1 / 72

OPTICAL TRANSDUCERS

OPTICAL TRANSDUCERS. PHOTOEMISSIVE CELL PHOTOCONDUCTIVE CELL PHOTOVOLTAIC CELL PHOTODIODE PHOTOTRANSISTOR. LIGHT. ELECTROMAGNETIC RADIATION Radio waves, infrared rays (heat waves) Ultraviolet rays, X-rays Visible light Wavelength 400 – 700 nm Frequency (3.75 - 7.5) x 10 14 Hz

morey
Download Presentation

OPTICAL TRANSDUCERS

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  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 (3.75 - 7.5) x 1014 Hz • Broadcast band : AM (106 Hz), FM (108 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 : Konstanta Plank : h = 6,63 x 10-34 J.s = 4,14 x 10-15 eV.s ch = 1240 eV/nm Kecepatan foton v = c Energi diam = 0

  7. 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 Vext antara pelat P dan cawan kolektor C • Elektron akan mengalir (bergerak) menghasilkan arus i yang melewati pengukur arus A • Beda potensial Vext dapat diubah-ubah dari positip ke negatip

  9. Pengamatan I :Stopping PotentialVo • Cahaya a dan b mempunyai intensitas berbeda (b > a) • Vo adalah beda potensial yang diperlukan agar tidak terjadi arus • Energi potensial eVo sama dengan energi kinetik maksimum Km yang diperoleh elektron akibat tumbukan dengan foton • Ternyata Vo sama untuk cahaya a dan cahaya b • Energi kinetik maksimum dari elektron tidak tergantung pada intensitas cahaya

  10. Pengamatan II : Frekuensi cutofffo • Pada frekuensi fo stopping potential Vo = 0 • Untuk f < fo, tidak terjadi efek fotoelektrik

  11. Analisis I :Stopping PotentialVo Cahaya = Gelombang • 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 107 kali • Stopping potential yang selalu sama pada efek fotoelektrik tidak dapat diterangkan dengan menganggap cahaya adalah gelombang

  12. Analisis I :Stopping PotentialVo Cahaya = partikel (foton) • 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

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

  14. Analisis II : Frekuensi cutofffo Cahaya = partikel (foton) • 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

  15. PHOTOEMISSIVE TUBE

  16. 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. Housing and PM tube form the entire sensor

  22. PHOTOVOLTAIC CELLS • Copper Oxide • Prior to World War I • Bruno Lange • Westinghouse • Photox cell

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

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

  25. Photocell using noninverting amplifier

  26. 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 )

  27. 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

  28. 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

  29. BAND GAP DARI BERBAGAI BAHAN SEMIKONDUKTOR

  30. Struktur dari photoconductive cell

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

  32. Photoconductive cell (PC) circuits

  33. Efek beban besar • Output tidak bisa nol

  34. Efek beban kecil • Outputnya tidak bisa nol

  35. Efek beban besar • Outputnya bisa nol

  36. DIODA Lambang dioda : Karakteristik dioda : 10-7 A

  37. PHOTODIODE PHOTOTRANSISTOR

  38. Zero control

  39. Phototransistor Modulated light

  40. 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

More Related