[Lengkap] Pengertian Photodioda Fungsi dan Cara Kerjanya

  

PhotoDioda

Photodioda merupakan sejenis dioda yang memiliki resistansi berubah-ubah jika terkena cahaya yang tidak koonsisten pada permukaan dioda. Ketika pad kondisi gelap nilai hambatannya sangat besar sampai tidak ada arus yang dapat mengalir. Semakin banyak cahaya yang mengenai permukaan dioda maka akan semakin kecil nilai hambatannya, maka arus yang mengalir akan semakin besar.

Photodioda dibuat dengan bahan semikonduktor. Pada umumnya bahan yang dipakai adalah silicon (Si) atau gallium arsenide (GaAs), dan masih anyak lainnya termasuk indium antimonide (InSb), indium arsenide (InAs), lead selenide (PbSe), dan timah sulfide (PBS). Bahan-bahan yang disebutkan diatas merupakan bahan yang dapat menyerap cahaya dengan melalui karakteristik jangkauan dari panjang gelombang, misalnya: 250 nm ke 1100 untuk nm silicon, dan 800 nm ke 2,0 μm untuk GaAs.

PhotoDioda adalah sejenis dioda yang memiliki fungsi mendeteksi cahaya. Photodioda berbeda dengan diode pada umumnya, salah satu komponen elektronika ini bekerja dengan cara mengubah cahaya menjadi arus listrik. Beebrapa cahaya yang dapat dideteksi oleh photodioda ini seperti cahaya infra merah, ultraviolet sampai dengan sinar-X. Photodioda dapat digunakan pada project seperti penghitung jumlah pengunjung toko secara otomatis dan masih banyak lagi.

Terdapat komponen elektronika yang sama seperti photodioda yaitu Phototransistor. Phototransistor ini merupakan jenis transistor bipolar yang menggunakan junction base-collector sebagai penerima cahaya.Komponen ini memiliki sensitivitas lebih baik jika dibandingkan dengan photodioda.Hal ini dikarenakan elektron yang ditimbulkan phototransistor pada junction ini di inputkan pada bagian kaki Base dan diperkuat pada bagian kaki Kolektor. Namun pada waktu respons dari phototransistor secara umum akan menjadi lambat dari pada photodioda.

Digunakannya photodioda sebagai komponen pendeteksi cahaya ataupun dapat digunakan untuk menciptakan alat ukur yang akurat untuk dapat mendeteksi intensitas cahaya dibawah 1pW/cm2 sampai diatas 10mW/cm2. Photodioda memiliki resistansi dengan nilai rendah ketika kondisi forward bias, photodioda ini juga dapat dimanfaatkan ketika kondisi reverse bias yang mana resistansi pada photodioda akan menjadi turun seiring dengan intensitas cahaya yang masuk.

Photodioda memiliki sensitivitas yang cukup baik jika dibandingkan light dioda. Karena ini disebabkan oleh electron yang ditimbulkan Phototransistor pada  junction ini diinputkan pada bagian kaki Base dan diperkuat pada bagian kaki kolektornya. Namun dengan begitu waktu respons secara umum pada phototransistor akan menjadi lebih lambat dari pada lightdioda.

Ketika photodioda tidak terkena oleh cahaya, maka arus tidak ada yang mengalir ke rangkaian, namun ketika photo dioda terkena oleh cahaya maka photodioda akan memiliki sifat menjadi tegangan, sehingga Vcc serta photodioda tersusun seri, dan hasilnya akan ada arus yang mengalir ke rangkaian.

Bahan Dari Photodioda

Bahan pembuatan photodioda merupakan bahan semikonduktor seperti seperti silicon (Si), atau Galium Arsenida, bahan lainnya juga seperti Insb, InAs, PbSe. Bahan ini memiliki sifat material yang dapat menyerap cahaya dengan panjang gelombang 2500 Å – 11000 Å untuk silicon, 8000 Å – 20,000 Å untuk GaAs.

Prinsip Kerja Photodioda

Prinsip kerja photodioda :

• Photodioda dapat menyerap cahaya
• pada photodioda terjadinya proses pergeseran photon
• Menimbulkan sepasang electron-hole di kedua sisi
• Electron menuju ke arah [+] sumber  & hole menuju ke arah  [-] sumber
• terjadinya aliran arus yang kemudian akan mengalir di rangkaian

Ketika cahaya mengenai photodioda, photodioda akan menjadi sumber tegangan dan nilai resistansinya jadi kecil.

Ketika photodioda tidak terkena cahaya, maka akan memiliki nilai resistansi yang besar atau dapat disebut juga tak hingga.

Keterangan : besar tegangan serta arus listrik yang dapat dihasilkan dari photodiode tergantung dari besar kecilnya radiasi yang ditimbulkan dari infrared

Photodioda dapat dipakai sebagai penangkap dari gelombang cahaya yang ditimbulkan oleh Infrared.

Sensor Warna Menggunakan Photodioda

Sebuah warna disusun dari beberapa warna dasar. Khusunya pada cahaya, warna dasar penyusunnya yaitu warna Merah, Hijau dan Biru, yang biasa dikenal dengan sebutan RGB (Red-Green-Blue).Gambar dibawah ini menunjukkan sejumlah contoh warna dan komposisi RGB-nya dengan skala 8 bit.

Perancangan dan Pembuatan Sensor

Rangkaian pada sensor warna terdiri dari 2 bagian, yaitu  terdiri dari bagian pemancar cahaya dan penerima cahaya. Pada rangkaian pemancar terdiri atas resistor sebagai penghambat arus dan LED sebagai komponen yang memancarkan cahaya. Sedangkan pada rangkaian penerima terdiri atas resistor yang berfungsi sebagai pull-up tegangan kemudian photodioda sebagai komponen yang berfungsi sebagai penerima pantulan cahaya LED dari obyek. Kemudian pada rangkaian komparator berfungsi sebagai pembanding tegangan input dari sensor dengan tegangan yang dihasilkan sebelumnya untuk menghasilkan logika ‘0’ dan ‘1’ yang kemudian digunakan untuk membedakan warna merah dan warna hijau.

Pada sensor warna LED akan memancarkan cahaya ke obyek kemudian photodioda akan menerima pantulan cahaya yang ditimbulkan dari obyek tersebut. Nilai resistansi pada photodioda dipengaruhi oleh intensitas cahaya yang diterimanya. Obyek dengan warna merah dan warna hijau memantulkan cahaya dengan intensitas cahaya yang tidak akan sama. Intensitas cahaya yang dapat dipantulkan oleh wrna merah lebih tinggi dibandingkan dengan warna hijau, sehingga menghasilkan nilai resistansi yang berbeda. Jika cahaya yang diterima oleh photodioda semakin besar, maka menghasilkan nilai resistansinya akan semakin kecil serta pada nilai tegangan outputnya juga akan semakin kecil. Perbedaan dari nilai tegangan oleh output photodioda ketika menerima cahaya pantulan dari warna merah ataupun dari warna hijau akan dideteksi dengan rangkaian komparator. Tegangan yang dihasilkan dapat diatur atau dikalibrasi dengan cara memutar variabel resistor.sehingga dapat membedakan warna merah ataupun warna hijau. Untuk dapat menghasilkan keakuratan warna yang baik maka pemasangan sensor warna disarankan supaya tertutup dan dipasang tegak lurus terhadap obyek.

Saat melakukan uji coba untuk mendeteksi pada warna merah gunakan sensor photodioda kemudian sinari photodioda dengan LED superbright warna merah. ketika photodioda menerima pantulan cahaya dari LED warna merah, akan menghasilkan nilai tegangan output pada photodioda akan menjadi lebih kecil dari teganga pembanding, sehingga dihasilkan output dari komparator dengan nilai “0”. Sedangkan ketika photodioda mendapatkan pantulan cahaya LED dari warna hijau, akan mendapat nilai tegangan output yang lebih besar dari tegangan pembanding, sehingga menjadikan nilai output komparator menjadi nilai “1”. Sebaliknya, jika untuk mendeteksi warna hijau maka digunakan sensor photodioda yang diberikan sinar dengan LED superbright warna hijau. Pada saat photodioda mendapatkan pantulan cahaya dari LED warna hijau, maka nilai tegangan pada output di photodioda akan menjadi lebih kecil dari tegangan pembanding, sehingga menjadikan output dari komparator bernilai “0”. Sedangkan jika saat photodioda mendapatkan pantulan cahaya dari LED warna merah, maka nilai tegangan pada outputnya akan menjadi lebih besar dari tegangan pembandingnya, sehingga menghasilkan output pada komparator bernilai “1”.

Karakteristik Photodioda Dan Aplikasinya Untuk Mengukur Intensitas Cahaya

photodioda sangat berbeda dengan dioda biasanya. photodioda dapat berfungsi untuk sensor yang digunakan untuk mengukur intensitas cahaya, yang mana semakin besar intensitas cahaya yang diterimanya maka arus yang dihasilkan photodioda akan semakin besar. Hubungan antara arus yang dihasilkan oleh photodioda berubah dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak sumber cahaya dengan arus lampu yang tetap.

Karakteristik Photodioda

• mempunyai respon lebih cepat yaitu 100x lebih cepat dibandingkan phototransistor
• photodioda dilindungi oleh lapisan plastik yang memiliki fungsi sebagai lensa. Dan lensa tersebut biasa dikenal dengan ‘lensa fresnel’ dan ‘optical filter’
• Diode bisa dalam kondisi open circuit jika difungsikan seperi saklar
• Photodiode juga dapat sebagai close circuit jika difungsikan seperti saklar