnya memungkinkan pengaliran
listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya
Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitter (E)
dan Kolektor (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitter dapat
dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus input
Basis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor.
Transistor merupakan komponen yang memiliki peran yang sangat penting.
Dalam rangkaian analog transistor dapat digunakan sebagai penguat (amplifier),
seperti dalam rangkaian pengeras suara, stabilisator, dan penguat sinyal radio.
Dalam rangkaian digital transistor digunakan sebagai pemutus dan penyambung

Universitas Sumatera Utara

22

(saklar) berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian
rupa sehingga berfungsi sebagai gerbang logika (Logic Gate), memori dan yang
fungsi yang lain.

(a)

(b)

Gambar 2.4 Simbol transistor (a) NPN; (b) PNP.
2.6.1

Prinsip Kerja
Dinamakan

transistor

bipolar

karena

kanal

konduksi

utamanya

menggunakan dua polaritas pembawa muatan yaitu elektron dan lubang (hole)
untuk membawa arus listrik. Dalam BJT, arus listrik utama harus melewati satu
daerah/lapisan pembatas dinamakan depletion zone. Ketebalan lapisan ini dapat
diatur dengan kecepatan tinggi dengan tujuan untuk mengatur aliran arus utama
tersebut.
Cara kerja BJT juga dapat dibayangkan sebagai dua diode yang terminal
positif atau negatifnya berdempet, sehingga ada tiga terminal. Ketiga terminal
tersebut adalah emiter (E), kolektor (C), dan basis (B). Perubahan arus listrik
dalam jumlah kecil pada terminal basis dapat menghasilkan perubahan arus listrik
dalam jumlah besar pada terminal kolektor. Prinsip inilah yang mendasari

Universitas Sumatera Utara

23

penggunaan transistor sebagai penguat elektronik. Rasio antara arus pada koletor
dengan arus pada basis biasanya dilambangkan dengan β atau hFE. β biasanya
berkisar sekitar 100 untuk transistor-transisor BJT. Faktor penguatan transistor ini
dapat dihitung dengan rumus:
=

�
�

(6)

Sementara persamaan untuk menghitung arus yang mengalir pada basis
transistor adalah:
� =

− 0,7

(7)

Dan untuk persamaan untuk menghitung disipasi daya transistor adalah:

Keterangan:

� = .�

(8)

P = Daya (Watt)

hFE = Faktor penguatan transistor

Vb = Tegangan pada basis (Volt)

Ic = Arus pada kolektor (Ampere)

Ib = Arus pada basis (Ampere)
2.6.2

Transistor 2SC1162
Alat prototipe yang dirancang menggunakan Arduino UNO sebagai

pembangkit gelombang ultrasonik. Kemudian sinyal keluaran dari Arduino ini
akan dihubungkan ke transistor sebelum dihubungkan ke speaker. Sinyal yang
dihasilkan oleh Arduino berbentuk gelombang kotak dengan frekuensi 20-60 kHz
yang memiliki tegangan maksimumnya +5V dan tegangan minimum 0V. Untuk
memenuhi kebutuhan alat yang akan dirancang maka diperlukan transitor yang
dapat bekerja dengan kecepatan tinggi yang mampu bekerja dengan baik pada saat
diberi tegangan +5V pada basisnya. Tegangan masukan untuk Arduino UNO yang

Universitas Sumatera Utara

24

direkomendasikan adalah +7V sampai dengan +12V. Untuk menghindari
penggunaan regulator tambahan maka akan lebih baik jika transistor yang
digunakan juga mampu bekerja dengan baik saat diberi tegangan kolektor sebesar
+7 V sampai dengan +12V.
Transistor yang dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan perancangan
alat adalah transistor 2SC1162. Transistor 2SC1162 adalah transistor bipolar
NPN. Transistor 2SC1162 digunakan untuk keperluan umum pada penguatan
daya sedang. Transistor ini didesain untuk arus rendah hingga sedang, daya
sedang, dan tegangan sedang. Transistor ini juga dapat bekerja dengan kecepatan
tinggi. Transistor 2SC1162 memiliki penguatan arus DC (hFE) sebesar 20 sampai
320. Tegangan maksimum yang dapat diberikan pada kolektor-basis (VCB) dan
kolektor-emiter (VCE) adalah 35V. Arus maksimum yang dapat mengalir pada
kolektor adalah 3 A dan daya maksimum yang dapat digunakan transistor adalah
10 Watt (pada suhu 25oC). Bentuk fisik dari transistor 2SC1162 dapat dilihat pada
gambar 2.5.

Gambar 2.5 Transistor 2SC1162

Universitas Sumatera Utara

25

2.7

Transduser
Transduser adalah suatu alat yang dapat mengubah suatu bentuk energi ke

bentuk energi lainnya. Bentuk-bentuk energi tersebut diantaranya seperti energi
listrik, energi mekanikal, energi elektromagnetik, energi cahaya, energi kimia,
energi akustik (bunyi) dan energi panas. Pada umumnya, semua alat yang dapat
mengubah atau mengkonversi suatu energi ke energi lainnya dapat disebut sebagai
transduser.
2.7.1

Piezoelektrik
Kata piezoelektrik berasal bahasa Latin, piezein yang berarti diperas atau

ditekan dan piezo yang bermakna didorong. Bahan piezoelektrik ditemukan
pertama kali pada tahun 1880‐an oleh Jacques dan Pierre Curie. Kata piezo berarti
tekanan, sehingga efek piezoelektrik terjadi jika medan listrik tebentuk ketika
material dikenai tekanan mekanik.
Piezoelektrik merupakan transduser ultrasonik. Transduser ultrasonik
berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik dalam bentuk
gelombang suara ultrasonik atau sebaliknya. Piezoelektrik yang sering digunakan
pada umumnya berbahan keramik.
2.7.2

Prinsip kerja piezzoelektrik
Pada prinsipnya, efek piezoelektrik diperoleh dari ketidakseimbangan

distribusi arus listrik pada bahan piezoelektrik yang disebabkan oleh terjadinya
tegangan (stress) pada bahan tersebut dan selanjutnya mengakibatkan terjadinya
regangan. Bila kedua permukaan bahan tersebut dilapisi dengan bahan logam dan
lempengan kecil tembaga ditempelkan padanya, maka perubahan arus listrik ini
akan mengakibatkan terjadinya sinyal tegangan listrik pada lempeng tembaga

Universitas Sumatera Utara

26

tersebut. Efek ini dapat dibalik yaitu bila tegangan listrik dikenakan pada bahan
tersebut maka akan terjadi regangan. Prinsip kerja ini dapat dilihat seperti pada
gambar 2.6.

Tekanan

Keluaran

Crystal

Tegangan

Gambar 2.6 Prinsip kerja piezoelektrik

Universitas Sumatera Utara

27

2.7.3

Speaker piezzoelektrik
Alat prototipe yang diharapkan mampu menghasilkan bunyi mulai dari 20-

60 kHz. Gelombang yang dihasilkan oleh Arduino UNO adalah gelombang listrik,
karena itu dibutuhkan transduser yang mampu mengubah gelombang listrik
menjadi gelombang bunyi. Transduser yang dapat digunakan adalah speaker yang
mampu membangkitkan gelombang bunyi dengan frekuensi 20 kHz - 60 kHz.
Speaker yang memenuhi kriteria demikian adalah speaker piezzoelektrik KEMO
L010 yang tampak seperti pada gambar 2.7. Speaker ini mampu bekerja dengan
frekuensi bunyi 2-60 kHz. Data teknis lengkap speaker ini dapat dilihat pada
lampiran 2.

Gambar 2.7 Speaker KEMO L010

Universitas Sumatera Utara