Pengertian Photodioda dan Cara Kerjanya

Anda sedang ada tugas membuat makalah tentang photodioda? Atau hanya ingin menambah materi belajar yang berkaitan dengan topik tersebut? Lewat artikel ini kita akan membahas banyak hal tentang salah satu komponen penghasil listrik ini.

Segala hal mengenai definisi, karakteristik, gambar, cara kerja serta komponen photodioda akan disajikan di artikel berikut. Yuk, pelajar menengah atas dan para mahasiswa elektro segera merapat.

Pengertian Photodioda

Menurut wikipedia, photodioda, photodioda atau dalam Bahasa Indonesia disebut foto dioda / dioda foto adalah elemen yang resisten terhadap sinar cahaya. Dioda foto merupakan salah satu jenis dioda yang fungsinya adalah untuk deteksi cahaya sekaligus pembentuk aliran listrik.

Berbeda dengan dioda pada umumnya, photodioda adalah sensor semikonduktor sama karakternya mirip dengan sensor LDR. Yakni dapat mentransformasi elemen cahaya menjadi arus listrik.

Hal ini terjadi hanya jika elemen ini mendapat cahaya. Jika tidak, sensor photodioda hanya berperan layaknya resistor biasa dengan kapasitas nilai tahanan yang kuat dan bisa mengakibatkan arus listrik tidak bisa muncul.

Meski rentan terhadap cahaya, tidak semua jenis cahaya dapat bekerja dengan komponen fotodioda. Beberapa cahaya yang terdeteksi oleh elemen ini diantaranya cahaya tampak, infrared, X-ray, dan sinar ultra ungu. Salah satu alat yang cara kerjanya menggunakan fotodioda adalah phototransistor atau transistor foto.

Kekurangan dan kelebihan photodioda dapat dilihat dari sifat dan karakteristiknya. Beberapa sifat yang dimiliki oleh komponen photodiode adalah:

  • Memiliki respon lebih cepat, yakni mencapai 100x dibandingkan fototransistor. Inilah salah satu perbedaan photodioda dan phototransistor.
  • Memiliki lensa pada bagian permukaan. Lensa dengan nama lensa fresnel atau optical filter.
  • Lebih baik jika diaplikasikan dengan infra merah karena intensitas cahayanya lebih rendah.
  • Penerimaan cahaya dipengaruhi oleh waktu respon beserta active area.

Bentuk dan Simbol Photodioda

Photo Diode atau disingkat PD adalah salah satu dari beberapa jenis dioda lainnya seperti Dioda Zener, Dioda Bridge, LED dan lainnya. Setiap dioda memiliki bentuk dan simbol tersendiri.

Fotodioda atau PD memiliki simbol à (panah) yang mengarah ke dalam. jIka dilihat seksama simbol ini mirip dengan simbol LED. Yang membedakan hanyalah arah panah nya, anak panah LED mengarah keluar sementara PD mengarah ke dalam.

Hal tersebut dikarenakan karakteristik photodioda yang apabila terkena cahaya maka akan menghasilkan listrik. Sehingga dalam pemasangannya fotodioda harus diinstal secara reversed-bias (terbalik).

Bisa dilihat gambar simbol dan bentuk nya berikut ini:

Dari gambar di atas dapat kita lihat bahwa rangkaian photodioda terdiri dari dua rangkaian utama yaitu:

  • Terminal Katoda (semiconductor type-N)
  • Terminal Anoda (semiconductor type-P)

Selain dua unsur ini, fotodioda memiliki filter optik berupa lensa yang terletak di permukaan, fungsinya untuk mendeteksi cahaya.

Bahan-bahan Semikonduktor untuk Photodioda

Sebagai komponen elektronika pembentuk arus listrik, fotodioda tersusun dari sejumlah bahan semikonduktor, misalnya:

  • Silikon (Si)
  • Gallium Arsenide (GaAs)
  • Indium Antimonide (InSb)
  • Indium Arsenide (InAs)
  • Lead Selenide (PbSe)
  • Timah Sulfida (PBS)

Bahan tersebut dapat menarik cahaya dengan jangkauan sekitar 250 sampai 1100 nm silicon. Namun, dari sejumlah bahan tersebut ada beberapa semikonduktor yang kerap dipakai dalam dunia elektronika. Bahan yang kerap digunakan pada rangkaian fotodioda adalah sebagai berikut:

Silikon atau Si, merupakan arus berkecepatan tinggi, berarus gelap rendah dengan sensitivitas tinggi pada jarak 400 – 1000 nm. Paling baik berada di jarak 800 hingga 900 nm.

Indium Gallium Arsenide Phospide atau InGaAsP, merupakan arus berkecepatan tinggi, berarus gelap rendah. Memiliki sensitivitas baik pada 1000 – 1350 nm. Paling baik pada jarak 1100 – 1300 nm. Sayangnya, harga bahan semikonduktor photodioda ini terbilang mahal.

Germanium atau Ge, memiliki arus kecepatan rendah dengan arus gelap tinggi. Kepekaan bahan ini berada di kisaran jarak 900 – 1600 nm. Sensitivitas terbaik pada jarak 1400 – 1500 nm.

Indium Gallium Arsenide atau InGaAs, merupakan arus kecepatan tinggi dan gelap rendah. Memiliki sensitivitas tinggi pada jarak 900 – 1700 nm. Kepekaan terbaik ada pada jarak 1300 – 1600 nm. Sama dengan InGaAsP, bahan semikonduktor ini harganya tidak murah.

Fungsi Photodioda

photodioda adalah

Fungsi pokok photodioda adalah sebagai komponen yang mampu menciptakan konduktansi dari resistansi cahaya. Konduktansi merupakan kondisi dimana sebuah objek dapat menghantarkan arus listrik dari suatu bahan tertentu.

Skala resistansi pada fotodioda bergantung pada banyak sedikitnya besaran cahaya yang didapat. Semakin sedikit cahaya maka semakin besar nilai resistansi yang ada pada sensor fotodioda begitu juga sebaliknya.

Beberapa fungsi photodioda yang bisa kita lihat dalam kehidupan sehari-hari salah satunya adalah untuk pembuatan robot. Aplikasi photodioda seperti pada teknologi line follower, penghitung kendaraan, scanner barcode, alat medis, sensor kamera, alat keamanan dan lainnya.

Beberapa teknologi ada juga yang menggabungkan komponen photodiode dengan Arduino UNO dan menciptakan photodioda arduino. Teknologi semacam ini kerap digunakan untuk mendesain smart key, software, dan lain sebagainya.

Cara Kerja Photodioda

aplikasi photodioda

Photodioda dirangkai dari dua lapisan semikonduktor dengan bahan utamanya, yakni tipe-N (sebagai katoda) dan tipe-P (sebagai anoda). Perlu diperhatikan pula beberapa spesifikasi yang membuat komponen photodiode terbentuk sempurna.

1. Terdapat dua kaki terminal fotodioda, yaitu terminal anoda dan katoda.
2. Komponen hanya dapat bekerja ketika reverse bias.
3. Tinggi reverse voltage terjadi pada angka maksimal 32 volt.

Setelah memenuhi ketiga syarat di atas, proses photodiode akan bekerja melalui 5 tahapan berikut:

  • Cahaya diserap oleh komponen photodioda

Material pembentuk foto dioda berupa semikonduktor seperti Si, InSb, PbSe, dan sebagainya akan menyerap cahaya. Cahaya yang dapat diserap komponen ini hanya yang memiliki panjang gelombang 2500-11000 Å untuk silikon. Sementara untuk GaAs berkisar antara 8000-20.000Å.

  • Terjadi Pergeseran Photon

Penyerapan cahaya yang dilakukan oleh semikonduktor p-n junction kemudian mengakibatkan bergesernya foton atau partikel terkecil dalam hitungan cahaya.
Ketika komponen fotodioda menerima cahaya, partikel foton akan menembus lapisan katoda (tipe-N) dan mulai masuk ke lapisan anoda (semikonduktor tipe-P).

  • Pergeseran Photon Menciptakan Pasangan Elektron

Foton yang menembus lapisan semikonduktor akan saling bertabrakan dan membangkitkan pasangan elektron. Elektron kemudian memisahkan diri dari inti dan membuat pasangan elektron dan sebuah hole di masing-masing sambungan.

  • Elektron Menuju Sumber

Setelah saling bertabrakan, semi konduktor yang sifatnya katoda akan memiliki elektron berlebih, sementara pada sisi anoda akan kelebihan hole.

Hal ini dikarenakan elektron akan menuju ke sumber positif (+) sedangkan hole mengarah ke sumber negatif (-).

Pemisahan muatan tersebut akibatnya menciptakan diferensiasi potensial yang terjadi pada persimpangan antara PN.

  • Arus Mengalir pada Rangkaian

Proses pemisahan muatan membuat elektron mengalir ke sumber tegangan positif. Sementara hole masuk ke sumber tegangan negatif. Ketika proses ini berlangsung maka arus secara otomatis mengalir pada rangkaian fotodioda.

Singkatnya, jika kita sambungkan sebuah kabel dari kaki katoda ke kaki anoda, maka elektron muncul melalui kabel. Proses ini biasa kita kenal sebagai arus listrik.

  • Model Pengoperasian Photodioda

Ada 2 cara mengukur photodioda, yakni dengan model photovoltaic dan model photoconductive. Kedua metode pengoperasion ini memiliki prpinsip dan cara yang berbeda.

1. Model Photovoltaic

sensor photodioda

Model ini mengacu teori yang menyebutkan bahwa komponen photodiode dapat menghasilkan voltase atau arus. Karena faktanya, komponen ini memang memiliki ciri yang mirip dengan solar cell, yaitu bisa menghasilkan tegangan yang bisa diukur.

Bedanya, tegangan serta arus listrik yang dihasilkan photodiode terbilang kecil. Bahkan arus listrik yang dihasilkan tidak cukup mampu untuk membuat sebuah bohlam atau alat elektronik menyala.

Kegunaan mode ini adalah karena dapat mereduksi arus gelap. Pada dioda normal, menerapkan model ini dapat meningkatkan arus reverse dan menciptakan arus gelap. Model photovoltaic bagus diterapkan pada aplikasi yang perlu maksimalisasi low-illuminate performance.

2. Model Photoconductive

Komponen fotodioda menghasilkan arus yang kecil sehingga tidak cukup untuk perangkat elektronik. Maka dari itu, komponen ini kemudian diaplikasikan secara reverse bias atau bias terbalik (reversed biased voltage).

Pada model ini, digunakan sumber tegangan lain untuk menggerakkan beban atau rangkaian elektronik. Sementara fotodioda hanya berfungsi sebagai saklar untuk mengalirkan aliran listrik saat menerima cahaya.

Demikianlah penjabaran mengenai pengertian, fungsi, bahan dan cara kerja photodioda yang bisa Anda jadikan referensi tambahan. Semoga dapat membantu dan bermanfaat.

Leave a Comment