Rangkaian 3 Sensor Photodioda

RANGKAIAN 3 SENSOR  PHOTODIODA

[KEMBALI KE HALAMAN AWAL]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat Dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Rangkaian

5. Video

6. Link Download

Percobaan

A.Rangkaian Sederhana
B.Rangkaian Sedang
C.Rangkaian Rumit

  1. Tujuan  [kembali]

•  Memahami karakteristik sensor cahaya (Photodioda)
•  Membuat rangkaian dari sensor cahaya (Photodioda)
•  Menjalankan dan menganalisa dari sensor cahaya (Photodioda)

  2. Alat dan Bahan  [kembali]

   1.  Power 12 V

    2.  Photodioda

    3.  DC Voltmeter

    4.  LED

    5. Transistor

    6.  Button

    7.  OP AMP

    8.  Ground
    9.  Motor DC

  3. Dasar Teori  [kembali]

      Photodiode atau dalam bahasa Indonesia disebut dengan Dioda Foto adalah komponen Elektronika yang dapat mengubah cahaya menjadi arus listrik. Dioda Foto merupakan komponen aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan tergolong dalam keluarga Dioda. Seperti Dioda pada umumnya, Photodiode atau Dioda Foto ini memiliki dua kaki terminal yaitu kaki terminal Katoda dan kaki terminal Anoda, namun Dioda Foto memiliki Lensa dan Filter Optik yang terpasang dipermukaannya sebagai pendeteksi cahaya. Cahaya yang dapat dideteksi oleh Dioda Foto diantaranya seperti Cahaya Matahari, Cahaya Tampak, Sinar Inframerah, Sinar Ultra-violet hingga sinar X. Oleh karena itu, Photodiode atau Dioda Foto yang dapat mendeteksi berbagai Cahaya ini telah banyak diaplikasikan ke berbagai perangkat Elektronika dan listrik seperti Penghitung Kendaraan, Sensor Cahaya Kamera, Alat-alat medis, Scanner Barcode dan peralatan keamanan.

   4. Rangkaian   [kembali]

5. Prinsip Kerja Rangkaian [kembali]

            Sensor yang digunakan terdiri dari photo dioda. Sensor ini nilai resistansinya akan berkurang bila terkena cahaya dan bekerja pada kondisi riverse bias. Untuk sensor cahayanya digunakan LED Superbright, komponen ini mempunyai cahaya yang sangat terang, sehingga cukup untuk mensuplai cahaya  ke photo dioda.

     Jika photo dioda tidak terkena cahaya, maka nilai resistansinya akan besar atau dapat diasumsikan menjadi tak hingga. Sehingga arus yang mengalir pada komparator sangat kecil atau dapat diasumsikan berlogika 0.Jika photo dioda terkena cahaya, maka photo dioda akan bersifat sebagai sumber tegangan dan nilai resistansinya akan menjadi kecil, sehingga akan ada arus yang mengalir ke komparator atau berlogika 1.

     Komparator dalam rangkaian Line Folower adalah rangkaian pembanding antara input yang masuk dari rangkaian sensor dengan input dari rangkaian pembagi tegangan yang menggunakan Variable Resistor. Prinsip Kerja Komparator dapat dibaca pada artikel Komparator
     Pengendali motor ini digunakan untuk mengaktifkan motor DC yang digunakan. Sehingga output yang berasal dari komparator kemudian akan mengaktifkan rangkaian driver motor. Driver motor ini dapat membuat motor berputar ke arah kanan dan ke arah kiri atau ke arah depan dan ke arah belakang sesuai input yang betasal dari komparator. 

                            

 6. Vidio Rangkaian  [kembali]

7. Link Download  [kembali]

1. Download Materi Sensor Photodioda  : Disini

2. Download Video Simulasi Sensor Photodioda : Disini

3. Download Rangkaian Sensor Photodioda : Disini

Vidio Tutorial Rangkaian(Sensor)

VIDIO TUTORIAL RANGKAIAN SIMULASI

1.RANGKAIAN 1

Download Vidionya disini   >>>  download

2. RANGKAIAN 2

Photo Transistor

PHOTOTRANSISTORS

Phototransistors adalah perangkat photojunction mirip dengan transistor kecuali bahwa sinyal yang diperkuat adalah pasangan muatan yang dihasilkan oleh input optik. Seperti halnya transistor, phototransistors dapat memiliki gain tinggi.

Fototransistor dapat dibuat pada silikon menggunakan junction p-dan n-type atau dapat menjadi heterostructures. Gambar 56.8 menunjukkan sketsa struktur phototransistor bipolar sederhana, yang pada dasarnya sama dengan transistor bipolar sederhana. Perbedaan utama adalah persimpangan basis-kolektor yang lebih besar, yang merupakan daerah peka cahaya. Hal ini menghasilkan kapasitansi junction yang lebih besar dan, meskipun perangkat memiliki gain, kapasitansi memberikan respon frekuensi phototransistors lebih rendah daripada dioda.

GAMBAR 1. Representasi skematik dari phototransistor bipolar sederhana.

Perhatikan bahwa phototransistor memiliki titik p-n yang besar

wilayah yang merupakan bagian fotosensitif dari perangkat

Menggunakan teknologi transistor film tipis (TFT) yang dikembangkan untuk display panel datar, array besar phototransistors dapat dibuat pada silikon amorphous untuk membentuk perangkat pencitraan yang dapat digunakan di tempat teknologi pencitraan lain seperti tabung vidicon atau bahkan film. Contohnya adalah detektor luas (ratusan sentimeter persegi) yang diselidiki untuk digunakan dalam radiografi medis dengan menggabungkan susunan TFT dengan layar fosfor radiografi [4] atau digabungkan ke film semikonduktor [5].

Struktur Phototransistor

Photo Transistor dirancang khusus untuk aplikasi pendeteksian cahaya sehingga memiliki Wilayah Basis dan Kolektor yang lebih besar dibanding dengan Transistor normal umumnya. Bahan Dasar Photo Transistor pada awalnya terbuat dari bahan semikonduktor seperti Silikon dan Germanium yang membentuk struktur Homo-junction.

Namun seiring dengan perkembangannya, Photo Transistor saat ini lebih banyak menggunakan bahan semikonduktor seperti Galium Arsenide yang tergolong dalam kelompok Semikonduktor III-V sehingga membentuk struktur Hetero-junction yang memberikan efisiensi konversi lebih tinggi. Yang dimaksud dengan Hetero-junction atau Heterostructure adalah Struktur yang menggunakan bahan yang berbeda pada kedua sisi persimpangan PN.

Photo Transistor pada umumnya dikemas dalam bentuk transparan pada area dimana Photo Transistor tersebut menerima cahaya.

Bentuk dan Simbol Phototransistor

Photo Transistor pada umumnya dikemas dalam bentuk transparan pada area dimana Photo Transistor tersebut menerima cahaya.   Berikut ini adalah bentuk dan simbol Photo Transistor (Transistor Foto).

Prinsip Kerja Photo Transistor

Cara kerja Photo Transistor atau Transistor Foto hampir sama dengan Transistor normal pada umumnya, dimana arus pada Basis Transistor dikalikan untuk memberikan arus pada Kolektor. Namun khusus untuk Photo Transistor, arus Basis dikendalikan oleh jumlah cahaya atau inframerah yang diterimanya. Oleh karena itu, pada umumnya secara fisik Photo Transistor hanya memiliki dua kaki yaitu Kolektor dan Emitor sedangkan terminal Basisnya berbentuk lensa yang berfungsi sebagai sensor pendeteksi cahaya.

Pada prinsipnya, apabila Terminal Basis pada Photo Transistor menerima intensitas cahaya yang tinggi, maka arus yang mengalir dari Kolektor ke Emitor akan semakin besar. untuk lebih jelaskan, lihat di pembuaatan simulasi rangkaian sederhana dibawah.

Kelebihan dan Kelemahan Phototransistor

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

Kelebihan Photo Transistor

• Photo Transistor menghasilkan arus yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan Photo Diode.
• Photo Transistor relatif lebih murah, lebih sederhana dan lebih kecil sehingga mudah untuk diintegrasikan ke berbagai rangkaian elektronika.
• Photo Transistor memiliki respon yang cepat dan mampu menghasilkan Output yang hampir mendekati instan.
• Photo Transistor dapat menghasilkan Tegangan, sedangkan Photoresistor tidak bisa.

Kelemahan Photo Transistor

• 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).

Simulasi Rangkaian Sederhana Phototransistor (PROTEUS)

Pada pembuatan rangkaian sederhana ini, saya mengguanakan Aplikasi Proteus Design Suite 8.6.. Sebelum kita menuju ke simulasi, saya akan menjelaskan bagaimana kerja Phototransistor.

1. Rangkaian Dasar Dengan Logika HIGH Pada Saat Mendeteksi Cahaya

         

          Dengan konfigurasi pada gambar pertama diatas photo transistor sudah dapat memberikan logika HIGH pada saat menerima pancaran cahaya. Pada saat menerima cahaya maka nilai konduktifitas kaki kolektor – emitor akan naik sehingga Vout mendapat sumber tegangan dari Vcc melalui kaki emitor photo transistor sehingga Vout berlogika HIGH dan sebaliknya pada saat tidak menerima cahaya maka photo transistor OFF dan Vout dihubungkan ke ground melalui RL sehingga berlogika LOW.

Kemudian untuk konfigurasi kedua dari gambar 1 diatas. Pada saat photo transistor menerima cahaya maka photo transistor konduk sehingga TR1 tidak mendapat bias basis sehingga TR1 OFF dan Vout berlogika HIGH. Kemudian pada saat photo transistor tidak menerima cahaya makan photo transistor OFF dan basis transistor TR1 mendapat bias maju sehingga TR1 ON dan Vout dihubungkan ke ground melalui TR1 sehingga Vout berlogika LOW.

2. Rangkaian Dasar Dengan Logika LOW Pada Saat Mendeteksi Cahaya

         

          Dari gambar rangkaian pertama diatas pada saat photo transistor menerima cahaya maka photo transistor ON sehingga Vout dihubungkan ke ground melalui photo transistor sehingga Vout berlogika LOW dan sebaliknya pada saat tidak menerima cahaya maka photo transistor OFF dan Vout dihubungkan ke Vcc melalui RL sehingga berlogika HIGH. Kemudian untuk konfigurasi kedua dari gambar 2 diatas pada saat photo transistor menerima cahaya maka photo transistor konduk sehingga TR1 mendapat bias basis sehingga TR1 ON dan Vout dihubungkan ke ground oleh TR1 sehingga Vout berlogika LOW.

Kemudian pada saat photo transistor tidak menerima cahaya makan photo transistor OFF dan basis transistor TR1 tidak mendapat bias maju sehingga TR1 OFF dan Vout dihubungkan ke Vcc melalui RL sehingga Vout berlogika HIGH. Jika ada waktu dan komponen bisa dicoba Light Switch With Photo Transistor. Light switch dapat dibuat dari beberpa macam sensor cahaya. Rangkaian light switch berikut dibuat menggunakan sensor cahaya berupa photo transistor.

Setelah penjelasan diatas, maka inilah bentuk simulasi yang telah kami buat.

Ketika Transistor mengalami ON (mendapatkan cahaya)

Ketika Phototransistor mengalami OFF (tidak mendapatkan cahaya).

Halaman Depan

   SENSOR C

OLEH:

Deminggus Kurnia Putra

1710951038

Dosen Pengampu:

Dawirson,M.T

Referensi:

a. J.G Webster (Ed), Measurement, Instrumentation, and Sensor Handbook CRCnetBase 1999, CRC Press LLC, 1999.

Photo Dioda

A. Pengertian Photodiode (Dioda Foto)

Photodiode atau dalam bahasa Indonesia disebut dengan Dioda Foto adalah komponen Elektronika yang dapat mengubah cahaya menjadi arus listrik. Dioda Foto merupakan komponen aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan tergolong dalam keluarga Dioda. Seperti Dioda pada umumnya, Photodiode atau Dioda Foto ini memiliki dua kaki terminal yaitu kaki terminal Katoda dan kaki terminal Anoda, namun Dioda Foto memiliki Lensa dan Filter Optik yang terpasang dipermukaannya sebagai pendeteksi cahaya. 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.

Cahaya yang dapat dideteksi oleh Dioda Foto diantaranya seperti Cahaya Matahari, Cahaya Tampak, Sinar Inframerah, Sinar Ultra-violet hingga sinar X. Oleh karena itu, Photodiode atau Dioda Foto yang dapat mendeteksi berbagai Cahaya ini telah banyak diaplikasikan ke berbagai perangkat Elektronika dan listrik seperti Penghitung Kendaraan, Sensor Cahaya Kamera, Alat-alat medis, Scanner Barcode dan peralatan keamanan.

B. Bahan-bahan Semikonduktor untuk Photodiode (Dioda Foto)

     

Bahan Semikonduktor yang biasanya digunakan sebagai bahan dasar Photodiode adalah Silikon (Si), Germanium (Ge), Indium gallium arsenide phosphide (InGaAsP), Indium gallium arsenide (InGaAs).

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

C. Bentuk dan Simbol Photodiode (Dioda Foto)

D. 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.

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

E. Model Pengoperasian Photodiode (Dioda Foto)

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

1. 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.

2. 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.

Dioda Varactor(Elektronika)

                                                                   DIODA VARACTOR

A. Pengertian Dioda Varactor

     Dioda varactor adalah dioda yang memiliki nilai kapasitansi seperti kapasitor. Nilai kapasitansi dioda varactor dapat diubah dengan mengatur tegangan bias pada dioda varactor. Aturan pemberian tegangan bias pada dioda varactor dengan cara terbalik (reverse), artinya tegangan bias dimasukkan ke kaki katoda.

Nilai kapasitansi dioda varactor akan naik jika tegangan bias turun dan akan turun jika tegangan bias naik. Nilai kapasitansi dioda  varactor  akan  menjadi  nol  pada  batas  maksimal  tegangan  kerjanya.

Dioda varactor juga disebut dengan Varicap (Variable Capacitor). Dioda varactor pertama kali dibuat pada bulan Juni 1961 oleh Pacific Semiconductor yang merupakan bagian dari Ramo Wooldridge Corporation yang menerima paten untuk dioda varactor. Nama Varicap merupakan merk dagang dari TRW Semiconductors, penerus dari Pacific Semiconductors pada October 1967.

B.Prinsip Kerja Dioda Varactor

Dioda Varactor pada umumnya terbuat dari bahan Semikonduktor Silikon dengan Sambungan PN yang dirancang khusus untuk memiliki sifat kapasitansi pada rangkaian bias balik (reverse bias) seperti Dioda Zener.

Dalam penggunaannya, Terminal Katoda Dioda Varactor akan dihubungkan ke tegangan positif (+) sedangkan terminal Anoda-nya dihubungkan ke tegangan negatif (-). Jika terjadi perubahan beda potensial diantara terminal Katoda dan Anoda yang melebihi breakdown atau tegangan tembus Dioda Varactor,  maka daerah deplesi pada sambungan semikonduktor tipe P dan tipe N dalam Dioda Varaktor tersebut akan terjadi perubahan lebar. Semakin tinggi tegangan terbalik (Reverse Bias) yang diberikan pada Dioda Varaktor, semakin lebar pula daerah deplesi  pada sambungan semikonduktor tersebut yang mengakibatkan semakin rendahnya nilai kapasitansi. Sebaliknya, jika Dioda Varaktor menerima tegangan terbalik atau reverse bias yang rendah, maka deplesi akan menyempit sehingga nilai kapasitansi menjadi lebih tinggi.

C.Simbol dan Bentuk Fisik Dioda Varactor

Simbol dioda varactor digambarkan dengan dioda yang dirangkai seri dengan kapasitor pada sisi katodanya. Penggambaran yang benar pada simbol dioda varactor adalah antara kaki anoda dan katoda tidak tersambung secara langsung melainkan putus oleh dua plat kapasitor.

Berikut ini gambar simbol dioda varactor:

Dioda varactor memiliki bentuk fisik bermacam-macam. Ada yang berbentuk kotak seperti transistor dengan dua kaki, ada juga yang berbentuk seperti dioda biasa dan ada pula dioda varactor dalam bentuk komponen SMD. Pada aplikasi tuner FM dan AM ada bentuk dioda varactor yang dibuat sepasang, yaitu dua dioda varactor dalam satu kemasan. Ini menjaga linearitas kapasitansi antara kedua dioda varactor tersebut.

Dan berikut ini beberapa contoh bentuk fisik dioda varactor:

D.Aplikasi Dioda Varactor

Dioda varactor banyak dipakai pada perangkat elektronika yang menggunakan sistem komunikasi frekuensi tinggi seperti radio dan televisi. Dioda varactor digunakan pada rangkaian tuner, yaitu rangkaian penguat RF dan osilator. Dengan penggunaan dioda varactor maka frekuensi kerja dari penguat RF dan osilator dapat dikontrol dengan tegangan. Sistem ini disebut VCO (Voltage Controlled Oscilator). Sistem inilah yang membuat kita bisa mengubah channel pada pesawat televisi dengan hanya menekan tombol pada REMOTE CONTROL.

Sebuah dioda varactor menggunakan PN-Junction dengan bias terbalik (reverse) dan memiliki struktur yang menjadi kapasitansi dari dioda dengan nilai yang bervariasi tergantung dari tegangan balik yang diberikan. Sebuah kapasitansi yang di kendalikan tegangan berguna untuk aplikasi tuning secara elektronik. Kapasitansi dikendalikan oleh metode doping dalam penipisan lapisan. Nilai kapasitansi dioda varactor yang umum adalah berkisar pada orde pF (picofarad).

Berikut ini contoh rangkaian osilator menggunakan dioda varactor :

Vidio Tutorial Rangkian(Elektronika)

TUTORIAL MENGGUNAKAN MULTISIM DAN PROTEUS




1.Multisim

                Silahkan mengunduh vidio di atas >>> Download
2.Proteus

              
               Silahkan mengunduh vidio di atas >>> Download

Download Materi Elekronika

DOWNLOAD MATERI

--

Untuk dapat mengunduh file rangkaian dan materi yang terdapat dalam presentasi :

MultiSim             >>>  Download

Proteus                 >>>   Download

Materi HTML      >>>  Download