Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

OPTICAL TRANSDUCERS PHOTOEMISSIVE CELL PHOTOCONDUCTIVE CELL PHOTOVOLTAIC CELL PHOTODIODE PHOTOTRANSISTOR.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "OPTICAL TRANSDUCERS PHOTOEMISSIVE CELL PHOTOCONDUCTIVE CELL PHOTOVOLTAIC CELL PHOTODIODE PHOTOTRANSISTOR."— Transcript presentasi:

1 OPTICAL TRANSDUCERS PHOTOEMISSIVE CELL PHOTOCONDUCTIVE CELL PHOTOVOLTAIC CELL PHOTODIODE PHOTOTRANSISTOR

2 LIGHT ELECTROMAGNETIC RADIATION –Radio waves, infrared rays (heat waves) –Ultraviolet rays, X-rays Visible light –Wavelength 400 – 700 nm –Frequency ( ) x Hz –Broadcast band : AM (10 6 Hz), FM (10 8 Hz)

3 Spectra of various types of light sources

4 Spectral response of several types of E-O sensor

5 PHOTOEMISSIVE CELLS  Hipotesis Einstein (1905)  Cahaya bertindak seolah-olah energinya terkonsentrasi pada suatu berkas diskrit yang disebut light quanta  Cahaya tidak hanya sebagai gelombang tetapi juga sebagai partikel  Light quanta disebut foton

6 Energi foton : Kecepatan foton v = c Energi diam = 0 h = 6,63 x J.s = 4,14 x eV.s Konstanta Plank : ch = 1240 eV/nm

7 EM WavesWavelengthFrequencyEnergy Gamma ray50 fm6 x MeV X ray50 pm6 x keV Ultraviolet100 nm3 x eV Visible550 nm5 x eV Infrared 10  m 3 x meV Microwave1 cm3 x  eV Radio wave1 km3 x ,2 neV PHOTON ENERGY

8  EFEK FOTOELEKTRIK  Cahaya dengan frekuensi f dijatuhkan pada pelat logam P  Terjadi tumbukan antara foton dan elektron-elektron pada pelat logam P  Elektron-elektron terlepas dari atomnya menjadi elektron bebas  Terdapat perbedaan potensial V ext antara pelat P dan cawan kolektor C  Elektron akan mengalir (bergerak) menghasilkan arus i yang melewati pengukur arus A  Beda potensial V ext dapat diubah- ubah dari positip ke negatip

9  Pengamatan I : Stopping Potential V o  Cahaya a dan b mempunyai intensitas berbeda (b > a)  V o adalah beda potensial yang diperlukan agar tidak terjadi arus  Energi potensial eV o sama dengan energi kinetik maksimum K m yang diperoleh elektron akibat tumbukan dengan foton  Ternyata V o sama untuk cahaya a dan cahaya b  Energi kinetik maksimum dari elektron tidak tergantung pada intensitas cahaya

10  Pengamatan II : Frekuensi cutoff f o  Pada frekuensi f o stopping potential V o = 0  Untuk f < f o, tidak terjadi efek fotoelektrik

11  Analisis I : Stopping Potential V o  Dalam teori gelombang, intensitas lebih tinggi akan memperbesar amplituda medan listrik E  Gaya eE yang diterimanya akan memperbesar percepatan  Energi kinetik lebih besar  Ternyata energi kinetik maksimumnya sama  Telah dicoba dengan intensitas sampai 10 7 kali  Stopping potential yang selalu sama pada efek fotoelektrik tidak dapat diterangkan dengan menganggap cahaya adalah gelombang Cahaya = Gelombang

12  Analisis I : Stopping Potential V o  Cahaya dengan intensitas lebih tinggi akan mempunyai jumlah foton yang lebih banyak  Tidak memperbesar energi kinetik setiap foton  Energi kinetik yang diperoleh elektron dari tumbukan dengan foton tidak berubah E = h f  Stopping potential yang selalu sama pada efek fotoelektrik dapat diterangkan dengan menganggap cahaya adalah partikel Cahaya = partikel (foton)

13  Analisis II : Frekuensi cutoff f o  Menurut teori gelombang, efek fotoelektrik seharusnya tetap akan terjadi untuk setiap frekuensi asalkan intensitasnya cukup tinggi  Ternyata untuk f < f o, efek fotoelektrik tidak pernah terjadi berapapun intensitasnya  Adanya frekuensi cutoff pada efek fotoelektrik tidak dapat diterangkan dengan menganggap cahaya adalah gelombang Cahaya = Gelombang

14  Analisis II : Frekuensi cutoff f o  Elektron-elektron terikat pada atom-atomnya  Diperlukan energi minimum agar elektron terlepas dari atomnya yang disebut sebagai Work Function  Bila energi foton yang menumbuknya hf > , efek fotoelektrik akan terjadi  Bila frekuensinya terlalu kecil sehingga energi foton hf < , efek fotoelektrik tidak mungkin terjadi  Adanya frekuensi cutoff dapat diterangkan dengan menganggap cahaya adalah partikel Cahaya = partikel (foton)

15 PHOTOEMISSIVE TUBE Metal  (eV) Cs1,9 K2,2 Na2,3 Li2,5 Ca3,2 Cu4,7 Ag4,7 Pt6,4

16 EM WavesWavelengthFrequencyEnergy Gamma ray50 fm6 x MeV X ray50 pm6 x keV Ultraviolet100 nm3 x eV Visible550 nm5 x eV Infrared 10  m 3 x meV Microwave1 cm3 x  eV Radio wave1 km3 x ,2 neV PHOTON ENERGY

17 TWO GENERAL CONSTRUCTIONS High-vacuum tube - Linear - Response time 1 ns Gas-filled tube - Not Linear - Response time 1 ms

18 Circuit for using photoemissive tube

19 PHOTOMULTIPLIER TUBE

20 Sensitivity curves for several forms of PM tubes

21 Spectral Designator (S-Number) Wavelength for peak response (nm) Half-Points (nm) S , 950 S , 640 S , 540 S , 510 S , 540 S , 590 S , 560 S12500Narrow Band S , 560 S , 1730 S , 595 S , 560

22 Housing and PM tube form the entire sensor

23 Copper Oxide Prior to World War I Bruno Lange Westinghouse Photox cell PHOTOVOLTAIC CELLS

24 Selenium 1930 Weston Instruments Photronic cell (0,2 – 0,6) V dc under 2000 fc (20 – 90) mW (300 – 700 ) nm, peak 560 nm SELENIUM PHOTOCELL

25 pn junction 1958 Bell Telephone Laboratories (0,27 – 0,6) V dc under 2000 fc P-N JUNCTION SILICON PHOTOCELL

26 Photocell using noninverting amplifier

27

28

29 LIGHT DEPENDENT RESISTOR (LDR)  Bila dikenai cahaya, tahanannya berubah  Photoresistor, photoconductor  Cadmium-based materials (CdS, CdSe, CdTe) Cahaya tampak ( 400 nm – 700 nm) Infra merah dekat, NIR (700 nm – 1400 nm)  Lead-based materials (PbS, PbSe, PbTe) Infra merah medium (1,4  m – 3  m)  Indium-based materials (InSb, InAs) Infra merah jauh, FIR (3  m – 14  m )

30 KONDUKTIVITAS LISTRIK  Bahan isolator : Sebagian besar elektron berada pada pita valensi (valence band)  tahanan listrik besar  Bahan konduktor : Sebagian besar elektron berada pada pita konduksi (conduction band)  tahanan listrik kecil  Bahan semikonduktor : Elektron-elektron berada pada pita valensi dan pita konduksi  Konduktivitas listrik suatu bahan tergantung pada jumlah elektron di dalam pita konduksi Konduktivitas listrik bertambah (tahanan listrik berkurang) bila terdapat elektron-elektron yang pindah dari pita valensi ke pita konduksi

31 INTERNAL PHOTOELECTRIC EFFECT  Work function : Energi minimum yang diperlukan oleh elektron agar dapat lepas dari ikatan atomnya (menjadi elektron bebas) External photoelectric effect (PM tube)  Band gap : Energi minimum yang diperlukan oleh elektron agar dapat pindah dari pita valensi ke pita konduksi  Tambahan energi pada elektron dapat diperoleh dari : Panas, tegangan listrik Radiasi optik  Bila elektron mendapat energi yang lebih kecil dari work function tetapi lebih besar dari band gap : Tahanan listriknya berkurang

32 BAND GAP DARI BERBAGAI BAHAN SEMIKONDUKTOR MaterialBand Gap (eV) Maximal wavelength (  m) ZnS CdS CdSe CdTe Si Ge PbS InAs Te PbTe PbSe InSb

33 Struktur dari photoconductive cell

34 Kurva respon dari beberapa tipe photoconductive cell - Tidak linier - Jutaan  ratusan ohm - Sensitif/peka - Dark/light ratio besar

35 Photoconductive cell (PC) circuits

36 - Efek beban besar - Output tidak bisa nol

37 - Efek beban kecil - Outputnya tidak bisa nol

38 - Efek beban besar - Outputnya bisa nol

39 DIODA Lambang dioda : Karakteristik dioda : A

40

41

42 PHOTODIODE PHOTOTRANSISTOR

43 Zero control

44

45 Phototransistor Modulated light

46 PHOTOCOLORIMETRY Penyerapan cahaya oleh medium pada panjang gelombang yang berbeda Cahaya yang diemisikan oleh medium bila dibakar mempunyai panjang gelombang yang berbeda Oksigen di dalam darah Karbondioksida di udara Uap air di dalam gas Elektrolit (Na, K) di dalam darah

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57 Contoh Soal 3.1 Sebuah photoconductor dengan time constant 72 ms mempunyai tahanan sebesar 100 k  pada saat gelap dan 30 k  pada saat terang. Rancang sebuah sistem yang dapat memicu suatu komparator dengan tegangan acuan 3 V setelah 10 ms sejak cahaya terputus. Jawab :

58 V R1R1 R2R2 V ref R 2 = Photoconductor

59 Contoh Soal 3.2 Sebuah photocovoltaic cell akan digunakan untuk mengukur intensitas radiasi dari 5 sampai 12 mW/cm 2. Dari hasil pengukuran diperoleh informasi bahwa bila tanpa beban tegangannya adalah 0,22 – 0,42 V (open voltage) sedangkan bila dibebani 100  akan menghasilkan arus sebesar 0,5 – 1,7 mA. a). Tentukan daerah arus hubung singkatnya (short-circuit current) b). Rancang suatu pengkondisi sinyal yang dapat menghasilkan tegangan yang linier dari 0,5 ke 1,2 V bila intensitas radiasi berubah dari 5 ke 12 mW/cm 2.

60 Jawab : a). Tanpa beban (open circuit)

61 Dengan beban 100  : 100  ILIL

62 Dengan beban 100  : 100  ILIL

63 Hubung singkat (short circuit) : I sac

64 b). Hubungan linier antara tegangan output dan intensitas :

65

66 Current-to-voltage converter : Differntial amplifier : V1V1 V2V2 3,167 k 

67 V1V1 V2V2

68 Contoh Soal 3.3 Sebuah photodiode digunakan pada rangkaian di bawah ini. Berapa tegangan outputnya bila intensitas cahaya yang mengenainya berubah dari 100 ke 400 W/m 2.

69 Jawab : Membuat garis beban : Karakteristik photodiode

70

71 Contoh Soal 4.3 Sebuah phototransistor digunakan pada rangkaian di bawah ini. Berapa tegangan outputnya bila intensitas cahaya yang mengenainya berubah dari 10 ke 40 W/m 2. Jawab : Membuat garis beban : + 14 V 500 

72


Download ppt "OPTICAL TRANSDUCERS PHOTOEMISSIVE CELL PHOTOCONDUCTIVE CELL PHOTOVOLTAIC CELL PHOTODIODE PHOTOTRANSISTOR."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google