Piezoelektrik dan laser dioda transducer

Piezo Elektrik

 Penggunaan listrik dalam kehidupan sehari-hari sangat mempengaruhi masa depan. Listrik yang kita pakai saaat ini berasal dari pembangkit listrik yang menggunakan Bahan Bakar Minyak. Suatu saat bahan bakar yang kita pakai akan habis. Dengan itu kita harus menciptakan Energi Alternatif. Ada berbagai contoh energi Alternatif, sebagai contoh yang bisa kita terapkan adalah Piezo Elektrik. Penggunaan listrik dalam sekolah bisa kita ganti dengan piezo elektrik. Dengan contoh memasang polisi tidur di area jalan sekolah, Pemasangan Piezoelektrik Buzzer sebagai bel sekolah.

Kata piezoelektrik berasal bahasa Latin, piezein yang berarti diperas atau ditekan dan electric yang bermakna energi listrik, sehingga efek piezoelektrik terjadi dikarenakan medan listrik yang terbentuk karena material dikenai tekanan mekanik. Bahan piezoelektrik ditemukan pertama kali pada tahun 1880-an oleh Jacques dan Pierre Curie.

Piezoelektrik didefenisikan sebagai suatu kemampuan yang dimiliki sebagian kristal maupun bahan-bahan tertentu lainnya yang dapat menghasilkan tegangan listrik jika mendapatkan perlakuan tekanan atau  regangan. Piezoelektrik adalah suatu efek yang reversibel, dimana terdapat efek piezoelektrik langsung (direct piezoelectric effect) yaitu produksi potensial listrik akibat adanya tekanan mekanik dan efek piezoelektrik balikan (converse piezoelectric effect)  yaitu produksi tekanan akibat pemberian tegangan listrik yang menghasilkan perubahan dimensi (Triwahyuni, 2010).

Pemanfaatan bahan piezoelektrik dapat menghasilkan beda potensial yang cukup besar sehingga banyak digunakan sebagai sumber tegangan tinggi. Piezoelektrik sudah mulai digunakan di Jepang, tepatnya di stasiun kereta api listrik East Japan Railway Company (JR East) sebagai alternatif energi sistem ticketing, display keberangkatan, dan lampu penerangan. Pengaplikasian piezoelektrik tersebut  dimisalkan jika satu langkah tekanan kaki  yang dapat menyalakan lampu dengan daya 60 Watt selama satu detik, maka dengan sedikit perhitungan manajemen JR East Station yakin bahwa dengan lantai yang efektif diinjak sebesar 25 meter kuadrat  maka akan menghasilkan daya sebesar 1400 kW. Energi ini dapat menjalankan satu buah kereta listrik.

A.     PENGERTIAN PIEZOELEKTRIK

                 Piezoelektrik berasal dari bahasa Yunani yaitu piezo yang artinya tekanan atau tekan dan elektrik yang berarti listrik atau electron. Jadi kata piezoelektrik berarti listrik yang dihasilkan dari tekanan. Piezoelektrik terjadi jika suatu bahan yang apabila diberi tekanan mekanik akan menghasilkan medan listrik. Piezoelektrik ini untuk pertama kalinya di temukan pada tahun 1880 oleh dua orang bersaudara dari prancis Pierre Curie dan Jacques Curie.

            Piezoelektrik diartikan sebagai suatu kemampuan yang dimiliki sebagian kristal maupun bahan-bahan tertentu lainnya. Piezoelektrik adalah tumpukan muatan dalam materi padat (kristal atau keramik) tertentu yang dapat menghasilkan tegangan listrik jika mendapatkan perlakuan tekanan atau  regangan. Sebagai contoh 1 cm kubik kristal quartz dengan tekanan mekanik sebesar 2000 N akan menghasilkan tegangan listrik sebesar 12500 volt. Pada tahun 1950 piezoelektrik dapat diaplikasikan untuk alat-alat industri setelah memalui proses yang panjangcontohnya Piezoelektrik Buzzer .Seperti namanya, Piezoelectric Buzzer adalah jenis Buzzer yang menggunakan efek Piezoelectric untuk menghasilkan suara atau bunyinya. Tegangan listrik yang diberikan ke bahan Piezoelectric akan menyebabkan gerakan mekanis, gerakan tersebut kemudian diubah menjadi suara atau bunyi yang dapat didengar oleh telinga manusia dengan menggunakan diafragma dan resonator.

B.     EFEK PIEZOELEKTRIK

Efek piezoelektrik adalah kemampuan dari suatu material untuk bergetar ketika diberikan tegangan pada material tersebut dan sebaliknya, apabila material tersebut diberi tekanan maka material tersebut akan menghasilkan tegangan. Dan juga jika material piezoelektrik diberi aliran listrik maka material tersebut akan bergetar, dan sebaliknya bila diberi tekanan akan menghasilkan listrik. Efek Piezoelektrik dimanfaatkan pada transduser yang mengubah gelombang suara menjadi medan listrik atau sebaliknya.

C.     BAHAN PIEZOELEKTRIK

Bahan piezoelektrik adalah bahan yang memproduksi medan listrik ketika dikenai regangan atau tekanan mekanis. Sebaliknya, jika medan listrik diterapkan, maka material tersebut akan mengalami regangan atau tekanan mekanis. Bahan piezoelektrik alami diantaranya: Kuarsa (Quartz, SiO2), berlinite, turmalin dan garam rossel. Bahan piezoelektrik buatan diantaranya: Barium titanate (BaTiO3), Lead zirconium titanate (PZT), Lead titanate (PbTiO3) dan sebaginya.

D.    KARAKTERISTIK PIEZOELETRIK

Karakteristik dari bahan piezo elektrik adalah bisa mengubah energi mekanik menjadi energi listrik atau sebaliknya. Bahan Piezoelektrik terbentuk oleh keramik yang terpolarisasi sehingga beberapa bagian molekul bermuatan positif dan sebagian yang lain bermuatan negative membentuk elektroda ‐elektroda yang menempel pada dua sisi yang berlawanan dan menghasilkan medan listrik material yang dapat berubah akibat gaya mekanik.

Fenomena efek piezoelektrik dapat digambarkan sebagai berikut.

1)      A.Sebelum diberi tekanan atau medan listrik.

2)      B.Ketika diberi medan listrik, bahan memanjang.

3)      C.Diberi medan listrik berlawanan, bahan memendek.

E.     PEMANFAATAN PIEZOELEKTRIK

a)      Tranduser

Transduser ultrasonic mengubah energi listrik menjadi energi mekanik, dalam bentuk suara dan Transduser adalah alat yang mengubah suatu bentuk energy kedalam bentuk energi yang lain. sebaliknya sebagai contohnya piezoelektrik buzzer. Yaitu alat yang mengeluarkan suara jika ditekan melalui efek piezoelektrisitas. Kita bisa memanfaatkan piezoelektrik buzzer sebagai bel sekolah

b)      Penghasil listrik tegangan tinggi

Bahan piezoelektrik dapat menghasilkan listrik hingga ribuanvolt sehingga banyak digunakan sebagai sumber tegangan tinggi. Salah alat yang bekerja dengan prinsip ini antara lain: menekan tombol menyebabkan palu springloaded untuk memukul kristal piezoelektrik, menghasilkan arus listrik tegangan yang cukup tinggi yang mengalir di celah percikan kecil, sehingga pemanasan dan memicu gas. Sparkers portabel digunakan pemanggang gas ringan atau kompor bekerja dengan cara yang sama, dan berbagai jenis kompor gas sekarang memiliki built-in sistem pengapian berbasis piezo.

A.     APLIKASI PIEZOELEKTRIK

Sensor piezoelektrik adalah peralatan elektronik pasif berfase padat yang dapat merespon perubahan temperature, tekanan, dan yang paling penting merespon sifat fisik pada suatu interface antara permukaan alat dan fluida atau padatan asing. Perubahan pada sifat fisik antara lain seperti massa jenis, kelistrikan, viskositas dan ketebalan lapisan.

Kereta yang tanpa penjaga, yang akan menutup otomatis apabila ada kereta api yang mendekat pada jarak tertentu dan akan terbuka kembali ketika kereta api menjauh. Penggunaan piezoelektrik di jepang yang diaplikasikan pada pintu masuk sebuah stasiun.

                                                                                        

B.     KEKURANGAN DAN KELEBIHAN PIEZOELEKTRIK

1.      Kekurangan

Piezoelektrik bukanlah suatu dielektrik yang bagus. Ada sedikit kebocoran muatan pada material piezoelektrik. Kekurangan utama sensing piezoelektrik ini adalah sensitifitasnya hanya bagus untuk sinyal yang berubah terhadap waktu. Sensoring piezoelektrik tidak dapat beroperasi untuk aplikasi-aplikasi yang membutuhkan sensitivitas terhadap besaran statik.

2.      Kelebihan

Elemen piezoelektrik mempunyai beberapa kelebihan penting dibandingkan mekanisme sensing yang lain. Pertama adalah fakta bahwa piranti tersebut membangkitkan sendiri tegangannya. Karena itu elemen ini tidak memerlukan daya dari luar untuk operasionalnya. Untuk suatu aplikasi dimana konsumsi daya sangat terbatas, piranti piezoelektrik sangat berguna.

C.     PIEZOELEKTRIK BUZZER

Buzzer Listrik adalah sebuah komponen elektronika yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi getaran suara. Pada umumnya, Buzzer yang merupakan sebuah perangkat audio ini sering digunakan pada rangkaian anti-maling, Alarm pada Jam Tangan, Bel Rumah, peringatan mundur pada Truk dan perangkat peringatan bahaya lainnya. Jenis Buzzer yang sering ditemukan dan digunakan adalah Buzzer yang berjenis Piezoelectric, hal ini dikarenakan Buzzer Piezoelectric memiliki berbagai kelebihan seperti lebih murah, relatif lebih ringan dan lebih mudah dalam menggabungkannya ke Rangkaian Elektronika lainnya. Buzzer yang termasuk dalam keluarga Transduser ini juga sering disebut dengan Beeper.

Piezoelectric Buzzer adalah jenis Buzzer yang menggunakan efek Piezoelectric untuk menghasilkan suara atau bunyinya. Tegangan listrik yang diberikan ke bahan Piezoelectric akan menyebabkan gerakan mekanis, gerakan tersebut kemudian diubah menjadi suara atau bunyi yang dapat didengar oleh telinga manusia dengan menggunakan diafragma dan resonator.

Jika dibandingkan dengan Speaker, Piezo Buzzer relatif lebih mudah untuk digerakan. Sebagai contoh, Piezo Buzzer dapat digerakan hanya dengan menggunakan output langsung dari sebuah IC TTL, hal ini sangat berbeda dengan Speaker yang harus menggunakan penguat khusus untuk menggerakan Speaker agar mendapatkan intensitas suara yang dapat didengar oleh manusia.

Piezo Buzzer dapat bekerja dengan baik dalam menghasilkan frekuensi di kisaran 1 – 5 kHz hingga 100 kHz untuk aplikasi Ultrasound. Tegangan Operasional Piezoelectric Buzzer yang umum biasanya berkisar diantara 3Volt hingga 12 Volt. Kita dapat menerapkan piezoelektrik buzzer ini di sekolah sebagai pengganti bel listrik untuk menghemat daya.

Keterbatasan sistem piezoelektrik ini, seperti halnya keterbatasan pada hampir semua sumber energi alternatif terbarukan, yaitu ketika “trigger” (cahaya matahari, angin, langkah manusia, dll) hilang, kapasitas pengisian energi pada media penyimpanan (misalnya baterai) akan menurun secara drastis. Tantangan lainnya, yaitu masih terbatasnya material piezoelektrik di pasaran sehingga menyebabkan harga bahan piezoelektrik masih belum kompetitif dibandingkan fossil fuel.

Namun demikian, penelitian mengenai bahan piezoelektrik dan teknologi penggunaannya terus dikembangkan oleh para peneliti di universitas dan di industri. Misalnya, untuk panel piezoelektrik di Stasiun Tokyo yang masih dilapisi karet, di masa yang akan datang akan dikembangkan menyerupai keramik lantai seperti keramik lantai yang dipakai di permukaan lainnya di stasiun.

Adapun prospek pengembangan sumber energi alternatif ini di Indonesia sendiri cukup besar, mengingat Indonesia memiliki “People Power” dengan populasi penduduk terbesar ke-4 di dunia setelah China, India, dan Amerika. Indonesia juga tengah gencar membangun infrastruktur-infrastruktur publik yang memerlukan sumber energi independen.

Piezoelektrisitas itu sebuah fenomena saat sebuah gaya yang diterapkan pada suatu segment bahan menimbulkan muatan listrik pada permukaan segmen bahan tersebut yang disebabkan oleh adanya distribusi muatan listrik pada sel-sel kristal. Efek pizeoelektrik terjadi apabila kristal diberi tekanan mekanis akan menimbulkan arus listrik dan apabila kristal tersebut dilalui arus bolak-balik maka kristal tersebut akan bergetar. Dan juga piezo elektrik mempunyai banyak kegunaan.

Piezoelektrik digunakan untuk tenaga listrik tegangan tinggi dan tranduser. Piezoelektrik juga memiliki kelebihan serta kekurangan yaitu dapat membangkitkan tegangan sendiri sehingga tidak memerlukan daya untuk operasional. Contoh penerapan piezoelektrik buzzer sebagai pengganti bel listrik di sekolah. Akan tetapi bahan ini memiliki kekurangan yaitu sensing piezoelektrik tidak dapat beroperasi untuk aplikasi‐aplikasi yang membutuhkan sensitifitas terhadap besaran statik

Kami Berharap Energi ini sebaiknya mendapat perhatian khusus dari Pemerintah dan dikembangkan di Indonesia, karena cukup efektif jika digunakan dalam tempat-tempat umum yang tidak terlalu luas, supaya dapat memasok aliran listrik sendiri. Namun, sensitifitas energi ini kurang baik untuk mengoperasikan aplikasi-aplikasi yang membutuhkan sensitifitas terhadap besaran statik.

PIEZOELEKTRIK SENSOR

Pengertian Dioda Laser dan Aplikasinya

Bentuk dan Simbol Dioda Laser
Kelebihan Dioda Laser dibandingkan dengan Laser KonvensionalAplikasi Dioda Laser

• CD/VCD/DVD/Blu-ray Player

• Konsol Games

• Laser Pointer

• Barcode Scanner

• Sistem Fiber Optik

• Laser Printer

• Alat Ukur Jarak

• Remote Control

• dan lain sebagainya.

Jenis Dioda Laser Cara KerjanyaInjection Laser Diode (ILD)Optically Pumped Semiconductor Laser

Pengertian Dioda Laser dan Aplikasinya – Dioda Laser atau dalam bahasa Inggris disebut dengan Laser Diode adalah komponen semikonduktor yang dapat menghasilkan radiasi koheren yang dapat dilihat oleh mata ataupun dalam bentuk spektrum infra merah (Infrared/IR) ketika dialiri arus listrik. Yang dimaksud dengan Radiasi Koheren adalah radiasi dimana semua gelombang  berasal dari satu sumber yang sama dan berada pada frekuensi dan fasa yang sama juga. Kata LASER merupakan singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation yang artinya adalah mekanisme dari suatu alat yang memancarkan radiasi elektromaknetik melalui proces pancaran terstimulasi. Radiasi Elektromaknetik tersebut ada yang dapat dilihat oleh mata normal, ada juga yang tidak dapat dilihat.

Panjang Gelombang (Wavelenght) terlihat yang terbuat dari GaAs Dioda Laser pertama kali diperkenalkan oleh Nick Holonyak Jr yaitu seorang Ilmuwan yang bekerja di General Electric pada tahun 1962.  Pada dasarnya, Dioda Laser hanyalah salah satu jenis perangkat ataupun teknologi yang dapat menghasilkan sinar Laser. Jenis-jenis perangkat ataupun Teknologi lainnya yang dapat menghasilkan sinar Laser diantaranya adalah Solid-state Laser, Laser Gas, Laser Excimer dan Dye Laser.

Dibawah ini adalah gambar Bentuk dan Simbol Dioda Laser pada Rangkaian.

Berikut ini adalah beberapa kelebihan Dioda Laser jika dibandingkan dengan teknologi konvensional penghasil Laser lainnya :

Lebih kecil dan Ringan : Dioda Laser memiliki ukuran yang kecil, ada jenis Dioda Laser tertentu yang berukuran kurang dari 1mm dengan beratnya kurang dari 1gram. Dengan demikian, Dioda Laser sangat cocok untuk digunakan pada perangkat Elektronika yang berukuran kecil atau portabel.

Membutuhkan Arus listrik, Tegangan dan Daya yang rendah : Kebanyakan

Dioda Laser hanya membutuhkan daya beberapa miliWatt dengan tegangan di sekitar 3 Volt hingga 12 Volt DC. Oleh karena itu, Dioda Laser dapat beroperasi dengan menggunakan sumber daya Baterai.

Intensitas rendah : Dioda Laser memiliki intensitas yang sangat rendah dibandingkan dengan perangkat laser lainnya. Namun Dioda Laser memiliki efisiensi output koheren yang tinggi dan kemudahan dalam modulasi untuk komunikasi dan aplikasi pengendalian. Perlu diketahui bahwa, Dioda Laser tidak dapat digunakan untuk memotong kertas ataupun melubangi baja sehingga relatif aman untuk digunakan pada perangkat konsumen atau rumah tangga. Meskipun relatif aman, tetap disarankan untuk tidak melihat langsung sinar Laser yang dipancarkan oleh perangkat-perangkat tersebut karena beresiko untuk merusak bagian-bagian sensitif Mata yaitu selaput Retina pada mata.

Sudut Beam yang lebar (Wide-angle Beam) : Bentuk berkas sinar yang lebih lebar dan berbentuk kerucut dan dapat lebih mudah dimodifikasi dengan menggunakan sebuah lensa cembung. Hal ini agak berbeda dengan Laser Konvensional yang hanya berbentuk lurus dan sulit untuk di dimodifikasi kelebarannya.

Dioda Laser telah banyak diaplikasikan pada perangkat yang kita gunakan sehari-hari. Beberapa perangkat yang menggunakan Dioda Laser diantaranya adalah sebagai berikut :

Pada dasarnya, Dioda Laser hampir sama dengan Lampu LED yaitu dapat mengkonversi energi listrik menjadi energi cahaya, namun Dioda Laser dapat menghasilkan sinar/cahaya atau Beam dengan Intensitas yang lebih tinggi. Berikut ini adalah Struktur Dioda Laser (Laser Diode) :

Berdasarkan cara kerjanya, Dioda Laser dapat dibedakan menjadi 2 jenis yaitu Injection Laser Diode (ILD) dan Optically Pumped Semiconductor Laser.

Cara kerja Injection Laser Diode memiliki berbagai kemiripan dengan LED (Light Emitting Diode). Kedua-duanya dibuat berdasarkan proses dan teknologi yang hampir sama. Perbedaan utama pada Dioda Laser adalah adanya sebuah saluran atau kanal panjang yang sempit dengan ujung yang reflektif. Kanal tersebut berfungsi sebagai penuntun gelombang pada cahaya. Kanal tersebut biasanya disebut dengan Waveguide.

Pada pengoperasiannya, arus mengalir melalui persimpangan PN (PN Junction) dan menghasilkan cahaya seperti pada LED (Light Emitting Diode). Pancaran Fotonnya (Photon) disebabkan oleh bergabungnya kembali Elektron dan Lubang (Holes) di daerah persimpangan PN. Namun cahaya tersebut hanya dibatasi didalam waveguide (penuntun cahaya) pada Dioda Laser sendiri. Di Waveguide ini cahaya Laser direfleksikan dan kemudian diperkuat sehingga menghasilkan emisi terstimulasi sebelum dipancar keluar.

Optically Pumped Semiconductor Laser atau disingkat dengan OPSL ini menggunakan chip semikonduktor III-V sebagai dasarnya, Chip semikonduktor ini bekerja sebagai media penguat optik. Dioda Laser yang terdapat didalamnya berfungsi sebagai sumber pompa. Terdapat beberapa Keuntungan dari Dioda Laser jenis Optically Pumped Semiconductor Laser ini, terutama dalam pemilihan panjang gelombang (wavelenght) dan mengurangi gangguan dari struktur elektroda internal.