pengertian_photodioda
Post on 06-Dec-2015
16 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
PENGERTIAN PHOTODIODA
Photodioda adalah suatu jenis dioda yang resistansinya berubah-ubah
kalau cahaya yang jatuh pada dioda berubahubah intensitasnya.Dalam
gelap nilai tahanannya sangat besar hingga praktis tidak ada arus yang
mengalir.Semakin kuat cahaya yang jatuh pada dioda maka makin kecil
nilai tahanannya, sehingga arus yang mengalir semakin besar. Jika
photodioda persambungan p-n bertegangan balik disinari, maka arus
akan berubah secara linier dengan kenaikan fluks cahaya yang dikenakan
pada persambungan tersebut.
Photodioda terbuat dari bahan semikonduktor. Biasanya yang dipakai
adalah silicon (Si) atau gallium arsenide (GaAs), dan lain-lain termasuk
indium antimonide (InSb), indium arsenide (InAs), lead selenide (PbSe),
dan timah sulfide (PBS). Bahan-bahan ini menyerap cahaya melalui
karakteristik jangkauan panjang gelombang, misalnya: 250 nm ke 1100
untuk nm silicon, dan 800 nm ke 2,0 μm untuk GaAs.
Dioda foto adalah jenis dioda yang berfungsi mendeteksi cahaya.
Berbeda dengan diode biasa, komponen elektronika ini akan mengubah
cahaya menjadi arus listrik. Cahaya yang dapat dideteksi oleh diode foto
ini mulai dari cahaya infra merah, cahaya tampak, ultra ungu sampai
dengan sinar-X. Aplikasi diode foto mulai dari penghitung kendaraan di
jalan umum secara otomatis, pengukur cahaya pada kamera serta
beberapa peralatan di bidang medis.
Simbol dari diode foto
Alat yang mirip dengan Dioda foto adalah Transistor
foto (Phototransistor).Transistor foto ini pada dasarnya adalah jenis
transistor bipolar yang menggunakan kontak (junction) base-collector
untuk menerima cahaya.Komponen ini mempunyai sensitivitas yang
lebih baik jika dibandingkan dengan Dioda Foto.Hal ini disebabkan
karena elektron yang ditimbulkan oleh foton cahaya pada junction ini di-
injeksikan di bagian Base dan diperkuat di bagian Kolektornya. Namun
demikian, waktu respons dari Transistor-foto secara umum akan lebih
lambat dari pada Dioda-Foto.
Photo dioda digunakan sebagai komponen pendeteksi ada tidaknya
cahaya maupun dapat digunakan untuk membentuk sebuah alat ukur
akurat yang dapat mendeteksi intensitas cahaya dibawah 1pW/cm2
sampai intensitas diatas 10mW/cm2. Photo dioda mempunyai resistansi
yang rendah pada kondisi forward bias, kita dapat memanfaatkan photo
dioda ini pada kondisi reverse bias dimana resistansi dari photo dioda
akan turun seiring dengan intensitas cahaya yang masuk.
Komponen ini mempunyai sensitivitas yang lebih baik jika dibandingkan
dengan diodapeka cahaya.Hal ini disebabkan karena electron yang
ditimbulkan oleh foton cahaya padajunction ini diinjeksikan di bagian
Base dan diperkuat di bagian kolektornya. Namun demikian,waktu
respons dari transistor foto secara umum akan lebih lambat dari pada
dioda peka cahaya.
Jika photo dioda tidak terkena cahaya, maka tidak ada arus yang
mengalir ke rangkaian pembanding, jika photo dioda terkena cahaya
maka photodiode akan bersifat sebagai tegangan, sehingga Vcc dan
photo dioda tersusun seri, akibatnya terdapat arus yang mengalir ke
rangkaian pembanding.
BAHAN DARI PHOTODIODA
photodioda terbuat dari bahan semikonduktor yaitu silicon (Si), atau
Galium Arsenida, dan yang lain adalah Insb, InAs, PbSe. Material-
material ini meyerap cahaya dengan karakteristik panjang gelombang
mencangkup: 2500 Å – 11000 Å untuk silicon, 8000 Å – 20,000 Å untuk
GaAs. Ketika sebuah photon (satu satuan energi dalam cahaya) dari
sumber cahaya diserap, hal tersebut membangkitkan suatu elektron dan
menghasilkan sepasang pembawa muatan tunggal, sebuah elektron dan
sebuah hole, di mana suatu hole adalah bagian dari kisi-kisi
semikonduktor yang kehilangan elektron.
PRINSIP KERJA PHOTODIODA
Photodioda dibuat dari semikonduktor dengan bahan yang populer
adalah silicon ( Si) atau galium arsenida ( GaAs), dan yang lain meliputi
InSb, InAs, PbSe. Material ini menyerap cahaya dengan karakteristik
panjang gelombang mencakup: 2500 Å – 11000 Å untuk silicon, 8000 Å –
20,000 Å untuk GaAs. Ketika sebuah photon (satu satuan energi dalam
cahaya) dari sumber cahaya diserap, hal tersebut membangkitkan suatu
elektron dan menghasilkan sepasang pembawa muatan tunggal, sebuah
elektron dan sebuah hole, di mana suatu hole adalah bagian dari kisi-kisi
semikonduktor yang kehilangan elektron. Arah Arus yang melalui sebuah
semikonduktor adalah kebalikan dengan gerak muatan pembawa.cara
tersebut didalam sebuah photodiode digunakan untuk mengumpulkan
photon – menyebabkan pembawa muatan (seperti arus atau tegangan)
mengalir/terbentuk di bagian-bagian elektroda.
Prinsip kerja photodioda :
Cahaya yang diserap oleh photodiode
Terjadinya pergeseran foton
Menghasilkan pasangan electron-hole dikedua sisi
Electron menuju [+] sumber & hole menuju [-] sumber
Sehingga arus akan mengalir di dalam rangkaian
Saat photodiode terkena cahaya, maka akan bersifat sebagai sumber
tegangan dan nilai resistansinya akan menjadi kecil.
Saat photodiode tidak terkena cahaya, maka nilai resistansinya akan
besar atau dapat diasumsikan tak hingga.
Ket : besarnya tegangan atau arus listrik yang dihasilkan oleh
photodiode tergantung besar kecilnya radiasi yang dipancarkan oleh
infrared
Photodioda digunakan sebagai penangkap gelombang cahaya yang
dipancarkan oleh Infrared. Besarnya tegangan atau arus listrik yang
dihasilkan oleh photodioda tergantung besar kecilnya radiasi yang
dipancarkan oleh infrared
SENSOR WARNA MENGGUNAKAN PHOTODIODA
Setiap warna bisa disusun dari warna dasar.Untuk cahaya, warna dasar
penyusunnya adalah warna Merah, Hijau dan Biru, atau lebih dikenal
dengan istilah RGB (Red-Green-Blue).Gambar2 memperlihatkan
beberapa sampel warna dan komposisi RGB-nya terskala 8 bit.
Perancangan dan Pembuatan Sensor
Sistim sensor yang digunakan adalah sensor warna.Rangkaian sensor
terdiri dari 2 bagian, yaitu bagian pemancar cahaya dan penerima
cahaya. Rangkaian pemancar terdiri dari resistor sebagai pembatas arus
serta LED sebagai piranti yang memancarkan cahaya. Sedangkan
rangkaian penerima terdiri dari resistor sebagai pull-up tegangan dan
photodioda sebagai piranti yang akan menerima pantulan cahaya LED
obyek. Rangkaian komparator akan membandingkan tegangan input dari
sensor dengan tegangan referensi untuk menghasilkan logika ’0′ dan ’1′
untuk membedakan warna merah dan warna hijau.
LED akan memancarkan cahaya ke obyek dan photodioda akan menerima
cahaya yang dipantulkan oleh obyek tersebut. Intensitas cahaya yang
diterima oleh photodioda akan mempengaruhi nilai reistasinya. Obyek
berupa Warna merah dan Warna biru akan memantulkan cahaya dengan
intensitas yang berbeda. Warna merah akan memantulkan cahaya
dengan intensitas yang lebih tinggi daripada Warna hijau, sehingga nilai
resistansinya akan berbeda. Semakin besar intensitas cahaya yang
diterima oleh photodioda, maka nilai 15 resistansinya akan semakin kecil
dan nilai tegangan outputnya akan Semakin kecil pula. Perbedaan nilai
tegangan output dari photodioda saat menerima cahaya pantulan dari
Warna merah atau Warna hijau akan dideteksi oleh rangkaian
komparator. Tegangan referensi dapat diatur dengan memutar variabel
resistor.untuk dapat membedakan Warna merah atau Warna hijau, nilai
tegangan referensi diatur sehingga memiliki nilai diantara nilai tegangan
output dari photodioda saat menerima pantulan cahaya dari obyek.
Untuk mendapatkan hasil yang baik maka pemasangan sensor warna
harus tertutup dan dipasang tegak lurus terhadap obyek serti pada
gambar 3.5 berikut :
Untuk mendeteksi warna merah maka digunakan sensor photodioda yang
disinari dengan LED superbright warna merah. Pada saat photodioda
menerima pantulan cahaya dari Warna merah, nilai tegangan output
pada photodioda akan lebih kecil dari tegangan referensi, sehingga
output dari komparator akan bernilai “0”. Sedangkan saat photodioda
menerima pantulan cahaya dari Warna hijau, nilai tegangan outputnya
akan lebih besar dari tegangan referensi, sehingga output dari
komparator bernilai “1”. Sebaliknya, Untuk mendeteksi warna hijau
maka digunakan sensor photodioda yang disinari dengan LED
superbright warna hijau. Pada saat photodioda menerima pantulan
cahaya dari Warna hijau, nilai tegangan output pada photodioda akan
lebih kecil dari tegangan referensi, sehingga output dari komparator
akan bernilai “0”. Sedangkan saat photodioda menerima pantulan cahaya
dari Warna merah, nilai tegangan outputnya akan lebih besar dari
tegangan referensi, sehingga output dari komparator bernilai “1”.
KARAKTERISTIK FOTODIODA DAN APLIKASINYA UNTUK
MENGUKUR INTENSITAS CAHAYA
Fotodioda berbeda dengan dioda biasa. Jika fotodioda persambungan p-n
bertegangan balik disinari, maka arus akan berubah secara linier dengan
kenaikan fluks cahaya yang dikenakan pada persambungan tersebut.
Berdasarkan hal tersebut dapat dibuat alat untuk mendeteksi intensitas
cahaya dengan memanfaatkan karakteristik fotodioda sebagai salah satu
alternatif pendeteksi intensitas cahaya.Alat ini dapat dimanfaatkan bagi
siswa dalam memahami tentang materi fotometri dalam pelajaran fisika.
Dalam penelitian ini diperoleh hasil bahwa fotodioda dapat berfungsi
sebagai sensor untuk mengukur intensitas cahaya, dimana semakin besar
intensitas cahaya (ditunjukkan kenaikan daya lampu) yang mengenainya
maka arus yang dihasilkan fotodioda juga akan semakin besar.
Disamping itu hasil penelitian ini menunjukkan bahwa hubungan antara
arus yang dihasilkan fotodioda berubah berbanding terbalik dengan
kuadrat jarak dari sumber cahaya dengan arus lampu tetap.
Karakteristik photo dioda
Photodioda mempunyai respon 100 kali lebih cepat daripada
phototransistor
Dikemas dengan plastik transparan yang juga berfungsi sebagai lensa.
Lensa tsb lebih dikenal sebagai ‘lensa fresnel’ dan ‘optical filter’
Penerima infra merah juga dipengaruhi oleh ‘active area’ dan ‘respond
time’
Aplikasi
Diode sebagai kondisi open circuit jika dianalogikan seperi sakelar
Photodiode sebagai close circuit jika dianalogikan seperti sakelar
PHOTODIODA
LAPORANPHOTODIODA
I. Tujuan :1. Pengujian rangkaian photodioda2. Membuat grafik hubungan antara cahaya yang diterima terhadap resistansi photodioda.3. Membuat rangkaian aplikasi ( untuk sensor photodioda )
II. Dasar teoriPhotodioda adalah dioda yang bekerja berdasarkan intensitas cahaya, jika photodioda
terkena cahaya maka photodioda bekerja seperti dioda pada umumnya, tetapi jika tidak mendapat cahaya maka photodioda akan berperan seperti resistor dengan nilai tahanan yang besar sehingga arus listrik tidak dapat mengalir.
Gambar: Photodioda
Photodioda merupakan sensor cahaya semikonduktor yang dapat mengubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Photodioda merupakan sebuah dioda dengan sambungan p-n yang dipengaruhi cahaya dalam kerjanya. Cahaya yang dapat dideteksi oleh photodioda ini mulai dari cahaya infra merah, cahaya tampak, ultra ungu sampai dengan sinar-X.
Prinsip kerja, karena photodioda terbuat dari semikonduktor p-n junction maka cahaya yang diserap oleh photodioda akan mengakibatkan terjadinya pergeseran foton yang akan menghasilkan pasangan electron-hole dikedua sisi dari sambungan. Ketika elektron-elektron yang dihasilkan itu masuk ke pita konduksi maka elektron-elektron itu akan mengalir ke arah positif sumber tegangan sedangkan hole yang dihasilkan mengalir ke arah negatif sumber tegangan sehingga arus akan mengalir di dalam rangkaian. Besarnya pasangan elektron ataupun hole yang dihasilkan tergantung dari besarnya intensitas cahaya yang diserap oleh photodioda.
Photodiodes dibuat dari semikonduktor dengan bahan yang populer adalah silicon ( Si) atau galium arsenida ( GaAs), dan yang lain meliputi InSb, InAs, PbSe. Material ini menyerap cahaya dengan karakteristik panjang gelombang mencakup: 2500 Å - 11000 Å untuk silicon, 8000 Å – 20,000 Å untuk GaAs. Ketika sebuah photon (satu satuan energi dalam cahaya) dari sumber cahaya diserap, hal tersebut membangkitkan suatu elektron dan menghasilkan sepasang pembawa muatan tunggal, sebuah elektron dan sebuah hole, di mana suatu hole adalah bagian dari kisi-kisi semikonduktor yang kehilangan elektron. Arah Arus yang melalui sebuah semikonduktor adalah kebalikan dengan gerak muatan pembawa. cara tersebut didalam sebuah photodiode digunakan untuk mengumpulkan photon - menyebabkan pembawa muatan (seperti arus atau tegangan) mengalir/terbentuk di bagian-bagian elektroda.
Photodioda digunakan sebagai penangkap gelombang cahaya yang dipancarkan oleh Infrared. Besarnya tegangan atau arus listrik yang dihasilkan oleh photodioda tergantung besar kecilnya radiasi yang dipancarkan oleh infrared.
Gambar : panjang gelombang yang dihasilkan oleh bahan photodioda yang berbedaterhadap pengliatan mata
Photo dioda digunakan sebagai komponen pendeteksi ada tidaknya cahaya maupun dapat digunakan untuk membentuk sebuah alat ukur akurat yang dapat mendeteksi intensitas cahaya dibawah 1pW/cm2 sampai intensitas diatas 10mW/cm2. Photo dioda mempunyai resistansi yang rendah pada kondisi forward bias, kita dapat memanfaatkan photo dioda ini pada kondisi reverse bias dimana resistansi dari photo dioda akan turun seiring dengan intensitas cahaya yang masuk.
Dioda peka cahaya adalah jenis dioda yang berfungsi mendektesi cahaya. Berbeda dengandioda biasa, komponen elektronika ini akan mengubah menjadi arus listrik. Cahaya yang dapatdideteksi oleh dioda peka cahaya ini mulai dari cahaya inframerah, cahaya tampak, ultra ungusampai dengan sinar-X. Aplikasi dioda peka cahaya mulai dari penghitung kendaraan di jalanumum secara otomatis, pengukur cahaya pada kamera serta beberapa peralatan dibidang medis.
Alat yang mirip dengan dioda peka adalah transistor foto (phototransistor). Transistorfoto ini pada dasarnya adalah jenis transistor bipolar yang menggunakan kontak (junction) base-collector untuk menerima cahaya.
Komponen ini mempunyai sensitivitas yang lebih baik jika dibandingkan dengan diodapeka cahaya. Hal ini disebabkan karena electron yang ditimbulkan oleh foton cahaya padajunction ini diinjeksikan di bagian Base dan diperkuat di bagian kolektornya. Namun demikian,waktu respons dari transistor foto secara umum akan lebih lambat dari pada dioda peka cahaya.
Jika photo dioda tidak terkena cahaya, maka tidak ada arus yang mengalir ke rangkaian pembanding, jika photo dioda terkena cahaya maka photodiode akan bersifat sebagai tegangan, sehingga Vcc dan photo dioda tersusun seri, akibatnya terdapat arus yang mengalir ke rangkaian pembanding.
Gambar: struktur dioda
Sifat dari Photodioda adalah :
1. Jika terkena cahaya maka resistansi nya berkurang2. Jika tidak terkena cahaya maka resistansi nya meningkat.
Kenapa Photodioda dipasang reverse?? Berdasarkan teori mengenai dioda. Pada saat dioda dipasang reverse, maka arus tidak akan mengalir karena hambatan yg sangat besar sekali. Jadi bisa dikatakan ini dioda sebagai kondisi Open Circuit jika dianalogikan seperti sakelar. namun pada photodioda, hambatan yang besar tadi bisa menjadi kecil karena pengaruh cahaya yang masuk. Hal seperti ini bisa menyebabkan arus mengalir sehingga kondisi seperti ini bisa dikatakan sebagai Close Circuit jika dianalogikan seperti sakelar.
III. Alat dan bahan
1. Photodioda : 1 buah2. Led : 1 buah3. Resistansi 330 : 2 buah4. Resistansi 10 K : 1 buah5. LM 324 : 1 buah6. Trimpot 50 K : 1 buah7. TIP 41 : 1 buah8. Power supply : 1 buah9. Bread broad : 1 buah10. Kabel penghubung : 1 buah11. Senter : 1 buah12. LUX mater : 1 buah13. AVO meter : 1 buah
IV. Langkah kerjaPercobaan I
1. Siapkan alat dan bahan untuk percobaan.2. Membuat rangkaian percobaan 1.3. Konsultasikan hasil praktikum pada guru pembimbing.4. Berikan cahaya dari senter sesuai dengan nilai LUX pada tabel.5. Mengukur Vout dan intensitas cahaya.6. Isi data pada tabel I.
Percobaan II1. Siapkan alat dan bahan untuk percobaan.2. Membuat rangkaian percobaan 1.3. Konsultasikan hasil praktikum pada guru pembimbing.4. Berikan cahaya dari senter.5. Atur nilai Trimpot sesuai dengan tabel.6. Amati hasil dan catat pada tabel percobaan 2.
V. Gambar rangkaianRangkaian 1
Rangkaian 2
VI. Data HasilTabel 1
LUX Vout190 0,45200 0,2273 0,1280 0,25290 0,07380 0,06635 0,9895 0,041670 0,025
Tabel 2
Kondisi TrimpotKondisi LED sebelum diberi
cahayaKondisi LED setelah
diberi cahaya
0% Mati Menyala
25% Mati Menyala
50% Mati Menyala
75% Mati Menyala
100% Nyala Menyala
VII. Grafik cahaya (LUX)
VIII. Analisis percobaan
Pada percobaan 1, menunjukkan hasil bahwa tegangan keluaran (Vout) sebanding dengan LUX (Intensitas cahaya ) yang diterima oleh photodioda. Hal ini menunjukkan bahwa pada saat photodioda dibias reverse, resistansi photodioda akan turun seiring dengan intensitas yang diterima photodioda naik. Sehingga, resistansi yang turun menyebabkan tegangan Vout akan naik.
Pada saat intensitas cahaya yang diterima photodioda rendah, photodioda memiliki resistansi yang tinggi sehingga menyebabkan nilai tegangan keluarannya juga rendah. Hal ini dikarenakan nilai arus yang mengalir pada photodioda kecil.
Pada percobaan 2, menunjukkan hasil bahwa LED setelah diberi cahaya akan menyala saat tegangan keluaran pada trimpot lebih kecil dari pada tegangan pada photodioda ( Vout=V+ jika non inverting input ( kaki 3 op-amp ) > inverting input ( kaki 2 op-amp) ) karena oleh Op - amp tegangan tersebut dibandingkan antara kaki 3 dan kaki 2.
Tegangan yang dikeluarkan opamp akan positif jika tegangan pada kaki 3 op-amp lebih besar dari pada kaki 2 op-amp sehingga dapat memicu transistor yang akan membuat LED menyala dan tegangan keluaran akan negatif jika tegangan kaki 3 op-amp lebih kecil dari pada tegangan kaki 2 op-amp sehingga transistro tidak terpicu yang membuat LED mati.
Dan kondisi LED sebelum diberi cahaya sangat dipengaruhi oleh besar kecilnya resistansi pada trimot jika trimpot diputar 100% maka resistansinya menjadi kecil sehingga terdapat tegangan pada Op - amp sehingga memicu transistor.
IX. Kesimpulan
Dari hasil percobaan yang sudah dilakukan dapat disimpulkan pada saat photodioda tidakmenerima sinar inframerah maka arus photodioda kecil dan tegangan outputnya mendekati 0. Sebaliknya saat photodioda menerima pantulan sinar inframerah, arus photodioda menjadi besar menyebabkan tegangan ouput menjadi besar. Hal ini dikarenakan pada saat photodioda dibias reverse, resistansi photodioda semakin mengecil jika intensitas yang diterimanya semakin membesar.
Juga hasil percobaan tegangan yang dikeluarkan pada OP-amp akan positif jika tegangan pada non inverting lebih besar dari pada tegangan pada inverting dan tegangan keluaran akan negatif jika tegangan pada non inverting lebih kecil dari pada tegangan pada inverting.
KOMPARATOR
top related