A.
Tujuan
1. Mengetahui
hubungan antara cahaya yang diterima terhadap resistansi photodioda
B.
Dasar
Teori
Photodioda 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
Simbol
dan bentuk photodioda hampir sama dengan LED, tetapi pada simbol photodioda
arah dua panahnya menghadap ke dalam. Photodioda banyak digunakan sebagai
sensor cahaya dalam dunia elektronika, karena sifatnya yang peka terhadap
cahaya.
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.
Photodiode 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 berbeda
terhadap
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 dengan dioda biasa, komponen elektronika ini akan
mengubah menjadi arus listrik. Cahaya yang dapat dideteksi 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
pada junction 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 berkurang
2. Jika
tidak terkena cahaya maka resistansi nya meningkat.
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.
C.
Alat
dan Bahan
1. Seperangkat
alat fotodioda
2. Sumber
cahaya
3. Multimeter
4. Kabel
penghubung
5. Power
supply
6. Mistar
D.
Langkah
percobaan
1. Menyiapkan
alat dan bahan
2. Menghubungkan
seperangkat alat fotodioda dengan sumber tegangan dan menghubungkannya ke
multimeter.
3. Menghubungkan
sumber cahaya dengan power supply.
4. Menghidupkan
power supply dan mengatur tegangannya sebesar 2 volt.
5. Mengatur
jarak antara sumber cahaya dengan fotodioda.
6. Mengulang
langkah ke 5 dengan variasi jarak yang berbeda.
7. Mencatat
hasil resistansi yang diperoleh dari cahaya yang ditangkap oleh fotodioda
dengan jarak yang telah ditentukan.
E.
Tabulasi Data
|
No
|
Jarak
(cm)
|
Hambatan
(kΩ)
|
|
1
|
20
|
2,3
|
|
2
|
25
|
2,5
|
|
3
|
30
|
3,0
|
|
4
|
35
|
3,5
|
|
5
|
40
|
4,5
|
|
6
|
45
|
4,5
|
|
7
|
50
|
5,5
|
|
8
|
55
|
5,5
|
|
9
|
60
|
6,0
|
|
10
|
65
|
6,5
|
Grafik
11/8/2013 16:58
Linear Regression for Data1_B:
Y = A + B * X
Parameter Value Error
------------------------------------------------------------
A 2.17576 2.24234
B 0.97939 0.04998
------------------------------------------------------------
R SD N P
------------------------------------------------------------
0.98974 2.27003 10 <0.0001
------------------------------------------------------------
F.
Pembahasan
Pada percobaan yang berjudul “fotodioda” dengan
tujuan mengetahui hubungan antara cahaya yang diterima terhadap resistansi fotodioda.
Alat dan bahan yang digunakan antara lain seperangkat alat photodioda,
multimeter, power supply, sumber cahaya, kabel penghubung, mistar, dan lensa
cembung untuk membantu memfokuskan sumber cahaya ke fotodioda.
Pada langkah percobaan terlebih dahulu menyiapkan
alat dan bahan kemudian menghubungkan seperangkat alat fotodioda dengan sumber
tegangan dan kabel rangkaian fotodioda ke multimeter. Selanjutnya menghubungkan
sumber cahaya dengan power supply dan menghidupkan power supply dengan mengatur
tegangannya sebesar 2 volt. Berikutnya mengatur jarak antara sumber cahaya dengan
fotodioda dan mengulangi langkah ke 5 dengan variasi jarak yang berbeda. Dan
terakhir mencatat hasil resistansi yang diperoleh dari cahaya yang ditangkap
oleh fotodioda dengan jarak yang telah ditentukan.
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 atau pun hole yang dihasilkan tergantung dari besarnya intensitas
cahaya yang diserap oleh photodioda. Sifat dari fotodioda adalah jika semakin
banyak cahaya yang diterima, maka nilai resistansi pada diode semakin kecil.
Dalam hukum kuadrat terbalik mendefinisikan hubungan
antara pencahayaan dari sumber titik dan jarak. Rumus ini menyatakan bahwa
intensitas cahaya per satuan luas berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari
sumbernya (pada dasarnya jari-jari).
E
= I / d2
Dimana
E = Emisi cahaya, I = Intensitas cahaya dan d = jarak
Dari data yang diperoleh pada percobaan, grafik yang
kami peroleh berupa linier. Dimana jarak sebagai sumbu x dan hambatan sebagai
sumbu y, semakin jauh jarak sumber cahaya ke fotodioda maka hambatannya semakin besar. Sementara
hubungan antara jarak dengan intensitas cahaya adalah berbanding terbalik
sehingga jika dilihat hubungan antara intensitas cahaya dengan hambatan pada
fotodioda semakin besar intensitas cahaya maka semakin kecil hambatannya. Dari analisis grafik yang di fitting linier, persamaan garis yang
diperoleh yaitu:
Photo
dioda mempunyai resistansi yang rendah pada kondisi forward bias, memanfaatkan photo dioda ini pada kondisi reverse bias dimana resistansi dari
photo dioda akan turun seiring dengan intensitas cahaya yang masuk. Sesuai
teori di atas ,
Sifat
dari Photodioda adalah :
1. Jika
terkena cahaya maka resistansi nya berkurang
2. Jika
tidak terkena cahaya maka resistansi nya meningkat
 |
|||
|
|||
|
|
Pada intensitas cahaya
rendah resistansi dari photodiode tinggi sehingga arus tidak dapat diteruskan
ke rangkaian pembanding, dan sebaliknya jika intensitas cahaya yang masuk tinggi sehingga resistansi dari photodiode
rendah mengakibatkan arus yang muncul akan diteruskan ke rangkaian pembanding
sehingga Vout = Ip * RL.
G.
Kesimpulan
Pada
percobaan ini dapat disimpulkan bahwa potodioda yang dipasang dengan reverse
bias menunjukkan jika intensitas cahaya yang datang tinggi resistansi pada
diode akan rendah dan sebaliknya jika intensitas cahaya yang datang rendah maka
resistansi pada photodiode akan tinggi.
H.
Daftar pustaka
Kurniawan,Irwan.Diktat Sensor dan tranduser.Jambi:Politehnik
Jambi.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar