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:
- Mencegah loncatan bunga api listrik pada rangkaian yang mengandung kumparan, bila tiba-tiba arus listrik diputuskan dan dinyalakan
- Menyimpan muatan atau energi listrik dalam rangkaian penyala elektronik
- Memilih panjang gelombang pada radio penerima
- 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
|
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
|
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 Vc = 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 (VR) 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 (XL) yang satuannya Ω (Ohm).
Besarnya XL = 2.
.f. L dengan ketentuan:
XL = reaktansi induktif (Ω)
= 3, 14
f = frekuensi (Hz)
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:
ER = I . R ( sefase
dengan arus )
Tegangan pada beban L:
EL = E . XL ( 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 VR 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
|
V
|
VR
|
VL
|
Gambar 51. Rangkaian Parallel R – L
Jadi arus pada rangkaian:
Sudut fasenya dapat dihitung:
V
|
IR
|
φ
|
I
|
IL
|
Gambar Vektor
Arus dan Tegangan
Selanjutnya: E = ER = EL,
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
|
dalam
rangkaian Elektronik Frekuensi Tinggi.
|
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
Is S = Sekunder
P RBb Vp = Tegangan
Primer
Vp Vs Zs = Impedansi Sekunder
Zs Vs =
Tegangan Sekunder
Ip = Arus Primer
Gambar
Trafo Beban R Is = Arus Sekunder
Zp = 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 VS < VP maka
Trafo berfungsi sebagai Step Down.
b)
Bila VS > VP 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 = I2p . Zp + I2s
. Zs
Impedansi Input Zi = ( RB / n2)
b) Transformator
Beban Capasitor
1 : n
|
Xc
Zi
=
n2
Gambar Trafo Beban C
Xc = 1
2 .π.f.C
Transformasi yang terjadi pada beban Kapasitif, merupakan kebalikan dengan
apa yang terjadi pada Resistor.
c)
Transformator beban Induktor
|
Pada beban Induktor maka besarnya
Impedansi input dapat di hitung dengan rumus
LB XL
Zi
=
n2
Gambar
Trafo Beban L XL
= 2 .π.f.LB
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
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 :
IE
= IC + IB ........(1)
Persamanaan
(1) tersebut mengatakan arus emiter IE adalah jumlah dari arus
kolektor IC dengan arus base IB. Karena arus IB
sangat kecil sekali atau disebutkan IB << IC, maka
dapat di nyatakan :
IE = IC
..........(2)
Alpha (a)
Pada tabel data transistor (databook)
sering dijumpai spesikikasi adc
(alpha dc) yang tidak lain adalah :
adc = IC/IE
..............(3)
Defenisinya
adalah perbandingan arus kolektor terhadap arus emitor.
Karena
besar arus kolektor umumnya hampir sama dengan besar arus emiter maka idealnya
besaradc adalah = 1 (satu). Namun umumnya transistor yang ada
memiliki adc kurang
lebih antara 0.95 sampai 0.99.
Beta
( b)
Beta
didefenisikan sebagai besar perbandingan antara arus kolektor dengan arus base.
b= IC/IB
............. (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 : IB = IC/ b = 10mA/250 = 40 mA
Arus yang terjadi pada kolektor
transistor yang memiliki b= 200 jika diberi arus bias base
sebesar 0.1mA adalah :
IC =
bIB
= 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
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!
Tidak ada komentar:
Posting Komentar