Light, UV and IR Radiation sebagai Sensor dan Transducer

Cahaya adalah gelombang elektromagnetik dari jenis yang sama seperti gelombang radio, tetapi panjang gelombangnya lebih pendek, sesuai dengan frekuensi yang lebih tinggi, yang juga berarti bahwa kandungan energi yang lebih tinggi. Panjang gelombang biasanya diukur dalam nanometer (10-9 m). 

    Perangkat yang digunakan untuk menghasilkan dan mendeteksi cahaya sangat berbeda dari yang digunakan untuk gelombang radio, bahkan untuk panjang gelombang terpendek gelombang radio yang bisa kita gunakan. 

    Detektor cahaya secara kolektif dikenal sebagai photosensors, dan ini perangkat yang lebih kuno seperti sel selenium dan sel photoemissive jarang digunakan sekarang. Photoresistors atau resistor tergantung cahaya (LDR) yang terbuat dari bahan yang nilai resistansi berubah ketika cahaya diterima permukaan komponen.    Jenis yang paling akrab adalah sel kadmium sulfida, dinamai sebagai bahan resistif yang tergantung cahaya yang diterimanya. Sulfida kadmium disimpan sebagai benang zig-zag pada isolator, dengan konektor di setiap akhir (Gambar 1) dan dirumuskan dalam resin transparan untuk melindungi materi. Tidak seperti kebanyakan perangkat semikonduktor, sel ini dapat menahan berbagai besar suhu dan juga tegangan. 

Gambar 1 Sebuah LDR khas atau sel 
fotokonduktif 
menggunakan kadmium sulfida

Sel yang paling sensitif terhadap warna dalam kisaran oranye-merah, dan secara luas digunakan untuk pengendali dalam boiler berbahan bakar minyak. Tabel 1 menunjukkan karakteristik dari jenis ORP12, dan Gambar 2 menunjukkan rangkaian aplikasi khusus. Sebagai ilustrasi, ini akan beralih sebagai relay pada saat tingkat cahaya yang mencapai LDR meningkat, tetapi dengan membalikkan posisi LDR dan lengan resistif, sirkuit dapat dibuat untuk beralih sebagai intensitas cahaya yang diterima, membuat ini sebuah dusk-detector.

Tabel 1 Karakteristik dari sel ORP12 fotokonduktif

Gambar 2 
Sebuah sirkuit di mana cahaya
 yang jatuh pada sel 
beroperasi sebagai relay.
 Hal ini dapat dengan 
mudah diubah untuk 
mengoperasikan relay ketika cahaya 
berkurang atau dimatikan.

Dioda dan foto transistor menggunakan sambungan semikonduktor . Sebuah dioda silikon tidak memiliki penutup, sehingga cahaya dapat mempengaruhi nilai , dan digunakan dengan reverse bias . 

    Efek cahaya menyebabkan arus balik meningkat, tetapi sensitivitas rendah , dari urutan sepersekian μA dari saat ini untuk setiap mW/cm-2 daya pencahayaan . Untuk kisaran normal penerangan ( kamar gelap ke kamar yang diterangi matahari ) ini sesuai dengan arus yang berkisar dari 2 nA sampai 100 μA . Arus gelap untuk dioda adalah angka minimal , sesuai dengan reverse kebocoran arus 

Gambar 3 Sebuah sirkuit khas yang 
menggunakan dioda. 
Respon puncak untuk fotodioda ini berada 
di dekat infra-merah.

Gambar 3 menunjukkan rangkaian aplikasi yang khas, di mana resistor R diatur pada nilai yang akan menentukan sensitivitas - nilai khas adalah 1 MQ . Di sirkuit seperti itu , grafik output diplot terhadap pencahayaan masukan cukup linear , dan waktu respon sekitar 250 ns , sehingga dioda dapat digunakan untuk mendeteksi sinar yang dimodulasi dengan frekuensi hingga bahkan video.

    Sebuah fototransistor sangat erat hubungannya dengan photodiode, dan dibuat sehingga cahaya dapat mencapai sambungan kolektor-basis. Reverse-bias junction ini akan memiliki arus yang rendah dalam kegelapan, tetapi efek cahaya akan meningkatkan arus, dan pada gilirannya akan diperkuat oleh aksi transistor yang normal. 

    Hal ini membuat phototransistor jauh lebih sensitif dibandingkan fotodioda, sering dengan faktor besar seperti 1000. Waktu respon, bagaimanapun, diukur dalam mikrodetik hingga dalam nanodetik. Hal ini membuat phototransistors cocok untuk mendeteksi sinar cahaya termodulasi kecuali modulasi berada pada frekuensi yang relatif rendah.    Konversi sebaliknya adalah listrik menjadi cahaya, telah bertahun-tahun telah diwakili oleh lampu filamen. Saat ini banyak yang di gantikan dengan light-emitting diodes (LED). 

    LED ini terbentuk dari bahan semikonduktor, bahan yang paling biasa adalah gallium arsenide gallium phosphide dan atau warna yang paling umum dari cahaya yang dipancarkan terlihat adalah merah dan hijau, kuning diperoleh dengan mencampur dua diantaranya.    Elektrik, tegangan searah untuk konduksi adalah sekitar 2,0 V dan maksimum yang diijinkan tegangan reverse rendah, sering serendah 3,0 V. Hal ini penting untuk menghindari hubungan terbalik dan juga untuk menghindari kemungkinan AC mencapai LED. Intensitas cahaya biasanya dalam kisaran 2 mA sampai 30 mA tergantung pada ukuran dari LED.    Opto-isolator adalah komponen yang terdiri dari LED dan phototransistor dalam satu paket, sehingga input listrik untuk LED akan memberikan output listrik dari phototransistor, tetapi dengan isolasi listrik lengkap antara sirkuit. Isolasi ini digunakan, misalnya, untuk memungkinkan katoda instrumen CRT yang akan dimodulasi dari rangkaian tegangan rendah ketika tingkat DC katoda adalah -7 kV atau lebih. Opto-isolator menggunakan triacs bersama dengan LED.

SUMBER