Pendahuluan Elektronika Dasar - Di Sini Rudi Susanto ... Satuan SI untuk arus listrik adalah ampere...
Transcript of Pendahuluan Elektronika Dasar - Di Sini Rudi Susanto ... Satuan SI untuk arus listrik adalah ampere...
PendahuluanElektronika Dasar
Televisi Radio Komputer Printer Faximile Lampu lalu-lintas Lampu penerangan jalan dll.
Dalam kehidupan sehari-hari kita banyak menemui suatu alat yangmengadopsi listrik & elektronika sebagai basis teknologinya, contoh ;
Dari semua uraian diatas kita dapat membuktikan bahwa pada zamansekarang ini kita tidak akan lepas dari perangkat listrik & elektronika
Pendahuluan
Elektronika
Elektronika adalah ilmu yang mempelajari alat listrik arus lemah yangdioperasikan dengan cara mengontrol aliran elektron atau partikelbermuatan listrik dalam suatu alat seperti komputer, peralatan elektronik,dan lain sebagainya. Ilmu yang mempelajari alat-alat seperti ini merupakancabang dari ilmu fisika.
Alat-alat yang menggunakan dasar kerja elektronika ini biasanya disebutsebagai peralatan elektronik (electronic devices).Contoh peralatan/ piranti elektronik ini: radio, TV, perekam kaset,perekam kaset video (VCR), perekam VCD, perekam DVD, kamera video,kamera digital, komputer pribadi desk-top, komputer Laptop, PDA(komputer saku), robot, smart card, dll.
Listrik
Kelistrikan adalah sifat benda yang muncul dari adanya muatan listrik.Listrik, dapat juga diartikan sebagai berikut:
• Listrik adalah kondisi karena adanya penarikan dan penolakan gaya diantaranya.
• Listrik adalah sumber energi yang disalurkan melalui kabel. Arus listriktimbul karena muatan listrik mengalir dari saluran positif ke salurannegatif.
Ada 2 jenis muatan listrik:Positif dan Negatif.Melalui eksperimen, muatan-sejenis saling menolak dan muatan-lawanjenis saling menarik satu sama lain.
Potensial Listrik• Beda potential antara titik A dan B, VB-VA, didefinisikan sebagai
perubahan energi potensial sebuah muatan, q, yang digerakkan dari A keB, dibagi dengan muatan tersebut.
• Potensial listrik merupakan besaran skalar• Potensial listrik sering disebut “voltage” (tegangan)
• Satuan potensial listrik dalam sistem SI adalah :
• Potensial listrik dari muatan titik q pada sebuah titik yang berjarak r darimuatan tersebut adalah : (anggap titik yang potensialnya nol terletak ditak berhingga)
1 1V J C
e
qV k
r
5
B A
PEV V V
q
Arus Listrik• Definisi: arus listrik adalah jumlah total
muatan yang melewati suatu lokasiper satuan waktu.
• Misalkan jumlah muatan Q yang melewati area A dalam selang waktu t, maka arus merupakanperbandingan antara muatan dan waktutersebut.
• Satuan SI untuk arus listrik adalah ampere (A).– 1 A = 1 C/s ( 1 C muatan yang melewati area
dalam selang waktu 1 s)
• Arus Konvensional dinyatakan sebagai aliranyang searah dengan pergerakan muatan positif.
• Pada konduktor logam seperti tembaga, aruslistrik merupakan pergerakan dari elektron(muatan negatif ).
t
QI
6
A
+
+
+
+
+
I
- -- v
Contoh :Jumlah muatan yang melewati filamen dari lampu bolam dalam 2.00 s adalah 1,67 C. Tentukan :
(a)arus listrik pada lampu
Solusi :
a.
1.67
2.000.835
Q CI
t sA
7
Arus Listrik
1. Listrik arus searah atau DC (Direct Current)adalah aliran arus listrik yang konstan dari potensial tinggi ke potensialrendah. Pada umumnya ini terjadi dalam sebuah konduktor sepertikabel, Dengan listrik arus searah jika kita memegang hanya kabel positif(tapi tidak memegang kabel negatif), listrik tidak akan mengalir ke tubuhkita (kita tidak terkena strum). Demikian pula jika kita hanya memegangsaluran negatif.
2. Listrik Arus bolak-balik (listrik AC -- alternating current) adalah arus listrik dimana besarnya dan arahnya arus berubah-ubahsecara bolak-balik. Jika kita memegang sumber listrik dan kaki kitamenginjak bumi atau tangan kita menyentuh dinding, perbedaantegangan antara kabel listrik di tangan dengan tegangan di kaki(ground), membuat listrik mengalir dari tangan ke kaki sehingga kitaakan mengalami kejutan listrik ("terkena strum").
Hukum Ohm
V IR
9
Georg Simon Ohm
(1787-1854)
I
V
I
V
Linier atau Ohmic Material
Non-Linier atau
Non-Ohmic Material
Semiconductors
e.g. diodes
Most metals, ceramics
R konstan dan tidak tergantung
terhadap ∆V
Contoh :
Sebuah setrika listrik menarik arus 2A ketikadihubungkan dengan sumber tegangan 220 V. Tentukan hambatan listrik dari seterika tersebut.
10
Hambat jenis (Resistivity) • Pergerakan elektron dalam konduktor mengalami hambatan oleh
adanya tumbukan dengan atom-atom di dalamnya.
• Nilai hambatan ini akan sebanding dengan panjang l dan berbanding terbalik dengan luas penampang A dari konduktor.
lR
A
11
• Konstanta kesebandingan ρ disebut hambat jenis bahan (resistivity) dengan satuan Wm.
• Konduktor mempunyai hambat jenis rendah dan Insulator mempunyaihambat jenis tinggi.
• Nilai hambat jenis tergantung lingkungan misalnya temperatur.
• α disebut temperature coefficient of resistivity.
• Sehingga untuk konduktor dengan luas penampang tetap berlaku :
1o oT T
1o oR R T T
12
13
Material Resistivity (10-8 Wm) Material Resistivity (10-8 Wm)
Silver 1.61 Bismuth 106.8
Copper 1.70 Plutonium 141.4
Gold 2.20 Graphite 1375
Aluminum 2.65 Germanium 4.6x107
Pure
Silicon
3.5 Diamond 2.7x109
Calcium 3.91 Deionized
water
1.8x1013
Sodium 4.75 Iodine 1.3x1015
Tungsten 5.3 Phosphorus 1x1017
Brass 7.0 Quartz 1x1021
Uranium 30.0 Alumina 1x1022
Mercury 98.4 Sulfur 2x1023
Resistivity of various materials
Energi dan Daya Listrik• Dengan adanya tumbukan pada proses pergerakan elektron dalam
konduktor maka energi listrik dapat berubah menjadi energi termal yang selanjutnya menghasilkan kalor. Contoh pemanas, setelika, toaster, lampu pijar.
• Laju perubahan energi ini disebut Daya P dengan satuan watt (joule/s)
• Dari hukum Ohm :
E QP V I V
t t
2
2V
P I V I RR
14
Pada sebuah lampu pijar tertulis 100W, 220V. Perkirakan
hambatan listrik dari lampu pijar tersebut!
Contoh :Sebuah pemanas listrik beroperasi 3 jam sehariselama 30 hari. Jika harga pemakaian listrik per kWh Rp. 300, berapakah biaya yang harusdikelurkan jika pemanas beroperasi pada tegangan120V dan menarik arus 15A.
tVItPE
15
Solusi
Biaya = Rp.300 x 162 = Rp. 48.600
= 15 (A) 120 (V) 3 (h) 30
= 162.000 Wh
= 162 kWh
Rangkaian Arus Searah
16
Syarat terjadinya arus dalam rangkaian :- Ada sumber tegangan ( Baterai, Generator, Accu, PLN)
- Rangkaian tertutup ( Close loop circuit )
I
V = IR
Vbat
+ - V = IR = Vbat
Hindari terjadinya hubung singkat ( R = 0 ohm )
Gunakan pembatas arus / sekering untuk pengaman rangkaian
IrIRE
IRIrEVAB
17
Baterai• Mengubah energi kimia menjadi energi listrik.
• Baterai membangkitkan gaya gerak listrik / EMF (E) dan
mempunyai hambatan dalam (r).
• Hambatan dalam makin lama membesar seiring dengan lama
pemakaian sehingga dikatakan baterai habis.
• Tegangan terminal VAB dirumuskan sebagai berikut :
E
r
R
A
B C
D
E
KOMPONEN ELEKTRONIKA
Resistor atau yang biasa disebut (bahasa Belanda) werstand,tahanan atau penghambat, adalah suatu komponen elektronikyang memberikan hambatan terhadap perpindahan elektron(muatan negatif).Resistor disingkat dengan huruf "R" (huruf R besar). Satuanresistor adalah Ohm, Kemampuan resistor untuk menghambatdisebut juga resistensi atau hambatan listrik.
Resistor
Berdasarkan penggunaannya, resistor dapat dibagi:1. Resistor Biasa (tetap nilainya), ialah sebuah resistor penghambat gerak
arus, yang nilainya tidak dapat berubah, jadi selalu tetap (konstan). Resistor ini biasanya dibuat dari nikelin atau karbon.
RESISTOR
Penghitungan Resistansi
Contoh
Hitunglah
Nilai Resistor berdasarkan Kode Angka
Contoh :Kode Angka yang tertulis di badanKomponen Chip Resistor adalah 4 7 3;Cara pembacaannya adalah :Masukkan Angka ke-1 langsung = 4Masukkan Angka ke-2 langsung = 7Masukkan Jumlah nol dari Angka ke 3 = 000 (3 nol) atau kalikan dengan 103Maka nilainya adalah 47.000 Ohm atau 47 kilo Ohm (47 kOhm)
Contoh-contoh perhitungan lainnya :222 → = 2.200 Ohm atau 2,2 Kilo Ohm103 → = 10.000 Ohm atau 10 Kilo Ohm334 → = 330.000 Ohm atau 330 Kilo OhmAda juga yang memakai kode angka seperti dibawah ini :(Tulisan R menandakan letaknya koma decimal)4R7 = 4,7 Ohm0R22 = 0,22 Ohm
2. Resistor Berubah (variable), ialah sebuah resistor yang nilainya dapat berubah-ubah dengan jalan menggeser atau memutar toggle pada alat tersebut. Sehingga nilai resistor dapat kita tetapkan sesuai dengan kebutuhan. Berdasarkan jenis ini kita bagi menjadi dua, Potensiometer, rheostat dan Trimpot
Resistor
Potensiometer Trimpot
3. Resistor NTC dan PTS, NTC (Negative Temperature Coefficient), ialah Resistor yang nilainyaakan bertambah kecil bila terkena suhu panas.
PTS (Positife Temperature Coefficient), ialah Resistor yang nilainya akanbertambah besar bila temperaturnya menjadi dingin.
LDR (Light Dependent Resistor), ialah jenis Resistor yang berubahhambatannya karena pengaruh cahaya. Bila cahaya gelap nilaitahanannya semakin besar, sedangkan cahayanya terang nilainyamenjadi semakin kecil.
Resistor
NTC PTS LDR
1 2 3 ...eqR R R R
27
Resistor dalam Rangkaian Seri
• Arus : I = I1 = I2
• Tegangan : V = V1 + V2
I Rt = I R1 + I R2
• Resistor : Rt = R1 + R2
• Untuk kombinasi seri berlaku :
• Rangkaian berprilaku sebagai pembagi
tegangan (voltage divider)
R1
A
B C
D
V
R2
1 2 3
1 1 1 1...
eqR R R R
28
Resistor dalam Rangkaian Paralel
• Tegangan : V = V1 = V2
• Arus : I = I1 + I2
V / Rt = V1 / R1 + V2 / R2
• Resistor : 1/Rt = 1/R1 + 1/R2
• Untuk kombinasi Paralel berlaku :
• Rangkaian berperilaku sebagai pembagi arus
(current divider)
R1
A
B C
D
V R2
29
Contoh Soal:
• V = 18 volt
• R1 = 2W ; R2 = 6W ; R3= 12W
• Hitung:
• Hambatan ekivalen pada
rangkaian tersebut
• Arus yang melalui masing-
masing hambatan
• Beda tegangan di C dan di D
(VCD = VC – VD)
R2
A
B C
D
V R3
R1
Jawab: Rek = 6W ; I1 = 3A, I2 = 2A , I3 = 1A ; VCD = 12 V
Contoh Soal
Rangkaian di bawah ini sering disebut sebagai rangkaian tangga
(ladder network). Tentukan tegangan pada tahanan-tahanan R2,
R4 dan R6.
)100(RR
RVV
RR
RVV
RR
RV
123456
2345622
3456
45644
65
66
Jawab :
4205
)20)(5(R201010R 45656
W
W
W
W
51010
)10)(10(R1046RRR
4205
)20)(5(R201010R
2345645633456
45656
V50)100(55
5)100(
RR
RV
123456
234562
V20)50(64
4V
RR
RV 2
3456
4564
V10)20(1010
10V
RR
RV 4
56
66
Contoh Soal
Tentukan arus yang melalui tahanan-tahanan R1, R3 dan R5.
I1I3 I5
1
34562
23 I
RR
RI
3
564
45 I
RR
RI
234561
1RR
100I
I1I3 I5
W
W
W
W
51010
)10)(10(R1046RRR
4205
)20)(5(R201010R
2345645633456
45656
A1055
100
RR
100I
234561
1
A5)10(1010
10I
RR
RI 1
34562
23
A1)5(205
5I
RR
RI 3
564
45
Kondensator (Capasitor) Kondensator (Capasitor) adalah suatu alat yang dapatmenyimpan energi di dalam medan listrik, dengan caramengumpulkan ketidakseimbangan internal darimuatan listrik. Satuan Farad.
Rangkaian Kapasitor
1 2V V V
36
+Q1
Q1
C1
V=Vab
a
b
+Q2
Q2
C2
1 2V V V
1 2Q Q Q 1 2eqC C C
Paralel
+Q1
Q1
C1
+Q2
Q2
C2
V=Vab
a
c
b
1 2Q Q Q 1 2
1 1 1
eqC C C
Seri
HUBUNGAN SERI :
Muatan sama
Tegangan dibagi-bagi
C1
V1
+Q1 -Q1
C2
V2
+Q2 -Q2
V
+Q -Q
21
21
VVV
QQQ
V
+Q -Q
Cgab
V
+Q -Q
Kapasitansi ekivalen (gabungan) Cgab :
21
2112
121
2121
21
21
2
2
1
121
222111
11111
1111
CC
CCC
CCCCC
CCQ
V
CCQV
C
Q
C
QVVV
C
QV
C
QVQQQ
VCQVCQ
V
QC
N
i igabgab
gab
HUBUNGAN PARALEL:
Muatan dibagi-bagi
Tegangan sama 21
21
VVV
QQQ
Kapasitansi ekivalen (gabungan) Cgab:
2112
N
1i
igabgab
212121
2211221
222111
gab
CCC
CCV
QC
V)CC(VCVCQQQ
VCQVCQVVV
VCQVCQ
V
QC
C1
V1
+Q1 -Q1
C2
V2
+Q2 -Q2
V
+Q -Q
V
+Q -Q
Cgab
V
+Q -Q
Contoh Soal
Tiga buah kapasitor C1 = 3 F, C2 = 1 F dan C3 = 2 F dirangkai
seperti terlihat pada gambar di bawah ini. Rangkaian ini dihubungkan
dengan sumber tegangan 2 volt. Hitunglah :
a). Kapasitansi ekivalen rangkaian tersebut.
b). Besarnya muatan yang tersimpan pada C3.
F5,133
)3)(3(
CC
CCCC
:seriC&C
F3)21(CCC
:paralelC&C
F2CF1CF3C
231
231123eq
231
3223
32
321
Jawab :
a)
C3)2)(5,1(
VCQQQ:Seri
F5,1C
123123231123
123
C2)1)(2(VCQ
V13
3
C
QV
VVV:Paralel
333
23
2323
3223
Jawab :
b)F2CF1CF3C 321
Soal Latihan
Hitung besarnya muatan pada kapasitor 15 F dari rangkaian di
bawah ini.
15V
7,5F 15F
45F
Jawab : 150 C
Contoh Soal
Tentukan muatan pada masing-masing kapasitor pada saat :
a) Saklar S1 ditutup dan S2 dibuka.
b) Saklar S1 dan S2 ditutup.
C1 = 1F
C2 = 2F
C3 = 3F
C4 = 4F
S1
S2
12 V
Jawab :
a) S1 ditutup
C1 = 1F
C2 = 2F
C3 = 3F
C4 = 4F
S1
S2
12 V
3
4
42
)4)(2(
CC
CCC
4
3
31
)3)(1(
CC
CCC:Seri
42
4224
31
3113
12
25
12
169
3
4
4
3: 24131234
CCCParalel
C13 = 3/4
C24 = 4/3
12 V12V
C1234 = 25/9
C1 = 1F
C2 = 2F
C3 = 3F
C4 = 4F
S1
S2
12 V
C16QQQ
C9QQQ:Seri
2442
1331
16)12(3
4VCQ9)12(
4
3VCQ
V12VVV:Paralel
242424131313
12342413
C13 = 3/4
C24 = 4/3
12 V12V
C1234 = 25/9
Jawab :
b) S1 dan S2 ditutup
C1 = 1F
C2 = 2F
C3 = 3F
C4 = 4F
S1
S2
12 V
2,25)12(10
21VCQ
10
21
73
)7)(3(
CC
CCC:Seri
123412341234
3412
34121234
743CCC321CCC:Paralel 43342112
12 V12V
C1234 = 21/10C12=3 C34=7
6,37
2,25
C
QV4,8
3
2,25
C
QV
2,25QQQ:Seri
34
3434
12
1212
12343412
F4,14)6,3)(4(VCQF8,10)6,3)(3(VCQ
F8,16)4,8)(2(VCQF4,8)4,8)(1(VCQ
6,3VVV4,8VVV:Paralel
444333
222111
34431221
C1 = 1F
C2 = 2F
C3 = 3F
C4 = 4F
S1
S2
12 V 12 V12V
C1234 = 21/10C12=3 C34=7
48
Contoh :
Dua buah kapasitor masing-masing dengan muatan 3
mF dan 6 mF dihubungkan pararel melalui batere 18 V.
Tentukan kapasitansi ekuivalen dan jumlah muatan yang
tersimpan
Contoh :
Dua buah kapasitor masing-masing dengan muatan 3
F dan 6 F dihubungkan seri melalui batere 18 V.
Tentukan kapasitansi ekuivalen dan jumlah muatan
yang tersimpan
Contoh Soal:
• Empat buah kapasitor masing-masing kapasitasnya C, dirangkai seperti pada gambar di bawah ini. Rangkaian yang memiliki kapasitas 0,6 C adalah,
A. B. C.
D. E.
49
JAWAB : D
Dioda
• Dioda adalah piranti semikonduktor denganbahan tipe-n yang menyediakan elektron-elektronbebas dan bahan tipe-p yang disatukan (P-N junction).
• Dioda merupakan suatu piranti dua elektrodadengan arah arus yang tertentu, dapat jugadikatakan dioda bekerja sebagai penghantar bilategangan listrik diberikan dalam arah tertentu tetapidioda akan bekerja sebagai isolator bila teganganyang diberikan dalam arah berlawanan daripergerakan elektron pembentuknya.
Symbol dan Komponen
Karakteristik Dioda
Jenis DiodaDioda adalah sambungan bahan positif -negatif yang berfungsi terutamasebagai penyearah tegangan.Bahan tipe-positif menjadi sisi anode sedangkan bahan tipe-negatif menjadikatode.
• Dioda pemancar cahaya atau LED
(Light Emmiting Dioda) adalah dioda
yang memancarkan cahaya.
Jenis Dioda
Dioda laser digunakan untuk
membangkitkan sinar laser taraf
rendah, cara kerjanya mirip LED
Dioda Zener digunakan untuk regulasitegangan. Fungsi utamanya adalah untukmenstabilkan tegangan
Dioda foto (fotovoltaic) digunakan
untuk mengubah energi cahaya
menjadi energi listrik searah
Dioda Sebagai Penyearah
Transistor
Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat,
sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi
tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya.
Aplikasi: Amplifier, Saklar, Audio, Tegangan Tinggi, dan lain-lain
Symbol dan komponen
Transistor Sebagai Saklar
59
NPN
12 Volt
Battery
12 Volt
Battery
Computer can
send a signal to turn
on the transistor which
then turns on the light
NPN
Transistor
Light
Mechanical Switch Circuit Transistor Switch Circuit
Switch open
Light off = 0
Switch close
Light on = 1
Input = 0
Light off
Input = 1
Light on
Aplikasi
Integrated Circuit (IC)Integrated Circuit atau Sirkuit Terpadu (IC) adalah komponen dasar yang
terdiri dari resistor, transistor dan lain-lain. IC adalah komponen yang dipakai
sebagai otak peralatan elektronika.
Pada komputer, IC yang dipakai adalah mikroprosesor. Dalam sebuah
mikroprosesor Intel Pentium 4 dengan ferkuensi 1,8 trilyun getaran per detik
terdapat 16 juta transistor, belum termasuk komponen lain.
IC mempunyai ukuran seukuran tutup pena sampai ukuran ibu jari dan dapat
diisi sampai 250 kali dan digunakan pada alat elektronika seperti:
• Telepon
• Kalkulator
• Handphone
• Radio
• Komputer
Symbol dan komponen
62
An integrated circuit (IC) consists of multiple transistors. The number of transistors
can vary from just a few (circuits shown below), to several million that are in a
(Pentium microprocessor).
6 Transistors in one ICThis IC has 6 inverters
An inverter contains
6 Transistors = 36 total
Functions
Inverters
Gates
Flip flops
Counters
Memory
MPU
Watch IC’s
Calculators IC’s
Microwave Timer IC’s
Radio IC’s
Dialer IC’s
Car Controller IC’s
Integrated Circuit (IC)
63
1975 1980 1985 1990 1995 2000
1K
TransistorsCapacity
Microprocessor Road Map
100K
68000/80186
6800/8080
1970
68020/80286
68040/80486
1M68030/80386
10K
10M PowerPC/Pentium
Year of Introduction
Every 18 months cpu’sdouble in density andperformance, while stillholding prices the same
PowerPC/Pentium
Mac iMacApple 2E
IBM
8080
Power
Mac
IBM
386
IBM
486
IBM
Pentium
PowerPC/Pentium
20M
Printed Circuit BoardPrinted Circuit Board atau PCB adalah sebuah papan yang penuh dengan
sirkuit dari logam yang menghubungkan komponen elektronik satu sama
lain tanpa kabel.
Latihan buat!
Terima Kasih