LDR & PHOTODIODA
LDR & PHOTODIODATugas Komponen Sistem Kontrol
Edwin Nicholas - 0922004Felicia Clara- 0922015Elfrida Sihombing
- 0922019
LDR & PHOTODIODA
LDRPRINSIP KERJA LDR LDR (Light Dependent Resistor) adalah suatu
komponen elektronik yang resistansinya berubah ubah tergantung pada
intensitas cahaya. Jika intensitas cahaya semakin besar maka
resistansi LDR semakin kecil, jika intensitas cahaya semakin kecil
maka resistansi LDR semakin besar. LDR sering juga disebut dengan
sensor cahaya. Cara merangkai LDR ada 2, tergantung dengan respon
yang diinginkan. Rangkaian itu antara lain:
Cara kerja rangkaian 1 adalah pada saat intensitas cahaya
disekitar LDR membesar, maka hambatan LDR akan mengecil. Hal ini
menyebabkan tegangan pada Titik 1 semakin besar. Dan sebaliknya,
jika intensitas cahaya disekitar LDR semakin kecil, maka hambatan
LDR semakin besar. Hal ini menyebabkan tegangan pada Titik 1
semakin kecil.Cara kerja rangkaian 2 adalah pada saat intensitas
cahaya disekitar LDR membesar, maka hambatan LDR akan mengecil. Hal
ini menyebabkan tegangan pada Titik 2 semakin mengecil. Dan
sebaliknya, jika intensitas cahaya disekitar LDR semakin besar,
maka hambatan pada LDR semakin kecil. Hal ini menyebabkan tegangan
pada Titik 2 semakin besar.LDR memanfaatkan bahan semikonduktor
yang karakteristik listriknya berubah-ubah sesuai dengan cahaya
yang diterima. Bahan yang digunakan adalah Kadmium Sulfida (CdS)
dan Kadmium Selenida (CdSe).
KARAKTERISTIK LDRKarakteristik LDR terdiri dari dua macam, yaitu
Laju Recovery dan Respon Spektral.1. Laju Recovery Bila sebuah LDR
dibawa dari suatu ruangan dengan level kekuatan cahaya tertentu
kedalam suatu ruangan yang gelap, maka bisa kita amati bahwa nilai
resistansi dari LDR tidak akan segera berubah resistansinya pada
keadaan ruangan gelap tersebut. Namun LDR tersebut hanya akan bisa
mencapai harga di kegelapan setelah mengalami selang waktu
tertentu. Laju recovery merupakan suatu ukuaran praktis dan suatu
kenaikan nilai resistansi dalam waktu tertentu. Harga ini ditulis
dalam K/detik, untuk LDR type arus harganya lebih besar dari 200
K/detik (selama 20 menit pertama mulai dari level cahaya 100 lux),
kecepatan tersebut akan lebih tinggi pada arah sebaliknya, yaitu
pindah dari tempat gelap ke tempat terang yang memerlukan waktu
kurang dari 10 ms untuk mencapai resistansi yang sesuai dengan
level cahaya 400 lux. 2. Respon Spektral LDR tidak mempunyai
sensitivitas yang sama untuk setiap panjang gelombang cahaya yang
jatuh padanya (yaitu warna). Bahan yang biasa digunakan sebagai
penghantar arus listrik yaitu tembaga, alumunium, baja, emas, dan
perak. Dari kelima bahan tersebut tembaga merupakan penghantar yang
paling banyak digunakan karena mempunyai daya hantar yang baik.Pada
keadaan gelap tanpa cahaya sama sekali, LDR memiliki nilai
resistansi yang besar (sekitar beberapa Mega ohm). Nilai
resistansinya ini akan semakin kecil jika cahaya yang jatuh ke
permukaannya semakin terang. Pada keadaan terang benderang (siang
hari) nilai resistansinya dapat mengecil , lebih kecil dari 1 KOhm.
Dengan sifat LDR yang demikian maka LDR biasa digunakan sebagai
sensor cahaya. Contoh penggunaannya adalah pada lampu taman dan
lampu di jalan yang bisa menyala di malam hari dan padam di siang
hari secara otomatis.
APLIKASI LDRContoh penggunaannya adalah pada lampu taman dan
lampu jalan yang bisa menyala di malam hari dan padam di siang hari
secara otomatis
PERCOBAANPERANCANGAN
Akan di rancang sebuah sensor cahaya, dimana input diberi 5V,
dan akan memiliki output 5V saat dalam keadaan gelap, dan memiliki
output 0 V saat dalam keadaan cahaya terang.Dimana hambatan LDR
akan bernilai < 1 kOhm saat terang dan diatas 1 MOhm saat dalam
keadaan gelap. Misal kita menggunakan R1 senilai 10 kOhm.
R1Saat TerangSaat Gelap
Hasil PercobaanNoTerangRedupGelap
Hambatan LDRVoHambatan LDRVoHambatan LDRVo
1102 0,04 V1,80 k0,82 V1,07 M4,85 V
2140 0,06 V1,98 k0,89 V1,11 M4,88 V
3244 0,12 V4,10 k0,96 V1,54 M4,81 V
4816 0,29 V2,04 k1,12 V1,03 M4,83 V
5535 0,25 V2,18 k1,03 V1,09 M4,91 V
NoIntensitas cahaya (Lux)Voltage
1054.89 V
2242.56 V
3391.74 V
4721.38 V
54050.42 V
67490.28 V
713950.19 V
854600.1 V
9165400.06 V
10211000.00 V
LDRDengan sumber 5 VPercobaan menentukan tegangan output LDR
dengan intensitas cahaya yang berbeda-beda.
Tampak bahwa semakin besar intensitas cahaya yang diberikan pada
LDR maka semakin kecil tegangan outputnya.
LUX
CahayaIntensitas (Lux)Voltage
LED Merah2230.72
LED Hijau18490.30
Biru1260.86
Infrared801.68
Laser5320.36
Dari percobaan dibuktikan bahwa semakin tinggi intensitas
cahayanya maka semakin kecil tegangan outputnya.
PHOTODIODA
Komponen ini akan mengubah energi cahaya, dalam hal ini energi
cahaya infra red menjadi sinyal listrik ( dalam hal ini arus
listrik ). Merupakan sambungan dioda PN yang memiliki kepekaan
terhadap radiasi gelombang Elektromagnetik (EM) ketika jatuh pada
sambungan. Dikarenakan sambungan PN sangatlah kecil, dibutuhkan
lensa untuk memfokuskan radiasi yang datang agar mendapatkan respon
yang baik. Keunggulan device ini adalah nilai waktu responnya
sangatlah cepat. Kebanyakan memiliki waktu respon mendekati 1
Mikrodetik, bahkan ada yang mendekati 1 nano detik. Semakin tinggi
intensitas cahaya, maka arus bocor pada sambungan PN semakin besar
sehingga arus yang lewat sambungan semakin kecil.
PRINSIP KERJA PHOTODIODAKetika 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 di dalam
sebuah photodioda digunakan untuk mengumpulkan photon menyebabkan
pembawa muatan (seperti arus atau tegangan) mengalir/terbentuk di
bagian-bagian elektroda.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 - 11000 untuk silicon, 8000 20,000 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.
KARAKTERISTIK PHOTODIODASebuah photodioda, biasanya mempunyai
karakteristik yang lebih baik daripada phototransistor dalam
responya terhadap cahaya infra merah. Biasanya photodioda mempunyai
respon 100 kali lebih cepat daripada phototransistor. Sebuah
photodioda biasanya dikemas dengan plastik transparan yang juga
berfungsi sebagai lensa fresnel. Lensa ini merupakan lensa cembung
yang mempunyai sifat mengumpulkan cahaya. Lensa tersebut juga
merupakan filter cahaya, lebih dikenal sebagai optical filter, yang
hanya melewatkan cahaya infra merah saja. Walaupun demikian cahaya
yang nampak pun masih bisa mengganggu kerja dari dioda infra merah
karena tidak semua cahaya nampak bisa difilter dengan baik. Faktor
lain yang juga berpengaruh pada kemampuan penerima infra merah
adalah active area dan respond time. Semakin besar area penerimaan
suatu dioda infra merah maka semakin besar pula intensitas cahaya
yang dikumpulkannya sehingga arus bocor yang diharapkan pada teknik
reversed bias semakin besar. Selain itu semakin besar area
penerimaan maka sudut penerimaannya juga semakin besar. Kelemahan
area penerimaan yang semakin besar ini adalah noise yang dihasilkan
juga semakin besar pula. Begitu juga dengan respon terhadap
frekuensi, semakin besar area penerimaannya maka respon
frekuensinya turun dan sebaliknya jika area penerimaannya kecil
maka respon terhadap sinyal frekuensi tinggi cukup baik. Respond
time dari suatu dioda infra merah (penerima) mempunyai waktu respon
yang biasanya dalam satuan nano detik. Respond time ini
mendefinisikan lama agar dioda penerima infra merah merespon cahaya
infra merah yang datang pada area penerima. Sebuah dioda penerima
infra merah yang baik paling tidak mempunyai respond time sebesar
500 nano detik atau kurang. Jika respond time terlalu besar maka
dioda infra merah ini tidak dapat merespon sinyal cahaya yang
dimodulasi dengan sinyal carrier frekuensi tinggi dengan baik. Hal
ini akan mengakibatkan adanya data loss. Filter Optikal Filter ini
mempunyai dua fungsi yaitu sebagai lensa fresnel dan juga sebagai
filter cahaya yang masuk ke area penerimaan dioda infra merah.
Biasanya terbuat dari bahan polycarbonate berbentuk cembung dan
transparan. Filter opikal ini akan membatasi cahaya-cahaya yang
tidak diinginkan kecuali cahaya infra merah sehingga tidak
mengganggu sinyal cahaya infra merah yang diterima oleh
detektor/area penerima. Current to Voltage Converter Arus bocor
yang dihasilkan oleh detektor photodioda besarnya linier terhadap
intensitas cahaya infra merah yang dimasukkan ke dalam area
penerimaan. Oleh sebab itu arus ini harus dirubah ke tegangan agar
dapat didapatkan sinyalnya kembali.
APLIKASIRangkaian Receiver InfraRed
PERCOBAANPERANCANGANAkan di rancang sebuah sensor
photidoda-infrared, dimana input diberi 5V, dan akan memiliki
output 5V saat tidak terpantul inframerah, dan memiliki output 0V
saat terpantul sinar inframerah.Saat photodiode tidak menerima
sinar inframerah, maka arus photodioda kecil, Meyebabkan tegangan
keluaran menjadi besar.Saat photodiode menerima pantulan sinar
inframerah, arus photodioda menjadi besar, menyebabkan tegangan
keluaran menjadi kecil.
NoVo saat tak terpantul inframerahVo saat terpantul
inframerah
13,56 V1,32 V
23,48 V1,30 V
33,54 V1,35 V
43,63 V1,48 V
53,51 V1,42 V
Hasil Percobaan\
Untuk mendapatkan hasil 0V saat terpantul inframerah dan 5 V
saat tidak terpantul, kita gunakan IC LM339 sebagai komparator,
yang berfungsi untuk membandingkan Vinput-nya dengan Vref, saat Vin
lebih besar dari Vref, maka Vo akan mencapai Vcc, dan saat Vin
lebih kecil dari Vref, maka Vo akan 0 V.
Vref diberi tegangan 2,5 V, di dapat dari pembagi tegangan 2
resistor. Sehingga, saat Vin >2,5 V maka Vo nya akan menjadi 5V,
dan saat Vin
