LIGHT EMITTING DIODE (LED)
TESIS
Diajukan untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan tahap magister di Program Studi Fisika
Oleh:
Dedy Hamdani 20205006
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
LIGHT EMITTING DIODE (LED)
Oleh:
Dedy Hamdani 20205006
Telah diperiksa dan disahkan Pembimbing 1,
Dr. Eng. Khairurrijal, M.Si. NIP: 131 967 089
Pembimbing 2,
Dr. Eng. Mikrajuddin Abdullah NIP: 132 084 479
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
ABSTRAK
Metode Sederhana untuk Menentukan Rasio Konstanta Planck terhadap Muatan Listrik Menggunakan Kurva Karakteristik Light Emitting Diode
(LED) Oleh: Dedy Hamdani NIM: 20205006
Kurva karakteristik LED (light emitting diode) digunakan untuk menentukan rasio konstanta Planck terhadap muatan listrik (h/e). Dengan memberikan tegangan V ke LED, LED akan memancarkan panjang gelombang λ. Hubungan antara V dan λ diberikan oleh persamaan eV = hc / λ, dimana c adalah kecepatan cahaya. Nilai tegangan yang diperoleh adalah 1.54, 1.43, 1.54, 1.60 dan 2.26 V untuk LED merah (λ = 700 nm), orange (620 nm), kuning (585 nm), hijau (565 nm) dan biru (470 nm). Dengan menggunakan regresi linear, diperoleh nilai h/e = 3,8 x 10-15 J.s/C, yang mendekati nilai standard (h/e = 4.136 x 10-15 J.s/C). Metode sederhana ini dapat digunakan dalam proses pembelajaran fisika untuk mahasiswa fisika.
ABSTRACT
A Simple Method for Determining the Ratio Planck’s Constant to Electronic Charge Using Characteristic Curve of Light Emitting Diodes (LEDs)
By: Dedy Hamdani NIM: 20205006
Light emitting diodes (LEDs) were used in determining the ratio of Planck’s constant to electronic charge (h/e). Applying a voltage V to the LED, the LED emits light with the wavelength λ. The relation between V and λ is given by the equation eV = hc / λ, where c is the speed of light. It was found that the values of applied voltage V were 1.54, 1.43, 1.54, 1.60 and 2.26 V for red (λ = 700 nm), orange (620 nm), yellow (585 nm), green (565 nm) and blue (470 nm) LEDs, respectively. Using linear regression it was obtained that the value of h/e is 3.8 x 10-15 J.s/C, which is comparable to the standard one (h/e = 4.136 x 10-15 J.s/C). Therefore, this simple method can be used in learning process for physics undergraduate students.
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah,
s
egala puji dan puji hanya milik Allah, yang telah menganugerahkan rahmat, karunia dan ‘inayah-NYA sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini. Shalawat dan salam semoga selalu dilimpahkan kepada Rasulullah SAW, keluarganya, sahabatnya dan para pengikutnya.Tesis ini ditulis sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar magister di program studi Fisika FMIPA Institut Teknologi Bandung dengan judul “Metode Sederhana untuk Menentukan Rasio Konstanta Planck terhadap Muatan Listrik Menggunakan Kurva Karakteristik Light Emitting Diode (LED)”.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tesis ini masih banyak terdapat kekurangan. Oleh karena itu, saran dan kritik yang membangun akan penulis terima dengan senang hati. Akhir kata penulis berharap agar tugas akhir ini bermanfaat, khususnya bagi penulis, maupun pihak-pihak yang berkepentingan.
Bandung, Oktober 2007
UCAPAN TERIMA KASIH
Dengan mengucap puji dan syukur ke hadirat Allah Yang Maha Agung, tidak lupa penulis juga mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang membantu terselesaikannya tugas akhir ini:
• Ama jo Apa, jo cinto kasih denai diaja dan dididik, sahinggo kini alhamdulillah denan izin Allah, ananda lah mandapek gala Master. Indak ka tabaleh jaso-jaso apa jo ama. Hanyo doa nan bisa ananda panjatkan, mudah-mudahan jariah payah ama jo apa manggadangan ananda dibaleh dek Allah jo sarugo-NYO. Amin ya rabbal ‘alamin.
• Bapak Dr. Eng. Khairurrijal, M.Si., selaku dosen pembimbing utama yang senantiasa mengarahkan, memotivasi, mendidik dan membimbing penulis dalam menyelesaikan tesis, terima kasih atas segala bantuannya yang telah diberikan kepada penulis baik materi maupun nonmateri serta atas segala pelajaran yang sangat berharga. Mudah-mudahan Allah SWT memberikan balasan yang berlipat ganda, memberikan rahmat dan keberkahan kepada beliau dan keluarganya.
• Bapak Dr. Mikrajuddin Abdullah, selaku pembimbing kedua, yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan tesis ini. Terima kasih pak, semoga Allah membalasi dengan balasan yang lebih baik.
• Bapak Dr. Yudi Darma, dan Bapak Dr. Rizal Kurniadi, atas kesediaannya menjadi dosen penguji. Terima kasih atas saran dan masukannya terhadap tesis penulis.
• Adik-adikku, Deasy Riyanti dan Denny Hamdi, We’re always Trio DeBers and our family is Ada Disini ☺, juga buat si adek maniez Maria Delva Yurita dan Si Upiak Roza Anggraini, terim kasih dorongan dan motivasi. Dengan bantuan kalian juga alhamdulillah uda bisa melewati satu tahap pendidikan ini. Juga buat kamanakan perdana, Tan Hatta Rizal, meski proses lahirnyo nan agak sulik, alhamdulillah dengan kebesaran Allah juo, kamanakan lahia diateh bumi ko, dan dek kamanakan kolah, mamak lah bisa dipanggia Makdang ☺☺.
• Kepada dosen serta staf pengajar Program Studi Fisika: Pak Sukirno, Pak Maman Budiman, Pak Mitra Djamal, Pak Abdul Waris, Pak Zaki Su’ud dan dosen lainnya, terima kasih atas ilmu dan bimbingannya.
• Kang Miftah (akhi, kapan kita bertemu lagi?), Kang Asep (dalam banyak hal aku memang kalah darimu, terutama dalam hal berumah tangga), dan Arif Surahman (aku suka gaya khas mu ketika ku memanggil namamu) terima kasih atas segala masukan, saran, bantuan, bimbingan dan nasihatnya kepada penulis, banyak ilmu dan pelajaran yang penulis peroleh dari kalian.
• Rekan-rekan sarjana di ELKAHFI: Heri (teman berbagi, baik dalam hal program, hardware hingga cerita tentang masa depan, :P), Gun gun (ada proyek 2M lagi gak..? bbb...), Suryadi (suka ngebantuin bikin program, jangan sampai ketahuan lagi ya sur, kalo lagi pacaran), Yanuar (sang calon pengusaha, ASO nya dah bisa dipasarkan belum?), Nur (yang selalu berjuang, pantang menyerah), Rini dan Tiin (the twin smart angels, ELKAHFI jadi lebih berwarna dengan keberadaan kalian, hehe...)
• Teman-teman di seberang lab, Johan (vokalis solder voice sejati), Marshandy (makasih dah pinjamin novel-novelnya), Fatahah (si jago bahasa C), siapa lagi yaa... pokoknya semua deh, hatur nuhun ka sadayana.
• Rekan-rekan di DSP dan yang lainnya: Aah, Sandy, Harri si “mobile robot”, Opik, Zaky, Yusuf, Zamzam, Atep, Nissa, Rani, Ria, Indri, Ichee, de el el. Terima kasih atas bantuan-bantuannya selama ini...
• Teman-teman S2: Mas Ontajeos (jangan lupa undang aku yoo...), Wandy (si Pak guru, kamana wae atu kang, ngilang mulu..), Indra (bapak Manajer yang udah sukses di Jakarta) Rahmon (mokasih banyak mon, untuk diskusi-diskusinyo) Ni Erni and the ganks (di rumah uni, bantuak di rumah surang se...), Yuk Ida (alhamdulillah, lah ado duo bidadari kecil sekarang yoo..) dan Yuk Leni (kapan nyusul yuk Ida nyo...)
• Pak Daryat, Pak Yeye, Bu Ratna, dan seluruh staff TU Fisika, Terima kasih atas segala bantuannya selama penulis kuliah di Fisika.
• Pak Ohin dan Pak Dadang, pribumi elka, hatur nuhun Pak kana sagala bantosana.
• Kawan-kawan di rumah, si Dedi Suryadi (ondeh, bara ‘tarif’ si ajo kini lai ko yo ??), Feblil (semoga cepat selesai yaa..., mestinya kita bareng wisudaan), Da Salim (musim apo kini di Japang ?)
• Semua pihak yang telah membantu penulis yang tidak dapat dituliskan namanya satu persatu.
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
ABSTRACT ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
UCAPAN TERIMA KASIH ... iv
DAFTAR ISI ... vii
DAFTAR GAMBAR ... x
DAFTAR TABEL ... xii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang dan Rumusan Masalah………... 1
1.1.1 Latar Belakang………... 1
1.1.2 Rumusan Masalah………... 2
1.2 Ruang Lingkup Kajian ... 2
1.3 Tujuan Penulisan ... 3
1.4 Metodologi Penelitian ... 3
1.5 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...…... 5
2.1 LED (Light Emitting Diode) ... 5
2.2 DAC (Digital to Analog Converter) ... 11
2.3 ADC (Analog to Digital Converter) …... 14
BAB III RANCANG BANGUN SISTEM KARAKTERISASI LED ... 19
3.1 Rancang Bangun Perangkat Keras 19 3.1.1 Mikrokontroler ... 20
3.1.2 Antarmuka mikrokontroler dengan komputer ... 22
3.1.3 Antarmuka mikrokontroler dengan DAC MCP4921 ... 23
3.1.4 Antarmuka mikrokontroler dengan ADC ADS7822 ... 26
3.1.5 Rangkaian I to V Converter …... 28
3.2 Rancang Bangun Perangkat Lunak ... 30
BAB IV PENGUJIAN SISTEM DAN ANALISIS HASIL KARAKTERISASI LED 34 4.1 Kalibrasi DAC ... 34
4.2 Kalibrasi ADC ... 37
4.3 Kalibrasi pengubah arus ke tegangan ... 40
4.4. Hasil Karakterisasi LED ... 42
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 46
5.1 Kesimpulan ... 46
5.2 Saran ... 46
DAFTAR PUSTAKA ... 48
LAMPIRAN PUBLIKASI ... 50
LAMPIRAN PROGRAM MIKROKONTROLER DAN KOMPUTER ... 62
LAMPIRAN DATASHEET LED ... 74
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Muatan listrik pada sambungan p-n ... 6
Gambar 2.2 (a) Sambungan p-n. (b) Distribusi rapat muatan. (c) distribusi kuat medan listrik. (d) Distribusi potensial ... 6
Gambar 2.3 Distribusi potensial listrik jika LED dibias maju ... 8
Gambar 2.4 Distribusi potensial listrik jika LED dibias mundur ... 8
Gambar 2.5 Kurva karakteristik LED ... 9
Gambar 2.6 Proses rekombinasi elektron dan lubang ... 10
Gambar 2.7 Digital to analog converter 8-bit R-2R ladder ... 12
Gambar 2.8 Prinsip kerja DAC R-2R ladder ... 13
Gambar 2.9 Arsitektur ADC SAR N-bit ... 15
Gambar 2.10 Operasi SAR untuk ADC 4-bit ... 16
Gambar 2.11 Rangkaian tertutup dengan sumber tegangan dan sebuah resistor R ... 17
Gambar 2.12 I-to-V converter menggunakan op-amp ... 18
Gambar 3.1 Diagram blok sistem karakterisasi berbasis mikrokontroler ... 20
Gambar 3.2 Konfigurasi pin mikrokontroler AT89S52 ... 21
Gambar 3.3 Antarmuka mikrokontroler dengan komputer menggunakan RS232 ... 22
Gambar 3.4 Konfigurasi MCP4921 ... 23
Gambar 3.5 Antarmuka mikrokontroler dengan MCP4921 ... 24
Gambar 3.6 Timing diagram untuk menulis perintah pada MCP4921 ... 25
Gambar 3.8 Antarmuka mikrokontroler dengan ADS7822 ... 27
Gambar 3.9 Timing diagram ADS7822 ... 28
Gambar 3.10 Rancangan rangkaian I to V converter ... 29
Gambar 3.11 Foto perangkat keras yang dibuat ... 29
Gambar 3.12 Diagram alir program mikrokontroler ... 31
Gambar 3.13 Diagram alir program komputer ... 33
Gambar 4.1 Diagram blok proses kalibrasi DAC ... 34
Gambar 4.2 Grafik fungsi transfer konversi digital ke analog pada kalibrasi DAC ... 35
Gambar 4.3 Grafik selisih fungsi transfer ideal terhadap fungsi transfer terukur pada kalibrasi DAC ... 36 Gambar 4.4 Grafik koreksi fungsi transfer DAC ... 37
Gambar 4.5 Diagram blok proses kalibrasi DAC ... 38
Gambar 4.6 Grafik fungsi transfer konversi analog ke digital pada kalibrasi ADC ... 38
Gambar 4.7 Grafik selisih antara fungsi transfer ideal dengan fungsi transfer terukur pada kalibrasi ADC ... 39
Gambar 4.8 Grafik koreksi fungsi transfer ADC ... 39
Gambar 4.9 Diagram blok proses kalibrasi I to V Converter ... 40
Gambar 4.10 Grafik fungsi transfer tegangan terhadap arus pada kalibrasi I to V Converter ... 41
Gambar 4.11 Grafik selisih antara fungsi transfer ideal dengan fungsi transfer terukur pada kalibrasi I to V Converter ... 41
Gambar 4.12 Grafik koreksi fungsi transfer I to V Converter ... 42
Gambar 4.13 Foto pengukuran karakteristik arus-tegangan LED ... 43
Gambar 4.14 Hasil pengukuran karakteristik arus-tegangan LED ... 44
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Deskripsi fungsi pin MCP4921 ... 23
