Teknik Elektronika Analog dan
Digital Dasar
Ada 3 jenis
bahan atau unsur :
a) Konduktor
b) Isolator
c) Semi konduktor
yang membedakan ketiga jenis bahan atau unsur adalah "ikatan
elektronnya"
Komponen Elektronika
Ada 2 macam komponen elektronika :
a) Komponen aktif
adalah komponen di dalam rangkaian elektronika mempunyai
kemampuan menguatkan atau mengarahkan aliran arus listrik.
contoh :
-
Transistor
-
Dioda
b) Komponen pasif
Komponen - komponen elektronikanya :
1.Resistor
berfungsi untuk menghambat atau membatasi arus.
ada 2 macam Resistor :
a) Resistor tetap( nilai hanbatannya tetap )
pada resistor tetap nilai hambatannya di tentukan oleh kode gelang
berwarna.
b) Resistor variabel (tidak tetap)
Nilai hambatannya dapat di ubah - ubah .
contoh :
- LDR ( Light dependent resistor )
- VDR ( Voltage dependent resistor )
- Potensio meter
Jenis Resistor
Resistor adalah komponen elektronika berjenis pasif yang mempunyai sifat
menghambat arus listrik Satuan nilai dari resistor adalah ohm, biasa
disimbolkan Ω.
Fungsi dari Resistor adalah :
1. Sebagai
pembagi arus
2. Sebagai penurun tegangan
3. Sebagai pembagi tegangan
4. Sebagai penghambat aliran arus listrik,dan lain-lain.
Resistor berdasarkan nilainya dapat dibagi dalam 3 jenis yaitu :
1. Fixed Resistor
2. Variable Resistor
3. Resistor Non Linier
|
:
:
:
|
Yaitu resistor yang nilai hambatannya tetap.
Yaitu resistor yang nilai hambatannya dapat diubah-ubah.
Yaitu resistor yang nilai hambatannya tidak linier karena pengaruh faktor
lingkungan misalnya suhu dan cahaya.
|
Resistor Tetap (Fixed)
Secara fisik bentuk resistor tetap adalah sebagai berikut :
Beberapa hal yang perlu diperhatikan :
1.
2.
3.
|
Makin besar bentuk fisik resistor, makin besar pula
daya resistor tersebut.
Semakin besar nilai daya resistor makin tinggi suhu yang bisa diterima
resistor tersebut.
Resistor bahan gulungan kawat pasti lebih besar bentuk dan nilai daya-nya
dibandingkan resistor dari bahan carbon.
|
Resistor Variabel
1. Trimpot
|
:
|
Yaitu variabel resistor yang nilai hambatannya dapat
diubah dengan mengunakan obeng.
|
2. Potensio
|
:
|
Yaitu variabel resistor yang nilai hambatannya dapat
diubah langsung mengunakan tangan (tanpa alat bantu) dengan cara memutar
poros engkol atau mengeser kenop untuk potensio geser.
|
Contoh bentuk fisik dari variable resistor jenis Trimpot :
Contoh bentuk fisik dari variable resistor jenis Potensio :
Bentuk resistor non linier misalnya PTC, LDR dan NTC
|
PTC : Positive Temperatur Coefisien
adalah jenis resistor non linier yang nilai hambatannya terpengaruh oleh
perubahan suhu. Makin tinggi suhu yang mempengaruhi makin besar nilai
hambatannya.
|
NTC : Negative Temperatur Coefisien
adalah jenis resistor non linier yang nilai hambatannya terpengaruh oleh
perubahan suhu. Makin tinggi suhu yang mempengaruhi makin kecil nilai
hambatannya.
|
LDR : Light Dependent Resistor
adalah jenis resistor non linier yang nilai hambatannya terpengaruh oleh
perubahan intensitas cahaya yang mengenainya. Makin besar intensitas cahaya
yang mengenainya makin kecil nilai hambatannya.
|
Simbol dari fixed resistor adalah sebagai berikut :
Resistor
Tetap
|
|
|
Standar
|
AS dan Jepang
|
Eropa
|
Simbol dari variable resistor adalah sebagai berikut :
Resistor
Variabel
|
|
|
Standar
|
AS dan Jepang
|
Eropa
|
Simbol dari resistor non linier adalah sebagai berikut :
Resistor Non
Linier
|
|
|
|
Jenis
|
LDR
|
NTC
|
PTC
|
Kode warna diatur oleh EIA (Electronic Industries Association)
Dimulai dengan warna paling gelap (hitam) lebih terang hingga warna paling
terang (putih).
Gambar urutan gelang warna pada resistor :
Pedoman dalam menentukan urutan gelang warna :
- Gelang pertama tidak berwarna hitam, emas, perak,
atau tidak berwarna
- Gelang terakhir ( toleransi ) jarak/spasinya
lebih lebar dibanding dengan jarak gelang yang lain
- Gelang pertama dibuat lebih lebar dari yang lain,
apabila spasi antar gelang jaraknya sama
Daftar Kode warna resistor untuk 4 dan 5 gelang
Pemberian nilai untuk resistor karbon selalu dengan gelang kode warna,
kecuali untuk resistor chip sudah memakai angka. Untuk resistor berbahan wire
wounded selalu nilai ditulis langsung pada badan resistor.
Warna
|
Gelang 1
|
Gelang 2
|
Gelang 3
|
Multiplier
|
Toleransi
|
Hitam
|
|
0
|
0
|
1 Ohm
|
|
Coklat
|
1
|
1
|
1
|
10 Ohm
|
± 1 %
|
Merah
|
2
|
2
|
2
|
100 Ohm
|
± 2 %
|
Orange
|
3
|
3
|
3
|
1 K Ohm
|
|
Kuning
|
4
|
4
|
4
|
10 K Ohm
|
|
Hijau
|
5
|
5
|
5
|
100 K Ohm
|
± 0,5 %
|
Biru
|
6
|
6
|
6
|
1 M Ohm
|
± 0,25 %
|
Ungu
|
7
|
7
|
7
|
10 M Ohm
|
± 0,10 %
|
Abu-abu
|
8
|
8
|
8
|
|
± 0,05 %
|
Putih
|
9
|
9
|
9
|
|
|
Emas
|
|
|
|
0,1 Ohm
|
± 5 %
|
Perak
|
|
|
|
0,01 Ohm
|
± 10 %
|
Contoh pembacaan kode warna resistor 4 dan 5 warna :
1
|
|
Gelang 1 = Coklat ( 1 )
Gelang 2 = Hitam ( 0 )
Gelang 3 = Merah ( 102)
Gelang 4 = emas ( 5 % )
Nilai resistor tersebut adalah : 10 X 102= 1000 Ω = 1 KΩ ± 5 %
|
2
|
|
Gelang 1 = Coklat ( 1 )
Gelang 2 = Hitam ( 0 )
Gelang 3 = Hitam ( 0 )
Gelang 4 = Merah ( 102)
Gelang 5 = Coklat ( 1 % )
Nilai Resistor adalah : 100 X 102= 10000 Ω = 10 KΩ ± 1 %
|
BPM Semarang © 2007
2.Kapasitor atau kondensator
Komponen
elektronika yang mampu menyimpan muatan listrik.
Jenis - jenis kapasitor :
a.) kapasitor elektrostatis
ex :
kapasitor mika dan keramik
b) kapasitor elektrolitik
ex :
elco
c) kapasitor kimia
ex : accu
dan baterai
Komponen elektronika kali ini yang akan kita
bahas adalah kapasitor.Selain kapasitor nama lainnya adalah
condensator.Komponen ini seperti halnya resistor juga termasuk dalam kelompok
komponen pasif,yaitu jenis komponen yang bekerja tanpa memerlukan arus panjar.
Jenis-jenis kapasitor ada berbagai
macam,diantaranya adalah di bawah ini.
* Menurut Polaritasnya
- Kapasitor Polar
Memiliki polaritas (+) dan (-).
Dalam pemasangannya harus diperhatikan
polaritasnya dan tidak boleh dipasang terbalik. Pada bodynya terdapat tanda
polaritasnya untuk menandai kaki yang berpolaritas (+) atau (-).
- Kapasitor Non Polar(Bipolar Capasitor)
Jenis kapasitor ini bisa dipasang bolak-balik.
* Menurut Bahan Pembuatannya
Kapasitor pada dasarnya adalah 2 buah lempeng
logam(dielectric) yang dipisahkan oleh sebuah bahan isulator. Nah,bahan
isulator inilah yg menentukan nama kapasitor tersebut.
Menurut bahan pembuatannya jenis2 kapasitor
adalah :
- Kapasitor Elektrolit → isulatornya dibuat dari bahan
elektrolit
- Kapasitor Mika → bahan isulatornya dibuat dari mika
- Kapasitor Udara → bahan isulatornya dibuat dari udara.
- Kapasitor Kertas,tantalum,milar,dsb.
* Menurut Ketetapan Nilainya
- Kapasitor Tetap/permanen
Nilai kapasitasnya tidak bisa diubah-ubah.
- Kapasitor Variable atau sering juga disebut VC
atau Varco (variable capasitor)
Kapasitor jenis ini bisa kita ubah-ubah
nilainya.
Fungsi kapasitor adalah untuk menyimpan
arus/tegangan listrik. Untuk arus DC kapasitor berfungsi sebagai
isulator/penahan arus listrik, sedangkan untuk arus AC berfungsi sebagai
konduktor/melewatkan arus listrik.
Dalam penerapannya kapasitor digunakan sebagai
filter/penyaring,perata tegangan DC pada pengubah AC to DC,pembangkit gelombang
ac atau oscilator dsb.
Nilai kapasitor dapat kita lihat pada tulisan
yang terdapat pada body-nya, misalnya 10 uF/16 V artinya nilai kapasitor itu
adalah 10 mikro Farad dan bisa bekerja pada tegangan maximal 16 V,jika melebihi
16 V maka kapasitor ini akan mengalami 'break down' alias ko'it:-).
Farad adalah satuan nilai kapasitas dari
kapasitor.
1 uF → 1 mikro Farad = 1 x 10 pangkat (-6)
Farad = 0.000001 Farad
1 nF → 1 nano farad = 1 x 10 pangkat (-9)
Farad
1 pF → 1 piko Farad = 1 x 10 pangkat (-12)
Farad
# Kode Angka Pada Kapasitor
Untuk kapasitor yang nilai kapasitasnya di bawah
1 uF biasanya nilai kapasitasnya dituliskan dalam kode angka.
Contoh :
1. 104 → 10 x 10 pangkat 4 (dalam satuan piko
Farad) = 100000 pF atau 100 nF atau 0.1 uF
2. 222 → 22 x 10 pangkat 2 (pF) = 2200 pF
atau 2.2 nF
* caranya adalah kita tulis ulang 2 angka
pertama,kemudian kita kalikan dengan 10 pangkat angka terakhirnya.
3. 4n7 → 4.7 nano Farad
4. 2p5 → 2.5 piko Farad
Kapasitor yang bernilai di bawah 1 uF umumnya
adalah jenis non polar,kecuali yang jenis elektrolit.
Gambar kapasitor adalah berikut iniDalam skema
elektronika simbol kapasitor adalah seperti di bawah iniYang ada tanda (+) dan
(-) adalah simbol kapasitor polar sedangkan yang tanpa tanda (+) dan (-) adalah
simbol kapasitor non polar.
KAPASITOR (KONDENSATOR)
Kapasitor (Kondensator) yang dalam rangkaian
elektronika dilambangkan dengan huruf “C” adalah suatu alat yang dapat
menyimpan energi/muatan listrik di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan
ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kapasitor ditemukan oleh
Michael Faraday (1791-1867). Satuan kapasitor disebut Farad (F). Satu Farad = 9
x 1011 cm2 yang artinya luas permukaan kepingan tersebut.
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. Jika
kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan
mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama
muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif
tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif
tidak bisa menuju ke ujung kutub positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik
yang non-konduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi
pada ujung-ujung kakinya. Di alam bebas, phenomena kapasitor ini terjadi pada
saat terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif di awan.
1.1. Kapasitansi
Kapasitansi didefinisikan sebagai kemampuan dari
suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan elektron. Coulombs pada abad 18
menghitung bahwa 1 coulomb = 6.25 x 1018 elektron. Kemudian Michael Faraday
membuat postulat bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1
farad jika dengan tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1
coulombs. Dengan rumus dapat ditulis :
Q = C V
Q = muatan elektron dalam C (coulombs)
C = nilai kapasitansi dalam F (farad)
V = besar tegangan dalam V (volt)
Dalam praktek pembuatan kapasitor, kapasitansi
dihitung dengan mengetahui luas area plat metal (A), jarak (t) antara kedua
plat metal (tebal dielektrik) dan konstanta (k) bahan dielektrik. Dengan rumus
dapat di tulis sebagai berikut :
C = (8.85 x 10-12) (k A/t)
Berikut adalah tabel contoh konstanta (k) dari
beberapa bahan dielektrik yang disederhanakan.
Untuk rangkaian elektronik praktis, satuan farad
adalah sangat besar sekali. Umumnya kapasitor yang ada di pasaran memiliki satuan
: µF, nF dan pF.
1 Farad = 1.000.000 µF (mikro Farad)
1 µF = 1.000.000 pF (piko Farad)
1 µF = 1.000 nF (nano Farad)
1 nF = 1.000 pF (piko Farad)
1 pF = 1.000 µµF (mikro-mikro Farad)
1 µF = 10-6 F
1 nF = 10-9 F
1 pF = 10-12 F
Konversi satuan penting diketahui untuk
memudahkan membaca besaran sebuah kapasitor. Misalnya 0.047µF dapat juga dibaca
sebagai 47nF, atau contoh lain 0.1nF sama dengan 100pF.
Kondensator diidentikkan mempunyai dua kaki dan
dua kutub yaitu positif dan negatif serta memiliki cairan elektrolit dan
biasanya berbentuk tabung.
Sedangkan jenis yang satunya lagi kebanyakan
nilai kapasitasnya lebih rendah, tidak mempunyai kutub positif atau negatif
pada kakinya, kebanyakan berbentuk bulat pipih berwarna coklat, merah, hijau
dan lainnya seperti tablet atau kancing baju yang sering disebut kapasitor
(capacitor).
2.2 Wujud dan Macam Kondensator
Berdasarkan kegunaannya kondensator di bagi
menjadi :
1. Kondensator tetap (nilai kapasitasnya tetap
tidak dapat diubah)
2. Kondensator elektrolit (Electrolit Condenser
= Elco)
3. Kondensator variabel (nilai kapasitasnya
dapat diubah-ubah)
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 100µF25v yang artinya kapasitor/ kondensator
tersebut memiliki nilai kapasitansi 100 µF dengan tegangan kerja maksimal yang
diperbolehkan sebesar 25 volt.
Kapasitor yang ukuran fisiknya kecil biasanya
hanya bertuliskan 2 (dua) atau 3 (tiga) angka saja. Jika hanya ada dua angka,
satuannya adalah pF (pico farads). Sebagai contoh, kapasitor yang bertuliskan
dua angka 47, maka kapasitansi kapasitor tersebut adalah 47 pF. Jika ada 3
digit, angka pertama dan kedua menunjukkan nilai nominal, sedangkan angka ke-3
adalah faktor pengali. Faktor pengali sesuai dengan angka nominalnya,
berturut-turut 1 = 10, 2 = 100, 3 = 1.000, 4 = 10.000, 5 = 100.000 dan
seterusnya.
Contoh :
Untuk kapasitor polyester nilai kapasitansinya
bisa diketahui berdasarkan warna seperti pada resistor.
Contoh :
Seperti komponen lainnya, besar kapasitansi
nominal ada toleransinya. Pada tabel 2.3 diperlihatkan nilai toleransi dengan
kode-kode angka atau huruf tertentu. Dengan tabel tersebut pemakai dapat dengan
mudah mengetahui toleransi kapasitor yang biasanya tertera menyertai nilai
nominal kapasitor. Misalnya jika tertulis 104 X7R, maka kapasitansinya adalah
100nF dengan toleransi +/-15%. Sekaligus diketahui juga bahwa suhu kerja yang
direkomendasikan adalah antara -55Co sampai +125Co .
Dari penjelasan di atas bisa diketahui bahwa
karakteristik kapasitor selain kapasitansi juga tak kalah pentingnya yaitu
tegangan kerja dan temperatur kerja. Tegangan kerja adalah tegangan maksimum
yang diijinkan sehingga kapasitor masih dapat bekerja dengan baik. Misalnya
kapasitor 10uF25V, maka tegangan yang bisa diberikan tidak boleh melebihi 25
volt dc. Umumnya kapasitor-kapasitor polar bekerja pada tegangan DC dan
kapasitor non-polar bekerja pada tegangan AC. Sedangkan temperatur kerja yaitu
batasan temperatur dimana kapasitor masih bisa bekerja dengan optimal. Misalnya
jika pada kapasitor tertulis X7R, maka kapasitor tersebut mempunyai suhu kerja
yang direkomendasikan antara -55Co sampai +125Co. Biasanya spesifikasi
karakteristik ini disajikan oleh pabrik pembuat di dalam datasheet.
2.3. Rangkaian Kapasitor
Rangkaian kapasitor secara seri akan
mengakibatkan nilai kapasitansi total semakin kecil. Di bawah ini contoh
kapasitor yang dirangkai secara seri.
Pada rangkaian kapasitor yang dirangkai secara
seri berlaku rumus :
Rangkaian kapasitor secara paralel akan
mengakibatkan nilai kapasitansi pengganti semakin besar. Di bawah ini contoh
kapasitor yang dirangkai secara paralel.
Pada rangkaian kapasitor paralel berlaku rumus :
2.4. Fungsi Kapasitor
Fungsi penggunaan kapasitor dalam suatu
rangkaian :
1. Sebagai kopling antara rangkaian yang satu
dengan rangkaian yang lain (pada PS = Power Supply)
2. Sebagai filter dalam rangkaian PS
3. Sebagai pembangkit frekuensi dalam rangkaian
antenna
4. Untuk menghemat daya listrik pada lampu neon
5. Menghilangkan bouncing (loncatan api) bila
dipasang pada saklar
2.5. Tipe Kapasitor
Kapasitor terdiri dari beberapa tipe, tergantung
dari bahan dielektriknya. Untuk lebih sederhana dapat dibagi menjadi 3 bagian,
yaitu kapasitor electrostatic, electrolytic dan electrochemical.
• Kapasitor Electrostatic
Kapasitor electrostatic adalah kelompok
kapasitor yang dibuat dengan bahan dielektrik dari keramik, film dan mika.
Keramik dan mika adalah bahan yang popular serta murah untuk membuat kapasitor
yang kapasitansinya kecil. Tersedia dari besaran pF sampai beberapa µF, yang
biasanya untuk aplikasi rangkaian yang berkenaan dengan frekuensi tinggi.
Termasuk kelompok bahan dielektrik film adalah bahan-bahan material seperti
polyester (polyethylene terephthalate atau dikenal dengan sebutan mylar),
polystyrene, polyprophylene, polycarbonate, metalized paper dan lainnya.
Mylar, MKM, MKT adalah beberapa contoh sebutan
merek dagang untuk kapasitor dengan bahan-bahan dielektrik film. Umumnya
kapasitor kelompok ini adalah non-polar.
• Kapasitor Electrolytic
Kelompok kapasitor electrolytic terdiri dari
kapasitor-kapasitor yang bahan dielektriknya adalah lapisan metal-oksida. Umumnya
kapasitor yang termasuk kelompok ini adalah kapasitor polar dengan tanda + dan
– di badannya. Mengapa kapasitor ini dapat memiliki polaritas, adalah karena
proses pembuatannya menggunakan elektrolisa sehingga terbentuk kutub positif
anoda dan kutub negatif katoda.
Telah lama diketahui beberapa metal seperti
tantalum, aluminium, magnesium, titanium, niobium, zirconium dan seng (zinc)
permukaannya dapat dioksidasi sehingga membentuk lapisan metal-oksida (oxide
film). Lapisan oksidasi ini terbentuk melalui proses elektrolisa, seperti pada
proses penyepuhan emas. Elektroda metal yang dicelup ke dalam larutan
elektrolit (sodium borate) lalu diberi tegangan positif (anoda) dan larutan
electrolit diberi tegangan negatif (katoda). Oksigen pada larutan electrolyte
terlepas dan mengoksidasi permukaan plat metal. Contohnya, jika digunakan
Aluminium, maka akan terbentuk lapisan Aluminium-oksida (Al2O3) pada
permukaannya.
Dengan demikian berturut-turut plat metal
(anoda), lapisan-metal-oksida dan electrolyte (katoda) membentuk kapasitor.
Dalam hal ini lapisan-metal-oksida sebagai dielektrik. Dari rumus (2) diketahui
besar kapasitansi berbanding terbalik dengan tebal dielektrik. Lapisan
metal-oksida ini sangat tipis, sehingga dengan demikian dapat dibuat kapasitor
yang kapasitansinya cukup besar.
Karena alasan ekonomis dan praktis, umumnya
bahan metal yang banyak digunakan adalah aluminium dan tantalum. Bahan yang
paling banyak dan murah adalah aluminium. Untuk mendapatkan permukaan yang
luas, bahan plat Aluminium ini biasanya digulung radial. Sehingga dengan cara
itu dapat diperoleh kapasitor yang kapasitansinya besar. Sebagai contoh 100uF,
470uF, 4700uF dan lain-lain, yang sering juga disebut kapasitor elco.
Bahan electrolyte pada kapasitor tantalum ada
yang cair tetapi ada juga yang padat. Disebut electrolyte padat, tetapi
sebenarnya bukan larutan electrolit yang menjadi elektroda negatif-nya,
melainkan bahan lain yaitu manganese-dioksida. Dengan demikian kapasitor jenis
ini bisa memiliki kapasitansi yang besar namun menjadi lebih ramping dan
mungil. Selain itu karena seluruhnya padat, maka waktu kerjanya (lifetime)
menjadi lebih tahan lama. Kapasitor tipe ini juga memiliki arus bocor yang
sangat kecil Jadi dapat dipahami mengapa kapasitor Tantalum menjadi relatif mahal.
• Kapasitor Electrochemical
Satu jenis kapasitor lain adalah kapasitor
electrochemical. Termasuk kapasitor jenis ini adalah battery dan accu. Pada
kenyataannya battery dan accu adalah kapasitor yang sangat baik, karena
memiliki kapasitansi yang besar dan arus bocor (leakage current) yang sangat
kecil. Tipe kapasitor jenis ini juga masih dalam pengembangan untuk mendapatkan
kapasitansi yang besar namun kecil dan ringan, misalnya untuk aplikasi mobil
elektrik dan telepon selular
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. Jika kedua ujung
plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul
pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan
negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat
mengalir menuju ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa
menuju ke ujung kutup positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang
non-konduktif. Muatan elektrik ini “tersimpan” selama tidak ada konduksi pada
ujung-ujung kakinya. Di alam bebas, phenomena kapasitor ini terjadi pada saat
terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif di awan
Rangkaian Penyearah dengan Filter Kapasitor
Keluaran penyearah rata-rata adalah tegangan DC
yang memiliki riak (ripple). Untuk mengubah riak ini ke tegangan DC yang tetap,
dibutuhkan sebuah penapis (filter) menggunakan Kapasitor seperti pada gambar 6
Gambar 6. Penyerah dengan filter C
Proses pengisian dan pengosongan arus (charging
and discharging) pada rangkaian kapasitor, sangat bergantung kepada harga-harga
dari Resistor dan Kapasitor. Tegangan pada kapasistor pada saat proses
pengisian adalah sebagai berikut:
sedangkan persamaan arus untuk proses pembuangan
adalah sebagai berikut:
dimana konstantat waktu peluruhan, biasa dikenal
dengan istilah konstanta waktu t ,yaitu : t=RC
Peranan Kapasitor dalam Penggunaan Energi
Listrik
Baterai Nuklir: Sumber Arus Searah yang Perlu
Dikembangkan
Kehidupan modern salah satu cirinya adalah
pemakaian energi listrik yang besar. Besarnya energi atau beban listrik yang
dipakai ditentukan oleh reaktansi (R), induktansi (L) dan capasitansi (C).
Besarnya pemakaian energi listrik itu disebabkan karena banyak dan beraneka
ragam peralatan (beban) listrik yang digunakan. Sedangkan beban listrik yang
digunakan umumnya bersifat induktif dan kapasitif. Di mana beban induktif
(positif) membutuhkan daya reaktif seperti trafo pada rectifier, motor induksi
(AC) dan lampu TL, sedang beban kapasitif (negatif) mengeluarkan daya reaktif.
Daya reaktif itu merupakan daya tidak berguna sehingga tidak dapat dirubah
menjadi tenaga akan tetapi diperlukan untuk proses transmisi energi listrik
pada beban. Jadi yang menyebabkan pemborosan energi listrik adalah banyaknya
peralatan yang bersifat induktif. Berarti dalam menggunakan energi listrik
ternyata pelanggan tidak hanya dibebani oleh daya aktif (kW) saja tetapi juga
daya reaktif (kVAR). Penjumlahan kedua daya itu akan menghasilkan daya nyata
yang merupakan daya yang disuplai oleh PLN. Jika nilai daya itu diperbesar yang
biasanya dilakukan oleh pelanggan industri maka rugi-rugi daya menjadi besar
sedang daya aktif (kW) dan tegangan yang sampai ke konsumen berkurang. Dengan
demikian produksi pada industri itu akan menurun hal ini tentunya tidak boleh
terjadi untuk itu suplai daya dari PLN harus ditambah berarti penambahan biaya.
Karena daya itu P = V.I, maka dengan bertambah besarnya daya berarti terjadi
penurunan harga V dan naiknya harga I. Dengan demikian daya aktif, daya reaktif
dan daya nyata merupakan suatu kesatuan yang kalau digambarkan seperti segi tiga
siku-siku pada Gambar 1.
Dari Gambar 1 tersebut diperoleh bahwa
perbandingan daya aktif (kW) dengan daya nyata (kVA) dapat didefinisikan
sebagai faktor daya (pf) atau cos r.
cos r = pf = P (kW) / S (kVA) ........(1) P (kW)
= S (kVA) . cos r................(2)
Seperti kita ketahui bahwa harga cos r adalah
mulai dari 0 s/d 1. Berarti kondisi terbaik yaitu pada saat harga P (kW)
maksimum [ P (kW)=S (kVA) ] atau harga cos r = 1 dan ini disebut juga dengan
cos r yang terbaik. Namun dalam kenyataannya harga cos r yang ditentukan oleh
PLN sebagai pihak yang mensuplai daya adalah sebesar 0,8. Jadi untuk harga cos
r < 0,8 berarti pf dikatakan jelek. Jika pf pelanggan jelek (rendah) maka
kapasitas daya aktif (kW) yang dapat digunakan pelanggan akan berkurang. Kapasitas
itu akan terus menurun seiring dengan semakin menurunnya pf sistem kelistrikan
pelanggan. Akibat menurunnya pf itu maka akan muncul beberapa persoalan sbb: a.
Membesarnya penggunaan daya listrik kWH karena rugi-rugi. b. Membesarnya
penggunaan daya listrik kVAR. c. Mutu listrik menjadi rendah karena jatuh
tegangan. Secara teoritis sistem dengan pf yang rendah tentunya akan
menyebabkan arus yang dibutuhkan dari pensuplai menjadi besar. Hal ini akan
menyebabkan rugi-rugi daya (daya reaktif) dan jatuh tegangan menjadi besar.
Dengan demikian denda harus dibayar sebabpemakaian daya reaktif meningkat
menjadi besar. Denda atau biaya kelebihan daya reaktif dikenakan apabila jumlah
pemakaian kVARH yang tercata dalam sebulan lebih tinggi dari 0,62 jumlah kWH pada
bulan yang bersangkutan sehingga pf rata-rata kurang dari 0,85. Sedangkan
perhitungan kelebihan pemakaian kVARH dalam rupiah menggunakan rumus sbb: [ B -
0,62 ( A1 + A2 ) ] Hk Dimana : B = pemakaian k VARH A1 = pemakaian kWH WPB A2 =
pemakaian kWH LWBP Hk = harga kelebihan pemakaian kVARH Untuk memperbesar harga
cos r (pf) yang rendah hal yang mudah dilakukan adalah memperkecil sudut r
sehingga menjadi r1 berarti r>r1. Sedang untuk memperkecil sudut r itu hal
yang mungkin dilakukan adalah memperkecil komponen daya reaktif (kVAR). Berarti
komponen daya reaktif yang ada bersifat induktif harus dikurangi dan
pengurangan itu bisa dilakukan dengan menambah suatu sumber daya reaktif yaitu
berupa kapasitor.
Proses pengurangan itu bisa terjadi karena kedua
beban (induktor dan kapasitor) arahnya berlawanan akibatnya daya reaktif
menjadi kecil. Bila daya reaktif menjadi kecil sementara daya aktif tetap maka
harga pf menjadi besar akibatnya daya nyata (kVA) menjadi kecil sehingga
rekening listrik menjadi berkurang. Sedangkan keuntungan lain dengan
mengecilnya daya reaktif adalah :
• Mengurangi rugi-rugi daya pada sistem.
• Adanya peningkatan tegangan karena daya
meningkat.
Proses Kerja Kapasitor
Kapasitor yang akan digunakan untuk meperbesar
pf dipasang paralel dengan rangkaian beban. Bila rangkaian itu diberi tegangan
maka elektron akan mengalir masuk ke kapasitor. Pada saat kapasitor penuh
dengan muatan elektron maka tegangan akan berubah. Kemudian elektron akan ke
luar dari kapasitor dan mengalir ke dalam rangkaian yang memerlukannya dengan
demikian pada saaat itu kapasitor membangkitkan daya reaktif. Bila tegangan
yang berubah itu kembali normal (tetap) maka kapasitor akan menyimpan kembali
elektron. Pada saat kapasitor mengeluarkan elektron (Ic) berarti sama juga
kapasitor menyuplai daya treaktif ke beban. Keran beban bersifat induktif (+)
sedangkan daya reaktif bersifat kapasitor (-) akibatnya daya reaktif yang
berlaku menjadi kecil.
Rugi-rugi daya sebelum dipasang kapasitor
:
Rugi daya aktif = I2 R Watt .............(5)
Rugi daya reaktif = I2 x VAR.........(6)
Rugi-rugi daya sesudah dipasang kapasitor
:
Rugi daya aktif = (I2 - Ic2) R Watt ...(7)
Rugi daya reaktif = (I2 - Ic2) x VAR (8)
Pemasangan Kapasitor
Kapasitor yang akan digunakan untuk memperkecil
atau memperbaiki pf penempatannya ada dua cara :
1. Terpusat kapasitor ditempatkan pada:
a. Sisi primer dan sekunder transformator
b. Pada bus pusat pengontrol
2. Cara terbatas kapasitor ditempatkan
a. Feeder kecil
b. Pada rangkaian cabang
c. Langsung pada beban
Perawatan Kapasitor
Kapasitor yang digunakan untuk memperbaiki pf
supaya tahan lama tentunya harus dirawat secara teratur. Dalam perawatan itu
perhatian harus dilakukan pada tempat yang lembab yang tidak terlindungi dari
debu dan kotoran. Sebelum melakukan pemeriksaan pastikan bahwa kapasitor tidak
terhubung lagi dengan sumber. Kemudian karena kapasitor ini masih mengandung
muatan berarti masih ada arus/tegangan listrik maka kapasitor itu harus
dihubung singkatkan supaya muatannya hilang. Adapun jenis pemeriksaan yang
harus dilakukan meliputi :
• Pemeriksaan kebocoran
• Pemeriksaan kabel dan penyangga
kapasitor
• Pemeriksaan isolator
3.Dioda
komponen
elektronika yang berfungsi mengalirkan arus listrik dalam suatu arah (bias
forward) dan untuk menahan arus dari arah sebaliknya (bias reverse).
Fungsi Dioda dalam komponen elektronika adalah
sebagai, Untuk penyerah arus, Sebagai catu daya, Sebagai
penyaring atau pendeteksi dan Untuk stabilisator tegangan. Dioda adalah komponen aktif yang memiliki dua terminal yang melewatkan arus
listrik hanya satu arah. Dioda memiliki dua elektroda aktif dimana
isyarat listrik dapat mengalir, dan kebanyakan diode digunakan karena
karakteristik satu arah yang dimilikinya. Dioda varikap (VARIable CAPacitor/kondensator
variabel) digunakan sebagai kondensator terkendali tegangan.
Dalam dunia otomotif, fungsi dioda sangat di
perlukan pada sistem pengisian alternatol/dinamo isi dimana tegangan AC
yang di bangkitkan oleh alternator di searahkan menjadi tegangan DC oleh dioda
sebagai sumber suplay tegangan ke beban serta sebagai charger accu/aki dengan
12 volt melalui IC regulator alternator.
Jenis dioda juga bermacam-macam, seperti Dioda silicon, Dioda
germanium, Dioda zener dan LED (Light Emitting Dioda). Fungsi
dioda ini sangat berlainan, karena memiliki perbedaan pada aspek
fisik baik ukuran geometrik, tingkat pengotoran, jenis elektrode ataupun jenis
pertemuan.
Selain sebagai penyerah arus, fungsi dioda juga
bisa di gunakan sebagai detector yaitu untuk mendeteksi sinyal-sinyal
kecil. Dioda zener dipakai sebagai stabilisator tegangan catu daya
sedangkan dioda LED (Light Emitting Dioda) yaitu dioda yang dapat memancarkan
cahaya biasanya dipakai sebagai lampu control.
Sebagian besar jenis dioda seringkali
disebut karakteristik menyearahkan. Fungsi dioda paling umum adalah untuk memperbolehkan
arus listrik mengalir dalam suatu arah (disebut kondisi panjar maju) dan untuk
menahan arus dari arah sebaliknya (disebut kondisi panjar mundur). Itu
sebabnya, dioda dapat dianggap sebagai versi elektronik
dari katup pada transmisi cairan.
Karakteristik dioda atau kurva I–V, berhubungan langsung
dengan perpindahan dari pembawa melalui yang dinamakan lapisan penipisan
atau daerah pemiskinan yang terdapat pada pertemuan p-n di antara
semikonduktor.
Pada diode p-n, arus mengalir dari sisi tipe-p
(anode) menuju sisi tipe-n (katode), tetapi tidak mengalir dalam arah
sebaliknya. Itu lah yang dinamakan Dioda semikonduktor. Tipe lain
dari diode semikonduktor adalah diode Schottky yang dibentuk dari
pertemuan antara logam dan semikonduktor.
4.Transistor
adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat,
sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan,
modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam
kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya
(FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber
listriknya.
Transistor
through-hole (dibandingkan dengan pita ukur sentimeter)
Pada umumnya, transistor memiliki 3
terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E) dan Kolektot (C). Tegangan yang di satu
terminalnya misalnya Emitor dapat dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang
lebih besar daripada arus input Basis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus
output Kolektor.
Transistor merupakan komponen yang sangat
penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor
digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras
suara, sumber listrik stabil (stabilisator) dan penguat sinyal radio. Dalam
rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga
dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate,
memori dan fungsi rangkaian-rangkaian lainnya.
Cara kerja semikonduktor
Pada dasarnya, transistor dan tabung
vakum memiliki fungsi yang serupa; keduanya mengatur jumlah aliran arus
listrik.
Untuk mengerti cara kerja semikonduktor, misalkan sebuah gelas berisi air
murni. Jika sepasang konduktor dimasukan kedalamnya, dan diberikan tegangan DC
tepat dibawah tegangan elektrolisis (sebelum air berubah menjadi Hidrogen dan Oksigen), tidak akan ada arus mengalir karena air tidak
memiliki pembawa muatan (charge carriers). Sehingga, air murni dianggap
sebagai isolator. Jika sedikit garam dapur dimasukan ke dalamnya, konduksi arus akan mulai
mengalir, karena sejumlah pembawa muatan bebas (mobile carriers, ion) terbentuk. Menaikan konsentrasi garam akan
meningkatkan konduksi, namun tidak banyak. Garam dapur sendiri adalah
non-konduktor (isolator), karena pembawa muatanya tidak bebas.
Silikon murni sendiri adalah sebuah
isolator, namun jika sedikit pencemar ditambahkan, seperti Arsenik, dengan sebuah proses yang dinamakan doping, dalam
jumlah yang cukup kecil sehingga tidak mengacaukan tata letak kristal silikon,
Arsenik akan memberikan elektron bebas dan hasilnya memungkinkan terjadinya
konduksi arus listrik. Ini karena Arsenik memiliki 5 atom di orbit terluarnya,
sedangkan Silikon hanya 4. Konduksi terjadi karena pembawa muatan bebas telah
ditambahkan (oleh kelebihan elektron dari Arsenik). Dalam kasus ini, sebuah
Silikon tipe-n (n untuk negatif, karena pembawa muatannya adalah elektron yang
bermuatan negatif) telah terbentuk.
Selain dari itu, silikon dapat dicampur
dengan Boron untuk membuat semikonduktor tipe-p. Karena Boron hanya memiliki 3
elektron di orbit paling luarnya, pembawa muatan yang baru, dinamakan
"lubang" (hole, pembawa muatan positif), akan terbentuk di dalam tata
letak kristal silikon.
Dalam tabung hampa, pembawa muatan (elektron)
akan dipancarkan oleh emisi thermionic dari sebuahkatode yang dipanaskan oleh kawat filamen. Karena itu, tabung hampa tidak
bisa membuat pembawa muatan positif (hole).
Dapat disimak bahwa pembawa muatan yang
bermuatan sama akan saling tolak menolak, sehingga tanpa adanya gaya yang lain,
pembawa-pembawa muatan ini akan terdistribusi secara merata di dalam materi
semikonduktor. Namun di dalam sebuah transistor bipolar (atau diode junction)
dimana sebuah semikonduktor tipe-p dan sebuah semikonduktor tipe-n dibuat dalam
satu keping silikon, pembawa-pembawa muatan ini cenderung berpindah ke arah
sambungan P-N tersebut (perbatasan antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n),
karena tertarik oleh muatan yang berlawanan dari seberangnya.
Kenaikan dari jumlah pencemar (doping level)
akan meningkatkan konduktivitas dari materi semikonduktor, asalkan tata-letak
kristal silikon tetap dipertahankan. Dalam sebuah transistor bipolar, daerah
terminal emiter memiliki jumlah doping yang lebih besar dibandingkan dengan
terminal basis. Rasio perbandingan antara doping emiter dan basis adalah satu
dari banyak faktor yang menentukan sifat penguatan arus (current gain) dari transistor
tersebut.
Jumlah doping yang diperlukan sebuah
semikonduktor adalah sangat kecil, dalam ukuran satu berbanding seratus juta,
dan ini menjadi kunci dalam keberhasilan semikonduktor. Dalam sebuah metal,
populasi pembawa muatan adalah sangat tinggi; satu pembawa muatan untuk setiap
atom. Dalam metal, untuk mengubah metal menjadi isolator, pembawa muatan harus
disapu dengan memasang suatu beda tegangan. Dalam metal, tegangan ini sangat
tinggi, jauh lebih tinggi dari yang mampu menghancurkannya. Namun, dalam sebuah
semikonduktor hanya ada satu pembawa muatan dalam beberapa juta atom. Jumlah
tegangan yang diperlukan untuk menyapu pembawa muatan dalam sejumlah besar
semikonduktor dapat dicapai dengan mudah. Dengan kata lain, listrik di dalam
metal adalah inkompresible (tidak bisa dimampatkan), seperti fluida. Sedangkan
dalam semikonduktor, listrik bersifat seperti gas yang bisa dimampatkan.
Semikonduktor dengan doping dapat diubah menjadi isolator, sedangkan metal
tidak.
Gambaran di atas menjelaskan konduksi disebabkan
oleh pembawa muatan, yaitu elektron atau lubang, namun dasarnya transistor
bipolar adalah aksi kegiatan dari pembawa muatan tersebut untuk menyebrangi
daerah depletion zone. Depletion zone ini terbentuk karena transistor tersebut
diberikan tegangan bias terbalik, oleh tegangan yang diberikan di antara basis
dan emiter. Walau transistor terlihat seperti dibentuk oleh dua diode yang
disambungkan, sebuah transistor sendiri tidak bisa dibuat dengan menyambungkan
dua diode. Untuk membuat transistor, bagian-bagiannya harus dibuat dari
sepotong kristal silikon, dengan sebuah daerah basis yang sangat tipis.
Cara kerja transistor
Dari banyak tipe-tipe transistor
modern, pada awalnya ada dua tipe dasar transistor, bipolar junction transistor(BJT atau transistor bipolar)
dan field-effect transistor (FET), yang masing-masing
bekerja secara berbeda.
Transistor bipolar dinamakan demikian karena
kanal konduksi utamanya menggunakan dua polaritas pembawa muatan: elektron dan
lubang, untuk membawa arus listrik. Dalam BJT, arus listrik utama harus
melewati satu daerah/lapisan pembatas dinamakan depletion zone, dan ketebalan lapisan ini dapat diatur dengan kecepatan tinggi dengan
tujuan untuk mengatur aliran arus utama tersebut.
FET (juga dinamakan transistor unipolar) hanya
menggunakan satu jenis pembawa muatan (elektron atau hole, tergantung dari tipe
FET). Dalam FET, arus listrik utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit
dengan depletion zone di kedua sisinya (dibandingkan dengan transistor bipolar
dimana daerah Basis memotong arah arus listrik utama). Dan ketebalan dari
daerah perbatasan ini dapat diubah dengan perubahan tegangan yang diberikan,
untuk mengubah ketebalan kanal konduksi tersebut. Lihat artikel untuk
masing-masing tipe untuk penjelasan yang lebih lanjut.
Jenis-jenis transistor
Secara umum, transistor dapat
dibeda-bedakan berdasarkan banyak kategori:
- Materi semikonduktor: Germanium, Silikon, Gallium
Arsenide
- Kemasan fisik: Through Hole Metal, Through Hole
Plastic, Surface Mount, IC, dan lain-lain
- Tipe: UJT, BJT, JFET, IGFET (MOSFET), IGBT, HBT, MISFET, VMOSFET, MESFET, HEMT, SCRserta pengembangan dari transistor yaitu IC (Integrated Circuit) dan lain-lain.
- Polaritas: NPN atau N-channel, PNP atau P-channel
- Maximum kapasitas daya: Low Power, Medium Power,
High Power
- Maximum frekuensi kerja: Low, Medium, atau High
Frequency, RF transistor, Microwave, dan lain-lain
- Aplikasi: Amplifier, Saklar, General Purpose,
Audio, Tegangan Tinggi, dan lain-lain.
|
PNP
|
|
P-channel
|
|
NPN
|
|
N-channel
|
BJT
|
|
JFET
|
|
Simbol
Transistor dari Berbagai Tipe
ada 2 tipe transistor :
a) BJT (Bipolar Junction
Tramsistor)
contoh
:
- Transistor NPN
- Transistor PNP
BJT (Bipolar Junction Transistor) adalah salah
satu dari dua jenis transistor. Cara kerja BJT dapat dibayangkan sebagai dua
diode yang terminal positif atau negatifnya berdempet, sehingga ada tiga
terminal. Ketiga terminal tersebut adalah emiter (E), kolektor (C), dan basis
(B). Perubahan arus listrik dalam jumlah kecil pada terminal basis dapat
menghasilkan perubahan arus listrik dalam jumlah besar pada terminal kolektor.
Prinsip inilah yang mendasari penggunaan transistor sebagai penguat elektronik.
Rasio antara arus pada koletor dengan arus pada basis biasanya dilambangkan
dengan β atau . β biasanya berkisar sekitar 100 untuk
transistor-transisor BJT.
b) FET (Feild Effect Transistor)
contoh :
- Junction FET ( JFET )
- Metal Oxide Silikon FET ( MOSFET )
FET dibagi menjadi dua keluarga: Junction
FET (JFET) dan Insulated Gate FET (IGFET) atau juga dikenal
sebagai Metal Oxide Silicon (atau Semiconductor) FET (MOSFET). Berbeda dengan IGFET, terminal gate dalam JFET
membentuk sebuah diode dengan kanal (materi semikonduktor antara Source dan Drain). Secara
fungsinya, ini membuat N-channel JFET menjadi sebuah versi solid-state dari
tabung vakum, yang juga membentuk sebuah diode antara grid dan katode. Dan juga, keduanya (JFET dan tabung vakum) bekerja di "depletion
mode", keduanya memiliki impedansi input tinggi, dan keduanya menghantarkan
arus listrik dibawah kontrol tegangan input.
FET lebih jauh lagi dibagi menjadi tipe enhancement
mode dan depletion mode. Mode menandakan polaritas dari
tegangan gate dibandingkan dengan source saat FET menghantarkan listrik. Jika
kita ambil N-channel FET sebagai contoh: dalam depletion mode, gate adalah
negatif dibandingkan dengan source, sedangkan dalam enhancement mode, gate
adalah positif. Untuk kedua mode, jika tegangan gate dibuat lebih positif,
aliran arus di antara source dan drain akan meningkat. Untuk P-channel FET,
polaritas-polaritas semua dibalik. Sebagian besar IGFET adalah tipe enhancement
mode, dan hampir semua JFET adalah tipe depletion mode.
Komentar