Uji Homogenitas Tanggapan Fotoresistor terhadap Cahaya Terkonsentrasi

J. Sains Tek., Desember 2004, Vol. 10, No. 3

Uji Homogenitas Tanggapan Fotoresistor terhadap Cahaya Terkonsentrasi Warsito Jurusan Fisika FMIPA Universitas Lampung Jl. S. Brojonegoro No. 1 Bandar Lampung 35145 Email: [email protected] Abstract The characterization of the photoresistor homogeneity respond to the concentrated light for three different diameter samples, 10 mm, 15 mm and 22 mm respectively, has been performed. The spatial resolution of incident light is ~350 µm, this condition did not give an optimal for homogeneity test of photoresistor respond. Since this light spatial resolution is too low for photoresistor lateral dimension, so the photoresistor respond gave good results. This was characterized by inhomogeneity of photoresistor respond for same intensity of incident light. The results showed that the photoresistor did not respond optimally to the concentrated incident light in its peripheral zones, the optimal respond was obtained in the center zone or near to the active zone. Keywords: photoresistor, homogeneity, concentrated light Pendahuluan Kualitas sensor photoresistor, salah satunya ditentukan oleh kestabilannya dalam menerima intensitas cahaya yang jatuh kepadanya (linearitas). Permasalahan yang dapat muncul adalah ketika dimensi cahaya jatuh lebih kecil dari pada dimensi photoresistor. Hal ini akan mengakibatkan adanya perbedaan tanggapan photoresistor sesuai dengan posisi cahaya jatuh. Homogeneitas tanggapan photoresistor ini dipengaruhi oleh sebaran cahaya yang mengenainya yaitu perubahan mekanika lokal akibat agitasi thermik pada bahan photoresistor tersebut. Hal ini dapat dianalisis dengan cara mengkonsentrasikan cahaya jatuh dengan dimensi lebih kecil dari pada dimensi photoresistor uji. Photoresistor sering disebut juga photokonduktor yaitu sensor optik yang mengalami perubahan nilai resistor ketika cahaya jatuh mengenai bahan tersebut. Bahan yang sering digunakan sebagai photoresistor adalah bahan semikonduktor dari jenis polikristalin maupun

 2004 FMIPA Universitas Lampung

monokristalin (semikonduktor intrinsik maupun ekstrinsik). Bahan tersebut misalnya1: a. Polikristalin: CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe b. Monokristalin: Ge dan Si murni atau didoping dengan Au, Cu, Sb, Zn Dalam proses pabrikasi, lapisan aktif photoresistor ditumbuhkan di atas substrat keramik kemudian dilapisi oleh lapisan plastik transparan sebagai pelindung. Contoh bentuk dari photoresistor seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Desain pabrikasi photoresistor dilakukan dengan cara seperti spiral dengan tujuan memperpanjang zone resistor aktif, sebagai mana dirumuskan dalam rumusan nilai resistisitas yang dirumuskan sebagai berikut : l R=ρ (1) A dimana : ρ adalah nilai dari resistivitas dari bahan (Ωm) l adalah panjang resistornya (m) A adalah luar penampang (m2) 177

Warsito, Homogeneity of Photoresistor Responds

Semakin panjang bahan resistornya, semakin tinggi pula nilai sensibilitas (S) dari sensor tersebut, nilai S sebuah photoresistor dapat diberikan oleh persamaan berikut :

(a)

dR (2) dI dimana I adalah besaran fisis, dalam hal ini adalah tingkat intensitas cahaya yang mengenainya. S=

(b)

Gambar 1. Contoh sebuah photoresistor yang berbentuk (a) lingkaran dan (b). simbolnya

Gambar 2. Perubahan nilai resistansi sebagai fungsi penerangan yang mengenainya1

Uji homogenitas 1D tanggapan sebuah lapisan tipis superkonduktor telah dilakukan sejak tahun 1990-an. Sistem seperti ini sering disebut dengan “Sistem

178

Imagerie Lokal” yang kemudian dikembangkan oleh Divin, et al., 1991, menjadi system imagerie OBIV (Optical Beam Induced Voltage)2.



Gambar 3. Salah satu contoh tanggapan global sebuah sensor suprakonduktor terhadap laser3, 4. Ketika laser jatuh, resistor dari sensor naik dan ditandai dengan naiknya tegangan keluaran

penelitian dan tahap pengambilan data. Sebelum pengambilan data akan dilakukan uji serta karakterisasi rangkaian.

Metode Penelitian Penelitian ini dilakukan dengan dua tahapan penting yaitu realisasi rangkaian

Skema Lengkap Penelitian

Gambar 4. Rangkaian lengkap penelitian

. Photoresistor merupakan sensor pasif sehingga system pengkondisia sinyalnya memerlukan system pencatuan daya5. Sistem optik dikhususkan untuk menghasilkan cahaya dengan kwalitas konsentrasi optimal ~350µm. Ketika cahaya jatuh pada photoresistor uji, akan keluar sinyal keluaran yang diperkuat oleh rangkaian penguat, selanjutnya sinyal analaog tersebut dikonversikan ke digital dan selanjutnya diteruskan ke mikrokontroler. Keluaran akhir dari data ini ditampilkan


oleh seven segment dan direkam sesuai dengan posisi cahaya jatuh. Pengambilan Data Data yang diperlukan dalam penelitian ini adalah : - Koordinat x dan y dari system mekanik / scanning - Tegangan tanggapan dari photoresistor uji - Pengukuran dimensi cahaya jatuh ke photoresistor

179


Analisis data penelitian Pada dasarnya metode penelitian ini terbagai menjadi dua bagian, yaitu pengambilan data keluaran dari photodiode sebagai fungsi posisi dan kedua adalah membuat plot 2D antara posisi dan besarnya keluaran serta analysanya. Membuat model grafik hubungan antara beberapa parameter penentu homogeneitas tanggapan photoresistor dengan cara membuat gambar OBIV 3D antara Posisi x dan y terhadap tegangan keluaran photoresistor. Hasil dan Pembahasan Sistem Optik Sistem optik dikhususkan untuk menghasilkan cahaya dengan kualitas konsentrasi optimal. Dalam penelitian ini, sangat sulit merealisasi cahaya terkonsentrasi dengan diameter sangat kecil, sehingga pada penelitian ini diameter cahaya sekitar ~350µm. Nilai ini menunjukkan tingkat resolusi spasial dari sistem optik yang direalisasi. Ketika cahaya jatuh pada photoresistor uji, akan didapatkan sinyal keluaran yang akan diperkuat oleh rangkaian penguat, selanjutnya sinyal analog tersebut ditampilkan ke dalam multimeter digital. Dari berbagai pemilihan jarak optimal antara lensa terhadap photoresistor sample dapat ditemukan sekitar 10cm, hal ini sesuai dengan nilai Fokus dari lensa yang digunakan. Perlu diketahui, bahwa jarak ini dicapai apabila antara sumber cahaya dengan lensa berjarak > 10cm. Namun demikian, pada kenyataannya kita tidak mendapatkan dimensi optimal dari cahaya jatuh ini akibat adanya cahaya luar yang berinterferensi. Kendala ini dapat sedikit teratasi ketika menggunakan sumber cahaya berupa Laser Diode. Analisis homogeneitas tanggapan photoresistor

180

Tanggapan photoresistor terhadap cahaya jatuh sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 6, yaitu semakin besar fluks cahaya semakin kecil nilai resistansinya. Penurunan ini tidak merupakan fungsi linier. Penurunan resistansi ini akan ditandai selanjutnya oleh kenaikan tegangan keluaran dari rangakaian pengkonsisian sinyal. Oleh karena itu dapat didefinisikan bahwa ketika tanggapan tegangan menurun berarti resistansi photoresistor berubah sedikit. Contoh tanggapan data tegangan yang didapatkan dari rangkaian pengkondisian sinyal seperti ditunjukkan pada Tabel 1. Data tersebut didapat pada photoresistor 1 berbentuk lingkaran dengan diameter sekitar 10mm. Data tegangan tersebut disatukan dengan data posisi di mana cahaya jatuh. Untuk lebih jelas definisi dari tanggapan homogeneitas dapat dilihat pada Gambar 5. Setelah mendapatkan data koordiant posisi cahaya jatuh dan tegangan yang diberikan oleh photoresistor, maka dapat dibuat gambar 3D-nya, seperti ditunjukkan pada Gambar 5. Perlu diketahui bahwa antar pixel gambar tersebut berjarak sekitar 2mm, pemilihan jarak yang lebih besar dari dimensi cahaya jatuh ini dilakukan agar tidak terjadi saling mempengaruhi nilai tegangan yang didapat. Ketiga photoresistor yang berbentuk lingkaran tersebut di-scan dengan bentuk bujur sangkar, photoresistor 1 dengan diameter 10mm di-scan dengan jumlah pixel 5x5. Photoresistor 2 dengan diameter 15mm discan dengan jumlah pixel 9x9, sedangkan yang ke-tiga di-scan dengan jumlah pixel 11x11. Dari gambar 8, perlu dicatat bahwa gambar a dan b bentuk spiralnya adalah vertical, sedangkan untuk gambar c secara horizontal sebagaimana ditunjukkan oleh garis berwarna hitam untuk Gambar 8b dan 8c.



Tabel 1. Data tanggapan photoresistor terhadap cahaya jatuh dengan koordinat posisi cahaya tersebut terhadap permukaan photoresistor Koordinat x (mm) 0 0,2 0,4 0,6 -0,2 -0,4 0 0 0,2 0,2

Koordinat y (mm) 0 0,2 0 0 0 0 0,2 0,4 0,2 0,4

Tegangan Output (Volt) 4,53 4,63 4,28 3,68 4,5 3,92 4,74 4,68 4,68 4,25

Imagerie OBIV pada prinsipnya adalah imagerie untuk mendapatkan informasi tentang homogeneitas suatu device terhadap cahaya yang mengenainya. Dalam penelitian ini untuk mempelajari prinsip

tersebut digunakan sampel photoresistor yang dikenai cahaya terkonsentrasi dengan diameter jauh lebih kecil (~350µm) dari pada diameter photoresistor (10 – 22mm).

(a)

(b)

(c) Gambar 5. Contoh hasil visualisasi tanggapan photoresistor terhadap cahaya terkonsentarsi untuk diameter photoresistor sebesar ~10mm (a), 15mm(b) dan 22mm (c).


181


Gambar 5 menunjukkan bahwa pada daerah yang putih, tegangan yang diperoleh berarti lebih besar dibanding dengan pada daerah yang hitam. Hal tersebut dapat menjelaskan bahwa daerah aktif dan sekitarnya pada semua photoresistor mempunyai gambar lebih putih dibanding dengan daerah lain. Namun demikian tingkat ke-putih-annya berbeda untuk pixel berbeda, hal inilah yang menunjukkan bahwa tingkat homogeneitasnya berbeda. Misalnya untuk Gambar 5c, pixel yang mempunyai grey level tertinggi terletak pada koordinat (6,9) yaitu sebesar 133 (nilai tegangan sekitar 3,79 volt). Dengan demikian pixel tersebut menunjukkan daerah yang paling sensibel terhadap cahaya jatuh. Hal ini akan tampak jauh apabila dibandingkan dengan pixel lain, misalnya pada koordinat (10,6) yaitu grey level-nya sebesar 93 dengan tegangan 2,66 volts. Untuk mendapatkan nilai grey level ini, nilai tegangan yang diperoleh dikalikan dengan konstanta sebesar 35.

Saran yang dapat diberikan terkait dengan hasil penelitian ini adalah perlunya peningkatan resolusi spasial dari sistem optik yang digunakan. Hal ini sangat penting sehingga uji homogeneitas tanggapan photoresistor dapat optimal. Ucapan Terima Kasih Penulis mengucapkan terima kasih kepada Direktorat P3M Dirjen Dikti, Depdiknas yang telah memberikan dana pada Penelitian Dasar ini sehingga dapat terlaksana dengan baik. Daftar Pustaka 1. Asch, G., 1998. Les capteurs en instrumentation industrielle 5eme ed. Dunod Paris. 2. Divin, Y.Y., Nad’, F.Y., Pokrovski, V.Y. and Shandrin, P.M. 1991. Laser probing of High Tc superconducting thin films. IEEE Trans. Mag. 27 No. 2, p. 1101 – 1104.

Kesimpulan dan Saran Dari penelitian ini dapat ditarik beberapa kesimpulan : 1. Tanggapan photoresistor mempunyai tingkat homogeneitas yang berbeda untuk masing-masing sampel yang berbeda. Hal ini ditunjukkan oleh adanya tanggapan yang tidak homogen terhadap sumber cahaya dengan karakteristik sama. Range ketidakhomogeneitasan pada daerah aktif berkisar antara 2,66 – 3,79 volt untuk nilai tegangan. Sedangkan untuk nilai Grey Level setelah adaptasi pengalian dengan konstanta 35, maka didapat range antara 93 – 133 Grey Level. 2. Uji homogeneitas ini dapat sebagai dasar memahami prinsip Imagerie OBIV.

182

3. Lanping, W., Jian, H. and Guowen, W. 1990. Electromotive force across a point-contact junction of YBCO irradiated by laser a laser beam. Physica C. 172, p. 267 – 270. 4. Svetlov, V.N., Churilov, G.E., Dmitriev, V.M., Zhuravel, A.P. and Konovodchenko, V.A. 1988. Visualization of resistive region and active zones in narrow channels under non-Josephson generation conditions. Sov. J. Low Temp. Phys. 14(1), p. 14 – 18. 5. Warsito. 2003 The use of op-amp as the first circuit of sensor applications, PubSci AEIF. Vol. 3, No. 1, p. 64 – 68.


Uji Homogenitas Tanggapan Fotoresistor terhadap Cahaya Terkonsentrasi

Recommend Documents