Pengertian Photodiode Beserta Fungsi dan Prinsip Kerjanya

Baca Cepat Buka

Finoo.id – Pengertian Photodiode Beserta Fungsi dan Prinsip Kerjanya. Bagi kalian yang bekerja di bidang elektronika, pasti sudah mengenal komponen dioda. Komponen ini memiliki berbagai jenis, di mana setiap jenis dioda memiliki fungsi sendiri-sendiri.

Salah satu jenis dioda yang sering digunakan adalah photodiode, juga dikenal sebagai dioda foto. Apa sebenarnya pengertian dari komponen dioda foto ini? Untuk penjelasan yang lebih rinci, kalian dapat membaca pembahasan mengenai pengertian photodiode, bentuk, simbol, bahan semikonduktor, cara kerja, pengoptimalan, fungsi, dan prinsipnya di sini.

Pengertian Photodiode

Photodiode, atau yang disebut Dioda Foto dalam bahasa Indonesia, merupakan komponen elektronika yang dapat mengubah cahaya menjadi arus listrik.

Dioda foto ini termasuk dalam keluarga dioda dan merupakan komponen aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor.

Sama seperti dioda pada umumnya, photodiode atau dioda foto memiliki dua kaki terminal, yaitu kaki terminal katoda dan kaki terminal anoda.

Namun, dioda foto dilengkapi dengan lensa dan filter optik yang dipasang di permukaannya untuk mendeteksi cahaya.

Dioda foto dapat mendeteksi berbagai jenis cahaya, termasuk cahaya matahari, sinar inframerah, cahaya tampak, sinar-X, dan sinar ultraviolet.

Sebagai hasilnya, photodiode atau dioda foto yang mampu mendeteksi berbagai jenis cahaya ini telah banyak digunakan dalam berbagai perangkat elektronik dan listrik, seperti penghitung kendaraan, sensor kamera, scanner barcode, peralatan medis, dan peralatan keamanan.

Fungsi Photodiode

Photodiode memiliki fungsi utama sebagai sensor cahaya karena memiliki sensitivitas terhadap cahaya yang tinggi.

Sebagai hasilnya, photodiode juga memiliki berbagai fungsi lain yang dapat diterapkan dalam berbagai bidang.

Beberapa di antaranya termasuk sebagai penghitung lalu lintas kendaraan, peralatan keamanan, sensor pada robot line follower, scanner barcode, alat-alat medis, pendeteksi garis pada robot pemadam api, sensor cahaya pada kamera, dan masih banyak lagi.

Prinsip Kerja Photodiode

Komponen photodiode terdiri dari lapisan tipis semikonduktor tipe-N yang memiliki banyak elektron, dan lapisan tebal semikonduktor tipe-P yang memiliki banyak hole.

Lapisan semikonduktor tipe-N berperan sebagai katoda, sedangkan lapisan semikonduktor tipe-P berperan sebagai anoda.

Ketika photodiode terkena cahaya, foton sebagai partikel terkecil cahaya akan melewati lapisan semikonduktor tipe-N dan masuk ke lapisan semikonduktor tipe-P.

Foton-foton tersebut kemudian akan bertabrakan dengan banyak elektron yang terikat, sehingga elektron terlepas dari inti atomnya. Hal ini juga menyebabkan terbentuknya hole.

Elektron yang terlepas karena tabrakan dan berada dekat persimpangan P-N Junction akan melewati persimpangan tersebut ke sekitar lapisan semikonduktor tipe-N.

Dengan demikian, jumlah elektron pada sisi semikonduktor tipe-N akan bertambah, sementara sisi semikonduktor tipe-P akan kelebihan hole.

Pemisahan muatan negatif dan positif ini menyebabkan perbedaan potensial pada persimpangan P-N Junction.

Ketika photodiode dihubungkan ke beban atau kabel yang terhubung ke katoda (sisi semikonduktor N) dan anoda (sisi semikonduktor P), elektron akan mengalir melalui beban atau kabel tersebut, menghasilkan aliran arus listrik.

Bentuk dan Simbol Photodiode

Photodiode, juga dikenal sebagai Dioda Foto, adalah salah satu dari beberapa jenis dioda lainnya, seperti Dioda Zener, Dioda Bridge, LED, dan lain-lain. Setiap dioda memiliki bentuk dan simbolnya sendiri.

Simbol photodiode ditunjukkan dengan panah yang mengarah ke dalam (→). Jika diperhatikan dengan seksama, simbol ini mirip dengan simbol LED.

Perbedaannya terletak pada arah panahnya; panah pada LED mengarah ke luar, sementara pada photodiode mengarah ke dalam.

Hal ini disebabkan oleh karakteristik photodiode yang akan menghasilkan arus listrik ketika terkena cahaya.

Oleh karena itu, dalam pemasangannya, photodiode harus dihubungkan secara reversed-bias (terbalik).

Photodiode atau Dioda Foto memiliki dua terminal utama dalam rangkaian, yaitu:

Terminal Katoda (dibuat dari semikonduktor tipe-N)
Terminal Anoda (dibuat dari semikonduktor tipe-P)

Bahan-bahan Semikonduktor untuk Photodiode

Bahan-bahan semikonduktor umum yang digunakan dalam pembuatan photodiode adalah Germanium (Ge), Silikon (Si), Indium Gallium Arsenide (InGaAs), dan Indium Gallium Arsenide Phosphide (InGaAsP).

Setiap bahan memiliki spesifikasi dan karakteristik yang berbeda-beda. Berikut ini penjelasan lebih detail mengenai bahan-bahan semikonduktor untuk komponen dioda foto:

Silikon (Si): Memiliki arus gelap rendah, kecepatan tinggi, dan sensitivitas yang baik pada rentang panjang gelombang sekitar 400 nm hingga 1000 nm (terbaik pada rentang 800 nm hingga 900 nm).
Germanium (Ge): Memiliki arus yang lebih tinggi, kecepatan rendah, dan sensitivitas yang baik pada rentang panjang gelombang sekitar 900 nm hingga 1600 nm (terbaik pada rentang 1400 nm hingga 1500 nm).
Indium Gallium Arsenide Phosphide (InGaAsP): Bahan ini memiliki biaya yang lebih tinggi dan arus gelap rendah. Namun, memiliki kecepatan tinggi dan sensitivitas yang baik pada rentang panjang gelombang sekitar 1000 nm hingga 1350 nm (terbaik pada rentang 1100 nm hingga 1300 nm).
Indium Gallium Arsenide (InGaAs): Bahan ini juga memiliki biaya yang lebih tinggi dan arus gelap rendah. Namun, memiliki kecepatan tinggi dan sensitivitas yang baik pada rentang panjang gelombang sekitar 900 nm hingga 1700 nm (terbaik pada rentang 1300 nm hingga 1600 nm).

Cara Kerja Photodiode

Photodiode, juga dikenal sebagai dioda foto, terbuat dari persambungan semikonduktor P-N Junction. Ketika cahaya diserap oleh photodiode, terjadi pergeseran foton yang menghasilkan pasangan elektron dan hole di kedua sisi persambungan.

Elektron-elektron yang dihasilkan akan mengalir ke pita konduksi dan mengalir ke arah positif sumber tegangan. Sementara itu, hole yang dihasilkan akan mengalir ke arah negatif sumber tegangan. Hal ini menyebabkan arus mengalir dalam rangkaian.

Jumlah pasangan elektron dan hole yang dihasilkan tergantung pada intensitas cahaya yang diserap oleh photodiode. Photodiode digunakan sebagai penangkap gelombang cahaya yang dipancarkan oleh infrared. Besarnya tegangan atau arus listrik yang dihasilkan oleh photodiode tergantung pada intensitas radiasi infrared yang dipancarkan.

Pada photodiode, terdapat dua model pengoperasian, yaitu model Photovoltaic dan model Photoconductive.

1. Model Photovoltaic

Photodiode dapat menghasilkan tegangan yang dapat diukur, mirip dengan sel surya (solar cell). Namun, tegangan dan arus listrik yang dihasilkannya sangat kecil dan tidak cukup untuk menghidupkan lampu atau perangkat elektronika. Contoh rangkaian photodiode pada mode Photovoltaic dapat dilihat di atas.

2. Model Photoconductive

Karena photodiode tidak dapat menghasilkan arus listrik yang cukup untuk kebutuhan rangkaian elektronika, biasanya photodiode digabungkan dengan sumber tegangan yang terhubung secara terbalik (reversed biased voltage). Model Photoconductive ini menggunakan sumber tegangan eksternal sebagai penggerak beban atau rangkaian elektronika. Photodiode sendiri berfungsi sebagai saklar (switch) yang mengalirkan arus listrik ketika terkena cahaya. Contoh rangkaian photodiode pada mode Photoconductive dapat dilihat di atas.

Baca Juga :

Penutup

Demikianlah pembahasan kita tentang pengertian photodiode. Photodiode adalah semikonduktor yang berfungsi memanfaatkan fenomena fotoelektrik dalam mengubah energi cahaya menjadi energi listrik.

Teknologi ini telah digunakan dalam berbagai aplikasi, mulai dari alat pendeteksi cahaya, komunikasi optik, hingga dalam pembuatan panel surya.

Penggunaan photodiode dalam teknologi modern membuka jalan bagi kita untuk semakin memanfaatkan sumber daya alam, seperti cahaya matahari, menjadi sumber energi yang berkelanjutan. Meskipun begitu, tantangan masih ada, baik dari segi efisiensi maupun biaya produksi.

Semoga pengetahuan kita tentang photodiode ini bisa mendorong inovasi dan penemuan baru di masa depan, sekaligus memberikan pemahaman yang lebih baik tentang pentingnya penelitian dan pengembangan dalam bidang teknologi. Terima kasih telah membaca artikel finoo.id ini, semoga bermanfaat!