Kamis, 03 Desember 2020

 PHOTODIODE DAN PHOTOTRANSISTOR


1. Tujuan 
Mengetahui pengaruh cahaya terhadap sensor photodiode.

2. Materi 

13.1


PENGERTIAN LAJU REAKSI

LAJU REAKSI ADALAH PERUBAHAN KONSENTRASI DARI REAKTAN ATAUPUN PRODUK PER SATU SATUAN WAKTU. UNTUK REAKSI DENGAN REAKTAN A DAN B MENGHASILKAN PRODUK C DAN D SEPERTI PADA RUMUS PERSAMAAN REAKSI BERIKUT, SEIRING WAKTU JUMLAH MOLEKUL REAKTAN A DAN B AKAN BERKURANG DAN JUMLAH MOLEKUL PRODUK C DAN D AKAN BERTAMBAH, DAN RUMUS LAJU REAKSI (V) YAITU:

rumus laju reaksiTANDA NEGATIF PADA LAJU PERUBAHAN KONSENTRASI REAKTAN A DAN B (REAKTAN) DITUJUKAN AGAR NILAINYA POSITIF, SEBAGAIMANA LAJU REAKSI ADALAH BESARAN YANG NILAINYA HARUS SELALU POSITIF. SATUANNYA ADALAH M S-1 ATAU MOL L-1 S-1.

LIHAT JUGA MATERI STUDIOBELAJAR.COM LAINNYA:
TITRASI ASAM BASA
REAKSI REDOKS

TEORI TUMBUKAN

TEORI TUMBUKAN MENYATAKAN BAHWA PARTIKEL-PARTIKEL REAKTAN HARUS SALING BERTUMBUKAN UNTUK BEREAKSI. TUMBUKAN ANTAR PARTIKEL REAKTAN YANG BERHASIL MENGHASILKAN REAKSI DISEBUT TUMBUKAN EFEKTIF. ENERGI MINIMUM YANG HARUS DIMILIKI OLEH PARTIKEL REAKTAN UNTUK BERTUMBUKAN EFEKTIF DISEBUT ENERGI AKTIVASI (EA). PADA DASARNYA, LAJU REAKSI BERGANTUNG PADA:

1. Orientasi (arah) tumbukan partikel

PADA REAKSI UMUMNYA, PARTIKEL HARUS DALAM ORIENTASI YANG TERTENTU KETIKA BERTUMBUKAN AGAR TUMBUKAN YANG TERJADI EFEKTIF MENGHASILKAN REAKSI. SEBAGAI CONTOH, PERHATIKAN BEBERAPA TUMBUKAN YANG MUNGKIN TERJADI ANTARA MOLEKUL GAS NO DAN MOLEKUL GAS NO3  DALAM REAKSI:

NO(G) + NO3(G) → 2NO2(G)

ilustrasi tumbukanILUSTRASI PENTINGNYA ORIENTASI DARI TUMBUKAN
(SUMBER: SILBERBERG, MARTIN S. 2009. CHEMISTRY: THE MOLECULAR NATURE OF MATTER AND CHANGE (5TH EDITION). NEW YORK: MCGRAW HILL)

2. Frekuensi terjadinya tumbukan partikel

SEMAKIN SERING TERJADINYA TUMBUKAN PARTIKEL (FREKUENSI TUMBUKAN TINGGI) MAKA SEMAKIN BESAR PELUANG TERJADINYA TUMBUKAN EFEKTIF SEHINGGA LAJU REAKSI JUGA MENJADI SEMAKIN CEPAT.

3. Energi partikel reaktan yang bertumbukan

ENERGI PARTIKEL REAKTAN YANG BERTUMBUKAN HARUS MELAMPAUI ENERGI AKTIVASI, YAKNI ENERGI PENGHALANG TERJADINYA REAKSI, SEHINGGA REAKSI DAPAT TERJADI. BILA ENERGI AKTIVASI SEMAKIN RENDAH, MAKA LAJU REAKSINYA AKAN SEMAKIN CEPAT.

13.2

HUKUM LAJU

Hukum laju (persamaan laju) menyatakan hubungan antara laju reaksi dengan konsentrasi dari reaktan dipangkatkan bilangan tertentu. Untuk reaksi:

aA + bB → cC + dD

Hukumnya adalah:

v = k[A]^x [B]^y

di mana nilai konstanta laju, k dan nilai x dan y ditentukan berdasarkan eksperimen, bukan berdasarkan koefisien stoikiometri persamaan reaksi setara. Untuk reaksi tersebut, dikatakan reaksi orde ke-x terhadap A, orde ke-y terhadap B, dan orde reaksi total sama dengan x + y.

Contoh soal:

NO_2 \:(g) + CO(g) \longrightarrow NO (g) + CO_2 (g)

EksperimenLaju reaksi awal (M s-1)[NO2] awal (M)[CO] awal (M)
10,0050,100,10
20,0800,400,10
30,0050,100,20

Berdasarkan data eksperimen reaksi di atas, tentukan:

  1. orde reaksi terhadap NO2
  2. orde reaksi terhadap CO
  3. orde reaksi total
  4. konstanta laju
  5. laju reaksi ketika [NO2] = 0,40 M dan [CO] = 0,40 M

Jawab:

Pertama, asumsikan bahwa hukum laju dari reaksi ini yaitu:

v = k [NO_2]^x [CO]^y

a. Untuk menghitung nilai x pada [NO2]x, kita perlu membandingkan data eksperimen 1 dan 2, di mana [NO2] bervariasi namun [CO] konstan.

\frac{v_2}{v_1} = \frac{k[NO_2]_2^x [CO]_2^y}{k[NO_2]_1^x [CO]_1^y} = (\frac{[NO_2]_2}{[NO_2]_1})^x atau

\frac{0,080 Ms^{-1}}{0.005 Ms^{-1}} = (\frac{0,40 M}{0,10 M})^x

Diperoleh 16 = (4)x, dengan demikian x = 2. Jadi, orde reaksi terhadap NO2 = 2.

b. Untuk menghitung nilai y pada [CO]y, kita perlu membandingkan data eksperimen 1 dan 3, di mana [CO] bervariasi namun [NO2] konstan.

\frac{v_3}{v_1} = \frac{k[NO_2]_3^x [CO]_3^y}{k[NO_2]_1^x [CO]_1^y} = (\frac{[CO]_3}{[CO]_1})^y atau

\frac{0,005 Ms^{-1}}{0,005 Ms^{-1}} = (\frac{0,20 M}{0,10 M})^y

Diperoleh 1 = (2)y, dengan demikian y = 0. Jadi, orde reaksi terhadap CO = 0.

c. Hukum laju reaksi ini yaitu v = k[NO_2]^2. Orde reaksi keseluruhan = x + y = 2 + 0 = 2

d. Untuk menghitung konstanta laju, digunakan salah satu data eksperimen di atas, misalnya eksperimen 1.

v_1 = k[NO_2]_1^2 k = \frac{v_1}{[NO_2]_1^2} = \frac{(0,005 Ms^{-1})}{(0,10 Ms^{-1})} = 0,5 M^{-1}s^{-1}

e. v = k[NO_2]^2 = (0,5 M^{-1}s^{-1})(0,40 M)^2

v = 8 \times 10^{-2} M s^{-1}

13.3


FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI

Faktor ini memungkinkan kita untuk mengontrol laju reaksi, yaitu memperlambat reaksi yang tidak diinginkan dan meningkatkan laju reaksi yang menguntungkan.

Berikut faktor – faktor yang mempengaruhi laju reaksi antara lain:

  1. Konsentrasi, semakin tinggi konsentrasi maka tumbukan antar molekul akan semakin sering terjadi dan reaksi akan berlangsung semakin cepat.
  2. Luas Permukaan Bidang Sentuh, semakin luas permukaan partikel maka frekuensi tumbukan kemungkinan akan semakin tinggi sehingga reaksi dapat berlangsung lebih cepat.
  3. Temperatur, laju reaksi akan semakin cepat bila suhunya naik.
  4. Katalisator, merupakan zat yang dapat mempercepat laju reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi.

Contoh Soal Laju Reaksi

Contoh 1

Kedalam ruang yang volumenya 2 liter, dimasukkan 4 mol gas HI yang kemudian terurai menjadi gas H2 dan I2.

Setelah 5 detik, dalam ruang tersebut terdapat 1 mol gas H2. Tentukan laju reaksi pembentukan gas H2 dan laju reaksi peruraian gas HI berturut-turut adalah…

Penyelesaian:

Contoh 2

Suatu reaksi kimia yang berlangsung pada suhu 30°C memerlukan waktu 40 detik. Setiap kenaikan suhu 10°C, reaksi akan lebih cepat dua kali dari semula. berapakah waktu yang diperlukan jika suhu dinaikkan menjadi 50°C.

Penyelesaian:

Contoh 3

Jika pada reaksi N2 + H2 → NH3, kecepatan reaksi berdasarkan N2 dinyatakan sebagai xN dan berdasarkan H2 dinyatakan sebagai xH maka persamaan yang tepat adalah…

Penyelesaian:

Jadi, persamaan reaksi yang tepat untuk mengambarkan reaksi tersebut adalah xN=xH




Photodiode

Photodiode merupakan perangkat semiconductor, dengan PN-juction, yang mampu mengalirkan arus pada saat ada cahaya. Arus tersebut dialirkan ketika photon diserap oleh photodiode, meski begitu sejumlah kecil arus tetap dapat dialirkan pada saat tanpa cahaya. Saat ada cahaya yang mengenai photodiode, akan mengakibatkan adanya electron-hole. Photodiode bekerja pada reverse bias, dimana terdapat peningkatan kebocoran arus sebanding dengan intensitas cahaya yang mengenai bagian junction. Bila dibandingkan dengan dua jenis sensor cahaya lainnya, photodiode memiliki waktu tanggap yang lebih cepat. Photodiode dapat digunakan pada aplikasi pencacah barang juga pada luxmeter, untuk mengukur intensitas cahaya. Dalam aplikasinya photodiode membutuhkan penguat amplifier.

Bahan-bahan Semikonduktor untuk Photodiode (Dioda Foto)

  • Silikon (Si) : Arus Gelap rendah, berkecepatan tinggi, kepekaan (sensitivitas) baik di jarak sekitar 400nm hingga 1000nm (terbaik di jarak 800nm – 900nm)
  • Germanium (Ge) : Arus Gelap lebih tinggi, berkecepatan rendah, kepekaan (sensitivitas) baik di jarak sekitar 900nm – 1600nm (terbaik di jarak 1400nm – 1500nm)
  • Indium gallium arsenide phosphide (InGaAsP) : Mahal, arus gelap rendah, berkecepatan tinggi, kepekaan (sensitivitas) baik di jarak sekitar 1000nm – 1350nm (terbaik di jarak 1100nm – 1300nm)
  • Indium gallium arsenide (InGaAs) : Mahal, arus gelap rendah, berkecepatan tinggi, kepekaan (sensitivitas) baik di jarak sekitar 900nm – 1700nm (terbaik di jarak 1300nm – 1600nm)

Bentuk dan Simbol Photodiode (Dioda Foto)



Prinsip Kerja Photodiode (Dioda Foto)

Photodiode terdiri dari satu lapisan tipis semikonduktor tipe-N yang memiliki kebanyakan elektron dan satu lapisan tebal semikonduktor tipe-P yang memiliki kebanyakan hole. Lapisan semikonduktor tipe-N adalah Katoda sedangkan lapisan semikonduktor tipe-P adalah Anoda.
Saat Photodiode terkena cahaya, Foton yang merupakan partikel terkecil cahaya akan  menembus lapisan semikonduktor tipe-N dan memasuki lapisan semikonduktor tipe-P. Foton-foton tersebut kemudian akan bertabrakan dengan elektron-elektron yang terikat sehingga elektron tersebut terpisah dari intinya dan menyebabkan terjadinya hole. Elektron terpisah akibat tabrakan dan berada dekat persimpangan PN (PN junction) akan menyeberangi persimpangan tersebut ke wilayah semikonduktor tipe-N. Hasilnya, Elektron akan bertambah di sisi semikonduktor N sedangkan sisi semikonduktor P akan kelebihan Hole. Pemisahan muatan positif dan negatif ini menyebabkan perbedaan potensial pada persimpangan PN. Ketika kita hubungkan sebuah beban ataupun kabel ke Katoda (sisi semikonduktor N) dan Anoda (sisi semikonduktor P), Elektron akan mengalir melalui beban atau kabel tersebut dari Katoda ke Anoda atau biasanya kita sebut sebagai aliran arus listrik.

Model Pengoperasian Photodiode (Dioda Foto)

Terdapat dua model pengoperasian pada Photodiode, yaitu dengan model Photovoltaic dan model Photoconductive.
  • Model Photovoltaic

Seperti Sel Surya (Solar Sel), Photodiode juga dapat menghasilkan tegangan yang dapat diukur. Namun tegangan dan arus listrik yang dihasilkannya sangat kecil dan tidak cukup untuk menyala sebuah lampu maupun perangkat elektronika.

  • Model Photoconductive
Karena tidak dapat menghasilkan arus listrik yang cukup untuk kebutuhan rangkaian elektronika, maka biasanya Photodiode digabungkan dengan sumber tegangan yang dipasangkan secara bias terbalik (reversed biased voltage). Model Photoconductive ini menggunakan Sumber tegangan lain sebagai penggerak beban atau rangkaian Elektronika, sedangkan Photodiode sendiri berfungsi sebagai Saklar (Switch) yang mengalirkan arus listrik ketika dikenakan cahaya.


Karakteristik photodioda


  1. Arus linier bergantung pad intensitas cahaya
  2. Respons frekuensi bergantung pada bahan (Si 900 nm, gas 1500 nm, Ge 2000 nm)
  3. Digunakan sebagai sumber arus

Phototransistor

Phototransistor adalah transistor yang dapat mengubah energi cahaya menjadi listrik dan memiliki penguat (gain) Internal. Penguat Internal yang terintegrasi ini menjadikan sensitivitas atau kepekaan phototransistor terhadap cahaya jauh lebih baik dari komponen pendeteksi cahaya lainnya seperti photodiode ataupun photoresistor. Phototransistor dirancang khusus untuk aplikasi pendeteksian cahaya sehingga memiliki wilayah basis dan kolektor yang lebih besar dibanding dengan transistor normal umumnya. Bahan dasar phototransistor pada awalnya terbuat dari bahan semikonduktor seperti Silikon dan Germanium yang membentuk struktur Homo-junction. Phototransistor pada umumnya dikemas dalam bentuk transparan pada area dimana phototransistor tersebut menerima cahaya.

Kelebihan dan Kelemahan Phototransistor

Meskipun Phototransistor memiliki berbagai kelebihan, namun bukan juga tanpa kelemahan. Berikut ini adalah beberapa Kelebihan dan kelemahan Phototransistor :

Kelebihan phototransistor
  • Phototransistor menghasilkan arus yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan photodiode.
  • Phototransistor relatif lebih murah, lebih sederhana dan lebih kecil sehingga mudah untuk diintegrasikan ke berbagai rangkaian elektronika.
  • Phototransistor memiliki respon yang cepat dan mampu menghasilkan output yang hampir mendekati instan.
  • Phototransistor dapat menghasilkan tegangan, sedangkan photoresistor tidak bisa.

Kelemahan phototransistor
  • Phototransistor yang terbuat dari Silikon tidak dapat menangani tegangan yang melebihi 1000Volt
  • Phototransistor sangat rentan terhadap lonjakan listrik yang mendadak (electric surge).
  • Phototransistor tidak memungkin elektron bergerak sebebas perangkat lainnya (contoh: Tabung elektron).

Karakteristik Phototransistor
  1. Dalam rangkaian jika menerima cahaya akan berfungsi sebagai resistan
  2. Dapat menerima penerimaan cahaya yang redup
  3. Respon waktu cukup cepat
  4. Apabila tidak menerima cahaya maka tidak akan menghantarkan arus
  5. Output phototransistor bergantung pada cahaya yang masuk

3. Komponen Rangkaian
  • Led
  • Resistor
  • Photodiode
  • Transistor

4. Rangkaian 



5. Prinsip Kerja 

  • Pada saat malam hari (saat photo diode tidak terkena cahaya), photodiode akan memiliki tahanan yang sangat besar sehingga transistor q1 akan switches off dan transistor q2 akan switches on, sehingga arus listrik tidak akan melewati transistor q1. Transistor q1 mengalami switches off karna pada terminal basis bernilai nol dan tidak arus emitor sehingga saklar dapat dikatakan off. Dan arus mengalir kearah led dan masuk menuju terminal kolektor, arus juga mengalir masuk dari terminal basis sehingga transistor q2 akan dalam keadaan switches on dan arus kembali lagi arah sumber arus.
  • Pada saat siang hari ( saat photodiode terkena cahaya), photodiode akan memiliki tahanan yang sangat kecil . Kondisi ini akan menyebabkan arus listrik akan mengalir kearah terminal basis transistor q2, arus listrik akan masuk mengalir ke arah terminal emitter dan transistor q1 akan mengalami switches on. Sehingga tidak ada arus yang mengalir ke arah basis terminal basis sehingga transistor q2 mengalami switches off menyebabkan tidak ada arus yang akan mengalir ke arah LED.

6. Video 

7. Link Download 
Link video [Disini]
Link rangkaian [Disini]
Link HTML [Disini]
Link datasheet [Disini]
Diposting oleh di

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Langganan: Posting Komentar (Atom)