Elektronika Dasar - Dioda Optoelektronik

Ini adalah dioda yang dioperasikan dengan cahaya. Kata “Opto” artinyaLight. Ada jenis konduksi yang bergantung pada intensitas cahaya dan jenis lain yang konduksi memberikan cahaya. Setiap tipe memiliki aplikasinya masing-masing. Mari kita bahas jenis yang menonjol di antara yang ini.

Beberapa dioda bekerja sesuai dengan intensitas cahaya yang menimpanya. Ada dua jenis dioda utama dalam kategori ini. Mereka adalah dioda Foto dan sel surya.

Foto Diode

Photo diode, sesuai dengan namanya, merupakan sambungan PN yang bekerja pada cahaya. Intensitas cahaya mempengaruhi tingkat konduksi di dioda ini. Dioda foto memiliki bahan tipe P dan bahan tipe-N denganintrinsic materi atau a depletion region diantara.

Dioda ini umumnya dioperasikan reverse biaskondisi. Cahaya ketika difokuskan pada daerah penipisan, pasangan lubang elektron terbentuk dan aliran elektron terjadi. Konduksi elektron ini tergantung pada intensitas cahaya yang difokuskan. Gambar di bawah ini menunjukkan dioda Foto praktis.

Gambar di bawah ini menunjukkan simbol dioda.

Ketika dioda terhubung dalam bias balik, arus saturasi balik kecil mengalir karena pasangan lubang elektron yang dihasilkan secara termal. Karena arus dalam arus bias balik mengalir karena pembawa minoritas, tegangan keluaran bergantung pada arus balik ini. Ketika intensitas cahaya yang difokuskan pada persimpangan meningkat, aliran arus karena pembawa minoritas meningkat. Gambar berikut menunjukkan pengaturan bias dasar dari dioda foto.

Dioda Foto dikemas dalam kemasan kaca untuk memungkinkan cahaya jatuh ke atasnya. Untuk memfokuskan cahaya tepat pada daerah penipisan dioda, lensa ditempatkan di atas persimpangan, seperti yang digambarkan di atas.

Bahkan saat tidak ada cahaya, sejumlah kecil arus mengalir yang disebut sebagai Dark Current. Dengan mengubah tingkat iluminasi, arus balik dapat diubah.

Keuntungan dari dioda Foto

Dioda foto memiliki banyak keunggulan seperti -

• Kebisingan rendah
• Keuntungan tinggi
• Operasi kecepatan tinggi
• Sensitivitas tinggi terhadap cahaya
• Biaya rendah
• Ukuran kecil
• Seumur hidup

Aplikasi dioda Foto

Ada banyak aplikasi untuk dioda foto seperti -

• Deteksi karakter
• Objek dapat dideteksi (terlihat atau tidak terlihat).
• Digunakan di sirkuit yang membutuhkan stabilitas dan kecepatan tinggi.
• Digunakan dalam Demodulasi
• Digunakan dalam sirkuit switching
• Digunakan di Encoder
• Digunakan dalam peralatan komunikasi optik

Dioda lain dari jenis tersebut adalah sel surya. Ini disebut sebagai sel meskipun itu adalah dioda. Mari kita bahas detailnya.

Sel Surya

Dioda yang bergantung pada cahaya termasuk sel surya, yang merupakan dioda PN-junction normal tetapi memiliki konduksi oleh aliran foton yang diubah menjadi aliran elektron. Ini mirip dengan dioda foto tetapi memiliki tujuan lain untuk mengubah cahaya insiden maksimum menjadi energi dan menyimpannya.

Gambar di bawah ini melambangkan simbol sel surya.

Sel surya memiliki nama dan simbol yang menunjukkan penyimpanan energi meskipun itu adalah dioda. Fitur mengekstraksi lebih banyak energi dan menyimpannya terkonsentrasi di sel surya.

Pembangunan sel surya

Dioda persimpangan PN dengan bahan intrinsik di daerah penghapusan dibuat untuk dikemas dalam gelas. Cahaya dibuat untuk menerangi area semaksimal mungkin dengan kaca tipis di bagian atas sehingga dapat mengumpulkan cahaya maksimum dengan hambatan minimum.

Gambar berikut menunjukkan konstruksi sel surya.

Ketika cahaya mengenai sel surya, foton dalam cahaya bertabrakan dengan elektron valensi. Elektron diberi energi untuk meninggalkan atom induk. Jadi aliran elektron dihasilkan dan arus ini berbanding lurus dengan intensitas cahaya yang difokuskan ke sel surya. Fenomena ini disebut sebagaiPhoto-Voltaic effect.

Gambar berikut menunjukkan bagaimana sel surya terlihat dan bagaimana sejumlah sel surya bersama-sama dibuat untuk membentuk panel surya.

Perbedaan antara dioda foto dan sel surya

Photo Diode bekerja lebih cepat dan berkonsentrasi pada peralihan daripada menyediakan lebih banyak daya pada keluaran. Ini memiliki nilai kapasitansi rendah karena ini. Juga area kejadian energi cahaya lebih rendah di dioda Foto, menurut aplikasinya.

Sel surya berkonsentrasi pada penghantaran energi keluaran tinggi dan penyimpanan energi. Ini mempunyaihigh capacitancenilai. Pengoperasiannya sedikit lebih lambat daripada dioda foto. Menurut tujuan dari sel surya, luas kejadian cahaya lebih besar dari pada dioda foto.

Aplikasi Solar Cell

Ada banyak aplikasi untuk sel surya seperti -

Science and Technology

• Digunakan dalam panel Surya untuk Satelit
• Digunakan dalam telemetri
• Digunakan dalam sistem pencahayaan jarak jauh dll.

Commercial Use

• Digunakan dalam panel surya untuk penyimpanan listrik
• Digunakan dalam catu daya portabel dll.
• Digunakan untuk keperluan rumah tangga seperti memasak dan memanaskan menggunakan energi matahari

Electronic

• Watches
• Calculators
• Mainan Elektronik, dll.

Beberapa dioda memancarkan cahaya sesuai dengan tegangan yang diterapkan. Ada dua jenis dioda utama dalam kategori ini. Mereka adalah LED dan dioda Laser.

LED (Dioda Pemancar Cahaya)

Yang ini adalah dioda paling populer yang digunakan dalam kehidupan kita sehari-hari. Ini juga merupakan dioda persimpangan PN normal kecuali bahwa sebagai pengganti silikon dan germanium, bahan seperti galium arsenida, galium arsenida fosfida digunakan dalam konstruksinya.

Gambar di bawah ini menunjukkan simbol dioda pemancar cahaya.

Seperti dioda persimpangan PN normal, ini terhubung dalam kondisi bias maju sehingga dioda bekerja. Konduksi terjadi di LED ketika elektron bebas di pita konduksi bergabung dengan lubang di pita valensi. Proses rekombinasi ini memancarkanlight. Proses ini disebut sebagaiElectroluminescence. Warna cahaya yang dipancarkan bergantung pada celah antara pita energi.

Bahan yang digunakan juga mempengaruhi warna seperti, galium arsenida fosfida memancarkan merah atau kuning, galium fosfida memancarkan merah atau hijau dan galium nitrat memancarkan cahaya biru. Sedangkan gallium arsenide memancarkan sinar infra merah. LED untuk cahaya Inframerah yang tidak terlihat sebagian besar digunakan dalam remote control.

Gambar berikut menunjukkan tampilan praktis LED dari berbagai warna.

LED pada gambar di atas memiliki sisi yang datar dan sisi yang melengkung, kabel pada sisi yang datar dibuat lebih pendek dari pada yang lain, sehingga menandakan bahwa yang lebih pendek adalah Cathode atau terminal negatif dan yang lainnya Anode atau terminal Positif.

Struktur dasar LED seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas, saat elektron melompat ke dalam lubang, energinya menghilang secara spontan dalam bentuk cahaya. LED adalah perangkat yang bergantung saat ini. Intensitas lampu keluaran tergantung pada arus yang melalui dioda.

Keuntungan LED

Ada banyak keunggulan LED seperti -

• Efisiensi tinggi
• Kecepatan tinggi
• Keandalan tinggi
• Disipasi panas rendah
• Rentang hidup yang lebih besar
• Biaya rendah
• Mudah dikontrol dan diprogram
• Tingkat kecerahan dan intensitas tinggi
• Persyaratan tegangan dan arus rendah
• Lebih sedikit kabel yang dibutuhkan
• Biaya perawatan rendah
• Tidak ada radiasi UV
• Efek Pencahayaan Instan

Aplikasi LED

Ada banyak aplikasi untuk LED seperti -

In Displays

• Khusus digunakan untuk tampilan tujuh segmen
• Jam digital
• Oven microwave
• Pensinyalan lalu lintas
• Papan pajangan di rel kereta api dan tempat umum
• Toys

In Electronic Appliances

• Tuner stereo
• Calculators
• Catu daya DC
• Indikator On / Off di amplifier
• Indikator daya

Commercial Use

• Mesin yang dapat dibaca inframerah
• Pembaca barcode
• Tampilan video solid state

Optical Communications

• Dalam aplikasi switching Optik
• Untuk sambungan Optik di mana bantuan manual tidak tersedia
• Transfer informasi melalui FOC
• Sirkuit penginderaan gambar
• Alarm pencuri
• Dalam teknik persinyalan Kereta Api
• Pintu dan sistem kontrol keamanan lainnya

Sama seperti LED memiliki banyak keunggulan dan aplikasi, ada dioda penting lainnya yang disebut dioda Laser, yang juga memiliki banyak fitur dan ruang lingkup masa depan. Mari kita bahas tentang dioda Laser.

Dioda Laser

Laser Diode adalah dioda populer lainnya untuk jenisnya. Ini adalah dioda optik yang memancarkan cahaya tetapi dengan proses yang distimulasi. NamaLASER menyiratkan Light Amplification oleh Sberjangka waktu Emisi dari Radiation.

Emisi yang Dirangsang

Ini adalah dioda PN-junction yang aksinya dimulai ketika ada sinar cahaya di atasnya. Dengan sinar cahaya, ketika foton bertubrukan pada atom, atom menjadi tereksitasi dan mencapai tingkat atas yang dapat disebut sebagaiHigher Energy Level.

Atom ketika bergeser dari tingkat energi yang lebih tinggi ke a Lower Energy Level, itu rilis two photons yang mana similar in characteristics ke foton insiden dan masuk equal phaseuntuk itu. Proses ini disebut sebagaiStimulated Emission. Sebuah atom umumnya dapat tetap dalam keadaan tereksitasi ini selama10^-8 secs waktu.

Jadi, proses di atas menetapkan prinsip dioda laser.

Prinsip Dioda Laser

Setiap kali foton mengenai atom, atom itu tereksitasi dari tingkat energi yang lebih rendah ke tingkat energi yang lebih tinggi dan dua foton dilepaskan dalam proses ini. Sebenarnya, sebuah atom umumnya dapat bertahan dalam keadaan tereksitasi ini selama10^-8detik waktu. Jadi, untuk mencapai amplifikasi, selama proses eksitasi ini, atom dibuat untuk ditempatkan dalam keadaan lain yang disebutMeta Stable State yang berada di bawah tingkat energi yang lebih tinggi dan di atas tingkat energi yang lebih rendah.

Sebuah atom dapat tetap dalam keadaan stabil Meta selama 10^-3detik. Sementara atom mencapai keadaan yang lebih rendah dari ini, dua foton dilepaskan. Jika lebih banyak atom dalam keadaan tereksitasi, sebelum foton menabrak atom, maka kita memilikiLasing Effect.

Dalam proses ini, kami memiliki dua istilah untuk dipahami. Memiliki jumlah atom lebih banyak pada keadaan Meta Stabil daripada keadaan energi rendah atau keadaan dasar disebut sebagaiPopulation inversion. Kemudian energi yang memungkinkan atom untuk mengirim dari keadaan energi yang lebih rendah ke tingkat energi yang lebih tinggi untuk mencapai inversi populasi, disebut sebagaiPumping. Ini adalahOptical pumping.

Keuntungan

Ada banyak keuntungan dari dioda Laser seperti -

• Daya yang digunakan oleh dioda laser jauh lebih sedikit
• Kecepatan pengalihan ON / OFF yang lebih tinggi
• Lebih Ringkas
• Lebih murah
• Mereka lebih murah daripada generator laser
• Lebih sedikit kemungkinan memberikan kejutan listrik

Kekurangan

Ada beberapa kelemahan dioda Laser seperti -

• Sinar lebih berbeda dan karenanya kualitasnya tidak begitu baik
• Waktu hidup mereka lebih sedikit dibandingkan dengan LED.
• Rawan kerusakan selama pasokan listrik tidak stabil

Aplikasi

Ada banyak aplikasi dioda Laser seperti -

• Digunakan sebagai pompa-laser dan laser benih

• Digunakan dalam perangkat penyimpanan data optik

• Digunakan dalam printer laser dan mesin faks laser

• Digunakan dalam laser pointer

• Digunakan dalam pembaca kode batang

• Mereka digunakan dalam drive DVD dan CD

• Digunakan dalam teknologi HD DVD dan BLU RAY

• Memiliki banyak keperluan industri seperti heat treatment, cladding, seam welding dll.

• Telah banyak digunakan dalam teknologi komunikasi seperti data linking dan transmisi.

Setelah melalui semua ini, mari kita coba memahami beberapa istilah.

Komponen

• Komponen adalah elemen dasar individu elektronik.
• Mereka memiliki sifat yang berbeda sehubungan dengan konstruksinya.
• Setiap komponen memiliki aplikasi yang berbeda.

Ex - Resistor, Kapasitor, Diode dll.

Sirkuit

• Sirkuit adalah jaringan dari berbagai komponen
• Komponen di sirkuit secara keseluruhan, bertahan untuk tujuan yang dimaksudkan.
• Jika rangkaian harus aktif, harus mengandung sumber listrik.

Ex - sirkuit clipper dan penjepit, sirkuit amplifier, sirkuit relay, dll.

Alat

• Perangkat adalah peralatan yang terdiri dari sirkuit yang berbeda.

• Semua sirkuit di perangkat membantunya berfungsi untuk memenuhi tujuannya.

• Sebuah perangkat dapat digunakan untuk mengukur sinyal, menghasilkan sinyal, mengontrol hasil atau melindungi sirkuit dan sebagainya.

Ex - CRO, Generator fungsi, dll.

Perangkat Solid State

Sebelumnya kami memiliki tabung vakum, yang bekerja berdasarkan prinsip termionik dan diisi dengan ruang hampa di dalamnya. Ukurannya lebih besar dari komponen saat ini. Tabung vakum ini diganti dengan perangkat semikonduktor, yang juga disebut sebagaiSolid state devices.

Perangkat Aktif

Perangkat (atau tepatnya komponen) yang dapat mengontrol aliran arus dapat disebut sebagai Perangkat Aktif.

• Mereka membutuhkan beberapa catu daya input untuk masuk ke konduksi.
• Kerja komponen ini menentukan perilaku rangkaian.

Ex - Tabung vakum, dioda, transistor, SCR

Perangkat Pasif

Perangkat (atau tepatnya komponen) yang tidak dapat mengontrol aliran arus dapat disebut sebagai Perangkat Pasif.

• Mereka tidak membutuhkan catu daya input untuk bekerja.
• Kerja komponen ini sedikit mengubah perilaku rangkaian.

Ex - Resistor, Kapasitor, Induktor dll.

Doping

Proses penambahan elektron atau pembuatan lubang untuk mengubah karakteristik bahan semikonduktor, baik dengan membuat lebih positif atau dengan membuat lebih negatif dapat dipahami sebagai Doping.

Aplikasi dioda mencakup banyak rangkaian mulai dari rangkaian clipper dan penjepit, yang akan dibahas dalam tutorial SIRKUIT ELEKTRONIK.