Dioda Led [PDF]

Citation preview

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah Dengan dilaksanakannya tugas kelompok mata kuliah Elektronika Dasar. Kami sebagai penulis akan membahas mengenai LED (Light Emiting Diode) yang akan kami presentasikan pada mata kuliah Elektronika Dasar di kelas ekstensi 2011. Dalam penulisan makalah ini, setiap anggota tim telah mencurahkan segala ide dan saran dalam penyusunan. Mulai dari pemilihan bahan sampai penugasan presentasi di setiap bagian. Adapun hal-hal yang akan kami bahas adalah sebagai berikut: 1. Pengertian LED 2. Prinsip Kerja LED 3. Simbol LED 4. Aplikasi LED Pada tema LED (Light Emiting Diode), terdapat banyak bahan yang berasal dari buku– buku maupun internet. Kami telah memilih sebagian dari banyaknya bahan tersebut. Pertimbangan kami untuk memilih bahan adalah bahan yang lebih mudah dicerna pemikiran dan menyertakan contoh gambar pada setiap bagian dan menyuguhkan praktek langsung demi pemahaman.



B. Tujuan



LED adalah singkatan dari Light Emiting Dioda, merupakan komponen yang dapat mengeluarkan emisi cahaya. LED merupakan produk temuan lain setelah dioda. Namun masih banyak diantara kita yang belum memahami arti LED (Light Emiting Diode). Termasuk diantaranya kami sebagai penulis sebelum menyusun makalah ini, belum memahami arti dari Led. Namun setelah menyusun makalah ini, kami lebih memahaminya dengan cukup baik. Oleh sebab itu kami sebagai penulis mengharapkan dengan diselesaikannya makalah ini dan dipresentasikannya makalah ini, rekan – rekan mahasiswa dapat lebih memahami Teori LED (Light Emiting Dioda).



1



BAB II PEMBAHASAN A. DIODA LED (LIGHT EMITING DIODA) LED adalah singkatan dari Light Emiting Dioda, merupakan komponen dioda semikonduktor memancarkan spectrum cahaya sempit yang tidak koheren. LED merupakan produk temuan lain setelah dioda. Strukturnya juga sama dengan dioda, tetapi belakangan ditemukan bahwa elektron yang menerjang sambungan P-N juga melepaskan energi berupa energi panas dan energi cahaya. LED dibuat agar lebih efisien jika mengeluarkan cahaya. Untuk mendapatkna emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang pakai adalah galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula. LED secara teknis sudah berkembangkan dengan baik saat ini. High Power LED yang telah ada selama beberapa tahun belakangan, diperluas penggunaan pada berbagai tingkatan, seperti indikator komputer, rambu-rambu lalu lintas, barang elektronik rumah tangga, mesin-mesin industri, berbagai macam layar informasi, aksesoris mobil dan masih banyak lagi. Pasar baru dalam bidang efek panggung, pencahayaan artistik, dekorasi gedung, pemandangan lampu dan lain-lain berkembang sangat cepat. Saat ini sangat mudah menemukan LED pada sebagian besar bangunan penting di seluruh dunia. Beberapa dari sekian banyak manfaat LED adalah terdiri dari berbagai macam warna, ukuran yang kecil, konsumsi daya yang efisien, beroperasi pada temperatur rendah, masa penggunaan yang lama, respon yang spontan dan bebas dari EMC. Ini menjelaskan mengapa produk-produk LED sekarang banyak menggantikan penggunaan lampulampu/pencahayaan tradisional.



2



B. PRINSIP KERJA DIODA LED Sewaktu dioda forward, elektron pita konduksi melewati juntion dan jatuh ke dalam hole. Pada saat elektron-elektron jatuh dari pita konduksi ke pita valensi, dioda akan memancarkan energi sebagai cahaya. Pada penyearah biasa, energi keluar sebagai panas. Dengan menggunakan unsur-unsur seperti Gallium, Arsen, Phosfor maka LED dapat memancarkan cahaya warna merah, kuning, dam infra merah. Dioda LED digunakan untuk: 



Lampu indikator pada peralatan







Mesin hitung







Jam digital







Kalkulator, dsb



Ada beberapa keuntungan LED yaitu: 



Tegangan operasinya rendah







Umur penggunannya lebih lama







Penyaklaran untuk On-Off cepat



Dioda TIL 221 adalah LED komersial yang terbuat dari bahan Gallium arsenida fosfida. Dioda ini diberi bias forward akan memancarkan warna merah. Besarnya tegangan lutut yaitu 1,5 V. Bila arus LED bertambah maka tegangan pun turut bertambah. Arus LED sama dengan 20 mA pada tegangan lutut LED sebesar ±1,5 V. Sedangkan dioda TL 222 dibuat dari Gallium fosfida dan memancarkan cahaya hijau. LED ini memiliki tegangan lutut ±1,5 V s/d 2,6 V untuk arus antara 1 s/d 50 mA. Dan biasanya LED digunakan untuk menampilkan 7 segmen.



3



C. SIMBOL DIODA Pada saat ini warna-warna cahaya LED yang banyak ada adalah warna merah, kuning dan hijau.LED berwarna biru sangat langka. Pada dasarnya semua warna bisa dihasilkan, namun akan menjadi sangat mahal dan tidak efisien. Dalam memilih LED selain warna, perlu diperhatikan tegangan kerja, arus maksimum dan disipasi daya-nya. Rumah (chasing) LED dan bentuknya juga bermacam-macam, ada yang persegi empat, bulat dan lonjong.



Gambar Simbol LED D. KARAKTERISTIK LIGHT EMITTING DIODE (LED) Adapun karakteristik LED (Light Emitting Diode) adalah sebagai berikut: 1.



Bekerja Lebih Lama dibandingkan Sumber Cahaya Lain Perangkat solid state ini tidak memiliki bagian yang bergerak, tidak mengandung kaca yang rapuh, tidak mengandung mercury, tidak mengandung gas beracun, dan tidak menggunakan kawat halus. Tidak ada bagian yang bisa rusak, pecah, hancur, bocor, atau tercemar. Tidak seperti sumber cahaya konvensional, LED tidak bisa mengalami kerusakan secara mendadak atau terbakar. Tidak ada kesempatan di mana sumber cahaya berhenti bekerja, melainkan, LED mengalami penurunan kinerja dari waktu ke waktu. Produk yang berkualitas tinggi, misalnya, diperkirakan masih memberikan rata-rata 70% dari performa awal setelah pemakaian 50.000 jam operasi.



Dalam penerapan di mana sumber cahaya yang akan digunakan selama 12 jam per hari, 365 hari per tahun, ini akan menghasilkan sebuah sistem yang bekerja selama 11 4



tahun dengan hanya penurunan 30% dari performa awal dan tidak ada resiko kerusakan yang menyebabkan bencana. 2.



Pengurangan Biaya Pemeliharaan Oleh karena sumber cahaya berbasis LED bekerja paling tidak 10 kali lebih lama dari sumber cahaya biasa, tidak ada kebutuhan untuk mengganti sumber cahaya, mengurangi atau bahkan menghilangkan biaya pemeliharaan dan biaya penggantian lampu berkala. Dalam penerapan yang diatur oleh undang-undang dan kritis, seperti pelampung sinar, mercu suar, lampu keluar darurat, lampu cadangan, dan lampu keamanan memerlukan penggantian bohlam secara terjadwal. Tidak seperti sumber lain yang mati dan terbakar pada masa akhir pemakaian, kinerha LED akan menurunkan secara bertahap. Ini berarti bahwa tidak dibutuhkan personil yang harus selalu siaga mengganti cahaya sumber setiap saat pada penerapan yang kritis untuk keselamatan. LED bahkan memberikan keuntungan lebih besar pada aplikasi dimana lokasi membuat penggantian bohlam sulit dijangkau. Menara radio, pelampung di laut lepas, lampu peringatan pesawat, dan lampu jembatan dan terowongan semua memerlukan biaya pemeliharaan mahal karena lokasinya yang sulit. Menghilangkan atau mengurangi frekuensi pemeliharaan secara signifikan dapat menghemat banyak sekali biaya pemeliharaan. Masa penggunaan yang panjang dari LED juga memberikan solusi dalam masalah desain. Sebagai contoh, bahkan dengan suhu yang sangat ekstrim, guncangan keras dan lingkungan yang bergetar seperti truk dan mobil, perangkat otomotif berbasis LED menawarkan performa yang baik. Hal ini memberikan kebebasan lebih dalam desain oleh karena akses dan penggantian tidak perlu menjadi pertimbangan dalam desain sistem.



3.



Penggunaan Energi yang Lebih Efisien menjadi Solusi Lingkungan Sumber cahaya yang menggunakan LED lebih efisien daripada kebanyakan lampu pijar dan halogen. LED putih hari ini dapat memberikan lebih dari 20 lumen per Watt, dan diperkirakan mencapai lebih dari 50 lumen per Watt pada tahun 2005.



5



Ketika melihat LED sebagai suatu alternatif, penting untuk mempertimbangkan tingkat manfaat sistem secara total. Misalnya, oleh karena penurunan penggunaan energi yang digunakan untuk penerangan dari sebuah bangunan, penurunan biaya air handling, menyebabkan penghematan baik pada investasi awal maupun investasi yang sedang berjalan. Tambahan manfaat seperti sinar yang dapat diarahkan pada aplikasi penerangan umum dan warna yang hidup tanpa membutuh filter pada aplikasi ramburambu menambahkan penghematan efisiensi energi pada tingkat sistem. 4.



Fleksibilitas Desain dan Cahaya Tersembunyi yang Samar LED pada umumnya jauh lebih kecil daripada sumber cahaya konvensional, sehingga memungkinkan untuk membuat desain pencahayaan yang sama sekali berbeda oleh karena sumber cahaya yang samar dan tidak kelihatan secara jelas. Merancang dengan LED dapat menyembunyikan sumber cahaya sepenuhnya, menghilangkan sumber cahaya yang besar, dan membuat efek magis ketika dinyalakan. LED menyediakan lebih banyak alternatif dan pilihan bagi desainer pencahayaan dibanding dengan teknologi konvensional. Alih-alih menggunakan satu sumber sangat terang dan meletakkannya



dalam



reflektor



optik



untuk



menyebarkan



cahaya,



LED



memungkinkan konsep pencahayaan alternative dimana sumber cahaya dapat dibagi menjadi beberapa titik cahaya, didistribusikan pada seluruh permukaan, atau ditempatkan di beberapa permukaan. Teknologi LED memungkinkan solusi pencahayaan tiga dimensi yang rumit. Fleksibilitas LED memungkinkan solusi pencahayaan yang baru, kreatif dan inovatif yang sebelumnya tidak mungkin dilakukan. 5.



Warna yang Hidup Tanpa Menggunakan Filter LED tidak membutuhkan filter untuk membuat sinar berwarna, sehingga menghasilkan warna yang lebih tajam tanpa ada sinar yang terbuang. Merah, hijau dan biru menyala serta warna lainnya dapat dihasilkan dari elemen LED. Banyak aplikasi pencahayaan, seperti rambu-rambu, sinyal, dan lampu peringatan, diberi warna. Biasanya cahaya ini dibuat dengan cara menyaring cahaya putih. Filter ini menghalangi bagian yang tidak dikehendaki dari cahaya putih dan membiarkan cahaya yang diinginkan lewat. Cahaya yang dihalangi karena tidak sesuai menyebabkan hilangnya energi. 6



Oleh karena itu, untuk membuat sebuah tanda merah, dapat menggunakan satu LED yang hanya menghasilkan cahaya merah. Tidak perlu menggunakan filter yang mahal, dan tidak ada energy yang terbuang. Sebuah rangkaian LED merah 12W, dengan menggunakan teknologi LED terkini, dapat mengganti 150W bohlam yang digunakan pada lampu lalu lintas, sehingga menghasilkan penghematan energi yang luar biasa. 6.



Cahaya Terarah untuk Peningkatan Efisiensi Sistem Cahaya yang dipancarkan dari LED dapat diarahkan. Sumber cahaya konvensional seperti lampu pijar, halogen atau neon adalah Omni Directional, memancarkan cahaya di seluruh penjuru. Untuk mengarahkan cahaya ke suatu objek, cahaya harus diarahkan menggunakan reflektor. Setiap kali cahaya dipantulkan, maka cahaya tersebut akan kehilangan sebagian dari intensitasnya, yang mengakibatkan kehilangan permanen. Kehilangan tersebut berkisar dari 40% sampai 60%, artinya bahwa dalam beberapa kasus, kurang dari setengah dari cahaya yang dihasilkan oleh sumber cahaya yang dapat diarahkan pada arah yang dikehendaki. Karakteristik cahaya LEDs yang dapat diarahkan dapat menghasilkan efisiensi permanen antara 80% sampai 100%, sehingga memerlukan total lumen yang lebih kecil untuk menghasilkan tingkat penerangan yang sama. Ketika mempertimbangkan LED sebagai sumber cahaya, penting untuk mempertimbangkan semua faktor dalam menentukan solusi yang tepat. Misalnya, jika Anda mengganti 500 lumen sebuah sumber cahaya dengan efisiensi 50%, dengan sumber cahaya berbasis LED dengan efisiensi 85%, kurang dari 300 lumens yang diperlukan dari sumber cahaya LED untuk tingkat cahaya yang setara. Manfaat sampingan dari sifat cahaya LED yang dapat diarahkan adalah berkurangan polusi cahaya.



7.



Sumber Cahaya yang Kuat, Tahan Getaran dan Tidak Berubah LED adalah peralatan Solid Sate yang tidak mengandung bagian yang dapat digerakkan dan tidak ada filamen yang mudah rusak. Dengan demikian, LED dapat digunakan pada lingkungan yang tidak ramah termasuk getaran keras dan benturan. Tidak ada yang dapat pecah, retak, hancur, bocor dan tercemar. Inilah karakteristik yang membuat LED sangat kuat dan tahan lama, sebuah pilihan yang sangat baik untuk aplikasi di mana kehandalan dan ketangguhan adalah hal yang terpenting.



7



8.



Kendali Warna yang Dinamis LED menawarkan merah, hijau, dan biru terang untuk aplikasi perubahan warna secara dinamis. Dengan waktu penyalaan yang cepat (diukur dalam microsecond), sangat mudah untuk berubah dari satu warna ke warna lain. Pilihan warna yang tidak terbatas tersedia untuk hampir semua aplikasi, penerangan dinding, kolam dan mata air, aplikasi di tempat kerja atau lingkungan rumah, dengan kemampuan pemilihan warna yang tidak terbatas. Karena cahaya putih adalah kombinasi dari cahaya merah, hijau, dan biru (RGB), Anda dapat dengan mudah membuat warna putih dari putih terang hingga putih kebiruan dengan mengubah intensitas cahaya relative dari masing-masing komponen warna. LED dinyalakan dan dimatikan dengan sangat cepat dan jangkauan tingkat keterangan cahaya yang luar biasa, semua tanpa mengorbankan Colour Rendering Index (CRI), atau lebih penting lagi, Colour Acceptance Index (CAI). Studi terbaru menunjukkan peningkatan CAI secara dramatis meningkatkan penerimaan konsumen terhadap barang dagangan. Tidak seperti teknologi pencahayaan konvensional, dengan LED CAIi (dan CRI) tidak tergantung pada intensitas. Penggunaan sistem pencahayaan berbasis LED memungkinkan pilihan warna yang sangat banyak dari efek pencahayaan statis murni dan dinamis. Apakah efek yang diinginkan adalah warna putih yang dapat diatur atau satu sumber cahaya tunggal yang mampu menghasilkan warna apapun dalam pelangi secara digital, LED menawarkan dimensi baru ke dalam dunia pencahayaan.



9.



Menyala secara instan, Penuh Warna, Cahaya 100% LED memiliki waktu penyalaan yang diukur dalam microsecond. Karakteristik menyala secara instan dari LED memberikan tambahan kecepatan reaksi dalam aplikasi keselamatan yang kritis. Tidak ada kerlip atau waktu pemanasan ketika sumber cahaya mencapai suhu penyalaan lampu dalam sistem LED dan panjang gelombang yang dipancarkan tercapai secara instan. Waktu penyalaan yang cepat memungkinkan pengalihan sistem secara cepat yang pada gilirannya memungkinkan perubahan instan dari satu warna ke warna yang lain pada aplikasi perubahan warna secara dinamis dalam sistem pencahayaan RGB. 8



10. Tidak Mengandung Merkuri pada Sumber Cahaya Tidak seperti kebanyakan sumber cahaya neon, LED tidak mengandung merkuri. Menghilangkan merkuri dari sistem pencahayaan Anda akan mungkinkan spesifikasi untuk memenuhi peraturan lingkungan baru di masa mendatang yang semakin ketat. 11. Tidak Ada Panas atau Ultraviolet dalam Sinar Sumber cahaya konvensional (serta beberapa LED) mengandung radiasi yang tidak terlihat serta bagian yang terlihat dalam komponen cahaya. Radiasi ini dapat merupakan biru yang sangat pendek gelombangnya, yang dikenal sebagai cahaya ultraviolet atau merah yang sangat panjang gelombangnya, yang dikenal sebagai inframerah, yang menyebabkan panas. Sinar Ultraviolet dapat dan akan merusak materi, menyebabkan perubahan warna dan akhirnya menghancurkan banyak bahan. Museum dan aplikasi lain dimana sinar ultraviolet adalah sebuah kendala, menggunakan pipa cahaya yang mahal untuk menyaring komponen berbahaya ini dihasilkan dari cahaya. Seringkali sumber cahaya yang digunakan untuk pipa cahaya ini adalah lampu pijar atau halogen yang sangat terang dan panas, menghasilkan panas dari sebagian besar sinar yang dihasilkan. Cahaya inframerah dapat merusak benda dipajang, meningkatkan biaya pendingin udara, penurunan kenyamanan lingkungan, dan ketika dipantulkan di permukaan yang dibaca meningkat kelelahan mata. Produk LED yang terbaru dan paling efisien hanya menghasilkan cahaya dalam kisaran yang dapat dilihat oleh mata. Tidak ada sinar ultraviolet atau radiasi inframerah yang terkandung dalam cahaya yang dihasilkan dari produk ini. Menghilangkan komponen berbahaya dan tidak berguna ini dari spectrum menghasilkan cahaya yang tidak akan merusak obyek yang diterangi serta menghasilkan sinar dingin dengan sumber cahaya yang aman untuk disentuh. 12. Mampu nyala dalam keadaan dingin Banyak sumber cahaya yang digunakan saat ini adalah tidak sesuai dengan lingkungan yang dingin. Dalam beberapa kasus, seperti di dalam kulkas, iklim yang dingin, atau aplikasi otomotif, pengontrol yang mahal dibutuhkan untuk mengaktifkan pengapian pada suhu rendah. LED tidak memerlukan peralatan khusus atau pengontrol, untuk bekerja pada lingkungan bersuhu rendah. Menyala dalam keadaan 9



dingin tidak menjadi masalah bagi LED, hingga suhu -40ºC. Kemampuan untuk menyala dalam keadaan dingin memungkinkan pengontrolan on/off secara instan tanpa sirkuit yang dirancang khusus, menyederhanakan desain sistem Anda serta menurunkan biaya pengontrol elektronik. 13. Pemakaian Rumah Tangga Lampu LED tersedia dalam standar sambungan rumah tangga seperti MR16 dan MR11 tipe format halogen. Biaya dan efisiensi dari berbagai produsen sangat bervariasi. Sebuah lampu kumpulan LED putih 1,2 watt sama terangnya sebagai 20 watt lampu pijar (cukup terang untuk membaca).



Kualitas cahaya dapat dibandingkan dengan warna putih dari lampu neon kompak, dengan Color Rendering Index mendekati 85. Keuntungan yang signifikan dalam aplikasi ini adalah lampu LED tidak berkerlip dan sinarnya sangat terarah pada area yang kecil. Lampu LED Strip dapat dipasang di bawah meja, lobbi, dan anak tangga. LED yang terkonsentrasi dapat digunakan untuk pencahayaan ruangan. LED tahan air untuk pemasangan di luar ruangan juga tersedia dan beroperasi pada temperatur antara -20ºC hingga 80ºC. Produsen berpendapat penerapan pada taman, tempat untuk berjalan, dan dekorasi menghasilkan efisiensi biaya paling besar. Lampu LED memiliki keuntungan lebih jauh atas lampu neon dalam ruangan dengan TV atau radio karena tidak menimbulkan gangguan frekuensi radio seperti yang dihasilkan oleh beberapa lampu neon kompak. 14. Keterbatasan Keterbatasan terbesar LED untuk pemakaian rumah tangga umum adalah biaya produksi sehingga biaya investasi awal ke konsumen masih relatif tinggi. Namun hal ini diseimbangkan dengan berbagai keuntungan yang telah disebutkan di atas, dan penghematan biaya akan tampak dalam biaya total dari seluruh masa pemakaian.



10



E. MACAM-MACAM DIODA LED LED biru dan putih



Sebuah GaN LED ultraviolet LED biru pertama yang dapat mencapai keterangan komersial menggunakan substrat galium nitrida yang ditemukan oleh Shuji Nakamura tahun 1993 sewaktu berkarir di Nichia Corporation di Jepang. LED ini kemudian populer di penghujung tahun 90-an. LED biru ini dapat dikombinasikan ke LED merah dan hijau yang telah ada sebelumnya untuk menciptakan cahaya putih. LED dengan cahaya putih sekarang ini mayoritas dibuat dengan cara melapisi substrat galium nitrida (GaN) dengan fosfor kuning. Karena warna kuning merangsang penerima warna merah dan hijau di mata manusia, kombinasi antara warna kuning dari fosfor dan warna biru dari substrat akan memberikan kesan warna putih bagi mata manusia. LED putih juga dapat dibuat dengan cara melapisi fosfor biru, merah dan hijau di substrat ultraviolet dekat yang lebih kurang sama dengan cara kerja lampu fluoresen. Metode terbaru untuk menciptakan cahaya putih dari LED adalah dengan tidak menggunakan fosfor sama sekali melainkan menggunakan substrat seng selenida yang dapat memancarkan cahaya biru dari area aktif dan cahaya kuning dari substrat itu sendiri.



11



DAFTAR PUSTAKA Barmawi,malvino.1985.”Prinsip-Prinsip Elektronika”.Erlangga:Jakarta http://www.google.com http://wikipedia.com



12