Photodiode dan Phototransistor

[menuju akhir]


PHOTODIODE DAN PHOTOTRANSISTOR

1. Tujuan [back]
Mengetahui pengaruh cahaya terhadap sensor photodiode.

2. Materi [back]

Photodiode

Photodiode merupakan perangkat semiconductor, dengan PN-juction, yang mampu mengalirkan arus pada saat ada cahaya. Arus tersebut dialirkan ketika photon diserap oleh photodiode, meski begitu sejumlah kecil arus tetap dapat dialirkan pada saat tanpa cahaya. Saat ada cahaya yang mengenai photodiode, akan mengakibatkan adanya electron-hole. Photodiode bekerja pada reverse bias, dimana terdapat peningkatan kebocoran arus sebanding dengan intensitas cahaya yang mengenai bagian junction. Bila dibandingkan dengan dua jenis sensor cahaya lainnya, photodiode memiliki waktu tanggap yang lebih cepat. Photodiode dapat digunakan pada aplikasi pencacah barang juga pada luxmeter, untuk mengukur intensitas cahaya. Dalam aplikasinya photodiode membutuhkan penguat amplifier.

Bahan-bahan Semikonduktor untuk Photodiode (Dioda Foto)

  • Silikon (Si) : Arus Gelap rendah, berkecepatan tinggi, kepekaan (sensitivitas) baik di jarak sekitar 400nm hingga 1000nm (terbaik di jarak 800nm – 900nm)
  • Germanium (Ge) : Arus Gelap lebih tinggi, berkecepatan rendah, kepekaan (sensitivitas) baik di jarak sekitar 900nm – 1600nm (terbaik di jarak 1400nm – 1500nm)
  • Indium gallium arsenide phosphide (InGaAsP) : Mahal, arus gelap rendah, berkecepatan tinggi, kepekaan (sensitivitas) baik di jarak sekitar 1000nm – 1350nm (terbaik di jarak 1100nm – 1300nm)
  • Indium gallium arsenide (InGaAs) : Mahal, arus gelap rendah, berkecepatan tinggi, kepekaan (sensitivitas) baik di jarak sekitar 900nm – 1700nm (terbaik di jarak 1300nm – 1600nm)

Bentuk dan Simbol Photodiode (Dioda Foto)

Prinsip Kerja Photodiode (Dioda Foto)

Photodiode terdiri dari satu lapisan tipis semikonduktor tipe-N yang memiliki kebanyakan elektron dan satu lapisan tebal semikonduktor tipe-P yang memiliki kebanyakan hole. Lapisan semikonduktor tipe-N adalah Katoda sedangkan lapisan semikonduktor tipe-P adalah Anoda.
Saat Photodiode terkena cahaya, Foton yang merupakan partikel terkecil cahaya akan  menembus lapisan semikonduktor tipe-N dan memasuki lapisan semikonduktor tipe-P. Foton-foton tersebut kemudian akan bertabrakan dengan elektron-elektron yang terikat sehingga elektron tersebut terpisah dari intinya dan menyebabkan terjadinya hole. Elektron terpisah akibat tabrakan dan berada dekat persimpangan PN (PN junction) akan menyeberangi persimpangan tersebut ke wilayah semikonduktor tipe-N. Hasilnya, Elektron akan bertambah di sisi semikonduktor N sedangkan sisi semikonduktor P akan kelebihan Hole. Pemisahan muatan positif dan negatif ini menyebabkan perbedaan potensial pada persimpangan PN. Ketika kita hubungkan sebuah beban ataupun kabel ke Katoda (sisi semikonduktor N) dan Anoda (sisi semikonduktor P), Elektron akan mengalir melalui beban atau kabel tersebut dari Katoda ke Anoda atau biasanya kita sebut sebagai aliran arus listrik.

Model Pengoperasian Photodiode (Dioda Foto)

Terdapat dua model pengoperasian pada Photodiode, yaitu dengan model Photovoltaic dan model Photoconductive.
  • Model Photovoltaic

 Seperti Sel Surya (Solar Sel), Photodiode juga dapat menghasilkan tegangan yang dapat diukur. Namun tegangan dan arus listrik yang dihasilkannya sangat kecil dan tidak cukup untuk menyala sebuah lampu maupun perangkat elektronika.

  • Model Photoconductive
Karena tidak dapat menghasilkan arus listrik yang cukup untuk kebutuhan rangkaian elektronika, maka biasanya Photodiode digabungkan dengan sumber tegangan yang dipasangkan secara bias terbalik (reversed biased voltage). Model Photoconductive ini menggunakan Sumber tegangan lain sebagai penggerak beban atau rangkaian Elektronika, sedangkan Photodiode sendiri berfungsi sebagai Saklar (Switch) yang mengalirkan arus listrik ketika dikenakan cahaya.

Karakteristik photodioda


  1. Arus linier bergantung pad intensitas cahaya
  2. Respons frekuensi bergantung pada bahan (Si 900 nm, gas 1500 nm, Ge 2000 nm)
  3. Digunakan sebagai sumber arus

Phototransistor

Phototransistor adalah transistor yang dapat mengubah energi cahaya menjadi listrik dan memiliki penguat (gain) Internal. Penguat Internal yang terintegrasi ini menjadikan sensitivitas atau kepekaan phototransistor terhadap cahaya jauh lebih baik dari komponen pendeteksi cahaya lainnya seperti photodiode ataupun photoresistor. Phototransistor dirancang khusus untuk aplikasi pendeteksian cahaya sehingga memiliki wilayah basis dan kolektor yang lebih besar dibanding dengan transistor normal umumnya. Bahan dasar phototransistor pada awalnya terbuat dari bahan semikonduktor seperti Silikon dan Germanium yang membentuk struktur Homo-junction. Phototransistor pada umumnya dikemas dalam bentuk transparan pada area dimana phototransistor tersebut menerima cahaya.

Kelebihan dan Kelemahan Phototransistor

Meskipun Phototransistor memiliki berbagai kelebihan, namun bukan juga tanpa kelemahan. Berikut ini adalah beberapa Kelebihan dan kelemahan Phototransistor :

Kelebihan phototransistor
  • Phototransistor menghasilkan arus yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan photodiode.
  • Phototransistor relatif lebih murah, lebih sederhana dan lebih kecil sehingga mudah untuk diintegrasikan ke berbagai rangkaian elektronika.
  • Phototransistor memiliki respon yang cepat dan mampu menghasilkan output yang hampir mendekati instan.
  • Phototransistor dapat menghasilkan tegangan, sedangkan photoresistor tidak bisa.

Kelemahan phototransistor
  • Phototransistor yang terbuat dari Silikon tidak dapat menangani tegangan yang melebihi 1000Volt
  • Phototransistor sangat rentan terhadap lonjakan listrik yang mendadak (electric surge).
  • Phototransistor tidak memungkin elektron bergerak sebebas perangkat lainnya (contoh: Tabung elektron).

Karakteristik Phototransistor
  1. Dalam rangkaian jika menerima cahaya akan berfungsi sebagai resistan
  2. Dapat menerima penerimaan cahaya yang redup
  3. Respon waktu cukup cepat
  4. Apabila tidak menerima cahaya maka tidak akan menghantarkan arus
  5. Output phototransistor bergantung pada cahaya yang masuk

3. Komponen Rangkaian[back]
  • Led
  • Resistor
  • Photodiode
  • Transistor

4. Rangkaian [back]



5. Prinsip Kerja [back]

  • Pada saat malam hari (saat photo diode tidak terkena cahaya), photodiode akan memiliki tahanan yang sangat besar sehingga transistor q1 akan switches off dan transistor q2 akan switches on, sehingga arus listrik tidak akan melewati transistor q1. Transistor q1 mengalami switches off karna pada terminal basis bernilai nol dan tidak arus emitor sehingga saklar dapat dikatakan off. Dan arus mengalir kearah led dan masuk menuju terminal kolektor, arus juga mengalir masuk dari terminal basis sehingga transistor q2 akan dalam keadaan switches on dan arus kembali lagi arah sumber arus.
  • Pada saat siang hari ( saat photodiode terkena cahaya), photodiode akan memiliki tahanan yang sangat kecil . Kondisi ini akan menyebabkan arus listrik akan mengalir kearah terminal basis transistor q2, arus listrik akan masuk mengalir ke arah terminal emitter dan transistor q1 akan mengalami switches on. Sehingga tidak ada arus yang mengalir ke arah basis terminal basis sehingga transistor q2 mengalami switches off menyebabkan tidak ada arus yang akan mengalir ke arah LED.

6. Video [back]

7. Link Download [back]
Link video [Disini]
Link rangkaian [Disini]
Link HTML [Disini]
Link datasheet [Disini]

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Langganan: Komentar (Atom)