20.6 Photodiodes




1.      Tujuan [KEMBALI]
a.       Memahami Materi Photodiodes 
b.      Dapat membuat rangkaian Photodioda

2.      Komponen [KEMBALI]
a.       Resistor
Resistor berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian elektronika.

b.      Transistor
Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal.


c.       Ground
Ground berfungsi sebagai penghantar arus listrik langsung ke bumi atau tanah.
d.      Photodioda
Dioda foto adalah jenis dioda yang berfungsi mendeteksi cahaya. Berbeda dengan diode biasa, komponen elektronika ini akan mengubah cahaya menjadi arus listrik. Cahaya yang dapat dideteksi oleh diode foto ini mulai dari cahaya infra merah, cahaya tampak, ultra ungu sampai dengan sinar-X.
3. Dasar Teori [KEMBALI]

          Ketertarikan pada perangkat yang peka terhadap cahaya telah meningkat pada tingkat yang hampir eksponensial tingkat dalam beberapa tahun terakhir. Bidang yang dihasilkan dari optoelektronik akan menerima yang besar. Kesepakatan penelitian sebagai upaya dilakukan untuk meningkatkan tingkat efisiensi. Melalui media periklanan, orang awam menjadi sangat sadar bahwa sumber cahaya menawarkan sumber energi yang unik. Energi ini, ditransmisikan sebagai paket terpisah yang disebut foton, memiliki tingkat yang berkaitan langsung dengan frekuensi gelombang cahaya yang bepergian sebagaimana ditentukan
dengan persamaan berikut:

Di mana miu disebut konstanta Planck dan sama dengan 6,624 x 10 ^-34 joule-detik. Itu dengan jelas menyatakan bahwa karena miu adalah konstanta, energi yang terkait dengan cahaya kejadian. Gelombang secara langsung berkaitan dengan frekuensi gelombang perjalanan. Frekuensi, pada gilirannya, berhubungan langsung dengan panjang gelombang (jarak antara puncak beruntun) dari gelombang bepergian dengan persamaan berikut:

Panjang gelombang itu penting karena akan menentukan bahan yang akan digunakan perangkat optoelektronik. Respons spektral relatif untuk Ge, Si, dan selenium disediakan pada Gambar. 20.20. Spektrum cahaya tampak juga telah dimasukkan dengan indikasi panjang gelombang yang terkait dengan berbagai warna.
Jumlah elektron bebas yang dihasilkan dalam setiap bahan sebanding dengan intensitas cahaya yang terjadi. Intensitas cahaya adalah ukuran jumlah cahaya fluks jatuh di area permukaan tertentu. Fluks bercahaya biasanya diukur dalam lumens (lm) atau watt. Kedua unit tersebut terkait oleh:


Fotodioda adalah perangkat persimpangan p-n semikonduktor yang wilayah operasinya terbatas pada wilayah bias balik. Pengaturan biasing dasar, konstruksi, dan simbol untuk perangkat muncul pada Gambar. 20.21.
Ingat dari Bab 1 bahwa arus saturasi balik biasanya terbatas pada beberapa mikroamper. Ini semata-mata disebabkan oleh pembawa minoritas yang dihasilkan secara termal dalam bahan tipe-n dan p. Penerapan cahaya pada persimpangan akan menghasilkan transfer energi dari gelombang perjalanan yang terjadi (dalam bentuk foton) ke struktur atom, menghasilkan peningkatan jumlah pembawa minoritas dan peningkatan level arus balik. Ini jelas ditunjukkan pada Gambar. 20.22 untuk tingkat intensitas yang berbeda. Arus gelap adalah arus yang akan ada tanpa iluminasi terapan. Perhatikan bahwa saat ini hanya akan kembali ke nol dengan bias diterapkan positif sama ke VT. Selain itu, Gambar 20.21 menunjukkan penggunaan lensa untuk memusatkan cahaya pada daerah persimpangan. Fotodioda yang tersedia secara komersial muncul di Gambar. 20.23.


Jarak yang hampir sama antara kurva untuk kenaikan yang sama dalam fluks bercahaya mengungkapkan bahwa arus balik dan fluks bercahaya hampir terkait secara linear. Dengan kata lain, peningkatan intensitas cahaya akan menghasilkan peningkatan yang sama pada arus balik. Plot dari keduanya untuk menunjukkan hubungan linier ini muncul pada Gambar. 20.24 untuk tegangan tetap V dari 20 V. Atas dasar relatif, kita dapat mengasumsikan bahwa arus balik pada dasarnya nol tanpa adanya cahaya datang. Karena waktu naik dan turun (parameter perubahan keadaan) sangat kecil untuk perangkat ini (dalam rentang nanosecond), perangkat dapat digunakan untuk penghitungan atau pemindahan aplikasi berkecepatan tinggi.
 Kembali untuk Gambar. 20.20, kami mencatat bahwa Ge mencakup spektrum panjang gelombang yang lebih luas daripada Si. Ini akan membuatnya cocok untuk cahaya yang terjadi di wilayah inframerah seperti yang disediakan oleh laser dan sumber cahaya IR (inframerah), untuk dijelaskan segera. Tentu saja, Ge memiliki arus gelap yang lebih tinggi daripada silikon, tetapi juga memiliki tingkat arus balik yang lebih tinggi. Tingkat arus yang dihasilkan oleh cahaya yang terjadi pada fotodioda tidak sedemikian sehingga dapat digunakan sebagai kontrol langsung, tetapi dapat diperkuat untuk tujuan ini.

Pada Gambar 20.25, fotodioda digunakan dalam sistem alarm. Arus balik I akan terus mengalir selama berkas cahaya tidak rusak. Jika terganggu, I turun ke level gelap saat ini dan membunyikan alarm. Pada Gambar 20.26, fotodioda digunakan untuk menghitung item pada ban berjalan. Ketika setiap item melewati berkas cahaya rusak, I turun ke level arus gelap dan penghitung bertambah satu.

4. Prinsip Kerja [KEMBALI]
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.

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Langganan: Postingan (Atom)