PERCOBAAN PHOTODIODA

PERCOBAAN

PHOTODIODA

I.     Tujuan :

1.      Pengujian rangkaian photodioda

2.      Membuat grafik hubungan antara cahaya yang diterima terhadap resistansi photodioda.

3.      Membuat rangkaian aplikasi ( untuk sensor photodioda )

II.  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

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 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 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 berkurang

2.         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 buah

2.      Led                              : 1 buah

3.      Resistansi 330             : 2 buah

4.      Resistansi 10 K           : 1 buah

5.      LM 324                       : 1 buah

6.      Trimpot 50 K              : 1 buah

7.      TIP 41                         : 1 buah

8.      Power supply              : 1 buah

9.      Bread broad                : 1 buah

10.  Kabel penghubung      : 1 buah

11.  Senter                          : 1 buah

12.  LUX mater                  : 1 buah

13.  AVO meter                 : 1 buah

IV.   Langkah kerja

Percobaan 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 II

1.      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 rangkaian

Rangkaian 1

Rangkaian 2

VI.   Data Hasil

Tabel 1

LUX	Vout
190	0,45
200	0,2
273	0,1
280	0,25
290	0,07
380	0,06
635	0,9
895	0,04
1670	0,025

Tabel 2

Kondisi Trimpot	Kondisi LED sebelum diberi cahaya	Kondisi 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