Materi TKJ (Komponen Elektronika)

Komponen Elektronika

Standar Kompetensi

            Menerapkan Konsep Dasar Listrik dan Elektronika

Kompetensi Dasar 

            Mengenal Komponen Elektronika

Peta Konsep 

Kompenen elektronika merupakan piranti yang dikenal dengan istilah perangkat keras/hardware. Berdasarkan komponen tersebut bekerja dibedakan menjadi dua yaitu komponen pasif dan komponen aktif. Dikatakan komponen pasif karena ia tidak mempengaruhi rangkaian, seperti resistor, kapasitor, dan induktor. Sedangkan komponen aktif dapat mempengaruhi rangkaian seperti merubah arus bolak balik menjadi searah (fungsi Dioda), sebagai saklar (fungsi transistor)

A.   Resistor

Resistor merupakan komponen elektronika yang berfungsi untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam suatu rangkaian. Sesuai dengan namanya, resistor bersifat resistif. Resistor umunya terbuat dari bahan karbon. Resistor dilambangkan dengan huruf R dan satuannya dilambangkan dengan symbol Ω (dibaca : ohm). Simbol resistor :

 

Bentuk fisik resistor : 220 Ω ± 5% / 2 Watt

 

Tipe resistor yang umum adalah berbentuk tabung dengan dua kaki tembaga di kanan dan kirinya. Pada badannya terdapat lingkaran membentuk gelang kode warna untuk memudahkan pemakai mengenali besar resistansi tanpa harus menggunakan Ohmmeter. Kode warna tersebut merupakan standar manufaktur yang telah dikeluarkan oleh EIA (Electronic Industries Association).

Berdasarkan fungsinya, Resistor terbagi 2 macam, yaitu Resistor Tetap dan Resistor Variabel.

1.    Resistor Tetap (Fixed Resistor)

Resistor tetap (Fixed Resistor) adalah tahanan yang nilainya tetap dan memiliki daya yang kecil. Karena dayanya sangat kecil, maka nilai hambatannya tidak ditulis pada bodinya melainkan dengan menggunakan kode warna. untuk mengetahui nilai tahanannya, pada bodi Resistor diberi gelang - gelang berwarna yang menyatakan nilai tahanan Resistor.

Sedangkan Resistor yang memiliki Daya Besar seperti ; 5 Watt, 10 Watt, 15 Watt, 25 Watt atau lebih nilai resistansinya tidak dituliskan dengan kode warna melainkan langsung ditulis dengan angka.

Resistor tetap/Fixed Resitor umumnya dibuat dari bahan Karbon, pengkodean nilai resistansinya umumnya ada yang memiliki 4 gelang warna dan ada juga yang memiliki 5 gelang warna.

Untuk Resitor dengan toleransi 5% dengan daya 0.5 Watt sampai dengan 3 Watt, dituliskan dengan 4 gelang warna, sedang untuk toleransi 1 % atau 2 % umumnya dengan 5 gelang warna.

a)    Warna-warna Kode.

Warna-warna yang dipakai sebagai kode dan arti nilai pada masing-masing gelang warna pada Resistor tetap:

Tabel Kode Warna Resistor

No	Warna Kode	Gelang ke-1	gelang ke-2	gelang ke-3	gelang ke 4
		Angka ke-1	Angka ke-2	Jumlah nol	Toleransi
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12	Hitam Coklat Merah Oranye Kuning Hijau Biru Ungu Abu-abu Putih Emas Perak	- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 - -	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 - -	- 0 00 000 0000 00000 000000 0000000 00000000 000000000 0.1 0.01	- 1 % - - - - - - - - 5% 10%

b)       Contoh Resistor dengan 4 dan 5 gelang warna

I     II   III  IV          V

I     II   III             IV

                                                                                      

                                                                                      

Resistor Tetap

                                                                                      

                                                              

I .   Hijau = 5 II.   Kuning   = 4 III.  Merah   = 00 IV. Perak   = 10% Besar R = 5400 Ω 10 %               = 5K4 Ω 10 % 5400 x 10% = 540 Jadi, Nilai tahanan maksimum = 5400 + 540                                                   = 5940 Ω         Nilai tahanan minimum  = 5400 – 540                                                 = 4860 Ω

I.    Merah  = 4 II.   Merah  = 4 III. Hitam  = 0 IV. Merah  = 00 V.  Coklat  = 1 % Besar R = 44.000 1 %              = 44 K Ω 1 % 44000 x 1% = 440 Jadi, Nilai tahanan maksimum = 44 000 + 440                                                  = 44440 Ω         Nilai tahanan minimum = 44000 – 440                                                = 53560 Ω

           

                                                                                      

                                                                                               

                                                                                      

Selain dinyatakan dengan kode warna ada pula resistor yang nilainya dinyatakan dengan angka dan toleransi dinyatakan dengan huruf . Resistor  jenis ini terbuat dari kawat yang ditutup dengan porselin / keramik.

Toleransi disandikan / dikodekan dengan huruf  seperti di bawah ini :

            F = ± 1 %       G = ± 2 %       J = ± 5 %     K = ± 10 %        M = ± 20 %   

 

Keterangan angka pada tubuh resistor kawat diatas :

Besar tahan             = 0,1 W

Toleransi      = 5%

Daya             = 5 Watt

2.    Resistor Variabel (Variabel Resistor

a)    Resistor Variabel adalah resistor tidak tetap, disebut demikian karena nilainya dapat dirubah dengan cara menggeser atau memutar tuas yang terpasang pada komponen seperti tampak pada gambar berikut.

Model-Model Potentio

Potensiometer

Simbol Variabel Resistor

b)     Trimpot

Besar tahanan Trimpot dapat diubah-ubah dengan cara memutar atau mentrim. Pada radio dan televisi, Trimpot digunakan untuk mengatur besaran arus pada rangkaian Oscilator atau rangkaian Driver berbagai jenis sebagai berikut:

(6)

(2)

(3)

(1)

(5)

Simbol Trimpot dan Jenis-jenis Trimpot

 

(4)

Keterangan gambar:

(1).  Simbol Trimpot        (4). Trimpot 1 K Ohm.

(2). Simbol Trimpot         (5). Trimpot 47 K Ohm

(3). Trimpot 100 K Ohm   (6). Berbagai jenis Trimpot.

c)      Resistor tidak linier

Besar tahanan tidak linier dipengaruhi oleh faktor lingkungan, misalnya suhu dan cahaya.

d)     Thermistor, nilai tahanannya dipengaruhi oleh suhu.

1)            PTC Thermistor (Positive Temperatur Coefisien)

Tidak terbuat dari bahan semikonduktor, sehingga makin tinggi suhunya makin besar nilai tahanannya.

(1)

(3)

(1) Simbol PTC (2) dan (3) PTC

(2)

2)            NTC Thermistor (Negative Temperatur Coefisien)

Terbuat dari bahan semikonduktor, sehingga makin tinggi suhunya makin kecil nilai tahanannya.

        (a)                                             (b)

(a)   Simbol NTC (b)   NTC

 

3)            LDR (Light Dependen Resistor)

Nilai tahanan LDR tergantung dari intensitas cahaya yang diterimanya. Makin besar intensitas cahaya yang diterima, nilai hambatan LDR makin kecil

(c)

(a)

(b)

           

(a)  Simbol LDR (b) Simbol LDR (c) LDR

 

Rangkaian Resistor

Dalam rangkaian, resistor dapat disusun menjadi rangkaian seri, pararel, dan rangkaian seri pararel.

a.    Rangkaian Seri

Resistor yang dirangkai seri nilai resistansinya merupakan jumlah dari seluruh resistor yang dirangkai.

Rangkaian Seri

Rs = R1 + R2 + R3 + ...+ Rn , Rs = Resistansi total seri

Rs = 2K + 2K +2K = 8K Ω

b.    Rangkaian Pararel

Resistor yang diparalel nilai resistansinya akan semakin kecil, terganting dari hasil perbandingan nilai masing-masing.

, Rp = Resistansi total Paralel

atau                                   

         Contoh :

Rangkaian Pararel

                            Jadi,

c.    Rangkaian Seri Pararel

Rangkaian seri pararel merupakan gabungan dari beberapa rangkaian seri yang diparalel atau beberapa rangkaian paralel yang diseri atau kombinasi dari keduanya. Nilai resistansi seri paralel dihitung berdasarkan analisis rangkaian, melalui penyederhanaan dan bertahap sesuai kaidah pada rangkaian seri atau paralel.

Rangkaian Seri-Paralel

                                                

                        Rs = R2 + R3 = 4000 + 2000 = 6000 Ω      

                       

B.   Kapasitor/Kondensator

Kapasitor adalah komponen pasif. Jika kita lihat mainboard komputer, maka disana banyak sekali komponen ini. Huruf C merupakan notasi dari kapasitor. Kapasitor fungsi utamanya untuk menyimpan energi listrik dalam bentuk muatan listrik. Kemampuan kapasitor dalam menyimpan muatan listrik disebut kapasitansi yang dinyatakan dalam Farad (F). 1 Farad adalah kemampuan kondensator dalam menyimpan tenaga listrik sebesar 1 Coulomb, setelah diberi tegangan 1 Volt. Nilai 1 Farad adalah nilai yang terlalu tinggi untuk komponen elektronika. Biasanya digunakannilai yang lebih rendah seperti : 1 Farad = 1.000.000 μF (dibaca : mikro Farad), 1 μF = 1.000 nF (dibaca : nano Farad), 1 nF = 1.000 pF (dibada : piko Farad).

Pada perinsipnya Kondensator/Kapasitor terdiri dari dua keping konduktor yang dipisahkan oleh bahan penyekat yang disebut bahan dielektrik, fungsi zat dielektrik adalah untuk memperbesar kapasitansi Kapasitor. Keramik, kertas, kaca, mika, polyister, dan elektrolit tertentu merupakan contoh bahan dielektrik yang digunakan pada kapasitor. Bahan dieletrikum ini juga yang menjadi nama dari kapasitor. Jika sebuah kapasitor bahan dielektrikumnya dari keramik maka disebut kapasitor keramik.

Disamping memiliki nilai kapasitas menyimpan muatan listrik, Kapasitor juga memiliki batas tegangan kerja (working Voltage) maksimum yang dicantumkan nilainya pada komponen. Tegangan kerja Kapasitor AC untuk non polar : 25 Volt, 50 Volt, 100 Volt, 250 Volt, 500 Volt, dst. Sedangkan tegangan kerja DC untuk polar: 10 Volt, 16 Volt, 25 Volt, 35 Volt, 50 Volt, 100 Volt, 250 Volt, dst

Kegunaan kapasitor dalam berbagai rangkaian listrik adalah:

1. Mencegah loncatan bunga api listrik pada rangkaian yang mengandung kumparan, bila tiba-tiba arus listrik diputuskan dan dinyalakan
2. Menyimpan muatan atau energi listrik dalam rangkaian penyala elektronik
3. Memilih panjang gelombang pada radio penerima
4. Sebagai filter dalam catu daya (power supply)

1.    Identifikasi dan Membaca Nilai-Nilai Kapasitor

 

          

                                                                                                                         

                                                                                                   

                  (a)                                   (b)                          (c)                     

 

                                                                                 

    (d)                             (e)                            (f)                          

Keterangan : (a)      Simbol Kapasitor Variable (b)     Kapasitor Variable (c)      Simbol Fixed Kapasitor (d)      Simbol Trimer Kapasitor (e)      Kapasitor Trimer (f)       Kapasitor Keramik

a) Kapasitor Non Polar

Kapasitor non polar adalah Kapasitor yang elektrodanya tanpa memiliki kutup positif (+) maupun kutup negatif (-) artinya jika pemasangannya terbaik maka Kapasitor tetap bekerja.

Contoh Kapasitor nonpolar yaitu: Kapasitor variable (Varco), Kapasitor mika, kertas, Milar, Polyester, Keramik dsb.

Satuan umum kapasitor non polar adalah dalam pikoFarad. Angka 4 pada digit 104 menandakan banyaknya jumlah 0. Kapasitas kapasitor Mika di samping : = 1 x 104 pF = 100.000 pF = 100 nF = 0.1 µF/ 25 V

Kapasitas kapasitor keramik di samping :             = 1 x 10 pF = 1000 pF             = 1 nF

104 25 v

 

                 

 

b) Kondensator/Kapasitor Polar 

 

                                                 Simbol

Kapasitor Polar elektrodanya mempunyai dua kutup, yakni kutub positif (+) dan kutub negatif (-). Apabila Kapasitor ini dipasang pada rangkaian, maka pemasangannya tidak boleh terbalik. Salah satu contonya adalah Kapasitor elektrolit atau elko dan  Tantalum. Nilai kapasitas maksimum dan kutub –kutubnya sudah tertera pada bodi komponen tersebut.

 

         Besar kapasitas kapasitor elektrolit disamping

                                    Adalah 1 µF/ 50 Volt . 50 V merupakan

                                   tegangan DC maksimum

+         -

Kapasitro Tantalum

 

                                          Biru, Abu-abu, Hijau titik Putih        C=68 µ F

                                          Biru, Abu-abu, Hijau titik Hitam       C=6.8  µF   

                                          Biru, Abu-abu, Hijau titik Abu - abu C=0.68 µF

Kapasitor jenis ini banyak dipakai pada rangkaian Mother Board Komputer, jenis Kapasitor polar yang kuat dengan ukuran fisik kecil.

2.    Kegunaan Kondensator/Kapasitor

Kapasitor keramik dan mika biasa digunakan untuk filter/penyaring dan sebagai kopling/penghubung antar rangkaian.

Sedangkan Trimer Kapasitor biasa digunakan pada radio penerima sebagai tuning (pemilihan frekuensi) dan osilator.

Kapasitor polar, seperti elektrolit kapasitor dan kapasitor tantalum selain sebagai filter juga memiliki kemampuan untuk menyimpan muatan listrik cukup besar.

3.    Rangkaian Seri Kapasitor

Kapasitor bila dirangkai seri nilai kapasitasnya berbanding terbalik dengan nilai masing-masing, semakin banyak rangkaiannya semakin kecil nilai kapasitanya, tetapi tegangan kerjanya bertambah besar.

, Cp = Kapasitansi total seri

atau                                  

4.    Rangkaian Paralel.

Kapasitor yang dirangkai paralel nilai kapasitasnya akan bertambah besar dan merupakan jumlah dari nilai masing-masing, akan tetapi tegangan kerjanya tidak berubah.

Cp = C1 + C2

Cp = 10 pF + 10 pF = 20 pF

                                                                            

5.    Pengisian dan Pengosongan Kapasitor

a). Energi Pada Kapasitor

Kapasitor yang sudah diisi (charged) adalah semacam reservoir energi dalan pengisian (charging) .

Hal ini jelas sebab apabila pelat-pelat Kapasitor tersebut kita hubung singkat dengan suatu penghantar maka akan terjadi pengosongan (discharging) pada Kapasitor yang akan menimbulkan panas pada penghantar tersebut.

Energi yang dibutuhkan untuk memindahkan muatan 1 coulomb pada tegangan 1 volt adalah sebesar 1 joule.

      W = Q . V

Sewaktu mengisi dan menbuang muatan Kapasitor, ternyata tegangan pada Kapasitor itu akan berubah-ubah seperti pada tabel dan gambar di bawah ini.

2       4       6       8     10             Q

10 8 6 4 2

Wc

V

Tabel  V dan Q

V (volt)	Q (coulomb)
0	0
2	2
4	4
6	6
8	8
10	10

                            

Hubungan Muatan dan energi pada Kapasitor

Hubungan antara Q dan V merupakan garis lurus (linear), maka energi yang tersimpan dalam Kapasitor merupakan luas daerah grafik sebelah bawah.Jadi:

             karena            Q = C.V, maka diperoleh :

                     , atau

keterangan :

         WC     = energi yang tersimpan pada Kapasitor (joule)

         C         = kapasitansi (farad)

         V         = tegangan Kapasitor (volt)

         Q         = muatan Kapasitor (coulomb)

b). Pengisian dan Pengosongan Kapasitor

1

Ada dua hal yang  harus diperhatikan pada Kapasitor yaitu pada saat pengisian dan pengososngan muatan.

Rangkaian Pengisian & Pengosongan Kapasitor

Pada saat saklar S1 dihubungkan ke posisi 1 maka ada rangkaian tertutup antara tegangan V, saklar S, tahanan R, dan Kapasitor C. Arus akan mengalir dari sumber tegangan Kapasitor melalui tahanan R. Hal ini akan menyebabkan naiknya perbedaan potensial pada Kapasitor. Dengan demikian, arus akan menurun sehingga pada suatu saat tegangan sumber akan sama dengan perbedaan potensial pada Kapasitor. Akan tetapi arus akan menurun sehingga pada saat tegangan sumber sama dengan perbedaan potensial pada Kapasitor dan arus akan berhenti mengalir (I = 0). Proses tersebut dinamakan pengisian Kapasitor bentuk-bentuk arus.

Tegangan pada proses pengisian Kapasitor tersebut dapat  digambarkan sebagai berikut     

Posisi Saklar 1 (ON)

Pada saat t₀ , saklar S dihubungkan ke posisi satu sehingga arus akan mengalir di dalam rangkaian, sedangkan V_c = 0. pada saat t₀ sampai t₃ terjadi proses pengisian Kapasitor, arus akan menurun karena perbedaan potensial pada Kapasitor (Vc) akan bertambah besar. Pada saat t₄ perbedaan potensial pada Kapasitor akan sama dengan tegangan sumber. Jadi arus I sama dengan tegangan nol (ini berarti Kapasitor tersebut sudah dimuati/diisi muatan).

Grafik arus dan tegangan yang terjadi merupakan fungsi eksponensial. Kemudian saklar S dihubungkan ke posisi 2 seperti pada gambar di bawah ini.

Posisi Saklar 2 (Off)

Proses yang terjadi sekarang adalah pengososngan Kapasitor, arus yang mengali sekarang adalah berlawanan arah (negatif) terhadap arus pada saat pengisisan, sehingga besarnya tegangan pada R (V_R) juga negatif. Kapasitor akan mengembalikan kembali energi listrik yang disimpannya dan kemudian disimpan ketahanan R. Pada saat t₅, saklar S dihubungkan pada posisi 2. pada saat itu Kapasitor masih penuh muatannya. Karena itu arus akan mengalir melalui tahanan R. Pada saat t₆ sampai t₈ terjadi proses pengosongan Kapasitor, tegangan Kapasitor akan menurun sehingga arus yang melalui tahanan R akan menurun. Pada saat t₉, Kapasitor sudah membuang seluruh muatannya (Vc = 0) sehingga demikian aliran arus pun berhenti T₁ (I = 0).

Dalam penyelidikan ternyata waktu yang diperlukan untuk pengisian Kapasitor dan waktu yang diperlukan untuk pengosongan Kapasitor tergantung pada besarnya kapasitansi yang bersangkutan dan tahanan yang dipasang seri terhadap Kapasitor tersebut. Waktu pengisian Kapasitor dan waktu pengosongan Kapasitor tersebut disebut konstanta waktu (time constant) yang rumusnya adalah:

                                         t = R.C     

     dimana:

      t = konstanta waktu (detik)

      R = konstanta (Ω)

      C = kapasitansi (farad)

Setelah RC detik, besar tegangan pada Kapasitor yang sedang diisi muatan akan mencapai 63% dari harga tegangan pada saat pengisian penuh. Sedangkan tegangan yang terdapat pada Kapasitor yang sedang membuang muatan setelah RC detik akan turun sehingga mencapai 37% dari harga tegangan pada saat pengisian penuh.

C.   Induktor

Induktor merupakan komponen elektronika berupa kawat yang digulung sehingga menjadi kumparan. Jika induktor dialiri arus listrik maka akan menimbulkan medan magnet disekitar kawat (ingat hukum Biot Savart : kaedah tangan kanan). Kemampuan induktor menimbulkan medan magnet disebut induktansi. Satuan induktansi adalah henry (H) atau milihenry (mH). Untuk memperbesar induktansi, di dalam kumparan disisipkan bahan sebagai inti.

Pada rangkaian elektronika, fungsi utama induktor adalah untuk melawan fluktuasi arus yang melewatinya. Jika diaplikasikan pada rangkaian dc maka akan menghasilkan tegangan dc yang konstan terhadap fluktuasi arus. Jika diaplikasikan pada rangkaian ac, dapat meredam perubahan fluktuasi arus yang tidak diinginkan. Induktor juga dapat diaplikasikan pada rangkaian filter, tuner dan sebagainya.

1)        Jenis-Jenis Induktor:

a.    Induktor inti Udara, simbolnya 

 

b.    Induktor inti Ferit, simbolnya

 

                                     Contoh Batang Ferrit.          

c.    Induktor inti Besi, gambar simbolnya

 

                                              

Bentuk Fisik Induktor

Jenis-Jenis Induktor

Induktor Toroid

2)    Sifat Induktor terhadap arus AC dan DC.                      

                                                                                                    

     

     

Rangkaian Induktor terhadap AC

Bila arus bolak – balik mengalir pada induktor, maka akan timbul gaya gerak listrik (ggl) induksi yang besarnya:

  

bila         e = Em sin ωt, maka :

Hal ini berarti antara arus dan tegangan berbeda fase sebesar /2 = 90⁰ dan arus tertinggal (lag) dari tegangan sebesar 90⁰. 2 f merupakan perlawanan terhadap aliran arus, perlawanan ini disebabkan oleh induksi yang dinamakan reaktansi induktif (X_L) yang satuannya Ω (Ohm).

Besarnya X_L = 2. .f. L dengan ketentuan:

X_L              = reaktansi induktif  (Ω)

           = 3, 14

f              = frekuensi                (H_z)

L             = induktansi              (H)                                                                              

Gelombang Arus dan Tegangan

Menghitung Rangkaian Seri Arus Bolak – Balik

Rangkaian R – L Seri

EL

ER

φ

E

I

Gambar Rangkaian Seri R-L dan Diagram Vektor

Dalam rangkaian seri, besarnya arus pada tiap – tiap beban sama. Akan tetapi, tegangan tiap – tiap beban tidak sama, baik besar maupun arahnya. Pada beban R, arus dan tegangan sebesar 90⁰.

Tegangan pada beban R:

E_R = I . R              ( sefase dengan arus )

Tegangan pada beban L:

E_L = E . X_L            ( arus tertinggal / Lag sebesar Л /2)

Dari gambar vektor di atas didapat tegangan sumber

     

karena

                     

3)    Menghitung Impedansi Induktor

Setelah diperoleh nilan  maka Impedansi dapat di hitung :

     

Z disebut impedansi Seri dengan satuan Ω (ohm)

Dari gambar vektor di atas, sudut antara V dengan V_R  disebut sudut fase atau beda fase. Cosinus sudut tersebut disebut dengan faktor daya dengan rumus:

        atau   

Sehingga yang dimaksud dengan faktor daya adalah:

a.      Cosinus sudut yang lagging atau leading.

b.      Perbandingan R/Z = resistansi/impedansi

c.      Perbandingan daya sesungguhnya dengan daya semu.

Menghitung Rangkaian Paralel R dan L

Dalam rangkaian paralel tegangan tiap komponen atau cabang adalah sama besar dengan tegangan sumber. Akan tetapi, arus tiap komponen berbeda besar dan fasenya.

Arus tiap komponen ialah:

Arus pada resistor :

        → arus sefase dengan tegangan

Arus pada induktor :

I

        → arus tertinggal dari tegangan sebesar 90⁰.

V

 

VR

VL

                                         

            Gambar 51. Rangkaian Parallel R – L

Jadi arus pada rangkaian:         

Sudut fasenya dapat dihitung:  

V

IR

Faktor daya rangkaian ini:         

φ

 

     

     

I

IL

Gambar  Vektor  Arus dan Tegangan  

Selanjutnya:             E  =  E_R   =  E_L,

     karena         

     maka:

                                 atau  

                                 Besarnya Impedansi Paralel dapat dihitung:

                                     

                                 Keterangan: Z adalah impedansi satuan dalam Ω (ohm).

4)  Transformator

Transformator atau Trafo adalah komponen pasif yang dibuat dari kumparan-kumparan kawat laminasi, trafo memiliki kumparan primer dan kumparan sekunder. Perbandingan jumlah lilitan serta diameter kawat pada kumparan kumparan primer dan sekunder akan mempengaruhi perbandingan besarnya arus dan tegangan.

Prinsip kerja trafo menggunakan asas induksi resonansi antar kumparan primer dan sekunder. Apabila pada kumparan primer di aliri arus AC maka akan timbul medan magnit yang berubah-ubah fluktansinya, akibatnya kumparan sekunder yang berada pada daerah medan magnit akan membangkitkan gaya gerak listrik (GGL) atau tegangan induksi. Hal ini apabila tegangan primer di putus maka akan hilang tegangan sekundernya

Apabila tegangan sekunder lebih besar dari tegangan primernya, maka Transformator tersebut berfungsi sebagai penaik tegangan (Step up), akan tetapi apabila tegangan sekunder lebih kecil dari tegangan primernya maka Transformator berfungsi sebagai penurun tegangan (Step down)

Ada kalanya dibutuhkan kondisi tegangan primer sama besar dengan tegangan sekunder, hal ini Transformator berfungsi sebagai penyesuai ”Matching”

1.        Identifikasi Jenis-jenis Transformator

Identifikasi Jenis –jenis Transformator, dilihat dari pemakaiannya digolongkan ke dalam 3 jenis:

a)        Transformator inti udara dipakai pada rangkaian frekuensi tinggi.

b)       Transformator inti ferit dipakai pada rangkaian frekuensi menengah

c)        Transformator inti Besi dipakai pada rangkaian frekuensi rendah.

Trafo Inti Udara                 Trafo inti Udara, banyak dipakai  sebagai alat

                                             Interface   Rangkaian  matching  Impedansi

                                             dalam rangkaian Elektronik Frekuensi Tinggi.

Gambar Simbol Trafo Inti Udara

                 

                Gambar Simbol Trafo Inti Ferit                            Gambar  Trafo Inti Ferrit

                                                                                                        

                                            

Trafo inti Ferit, banyak dipakai sebagai alat

Interface Rangkaian Matching Impedansi dalam rangkaian Elektronik Frekuensi menengah.

 

                                                                                                                Trafo

        Trafo Inti Besi                                                                               IT - OT

 

                                       Gambar Trafo Into Besi (IT 191 – OT 240)

Gambar Simbol Trafo Inti Besi

 

                                        Trafo inti Besi, banyak dipakai sebagai alat

                                                Interface, Step Up, Step Down Rangkaian

                                                matching Impedansi, Matching Voltage dalam rangkaian Elektronik Frekuensi rendah.

2.        Laminasi kawat dan Inti Trafo dari bahan tidak pejal dan Beban Trafo

a)        Transformator Beban Resistor

 

          P              S                                       P = Primer

                                       I_s                           S = Sekunder

                  P                                   R_Bb               V_p = Tegangan Primer

                 V_p                   V_s                                          Z_s   = Impedansi Sekunder

                             Z_s   V_s   =  Tegangan Sekunder

                                                                           I_p   = Arus Primer

            Gambar Trafo Beban R                    I_s   = Arus Sekunder

                                                                           Z_p   = Impedansi Primer

            BEBERAPA CONTOH TRAFO INTI BESI

 

                                                    Trafo Daya Step Down 220-12 V/ 1 A

 

                

              Gambar  Macam-Macam Contoh Trafo Inti Besi

 

                                                                                      

                              Contoh Trafo Daya Step Down

Keterangan, sebelum ada beban maka apabila Primer Trafo diberi tegangan sebesar Vp maka idealnya Ip = 0 (tidak ada arus primer).

Akibat kerugian-kerugian arus pusar (eddy Current) di inti trafo, pada peristiwa terjadinya resonansi antara lilitan primer dan lilitan sekunder trafo menyebabkan arus kecil mengalir pada primer trafo meskipun belum ada beban sekunder.

Karena dalam lilitan kawat primer dan sekunder sama-sama di lilit dalam sebuah selongsong (koker), maka perlu diberi laminasi agar tidak terjadi hubung singkat/Short Circuit.

Laminasi yang tipis dan kurang kuat bisa menyebabkan terjadinya hubung singkat antar lilitan, timbul panas berlebih dan trafo rusak.

Untuk memperkecil panas yang timbul akibat arus pusar maka inti trafo dibuat dari plat besi tipis-tipis/berlapis berbentuk huruf E dan I saling berhadapan berbalik, tidak dari besi pejal hal ini untuk membuat trafo mendekati ideal.

Pembolak-balikan Induksi dalam inti ini menyebabkan terjadinya kerugian histerisis, disamping ada kerugian thermal/panas akibat arus pusar.

Trafo sebagai Konversi Step Up dan Step Down:

a)        Bila V_S < V_P maka Trafo berfungsi sebagai Step Down.

b)       Bila V_S > V_P Trafo sebagai Step Up

             à  

                                                    

                                   

Perbandingan Transformasi P : S, maka apabila diketahui perbandingan Transformasi P : S =  5 : 1 maka apabila diketahui arus primer sebesar 200 mA besarnya arus sekunder = 5 . 200 mA = 1.000 mA = 1 A.

Atau dapat ditulis Perbandingan Transformasi = 1 :  n

Kerugian-kerugian tembaga = I²_p . Z_p + I²_s . Z_s

Impedansi Input      Z_i  = ( R_B / n²)

b)       Transformator Beban Capasitor

                   1 : n

                                                                              Pada beban Capasitor maka besarnya Impedansi input dapat di hitung dengan rumus

                                                                                      X_c

                                                                        Z_i = 

                                                                                      n²

     Gambar Trafo Beban C

                                                                        X_c =  1

                                                                        2 .π.f.C

Transformasi yang terjadi pada beban Kapasitif, merupakan kebalikan dengan apa yang terjadi pada Resistor.

c)        Transformator beban Induktor

                    1: n

                                                                               Pada beban Induktor maka besarnya Impedansi input dapat di hitung dengan rumus

                                                   L_B                                X_L

                                                                        Z_i = 

                                                                                      n²

       Gambar Trafo Beban L            X_L = 2 .π.f.L_B

                                                                                            

 Transformasi yang terjadi pada beban Induktor, sama yang terjadi dengan apa yang terjadi pada Resistor, Induksi diri di transfer dengan cara yang sama.

D.   Semikonduktor

      Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti dioda, transistor dan IC (Integrated Circuit). Disebut semikonduktor karena bahan ini memang bukan konduktor murni.

Bahan – bahan loga seperti tembaga, besi, timah disebut sebagai konduktor yang baik sebab loga memiliki susunana atum yang sedemikian rupa sehingga elektronnya dapat bergerak bebas.

Sedangkan isolator adalah atom yang memiliki electron valensi sebanyak 8 buah, dan dibutuhkan energi yang besar untuk dapat melepaskan electron – electron ini.

Jadi dapat ditebak, bahwa semikonduktor adalah unsure yang susunan atomnya memiliki electron valensi lebih dari 1 dan kurang dari 8. tentu saja yang paling “semikonduktor” adalah unsure yang atomnya memiliki 4 elektron valensi (terluar).

Bahan semikonduktor yang banyak dikenal adalah silicon (Si) dan Germanium (Ge). Germanium dahulu adalah bahan satu-satunya yang dikenal untuk membuat komponen semikonduktor. Namun belakangan, silicon menjadi popular setelah ditemukan cara mengekstrak bahan ini dari alam. Silikon merupakan bahan terbanyak ke dua yang ada di bumi setelah oksigen (O2). Pasir, kaca, dan batu – batuan lain adalah bahan alam yang banyak mengandung unsure silicon.

Struktur atom kristal silicon, satu inti atom (nucleus) masing – masing memiliki 4 elektron valensi. Ikatan inti atom yang stabil adalah jika dikelilingi oleh 8 elektron, sehingga 4 buah electron atom kristal tersebut membentuk ikatan kovalen dengan ion-ion atom tetangganya. Pada suhu yang sangat rendah ( ), struktur atom silicon divisualisasikan seperti gambar berikut.

 

Ikatan kovalen menyebabkan electron tidak dapat berpindah dari satu inti atom ke inti atom yang lain. Pada kondisi demikian, bahan semikonduktor bersifat isolator karena tidak ada electron yang dapat berpindah untuk menghantarkan listrik.

Pada suhu kamar, ada beberapa ikatan kovalen yang lepas karena energi panas, sehingga memungkinkan electron terlepas dari ikatannya. Namun hanya beberapa jumlah kecil yang dapat terlepas, sehingga tidak memungkinkan untuk menjadi konduktor yang baik.

Para ahli fisika quantum pada masa itu mencoba memberikan doping pada bahan semikonduktor ini. Pemberian doping dimaksudkan untuk mendapatkan electron valensi bebas dalam jumlah lebih banyak dan permanent, yang diharapkan akan dapat menghantarkan listrik

Tipe-N

Misalnya pada bahan silicon diberi doping arsen yang pentavalen yaitu bahan kristal dengan inti atom yang memiliki 5 elektron valensi. Dengan doping , silicon yang tidak lagi murni ini akan memiliki kelebihan electron.

Kelebihan electron membentuk semikonduktor tipe-n. Semikonduktor tipe-n disebut juga donor yang siap melepaskan electron.

 

Tipe-P

Kalau silicon atau germanium di beri doping Boron, maka akan didapat semikonduktor tipe-p. Untuk mendapatkan silicon tipe-p, bahan dopingnya adalah bahan trivalent yaitu unsure dengan ion yang memiliki 3 elektron pada pita valensi

Karena ion silicon memiliki 4 elektron, dengan demikian ada ikatan kovalen yang bolong (hole). Hole ini digambarkan sebagai akseptor yang siap menerima electron. Dengan demikian, kekurangan electron menyebabkan semikonduktro ini menjadi tipe-p.

1.     

DIODA

Dioda merupakan salah satu komponen elektronika yang termasuk komponen aktif. Dibawah ini merupakan gambar yang melambangkan dioda penyearah.

    P          N

Anoda     Katoda

Sisi P disebut Anoda dan sisi N disebut Katoda. Lambang dioda seperti anak panah yang arahnya dari sisi P ke sisi N. Karenanya ini mengingatkan kita pada arus konvensional mudah mengalir dari sisi P ke sisi N. Dalam pendekatan dioda ideal, dioda dianggap sebagai sebuah saklar tertutup jika diberi bias forward dan sebagai saklar terbuka jika diberi bias reverse. Artinya secara ideal, dioda berlaku seperti konduktor sempurna (tegangan nol) jika dibias forward dan seperti isolator sempurna (arus nol) saat dibias revers.

Untuk pendekatan kedua, dibutuhkan tegangan sebesar 0,7 V sebelum dioda silikon konduksi dengan baik. Dioda dapat digambarkan sebagai suatu saklar yang diseri dengan tegangan penghambat 0,7 V. Apabila tegangan sumber lebih besar dari 0,7 V maka saklar akan tertutup. Sebaliknya apabila tegangan sumber lebih kecil dari 0,7 V.

Dalam pendekatan ketiga akan diperhitungkan hambatan bulk (RB). Rangkaian ekivalen untuk pendekatan ketiga ini adalah sebuah saklar yang terhubung seri dengan tegangan 0,7 V dan hambatan RB. Saat tegangan dioda lebih besar dari 0,7 V maka dioda akan menghantar dan tegangan akan naik secara linier dengan kenaikan arus. Semakin besar arus, akan semakin besar tegangan dioda karena tegangan ada yang jatuh menyebrangi hambatan bulk.

6.    Transistor

Transistor merupakan dioda dengan dua sambungan (junction). Sambungan itu  membentuk transistor PNP maupun NPN. Ujung-ujung terminalnya berturut-turut disebut emitor, base dan kolektor. Base  selalu berada di tengah, di antara emitor dan kolektor. Transistor ini disebut transistor bipolar,  karena struktur dan prinsip kerjanya tergantung dari perpindahan elektron di kutup negatif mengisi kekurangan elektron (hole) di kutup positif. bi = 2 dan polar = kutup. Adalah William Schockley pada tahun 1951 yang pertama kali menemukan transistor bipolar. 

gambar:Transistor npn dan pnp

Transistor adalah komponen yang bekerja sebagai sakelar (switch on/off) dan juga sebagai penguat  (amplifier). Transistor bipolar adalah inovasi yang mengantikan transistor tabung (vacum tube). Selain dimensi transistor bipolar yang relatif lebih kecil, disipasi dayanya juga lebih kecil sehingga dapat bekerja pada suhu yang lebih dingin. Dalam beberapa aplikasi, transistor tabung masih digunakan terutama pada aplikasi audio, untuk mendapatkan kualitas suara yang baik, namun konsumsi dayanya sangat besar. Sebab untuk dapat melepaskan elektron, teknik yang digunakan adalah pemanasan filamen seperti pada lampu pijar.

Bias DC

Transistor bipolar memiliki 2 junction yang dapat disamakan dengan penggabungan 2 buah dioda. Emiter-Base adalah satu junction dan Base-Kolektor junction lainnya. Seperti pada dioda, arus hanya akan mengalir hanya jika diberi bias positif, yaitu hanya jika tegangan pada material P lebih positif daripada material N (forward bias). Pada gambar ilustrasi transistor NPN berikut ini, junction base-emiter diberi bias positif sedangkan base-colector mendapat bias negatif (reverse bias). 

gambar: arus elektron transistor npn 

Karena base-emiter mendapat bias positif maka seperti pada dioda, elektron mengalir dari emiter menuju base. Kolektor pada rangkaian ini lebih positif sebab mendapat tegangan positif. Karena kolektor ini lebih positif, aliran elektron bergerak menuju kutup ini. Misalnya tidak ada kolektor, aliran elektron seluruhnya akan menuju base seperti pada dioda. Tetapi karena lebar base yang sangat tipis, hanya sebagian elektron yang dapat bergabung dengan hole yang ada pada base. Sebagian besar akan menembus lapisan base menuju kolektor. Inilah alasannya mengapa jika dua dioda digabungkan tidak dapat menjadi  sebuah transistor, karena persyaratannya adalah lebar base harus sangat tipis sehingga dapat diterjang oleh elektron. 

Jika misalnya tegangan base-emitor dibalik (reverse bias), maka tidak akan terjadi aliran elektron dari emitor menuju kolektor. Jika pelan-pelan 'keran' base diberi bias maju (forward bias), elektron mengalir menuju kolektor dan besarnya sebanding dengan besar arus bias base yang diberikan. Dengan kata lain, arus base mengatur banyaknya elektron yang mengalir dari emiter menuju kolektor.  Ini  yang dinamakan efek penguatan transistor, karena arus base yang kecil menghasilkan arus emiter-colector yang lebih besar. Istilah amplifier (penguatan) menjadi salah kaprah, karena dengan penjelasan di atas sebenarnya yang terjadi bukan penguatan, melainkan arus yang lebih kecil mengontrol aliran arus yang lebih besar. Juga dapat dijelaskan bahwa base mengatur  membuka dan menutup aliran arus emiter-kolektor (switch on/off).

Pada transistor PNP, fenomena yang sama dapat dijelaskan dengan memberikan bias seperti pada gambar berikut. Dalam hal ini yang disebut perpindahan arus adalah arus hole. 

gambar: arus hole transistor pnp

Untuk memudahkan pembahasan prinsip bias transistor lebih lanjut, berikut adalah terminologi parameter transistor. Dalam hal ini arah arus adalah dari potensial yang lebih besar ke potensial yang lebih kecil.

  

Perlu diingat, walaupun tidak perbedaan pada doping bahan pembuat emitor dan kolektor, namun pada prakteknya emitor dan kolektor tidak dapat dibalik. 

 

Arus bias

Ada tiga cara yang umum untuk memberi arus bias pada transistor, yaitu rangkaian CE (Common Emitter), CC (Common Collector) dan CB (Common Base). Namun saat ini akan lebih detail dijelaskan bias transistor rangkaian CE. Dengan menganalisa rangkaian CE akan dapat diketahui beberapa parameter penting dan berguna terutama untuk memilih transistor yang tepat.

 

Arus Emiter

Dari hukum Kirchhoff diketahui bahwa jumlah arus yang masuk kesatu titik akan sama jumlahnya dengan arus yang keluar. Jika teorema tersebut diaplikasikan pada transistor, maka hukum itu menjelaskan hubungan :

I_E = I_C + I_B ........(1)

   

Persamanaan (1) tersebut mengatakan arus emiter I_E adalah jumlah dari arus kolektor I_C dengan arus base I_B. Karena arus I_B sangat kecil sekali atau disebutkan I_B << I_C, maka dapat di nyatakan  :

I_E = I_C ..........(2)

Alpha (a)

Pada tabel data transistor (databook) sering dijumpai spesikikasi a_dc (alpha dc) yang  tidak lain adalah :

 a_dc = I_C/I_E  ..............(3)

Defenisinya adalah perbandingan arus kolektor terhadap arus emitor.

Karena besar arus kolektor umumnya hampir sama dengan besar arus emiter maka idealnya besara_dc adalah = 1 (satu). Namun umumnya transistor yang ada memiliki  a_dc kurang lebih antara 0.95 sampai 0.99.

Beta ( b)

Beta didefenisikan sebagai besar perbandingan antara arus kolektor dengan arus base.

 b= I_C/I_B  ............. (4)

Dengan kata lain,  b adalah parameter yang menunjukkan kemampuan penguatan arus (current gain) dari suatu transistor. Parameter ini ada tertera di databook transistor Misalnya jika suatu transistor diketahui besar b=250 dan diinginkan arus kolektor sebesar 10 mA, maka berapakah arus bias base yang diperlukan. Tentu jawabannya sangat mudah yaitu :   I_B = I_C/ b = 10mA/250 = 40 mA

Arus yang terjadi pada kolektor transistor yang memiliki   b= 200 jika diberi arus bias base sebesar 0.1mA adalah :

 I_C =  bI_B = 200 x 0.1mA = 20 mA

Dari rumusan ini lebih terlihat arus base yang kecil menjadi arus kolektor yang lebih besar.

E.   Rangkuman 

Ø  Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian. Sesuai dengan namanya resistor bersifat resistif dan umumnya  terbuat dari bahan karbon .

Ø  Satuan resistansi dari suatu resistor disebut Ohm atau dilambangkan dengan simbol  W (Omega). 

Ø  Resistor bekerja dengan dialiri arus listrik, maka akan terjadi disipasi daya berupa panas sebesar W=I²R watt.  Semakin besar ukuran fisik suatu resistor bisa menunjukkan semakin besar kemampuan disipasi daya resistor tersebut. 

Ø  Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain

Ø  Kapasitansi didefenisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan electron

Ø  Pada kapasitor yang berukuran besar, nilai kapasitansi umumnya ditulis dengan angka yang jelas. Lengkap dengan nilai tegangan maksimum dan polaritasnya. Misalnya pada kapasitor elco dengan jelas tertulis kapasitansinya sebesar 22uF/25v.

Ø  Induktor adalah komponen yang dapat menyimpan energi magnetik. Energi ini direpresentasikan dengan adanya tegangan emf (electromotive force) jika induktor dialiri listrik

Ø  Besi lunak banyak digunakan sebagai inti (core) dari induktor yang disebut ferit.  Ada bermacam-macam bahan ferit yang disebut ferromagnetik.  Bahan dasarnya adalah bubuk besi oksida yang disebut juga iron powder. Ada juga ferit yang dicampur dengan bahan bubuk lain seperti nickle, manganase, zinc (seng) dan mangnesium.

Ø  Fungsi utama dari induktor di dalam suatu rangkaian adalah untuk melawan fluktuasi arus yang melewatinya. Aplikasinya pada rangkaian dc salah satunya adalah untuk menghasilkan tegangan dc yang konstan terhadap fluktuasi beban arus. Pada aplikasi rangkaian ac, salah satu gunanya adalah bisa untuk meredam perubahan fluktuasi arus yang tidak dinginkan.

Ø  Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti dioda, transistor dan sebuah IC (integrated circuit). Disebut semi atau setengah konduktor, karena bahan ini memang bukan konduktor murni.

Ø  Dioda merupakan salah satu komponen elektronika yang termasuk komponen aktif. Dibawah ini merupakan gambar yang melambangkan dioda penyearah.

      P          N

 Anoda          Katoda

Ø  Transistor adalah komponen yang bekerja sebagai sakelar (switch on/off) dan juga sebagai penguat  (amplifier). Transistor bipolar adalah inovasi yang mengantikan transistor tabung (vacum tube).

Ø  Selain dimensi transistor bipolar yang relatif lebih kecil, disipasi dayanya juga lebih kecil sehingga dapat bekerja pada suhu yang lebih dingin

F.    Istilah-istilah penting 

G.   Evaluasi 

1.    Berapakah nilai resistor-resistor berikut ini serta batas kerjanya:

Coklat-hitam-Perak-Emas

2.    Pada sebuah rangkaian bolak balik punya kapasitor dengan kapasitas 2µF, frekuensinya 2 KHz.Berapa Reaktansi kapasitifnya?

3.    Sebutkan kegunaan dari komponen inductor dalam rangkaian elektronika!

4.    Suatu induktor diberi sumber tegangan AC 100Volt, arus mengalir 1 Ampere.Jika diukur dengan Ohm meter, inductor tersebut bernilai 99Ω.Frekuensi sumber 50Hz.Berapa kapasitansi induktansinya?

5.    Jelaskan apa yang dimaksud dengan komponen semikonduktor!