PHOTOTRANSISTOR

Phototransistor

Phototransistor merupakan transistor yang dirancang untuk menangkap cahaya dan dirakit dalam sebuah kemasan transparan. Kepekaan phototransistor jauh lebih baik daripada photodiode karena phototransistor telah memiliki penguat terintegrasi. Cahaya yang diterima menimbulkan arus pada daerah basis dari phototransistor, dan menghasilkan penguatan arus mulai dari seratus hingga beberapa ribu kali.

Phototransitor menjadi populer untuk aplikasi yang hanya memiliki power optikal beberapa ratus nanowatt karena kemudahan pemakaian, murah dan kompatibel dengan level tegangan TTL. Meskipun begitu, phototransistor memiliki kekurangan dibandingkan dengan photodiode. Bandwidth frekuensi dan linearitasnya relatif terbatas serta respon spektrumnya berada antara 350 nm hingga 1100 nm. Selain itu, banyak variasi sensitifitas untuk masingmasing komponen dan sedikit pilihan kemasan standar.

KARAKTERISTIK PHOTOTRANSISTOR 

Rangkaian ekuivalen untuk phototransistor (gambar 1) adalah terdiri dari sebuah photodiode yang outputnya diumpankan ke basis sebuah trasnsistor sinyal kecil. Berdasarkan model tersebut maka wajar jika phototransistor menunjukkan karakteristik diode maupun transistor. Karekteristik arus dan tegangan sebuah phototransistor mirip seperti transistor NPN, dengan pengecualian bahwa cahaya masuk menggantikan arus basis.

Struktur phototransistor (gambar 2) sangat mirip dengan photodiode. Pada kenyataannya, junction kolektor-basis sebuah phototransistor dapat dipakai seperti photodiode dengan hasil yang cukup memuaskan. Perbedaan utama strukturnya adalah bahwa phototransistor memiliki dua junction sedangkan photodiode hanya memiliki sebuah junction saja.

RESPON SPEKTRUM 

Output sebuah phototransistor tergantung pada panjang gelombang dari cahaya yang masuk. Phototransistor bereaksi terhadap cahaya dengan range spektrum panjang gelombang yang lebar mulai dari spektrum mendekati ultraviolet, melewati spektrum cahaya tampak hingga mendekati spektrum inframerah. Tanpa filter optik, respon puncak berada disekitar spektrum inframerah (sekitar 840 nm). Respon puncak ini berada pada nilai panjang gelombang yang lebih pendek daripada photodiode tipikal. Hal tersebut karena junction difusi sebuah phototransistor terbentuk pada epitaksial dan bukan pada wafer silikon.

Phototransistor akan bereaksi pada lampu fluorescent ataupun sumber cahaya umum namun menunjukkan efisiensi kopel cahaya yang lebih baik ketika dipasangkan dengan LED inframerah. Standar LED inframerah adalah GaAs (940 nm) dan GaAlAs (880 nm).

SENSITIFITAS 

Untuk level iluminasi sumber cahaya yang diberikan, output sebuah phototransistor ditentukan oleh area yang terbuka pada junction kolektor-basis dan arus penguatan DC transistor. Junction kolektor-basis phototransistor berfungsi sebagai photodiode yang menghasilkan arus photon yang diumpan pada basis bagian transistor. Kondisi tersebut sama halnya seperti photodiode yang memperbesar region basis dan melipatgandakan jumlah arus photon yang dihasilkan. Arus photon ini (Ip) dikuatkan oleh penguat arus DC transistor.

Sesuai karakteristik transistor, nilai hFE tidaklah konstan melainkan berubah-ubah tergantung arus basis, tegangan bias dan temperatur. Pada level cahaya yang rendah, penguatan mulai dengan nilai yang kecil kemudian naik sesuai dengan peningkatan intensitas cahaya hingga puncak penguatan dicapai. Setelah mencapai nilai puncak, peningkatan intensitas cahaya akan diikuti dengan turunnya penguatan.

LINIERITAS 

Tidak seperti photodiode yang outputnya linear terhadap cahaya yang masuk mencapai iluminasi cahaya 7 sampai 9 dekade, Arus kolektor (Ic) sebuah phototransistor adalah linear untuk iluminasi 3 sampai 4 dekade. Alasan utama atas keterbatasan ini adalah karena Penguatan DC (hFE) phototransistor fungsi perubahan arus kolektor (Ic) yang berubah tergantung oleh arus basis yang berupa arus cahaya yang masuk.

TEGANGAN SATURASI KOLEKTOR-EMITOR 

Saturasi adalah kondisi ketika kedua junction emitor-basis dan kolektor basis sebuah phototransistor menjadi terbias maju. Dari sudut pandang praktis tegangan saturasi, VCE(SAT), adalah parameter yang menunjukkan betapa dekatnya photodetektor mendekati kondisi switch tertutup karena VCE(SAT) adalah tegangan jatuh pada detektor ketika kondisinya “ON”.

DARK CURRENT (ID) 

Ketika phototransistor ditempatkan dalam gelap dan tegangan diberikan pada kolektor ke emitor, sejumlah arus tertentu akan mengalir. Arus ini disebut dark current (ID). Arus ini terdiri dari arus bocor junction basis emitor yang dikalikan dengan penguatan arus DC (gain) transistor. Keberadaan arus ini mencegah phototransistor menjadi dianggap benar-benar “OFF”, atau menjadi saklar ideal yang terbuka. Dark current ditentukan sebagai arus kolektor yang diijinkan mengalir pada tegangan uji kolektor-emitor. Dark current merupakan sebuah fungsi nilai tegangan kolektor-emitor dan suhu lingkungan.

TEGANGAN BREAKDOWN (VBR) 

Phototransistor harus dibias dengan benar agar dapat bekerja dengan baik. Tegangan yang diberikan pada phototransistor harus diperhatikan agar tidak melebihi tegangan breakdown kolektor-emitor (VBRCEO) maupun tegangan breakdown emitor-kolektor (VBRECO). Melebihi tegangan ini akan mengakibatkan kerusakan pada phototransistor. Nilai tipikal untuk VBRCEO berkisar mulai dari 20 V hingga 50 V dan nilai tipikal untuk berkisar antara 4 V hingga 6 V.

KECEPATAN RESPON 

Kecepatan respon sebuah phototransistor didominasi hampir secara keseluruhan oleh kapasitansi juncion kolektor-basis dan nilai resistor beban. Dominasi ini berkaitan dengan Efek Miller yang mengalikan nilai time constant RC dengan penguatan arus phototransistor. Aturan tersebut berlaku untuk alat yang mempunyai area aktif yang sama, semakin tinggi penguatan oleh phototransistor, makin rendah kecepatan responnya.

Sebuah phototransistor memerlukan sejumlah waktu tertentu untuk bereaksi terhadap perubahan intensitas cahaya yang tiba-tiba. Waktu respon ini biasanya dinyatakan dengan nilai rise time (tR) dan fall time (tF) (tR adalah waktu yang dibutuhkan output untuk naik dari 10% menjadi 90% pada nilai on-state-nya, dan tF adalah waktu yang dibutuhkan output untuk turun dari 90% menjadi 10% pada nilai onstate- nya).

http://www.kajianpustaka.com/2012/10/phototransistor.html#ixzz2Ra3EQSsW
Follow us: @kajianpustaka on Twitter | KajianPustaka on Facebook

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