Sensor Sensor Optik

SENSOR – SENSOR OPTIK

1. Sensor Opticoupler

Optocoupler adalah komponen elektronika yang berfungsi sebagai penghubung berdasarkan cahaya optik. Dalam Dunia Elektronika, Optocoupler juga dikenal dengan sebutan Opto-isolator, Photocoupler atau Optical Isolator.

Optocoupler sendiri terdiri dari dua bagian, yaitu transmitter (pengirim) dan receiver (penerima). Optocoupler merupakan gabungan dari LED infra merah dengan fototransistor yang terbungkus menjadi satu chips. Led infra merah yang terdapat pada optocoupler akan mengeluarkan panjang gelombang sekitar 0.9 mikrometer.

Pada prinsipnya, Optocoupler dengan kombinasi LED-Phototransistor adalah Optocoupler yang terdiri dari sebuah komponen LED (Light Emitting Diode) yang memancarkan cahaya infra merah (IR LED) dan sebuah komponen semikonduktor yang peka terhadap cahaya (Phototransistor) sebagai bagian yang digunakan untuk mendeteksi cahaya infra merah yang dipancarkan oleh IR LED. Untuk lebih jelas mengenai Prinsip kerja Optocoupler, silakan lihat rangkaian internal komponen Optocoupler dibawah ini :

Dari gambar tersebut dapat dijelaskan bahwa Arus listrik yang mengalir melalui IR LED akan menyebabkan IR LED memancarkan sinyal cahaya Infra merahnya. Intensitas Cahaya tergantung pada jumlah arus listrik yang mengalir pada IR LED tersebut. Kelebihan Cahaya Infra Merah adalah pada ketahanannya yang lebih baik jika dibandingkan dengan Cahaya yang tampak. Cahaya Infra Merah tidak dapat dilihat dengan mata telanjang.

Cahaya Infra Merah yang dipancarkan tersebut akan dideteksi oleh Phototransistor dan menyebabkan terjadinya hubungan atau Switch ON pada Phototransistor. Prinsip kerja Phototransistor hampir sama dengan Transistor Bipolar biasa, yang membedakan adalah Terminal Basis (Base) Phototransistor merupakan penerima yang peka terhadap cahaya.

2. Solar Cell sambungan P – N 

Sel Surya atau Solar Cell adalah suatu perangkat atau komponen yang dapat mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik dengan menggunakan prinsip efek Photovoltaic. Yang dimaksud dengan Efek Photovoltaic adalah suatu fenomena dimana munculnya tegangan listrik karena adanya hubungan atau kontak dua elektroda yang dihubungkan dengan sistem padatan atau cairan saat mendapatka energi cahaya.

Prinsip kerjanya, sinar matahari terdiri dari partikel sangat kecil yang disebut dengan foton. Ketika terkena sinar matahari, foton yang merupakan partikel sinar matahari tersebut meghantam atom semikonduktor silikon sel surya sehingga menimbulkan energi yang cukup besar untuk memisahkan elektron dari struktur atomnya. Elektron yang terpisah dan bermuatan negatif (-) tersebut akan bebas bergerak pada daerah pita konduksi dari material semikonduktor. Atom yang kehilangan elektron tersebut akan terjadi kekosongan pada strukturnya, kekosongan tersebut dinamakan dengan “hole” dengan muatan positif (+). Daerah semikonduktor dengan elektron bebas ini bersifat negatif dan bertindak sebagai pendonor elektron, daerah semikonduktor ini disebut dengan semikonduktor tipe n (n-type). Sedangkan daerah semikonduktor dengan hole bersifat positif dan bertindak sebagai penerima (acceptor) elektron yang dinamakan dengan semikonduktor tipe p (p-type).

Di persimpangan daerah positif dan negatif (pn junction), akan menimbulkan energi yang mendorong elektron dan hole untuk bergerak ke arah yang berlawanan. Elektron akan bergerak menjauhi daerah negatif sedangkan hole akan bergerak menjauhi daerah positif. Ketika diberikan sebuah beban berupa lampu maupun perangkat listrik lainnya di persimpangan positif dan negatif (pn junction) ini, maka akan menimbulkan arus listrik.

Beberapa pengaplikasian solar cell dalam kehidupan sehari – hari dapat kita jumpai pada lampu penerangan jalan, lampu lalu lintas, mobil surya, pembangkit listrik, dll.

3. Fotodioda

Fotodioda merupakan komponen aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan tergolong dalam keluarga dioda. Seperti dioda pada umumnya, fotodioda atau fotodioda ini memiliki dua kaki terminal yaitu kaki terminal katoda dan kaki terminal anoda, namun dioda foto memiliki lensa dan filter optik yang terpasang dipermukaannya sebagai pendeteksi cahaya.

Bahan yang diperlukan untuk membuat Fotodioda dan rentang panjang gelombang spektrum elektromagnetik meliputi:

• Untuk bahan silikon, rentang panjang gelombang spektrum elektromagnetik adalah (190-1100) nm
• Untuk material Germanium, rentang panjang gelombang spektrum elektromagnetik adalah (400-1700) nm
• Untuk bahan Indium gallium arsenide, rentang panjang gelombang spektrum elektromagnetik adalah (800-2600) nm
• Untuk bahan timbal (II) sulfida, rentang panjang gelombang spektrum elektromagnetik akan <1000-3500) nm
• Untuk Merkurius, bahan cadmium Telluride, rentang panjang gelombang spektrum elektromagnetik adalah (400-14000) nm

Karena celah pita mereka yang lebih baik, Fotodioda berbasis Si menghasilkan noise yang lebih rendah daripada Fotodioda berbasis Ge.

Prinsip kerja dari Fotodioda adalah, ketika foton energi yang banyak menyerang dioda, itu membuat beberapa lubang (holes) dan elektron. Mekanisme ini juga disebut sebagai efek fotolistrik dalam. Jika penyerapan muncul di persimpangan daerah penipisan, maka pembawa dihapus dari persimpangan oleh medan listrik inbuilt dari daerah penipisan.

Oleh karena itu, holes di wilayah itu bergerak ke arah anoda, dan elektron bergerak ke arah katoda, dan arus foto akan dihasilkan. Seluruh arus melalui dioda adalah jumlah dari tidak adanya cahaya dan arus listrik. Jadi arus yang tidak ada harus dikurangi untuk memaksimalkan sensitivitas perangkat

Aplikasi fotodioda :

• Aplikasi Fotodioda 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 Fotodioda.

4. LDR (Light Dependent Resistor)

LDR (Light Dependent Resistor) adalah salah satu jenis resistor yang dapat mengalami perubahan resistansinya apabila mengalami perubahan penerimaan cahaya. Besarnya nilai hambatan pada Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) tergantung pada besar kecilnya cahaya yang diterima oleh LDR itu sendiri.

Karakteristik LDR terdiri dari dua macam yaitu Laju Recovery dan Respon Spektral sebagai berikut :

• Laju Recovery Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor)

Laju recovery merupakan suatu ukuran praktis dan suatu ke-naikan nilai resistansi dalam waktu tertentu. Harga ini ditulis dalam K/detik, untuk LDR tipe arus harganya lebih besar dari 200K/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 den-gan level cahaya 400 lux.

• Respon Spektral Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor)

Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) 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, aluminium, baja, emas dan perak. Dari kelima bahan tersebut tembaga merupakan penghantar yang paling banyak, digunakan karena mempunyai daya hantar yang baik.

Prinsip kerja Sensor Cahaya LDR akan berubah seiring den-gan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya atau yang ada disekitarnya. Dalam keadaan gelap resistansi LDR seki-tar 10MΩ dan dalam keadaan terang sebe-sar 1KΩ atau kurang. LDR terbuat dari ba-han semikonduktor seperti kadmium sul-fida. Dengan bahan ini energi dari cahaya yang jatuh menyebabkan lebih banyak mua-tan yang dilepas atau arus listrik meningkat. Artinya resistansi bahan telah men-galami penurunan.

Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) dapat digunakan sebagai :

·         Sensor pada rangkaian saklar cahaya

·         Sensor pada lampu otomatis

·         Sensor pada alarm brankas

·         Sensor pada tracker cahaya matahari

·         Sensor pada kontrol arah solar cell