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