BAB IV
PENGUJIAN SISTEM DAN ANALISIS HASIL
KARAKTERISASI LED
4.1 Kalibrasi DAC
Gambar 4.1. Diagram blok proses kalibrasi DAC
Gambar 4.1 memperlihatkan diagram blok proses kalibrasi DAC. Komputer dihubungkan ke mikrokontroler melalui komunikasi serial menggunakan RS232. Mikrokontroler mengatur kerja DAC dan mengeluarkan data sesuai data yang diberikan oleh komputer. Data digital tersebut diubah oleh DAC menjadi tegangan analog yang selanjutnya dihubungkan ke rangkaian penguat op-amp dan dibaca oleh multimeter digital Fluke 45. Data digital yang dikirim oleh komputer dan data tegangan yang dibaca oleh multimeter dicatat. Gambar 4.2 memperlihatkan grafik hubungan antara data digital yang diberikan ke DAC (dalam bentuk LSB)
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Data (LSB)
H
a
s
il
K
o
n
v
e
rs
i
(m
V
)
Ideal TerukurGambar 4.2 Grafik fungsi transfer konversi digital ke analog pada kalibrasi DAC
Grafik selisih antara fungsi transfer ideal dengan fungsi transfer data pengukuran (dalam LSB) diperlihatkan pada Gambar 4.3. Zero scale error, selisih antara tegangan terukur dengan tegangan ideal pada transisi pertama (dari 0000 ke 0001) [20], dan full scale error, selisih antara tegangan terukur dengan tegangan ideal pada transisi terakhir (dari FFE ke FFF) [20], untuk hasil kalibrasi DAC masing-masing sebesar 32 LSB dan -7 LSB.
-4 -2 0 2 4 6 8 10 12 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Data (LSB)
E
rr
o
r
(L
S
B
)
Selisih fungsi terukur terhadap fungsi ideal
Gambar 4.3 Grafik selisih fungsi transfer ideal terhadap fungsi transfer terukur pada kalibrasi DAC
Karena grafik selisih fungsi transfer ideal dengan fungsi transfer memiliki pola, maka untuk mengurangi besar error keluaran DAC dilakukan koreksi dengan perangkat lunak. Gambar 4.4 memperlihatkan grafik hubungan antara data keluaran hasil pengukuran (dalam LSB) dengan data keluaran transfer ideal (dalam LSB). Faktor koreksi fungsi transfer DAC diperoleh dengan melakukan linearisasi pada grafik tersebut yang dibagi dalam tiga daerah. Daerah pertama 0 – 1150, daerah kedua 1151 – 2610 dan daerah ketiga 2611 – 4095.
y1 = 0.9943x + 11.206
y2 = 0.9988x + 5.3985
y3 = 0.9963x + 12.605
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
0
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Data Keluaran Terukur (LSB)
D
a
ta
K
e
lu
a
ra
n
I
d
e
a
l
(L
S
B
)
DAC1 DAC2 DAC3Gambar 4.4. Grafik koreksi fungsi transfer DAC.
4.2. Kalibrasi ADC
Proses kalibrasi ADC dilakukan seperti terlihat pada diagram blok pada Gambar 4.5. Kalibrator seri 5100 memberikan data analog ke ADC untuk diubah menjadi data digital. Mirokontroler menerima data digital dari ADC dan mengirimkannnya ke komputer melalui komunikasi serial RS232. Gambar 4.6 memperlihatkan hubungan antara tegangan masukan dengan hasil konversi untuk data hasil pengukuran dan data fungsi transfer ideal. Selisih kedua fungsi transfer diperlihatkan pada gambar. 4.7.
Gambar 4.5. Diagram blok proses kalibrasi ADC 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tegangan Masukan (mV) D a ta H a s il K o n v e rs i (L S B ) Terukur Ideal Gambar 4.6. Grafik fungsi transfer konversi analog ke digital pada kalibrasi ADC
-900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tegangan Masukan (mV) E rr o r (L S B )
Selisih fungsi terukur terhadap fungsi ideal
Gambar 4.7. Grafik selisih antara fungsi transfer ideal dengan fungsi transfer terukur pada kalibrasi ADC. y 1= 0.8594x - 1.9329 y2 = 1.2464X - 2.5845 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Data Masukan Terukur (LSB)
D a ta M a s u k a n I d e a l (L S B ) ADC1 ADC2
Untuk mengurangi besar error data yang terukur oleh ADC maka dilakukan koreksi dengan perangkat lunak. Grafik hubungan antara data masukan hasil pengukuran (dalam LSB) dengan data masukan ideal (dalam LSB) ditunjukkan pada Gambar 4.8. Faktor koreksi fungsi transfer ADC diperoleh dengan melakukan linearisasi pada grafik tersebut yang dibagi dalam dua daerah, yaitu daerah 0 – 1950 LSB, dan 1951– 4095 LSB.
4.3. Kalibrasi Pengubah Arus ke Tegangan
Konfigurasi kalibrasi I to V converter diperlihatkan pada Gambar 4.9. Kalibrator Fluke seri 5100B digunakan untuk memberikan arus ke rangkaian I to V converter. Oleh rangkaian I to V converter arus ini akan diubah menjadi tegangan yang kemudian dikirim ke komputer melalui komunikasi serial RS232. Hasil pengukuran kalibrasi ini dipelihatkan pada Gambar 4.10. Grafik selisih fungsi transfer terukur terhadap fungsi transfer ideal diperlihatkan pada Gambar 4.11.
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20 22 24 26
Arus Masukan (mA)
T
e
g
a
n
g
a
n
K
e
lu
a
ra
n
(
V
)
Ideal TerukurGambar 4.10Grafik fungsi transfer tegangan terhadap arus pada kalibrasi I to V converter.
-5.0 -4.0 -3.0 -2.0 -1.0 0.0 1.0 2.0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26
Arus Masukan (mA)
E rr o r (m V )
Selisih fungsi terukur terhadap fungsi ideal
y1 = 0.0331x - 0.0003 y 2 = 0.0325x - 0.0118 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Arus Masukan (mA)
T e g a n g a n k e lu a ra n ( m V ) I2V1 I2V2
Gambar 4.12. Grafik koreksi fungsi transfer I to V converter.
Untuk mengurangi besar error data terukur pada kalibrasi I to V converter maka dilakukan koreksi dengan perangkat lunak. Grafik hubungan antara arus masukan (dalam mA) dengan tegangan keluaran (dalam mV) ditunjukkan pada Gambar 4.12. Faktor koreksi diperoleh dengan melakukan linearisasi pada grafik tersebut yang dibagi dalam dua daerah, yaitu daerah 0 – 19,5 mA dan 19,6 – 25,5 mA.
4.3. Hasil Karakterisasi LED
Gambar 4.13 memperlihatkan konfigurasi pengukuran karakterisasi LED. Kutub positif LED dihubungkan seri dengan output rangkaian I to V converter,
565 nm dan biru λ = 470 nm (lihat lampiran datasheet LED, hal. 74). Hasil pengukuran untuk masing- masing diperlihatkan pada Gambar 4.14.
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 0 1000 2000 3000 4000 5000 Tegangan (mV) A ru s ( m A ) Biru Hijau Kuning Orange Merah
Gambar 4.14. Karaktersitik arus-tegangan LED.
Tegangan dimana arus naik dengan sangat cepat disebut tegangan treshlod (Vth).
Tegangan treshold ini ditentukan pada saat LED pertama kali memancarkan cahaya. Nilai tegangan yang diperoleh adalah 1,54 V; 1,43 V; 1,54 V; 1,60 dan 2,26 V untuk LED merah (700 nm), orange (620 nm), kuning (585 nm), hijau (565 nm) dan biru (470 nm) secara berurutan. Nilai tegangan ini jika diplot terhadap kecepatan cahaya per panjang gelombang (c/λ) akan terlihat seperti pada gambar 4.15. Kemiringan grafik ini adalah nilai konstanta h/e. Dari grafik regresi
y = 0.38x - 0.298 R2 = 0.7744 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 5.50 6.00 6.50 7.00 C/LAMDA (10^14 s^-1) V ( V o lt ) C/LAMDA Linear (C/LAMDA)
