34 elektrik di mana media aktifnya dibentuk oleh P-N junction semikonduktor yang
sama ditemukan pada LED. Laser diode bekerja ketika P-N junction mendapat arus listrik. Ketika
kedua bagian tersebut mendapatkan arus, semikonduktor P mengasilkan hole, sedangkan semikonduktor N menghasilkan elektron. Hole dan elektron ini akan
saling bertemu pada celah di bagian tengan P-N junction dan akan melepaskan foton. Pada celah di bagian tengah dari P-N junction dilapisi oleh bahan kaca yang
mampu memenjarakan foton. Ketika berada di celah P-N junction, foton akan memantul ke atas dan ke
bawah pada dinding kaca dan mengakibatkan lepasnya foton lain ke dalam celah tersebut. Foton-foton yang terlepas tersebut akan memiliki fase polarisasi dan arah
yang sama dengan foton yang pertama kali terlepas. Pemantulan foton ini akan terus berlanjut hingga seluruh celah dari P-N junction terisi penuh oleh foton.
Ketika celah pada P-N junction penuh, maka sebagian sinar laser akan dilepaskan menuju photodioda yang ada di belakang untuk mengatur tegangan yang
dibutuhkan oleh laser diode, sedangkan sebagian sinar laser akan dipancarkan ke bagian depan
http:repository.usu.ac.idbitstream123456789226863Chapter20II.pdf.
4. Rangkaian Pengkondisi Sinyal Sensor
Rangkaian pengkondisi sinyal fotodiode ini terdiri dari resistor, kapasitor, dan IC op-amp TL072 yang berfungsi sebagai pengkondisi sinyal yang masuk ke
rangkaian.
35 Sensor cahaya yang digunakan untuk mendeteksi intensitas cahaya yang
masuk fiber optik adalah fotodiode. Fotodiode berbeda dengan dioda biasa. Jika fotodiode persambungan P-N bertegangan balik disinari, maka arus akan berubah
secara linier dengan kenaikan fluks cahaya yang dikenakan pada persambungan tersebut. Berdasarkan hal tersebut dapat dibuat alat untuk mendeteksi intensitas
cahaya dengan memanfaatkan karakteristik fotodiode sebagai salah satu alternatif pendeteksi intensitas cahaya Rahadiyanti Ayu Kholilah, 2013.
Gambar 14. Fotodiode
Pengkondisi sinyal digunakan untuk penggunaan sinyal keluaran sensor sehingga dapat diolah dengan baik pada tahapan berikutnya seperti rangkaian
mikrokontroler dan sebagainya. Pengkondisi sinyal dalam sistem instrumentasi dapat berupa rangkaian penguat, penjumlah, pengurang, filter, atau bisa berupa
gabungan dari beberapa rangkaian tersebut. Penguat Op-amp merupakan rangkaian terpadu yang dikemas dalam satu
IC. Umumnya kaki-kaki IC dari op-amp terdiri atas input membalik atau inverting input -, input tak membalik atau non-inverting input +, output offset, dan catu
daya. Konfigurasi kaki-kaki IC TL072 yang digunakan sebagai pengkondisi sinyal fotodiode ditunjukkan pada gambar 15.
36 Gambar 15. Konfigurasi pin IC TL072
Rangkaian Transimpedance Amplifier TIA merupakan jenis rangkaian yang mampu mengubah energi cahaya ke dalam bentuk tegangan. Pada rangkaian
ini, fotodiode digunakan untuk menangkap energi cahaya dan mengubahnya ke dalam arus yang lemah. Arus tersebut bersifat proporsional dengan tingkat
pencahayaan dari sumber cahaya. Kemudian sebuah pre-amplifier akan mengubah arus fotodiode ke dalam bentuk tegangan. Transimpedansi amplifier dapat
dibedakan menjadi dua mode, yakni mode photovoltaic dan mode fotokonduktif. Fotodioda yang dikonfigurasikan ke dalam mode photovoltaic memiliki
tegangan bias nol tidak disambungkan dengan sumber tegangan. Dalam mode ini, respon cahaya terhadap arus dimaksimalkan untuk sensitivitas cahaya dan
linearitas. Sedangkan untuk fotodiode yang dikonfigurasikan ke dalam mode fotokonduktif memiliki tegangan bias balik. Dalam mode ini, fotodioda
dioptimalkan untuk respon yang cepat terhadap sumber cahaya. Aplikasi tersebut sangat ideal jika digunakan dalam saluran komunikasi digital
http:ww1.microchip.comdownloadsenAppNotes00692b.pdf, 2004
dalam Nur Taufik Zamari, 2014:25.
37 Gambar 16. Rangakaian Transimpedance Amplifier sebagai rangkaian pengondisi
sinyal fotodiode Keterangan gambar:
V
IN
= Tegangan Sumber I
P
= Arus fotodiode C
F
= Kapasitor referensi R
F
= Resistor referensi V
OUT
= Tegangan keluaran Pada Gambar 16 terlihat bahwa fotodiode dikonfigurasikan pada mode
photovoltaic. Ketika cahaya menyinari fotodiode, hal ini menyebabkan arus diode mengalir dari katoda ke anoda. Karena impedansi masukan dari inverting input
op-amp sangat tinggi, arus yang dihasilkan oleh fotodiode akan mengalir melalui resistor feedback R
F .
Ogata 1996:124 menjelaskan analisis dari sebuah rangkaian listrik yang mempunyai penguat operasional. Seperti halnya rangkaian gambar 16 dapat
digambarkan arus-arus yang mengalir dalam rangkaian seperti pada Gambar 17.
38 Gambar 17. Arus-arus yang mengalir ke dalam rangkaian pengkondisi sinyal
fotodiode Misalkan dari Gambar 17 ditentukan arus-arus yang mengalir dalam
rangkaian sebagai berikut
�
; ;
; 2-20
Arus yang mengalir ke dalam op-amp dapat diabaikan, sehingga 2-21
Jadi
�
2-22 Karena
̇ sehingga
�
2-23 Dengan memakai transformasi Laplace terhadap persamaan 2-23 dan
menganggap keadaan awal sama dengan nol, diperoleh
i
1
i
2
i
3
e
i
e
o
39
�
� �
2-24 Atau dapat ditulis
2-25 Menggunakan pendekatan impedansi dapat diterapkan terhadap rangkaian
op-amp untuk memperoleh fungsi alihnya. Untuk rangkaian yang ditunjukkan dalam Gambar 17, diperoleh
�
� � ; � �
� � 2-26
Gambar 18. Rangkaian penguat operasional Jadi, fungsi transfer untuk rangkaian pengkondisi sinyal fotodiode adalah
� �
2-27
5. Mikrokontroler Arduino
