xxv Dioda merupakan suatu komponen elektronika yang dapat melewatkan arus pada satu arah saja. Pada dasarnya dioda terdiri dari semikonduktor tipe P dan
semikonduktor tipe N yang terbuat dari silicon dan germanium.
Secara sistematis dioda sambungan p-n dapat dilihat pada gambar berikut:
A B Gambar 2.12. (A) Susunan dioda sambungan p-n (B) Lambang dioda pada
rangkaian
Jika anoda mendapat tegangan positif dan katoda mendapat tegangan negatif, maka dioda dikatakan dalam keadaan forward bias. Dan sebaliknya jika anoda diberi tegangan negatif sedang katoda diberikan tegangan positif, maka dioda dikatakan reserve bias.
Dioda memegang peranan yang penting dalam bidang elektronika, diantaranya adalah untuk membuat berbagai bentuk gelombang sinyal, untuk mengatur
tegangan searah agar tidak berubah dengan beban maupun perubahan tegangan jala-jala dan lain-lainnya. Secara umum dioda difungsikan sebagai penyearah. Alat pokok dari suatu catu daya adalah dioda penyearah yang melewatkan arus pada satu arah saja. Dengan dilengkapi suatu pelapis , catu daya tersebut dapat menghasilkan tegangan keluaran DC yang kurang lebih tetap harganya.
Beda potensial dan medan listrik ini menjaga agar elektron-elektron tidak lagi berdifusi dari tipe N ke tipe P atau sebaliknya. Beda potensial yang terjadi disebut tegangan perintang, besarnya tegangan perintang bergantung pada bahan
semikonduktor sambungan PN dimana untuk silikon besarnya sekitar 0,7 Volt dan untuk germanium sekitar 0,3 Volt.
Hambatan limbah(RB) adalah jumlah hambatan antara bagian tipe n dengan daerah bagian tipe p
xxvi RB = rp + rn
Besarnya hambatan limbah sekitar 1-25 ohm. Untuk dioda silicon besarnya hambatan limbah dapat ditentukan dari
RB = 0,7 / If
If adalah arus searah untuk bias maju pada 1 volt
Adanya tegangan perintang maka pada persambungan tipe P dan N seakan-akan terdapat sebuah baterai kecil pada sambungan P N yang dapat menghasilkan arus listrik searah yang tidak berlawanan. Apabila sambungan P N diberi tegangan dari luar sehingga kekosongan bermuatan positif pada sisi P dan elektron yang
bermuatan negatif pada sisi N maka kekosongan ditarik oleh kutub negatif dan elektron ditarik oleh kutub positif maka lapisan pengosongan menjadi lebih besar berarti rintangan terhadap pergerakan difusi elektron dan kekosongan lebih besar sehingga sumber tegangan tidak dapat mengalirkan arus.
Dioda mempunyai banyak jenis, tergantung pada bahan dasar pembuatan dioda tersebut, misalnya :
1) Dioda Germanium 2) Dioda silikon 3) Dioda Zener 4) Dioda Schottky 5) Dioda Selenium 6) Dioda LED, dll
Ukuran dioda biasanya dinilai berdasarkan besarnya arus listrik yang dapat melewati dioda tersebut. Tetapi untuk dioda detektor ataupun dioda yang dipergunakan untuk keperluan khusus biasanya tidak dinilai berdasarkan besarnya arus listrik yang dapat melewati dioda tersebut. Selain daripada ukuran arus juga
xxvii ditentukan tegangan kerja maksimum yang diizinkan, tetapi biasanya tegangan kerja hanya diperhatikan jika dioda ingin dipergunakan pada tegangan tinggi.
2.6Kapasitor
Kapasitor merupakan salah satu komponen elektronika yang terbuat dari dua belah plat penghantar yang diantaranya diisi dengan bahan dielektrik. Secara umum kegunaan kapasitor adalah :
a) Untuk menyimpan muatan listrik b) Dapat melewatkan arus bolak-balik
Penulisan kapasitor dalam rangkaian mempergunakan simbol. Adapun simbol-simbol umum untuk menyatakan kapasitor diperlihatkan pada gambar dibawah ini:
(a) (b) (c) (d) (e) (f) Gambar 2.13. Simbol-Simbol Kapasitor (a) dan (b) non polar
(b) dan (e) elektrolit (polar) (c) dan (f) Variabel
Kapasitor berdasarkan jenis bahan isolatornya ada beberapa jenis yaitu : 1. Kapasitor Udara, misalnya Varco ( Variabel Condensator )
2. Kapasitor kertas, terdiri dari dua gulungan pita logam tipis/staniol. 3. Kapasitor Mika.
xxviii
4. Kapasitor Film, bahan dielektriknya berupa plastik, misalnya kapasitor
polyester, kapasitor polikarbonat dan kapasitor polyestirin.
5. Kapasitor keramik, bahan dielektriknya berupa plastik yang mempunyai resistivitas yang sangat tinggi sekali sehingga resistansi bocornya sangat kecil. 6. Kapasitor Tantalum, kontruksi susunannya memperlihatkan efek seperti
semikonduktor.
Kapasitor elektrolit (elco) berbentuk seperti tabung yang mempunyai polaritas positif (+) dan negatif (-). Bahan dielektrumnya berupa film oksida tipis.
2. 7. 1. Kapasitansi
Kapasitansi merupakan kemampuan kapasitor dalam menyimpan muatan (C). Kapasitansi ini diukur berdasarkan besar muatan yang dapat disimpan pada suatu kenaikan tegangan. Sehingga secara matematis berlaku hubungan :
C = Q / V...(2.3)
Energi yang tersimpan akibat muatan terisi pada saat dialiri arus listrik = ½ CV2, tetapi energi ini akan hilang apabila kapasitor dikosongkan (dengan kata lain arus listrik sama dengan nol).
Besarnya kapasitansi tergantung pada permitivitas pada tempat (TM), jarak antara plat (d), luas plat (A), dan medium penyekat. Sehingga dapat tulis dengan persamaan:
xxix Satuan dari kapasitansi adalah farad (F). Suatu kapasitor dapat diketahui besar kapasitansinya dengan cara : pertama, nilai yang tertera pada badan kapasitor itu sendiri, kedua dengan mengukur langsung dengan menggunakan alat ukur.
Kapasitor terdiri dari beberapa macam, tetapi secara umum hanya terbagi dalam dua kelompok :
1. Non-elektrolis, terbagi atas dua, tetap dan variabel. Kapasitor ini mempunyai kapasitansi maksimum sebesar ratusan pikofarad.
Simbol sirkitnya dapat dilihat pada gambar berikut ini:
(tetap) (variabel) Gambar 2.14 Simbol resistor
2. Elektrolistis, dibentuk dengan mengoksidasi salah satu plat aluminium dengan menggantikan medium dielektriknya dengan elektrolit basah, sehingga namanya menjadi elektrolisis. Simbol sirkitnya dapat dilihat seperti gambar berikut ini:
xxx 2.7.2 Pengisian dan Pengosongan
Pengisian Kapasitor
Peristiwa pengisian dan pengosongan kapasitor ditunjukkkan pada gambar rangkaian di bawah ini:
1
2
C
Gambar 2.16. Rangkaian Pengisi Dan Pengosongan Kapasitor
Jika kapasitor dengan kapasitansi C dihubungkan dengan suatu sumber tegangan V1 maka setelah beberapa waktu di dalam kapasitor akan terkumpul muatan sebanyak :
Q = C . V...(2.5)
Setelah nilai muatan ini tercapai, kapasitor sudah terisi penuh. Pada gambar diatas setelah saklar S ditutup arus akan mengalir dari sumber tegangan yang mengisi muatan kapasitor.
Secara matematis muatan kapasitor saat saklar S ditutup dapat ditulis : Vc(t) = V (1-e-t/Re)...(2.6) Dimana :
V = Tegangan (V)
Vc= Tegangan pada kapasitor (V) T = Waktu kapasitor (detik)
xxxi R = Resistansi dari resistor (Ohm)
C = Kapasitansi dari Kapasitor (F)
Pengosongan kapasitor
Pada gambar pengisian kapasitor diatas,saat saklar S dipindahkan pada posisi 2 maka muatan kapasitor C yang telah terisi dikosongkan melalui R dalam keadaan awal, misalkan tegangan kapasitor adalah Vc, maka dengan menggunakan persamaan sebelumnya diperoleh:
Vc (T) = VCE...(2.7)
2. 8. Transistor
Transistor adalah suatu bahan semikonduktor yang merupakan hasil perkembangan dari dioda semikonduktor. Transistor dapat berubah sifatnya dari setengah penghantar menjadi bahan penghantar. Setelah diketahuinya sifat baru dari dioda semikonduktor, yaitu bahwa arus penghantar dari dioda dapat dikontrol oleh suatu elektroda yang ditambahkan pada pertemuan PN dioda. Dengan penambahan elektroda pengontrol ini maka dioda semikonduktor dapat dianggap dua buah dioda yang mempunyai elektroda bersama dan bentuk penghubung semacam ini disebut “transistor bipolar”. Adapun penambahan elektroda pengontrol terhadap dioda semikonduktor, sehingga menghasilkan transistor bipolar yang dilakukan dengan cara mempertemukan dua buah dioda yang titik pertemuannya harus dengan elektroda yang dapat dilihat seperti gambar dibawah ini:
xxxii
P N P
N P N
Gambar 2.17. Susunan Dioda PN dan NP Pada Transistor
2. 8. 1. Simbol Transistor
Karena susunan dioda-dioda transistor yang sedemikian rupa, maka simbol transistor ini perlu kita ketahui, berhubung kalau kita merakit suatu rangkaian yang mengandung komponen transistor tentu tidak bisa diabaikan. Adapun simbol-simbol transistor ini diperlihatkan seperti gambar dibawah ini:
a) Transistor NPN b) Transistor PNP Gambar 2.18. Simbol Transistor
P N N P
xxxiii
2. 8. 2. Cara Kerja Transistor
Untuk mengetahui cara kerja transistor, kita dapat melihat gambar dibawah ini:
VCE C E + + B _ PNP _ VCE C E + +
xxxiv
_ NPN _
Gambar 2.19. Cara Kerja Transistor
Seperti gambar diatas, jika diantara basis (B) dengan emiter (E) diberi tegangan arah maju (kutub positif dihubungkan ke emitor dan kutub negatif dihubungkan ke basis) dan diantara basis dan kolektor (C) diberi tegangan arah mundur ( kutub positif baterai dihubungkan ke basis dan kutub negatif dihubungkan ke kolektor), maka arus mengalir dari emitor menuju kolektor melalui basis.
Oleh sebab itu biasanya tegangan yang diberikan pada transistor PNP menyebabkan emitor positif terhadap basisnya sehingga arusnya mengalir dari emitor masuk ke basis jika pada waktu yang sama tegangan kolektor negatif, maka arus ini akan mengumpulkan pada kolektor yang mana sebagian besar arus emitor menjadi arus kolektor dan sebagian kecil menjadi arus basis. Dari keterangan diatas persamaan arus tersebut dapat dituliskan dengan rumus dibawah ini:
IE = IB + Ic...(2.8) Dimana:
IE = arus emitor IB = arus basis IC = arus kolektor
xxxv Disamping berfungsi sebagai penguat, transistor juga dapat bekerja sebagai saklar dimana transistor dibuat agar hanya bekerja pada dua keadaan yaitu keadaan saturasi, keadaan terputus. Pada keadaan saturasi beda tegangan antara kolektor dan emitor sama dengan nol, dan arus yang mengalir mendekati nilai Vcc/RC. Pada keadaan terputus tegangan antara kolektor dan emitor sama dengan Vcc dan arus kolektor sama dengan nol. Pada keadaan saturasi transistor dikatakan menghantar (ON) dan pada keadaan terputus transistor dikatakan padam (OFF).
Gambar sebagai transistor hanya dapat berada pada dua keadaan yaitu saturasi dan terputus: Vcc IB Vs 0 Vs RB Q IC
Gambar 2.20 Rangkaian Saklar Transistor
Vcc/Rc
xxxvi
VCE VCC
Gambar 2.21. Karakteristik keluaran kransistor dan garis beban
Gambar karakteristik keluaran transistor diatas menunjukkan karakteristik keluaran bersama beserta garis bebannya. Pada rangkaian akan tampak bahwa bila arus basis IB = IB0, maka transistor akan tepat saturasi. Pada keadaan ini beda potensial antara kolektor dan emitor adalah amat kecil, yaitu sama dengan VCE (Sat), arus kolektor mengalir hampir sama dengan Vcc / RC, dan hambatan kolektor adalah kebalikan daripada kemiringan kurva saturasi dari transistor. Bila arus basis diperbesar menjadi IB1 dan IB2 atau lebih besar lagi, tegangan kolektor ( VCE ) dan arus kolektor IC berubah nilainya yaitu masing-masing tetap sama dengan VCE(Sat) dan Vcc /
RC. Inilah mengapa keadaan ini diberi nama keadaan saturasi atau keadaan jenuh, sebab nilainya tidak berubah walaupun arus basis di tambah terus.
Nilai arus basis bergantung pada tegangan VS yang digunakan untuk menghantar transistor (membuatnya ON) dan juga kepada hambatan RB yang dipasang seri dengan basis. Arus IB dapat dihitung dari :
IB = (VS – VBE ) / RB
= (VS – 0,6 V) / RB...(2.9)
Hubungan antara arus basis dan arus kolektor adalah linier, yang berarti arus kolektor berbanding lurus dengan arus basis kurang dari IBO, yaitu arus basis yang tepat mengakibatkan keadaan saturasi. Bagian dari garis beban antara Q1 dan Q2 pada
xxxvii gambar grafik karakteristik transistor disebut daerah linier. Dapat disimpulkan bahwa pada daerah linier, yaitu :
IC = hfe IB...(2.10)
2.9. Transformator
Transformator adalah suatu peralatan yang bekerja secara elektromagnetik yang berfungsi untuk mentransformasikan tenaga listrik dari suatu rangkaian
kerangkaian lain melalui suatu gandengan magnet pada frekwensi yang sama dan daya yang tetap. Transformator dapat menaikkan dan menurunkan tegangan dari satu rangkaian kerangkaian lain.
Transformator bekerja secara induksi elektromagnetik. Bila terjadi perubahan fluks magnet pada kumparan transformator, maka perubahan fluks ini dapat menghasilkan ggl induksi ataupun arus induksi pada keluaran transformator, agar dapat terjadi perubahan fluks magnet pada transformator, maka arus yang
dimasukkan atau arus input dari trafo harus berubah-ubah terhadap waktu, atau merupakan arus bolak- balik.
Beda tegangan yang dihubungkan pada ujung-ujung kumparan primer dinamakan tegangan primer dan beda tegangan pada ujung-ujung kumparan sekunder dinamakan tegangan sekunder. Perbandingan tegangan input dan output:
V1 : V2 = N1 : N2 ………..…(2.11)
Untuk trafo yang ideal, tidak terjadi kehilangan energi dari primer ke sekunder atau daya yang dihasilkan pada sekunder sama dengan yang diberikan oleh primer.
xxxviii V1 . I1 = V2 . I2……… …....(2.12)
Tetapi pada kenyataannnya tidak ada trafo yang ideal, jadi selalu terjadi kehilangan energi dari kumparan primer ke kumparean sekunder.
Sesuai dengan prinsip kerja tranfo, yang memindahkan energi listrik dengan cara induksi melalui pasangan kumparan primer dan sekunder, untuk memperkecil kehilangan energi tersebut maka pasangan kumparan primer dan sekunder dibuat dalam susunan tertutup dengan daerah besi lunak dibuat berlapis-lapis serta dilekatkan satu sama lain dengan bahan isolasi untuk mengurang terjadinya arus pusar.
Pada dua rangkaian yang mempunyai induksi bersama, perubahan arus pada salah satu rangkaian akan membangkitkan tegangan pada rangkaian yang lainnya. Arus bolak balik berubah harganya setiap saat, karena itu arus bolak-balik yang mengalir pada belitan primer sebuah trafo akan menghasilkan arus bolak-balik pada belitan sekunder. Jika tegangan outputnya lebih besar dari tegangan inputnya maka trafo ini disebut trafo penaik tegangan (step-up) dan sebaliknya jika
tegangan outputnya lebih kecil dari tegangan inputnya maka trafo ini disebut trafo penurun tegangan ( step down). Bagian bagian penting dari trafo terdiri dari:
Transformator terdiri dari
a. Inti (core) yang terdiri dari besi laminasi
Dua koil yang terdiri dari sisi primer dan sisi sekunder. Sisi primer dihubungkan dengan beban. Belitan primer mempunyai jumlah belitan N1 dan belitan sekunder dengan jumlah belitan N2. Belitan dari transformator terdiri bahan induktif murni, sehingga dianggap tidak ada rugi-rugi pada belitan primer maupun sekunder.
xxxix
Gambar 2.22 Trafo dan lilitannya
Garis putus-putus pada gambar diatas menunjukkan fluks magnet yang dihasilkan oleh suatu arus bolak-balik pada belitan primer, fluks maknet tersebut dilingkupi oleh lilitan kumparan primer dan sekunder dan menginduksikan ggl pada masing-masing belitan yang sebanding dengan perubahan fluks. Jika N1 dan N2 masing-masing adalah jumlah lilitan kumparan primer dan kumparan sekunder, jika dianggap semua fluks dilingkupi, maka:
13 . 2 ... ... ... ... ... ... ... ... 2 1 2 1 N N E E
Anggap tahanan belitan dapat diabaikan, pada tegangan input primer (V1) sama besar tetapi berlawanan arah dengan ggl balik (E1) dan tegangan output (V2) sama besarnya dengan ggl induksi (E2) untuk keadaan ideal.
V1 dan V2 berbeda fasa sebesar 1800 jika sebuah tahanan R2 dihubungkan pada terminal belitan arus sebesar I2 akan mengalir.
Dengan hukum ohm:
I2 = ) 14 . 2 . ...(. ... ... ... ... ... ... ... ... 2 1 2 1 N N V V .) 15 . 2 ..(.. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 2 2 R V
xl
Arus ini mengalir pada belitan sekunder dan menghasilkan fluks magnetik yang menentang fluks primer dan menyebabkan penurunan ggl lawan primer. Keseimbangan pada rangkaian primer akan terganggu dan arus pertama akan mengalir untuk mengembalikan ggl lawan primer.
I1 . N1= I2.N2……….(2.16)
Karena I1 sefasa dengan V1 dan I2 sefasa dengan V2 maka I1dan I2 berbeda frasa sebesar 1800
Gambar 2.23 Trafo ideal pada keadaan terbeban b. belitan primer
c. belitan sekunder
Sifat dasar trafo dapat diringkas sebagai berikut:
1. perbandingan tegangan sama dengan perbandingan lilitan
2. perbandingan arus berbanding terbalik dengan perbandingan lilitan. 3. Arus primer dan arus sekunder berbeda fasa sebesar 1800.
) 17 . 2 ..(. ... ... ... ... ... ... ... ... 1 2 2 1 N N I I
xli 2.10 Potodioda
Potodioda adalah dioda yang tahanan reserve-nya berubah-ubah jika cahaya yang menyinari dioda itu berubah intensitasnya. Yang menyebabkan tahanan reserve Potodioda itu berubah-ubah adalah karena energi cahaya, maka untuk merangkainya dapat disusun dengan reserve bias seperti pada gambar dibawah ini :
Gambar 2.24 Cara permberian reserve bias pada Potodioda
Seperti pada gambar diatas dalam keadaan gelap tahanan reserve pada dioda sangat besar sehingga arus tidak ada yang mengalir. Akan tetapi bila cahaya yang jatuh pada dioda makin kuat, maka tahanan reservenya makin menurun dan arus reserve-nya akan sangat bertambah besar. Perubahan nilai arus reserve ini pada umumnya sangat kecil, hanya beberapa mikro ampere, namun hal itu cukup dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan terutama dalam saklar-saklar elektronik yang bekerja pada intensitas cahaya yang disebut dengan istilah sakelar photoelektrik. Perubahan tegangan reserve tidak berpengaruh terhadap besarnya arus reserve sebab arus reserve hanya bergatung pada besarnya intensitas cahaya yang jatuh pada potodioda itu. Oleh karenan itu potodioda dalam reserve bias dapat dianggap sebagai sumber arus yang besarnya diatur oleh intensitas cahaya yang menyinarinya.
xlii Sebagai sumber cahaya digunakan sebuah pemancar infra merah, sebuah rangkaian penerima sinyal infra merah. Rangkaian pemancar infra merah tampak seperti gambar di bawah ini,
Gambar2.25 Rangkaian Pemancar infra merah
Pada rangkaian di atas digunakan sebuah LED infra merah yang diserikan dengan sebuah resistor 18 ohm. Resistor ini berfungsi untuk membatasi arus yang masuk ke LED infra merah agar LED infra merah tidak rusak. Resistor yang digunakan adalah 18 ohm sehingga arus yang mengalir pada LED infra merah adalah sebesar: 5 0, 277 277 18 V i A atau mA R
Dengan besarnya arus yang mengalir ke LED infra merah, maka intensitas pancaran infra merah akan semakin kuat, yang menyebabkan jarak pancarannya akan semakin jauh.
VCC 5V
Infra Merah 18
xliii Fotodioda memiliki hambatan sekitar 15 s/d 20 Mohm jika tidak terkena sinar infra merah, dan hambatannya akan berubah menjadi sekitar 80 s/d 300 Kohm jika terkena sinar infra merah tergantung dari besarnya intensitas yang mengenainya. Semakin besar intensitasnya, maka hambatannya semakin kecil.