Pengertian Photodioda Dan Prinsip Kerjanya

Pengertian Dan Fungsi Photodioda – Bagi anda yang bekerja dalam bidang elektronika tentu sudah mengenal yang namanya komponen dioda. Komponen ini memiliki banyak jenis, yang dimana setiap jenis dioda memiliki fungsi yang berbeda-beda.

Salah satu jenis dioda yang banyak digunakan adalah photodioda atau yang biasa disebut sebagai dioda foto. Lalu apa pengertian komponen dioda foto? Untuk lebih detailnya silahkan simak pembahasan mengenai pengertian dan prinsip kerja dioda foto berikut ini.

Photodioda

Pengertian Dioda Foto

Photodioda atau yang biasa disebut sebagai dioda foto adalah suatu komponen atau unsur elektronika yang mampu mengubah cahaya menjadi energi listrik. Photodioda ini termasuk dalam jenis komponen elektronika aktif dan merupakan bagian dari keluarga dioda.

Sama dengan dioda pada umumnya, komponen photodioda juga mempunyai dua kaki terminal, yaitu katoda dan anoda. Namun komponen ini mempunyai lensa dan filter optik, yang terpasang di permukaan dan memiliki fungsi sebagai pendeteksi cahaya.

Adapun cahaya yang bisa dideteksi oleh foto adalah cahaya matahari, sinar inframerah, cahaya tampak, sinar ultra-violet dan sinar X. Maka dari itu, jenis dioda yang mampu mendeteksi berbagai macam cahaya ini sudah banyak digunakan pada berbagai perangkat eleltronika dan listrik seperti penghitung kendaraan, berbagai alat medis, sensor cahaya kamera, scanner barcode dan peralatan keamanan.

Baca juga: Pengertian Dan Cara Kerja Dioda Laser

Jenis Jenis Photodioda

Jenis Photodioda dapat diklasifikasikan berdasarkan konstruksinya dan fungsinya sebagai berikut.

  • Photodioda PN
  • Photodioda Schottky
  • Photodioda PIN
  • Photodioda Avalanche

Photodioda ini banyak digunakan dalam aplikasi di mana deteksi keberadaan cahaya, warna, posisi, intensitas diperlukan. Fitur utama photodioda meliputi yang berikut ini.

  • Linearitas dioda baik untuk lampu insiden
  • Kebisingan rendah
  • Responsnya spektral luas
  • Kasar secara mekanis
  • Ringan dan kompak
  • Umur panjang

Lebih jelasnya untuk pengaplikasian seperti berikut ini.

  • Aplikasi Photodioda melibatkan dalam aplikasi yang sama dari photodetektor seperti perangkat charge-coupled, photokonduktor, dan tabung photomultiplier.
  • Dioda ini digunakan dalam perangkat elektronik konsumen seperti detektor asap, pemutar CD, dan televisi dan kontrol jarak jauh di VCR.
  • Dalam perangkat konsumen lain seperti radio jam, meter lampu kamera, dan lampu jalan, photokonduktor lebih sering digunakan daripada Photodioda.
  • Photodioda sering digunakan untuk pengukuran tepat intensitas cahaya dalam sains & industri. Secara umum, mereka memiliki respons yang ditingkatkan dan lebih linier daripada photokonduktor.
  • Photodioda juga banyak digunakan dalam berbagai aplikasi medis seperti instrumen untuk menganalisis sampel, detektor untuk computed tomography dan juga digunakan dalam monitor gas darah.
  • Dioda ini jauh lebih cepat & lebih kompleks daripada dioda junction PN dan karenanya sering digunakan untuk pengaturan pencahayaan dan komunikasi optik.

Bahan-Bahan Semikonduktor untuk Dioda Foto (Photodioda)

Photodioda

 

Bahan semikonduktor yang pada umumnya digunakan sebagai bahan dasar dalam pembuatan photodioda adalah Germanium (GE), Silikon (SE), Indium Gallium Arsenide (InGaAs), dan Indium Gallium Arsenide Phosphide (InGaAsp).

Masing-masih bahan tersebut sudah pasti memiliki spesifikasi dan karakteristik yang berbeda-beda. Berikut ini adalah penjelasan secara lebih detail mengenai bahan-bahan semikonduktor untuk komponen dioda foto:

  • Silikon (Si): Arus gelap yang rendah, memiliki kecepatan tinggi, tingkat kepekaan (sensitivitas) yang cukup baik pada jarak kurang lebih sekitar 400nm sampaidengan 1000 nm (paling bagus di jarak 800nm sampai 900nm).
  • Gernamium (Ge): Arus yang lebih tinggi, memiliki kecepatan rendah, tingkat kepekaan (sensitivitas) yang cukup baik pada jarak kurang lebih sekitar 900nm sampai dengan 1600nm (paling bagus di jarak 1400 sampai 1500nm).
  • Indium Gallium Arsenide Phosphide (InGaAsP): Mahal, arus gelap yang rendah, memiliki kecepatan yang tinggi, tingkat kepekaan (sensitivitas) yang cukup baik di jarak kurang lebih sekitar 1000nm sampai 1350nm (paling bagus di jarak 1100nm sampai 1300nm).
  • Indium Gallium Arsenide (InGaAs): Mahal, arus gelap yang rendah, memiliki kecepatan yang tinggi, tingkat kepekaan (sensitivitas) yang cukup baik pada jarak sekitar 900nm sampai dengan 1700 nm (paling bagus pada jarak 1300nm sampai 1600 nm).

Bentuk dan Simbol Dioda Foto

Bentuk dan Simbol Photodiode

Simbol komponen dioda foto ditandai dengan adanya tanda panah kedalam. Jika diperhatikan secara lebih teliti, simbol dioda foto adalah kebalikan dari LED, apabila LED panahnya keluar maka simbol dioda foto panahnya ke dalam.

Dioda sendiri memiliki bentuk fisik yang sangat beragam, ada yang bentuknya sama persis dengan led, ada yang memiliki bentuk sensor, dan lainnya. Berikut ini adalah bentuk fisik dan simbol dioda foto:

Prinsip Kerja Dioda Foto (Photodioda)

Prinsip Kerja Dioda Foto

Komponen dioda foto terdiri dari sebuah lapisan tipis semikonduktor tipe-N yang mempunyai cukup banyak elektron dan sebuah lapisan tebal semikonduktor tipe-P yang mempunyai kebanyakan hole. Dalam hal ini untuk lapisan semikonduktor tipe-N adalah katoda, sementara untuk lapisan semikonduktor tipe-P merupakan anoda.

Ketika dioda foto terkena cahaya, foton yang merupakan partikel paling kecil cahaya akan melewati lapisan semikonduktor tipe-N sehingga bisa masuk pada lapisan semikonduktor tipe-P.

Foton-foton tersebut nantinya akan bertabrakan dengan banyak elektron yang terikat sehingga elektron akan terpisah secara langsung dari intinya. Inilah yang menjadi penyebab terjadinya hole.

Elektron yang terpisah karena tabrakan dan berada dekat persimpangan PN (PN Junction) akan melewati persimpangan tersebut ke sekitaran semikonduktor tipe-N. Dengan demikian maka elektron akan semakin bertambah pada sisi semikonduktor N, sementara sisi semikonduktor P akan kelebihan Hole.

Pemisahan muatan negatif dan positif ini membuat terjadinya perbedaan potensial pada persimpangan PN. Saat dihubungkan dengan sebuah beban maupun kabel menuju katoda (sisi semikonduktor N) dan anoda (sisi semikonduktor P), elektron akan langsung mengalir melewati beban atau kabel itu sendiri mulai dari katoda menuju anoda atau yang biasa disebut dengan aliran arus listrik.

Model Pengoperasian Photodioda (Dioda Foto)

Photodioda

Ada dua macam model pengoperasian pada komponen photodioda, yaitu dengan menggunakan model Photovoltalic dan model Photoconductive. Berikut ini adalah penjelasan selengkapnya mengenai kedua model pengoperasian photodioda tersebut:

  1. Model Photovoltaic

Sama halnya dengan sel surya (solar sel), dioda foto juga akan menghasilkan tegangan yang bisa diukur. Meski demikian, tegangan atau listrik yang dihasilkan oleh dioda foto bisa dibilang sangat kecil atau bahkan tidak cukup untuk menyala sebuah lampu ataupun perangkat elektronika.

Berikut ini adalah contoh rangkaian photodioda yang dikerjakan pada model Photovoltaik:

Model Photovoltaic

  1. Model Photoconductive

Karena tidak mampu menghasilkan arus listrik dalam jumlah yang cukup untuk keperluan rangkaian elektronika, maka dioda foto biasanya akan digabungkan dengan sumber tegangan yang dipasangkan secara bias terbalik (reverse biased voltage).

Model Photoconductive ini pada umumnya akan menggunakan sumber tegangan lain untuk difungsikan sebagai penggerak beban atau rangkaian elektronika. Sedangkan dioda foto sendiri memiliki fungsi sebagai saklar (switch) yang akan mengalirkan arus listrik saat dikenakan cahaya.

Berikut ini adalah contoh rangkaian photodioda yang dikerjakan pada model Photoconductive:

mode Photoconductive

Penggunaan Dioda Foto

Penggunaan Photodioda

Dioda foto banyak digunakan dalam lingkungan industri terutama pada sistem otomatisasi alat. Pada sistem ini, komponen dioda foto sering digunakan sebagai komponen utama sebuah sensor cahaya. Seperti yang kami singgung diatas bahwa kemampuan dioda foto dalam mendeteksi perbedaan level cahaya akan dikonversi menjadi logika benar dan salah (on/off).

Adapun salah satu jenis komponen sensor yang biasa menggunakan dioda foto adalah photoelectric sensor. Jenis sensor yang satu ini biasa digunakan untuk mendeteksi jarak, ketiadaan, atau kehadiran objek dengan menggunakan pemancar cahaya, seringnya inframerah serta penerima fotoelektrik. Sensor ini pada umumnya banyak digunakan secara luas dalam industri manufaktur.

Baca juga: Pengertian Dan Jenis Jenis Sensor

Karakteristik Dioda Foto

Untuk melengkapi pembahasan mengenai dioda foto, kami juga akan menjelaskan bagaimana karakteristik dari dioda foto. Perlu diketahui bahwa sebuah komponen dioda foto akan terus beroperasi dalam mode bias terbalik. Karakteristik yang dimiliki oleh dioda foto akan ditunjukkan dengan sejelas mungkin pada gambar di bawah ini. Bisa dilihat bahwa arus fotonya hampir tidak bergantung pada tegangan bias balik yang telah ditentukan.

Karakteristik Dioda Foto

Sementara pada pencahayaan nol, arus foto yang hampir nol tidak termasuk sebagai arus gelap kecil. Ini merupakan urutan dari ampere nano. Ketika daya optik mengalami kenaikan, maka arus foto juga akan ikut naik secara linier. Maksimum arus kas foto yang tidak lengkap oleh dispasi daya dioda foto.

Demikian penjelasan mengenai pengertian dioda foto (photodioda), prinsip kerja, fungsi dan juga karakteristiknya. Semoga bermanfaat !

Leave a Comment