MODUL 5 KARAKTERISASI LED OLEH I-V METER … · Tujuan dari praktikum ini adalah menentukan...

1

MODUL 5

KARAKTERISASI LED OLEH I-V METER

Muhammad Ilham, Rizki, Moch. Arif Nurdin,Septia Eka Marsha Putra, Hanani,

Robbi Hidayat.

10211078, 10210023, 10211003, 10211022, 10211051, 10211063.

Program Studi Fisika, Institut Teknologi Bandung, Indonesia

E-mail: [email protected]

Asisten: (CH. A. Andre Mailoa /10210026)

Tanggal Praktikum: (31-10-2013)

Abstrak

LED (Light Emiting Diode) adalah suatu komponen elektronika yang tersusun dari gabungan bahan

semikonduktor yang dapat memancarkan cahaya. LED memiliki karakteristik yang dapat diamati oleh I-V

meter. Karakteristik LED yang dapat diamati dengan I-V meter diantaranya perubahan arus terhadap

tegangan, energi Band Gap, tegangan Threshold, maupun panjang gelombang cahaya yang dipancarkan.

Alat yang digunakan untuk karakterisasi LED yaitu I-V meter ELKAHFI 100. I-V meter ELKAHFI 100 dapat

menentukan hubungan karakteristik antara arus dan tegangan dari suatu LED. Pada hasil data yang telah diolah dengan membandingkan hasil perhitungan dengan data referensi yang ada, maka dapat dibandingkan

jenis warna dan energi band gap LED hasil pengamatan dengan hasil perhitungan. Karakteristik dari LED

dapat diketahui melalui pengukuran karakteristik hubunganarus dan tegangan LED menggunakan I-V meter.

Kata Kunci : Band gap, IV meter, LED, Panjar Maju, Tegangan threshold

I. Pendahuluan

1.1 Tujuan

Tujuan dari praktikum ini adalah

menentukan karateristik LED dan

menentukan jenis warna LED yang

digunakan melalui hasil data yang

didapatkan.

1.2 Teori Dasar

Light Emitting Diode (LED)

adalah salah satu komponen elektronika

yang terbuat dari bahan semi konduktor

jenis dioda yang mempu mengeluarkan

cahaya. Strukturnya juga sama dengan

dioda, tetapi pada LED elektron

menerjang sambungan P-N (Positif-

Negatif). Untuk mendapatkan emisi

cahaya pada semikonduktor, doping yang

pakai adalah galium, arsenic dan

phosporus. Jenis doping yang berbeda

menghasilkan warna cahaya yang

berbeda pula. LED memiliki bentuk fisik

seperti gambar berikut,

Gambar 1. Light Emitting Diode (LED)

LED menghasilkan cahaya

monokromatik . Prinsip kerjanya ketika

LED diberi tegangan panjar maju maka

LED akan mengalami medan

elekromagnetik sehingga elektron akan

mengalami rekombinasi dengan hole,

rekombinasi ini melepaskan energi

berupa foton, foton ini lah yang

menyebabkan cahaya terpancar dari LED.

Pada saat bahan semikonduktor

jenis p dan n digabungkan maka elektron

bebas dari bahan jenis n akan berdifusi

menuju bahan p dan berekombinasi

dengan hole pada bahan jenis p,

Sebaliknya juga hole pada bahan pakan

berdifusi ke bahan n dan berekomendasi

mailto:[email protected]

2

dengan elektron. Proses rekombinasi ini

akan saling meniadakan muatan ,

akibatnya akan ada daerah disekitar

sambungan p-n yang muatan yang netral,

daerah ini yang disebut daerah deplesi.

Cahaya yang dipancarkan oleh dioda ini

adalah hasil dari pelepasan energi oleh

elektron saat berpindah dari pita konduksi

kepita valensi. Pada dioda/LED, energi

yangdipancarkan oleh elektron ini setara

dengan perbedaan energi antara pita

valensi dan pita konduksi, yaitu besar

energi gap yang ada pada sambungan p-n.

Sehingga energi gap yang ada pada

daerah pengosongan sama dengan energi

yang dipancarkan oleh elektron dalam

bentuk cahaya saat berpindah dari

pitakonduksi ke pita valensi. LED

memiliki kurva karakteristik sebaga

berikut,

Gambar 2. Kurva Karakteristik LED

Dari kurva karakteristik pada

gambar [2], persamaan LED yang

menyatakan hubungan tegangan dengan

arus adalah :

Keterangan

Eg = Energi Band Gap (eV)

k = Konstanta Boltzman =1.38 x 10-

23kgm

2s

-2K

-1

q = Muatan Elektron = 1.6x10-19

Coulumb

T = Suhu ruangan (Kelvin)

I-V Meter adalah alat yang dapat

mengukur kuantitas atau intensitas listrik,

dimana I-Vmeter dapat membangkitkan

tegangan yang sebanding dengan rasio

arus masukkan dan referensi. Dengan

menggunakan I-V meter ini kita dapat

mengukur kondisi arus dalam dioda

terhadap tegangan yang diberikan,

dengan demikian kita dapat melihat

karakteristik dioda yang dipakai.Dengan

menggunanakan persamaan (1), kitadapat

menentukan persamaan regresi yang

digunakan yaitu,

maka nilai band gap (Eg) dapat diperoleh

dipersamaan (3) dan (4)

Eg =

(5) dan Eg =

(6)

h = 6,626 x 10-34

J.s

c = 299792458 m/s

II. Metode Percobaan

Pada percobaan modul ini akan

diukur besar arus yang mengalir dalam

LED terhadap tegangan yang dimasukkan

melalui I-V meter. I-V meter yang

digunakan dalam modul ini adalah I-

V Meter ELKAHFI 100, Langkah

pertama yaitu mempersiapkan perangkat

I-V meter, mulai dari pemasangan kabel-

kabel jumper sampai koneksi ke

komputer. Setelah perangkat I-V meter

dipasangd engan benar, jumper voltage

outputdihubungkan dengan kutub positif

LEDdan jumper current input dengan

kutub negatif LED. Kemudian

3

dibuka software ELKAHFI 100 dan run

untuk memulai pengambilan

data.Software ELKAHFI 100 ini akan

mengambil data arus dalam dioda

terhadap tegangan. Kemudian setelah

data diperoleh, datadisimpan dalam file

..xls , kemudian dilakukan lagi

pengambilan data untuk LED dengan

warna pendar yang berbeda-beda.

III. Data dan Pengolahan

Data warna LED

No Warna Tegangan

I (V)

Tegangan

II (V)

1 Putih 2,64 2,52

2 Hijau 1,85 1,77

3 Biru 2,44 2,41

4 Orange 1,59 1,58

5 Merah 1,54 1,5

6 Pelapis

merah

besar

3,84 3,83

7 Pelapis merah

kecil

2,49 1,41

8 Pelapis kunig

1,54 1,56

9 Pelapis

hijau

1,64 1,65

Tabel 1. Data hasil tegangan LED

percobaan I dan II

Data Karakterisasi IV (Kurva)

Gambar 3. Karakteristik 1 LED biru

(bening).

LED Hijau (bening)

Gambar 4. Karakteristik 1 LED hijau

(bening).

Gambar 5. Karakteristik 1 LED merah

(bening)

Gambar 6. Karakteristik 1 LED orange

(bening).

4

Gambar 7. Karakteristik 1 LED putih

(bening).

Gambar 8. Karakteristik 1 LED selubung

hijau.

Gambar 9. Karakteristik 1 LED selubung

kuning

Gambar 10. Karakteristik 1 LED

selubung merah kecil.

Gambar 11. Karakteristik 1 LED

selubung merah besar.

Gambar grafik di sekitar VTH

Gambar 12. Grafik pengamatan sekitar

Vth LED biru bening.

Dari hasil pengamatan, diperoleh nilai

VTH = 2.41 V

5


Vth LED hijau bening.


VTH = 1.77 V


Vth LED merah bening.


VTH = 1.5 V


Vth LED orange bening.


VTH = 1.58 V


Vth LED putih bening.


VTH = 2.52 V


Vth LED selubung hijau.


VTH = 1.65 V


Vth LED selubung kuning.


VTH = 1.56 V

6


Vth LED selubung merah kecil.


VTH = 1.41 V


Vth LED selubung merah besar.


VTH = 3.83 V

LED a b c d r2

Biru 0.54

69

34

.0

5

10

.3

2

-

5.40

E-06

0.

99

5

Hijau 0.27

85

21

.9

2

8.

79

2

-

3.24

E-05

0.

93

3

Merah 0.91

72

41

.4

9

19

.6

4

-

6.59

E-06

0.

99

6

Orange 0.05

393

39

.1

9

19

.1

4

7.61

E-06

0.

99

4

Pelapis

hijau

0.55

11

36

.8

4

16

.6

3

-

3.36

E-06

0.

99

9

Pelapis

kuning

0.00

05

41

.5

3

23

.4

2

3.22

E-06

0.

99

9

Pelapis

merah

besar

5.00

E-05

67

.2

2

16

.3

5

1.72

E-06

0.

14

Pelapis

merah

kecil

0.95

72

22

.7

9.

83

1

-

2.51

E-05

0.

88

7

Putih 0.18

11

33

.3

5

9.

83

7

-

4.31

E-06

0.

99

7

Tabel 2. Data Karakterisasi LED

Dengan

dan

Upper - Lower

LED a b

biru 0 inf -inf

i

n

f

hijau 0 inf -inf

i

n

f

merah 0 inf 0

i

n

f

orange 0 1000

000 -inf

i

n

f

pelapis hijau 0 1000

000 -inf

i

n

f

pelapis

kuning 0

1.00E

-03 -inf

i

n

7

f

pelapis

merah besar 0

1.00E

-04

-

10000

00

i

n

f

pelapis

merah kecil 0 inf -inf

i

n

f

Putih 0 1000

0 -inf

i

n

f

LED c d

biru -inf inf -inf

i

n

f

hijau -inf inf -inf

i

n

f

merah

-

1E+

07

inf

-

1E+0

7

i

n

f

orange -inf inf -inf

i

n

f

pelapis hijau -inf inf -inf

i

n

f

pelapis

kuning -inf inf -inf

i

n

f

pelapis

merah besar -inf inf

-

10000

i

n

f

pelapis

merah kecil -inf inf -inf

i

n

f

Putih -inf inf -inf

i

n

f

Tabel 3. Data Upper-Lower LED

Tegangan Threshold

LED

Vth

penga-

matan

Vth Perhi-

tungan

Vth

referensi

Biru 2.553 3.299418605 2.48-3.7

Hijau 1.773 2.493175614 1.9-4.0

Merah 1.667 2.112525458 1.63-

2.03

Orange 1.684 2.04754441 2.03-2.1

Pelapis

hijau 1.727 2.215273602 1.9-4.0

Pelapis

kuning 1.615 1.773270709 2.1-2.18

Pelapis

merah

besar

3.793 4.111314985 1.63-

2.03

Pelapis

merah

kecil

1.583 2.30902248 1.63-

2.03

Putih 2.631 3.390261259 3.5

Tabel 4. Data Tegangan Threshold

Tegangan threshold pengamatan didapat

dari regresi nilai I dan V masing-masing

LED sehingga didapat gradiennya.

Vth LED biru : 2.553 V

Vth LED hijau : 1.773 V

Vth LED merah : 1.667 V

8

Vth LED orange : 1.684 V

Vth LED pelapis hijau : 1.727 V

Vth LED pelapis kuning : 1.615 V

Vth LED pelapis merah besar : 3.793 V

Vth LED pelapis merah kecil : 1.583 V

Vth LED putih : 2.631 V

Tegangan threshold perhitungan didapat

dari rumus eVth = Eg

Panjang Gelombang

LED

λ

Penga-

matan

(nm)

λ

perhitungan

(nm)

Warna

(berdasar-

kan perhi-

tungan)

Biru 430- 376.0735204 biru-putih

9

505

Hijau 550-

570 497.6881544 hijau-biru

Merah 630-

660 587.365215 kuning

Orange 605-

620 606.0058889

merah-

orange

Pelapis

hijau

550-

570 560.122221 hijau

Pelapis

kuning

585-

595 699.737476 merah

Pelapis

merah

besar

630-

660 301.8070799 putih

Pelapis

merah

kecil

630-

660 537.3806365 hijau

Putih 450 365.9965635 putih

Tabel 5. Data Panjang Gelombang LED

Panjang gelombang pengamatan

merupakan panjang gelombang dari

cahaya yang terlihat saat pengamatan.

Panjang gelombang perhitungan dihitung

dari rumus E = hc/λ. Dengan E adalah

energy foton yang dalam perhitungan

LED sama dengan energy gap.

Energi Gap

LED

E perhi-

tungan

(eV)

E penga-

matan

(eV)

Biru 3.298 2.6

Hijau 2.492 2.3

Merah 2.112 1.8

Orange 2.047 2

Pelapis hijau 2.214 2.3

Pelapis kuning 1.773 2.1

Pelapis merah

besar 4.11 1.8

Pelapis merah

kecil 2.308 1.8

Putih 3.389 2.756

Tabel 6. Data Energi Gap LED

E pengamatan merupakan energy

yang terlihat dari cahaya yang teramati. E

perhitungan merupakan energy yang

dihitung dari konstanta b di tabel fitting

sebelumnya dengan mencari nilai T

terlebih dahulu dengan menggunakan

konstanta c.

Hambatan Dalam

LED hambatan dalam

(ohm)

Biru 5.00E+02

Hijau 5.30E+02

Merah 5.00E+02

Orange 9.10E+02

Pelapis hijau 2.00E+02

Pelapis kuning 8.30E+02

Pelapis merah

besar 3.30E+03

Pelapis merah

kecil 1.20E+02

Putih 4.20E+02

Tabel 7. Data Hambatan Dalam LED

Hambatan dalam didapat dari persamaan

7, dengan meregresi nilai I dan I dV/dI

dari masing-masing LED setelah

menyala. Nilai Rs merupakan gradient

dari hasil plotnya.

Nilai dI/dV (gradien):

Gradien LED biru : 0.002

Gradien LED hijau : 0.0019

10

Gradien LED merah : 0.002

Gradien LED orange : 0.0011

Gradien LED pelapis hijau : 0.0051

Gradien LED pelapis kuning : 0.0012

Gradien LED pelapis merah besar :

0.00029

Gradien LED pelapis merah kecil :

0.0083

11

Gradien LED putih : 0.0024

- Nilai Rs (gradient)

Rs LED biru : 500 ohm

Rs LED hijau : 530 ohm

Rs LED merah : 500 ohm

RS LES orange : 910 ohm

Rs LED pelapis merah besar : 3300

ohm

12

Rs LED pelapis merah kecil : 120

ohm

Rs LED pelapis hijau : 200 ohm

Rs LED pelapis kuning : 300 ohm

Rs LEDputih : 420 ohm

IV. Pembahasan

Pada percobaan ini digunakan

asumsi Eg = eVth , yaitu saat suatu

semikonduktor tersebut membawa

muatan (elektron/hole) yang sangat besar

sehingga band gap energy nya jauh lebih

besar dibanding selisih antara ujung pita

(konduksi/valensi) dengan energi

ferminya. Tegangan threshold adalah

tegangan minimum yangdiperlukan

supaya LED dapat bekerja. Secara fisis

tegangan threshold menyatakan besarnya

tegangan yang diperlukan untuk

membebaskan elektron melewati band

gap. Secara singkat jika tegangan

threshold semakin tinggi maka energi

band gap dari LED tersebut juga tinggi

faktor yang berpengaruh terhadap

band gap energy adalah jumlah

konsentrasi pembawa, muatan elektron,

lebaar band gap dimana bergantung pada

13

resistifistik bahan semikonduktor

tersebut, serta band gap energy juga

dipegaruhi oleh temperatur , dimana

agitasi terhadap suhu dapat

mempengaruhi aktifitas elektron yang ada

dalam bahan semikonduktornya. Suhu

akan mempengaruhi kelengkungan dari

kurva karakteristik LED. Jika suhu

dinaikkan, maka tegangan threshold

berkurang tetapi arus penjenuhan

bertambah dan kelengkungan kurva

karakteristik pun bertambah. Selain itu

kenaikan suhu menaikkan juga

esitasitermik, sehingga rapat elektron

intrinsik juga bertambah.

Pada semikonduktor dikenal dua

macam arus, yaitu arus drift dan arus

difusi. Arus drif adalah arus yang

ditimbulkan oleh mengalirnya muatan-

muatan yang disebabkan oleh perbedaan

potensial. Contohnya adalah arus yang

terjadi pada bahan resistif yang

dipasang pada suatu tegangan listrik.

Arus difusi adalah arus yang tidak

disebabkan oleh adanya perbedaan

tegangan, melainkan akibat gerak random

dari pertikel-partikel bermuatan yang

disebabkan oleh energi panas. Contohnya

adalah elektron mengalir dari

Pendahuluan Fisika Zat Padat (Kristal

Semikonduktor) suatu tempat yang padat

ke tempat yang sedikit sampai dicapainya

suatu keseimbangan.

Untuk melakukan regresi linier,

cukup mengambil beberapa data saja

ketika kurva telah linier, karena pada saat

linier telah terjadi batas minimum

tegangan untuk LED dan telah menjadi

konstan. Pada percobaan kali ini

digunakan hambatan seri . asumsi yang

digunakan saat arus mulai linier adalah

pada saat linier telah terjadi batas

minimum tegangan untuk LED dan telah

menjadi konstan.

LED putih dapat dengan

menggabungkan warna merah, biru,dan

hijau (multi-color LED) dan

menggunakan senyawa fosfor. Cara lain

dengan memerlukan suatu perangkat

elektronik untuk mengatur proses

pencampuran dan difusi dari berbagai

warna. Metode ini juga dapat digunakan

untuk mendapatkan warna-warna lain.

Selain itu, metode ini memiliki efisiensi

kuantum yang lebih baik dalam

menghasilkan cahaya putih.cara lain

adalah dengan melapisi LED dengan

fosfor (biasnya LED dengan cahaya biru).

Prinsipnya adalah memperpanjang

panjang gelombang cahaya biru. Jenis

atau warna fosfor yang digunakan

bergantung pada LED yang digunakan

dan penggunaan bebrapalapis fosfor yang

berbeda warna dapat memperluas

spectrum sehingg amempermudah

mendapatkan cahaya putih.

LED infra merah merupakan LED

yangmemancarkan sperktum cahaya infra

merah. LED infrared biasanya berbahan

dasar indirect band gap material sehingga

tidak menghasilkan cahaya tampak.

Disebut indirect karena photon tidak

dapat diemisikan. Hal ini disebabkan oleh

elektron harus melewati keadaan

intermediet dan mentransfer momentum

kepada suatu struktur kristal.Untuk

mendapatkan spektrum cahaya

inframerah bahan penyusun yang

digunakan untuk membuat LED yaitu

Galium Arsenide (GaAs) atau aluminium

Galium Arsenide (AlGaAs). Karakteristik

dari LED infra merah ini yaitu lifetime

yang lama, memerlukan daya yang kecil,

tidak mudah over heat , dan bisa

digunakan dalam jarak yang cukup jauh

karena pemancarannya yang menyempit.

Penggunaan dari LED infra merah ini

biasa dipakai sebagai remote

control jarak jauh.

V. Simpulan

Sifat dan Karakteristik dari LED

dapat diidentifikasi menggunakan I-V

meter dengan melihat arus dan tegangan

LED .

14

Setiap LED memiliki tegangan

threshold yang berbanding terbalik

dengan panjang gelombang yang

dihasilkan LED

Nilai tegangan threshold akan

bergantung pada energi band gap LED

nya.

VI. Pustaka

[1] Sutrisno. Elektronika Teori

danPenerapannya. Bandung: Penerbit

ITB.1986. H. 81-85

[2] Hartono, Sabda. Merancang Lampu

LED. Available : http://www.gemar-

elektronika.com/merancang-lampu-

led.html?showall=1,

[3]http://lionel08upi.files.wordpress.com/

2010/12/makalah-padat-kristal-

semikonduktor-kelompok-3.pdf

http://www.gemar-elektronika.com/merancang-lampu-led.html?showall=1




http://lionel08upi.files.wordpress.com/2010/12/makalah-padat-kristal-semikonduktor-kelompok-3.pdf



MODUL 5 KARAKTERISASI LED OLEH I-V METER … · Tujuan dari praktikum ini adalah menentukan...

Documents

Transcript of MODUL 5 KARAKTERISASI LED OLEH I-V METER … · Tujuan dari praktikum ini adalah menentukan...