Fotodioda Transistor TINJAUAN PUSTAKA

8

2.2 Fotodioda

Fotodioda merupakan suatu piranti semikonduktor dengan struktur p-n atau p-i- n untuk mendeteksi cahaya.Fotodioda biasanya digunakan untuk mendeteksi cahaya. Fotodioda adalah piranti semikonduktor yang mengandung sambungan p-n, dan biasanya terdapat lapisan intrinsik antara lapisan n dan p. Piranti yang memiliki lapisan intrinsik disebut p-i-n atau PIN fotodioda. Cahaya diserap di daerah penggambungan atau daerah intrinsik menimbulkan pasangan elektron-hole, kebanyakan pasangan tersebut menghasilkan arus yang berasal dari cahaya. Fotodioda dapat dioperasikan dalam 2 mode yang berbeda: 1. Mode fotovoltaik: seperti solar sel, penyerapan pada fotodioda menghasilkan tegangan yang dapat diukur. Bagaimanapun, tegangan yang dihasilkan dari tenaga cahaya ini sedikit tidak linier, dan range perubahannya sangat kecil. 2. mode fotokonduktivitas : disini, fotodioda diaplikasikan sebagai tegangan revers tegangan balik dari sebuah dioda yaitu tegangan pada arah tersebut pada dioda tidak akan menhantarkan tanpa terkena cahaya dan pengukuran menghasilkan arus foto. hal ini juga bagus untuk mengaplikasikan tegangan mendekati nol. Ketergantungan arus foto pada kekuatan cahaya dapat sangat linier . Karakteristik bahan fotodioda: 1. silikon Si : arus lemah saat gelap, kecepatan tinggi, sensitivitas yang bagus antara 400 nm sampai 1000 nm terbaik antara 800 sampai 900 nm. 2. Germanium Ge: arus tinggi saat gelap, kecepatan lambat, sensitivitas baik antara 600 nm sampai 1800 nm terbaik 1400 sampai 1500 nm. Universitas Sumatera Utara 9 3. Indium Gallium Arsenida InGaAs: mahal, arus kecil saat gelap, kecepatan tinggi sensitivitas baik pada jarak 800 sampai 1700nm terbaik antara 1300 sampai 1600nm. Gambar fotodioda ditunjukkan sebagai berikut: Gambar 2.2 Fotodioda

2.3 Resistor

Resistor komponen pasif elektronika yang berfungsi untuk membatasi arus listrik yang mengalir. Berdasarkan kelasnya resistor dibagi menjadi 2 yaitu : Fixed Resistor dan Variable R esistor Dan umumnya terbuat dari carbon film atau metal film, tetapi tidak menutup kemungkinan untuk dibuat dari material yang lain. Pada dasarnya semua bahan memiliki sifat resistif namun beberapa bahan tembaga perak emas dan bahan metal umumnya memiliki resistansi yang sangat kecil. Bahan–bahan tersebut menghantar arus listrik dengan baik, sehingga dinamakan konduktor. Kebalikan dari bahan yang konduktif, bahan material seperti karet, gelas, karbon memiliki resistansi yang lebih besar menahan aliran elektron dan disebut sebagai insulator. Universitas Sumatera Utara 10

2.3.1 Fixed Resistor

Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian. Sesuai dengan namanya resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Tipe resistor yang umum berbentuk tabung porselen kecil dengan dua kaki tembaga dikiri dan kanan. Pada badannya terdapat lingkaran membentuk gelang kode warna untuk memudahkan pemakai mengenali besar resistansi tanpa mengukur besarnya dengan ohm meter. Kode warna tersebut adalah standar menufaktur yang dikeluarkan oleh ELA Electronic Industries Association. Gambar 2.3 Resistor karbon Universitas Sumatera Utara 11 Tabel 2.1 Gelang Resistor Resitansi dibaca dari warna gelang yang paling depan ke arah gelang toleransi berwarna coklat, emas, atau perak. Biasanya warna gelang toleransi ini berada pada bahan resistor yang paling pojok atau juga dengan lebar yang lebih menonjol, sedangkan warna gelang yang keempat agak sedikit ke dalam. Dengan demikian pemakai sudah langsung mengetahui berapa toleransi dari resitor tersebut. Kalau anda WARNA GELANG I GELANG II GELANG III GELANG IV Hitam 1 - Coklat 1 1 10 - Merah 2 2 100 - Jingga 3 3 1000 - Kuning 4 4 10000 - Hijau 5 5 100000 - Biru 6 6 1000000 - Violet 7 7 10000000 - Abu-abu 8 8 100000000 - Putih 9 9 1000000000 - Emas - - 0,1 5 Perak - - 0,01 10 Tanpa Warna - - - 20 Universitas Sumatera Utara 12 telah bisa menentukan mana gelang pertama selanjutnya adalah membaca nilai resistansinya.

2.3.2 Variabel Resistor

Untuk kelas resistor yang kedua ini terdapat 2 tipe. Untuk tipe pertama dinamakan variable resistor dan nilainya dapat diubah sesuai keinginan dengan mudah dan sering digunakan untuk pengaturan volume, bass, balance, dll. Sedangkan yang kedua adalah semi-fixed resistor. Nilai dari resistor ini biasanya hanya diubah pada kondisi tertentu saja. Contoh penggunaan dari semi-fixed resistor adalah tegangan referensi yang digunakan untuk ADC, fine tune circuit, dll. Ada beberapa model pengaturan nilai Variable resistor, yang sering digunakan adalah dengan cara nya terbatas sampai 300 derajat putaran. Ada beberapa model variable resistor yang harus diputar berkali – kali untuk mendapatkan semua nilai resistor. Model ini dinamakan “Potentiometers” atau “Trimmer Potentiometers”. Gambar 2.4 Potensiometer Universitas Sumatera Utara 13 Pada gambar di atas untuk bentuk 3 biasanya digunakan untuk volume kontrol. Bentuk yang ke 2 merupakan semi fixed resistor dan biasanya di pasang pada PCB Printed Circuit Board. Sedangkan bentuk 1 dpotentiometers. Ada 3 tipe didalam perubahan nilai dari resistor variabel, perubahan tersebut dapat dilihat pada gambar dibawah ini: Gambar 2.5 Grafik Perubahan nilai pada potensiometer Pada saat tipe A diputar searah jarum jam, awalnya perubahan nilai resistansi lambat tetapi ketika putarannya mencapai setengah atau lebih nilai perubahannya menjadi sangat cepat. Tipe ini sangat cocok dengan karakteristik telinga manusia. Karena telinga sangat peka ketika membedakan suara dengan volume yang lemah, tetapi tidak terlalu sensitif untuk membedakan perubahan suara yang keras. Biasanya tipe A ini juga disebut sebagai “Audio Taper” potensiometer. Untuk tipe B perubahan resistansinya adalah linier dan cocok digunakan untuk Aplikasi Balance Control, resistance value adjustment in circuit, dll. Sedangkan untuk tipe C perubahan resistansinya kebalikan dati tipe A. Universitas Sumatera Utara 14

2.4 Kapasitor

Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki elektroda metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutup positif karena terpisah oleh bahan elektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini “tersimpan” selama tidak ada konduktif pada ujung- ujung kakinya. Di alam bebas phenomena kapasitor terjadi pada saat terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif diawan. dielektrik Elektroda Elektroda Gambar 2.6 Skema kapasitor. Kapasitor merupakan komponen pasif elektronika yang sering dipakai didalam merancang suatu sistem yang berfungsi untuk mengeblok arus DC, Filter, dan penyimpan energi listrik. Didalamnya 2 buah pelat elektroda yang saling berhadapan dan dipisahkan oleh sebuah insulator. Sedangkan bahan yang digunakan sebagai insulator dinamakan dielektrik. Ketika kapasitor diberikan tegangan DC maka energi listrik disimpan pada tiap elektrodanya. Selama kapasitor melakukan pengisian, arus Universitas Sumatera Utara 15 mengalir. Aliran arus tersebut akan berhenti bila kapasitor telah penuh. Yang membedakan tiap - tiap kapasitor adalah dielektriknya. Berikut ini adalah jenis– jenis kapasitor yang dipergunakan dalam perancangan ini.

2.4.1 Electrolytic Capacitor ELCO

Elektroda dari kapasitor ini terbuat dari alumunium yang menggunakan membrane oksidasi yang tipis. Karakteristik utama dari Electrolytic Capacitor adalah perbedaan polaritas pada kedua kakinya. Dari karakteristik tersebut kita harus berhati– hati di dalam pemasangannya pada rangkaian, jangan sampai terbalik. Bila polaritasnya terbalik maka akan menjadi rusak bahkan “MELEDAK”. Biasanya jenis kapasitor ini digunakan pada rangkaian power supply. Kapasitor ini tidak bisa digunakan pada rangkaian frekuensi tinggi. Biasanya tegangan kerja dari kapasitor dihitung dengan cara mengalikan tegangan catu daya dengan 2. Misalnya kapasitor akan diberikan catu dayadengan tegangan 5 Volt, berarti kapasitor yang dipilih harus memiliki tegangan kerja minimum 2 x 5 = 10 Volt. Gambar 2.7 Electrolytic Capacitor ELCO Universitas Sumatera Utara 16

2.4.2 Ceramic Capacitor

Kapasitor menggunakan bahan titanium acid barium untuk dielektriknya. Karena tidak dikonstruksi seperti koil maka komponen ini dapat digunakan pada rangkaian frekuensi tinggi. Biasanya digunakan untuk melewatkan sinyal frekuensi tinggi menuju ke ground. Kapasitor ini tidak baik digunakan untuk rangkaian analog, karena dapat mengubah bentuk sinyal. Jenis ini tidak mempunyai polaritas dan hanya tersedia dengan nilai kapasitor yang sangat kecil dibandingkan dengan kedua kapasitor diatas. Gambar 2.8 Ceramic Capacitor

2.4.3 Nilai Kapasitor

Untuk mencari nilai dari kapasitor biasanya dilakukan dengan melihat angkakode yang tertera pada badan kapasitor tersebut. Untuk kapasitor jenis elektrolit memang mudah, karena nilai kapasitansinya telah tertera dengan jelas pada tubuhnya. Sedangkan untuk kapasitor keramik dan beberapa jenis yang lain nilainya dikodekan. Biasanya kode tersebut terdiri dari 4 digit, dimana 3 digit pertama merupakan angka dan digit terakhir berupa huruf yang menyatakan toleransinya. Untuk 3 digit pertama angka yang terakhir berfungsi untuk menentukan 10n, nilai n dapat dilihat pada tabel dibawah ini. Universitas Sumatera Utara 17 Tabel 2.2 Nilai Kapasitor Misalnya suatu kapasitor pada badannya tertulis kode 474J, berarti nilai kapasitansinya adalah 47 + 104 = 470.000 pF = 0.47µF sedangkan toleransinya 5. Yang harus diingat didalam mencari nilai kapasitor adalah satuannya dalam pF Pico Farad.

2.5 Transistor

Transistor adalah komponen elektronika yang mempunyai tiga buah terminal. Terminal itu disebut emitor, basis, dan kolektor. Transistor seakan-akan dibentuk dari penggabungan dua buah dioda. Dioda satu dengan yang lain saling digabungkan dengan cara menyambungkan salah satu sisi dioda yang senama. Dengan cara penggabungan seperti dapat diperoleh dua buah dioda sehingga menghasilkan transistor NPN. Bahan mentah yang digunakan untuk menghasilkan bahan N dan bahan P adalah silikon dan germanium. Oleh karena itu, dikatakan : 1. Transistor germanium PNP 2. Transistor silikon NPN 3. Transistor silikon PNP Universitas Sumatera Utara 18 4. Transistor germanium NPN Semua komponen di dalam rangkaian transistor dengan simbol. Anak panah yang terdapat di dalam simbol menunjukkan arah yang melalui transistor. Gambar 2.9 Simbol tipe transistor Keterangan : C = kolektor E = emiter B = basis Didalam pemakaiannya transistor dipakai sebagai komponen saklar switching dengan memanfaatkan daerah penjenuhan saturasi dan daerah penyumbatan cut off yang ada pada karakteristik transistor. Pada daerah penjenuhan nilai resistansi persambungan kolektor emiter secara ideal sama dengan nol atau kolektor dan emiter terhubung langsung short. Keadaan ini menyebabkan tegangan kolektor emiter V CE = 0 Volt pada keadaan ideal, tetapi pada kenyataannya V CE bernilai 0 sampai 0,3 Volt. Dengan menganalogikan transistor sebagai saklar, transistor tersebut dalam keadaan on seperti pada gambar dibawah ini: C B E C B E NPN PNP Universitas Sumatera Utara 19 Gambar 2.10 Transistor sebagai Saklar ON Saturasi pada transistor terjadi apabila arus pada kolektor menjadi maksimum dan untuk mencari besar arus basis agar transistor saturi adalah : Rc Vcc I max  ……………………………………………..…………….2.1 Rc Vcc I . hfe B  ………………………………………….…………….2.2 Rc . hfe Vcc I B  ………………………………………………………….2.3 Hubungan antara tegangan basis V B dan arus basis I B adalah : B BE B B R V V I   ………………………………………………2.4 V B =I B. R B +V BE… ……………………………………………2.5 BE B B V Rc . hfe R . Vcc V   ...………………………………………2.6 Jika tegangan V B telah mencapai BE B B V Rc . hfe R . Vcc V   , maka transistor akan saturasi, dengan Ic mencapai maksimum. Saklar On Vcc Vcc I C R R B V B I B V BE V CE Universitas Sumatera Utara 20 Gambar dibawah ini menunjukkan apa yang dimaksud dengan V CE sat adalah harga V CE pada beberapa titik dibawah knee dengan posisi tepatnya ditentukan pada lembar data. Biasanya V CE sat hanya beberapa perpuluhan volt, walaupun pada arus kolektor sangat besar bisa melebihi 1 volt. Bagian dibawah knee pada gambar dibawah ini dikenal sebagai daerah saturasi. Gambar 2.11 Karakteristik daerah saturasi pada transistor Pada daerah penyumbatan,nilai resistansi persambungan kolektor emiter secara ideal sama dengan tak terhitung atau terminal kolektor dan emiter terbuka open. Keadaan ini menyebabkan tegangan V CB sama dengan tegangan sumber Vcc. Tetapi pada kenyataannya Vcc pada saat ini kurang dari Vcc karena terdapat arus bocor dari kolektor ke emiter. Dengan menganalogikan transistor sebagai saklar, transistor tersebut dalam keadaan off seperti gambar dibawah ini. Cut off I B I B sat I B = I B sat I B Penjenuhan saturation I C Rc Vcc I B = 0 V CE Universitas Sumatera Utara 21 Gambar 2.12 Transistor Sebagai Saklar OFF Keadaan penyumbatan terjadi apabila besar tegangan habis V B sama dengan tegangan kerja transistor V BE sehingga arus basis I B = 0 maka : hfe I I C B  ……………………………………………………………..2.6 I C = I B . hfe ….………………………………………………………2.7 I C = 0 . hfe ………..…………………………………………………2.8 I C = 0 ………………………………………………………………..2.9 Hal ini menyebabkan V CE sama dengan Vcc dapat dibuktikan dengan rumus : Vcc = Vc + V CE …………..……………………………………..2.10 V CE = Vcc – Ic . Rc…..………………………………………..2.11 V CE = Vcc …..…………………………………………………2.12 Saklar Off Vcc Vcc I C R R B V B I B V BE V CE Universitas Sumatera Utara 22

2.6 Relay