PENERAPAN OPTOELEKTRONIKA
Pada bab-bab terdahulu telah dipaparkan komponen macam komponen, dasar kerja, watak
Dalam bab ini akan dibahas secara s
komponen-komponen tersebut dalam sistem optoelektronis. Pokok bahasan pada bagian ini meliputi penerapan di bidang peraga, bidang deteksi isyarat, bidang pengendalian daya (power control),
serta bidang militer.
IV-1 Penerapan LED sebagai piranti peraga
Hampir semua sistem elektronis selalu melibatkan komponen optoelektro LED misalnya, digunakan secara luas ba
maupun sebagai sumber cahaya untuk berbaga
Pada bagian ini dibahas contoh penggunaan LED sebagai piranti peraga (“display”, indikator).
IV-1.1 Peraga Grafik Balok (Bar Graph Display) Gambar 7.1 melukiskan
untuk membandingkan aras tegangan masukan digunakan piranti pe
(komparator), U1 hingga U4. Tegangan masukan dan tegangan prasikap masing masing diberi nama-sandi dan V
berturut-turut dinyatakan dengan V
BAB IV
PENERAPAN OPTOELEKTRONIKA
bab terdahulu telah dipaparkan komponen-komponen optoelektronis; macam komponen, dasar kerja, watak-watak, unjuk-kerja komponen, dan sebagainya.
i akan dibahas secara singkat beberapa contoh penerapan komponen tersebut dalam sistem optoelektronis. Pokok bahasan pada i meliputi penerapan di bidang peraga, bidang deteksi isyarat, bidang pengendalian daya (power control), bidang mikrokomputer, bidang telekomunikasi,
1 Penerapan LED sebagai piranti peraga
Hampir semua sistem elektronis selalu melibatkan komponen optoelektro salnya, digunakan secara luas baik sebagai piranti peraga (“display”. indikator)
sumber cahaya untuk berbagai keperluan sistem elektronis.
dibahas contoh penggunaan LED sebagai piranti peraga
1.1 Peraga Grafik Balok (Bar Graph Display)
kiskan contoh peraga grafik balok serta tanggapan ke untuk membandingkan aras tegangan masukan digunakan piranti pe
. Tegangan masukan dan tegangan prasikap masing sandi dan Vin dan Vcc. Aras tegangan ambang untuk setiap t turut dinyatakan dengan V1, V2, V3 dan V4 dengan nilai masing-masing:
komponen optoelektronis; kerja komponen, dan sebagainya. gkat beberapa contoh penerapan komponen tersebut dalam sistem optoelektronis. Pokok bahasan pada i meliputi penerapan di bidang peraga, bidang deteksi isyarat, bidang bidang mikrokomputer, bidang telekomunikasi,
Hampir semua sistem elektronis selalu melibatkan komponen optoelektronis. ay”. indikator) keperluan sistem elektronis.
dibahas contoh penggunaan LED sebagai piranti peraga
contoh peraga grafik balok serta tanggapan kerjanya, untuk membandingkan aras tegangan masukan digunakan piranti pembanding . Tegangan masukan dan tegangan prasikap
masing-bang untuk setiap tingkat masing:
Gambar 4.1 LED sebagai peraga grafik balok
Apabila nilai tegangan masuka
(pada suatu tingkat) maka LED pada posisi tersebut akan katif (menyala). Makin t aras tegangan masukannya makin banyak aras tegangan ambang setia
terlampui; yang diperagakan dengan makin banyaknya LED yang aktif (menyala). Cara kerja sistem tersebut dapat dinyata
Apabila:
Vin > V1 maka LED Vin > V2 maka LED Vin > V3 maka LED Vin > V4 maka LED IV-1.2 Peraga Indikator Posisi
Dengan mengubah konfigurasi
dapat diperoleh peraga indikator posisi. yang tampak pada gambar 4
setiap tingkat akan aktif bila nilai tegangan masukan sesuai dengan jangkauan Gambar 4.1 LED sebagai peraga grafik balok
lai tegangan masukan melampui suatu aras tegangan ambang tertentu LED pada posisi tersebut akan katif (menyala). Makin t asukannya makin banyak aras tegangan ambang setiap tingkat yang terlampui; yang diperagakan dengan makin banyaknya LED yang aktif (menyala). Cara kerja sistem tersebut dapat dinyatakan sebagi berikut.
maka LED1 aktif maka LED1. LED2 aktif maka LED1, LED2, LED3 aktif maka LED1, LED2, LED3, LED4 aktif 1.2 Peraga Indikator Posisi
Dengan mengubah konfigurasi untai peraga grafik balok yang telah dibicarakan, dikator posisi. yang tampak pada gambar 4.2.
setiap tingkat akan aktif bila nilai tegangan masukan sesuai dengan jangkauan aras tegangan ambang tertentu LED pada posisi tersebut akan katif (menyala). Makin tinggi tingkat yang terlampui; yang diperagakan dengan makin banyaknya LED yang aktif (menyala). Cara
ai peraga grafik balok yang telah dibicarakan, 2. LED pada setiap tingkat akan aktif bila nilai tegangan masukan sesuai dengan jangkauan
tegangan tingkat tersebut. Jadi setiap saat ada tega
saja yang aktif menyala untuk menunjukkan nilai jangkauan tersebut. Secara singkat ungkapan tersebut dapat dinyatakan dengan lima pertidaksa
Apabila:
Vin < V1 maka LED V1 < Vin < V2 maka LED V2 < Vin < V3 maka LED V3 < Vin < V4 maka LED Vin < V5 maka LED
Gambar 4.2 LED sebagai peraga posisi
IV-1.3 Peraga Karakter Dalam kehidupan sehari
diperagakan dalam bentuk gambar at
karakter yang paling populer adalah peraga LED 7
contoh susunan beberapa sistem peraga karakter. Peragaan karakter dapat dibentuk dengan ruas-ruas (segmen) atau dengan susunan mamks t
mempunyai berbagai macam susunan dan ukuran. Beberapa macam wujud piranti peraga karakter LED tampak pada gambar 4.4.
tegangan tingkat tersebut. Jadi setiap saat ada tegangan masukan hanya sa
menyala untuk menunjukkan nilai jangkauan tersebut. Secara singkat ungkapan tersebut dapat dinyatakan dengan lima pertidaksamaan berikut:
maka LED1 aktif maka LED2 aktif maka LED3 aktif maka LED4 aktif maka LED5 aktif
Gambar 4.2 LED sebagai peraga posisi
Dalam kehidupan sehari-hari suatu informasi akan mudah dimengerti apabila diperagakan dalam bentuk gambar atau karakter (huruf dan angka). Jenis peragaan karakter yang paling populer adalah peraga LED 7-segmen. Gambar 4.3 merupakan contoh susunan beberapa sistem peraga karakter. Peragaan karakter dapat dibentuk ruas (segmen) atau dengan susunan mamks titik (dot matrix) yang mempunyai berbagai macam susunan dan ukuran. Beberapa macam wujud piranti peraga karakter LED tampak pada gambar 4.4.
kan hanya satu LED menyala untuk menunjukkan nilai jangkauan tersebut. Secara singkat
asi akan mudah dimengerti apabila karakter (huruf dan angka). Jenis peragaan segmen. Gambar 4.3 merupakan contoh susunan beberapa sistem peraga karakter. Peragaan karakter dapat dibentuk itik (dot matrix) yang mempunyai berbagai macam susunan dan ukuran. Beberapa macam wujud piranti
IV-1.4 Peraga dengan Penyinaran Belakang (Back Lighting) Suatu informasi yang diperagakan, baik dalam bentuk ka
bentuk gambar pada suatu panel, akan tampak lebih jelas untuk dilihat apabila perbedaan intensitas cahaya pada karakter/gambar dan latar belakangnya cukup besar (cukup kontras). Salah satu metode untuk mewujudican hal
penyinaran dari belakang (back metode ini tampak pada garnbar 4.5.
1.4 Peraga dengan Penyinaran Belakang (Back Lighting)
Suatu informasi yang diperagakan, baik dalam bentuk karakter maupun dalam bentuk gambar pada suatu panel, akan tampak lebih jelas untuk dilihat apabila perbedaan intensitas cahaya pada karakter/gambar dan latar belakangnya cukup besar (cukup kontras). Salah satu metode untuk mewujudican hal ini adalah cara belakang (back lighting). Contoh peragaan gambar/karakter dengan tampak pada garnbar 4.5.
rakter maupun dalam bentuk gambar pada suatu panel, akan tampak lebih jelas untuk dilihat apabila perbedaan intensitas cahaya pada karakter/gambar dan latar belakangnya cukup ini adalah cara bar/karakter dengan
Gambar 4.5 Peraga dengan penyinaran belakang: a) Peragaan gambar,
b) Peragaan karakter
IV-2 Penerapan LED dan Fotodetektor untuk D
Pada bagian ini dibahas penggunaan LED dan totodetektor pada sistem deteksi asap. Contoh penggunaan piranti
Gambar 4.5 Peraga dengan penyinaran belakang: gambar,
Fotodetektor untuk Deteksi Asap
dibahas penggunaan LED dan totodetektor pada sistem deteksi asap. Contoh penggunaan piranti ini adalah di gedung-gedung atau peralatan lain
dibahas penggunaan LED dan totodetektor pada sistem deteksi gedung atau peralatan lain
untuk rnendeteksi adanya asap (misalnya akibat kebakaran). Dasar kerja piranti adalah sebagai berikut. Sumber Cahaya (LED) dan foto detektor dipasang sedernikian sehingga kedua piranti tidak dapat berhubungan
melingkupi ruang antara LED dan dipantulkan kesana-kemari sehingga
yang selanjutnya isyarat ini diproses untuk diambil informasinya.
Posisi Kedua komponen tersebut dapat diatur secara sesumbu (koaksial) atau secara radial; seperti tampak pada Gambar 4.6a dan 4.6b.
Untuk penggunaan di dalam ruangan, kedua susunan sistem deteksi asap tersebut dapat digunakan. Untuk mendeteksi adanya asap pada cerobong asap atau di dalam pipa udara, susunan radial lebih cocok karena tidak ada halangan bagi asap/udara untuk bergerak sepanjang
IV-3 Penerapan Optoisolator
Pada Bab III telah dibahas piranti optoisolator (disebut juga
beserta watak-wataknya. Watak yang terpenting adalah kemampuan isolasi yang tinggi. Watak isolasi yang tinggi ini
Pada bagian ini dibahas contoh penggunaan optoisolator dalam bidang elektronika dan bidang pengendalian daya (power control
untuk rnendeteksi adanya asap (misalnya akibat kebakaran). Dasar kerja piranti i berikut. Sumber Cahaya (LED) dan foto detektor dipasang sedernikian sehingga kedua piranti tidak dapat berhubungan langsung. Apabila ada asap gkupi ruang antara LED dan detektor maka cahaya LED akan dihamburkan dan
sehingga ada sebagian yang terdeteksi oleh f diproses untuk diambil informasinya.
Posisi Kedua komponen tersebut dapat diatur secara sesumbu (koaksial) atau seperti tampak pada Gambar 4.6a dan 4.6b.
penggunaan di dalam ruangan, kedua susunan sistem deteksi asap tersebut dapat digunakan. Untuk mendeteksi adanya asap pada cerobong asap atau di dalam pipa udara, susunan radial lebih cocok karena tidak ada halangan bagi asap/udara untuk bergerak sepanjang pipa.
3 Penerapan Optoisolator
Pada Bab III telah dibahas piranti optoisolator (disebut juga “Optocoupler”)
wataknya. Watak yang terpenting adalah kemampuan isolasi yang asi yang tinggi ini banyak dimanfaatkan untuk berbagai keperluan. dibahas contoh penggunaan optoisolator dalam bidang elektronika dan
power control).
untuk rnendeteksi adanya asap (misalnya akibat kebakaran). Dasar kerja piranti ini i berikut. Sumber Cahaya (LED) dan foto detektor dipasang sedernikian langsung. Apabila ada asap hamburkan dan ada sebagian yang terdeteksi oleh fotodiode; Posisi Kedua komponen tersebut dapat diatur secara sesumbu (koaksial) atau penggunaan di dalam ruangan, kedua susunan sistem deteksi asap tersebut dapat digunakan. Untuk mendeteksi adanya asap pada cerobong asap atau di dalam pipa udara, susunan radial lebih cocok karena tidak ada halangan bagi
“Optocoupler”)
wataknya. Watak yang terpenting adalah kemampuan isolasi yang rbagai keperluan. dibahas contoh penggunaan optoisolator dalam bidang elektronika dan
IV-3.1 Penggunaan Optoisolator dalam Bidang Elektronika Optoisolator banyak digunak
untai gabungan kedua macam untai tersebut. Salah satu fungsi mengurangi/ meniadakan “ground looping
Penerapan Optoisolator untuk isolasi Isyarat Analog a. Teknik Isolasi Isyarat Analog
Sebagai contoh, penerapan piranti optoisolator untuk isolasi isyarat analog adalah pada untai Penguat Isolasi dc Servo, yang tampak pada Gambar 4.7.
Gambar 4.7 Penguat Isolasi de Servo
Prinsip kerja untai ini adalah pengalihan suatu besa dari suatu untai ke untai yang lain, se
tersebut saling taktergandeng.
Pada Gambar 4.7 tampak bahwa pada kedua untai yang tak tergandeng tersebut terdapat sumber arus tetap lcc
yang akan dialihkan adalah V
piranti optoisolator disini adalah sebagai yang dialihkan secara kelistrikan s
Pemantauan dan pengendalian dilakukan dengan membandingkan arus keluaran optoisolator lcc1 dan Icc2, dengan piranti pembanding (komparator).
selisih antara Icc1 dan Icc2 (terjadi perubahan I akan berubah. Perubahan anus I
menyesuaikan diri sampai terjadi keseimbangan.
3.1 Penggunaan Optoisolator dalam Bidang Elektronika
or banyak digunakan baik dalam untai analog, untai digital, maupun macam untai tersebut. Salah satu fungsi pengisolasian adalah
“ground looping”.
Penerapan Optoisolator untuk isolasi Isyarat Analog Teknik Isolasi Isyarat Analog ke Analog
Sebagai contoh, penerapan piranti optoisolator untuk isolasi isyarat analog adalah pada untai Penguat Isolasi dc Servo, yang tampak pada Gambar 4.7.
Gambar 4.7 Penguat Isolasi de Servo
adalah pengalihan suatu besaran (tegangan, arus elekrik) suatu untai ke untai yang lain, sedemikian sehingga secara kelistrikan kedua untai tersebut saling taktergandeng.
Pada Gambar 4.7 tampak bahwa pada kedua untai yang tak tergandeng tersebut cc1 dan 1cc2 untuk memberi prasikap pada LED. Besar yang akan dialihkan adalah Vin ke Vout ; dengan perantaraan arus IF1 dan I
toisolator disini adalah sebagai piranti pengalili isyarat, sehingga besaran yang dialihkan secara kelistrikan saling taktergandeng.
Pemantauan dan pengendalian dilakukan dengan membandingkan arus keluaran , dengan piranti pembanding (komparator). Apabila terjadi (terjadi perubahan IF1, Vin) maka arus IF2 yang berasal dan U akan berubah. Perubahan anus IF2 dipantau oleh fotodiode; dan anus IC2 akan berubah
jadi keseimbangan.
log, untai digital, maupun pengisolasian adalah
Sebagai contoh, penerapan piranti optoisolator untuk isolasi isyarat analog adalah pada untai Penguat Isolasi dc Servo, yang tampak pada Gambar 4.7.
ran (tegangan, arus elekrik) ikan kedua untai Pada Gambar 4.7 tampak bahwa pada kedua untai yang tak tergandeng tersebut prasikap pada LED. Besaran dan IF2. Fungsi piranti pengalili isyarat, sehingga besaran Pemantauan dan pengendalian dilakukan dengan membandingkan arus keluaran Apabila terjadi yang berasal dan U2 akan berubah
b. Penerapan Optoisolator pada Piranti Pengubah Analog Pengisolasian isyarat analog dapat
maupun isolasi secara digital. Isolasi secara digital untuk isyarat analog dilakukan berdasar beberapa alasan di antaranya:
1) Faktor kesalahan (ketidaklinearan) yang dapat terjadi relatif kecil; 2) Stabilitas isolasi digital terhadap pengaruh suhu lebih mantap
3) Kadang, pada beberapa penerapan, isyarat analog harus diubah ke bentuk digital untuk diproses secara digital; misalnya de
hal ini isolasi digital digunakan untuk memisahkan piranti masuk dengan piranti keluaran digital.
Contoh penerapan optoisolator pada piranti Pengubah Isyarat Analog tampak pada Gambar 4.8a dan 4.8b, berturut
keluaran ADC seri. Optoisolator dipasang pada keluaran ADC dengan untai digital berikutnya.
Penerapan Optoisolator pada Piranti Pengubah Analog-ke-Digital (ADC) Pengisolasian isyarat analog dapat dilakukan baik dengan isolasi secara analog maupun isolasi secara digital. Isolasi secara digital untuk isyarat analog dilakukan berdasar beberapa alasan di antaranya:
Faktor kesalahan (ketidaklinearan) yang dapat terjadi relatif kecil; digital terhadap pengaruh suhu lebih mantap
Kadang, pada beberapa penerapan, isyarat analog harus diubah ke bentuk digital untuk diproses secara digital; misalnya dengan mikroprosesor. Dalam
isolasi digital digunakan untuk memisahkan piranti masuk dengan piranti keluaran digital.
Contoh penerapan optoisolator pada piranti Pengubah Isyarat Analog
tampak pada Gambar 4.8a dan 4.8b, berturut-turut untuk keluaran ADC paralel da . Optoisolator dipasang pada keluaran ADC untuk mengisolasi untai ADC dengan untai digital berikutnya.
Digital (ADC) k dengan isolasi secara analog maupun isolasi secara digital. Isolasi secara digital untuk isyarat analog dilakukan
Kadang, pada beberapa penerapan, isyarat analog harus diubah ke bentuk ngan mikroprosesor. Dalam isolasi digital digunakan untuk memisahkan piranti masukan analog
Contoh penerapan optoisolator pada piranti Pengubah Isyarat Analog-ke-Digital turut untuk keluaran ADC paralel dan ADC untuk mengisolasi untai
Gambar 4.8 Penggunaan optoisolator pada ADC a) Konfigurasi keluaran paralel
b) Konfigurasi keluaran seri
c. Isolasi Isyarat Analog menggunakan Teknik Pengubahan ke-Analog
Teknik Isolasi jenis ini pada prin
Analog, seperti yang telah dibicarakan terdahulu, dengan tambahan bahwa proses pengubahan dilakukan secara digital; sehingga menjadi berkonfigurasi An
Digital-ke-Analog, Keunggulan teknik
terhadap perubahan nisbah alih arus (CTR). Teknik ini yang membutuhkan kestabilan kerja yang tinggi.
Contoh teknik isolasi ini
keFrekuensi (digital) dan sebaliknya, yang dipasang berturutan; seperti tampak pada Gambar 4.9.
Gambar 4.8 Penggunaan optoisolator pada ADC a) Konfigurasi keluaran paralel
b) Konfigurasi keluaran seri
Isolasi Isyarat Analog menggunakan Teknik Pengubahan Analog-ke
ini pada prinsipnya sama dengan teknik isolasi analog Analog, seperti yang telah dibicarakan terdahulu, dengan tambahan bahwa proses pengubahan dilakukan secara digital; sehingga menjadi berkonfigurasi An
Analog, Keunggulan teknik ini adalah bahwa isyarat-terisolasi lebih keb terhadap perubahan nisbah alih arus (CTR). Teknik ini cocok digunakan pada piranti
butuhkan kestabilan kerja yang tinggi.
Contoh teknik isolasi ini adalah menggunakan pengubahan Tegangan (analog) keFrekuensi (digital) dan sebaliknya, yang dipasang berturutan; seperti tampak pada
ke-Digital-sipnya sama dengan teknik isolasi analog-ke-Analog, seperti yang telah dibicarakan terdahulu, dengan tambahan bahwa proses pengubahan dilakukan secara digital; sehingga menjadi berkonfigurasi
Analog-ke-terisolasi lebih kebal kan pada piranti adalah menggunakan pengubahan Tegangan (analog)-keFrekuensi (digital) dan sebaliknya, yang dipasang berturutan; seperti tampak pada
Gambar 4.9 Teknik isolasi syarat analog dengan pengubahan Tegangan Frekuensi dan sebaliknya
Penerapan Optoisolator pada Isyarat Digital
Berikut ini dibahas contoh sederhana penerapan optoisolator pada beberapa untai digital; diantaranya, pada Untai Penerima Isyarat pada Ujung Jalur Transmisi, pada Transmisi Isyarat secara Dua Arah (Dupleks), pada Sistem
a. Optoisolator pada Penerima di Ujung Jalur Transmisi
Apabila data ditransmisikan melalui jalur transmisi, ada kemungkinan terjadi arus
“ground looping”, atau pengaruh tegangan mode bersama yang mengganggu keutuhan
data yang dikirim. Usaha un
memasang piranti optoisolator pada ujung jalur transmisi tersebut. Contoh penerapan teknik tersebut tampak pada Gambar 4. 10a dan 4. 10
menggunakan penghambat seri tunggal akhir jalur transmisi.
Gambar 4.10 Penggunaan Optoisolator pada Ujung Jalur Terminal Gambar 4.9 Teknik isolasi syarat analog dengan pengubahan Tegangan
Frekuensi dan sebaliknya
oisolator pada Isyarat Digital
dibahas contoh sederhana penerapan optoisolator pada beberapa digital; diantaranya, pada Untai Penerima Isyarat pada Ujung Jalur Transmisi, pada Transmisi Isyarat secara Dua Arah (Dupleks), pada Sistem Mikroprosesor.
Optoisolator pada Penerima di Ujung Jalur Transmisi
Apabila data ditransmisikan melalui jalur transmisi, ada kemungkinan terjadi arus atau pengaruh tegangan mode bersama yang mengganggu keutuhan data yang dikirim. Usaha untuk mengurangi gangguan tersebut antara lain
masang piranti optoisolator pada ujung jalur transmisi tersebut. Contoh penerapan ersebut tampak pada Gambar 4. 10a dan 4. 10b, yang berturut menggunakan penghambat seri tunggal dan penghambat paralel tunggal pada ujung
Gambar 4.10 Penggunaan Optoisolator pada Ujung Jalur Terminal
Gambar 4.9 Teknik isolasi syarat analog dengan pengubahan
Tegangan-ke-dibahas contoh sederhana penerapan optoisolator pada beberapa digital; diantaranya, pada Untai Penerima Isyarat pada Ujung Jalur Transmisi,
Mikroprosesor.
Apabila data ditransmisikan melalui jalur transmisi, ada kemungkinan terjadi arus atau pengaruh tegangan mode bersama yang mengganggu keutuhan ngi gangguan tersebut antara lain dengan masang piranti optoisolator pada ujung jalur transmisi tersebut. Contoh penerapan b, yang berturut-turut mbat paralel tunggal pada ujung
b. Penerapan Optoisolator pada Sistem Dupleks
Contoh Penerapan optoisolator pada jalur transmisi, yang telah dipaparkan terdahulu adalah untuk sistem simpleks. Berikut ini
Optoisolator pada sistem transmisi dupleks. Isyarat yang dikirim dan diterima masing masing diisolasi antara sumber dan penerima dengan menggunakan optoisolator. Gambar 4.11 memperlihatkan salah
c. Penggunaan Optoisolator pada Sistem Mikrokomputer Untuk menghindari adanya kalang
untai-untai di dalam mikrokomputer, maka pada sambungan antar satuan dapat dipasang optoisolator. Tentu saja hal ini
pengaruh kalang tanah terhadap kestabilan kerja sistem tersebut. Biasanya bagian bagian yang layak untuk diisolasi dengan optoisolastor adalah hubungan satuan pengolah dengan piranti-piranti sekitarannya, yang menggunakan jalur yang cukup panjang dalam ukuran mikrokornputer.
Sebagai contoh untai isolasi yang disarankan menurut kebutuhannya adalah bus data yang menghubungkan antar satuan, yang tampak pada Gambar 4.12. Optoisolator pada untai ini dilambangkan dengan segitiga dengan anak
yang menggambarkan arah isyarat.
Penerapan Optoisolator pada Sistem Dupleks
Contoh Penerapan optoisolator pada jalur transmisi, yang telah dipaparkan ntuk sistem simpleks. Berikut ini adalah contoh penerapan Optoisolator pada sistem transmisi dupleks. Isyarat yang dikirim dan diterima masing masing diisolasi antara sumber dan penerima dengan menggunakan optoisolator.
perlihatkan salah satu contoh sistem transmisi dupleks tersebut.
Penggunaan Optoisolator pada Sistem Mikrokomputer
Untuk menghindari adanya kalang-tanah (ground looping) yang terjadi pada untai di dalam mikrokomputer, maka pada sambungan antar satuan dapat optoisolator. Tentu saja hal ini dengan pertimbangan sampai seberapa jauh tanah terhadap kestabilan kerja sistem tersebut. Biasanya bagian bagian yang layak untuk diisolasi dengan optoisolastor adalah hubungan satuan
piranti sekitarannya, yang menggunakan jalur yang cukup panjang dalam ukuran mikrokornputer.
Sebagai contoh untai isolasi yang disarankan menurut kebutuhannya adalah bus yang menghubungkan antar satuan, yang tampak pada Gambar 4.12. dilambangkan dengan segitiga dengan anak-anak panah yang menggambarkan arah isyarat.
Contoh Penerapan optoisolator pada jalur transmisi, yang telah dipaparkan adalah contoh penerapan Optoisolator pada sistem transmisi dupleks. Isyarat yang dikirim dan diterima masing-masing diisolasi antara sumber dan penerima dengan menggunakan optoisolator.
satu contoh sistem transmisi dupleks tersebut.
) yang terjadi pada untai di dalam mikrokomputer, maka pada sambungan antar satuan dapat dengan pertimbangan sampai seberapa jauh tanah terhadap kestabilan kerja sistem tersebut. Biasanya bagian-bagian yang layak untuk diisolasi dengan optoisolastor adalah hubungan satuan
piranti sekitarannya, yang menggunakan jalur yang cukup Sebagai contoh untai isolasi yang disarankan menurut kebutuhannya adalah bus yang menghubungkan antar satuan, yang tampak pada Gambar 4.12. anak panah
Gambar 4.12 Pengantarmukaan bus yang terisolasi
Gambar 4.13 melukiskan untai sistem mikrokomputer yang disarankan menggunakan pengantarmukaan yang
Gambar 4.12 Pengantarmukaan bus yang terisolasi
Gambar 4.13 melukiskan untai sistem mikrokomputer yang disarankan menggunakan pengantarmukaan yang terisolasi optoisolasor.
Gambar 4.13 Sistem mikrokomputer yang menggunakan pengarmukaan yang
1V-3.2 Penerapan Optoisolator pada Pengendalian Daya
Watak isolasi yang tinggi banyak dimanfaatkan untuk memisahkan piranti pengendali dan yang dikendalikan. Daya isyarat yang keci
terhubung/terputusnya saklar sumber daya yang besar dengan perantaraan rele. Pada Gambar 4.14 tampak untai pengendali rele; yang selanjutnya dapat digunakan untuk mengendalikan sumber daya yang cukup be
Gambar 4.13 Sistem mikrokomputer yang menggunakan pengarmukaan yang terisolasi
3.2 Penerapan Optoisolator pada Pengendalian Daya
Watak isolasi yang tinggi banyak dimanfaatkan untuk memisahkan piranti ndalikan. Daya isyarat yang kecil dapat mengendalikan ar sumber daya yang besar dengan perantaraan rele. Pada Gambar 4.14 tampak untai pengendali rele; yang selanjutnya dapat digunakan untuk mengendalikan sumber daya yang cukup besar.
Gambar 4.13 Sistem mikrokomputer yang menggunakan pengarmukaan yang
Watak isolasi yang tinggi banyak dimanfaatkan untuk memisahkan piranti l dapat mengendalikan ar sumber daya yang besar dengan perantaraan rele. Pada Gambar 4.14 tampak untai pengendali rele; yang selanjutnya dapat
Gambar 4.14 Pengendali hubungan/
IV - 4 Penerapan Optoelektronika dalam Bidang Telekomunikasi
Pada mulanya, serat optis dirancang untuk menyalurkan isyarat dengan jarak yang jauh; yaitu dengan memanfa
cukup besar, serta kekebalan terhadap gangguan elektromagnetis dan “ Kemudian penerapannya makin meluas karena keung
dibanding kabel logam.
Hingga saat ini di negara
telekomunikasi yang menggunakan serat optis sebagai jalur transmisin Indonesia, walaupun baru beberapa buah juga sud
Sebagai contoh adalah sistem yang dibangun Perumtel di Jakarta, antara TVRI dan Stadion Senayan dan di Ujung Pandang (di pusat pengolahan data Departemen Hankam).
Pada bagian ini dibahas secara sin
isyarat analog maupun digital. Untuk memanfaatkan lebar serat optis dilakukan sistem per jamak
Secara garis besar sistem diagram kotak pada Gambar 4.15.
Gambar 4.14 Pengendali hubungan/buka (rele)
4 Penerapan Optoelektronika dalam Bidang Telekomunikasi
Pada mulanya, serat optis dirancang untuk menyalurkan isyarat dengan jarak yang jauh; yaitu dengan memanfaatkan penyusutan daya yang kecil, lebarbidang yang cukup besar, serta kekebalan terhadap gangguan elektromagnetis dan “cross talk
Kemudian penerapannya makin meluas karena keunggulan-keunggulan lainnya di negara-negara yang maju sudah banyak terpasa
telekomunikasi yang menggunakan serat optis sebagai jalur transmisin beberapa buah juga sudah dipasang sistem komunikasi ini adalah sistem yang dibangun Perumtel di Jakarta, antara TVRI dan enayan dan di Ujung Pandang (di pusat pengolahan data Departemen ini dibahas secara singkat penerapan pada sistem komunikasi analog maupun digital. Untuk memanfaatkan lebar-bidang yang besar pada
per jamakan (multiplexing).
Secara garis besar sistem komunikasi serat optis dapat dilukiskan dengan kotak pada Gambar 4.15.
Pada mulanya, serat optis dirancang untuk menyalurkan isyarat dengan jarak lebarbidang yang
cross talk”. keunggulan lainnya negara yang maju sudah banyak terpasang sistem telekomunikasi yang menggunakan serat optis sebagai jalur transmisinya. Di ah dipasang sistem komunikasi ini. adalah sistem yang dibangun Perumtel di Jakarta, antara TVRI dan enayan dan di Ujung Pandang (di pusat pengolahan data Departemen gkat penerapan pada sistem komunikasi bidang yang besar pada unikasi serat optis dapat dilukiskan dengan
Gambar 4.15 Diagram kotak sistem komunikasi optis
Isyarat masukan dapat berupa isyarat analog maupun digital. isyarat
ke dalam untai pemancar untuk memodulasi LED/laser. Cahaya termodulasi LED disalurkan melalui kabel serat optis. Pada ujung yang lain dipasang detektor PIN atau APD. Isyarat terdeteksi selanjutnya diolah di dalam untai yang dibawanya.
bar 4.15 Diagram kotak sistem komunikasi optis
Isyarat masukan dapat berupa isyarat analog maupun digital. isyarat dimasukkan ke dalam untai pemancar untuk memodulasi LED/laser. Cahaya termodulasi LED disalurkan melalui kabel serat optis. Pada ujung yang lain dipasang detektor PIN atau APD. Isyarat terdeteksi selanjutnya diolah di dalam untai yang dibawanya.
dimasukkan ke dalam untai pemancar untuk memodulasi LED/laser. Cahaya termodulasi LED disalurkan melalui kabel serat optis. Pada ujung yang lain dipasang detektor PIN atau
IV-4.1 Sistem Transmisi Analog
Gambar 4.16 memperlihatkan diagram kotak sistem komunikasi analog Sistem Transmisi Analog
Gambar 4.16 Sistem komunikasi optis analog
Pada sistem analog dapat dilakukan sistem modulasi AM dan FM. Isyarat yang dapat disalurkan baik berupa isyarat audio
memperlihatkan beberapa sistem transmisi analog yang dapat dilakukan. lV - 4.2 Sistem Transmisi Digital
Salah satu keunggulan sistem transmisi digital adalah kekebalan informasinya terhadap derau. Untuk memperkuat daya is
piranti pengulang (repeater) pada setiap jarak tertentu. Penggunaan serat optis memungkinkan jarak pengulang bertambah panjang. Berikut mi disajikan diagram kotak perlengkapan sistem komunikasi digital secara sederhana
memperlihatkan diagram kotak piranti pemancar/penenma yang mengolah isyarat yang akan dikirimkan atau isyarat yan
kotak pengulang pada suatu sistern kom Isyarat dan beberapa sumber
cara penjamakan. Pada ujung penerimanya, isyarat diurai isyarat aslinya.
Gambar 4.16 Sistem komunikasi optis analog
Pada sistem analog dapat dilakukan sistem modulasi AM dan FM. Isyarat yang dapat disalurkan baik berupa isyarat audio maupun isyarat gambar. Tabel 4.1
hatkan beberapa sistem transmisi analog yang dapat dilakukan. 4.2 Sistem Transmisi Digital
Salah satu keunggulan sistem transmisi digital adalah kekebalan informasinya terhadap derau. Untuk memperkuat daya isyarat dan mengurangi derau diperlukan ) pada setiap jarak tertentu. Penggunaan serat optis memungkinkan jarak pengulang bertambah panjang. Berikut mi disajikan diagram kotak perlengkapan sistem komunikasi digital secara sederhana. Gambar 4.17 memperlihatkan diagram kotak piranti pemancar/penenma yang mengolah isyarat yang akan dikirimkan atau isyarat yang diterima. Gambar 4.18 memperlihatkan
engulang pada suatu sistern komunikasi optis.
Isyarat dan beberapa sumber dapat disalurkan melalui seutas serat optis dengan jung penerimanya, isyarat diurai kembali sehingga diperoleh Pada sistem analog dapat dilakukan sistem modulasi AM dan FM. Isyarat yang yarat gambar. Tabel 4.1
Salah satu keunggulan sistem transmisi digital adalah kekebalan informasinya yarat dan mengurangi derau diperlukan ) pada setiap jarak tertentu. Penggunaan serat optis memungkinkan jarak pengulang bertambah panjang. Berikut mi disajikan diagram . Gambar 4.17 memperlihatkan diagram kotak piranti pemancar/penenma yang mengolah isyarat yang g diterima. Gambar 4.18 memperlihatkan diagram dapat disalurkan melalui seutas serat optis dengan kembali sehingga diperoleh
Gambar 4.18 Diagram kotak pengulang
Kemungkinan penggunaan sistem komunikasi digital disajikan pada Gambar 4.18 Diagram kotak pengulang
Sistem transmisi serat opti
pada pemancar televisi untuk menyalurkan data antar satuan pengelola isyarat. Gambar 4. 19 memper
stasion televisi. Apabila jarak antar beberapa ruang studio cukup besar, misalnya antar Studio, Master Control, dan Pemancar. maka kemungkinan tirnbulnya gangguan terhadap gambar dan suara akibat induksi e
berasal dari isyarat pancaran yang berdaya tinggi maupun dari tinggi. Gangguan tersebut lebih sulit dihin
terdapat selisih potensial (ac) karena pertana
yang disalurkan diubah ke bentuk isyarat optis maka gangguan tersebut dapat dihindarkan, karena transmisi
looping).
Gambar 4.19 Contoh penggunaan sistem optoelektron
IV- 4.3 Pertimbangan sistem
Seperti telah diketahui pada sistem transmisi menyeluruh. susutan isyarat terjadi di setiap bagian sistem. Agar susutan total dapa
setiap bagiannya perlu diper
Sistem transmisi serat optis juga digunakan pada televisi kabel (CATV) dan juga pada pemancar televisi untuk menyalurkan data antar satuan pengelola isyarat.
Gambar 4. 19 memperlihatkan contoh penggunaan sistem optoelektronika di stasion televisi. Apabila jarak antar beberapa ruang studio cukup besar, misalnya antar dan Pemancar. maka kemungkinan tirnbulnya gangguan terhadap gambar dan suara akibat induksi elektromagnetis cukup besar, baik yang
n yang berdaya tinggi maupun dari transformator teganga tinggi. Gangguan tersebut lebih sulit dihindarkan apabila antara pengirim dan penerima
h potensial (ac) karena pertanahan yang kurang baik. Apabila isyarat yang disalurkan diubah ke bentuk isyarat optis maka gangguan tersebut dapat
transmisi serat optis meniadakan kalang pertanahan (
Gambar 4.19 Contoh penggunaan sistem optoelektronika di stasion televisi
4.3 Pertimbangan sistem
Seperti telah diketahui pada sistem transmisi menyeluruh. susutan isyarat terjadi di setiap bagian sistem. Agar susutan total dapat dijaga tetap kecil, distribusi susutan di
ap bagiannya perlu dipertimbangkan sebaik-baiknya. Kecuali itu, lebar
s juga digunakan pada televisi kabel (CATV) dan juga pada pemancar televisi untuk menyalurkan data antar satuan pengelola isyarat.
hatkan contoh penggunaan sistem optoelektronika di stasion televisi. Apabila jarak antar beberapa ruang studio cukup besar, misalnya antar dan Pemancar. maka kemungkinan tirnbulnya gangguan kup besar, baik yang transformator tegangan rim dan penerima k. Apabila isyarat yang disalurkan diubah ke bentuk isyarat optis maka gangguan tersebut dapat serat optis meniadakan kalang pertanahan (ground
ika di stasion televisi
Seperti telah diketahui pada sistem transmisi menyeluruh. susutan isyarat terjadi t dijaga tetap kecil, distribusi susutan di baiknya. Kecuali itu, lebar bidang
sistem penyeluruh juga ditentukan oleh lebar bidang masing-masing, khususnya yang paling sempit. Dalam hal susutan, perhatian juga terpusat pada bagian yang memberikan S/N terkecil. Berikut ini disampaikan secara garis besar pertimbangan sistem secara menyeluruh dalam kedua aspek watak, yaitu S/N dan lebar bidang.
Sebagai contoh diambil isyarat video dan stasion TV yang disalurkan ke pemancarnya yang cukup jauh, yaitu dalam orde km. Jika, sesuai standar, isyarat TV berlebar bidang 6 MHz dan S/N = 105 (5 dB) dan penyaluran menggunakan serat optis mode jamak (S1 atau GRIN) dengan LED pada kisaran 0,8 hingga 0,9µm serta foto detektor PIN. Selanjutnya diterapkan persamaan:
f kT hf eP I f eR M R hf eP M m N S D L n L ∆ + ∆ = 4 2 2 2 2
η
η
Untuk modulasi 100% perlu dihitung nilai RL, yaitu hambatan beban detektor. Andaikan kapasitas diode PIN adalah 5pF dan ketanggapan p = 0,5 A/W pada λ = 0,85 µm. Nilai maksimum RL, untuk frekuensi putus 6 MHz adalah:
dB D L C f R − = 3 2 1
π
Ω = = − 5305 ) 10 . 6 )( 10 . 5 ( 2 1 6 12π
Untuk memperlonggar lebar bidang diambil RL 5100 agar penyempitan akibat sumber dan serat masih ada tempatnya. Dengan RL ini lebar bidang adalah 6,24 MHz.
Karena dipakai diode PIN, maka sistem akan terbatasi derau ternal, sehingga
( )
f kT P R N S e L ∆ = 4 5 , 0 2ρ
menjadi lebih sederhana, karena juga p= hf
e
η
. Jika suhu lingkungan 3000 K dan angka derau preamp adalah 2 (3 dB), suhu setaranyaTe= FT = 2 x 300 = 600oK Maka ) 10 24 , 6 ( 600 ) 10 38 , 1 ( 4 5100 . 5 , 0 105 23 6 x x N S − = =
Sehingga P= 2 6 23 ) 5 , 0 .( 5100 . 5 , 0 ) 10 24 , 6 ( 600 ) 10 38 , 1 ( 4 x − x = 5,7 µW
Untuk mudahnya bulatkan P =6 µW, sehingga pada aras daya ini diode PIN memberikan arus rerata
I = P = 3 µA
Karena arus gelap diode PIN jauh lebih rendah dan 3 µA, maka dapat diabaikan. Derau tennal yang ditimbulkan oleh sumber arus adalah
L NT R f kT i 2 = 4 ∆ = 23 6 4,052 1017 5100 ) 10 24 , 6 ( 600 ) 10 38 , 1 ( 4 x − x = x −
Dan nderau tambahan f eI iNS2 = 2 ∆
=
2
(
1
,
6
x
10
−19)(
3
x
10
−6)(
6
,
24
x
10
6)
=
0
,
599
x
10
−17Ternyata daya derau termal lebih kurang tujuh kali lebih besar dari daya derau tambahan, sehingga memang dominan seperti telah diduga sebelumnya.
Jika dipakai bias 5 V, arus maksimum yang diizinkan adalah A
Imaks 980
µ
51005 ==
yang jauh lebih besar dari arus kerja 3 µA tersebut. Jadi tak khawatir jenuh.
Sumber cahaya LED yang dipakai adalah jenis pancar permukaan (surface emitting), dengan arus kerja rerata Pdc= 1 mW pada panjang-gelombang 0,85µm. Waktu bangkitnya adalah 12 ns, lebar spektralnya 35 nm, dan permukaan pancarannya berdiameter kurang dan 50 µm.
Jika dipakai serat SI mode jamak, lebar bidang optisnya:
MHZxkm
xL
f
3−dB=
33
maka bagi daya 5 dB/km dan diameter teras 50 µm; NA = 0,24. Jika dipakai serat GRIN mode jamak, dengan NA aksial = 0,24 dan lebar bidang optis
MHZxkm
xL
dan dengan sumber berupa diode laser, maka rugi daya 5 dB/km dan diameter teras 50 µm.
Kemudian, jika sumber mengeluarkan daya I mW (0 dB) sedang penerima memerlukan 6 im (-22,2 dBm), maka susutan sistem menyeluruh tidak boleh lebth dan 22,2 dBm. Susutan gandengan sumber
Selain itu ada susutan akibat pantulan pada ujung sebesar 0,2 dB. Andaikan hanya ada dua penghubu
dan pada penerima, dan masing susutan menyeluruh:
22,2 – 12,4 – 0,4 – 2 = 7,4 yang diizinkan untuk serat SI dan
22,2 – 15,4 – 0,4 – 2 = 4,4 yang diizinkan untuk serat GRIN.
Dengan susutan 5 dB/km, untuk serat SI, panjang maksimum adalah km L 1,48 5 4 , 7 max = =
Dengan susutan 5 dB/km, untuk serat SI, panjang maksimum adalah km L 0,88 880 5 4 , 4 max= = =
Waktu bangkit sistem menyeluruh dan fotodetektor τPD dengan hubungan: τS2 =τLS2 +τsF+τPD2
Andaikan hubungan waktu bangkit dapat dinyatakan dalam lebar persamaan:
maka
selanjutnya
dan dengan sumber berupa diode laser, maka rugi daya 5 dB/km dan diameter teras Kemudian, jika sumber mengeluarkan daya I mW (0 dB) sedang penerima 22,2 dBm), maka susutan sistem menyeluruh tidak boleh lebth dan 22,2 dBm. Susutan gandengan sumber-serat adalah:
Selain itu ada susutan akibat pantulan pada ujung masuk dan ke
sebesar 0,2 dB. Andaikan hanya ada dua penghubung (konektor), yaitu pada pengir dan pada penerima, dan masing-masing membuat susutan 1 dB, maka terdapat
7,4 dB SI dan
4,4 dB yang diizinkan untuk serat GRIN.
Dengan susutan 5 dB/km, untuk serat SI, panjang maksimum adalah
Dengan susutan 5 dB/km, untuk serat SI, panjang maksimum adalah m
880
bangkit sistem menyeluruh τs mencakup waktu bangkit sumber dengan hubungan:
Andaikan hubungan waktu bangkit dapat dinyatakan dalam lebar bidang dengan dan dengan sumber berupa diode laser, maka rugi daya 5 dB/km dan diameter teras Kemudian, jika sumber mengeluarkan daya I mW (0 dB) sedang penerima 22,2 dBm), maka susutan sistem menyeluruh tidak boleh lebth dan
masuk dan keluar serat ng (konektor), yaitu pada pengirim masing membuat susutan 1 dB, maka terdapat
mencakup waktu bangkit sumber τLs,
dan waktu bangkit LED
maka
atau
Mengingat lebar bidang elektris dan optis suatu serat dihubungkan dengan persamaan
maka untuk serat SI pada sistem TV tersebut, hasil kali lebar adalah
0,71(33)=23,4 MHz x km
Waktu bangkit yang terkait adalah:
Berdasarkan hasil perhitungan sebelumnya, yaitu rF =11,9 ns, maka panjang serat yang diperbolehkan adalah
Dengan demikian ternyata pertimbangan lebar
serat ( 783 m), karena pertimbangan daya memberikan batas yang lebih panjang ( 1480 m). Kasus mi disebut terbatasi lebar
daya (poer limited).
Untuk memperpanjang jangkauan serat, beberapa hal dapat dilakukan, misalnya penurunan hambatan beban RL.
Sistem Digital
Ambil suatu sistem untuk
(non return to zero) 400 Mbps melalui lintasan sepanjang 100 km dengan pesat ralat bidang elektris dan optis suatu serat dihubungkan dengan
aka untuk serat SI pada sistem TV tersebut, hasil kali lebar bidang 0,71(33)=23,4 MHz x km
Waktu bangkit yang terkait adalah:
rkan hasil perhitungan sebelumnya, yaitu rF =11,9 ns, maka panjang serat yang diperbolehkan adalah
Dengan demikian ternyata pertimbangan lebar bidang lebih membatasi panjang 783 m), karena pertimbangan daya memberikan batas yang lebih panjang ( 1480 m). Kasus mi disebut terbatasi lebar bidang (bandwidth limited) bukan terbatasi
Untuk memperpanjang jangkauan serat, beberapa hal dapat dilakukan, misalnya penurunan hambatan beban RL.
Ambil suatu sistem untuk menyalurkan isyarat digital berupa rentet pulsa NRZ ) 400 Mbps melalui lintasan sepanjang 100 km dengan pesat ralat
bidang elektris dan optis suatu serat dihubungkan dengan
bidang-panjang
rkan hasil perhitungan sebelumnya, yaitu rF =11,9 ns, maka panjang
lebih membatasi panjang 783 m), karena pertimbangan daya memberikan batas yang lebih panjang ( ) bukan terbatasi Untuk memperpanjang jangkauan serat, beberapa hal dapat dilakukan, misalnya
menyalurkan isyarat digital berupa rentet pulsa NRZ ) 400 Mbps melalui lintasan sepanjang 100 km dengan pesat ralat
10-9. Tanpa pengulang (repeater bermutu tinggi untuk sistem in
Jika bentuk pulsa as
ketidaksempurnaan sistem, bentuk tersebut akan berubah yang diungkap dalam besaran waktu bangkit τs. Untuk lebar pulsa t dan pe
pertimbangan yang dapat dipakai adalah periode pulsa, yaitu :
NRZ s R T 0,7 7 , 0 = ≤
τ
Denan RNRZ sebagai pesat data yang tidak lain sama dengan RZ (return to zero) ketentuan tersebut dibagi dua, sehingga :
NRZ s R 35 , 0 ≤
τ
Gambar 4.20 Perubahan bentuk pulsa akibat ketidaksempurnaan sistem Untuk isyarat NRZ 400 Mbps tersebut, waktu bangkit ditentukan tidak boleh l dari
repeater) akan diperlukan pemancar, serat, dan fotodetektor ini.
a bentuk pulsa asli cukup ideal (lihat gambar), maka sebagai akibat ketidaksempurnaan sistem, bentuk tersebut akan berubah yang diungkap dalam . Untuk lebar pulsa t dan periode pengulangan T, pertimbangan yang dapat dipakai adalah agar waktu bangkit tidak lebih dan 70%
pesat data yang tidak lain sama dengan 1T. Untuk pulsa ) ketentuan tersebut dibagi dua, sehingga :
Gambar 4.20 Perubahan bentuk pulsa akibat ketidaksempurnaan sistem Untuk isyarat NRZ 400 Mbps tersebut, waktu bangkit ditentukan tidak boleh l
) akan diperlukan pemancar, serat, dan fotodetektor cukup ideal (lihat gambar), maka sebagai akibat ketidaksempurnaan sistem, bentuk tersebut akan berubah yang diungkap dalam ode pengulangan T, agar waktu bangkit tidak lebih dan 70%
. Untuk pulsa
Gambar 4.20 Perubahan bentuk pulsa akibat ketidaksempurnaan sistem
ns s 1,75 10 4 7 , 0 8 = × =
τ
yang dipengaruhi oleh sifat sumber ( hubungan: τS2 =τLS2 +τsF+τPD2 Pada serat
(
)
τ
τ
= =∆ − elektrik f dB F 3 35 , 0Pelebaran pulsa sepanjang 100 km serat 17,5 ps/km. Ternyata syarat in
yang biasanya menyebabkan pelebaran pulsa berturut Serat mode tunggal juga hanya sampai 0,5 ns (500 ±0,8 µm.
Perhatian terpaksa dialih
gelombang 1,3 atau 1,55 µm (inframerah). Selain itu, susutan serat perlu diperhatikan karena 100 km cukup jauh bila tanpa pengulang. Panjang
memberikan susutan minimum, yaitu (misalnya) 0,25 dB/km. Untuk bahan silika mur dan pemandu gelombang serat SI faktor dis
km) dan M’ = 4,5 ns/(mnxk
memberikan faktor dispersi menyeluruh
Sumber yang memenuhi syarat untuk mode tunggal (baik mode longitudinal maupun transversal) adalah diode laser InGaAsP yang mempunyal pola pancar minip diode rambatan tunggal seratnya. Di samping itu, lebar spektral diode laser ml cukup sempit, yaitu 0,15 nm dengan waktu bangkit I ns, sehingga pelebaran pulsa totalnya adalah :
yang dipengaruhi oleh sifat sumber (τLS), serat (τF), dan fotodiode (τPD
τ
Pelebaran pulsa sepanjang 100 km serat ini tidak boleh lebih dari 1,75 ns, atau Ternyata syarat ini tidak dapat dipenuhi oleh serat-serat SI ataupun GRIN, yang biasanya menyebabkan pelebaran pulsa berturut-turut 15 ns/km dan 1 ns/km. Serat mode tunggal juga hanya sampai 0,5 ns (500 ps)/km padapanjang-gelombang lihkan ke serat mode tunggal yang bekerja pada panjang m (inframerah). Selain itu, susutan serat perlu diperhatikan karena 100 km cukup jauh bila tanpa pengulang. Panjang-gelombang 1,55 memberikan susutan minimum, yaitu (misalnya) 0,25 dB/km. Untuk bahan silika mur
lombang serat SI faktor dispersinya berturut-turut M = -20
) dan M’ = 4,5 ns/(mnxkm) pada = 1,55 µm. Gabungan kedua faktor dispersi memberikan faktor dispersi menyeluruh :
Sumber yang memenuhi syarat untuk mode tunggal (baik mode longitudinal maupun transversal) adalah diode laser InGaAsP yang mempunyal pola pancar minip diode rambatan tunggal seratnya. Di samping itu, lebar spektral diode laser ml cukup sempit, yaitu 0,15 nm dengan waktu bangkit I ns, sehingga pelebaran pulsa totalnya PD) dengan
1,75 ns, atau ataupun GRIN, dan 1 ns/km. gelombang kan ke serat mode tunggal yang bekerja pada panjang m (inframerah). Selain itu, susutan serat perlu diperhatikan gelombang 1,55 µm memberikan susutan minimum, yaitu (misalnya) 0,25 dB/km. Untuk bahan silika murni 20ns/(nm x . Gabungan kedua faktor dispersi
Sumber yang memenuhi syarat untuk mode tunggal (baik mode longitudinal maupun transversal) adalah diode laser InGaAsP yang mempunyal pola pancar minip diode rambatan tunggal seratnya. Di samping itu, lebar spektral diode laser ml cukup sempit, yaitu 0,15 nm dengan waktu bangkit I ns, sehingga pelebaran pulsa totalnya
yang juga merupakan waktu bangkit serat dan besarnya masth jauh di bawah 1,75 ns (LED mempunyai lebar spektral 50 tim sehingga pelebaran pulsanya 77,5 ns dan rnempunyai NA terlalu rendah).
Selanjutnya, waktu bangkit fotodiode diperhitungkan sebagai
Kapasitas fotodiode Cd harus
agar hambatan paralel dapat cukup besar untuk menjaga kepekaan deteksi yang tinggi.
Sebagai contoh, untuk Cd = 1 pF dan waktu bangkit terbatasi waktu transit VTR = 0,5 ns. Waktu bangkit terbatasi untai yang terkait adalah
Sedang
Aspek susutan sistem diperhitungkan berdasarkan aras Andaikan daya keluar sumber 5 dBm (3,2 mW),
rugi dua konektor masing-masing 1 dB, rugi 50 sambungan serat masing dB (setiap 2 krn), maka susutan menyeluruh, termasuk 25 dB dalam serat adalah 25 + 3 + (2 x 1) + (50 x 0.1) = 35 dB
Dengan aras daya sumber daya. Dengan APD diperlukan Mbps. Dengan demikian besar
penerima APD ini. Nilai ini cukup tinggi, karena biasan Dengan PINFET yang 8 dB kurang peka dibanding APD,
yang juga merupakan waktu bangkit serat dan besarnya masth jauh di bawah 1,75 ns (LED mempunyai lebar spektral 50 tim sehingga pelebaran pulsanya 77,5 ns dan rnempunyai NA terlalu rendah).
Selanjutnya, waktu bangkit fotodiode diperhitungkan sebagai berikut :
rus cukup kecil untuk memenuhi waktu bangkit tersebut, dan agar hambatan paralel dapat cukup besar untuk menjaga kepekaan deteksi yang = 1 pF dan waktu bangkit terbatasi waktu transit VTR = 0,5 ns. Waktu bangkit terbatasi untai yang terkait adalah :
Aspek susutan sistem diperhitungkan berdasarkan aras-aras daya sebagai berikut. Andaikan daya keluar sumber 5 dBm (3,2 mW), rugi gandengan sumber-serat 3 dB, asing 1 dB, rugi 50 sambungan serat masing-masing 0,1 dB (setiap 2 krn), maka susutan menyeluruh, termasuk 25 dB dalam serat adalah
25 + 3 + (2 x 1) + (50 x 0.1) = 35 dB
Dengan aras daya sumber 5 dBm, di penenma terdeteksi 5 — 35 = 30 dBm aras daya. Dengan APD diperlukan -40 dBm untuk menjamin pesat ralat 10-9
Mbps. Dengan demikian besar power margin adalah -30 — (-40) = 10 dB untuk cukup tinggi, karena biasanya cukup sebesar 6 dB saja. Dengan PINFET yang 8 dB kurang peka dibanding APD, power margin tinggal 2 dB. yang juga merupakan waktu bangkit serat dan besarnya masth jauh di bawah 1,75 ns (LED mempunyai lebar spektral 50 tim sehingga pelebaran pulsanya 77,5 ns dan
cukup kecil untuk memenuhi waktu bangkit tersebut, dan agar hambatan paralel dapat cukup besar untuk menjaga kepekaan deteksi yang = 1 pF dan waktu bangkit terbatasi waktu transit VTR = 0,5
aras daya sebagai berikut. serat 3 dB, masing 0,1 dB (setiap 2 krn), maka susutan menyeluruh, termasuk 25 dB dalam serat adalah
35 = 30 dBm aras pada 400 0) = 10 dB untuk ya cukup sebesar 6 dB saja.
Pertimbangan dan segi pesat ralat bit (BER bit error rate) dilukiskan sebagai berikut. Untuk sistem terbatasi kuantum, pesat ralat dengan arus gelap y
adalah
dengan n sebagai jumlah rerata fotoelektron yang dihasilkan ketika bit 1 diterirna. Untuk pesat ralat 10-9-, ns 20,7 atau dibulatkan n
untuk menghasilkan foto elektron sebanyak ini
dengan µ sebagai efisiensi kuantum yang terkait.
dengan sebagai lebar pulsa. Untuk isyarat NRZ, = 1/R, sehingga daya puncak :
sedang untuk isyarat RZ daya puncak adalah dua kali P di atas.
atau P = 1,08 x 10 mW (-59,7 dBm). Di bawah
harus menyampaikan daya optis ke fotodetektor paling tidak sebesar
menjamin BER = 10-9. Pengandaian efisiensi kuantum 70% akan menaikkan aras yang diperlukan menjadi -58 dBm.
Penerima APD yang mempunyai kepekaan
batas kuantum tersebut. Ini terjadi pada operasi di wilayah 1,3 hingga 1,6 jim, sebagai akibat tinggi derau pada fotodiode gugusan In GaAs. Jika ketanggapan detektor diketahui, maka kepekaan terbatasi kuantum diperoleh dengan persamaan
Pertimbangan dan segi pesat ralat bit (BER bit error rate) dilukiskan sebagai berikut. Untuk sistem terbatasi kuantum, pesat ralat dengan arus gelap yang dapat diabaikan
dengan n sebagai jumlah rerata fotoelektron yang dihasilkan ketika bit 1 diterirna. 20,7 atau dibulatkan ns = 21. Jumlah foton yang diperlukan asilkan foto elektron sebanyak ini adalah :
sebagai efisiensi kuantum yang terkait.
dengan sebagai lebar pulsa. Untuk isyarat NRZ, = 1/R, sehingga daya puncak :
sedang untuk isyarat RZ daya puncak adalah dua kali P di atas.
59,7 dBm). Di bawah kondisi terbatasi kuantum ideal, sistem menyampaikan daya optis ke fotodetektor paling tidak sebesar -59,7 dBm, untuk . Pengandaian efisiensi kuantum 70% akan menaikkan aras yang Penerima APD yang mempunyai kepekaan -40 dBm adalah 18,1 dB lebih buruk dan terjadi pada operasi di wilayah 1,3 hingga 1,6 jim, sebagai akibat tinggi derau pada fotodiode gugusan In GaAs. Jika ketanggapan detektor
a kepekaan terbatasi kuantum diperoleh dengan persamaan :
Pertimbangan dan segi pesat ralat bit (BER bit error rate) dilukiskan sebagai berikut. ang dapat diabaikan
dengan n sebagai jumlah rerata fotoelektron yang dihasilkan ketika bit 1 diterirna. = 21. Jumlah foton yang diperlukan
dengan sebagai lebar pulsa. Untuk isyarat NRZ, = 1/R, sehingga daya puncak :
kondisi terbatasi kuantum ideal, sistem 59,7 dBm, untuk . Pengandaian efisiensi kuantum 70% akan menaikkan aras yang 40 dBm adalah 18,1 dB lebih buruk dan terjadi pada operasi di wilayah 1,3 hingga 1,6 jim, sebagai akibat tinggi derau pada fotodiode gugusan In GaAs. Jika ketanggapan detektor
Karena runtun sandi dapat dianggap mengandung 1 dan 0 dalam jumlah yang sama, maka daya rerata adalah separo daya puncaknya, yaitu
Perhatikan, persamaan di atas yang mengatakan bahwa
gelombang makin rendah daya foton yang diperlukan detektor (makin peka). Kepekaan penenma terbatasi derau termal dinyatakan dalam ketanggapan detektor dengan persamaan :
Hubungan BER dengan S/N dinyatakan dengan persamaan
Berdasarkan persamaan ini, untuk BER = 10 hambatan RL =594Ω, maka f kT P e∆ = 4 ) ( 594 142
ρ
2Jika kapasitas fotodiode Cd= 1 pF, lebar bidang yang terkecil adalah : x f f dB ) 10 1 )( 594 ( 2 1 12 3 = = ∆ −
π
−Untuk suhu 300 K, angka derau 2, dan ketanggapan detektor 1 A/W, maka kepekaan penerima 1 594 ) 4 )( 142 ( 1 ∆ = =
ρ
ρ
f kT P e = 1,46 µW(-28,4 dB)Dibanding dengan kepekaan terbatasi kuantum ( terbatasi derau termal ini adalah 31,3 dB Ieb
penerima hanya -30 dBm (menurut perhitungan terdahulu), kepekaan tersebut ternyata -28,4 — (-30) = 1,6 dB Iebth rendah dan yang diperlukan. Jadi diode PIN bertermin resistor tidak dapat dipakai (kurang peka).
Karena runtun sandi dapat dianggap mengandung 1 dan 0 dalam jumlah yang sama, maka daya rerata adalah separo daya puncaknya, yaitu :
Perhatikan, persamaan di atas yang mengatakan bahwa rnakin besar panjang gelombang makin rendah daya foton yang diperlukan detektor (makin peka).
Kepekaan penenma terbatasi derau termal dinyatakan dalam ketanggapan detektor
dinyatakan dengan persamaan :
persamaan ini, untuk BER = 10-9 diperlukan SN =142(21,5dB).
= 1 pF, lebar bidang yang terkecil adalah : MHz
268 ) =
suhu 300 K, angka derau 2, dan ketanggapan detektor 1 A/W, maka kepekaan
594 10 68 , 2 300 10 38 , 1 4 )( 142 ( × × −23× × × −23
Dibanding dengan kepekaan terbatasi kuantum (-59,7 dBm), maka kepekaan adalah 31,3 dB Iebih baik. Namun, karena aras daya pada 30 dBm (menurut perhitungan terdahulu), kepekaan tersebut ternyata
dB Iebth rendah dan yang diperlukan. Jadi diode PIN bertermin (kurang peka).
Karena runtun sandi dapat dianggap mengandung 1 dan 0 dalam jumlah yang sama,
rnakin besar panjang-Kepekaan penenma terbatasi derau termal dinyatakan dalam ketanggapan detektor
).Dengan
suhu 300 K, angka derau 2, dan ketanggapan detektor 1 A/W, maka kepekaan
59,7 dBm), maka kepekaan k. Namun, karena aras daya pada 30 dBm (menurut perhitungan terdahulu), kepekaan tersebut ternyata dB Iebth rendah dan yang diperlukan. Jadi diode PIN berterminasi
Peningkatan kepekaan dapat diperoleh dengan menggunakan sisi depan penerirna yang berimpedans atau beriransimpedans tinggi. Penyama (equalizer) perlu ditambahkan pada penerima dan untuk operasi 400 Mbps, penerima PINFET irnpedans dan translinpedans tinggi InGaAs hybrid telah tersedia dengan kepekaan sekitar -32 dBm (power margin 2 dB).
Fotodiode guguran InGaAs lebih peka daripada PINFET impedans tinggi tersebut pada wilayah panjang-gelombang besar. Tercatat kepekaan APD = -40 dBm, sehingga terdapat power margin 10 dBm.
IV-5 PENERAPAN OPTOELEKTRONIKA DALAM BIDANG MILITER
Komponen-komponen elektronika yang digunakan dalam bidang militer biasanya mempunyai standar yang khusus, karena media penggunaannya yang cukup berat, penuh gangguan fisis maupun nonfisis. Komponen yang digunakan harus mempunyai keandalan yang tinggi.
Komponen-komponen optoelektronika menawarkan keunggulan -keunggulan yang cocok digunakan dalam bidang militer, baik sebagai komponen di pusat pengendali maupun pada peralatan-peralatan militer. Pengolahan data yang besar di pusat pengendali memerlukan lebar bidang media penyalur informasi yang tinggi, kebal terhadap induksi elektromagnetis, kebal terhadap pengaruh lingkungan seperti perubahan suhu, kelembaban, dan terhadap bahan yang menyebabkan korosi. Peralatan-peralatan militer harus memenuhi persyaratan - persyaratan yang khusus dan mempunyai keandalan yang prima, karena medan penggunaarmya yang sangat berbeda dengan peralatan-peralatan yang digunakan pada bidang sipil. Dengan keunggulan-keunggulan yang ditawarkan oleh komponen-komponen optoelektronika maka tantangan masalah-masalah tersebut akan dapat diatasi.
Peralatan-peralatan militer yang bersifat mobil lebih banyak mengalami gangguan-gangguan baik fisis maupun nonfisis. Gangguan fisis meliputi goncangan, benturan, dan sebagainya. Gangguan nonfisis meliputi ancaman keamanan terhadap data yang akan diolah.
Berat peralatan-peralatan militer yang bergerak yang biasanya menggunakan instalasi kabel logam dapat dikurangi dengan mengganti jalur-jalur transmisi tersebut dengan serat optis dengan pertimbangan-pertimbangan yang cukup matang. Misalnya pada pesawat tempur, peluru kendali, kapal perang, peralatan untuk komunikasi, dan sebagainya.
IV-6 PENERAPAN OPTOELEKTRONIKA PADA PERALATAN YANG BERGERAK (MOBILE APPLICATION)
Kelincahan gerakan suatu peralatan antara lain ditentukan oleh berat peralatan sendiri. Terutarna dengan rnemanfaatkan watak serat optis yang ringan, komponen mi digunakan pada peralatan yang bergerak, antara lain pesawat udara, kapal laut, tank tempur, dan sebagainya.
Pada pesawat terbang dan kapal laut, berat komponen-komponen diusahakan sekedil mungkin agar gerakannya lincah dan jumlah kemampuan muatan bertambah.
Kecenderungan automatisasi pada pesawat terbang memerlukan data dan pengolah data yang lebih banyak, baik untuk komunikasi, navigasi, maupun pengendalian pesawat.
IV-7 PENERAPAN OPTOELEKTRONIKA DI BIDANG INSTRUMENTASI, ROBOTIKA, DAN KEDOKTERAN
Seperti halnya piranti-piranti elektronis, piranti-piranti optoelektroms juga banyak digunakan dalam bidang instrumentasi, baik sebagai pengganti “sensor” maupun piranti pengolali datanya.
Di bidang robotika, piranti-piranti optoelektronis banyak digunakan, baik pada “sensor” maupun pada komputer pengendalinya.
Di bidang kedokteran, penggunaan piranti-piranti optoelektronika sudah merupakan kebutuhan utama, naik sebagai “sensor” maupun alat-alat kedokteran lainnya.
Dan fakta-fakta yang telah ada dan studi kelayakan yang dilakukan oleh para ahli, tidak mustahil di masa mendatang sistem-sistem eletronis akan menjadi teknologi yang usang dan digantikan oleh teknologi moderen optoelektronika.
