BAB I

PENDAHULUAN

Apabila kita berbicara tentang elektronika maka tidak akan lepas dari semikonduktor.

Memang pada awal kelahirannya elektronika didefenisikan sebagai cabang ilmu listrik yang

mempelajari pergerakan muatan didalam gas ataupun vakum. Penerapannya sendiri juga

menggunakan komponen-komponen yang utamanya memanfaat kedua medium ini, yang

dikenal sebagai Vacuum Tube. Akan tetapi sejak ditemukannya transistor, terjadi perubahan

trend dimana penggunaan semikonduktor sebagai pengganti material komponen semakin

populer dikalangan praktisi elektronika. Puncaknya adalah saat ditemukannya Rangkaian

Terpadu (Integrated Circuit) pada akhir dekade 50-an yang telah menyederhanakan berbagai

rangkaian yang sebelumnya berukuran besar menjadi sangat kecil. Selain itu penggunaan

material semikonduktor juga memberikan fleksibilitas dalam penerapannya.

Operasi semua komponen benda padat seperti dioda, LED, Transistor Bipolar dan

FET serta Op-Amp atau rangkaian terpadu lainnya (solid state) didasarkan atas sifat-sifat

semikonduktor. Secara umum semikonduktor adalah bahan yang sifat-sifat kelistrikannya

terletak antara sifat-sifat konduktor dan isolator. Sifat-sifat kelistrikan konduktor maupun

isolator tidak mudah berubah oleh pengaruh temperatur, cahaya atau medan magnit, tetapi

pada semikonduktor sifat-sifat tersebut sangat sensitif.

1

BAB II

ISI

A. LED

LED (Light Emitting Diode atau Light Emitting Device) merupakan salah satu diode

semikonduktor yang dirancang untuk menghasilkan sejumlah besar cahaya monokromatis

yang tidak koheren dengan rentang panjang gelombang yang sempit ketika diberi tegangan

maju. LED dan bagian-bagiannya disajikan pada Gambar:

Arus maju yaitu arus dimana potensial positif (kutub positif (anoda) sumber arus)

disambungkan pada bagian positif dari LED dan potensial negatif (kutub negatif sumber arus)

dishubungkan pada bagian negatif (katoda) dari LED (lihat gambar 1). Sedangkan cahaya

monokromatis tidak koheren yaitu cahaya dengan rentang panjang gelombang artinya

walaupun sebagai cahaya monokromatis tetapi masih memiliki rentang panjang gelombang

(lihat tabel). Untuk membedakan anoda dan katoda dapat dilihat dari kaki atau tangkai LED,

yang bertangkai panjang merupakan anoda (kutub negatif) sedangkan yang lebih pendek

merupakan katoda (kutup positif).

Pada awal penemuan LED hanya terdiri dari warna merah, kuning dan hijau.

Sekarang LED yang tersedia berfariasi mulai dari yang bekerja pada rentang panjang

gelombang sinar tampak, ultraviolet hingga inframerah. LED yang berfariasi ini dapat

diperoleh dengan cara mengganti bahan semikonduktor pada chip LED atau dengan

menggabungkan bahan semikonduktor dari warna merah, kuning dan hijau yang telah

diperoleh sebelumnya. Karena warna yang dihasilkan sangat banyak, aplikasi LED kini

2

sangat beragam misalnya menambah keindahan desain interion dan eksterion. Bahkan kini

LED dengan cahaya merah dan LED dengan cahaya biru dimanfaatkan untuk membantu

melangsungkan proses fotosintesis pada tanaman-tanaman yang ada dalam sebuah ruangan.

Chip LED yang dibungkus menggunakan bohlam plastik pada umumnya mempunyai

tegangan rusak yang relatif rendah. Bila diberikan tegangan beberapa volt ke arah terbalik

akan menyebabkan sifat isolator searah LED jebol sehingga arus dapat mengalir ke arah

sebaliknya.

B. Jenis- Jenis LED Dan Bahan Semikonduktor Penyusunnya

Warna berbagai LED dengan panjang gelombang masing-masing LED serta penyusunnya

seperti yang tertera pada tabel di halaman selanjutnya:

Warna Panjang Gelombang (nm) Bahan Semikonduktor Penyusun

IR λ> 760 Gallium arsenida (GaAs)

Aluminium gallium arsenida

(AlGaAs)

Merah 610 < λ < 760 Aluminium gallium arsenida(AlGaAs)

Gallium arsenida fosfida (GaAsP)

Aluminium gallium indium fosfida

(AlGaInP)

Gallium(III) fosfida (GaP)

Jingga 590 < λ < 610 Gallium arsenida fosfida (GaAsP)

Aluminium gallium indium fosfida

(AlGaInP)

Gallium(III) fosfida (GaP)

Kuning 570 < λ < 590 Gallium arsenida fosfida (GaAsP)

Aluminium gallium indium fosfida

(AlGaInP)

Gallium(III) fosfida (GaP)

Hijau 500 < λ < 570 Indium gallium nitrida  (InGaN) /

gallium(III)nitrida

Gallium(III) fosfida (GaP)

3

Aluminium gallium indium fosfida

(AlGaInP)

Aluminium gallium fosfida (AlGaP)

Biru 450 < λ < 500 Seng selenida (ZnSe)

Indium gallium nitrida (InGaN)

Silikon karbida (SiC) sebagai substrat

Silikon (Si) sebagai substrat – dalam

pengembangan

Violet 400 < λ < 450 Indium gallium nitrida (InGaN)

Ungu Berbagai jenis LED dua warna (biru dan merah, biru

dengan fosfor merah, atau putih

dengan plastik ungu)

UV λ < 400 berlian (235 nm)

Boron nitride (215 nm) [ 34 ] [ 35 ] Boron

nitrida (215 nm)

Aluminium nitride (AlN) (210 nm) [ 36 ] Aluminium nitrida (AlN) (210

nm)

Aluminium gallium nitride (AlGaN)

Aluminium galium nitrida (AlGaN)

Aluminium gallium indium nitride

(AlGaInN) — (down to 210 nm) [ 37 ]

Indium gallium aluminium nitrida

(AlGaInN) – (hingga 210 nm)

Putih Spektrum luas Dioda UV/biru dengan fosfor kuning

Macam-macam LED :

1. Dioda Emiter Cahaya . Sebuah dioda emisi cahaya dapat mengubah arus listrik langsung

menjadi cahaya. Dengan mengubah-ubah jenis dan jumlah bahan yang digunakan untuk

4

bidang temu PN. LED dapat dibentuk agar dapat memancarkan cahaya dengan panjang

gelombang yang berbeda-beda. Warna yang biasa dijumpai adalah merah, hijau dan kuning.

2. LED Warna Tunggal . LED warna tunggal adalah komponen yang paling banya dijumpai.

Sebuah LED warna tunggal mempunyai bidang temu PN pada satu keping silicon. Sebuah

lensa menutupi bidang temu PN tersebut untuk memfokuskan cahaya yang dipancarkan.

3. LED Tiga Warna Tiga Kaki . satu kaki merupakan anoda bersama dari kedua LED. Satu

kaki dihubungkan ke katoda LED merah dan kaki lainnya dihubungkan ke katoda LED hijau.

Apabila anoda bersamanya dihubungkan ke bumi, maka suatu tegangan pada kaki merah atau

hijau akan membuat LED menyala. Apabila satu tegangan diberikan pada kedua katoda

dalam waktu yang bersama, maka kedua LED akan menyala bersama-sama. Pencampuran

warna merah dan hijau akan menghasilkan warna kuning.

4. LED Tiga Warna Dua Kaki Disini, dua bidang temu PN dihubungkan dalam arah yang

berlawanan. Warna yang akan dipancarkan LED ditentukan oleh polaritas tegangan pada

kedua LED. Suatu sunyal yang dapat mengubah polaritas akan menyebabkan kedua LED

menyala dan menghasilkan warna kuning.

5. . Led Seven Segmen biasanya digunakan untuk menampilkan angka berupa angka 0

sampai 9, angka – angka tersebut dapat ditampilkan dengan mengubah nyala dari 7 segmen

yang ada pada led yang disusun seperti gambar dibawah ini :

Gambar LED Seven Segmen :

Led Seven Segmen, terdapat dua macam, yaitu common anoda dan common Catoda :

5

1. Common Catoda berarti seven segmen tersebut terdiri dari led – led dimana Catoda nya

(Kutub -) di hubungkan menjadi satu

2. Common anoda, skema nya adalah seperti dibawah ini :

Gambar Common Anode :

Led seven segmen tersebut dapat diaktifkan dengan menghubungkan dengan perangkat

kontrol seperti mikrokontroler, seperti di bawah ini :

6

C. Cara Kerja LED

Karena LED adalah salah satu jenis dioda maka LED memiliki 2 kutub yaitu anoda dan

katoda. Dalam  hal ini LED akan menyala bila ada arus listrik mengalir dari  anoda menuju

katoda. Pemasangan kutub LED tidak boleh terebalik karena apabila terbalik kutubnya maka

LED tersebut tidak akan menyala. Led memiliki karakteristik berbeda-beda menurut warna

yang dihasilkan. Semakin tinggi arus yang mengalir pada led maka semakin terang pula

cahaya yang dihasilkan, namun perlu diperhatikan bahwa besarnya arus yang diperbolehkan

10mA-20mA dan pada tegangan 1,6V –  3,5 V menurut karakter warna yang dihasilkan.

Apabila arus yang mengalir lebih dari 20mA maka led akan terbakar. Untuk menjaga agar

LED tidak terbakar perlu kita gunakan resistor sebagai penghambat arus.

.

Gambar LED :

Simbol LED:

Sebuah LED :

7

Tegangan kerja / jatuh tegangan  pada sebuah menurut warna yang dihasilkan :

1. Infra merah : 1,6 V

2. Merah : 1,8 V – 2,1 V

3. Oranye : 2,2 V

4. Kuning : 2,4 V

5. Hijau : 2,6 V

6. Biru : 3,0 V – 3,5 V

7. Putih : 3,0 – 3,6 V

8. Ultraviolet : 3,5 V

Berdasarkan Hukum Ohm,  V=I.R

Keterangan : V = tegangan,  I = arus listrik,  R = Resistor.

Apabila kita mencari nilai resistor maka : R = V/I

R =(Vs-Vd) / I

Vs = tegangan sumber(batry,accu,power suply).

Vd = jatuh tegangan.

D. KEUNGGULAN DAN KEKURANGAN LAMPU LED

Berikut merupakan keunggulan dan kekurangan lampu LED :

1. LED mempunyai umur penggunaan yang lebih lama dibanding lampu biasa. LED bisa

mencapai keawetan hingga 100 ribu jam. 

2. LED mempunyai efisiensi energy yang lebih baik dibanding lampu lainnya. Bahkan

LED bisa hemat energy hingga 80 – 90 persen. Selain itu LED juga memiliki

tegangan DC yang rendah. 

3. LED mengeluarkan cahaya yang tidak panas. LED tidak mempunyai sinar UV dan

energy panas. 

4. LED mempunyai ukuran yang praktis dan mini 

5. LED dikarenakan hanya membutuhkan konsumsi listrik yang sedikit maka akan

membuat hemat biaya dalam hal irit biaya listrik 

6. LED mempunyai dampak positip bagi lingkungan dikarenakan tidak mempunyai

kandungan merkuri dan tidak menambah pemanasan global dikarenakan efisiensi

energy sehingga hanya membutuhkan konsumsi energy yang rendah. 

8

Selain itu dikarenakan berasal dari bahan semi konduktor sehingga LED tidak dibuat dari

bahan karbon. Selain keunggulan dan kelebihan lampu LED diatas, lampu LED juga

mempunyai kekurangan dimana membuat orang sedikit berpikir untuk membelinya. Berikut

kekurangan lampu LED :

1. Harga lampu LED sendiri yang cukup mahal 

2. Jika suhu lingkungan tidak stabil maka dapat menyebabkan LED mengalami

gangguan elektrik. 

3. Intensitas cahaya yang termasuk kecil. 

Walaupun LED mempunyai kekurangan tersebut, namun jika melihat dan

mempertimbangkan kelebihan dan keunggulan LED tersebut membuat LED memang layak

untuk dipertimbangkan. Bahkan sebagian besar sudah mulai mengganti lampu ruangan

dengan lampu LED. Hal ini dikarenakan efisiensi LED yang sangat menarik. Bayangkan saja,

lampu LED 8 watt akan lebih terang dibandingkan lampu biasa atau neon sebesar 20 watt.

Dari sini bisa dihitung berapa efisiensi dari biaya pemakaian listrik. Selain itu garansi lampu

LED lebih panjang dibandingkan dengan lampu biasa dikarenakan lampu LED itu sendiri

memang mempunyai waktu nyala yang lebih lama.

E. APLIKASI LED

LED untuk Interior Mobil :

Buat yang mau mempercantik mobil dengan kerlap-kerlip cahaya lampu LED (light-emitting diode) yang hemat energi serta mampu memberikan efek cahaya dengan maksimal. Lampu LED memiliki watt sangat kecil dari pada lampu yang biasa digunakan untuk penerangan di kendaraan. LED merupakan semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik yang

9

tidak koheren ketika diberi tegangan maju. Gejala ini termasuk bentuk elektroluminesensi. Warna yang dihasilkan bergantung pada bahan semikonduktor yang dipakai, dan bisa juga ultraviolet atau inframerah. LED sendiri identik dengan kendaraan modifikasi, namun perannya kini sudah banyak diaplikasi dengan kendaraan harian. Instalasi LED yang apik membuat kendaan makin tampil ciamik. 

Keuntungan interior mobil jika menggunakan LED adalah :

1. Jauh lebih hemat energy dibandingkan lampu bohlam, sehingga lebih menghemat pasokan lirtrik di dalam mobil

2. Tidak menimbulkan panas, sehingga aman dan tidak menimbulkan efek maupun bahaya di dalam mobil

3. Pemakaian bisa lebih tahan lama dan lebih awet dari pada lampu bohlam biasa. Karena LED dapat bertahan lama sampai 15.000 – 20.000 Jam, sedangkan lampu Bohlam 5.000 Jam

Untuk pemasangan LED tidaklah sulit, bahkan membutuhkan waktu singkat, karena LED sudah dirancang Plug and Play, sehingga pemilik mobil bisa memasangnya sendiri. Contohnya seperti memasang LED pada lampu plafon Innova, Tinggal copot mika lampu plafon kemudian copot bohlam dari soketnya. Kemudian pasangkan LED pada soket lampu plafon dan tutup kembali mikanya.

Lampu LED yang biasa digunakan untuk Interior Mobil :

10

LED untuk Lampu Senter

1. LED Headlamp

Adalah sebuah senter LED yang diikatkan di depan kepala kita, untuk menerangi langkah kita di malam hari atau tempat – tempat gelap lainnya, sehingga kita tidak perlu memegang senter tersebut. Senter LED ini menggunakan 12 lampu LED yang sangat terang. Cahayanya putih dan lebih terang dibandingkan lampu senter biasa. Pemakaiannya sangat irit dan hemat baterai. Features – featuresnya antara lain adalah menggunakan lampu LED putih yang sangat terang, LED life time 100000 jam, desain waterproof, ringan dan nyaman dipakaikan di kepala, konsumsi daya yang sangat kecil, menggunakan tiga buah baterai AAA. Alat ini sangat cocok digunakan oleh dokter, pendaki gunung, mancing di malam hari, dan lain sebagainya.

Contoh LED Headlamp :

2. Flashlight 21 LED

Adalah senter dengan menggunakan 21 lampu LED putih, sehingga menghasilkan sinar putih yang sangat terang. Pemakaiannya sangat irit dan hemat baterai. Cocok untuk digunakan di rumah, mobil, kamping, dan lain sebagainya. Spesifikasi dari Flashlight 21 LED ini adalah alumunium body, LED life time 100000 jam, menggunakan 3x baterai AAA.

Contoh Flashlight 21 LED :

11

Teknologi LED

1. Fungsi fisikal

Sebuah LED adalah sejenis dioda semikonduktor istimewa. Seperti sebuah dioda normal,

LED terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh, atau di-dop, dengan

ketidakmurnian untuk menciptakan sebuah struktur yang disebut p-n junction. Pembawa-

muatan - elektron dan lubang mengalir ke junction dari elektroda dengan voltase berbeda.

Ketika elektron bertemu dengan lubang, dia jatuh ke tingkat energi yang lebih rendah, dan

melepas energi dalam bentuk photon.

2. Emisi cahaya

Panjang gelombang dari cahaya yang dipancarkan, dan oleh karena itu warnanya, tergantung

dari selisih pita energi dari bahan yang membentuk p-n junction. Sebuah dioda normal,

biasanya terbuat dari silikon atau germanium, memancarkan cahaya tampak inframerah

dekat, tetapi bahan yang digunakan untuk sebuah LED memiliki selisih pita energi antara

cahaya inframerah dekat, tampak, dan ultraungu dekat.

3. Polarisasi

Tak seperti lampu pijar dan neon, LED mempunyai kecenderungan polarisasi. Chip LED

mempunyai kutub positif dan negatif (p-n) dan hanya akan menyala bila diberikan arus maju.

Ini dikarenakan LED terbuat dari bahan semikonduktor yang hanya akan mengizinkan arus

listrik mengalir ke satu arah dan tidak ke arah sebaliknya. Bila LED diberikan arus terbalik,

hanya akan ada sedikit arus yang melewati chip LED. Ini menyebabkan chip LED tidak akan

mengeluarkan emisi cahaya.

Chip LED pada umumnya mempunyai tegangan rusak yang relatif rendah. Bila diberikan

tegangan beberapa volt ke arah terbalik, biasanya sifat isolator searah LED akan jebol

menyebabkan arus dapat mengalir ke arah sebaliknya.

4. Tegangan maju

Karakteristik chip LED pada umumnya adalah sama dengan karakteristik dioda yang hanya

memerlukan tegangan tertentu untuk dapat beroperasi. Namun bila diberikan tegangan yang

terlalu besar, LED akan rusak walaupun tegangan yang diberikan adalah tegangan maju.

12

Tegangan yang diperlukan sebuah dioda untuk dapat beroperasi adalah tegangan maju (Vf).

5. Sirkuit LED

Sirkuit LED dapat didesain dengan cara menyusun LED dalam posisi seri maupun paralel.

Bila disusun secara seri, maka yang perlu diperhatikan adalah jumlah tegangan yang

diperlukan seluruh LED dalam rangkaian tadi. Namun bila LED diletakkan dalam keadaan

paralel, maka yang perlu diperhatikan menjadi jumlah arus yang diperlukan seluruh LED

dalam rangkaian ini.

Menyusun LED dalam rangkaian seri akan lebih sulit karena tiap LED mempunyai tegangan

maju (Vf) yang berbeda. Perbedaan ini akan menyebabkan bila jumlah tegangan yang

diberikan oleh sumber daya listrik tidak cukup untuk membangkitkan chip LED, maka

beberapa LED akan tidak menyala. Sebaliknya, bila tegangan yang diberikan terlalu besar

akan berakibat kerusakan pada LED yang mempunyai tegangan maju relatif rendah.

Pada umumnya, LED yang ingin disusun secara seri harus mempunyai tegangan maju yang

sama atau paling tidak tak berbeda jauh supaya rangkaian LED ini dapat bekerja secara baik.

5. Substrat LED

Pengembangan LED dimulai dengan alat inframerah dan merah dibuat dengan gallium

arsenide. Perkembagan dalam ilmu material telah memungkinkan produksi alat dengan

panjang gelombang yang lebih pendek, menghasilkan cahaya dengan warna bervariasi.

LED konvensional terbuat dari mineral inorganik yang bervariasi, menghasilkan warna

sebagai berikut:

aluminium gallium arsenide (AlGaAs) - merah dan inframerah

gallium aluminium phosphide - hijau

gallium arsenide/phosphide (GaAsP) - merah, oranye-merah, oranye, dan kuning

gallium nitride (GaN) - hijau, hijau murni (atau hijau emerald), dan biru

gallium phosphide (GaP) - merah, kuning, dan hijau

zinc selenide (ZnSe) - biru

indium gallium nitride (InGaN) - hijau kebiruan dan biru

indium gallium aluminium phosphide - oranye-merah, oranye, kuning, dan hijau

13

silicon carbide (SiC) - biru

diamond (C) - ultraviolet

silicon (Si) - biru (dalam pengembangan) sapphire (Al2O3) - biru

DAFTAR PUSTAKA

14

Sze,S.M, 1985. Semiconductor Devaies, Physics and Technology.

John Willey & Sons.

Takahashi,K & Konagai, M, 1986. Amorphous Silicon Solar Cells.

North Oxford Academic.V

http://budditechnonika.blogspot.com/2010/01/teori-semikonduktor.html

http://wanibesak.wordpress.com/2010/10/04/kegunaan-semikonduktor.html

15