Sifat dan Macam Bahan Penghantar dan Isolator

ELEKTRONIKA

DASAR

STEFEN .R. A. TAROREH, ST

Sifat dan Macam Bahan

Penghantar dan Isolator

 Sifat Bahan Konduktor

 Yang termasuk bahan-bahan penghantar

adalah bahan yang memiliki banyak elektron bebas pada kulit terluar orbit.

 Elektron bebas ini akan sangat berpengaruh

Bahan penghantar memiliki

sifat-sifat penting, yaitu :

a) Daya Hantar Listrik

b) Koefisien Temperatur Hambatan c) Daya Hantar Panas

d) Daya Tegangan Tarik

Daya Hantar Listrik

 Arus yang mengalir dalam suatu penghantar

selalu mengalami hambatan dari penghantar itu sendiri. Besar hambatan tersebut

tergantung dari bahannya.

 Besar hambatan tiap meternya dengan luas

penampang 1 mm2 pada temperatur200C

dinamakan hambatan jenis. Besarnya

 R : Hambatan dalam penghantar, satuannya

ohm (Ω)

 p : hambatan jenis bahan, dalam satuan

ohm.mm2/m

 l : panjang penghantar, satuannya meter (m)  A : luas penampang kawat penghantar,

Koefsien Temperatur

Hambatan

 Telah kita ketahui bahwa dalam suatu

bahan akan mengalami perubahan volume bila terjadi perubahan temperatur.

 Bahan akan memuai jika temperatur suhu

naik dan akan menyusut jika temperatur suhu turun.

 Besarnya perubahan hambatan akibat

 R = R₀ { 1 + _ (t – t₀)}, dimana :

 R : besar hambatan setelah terjadinya

perubahan suhu

 R₀ :besar hambatan awal, sebelum

terjadinya perubahan suhu.

 T : temperatur suhu akhir, dalam 0C

 t0 : temperatur suhu awal, dalam 0C

Daya Hantar Panas

 Daya hantar panas menunjukkan jumlah

panas yang melalui lapisan bahan tiap satuan waktu.

 Diperhitungkan dalam satuan Kkal/jam 0C.

Terutama diperhitungkan dalam pemakaian mesin listrik beserta perlengkapanya.

 Pada umumnya logam mempunyai daya

Daya Tegangan Tarik

 Sifat mekanis bahan sangat penting,

terutama untuk hantaran diatas tanah.

 Oleh sebab itu, bahan yang dipakai untuk

keperluan tersebut harus diketahui kekuatannya.

 Terutama menyangkut penggunaan dalam

Timbulnya daya Elektro-motoris

Termo

 Sifat ini sangat penting sekali terhadap dua

titik kontak yang terbuat dari dua bahan logam yang berlainan jenis, karena dalam suatu rangkaian, arus akan menimbulkan daya elektro-motoris termo tersendiri bila terjadi perubahan temperatur suhu.

 Daya elektro-motoris termo dapat terjadi

 Besarnya perbedaan tegangan yang

dibangkitkan tergantung pada sifat-sifat

kedua bahan yang digunakan dan sebanding dengan perbedaan temperaturnya.

 Daya elektro-motoris yang dibangkitkan oleh

perbedaan temperatur disebut dengan daya elektro-motoris termo.

 Dari sekian banyak logam yang digunakan

Sifat Bahan Isolator

 Bahan yang disebut sebagai bahan isolator

adalah bahan dielektrik, ini disebabkan

jumlah elektron yang terikat oleh gaya tarik inti sangat kuat.

 Elektro-elektronya sulit untuk bergerak atau

bahkan tidak sangat sulit berpindah,

walaupun telah terkena dorongan dari luar.

 Bahan isolator sering digunakan untuk

 Penyekat listrik terutama dimaksudkan

agar listrik tidak dapat mengalir jika pada bahan penyekat tersebut diberi tegangan listrik.

 Untuk dapat memenuhi persyaratan

 Sifat Kelistrikan

 Bahan penyekat mempunyai tahanan listrik

yang besar.

 Penyekat listrik ditujukan untuk mencegah

terjadinya kebocoran arus listrik antara

kedua penghantar yang berbeda potensial atau untuk mencegah loncatan listrik

ketanah.

 Kebocoran arus listrik harus dibatasi

 Sifat Mekanis

 Mengingat luasnya pemakaiannya

pemakaian bahan penyekat, maka dipertimbangkan kekuatan struktur bahannya.

 Dengan demikian, dapat dibatasi hal-hal

penyebab kerusakan dikarenakan kesalahan pemakaiannya.

 Misal diperlukan bahan yang tahan tarikan,

 Sifat Termis

 Panas yang ditimbulkan dari dalam oleh

arus listrik atau oleh arus gaya magnet, berpengaruh terhadap kekuatan bahan

penyekat. Demikian panas yang berasal dari luar (alam sekitar).

 Dalam hal ini, kalau panas yang ditimbulkan

cukup tinggi, maka penyekat yang

 Sifat Kimia

 Panas yang tinggi yang diterima oleh bahan

penyekat dapat mengakibatkan perubahan susunan kimia bahan.

 Demikian juga pengaruh adanya

kelembaban udara, basah yang ada di

sekitar bahan penyekat. Jika kelembaban tidak dapat dihindari, haruslah dipilih bahan penyekat yang tahan terhadap air.

 Demikian juga adanya zat-zat lain dapat

 Penggunaan bahan isolator selain

sebagai bahan penyekat adalah sebagai bahan tahanan (resistor).

 Bahan tahanan yang umunya dipakai

Elemen Sumber Listrik Arus

Searah

 Sumber listrik arus searah ialah

alat/benda yang menjadi sumber listrik arus searah dan menghasilkan arus

searah secara permanent.

 Sumber listrik arus searah yang paling

banyak dikenal adalah sumber listrik

Elemen Elektro Kimia

 Menurut Neinst, batang logam yang

dimasukan dalam larutan asam sulfat akan melepaskan ion-ion positif ke

 Tidak semua logam mempunyai kemampuan

melepaskan ion-ion electron sama besar. Berdasarkan daftar elemen yang di buat Volta. Kita ketahui bahwa seng (zn) lebih

kuat melepaskan ion-ion electron dari logam (cu) atau tembaga.

 Daftar volta, logam yang kuat melepaskan

ion-ion electron disebelah kiri makin kekanan adalah logam yang makin lemah

 Contoh elemen oleh Volta sebagai berikut :

 Yang terjadi ialah adanya beda potensial. Batang

tembaga menjadi kutub positif dan batang seng menjadi kutub negative.

 Beda potensial antara kutub positif dan kutub negative

disebut Gaya Gerak Listrik.

 Kemudian kedua kutub tersebut disambungkan dengan

 Elemen Volta termasuk elemen primer  Pada elemen primer reaksi kimia yang

menyebabkan electron mengalir dari elektroda positif ke elektroda negative tidak dapat dibalik arahnya. Ini menyebabkan elemen primer tidak dapat dimuati lagi.

 Jadi elemen primer ialah elemen yang bila

telah habis muatannya tidak dapat diisi lagi.

 Untuk mengatasi kelemahan elemen primer ini

Accumulator

 Accumulator disebut unsure (sel)

sekunder karena sesudah energy habis masih bisa diisi dan digunakan kembali.

 Ketika diisi terjadi reaksi kimia yang

pertama sesudah accumulator penuh dapat memberi arus pada rangkaian luar, maka terjadi reaksi kimia kedua.

 Jadi alat ini bekerja mengumpulkan dan

Accumulator Timbel

 Jenis accu yang umum digunakan

adalah accu timbel, accu terdiri dari 2 buah kumpulan plat timbel yang

 Untuk mendapatkan jumlah arus yang lebih

besar tetapi dalam kemasan yang kecil maka lapisan timbel tersebut dipasang sedemikian rupa dalam jarak yang

berdekatan.

 Untuk menjaga agar plat-plat tersebut tidak

saling bersentuhan maka diantara timbel tersebut dipasang penyekat dari bahan isolator.

 Untuk mendapatkan tegangan (GGL) yang

Accumulator Alkali

Sel ini disebut alkali karena menggunakan

lindikali (kaliloog) sebagai larutan elektrolitnya.

Keungulannya:

1) Tahan terhadap goncangan, getaran 2) Tahan terhadap arus pengisian dan pembuangan yang berlebih

Kekurangannya:

1. Harganya mahal

2. Tiap pesawat hanya untuk satu sel 3. Memerlukan tempat yang luas

4. Tegangannya rendah dibandingkan dengan accumulator timbel

Accumulator alkali dipakai untuk industri berat, kendaraan berat, pertambangan, perusahaan kereta api, pusat pembangkit tenaga listrik

 Larutan elektrolitnya berupa 20% larutan

lindikali yang hidroksida potassium (KOH) dengan tambahan sedikit lithium monohidrat dalam air.

 Bejana untuk accumulator alkali dibuat dari

baja dilapisi dengan nikel dan mempunyai lubang untuk ujung-ujung (kutub)

 Lubang pengisian elektrolit ditutupkan

dengan katup untuk membuang gas dari elektrolit tetapi mencegah jangan

sampai udara masuk yang dapat

Kapasitas Accu

 Kapasitas accu dinyatakan dengan

amperejam(AH). Kapasitas accu

bergantung pada luas dan jumlah plat.

 Bila sebuah accu mempunyai kapasitas

60AH dan arus maksimal yang

dikeluarkan sebesar 5 ampere maka batterai itu dapat memberi arus 4A selama 15 jam ataupun dapat

Elemen Kering

 Elemen kering atau elemen le chance

disebut secara umum sebagai batu baterai.

 Elemen kering termasuk elemen primer tapi

sebagai elemen kering masih mempunyai banyak keunggulan, seperti bentuk fisik yang kecil, mudah dibawa, aman dan praktis.

 Pada elemen ini, elektroda positif adalah

batang karbon yang ditengah dan

 Elektrolitnya adalah larutan ammonia

DIODA SEMIKONDUKTOR

 Dioda semikonduktor dibentuk dengan

cara menyambungkan semi-konduktor tipe p dan semikonduktor tipe n. Pada saat terjadinya sambungan (junction) p dan n, hole-hole pada bahan p dan

elektron-elektron pada bahan n disekitar sambungan cenderung untuk

 Hole dan elektron yang berkombinasi ini

saling meniadakan, sehingga pada

daerah sekitar sambungan ini kosong dari pembawa muatan dan terbentuk

 Oleh karena itu pada sisi p tinggal ion-ion

akseptor yang bermuatan negatip dan pada sisi n tinggal ion-ion donor yang bermuatan positip. Namun proses ini tidak

berlangsung terus, karena potensial dari ion-ion positip dan negatip ini akan

mengahalanginya.

 Tegangan atau potensial ekivalen pada

 Suatu dioda bisa diberi bias mundur (reverse bias)

atau diberi bias maju (forward bias) untuk mendapatkan karakteristik yang diinginkan.

 Bias mundur adalah pemberian tegangan negatip

baterai ke terminal anoda (A) dan tegangan positip ke terminal katoda (K) dari suatu dioda.

 Dengan kata lain, tegangan anoda katoda VA-K

adalah negatip (VA-K < 0). Apabila tegangan

Kurva Karakteristik

Dioda

 Hubungan antara besarnya arus yang

mengalir melalui dioda dengan

 Gambar menunjukan dua macam kurva, yakni

dioda germanium (Ge) dan dioda silikon (Si).

 Pada saat dioda diberi bias maju, yakni bila

VA-K positip, maka arus ID akan naik dengan cepat setelah VA-K mencapai tegangan cut-in (Vg). Tegangan cut-in (Vg) ini kira-kira sebesar 0.2 Volt untuk dioda germanium dan 0.6 Volt untuk dioda silikon.

 Dengan pemberian tegangan baterai sebesar

ini, maka potensial penghalang (barrier

PENYEARAH

 Penggunaan dioda yang paling umum

adalah sebagai penyearah .

 Penyearah adalah suatu rangkaian yang

berfungsi untuk mengubah tegangan bolak-balik menjadi tegangan searah.

 Penyearah dengan dioda mengikuti sifat

 Ada dua type rangkaian penyearah

Penyearah Setengah Gelombang

 Penyearah Setengah Gelombang dengan

Kapasitor

 Untuk mendapatkan suatu tegangan DC yang baik

dimana bentuk tegangan hasil penyearahan adalah mendekati garis lurus maka tegangan

 Jika dihubungkan dengan suatu kapasitor

secara paralel terhadap beban seperti pada gambar berikut dimana arus dari keluaran rangkaian penyearah selain akan melewati beban juga akan mengisi kapasitor

 Pada saat tegangan hasil penyearahan

mengalami penurunan maka kapasitor akan membuang muatannya kebeban dan

Penyearah Gelombang

Penuh

 Penyearah Setengah Gelombang

DIODA ZENER

 Sebagian dioda semikonduktor bila

dihubungkan dengan suatu tegangan balik yang cukup akan melakukan suatu arus

balik. Hal ini tidak ditunjukkan sebelumnya karena biasanya akan merusak dioda.

 Dioda Zener justru adalah suatu dioda yang

Untuk VR<Vz, VD=VR = Terbuka VR≥Vz, VD=Vz

Iz= VR-Vz / R

Tugas Per-orangan:

 Buat resume tentang

 1. konsep elektron, atom, pita energi.  2. konduktor, isolator, semikonduktor  3. semi konduktor murni

 4. rekombinasi

 5. semikonduktor tidak murni

 6. pengaruh temperatur pada semikonduktor  7. efek hall.

 8. dioda dan hubungan-hubungannya  9. s.d. hubungan p-n yang dicatu.

 Tolong diketik yang rapi dan menarik dijilid. Silahkan

 Materi Kuliah IV 