BAB IV PENGUJIAN SISTEM DAN ANALISIS HASIL KARAKTERISASI LED 4.1 Kalibrasi DAC
Gambar 4.1. Diagram blok proses kalibrasi DAC
Gambar 4.1 memperlihatkan diagram blok proses kalibrasi DAC. Komputer dihubungkan ke mikrokontroler melalui komunikasi serial menggunakan RS232. Mikrokontroler mengatur kerja DAC dan mengeluarkan data sesuai data yang diberikan oleh komputer. Data digital tersebut diubah oleh DAC menjadi tegangan analog yang selanjutnya dihubungkan ke rangkaian penguat op-amp dan dibaca oleh multimeter digital Fluke 45. Data digital yang dikirim oleh komputer dan data tegangan yang dibaca oleh multimeter dicatat. Gambar 4.2 memperlihatkan grafik hubungan antara data digital yang diberikan ke DAC (dalam bentuk LSB) dengan data hasil konversi. Data hasil pengukuran dan data berdasarkan teori dibuat grafik fungsi transfer dan dibandingkan hasilnya.
34
4500
Hasil Konversi (mV)
4000 Ideal Terukur
3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0
500
1000 1500 2000
2500 3000 3500 4000 4500
Data (LSB) Gambar 4.2 Grafik fungsi transfer konversi digital ke analog pada kalibrasi DAC
Grafik selisih antara fungsi transfer ideal dengan fungsi transfer data pengukuran (dalam LSB) diperlihatkan pada Gambar 4.3. Zero scale error, selisih antara tegangan terukur dengan tegangan ideal pada transisi pertama (dari 0000 ke 0001) [20], dan full scale error, selisih antara tegangan terukur dengan tegangan ideal pada transisi terakhir (dari FFE ke FFF) [20], untuk hasil kalibrasi DAC masingmasing sebesar 32 LSB dan -7 LSB.
35
12 10 Selisih fungsi terukur terhadap fungsi ideal
Error (LSB)
8 6 4 2 0 -2 -4 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Data (LSB) Gambar 4.3 Grafik selisih fungsi transfer ideal terhadap fungsi transfer terukur pada kalibrasi DAC
Karena grafik selisih fungsi transfer ideal dengan fungsi transfer memiliki pola, maka untuk mengurangi besar error keluaran DAC dilakukan koreksi dengan perangkat lunak. Gambar 4.4 memperlihatkan grafik hubungan antara data keluaran hasil pengukuran
(dalam LSB) dengan data keluaran transfer ideal
(dalam LSB). Faktor koreksi fungsi transfer DAC diperoleh dengan melakukan linearisasi pada grafik tersebut yang dibagi dalam tiga daerah. Daerah pertama 0 – 1150, daerah kedua 1151 – 2610 dan daerah ketiga 2611 – 4095.
36
Data Keluaran Ideal (LSB)
4500 4000
DAC1
3500
DAC2 DAC3
3000 2500 2000
y1 = 0.9943x + 11.206 y2 = 0.9988x + 5.3985
1500
y3 = 0.9963x + 12.605
1000 500 0 0
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Data Keluaran Terukur (LSB) Gambar 4.4. Grafik koreksi fungsi transfer DAC.
4.2. Kalibrasi ADC Proses kalibrasi ADC dilakukan seperti terlihat pada diagram blok pada Gambar 4.5. Kalibrator seri 5100 memberikan data analog ke ADC untuk diubah menjadi data digital. Mirokontroler menerima data digital dari ADC dan mengirimkannnya ke komputer melalui komunikasi serial RS232. Gambar 4.6 memperlihatkan hubungan antara tegangan masukan dengan hasil konversi untuk data hasil pengukuran dan data fungsi transfer ideal. Selisih kedua fungsi transfer diperlihatkan pada gambar. 4.7.
37
Gambar 4.5. Diagram blok proses kalibrasi ADC
4500 Data Hasil Konversi (LSB)
4000 Terukur Ideal
3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Tegangan Masukan (mV)
Gambar 4.6. Grafik fungsi transfer konversi analog ke digital pada kalibrasi ADC
38
100 Selisih fungsi terukur terhadap fungsi ideal
0 -100 Error (LSB)
-200 -300 -400 -500 -600 -700 -800 -900 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Tegangan Masukan (mV)
Gambar 4.7. Grafik selisih antara fungsi transfer ideal dengan fungsi transfer terukur pada kalibrasi ADC.
Data Masukan Ideal (LSB)
4500 4000 3500
ADC1
3000
ADC2
2500 2000
y 1= 0.8594x - 1.9329
1500
y2 = 1.2464X - 2.5845
1000 500 0 0
500
1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Data Masukan Terukur (LSB)
Gambar 4.8. Grafik koreksi fungsi transfer ADC
39
Untuk mengurangi besar error data yang terukur oleh ADC maka dilakukan koreksi dengan perangkat lunak. Grafik hubungan antara data masukan hasil pengukuran (dalam LSB) dengan data masukan ideal (dalam LSB) ditunjukkan pada Gambar 4.8. Faktor koreksi fungsi transfer ADC diperoleh dengan melakukan linearisasi pada grafik tersebut yang dibagi dalam dua daerah, yaitu daerah 0 – 1950 LSB, dan 1951– 4095 LSB.
4.3. Kalibrasi Pengubah Arus ke Tegangan Konfigurasi kalibrasi I to V converter diperlihatkan pada Gambar 4.9. Kalibrator Fluke seri 5100B digunakan untuk memberikan arus ke rangkaian I to V converter. Oleh rangkaian I to V converter arus ini akan diubah menjadi tegangan yang kemudian dikirim ke komputer melalui komunikasi serial RS232. Hasil pengukuran kalibrasi ini dipelihatkan pada Gambar 4.10. Grafik selisih fungsi transfer terukur terhadap fungsi transfer ideal diperlihatkan pada Gambar 4.11.
Gambar 4.9. Diagram blok proses kalibrasi I to V converter
40
Tegangan Keluaran (V)
0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
Ideal Terukur
0
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20 22 24 26 Arus Masukan (mA)
Gambar 4.10 Grafik fungsi transfer tegangan terhadap arus pada kalibrasi I to V converter.
2.0 1.0
Error (mV)
0.0 -1.0
Selisih fungsi terukur terhadap fungsi ideal
-2.0 -3.0 -4.0 -5.0 0
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20 22 24 26 Arus Masukan (mA)
Gambar 4.11. Grafik selisih antara fungsi transfer ideal terhadap fungsi transfer terukur pada kalibrasi I to V converter.
41
Tegangan keluaran (mV)
30.0 25.0
I2V1 I2V2
20.0 15.0 10.0
y1 = 0.0331x - 0.0003 y 2 = 0.0325x - 0.0118
5.0 0.0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
Arus Masukan (mA) Gambar 4.12. Grafik koreksi fungsi transfer I to V converter.
Untuk mengurangi besar error data terukur pada kalibrasi I to V converter maka dilakukan koreksi dengan perangkat lunak. Grafik hubungan antara arus masukan (dalam mA) dengan tegangan keluaran (dalam mV) ditunjukkan pada Gambar 4.12. Faktor koreksi diperoleh dengan melakukan linearisasi pada grafik tersebut yang dibagi dalam dua daerah, yaitu daerah 0 – 19,5 mA dan 19,6 – 25,5 mA.
4.3. Hasil Karakterisasi LED Gambar 4.13 memperlihatkan konfigurasi pengukuran karakterisasi LED. Kutub positif LED dihubungkan seri dengan output rangkaian I to V converter, sedangkan sedangkan kutub negatif dihubungkan seri dengan output rangkaian penguat. Pengukuran dilakukan untuk lima buah LED, yaitu LED merah dengan panjang gelombang λ = 700 nm, orange λ = 620 nm, kuning λ = 585 nm, hijau λ =
42
565 nm dan biru λ = 470 nm (lihat lampiran datasheet LED, hal. 74). Hasil pengukuran untuk masing- masing diperlihatkan pada Gambar 4.14.
Gambar 4.13. Grafik konfigurasi pengukuran karakteristik arus-tegangan LED panjar maju.
43
7.00 6.00
Biru Hijau
Arus (mA)
5.00
Kuning Orange Merah
4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 0
1000
2000
3000
4000
5000
Tegangan (mV)
Gambar 4.14. Karaktersitik arus-tegangan LED.
Tegangan dimana arus naik dengan sangat cepat disebut tegangan treshlod (Vth). Tegangan treshold ini ditentukan pada saat LED pertama kali memancarkan cahaya. Nilai tegangan yang diperoleh adalah 1,54 V; 1,43 V; 1,54 V; 1,60 dan 2,26 V untuk LED merah (700 nm), orange (620 nm), kuning (585 nm), hijau (565 nm) dan biru (470 nm) secara berurutan. Nilai tegangan ini jika diplot terhadap kecepatan cahaya per panjang gelombang (c/λ) akan terlihat seperti pada gambar 4.15. Kemiringan grafik ini adalah nilai konstanta h/e. Dari grafik regresi terlihat bahwa nilai h/e adalah 3.8 x 10-15 J.s/C. Nilai ini cukup mendekati nilai sebenarnya yaitu 4.136 x 10-15 J.s/C.
44
2.5
V (Volt)
2
y = 0.38x - 0.298 R2 = 0.7744
1.5 1
C/LAMDA Linear (C/LAMDA)
0.5 0 3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
5.50
6.00
6.50
7.00
C/LAMDA (10^14 s^-1)
Gambar 4.15. Plot tegangan treshold terhadap c/λ.
45
