• Tidak ada hasil yang ditemukan

MODUL PLPG TEKNIK INSTALASI TENAGA LISTRIK

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Membagikan "MODUL PLPG TEKNIK INSTALASI TENAGA LISTRIK"

Copied!
98
0
0

Teks penuh

(1)
(2)
(3)

MODUL PLPG

TEKNIK INSTALASI TENAGA LISTRIK

KONSORSIUM SERTIFIKASI GURU dan UNIVERSITAS NEGERI MALANG Panitia Sertifikasi Guru (PSG) Rayon 115 2013

KATA PENGANTAR Buku ajar dalam bentuk modul yang relatif singkat tetapi komprehensif ini diterbitkan untuk membantu para peserta dan instruktur dalam melaksanakan kegiatan Pendidikan dan Latihan Profesi Guru (PLPG). Mengingat cakupan dari setiap bidang atau materi pokok PLPG juga luas, maka sajian dalam buku ini diupayakan dapat membekali para peserta PLPG untuk menjadi guru yang profesional. Buku ajar ini disusun oleh para pakar sesuai dengan bidangnya. Dengan memperhatikan kedalaman, cakupan kajian, dan keterbatasan yang ada, dari waktu ke waktu buku ajar ini telah dikaji dan dicermati oleh pakar lain yang relevan. Hasil kajian itu

selanjutnya digunakan sebagai bahan perbaikan demi semakin sempurnanya buku ajar ini. Sesuai dengan kebijakan BPSDMP-PMP, pada tahun 2013 buku ajar yang digunakan dalam PLPG

distandarkan secara nasional. Buku ajar yang digunakan di Rayon 115 UM diambil dari buku ajar yang telah distandarkan secara nasional tersebut, dan sebelumnya telah dilakukan proses review. Disamping itu, buku ajar tersebut diunggah di laman PSG Rayon 115 UM agar dapat diakses oleh para peserta PLPG dengan relatif lebih cepat. Akhirnya, kepada para peserta dan instruktur, kami sampaikan ucapan selamat melaksanakan kegiatan Pendidikan dan Latihan Profesi Guru. Semoga tugas dan pengabdian ini dapat mencapai sasaran, yakni meningkatkan kompetensi guru agar menjadi guru dan pendidik yang profesional. Kepada semua pihak yang telah membantu kelancaran pelaksanaan PLPG PSG Rayon 115 Universitas Negeri Malang, kami menyampaikan banyak terima kasih.

Malang, Juli 2013 Ketua Pelaksana PSG Rayon 115

Prof. Dr. Hendyat Soetopo, M. Pd NIP 19541006 198003 1 001 MODUL PLPG

Penyusun Bidang Keahlian Sudarsono Teknik Instalasi TenagaListrik Penyusun TIM

UNIVERSITAS NEGERI PADANG 2013

Kata Pengantar Puji syukur dipanjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-Nya, sehingga kami dapat menyusun bahan ajar modul manual untuk Bidang Keahlian Teknik Listrik, khususnya Program Keahlian Teknik Instalasi Teaga Listrik. Sumber dan bahan dari

pembuatan modul ini adalah sebagian besar diambilkan dari bahan ajar pokok Kurikulum SMK Edisi 2005, oleh karena peserta diklat pada umumnya adalah guru-guru yang mengajar di SMK. Modul ini diharapkan digunakan sebagai sumber belajar pokok oleh peserta diklat untuk mencapai komptensi kerja standar yang diharapkan dunia kerja. Kami mengharapkan saran dan kritik dari para pakar di bidang psikologi, praktisi dunia usaha dan industri, dan pakar akademik sebagai bahan untuk melakukan peningkatan kualitas modul. Diharapkan para pemakai berpegang pada azas keterlaksanaan, kesesuaian, dan

(4)

perkembangan IPTEKS pada dunia kerja dan potensi SMK serta dukungan kerja dalam rangka membekali kompetensi standar pada peserta diklat. Demikian, semoga modul ini dapat bermanfaat bagi kita semua, khususnya peserta diklat SMK Bidang Keahlian Teknik Instalasi Listrik, atau praktisi yang sedang mengembangkan bahan ajar modul SMK.

Padang, Mei 2013 Penyusun

DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL ……… i KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI ……… iv Modul 01

Memahami Dasar-dasar dan Menerapkan Pengukuran Komponen Elektronika ...

1

Modul 02

Menganalisis Rangkaian Listrik... 39

Modul 03

Merawat dan Memperbaiki Peralatan Rumah Tangga Listrik 65

Modul 04

Pengendali Elektromagnetik ... 99

Modul 05

Mengoperasikan Sistem Pengendali Elektronik ... 123

(5)

iv 1

Memahami Dasar-dasar dan Menerapkan Pengukuran Komponen Elektronika 1 A. Objektif 1.

Menjelaskan konsep dasar elektronika. 2.

Menjelaskan simbol komponen elektronika. 3.

Menjelaskan sifat-sifat komponen elektronika pasif. 4.

Menggambar karakteristik komponen elektronika. 5.

Menjelaskan peralatan alat ukur komponen elektronika. 6.

Melakukan pengukuran komponen R. 7.

Melakukan pengukuran komponen C. 8.

Melakukan pengukuran komponen L. 9.

Menjelaskan hasil pengukuran.

B. Uraian Materi 1. Pengertian Semikonduktor a. Struktur Atom Semikonduktor Prinsip dasar semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti dioda, transistor dan sebuah Integrated Circuit (IC). Disebut semi atau setengah konduktor, karena bahan ini memang bukan konduktor murni. Bahan- bahan logam seperti tembaga, besi, timah disebut sebagai konduktor yang baik, sebab logam memiliki susunan atom yang sedemikian rupa, sehingga

elektronnya dapat bergerak bebas. Sebenarnya atom tembaga dengan lambang kimia Cu memiliki inti 29 ion (+) dikelilingi oleh 29 elektron (-). Sebanyak 28 elektron menempati orbit-orbit bagian dalam membentuk inti yang disebut nucleus. Elemen terkecil dari suatu bahan yang masih memiliki sifat-sifat kimia dan fisika yang sama adalah atom. Suatu atom terdiri atas tiga

(6)

2 partikel dasar, yaitu: neutron, proton, dan elektron. Dalam struktur atom, proton dan neutron membentuk inti atom yang bermuatan positip dan sedangkan elektron-elektron yang bermuatan negatif mengelilingi inti. Elektron-elektron ini tersusun berlapis-lapis. Struktur atom dengan model Bohr dari bahan semikonduktor yang paling banyak digunakan adalah silikon dan germanium. Gambar 1. Struktur Atom (a) Silikon; (b) Germanium

Seperti pada gambar 1 atom silikon mempunyai elektron yang yang mengelilingi inti sebanyak 14 dan atom germanium 32 elektron. Pada atom yang seimbang (netral) jumlah elektron dalam orbit sama dengan jumlah proton dalam inti. Muatan listrik sebuah elektron adalah: - 1.60219

C dan muatan sebuah proton adalah: + 1.602-19 C. Elektron yang terdapat pada lapisan terluar disebut elektron valensi.

Atom silikon dan germanium masing mempunyai empat elektron valensi. Oleh karena itu baik atom silikon maupun atom germanium disebut juga dengan atom tetra-valent bervalensi empat (tetra-valent). Empat elektron valensi tersebut terikat dalam struktur kisi-kisi, sehingga setiap elektron valensi akan membentuk ikatan kovalen dengan elektron valensi dari

3 atom-atom yang bersebelahan. Struktur kisi-kisi Kristal silikon murni dapat digambarkan secara dua dimensi seperti pada gambar 2 guna memudahkan pembahasan.

Gambar 2. Struktur Kristal Silikon dengan Ikatan Kovalen Meskipun terikat dengan kuat dalam struktur Kristal, namun bisa saja elektron valensi tersebut keluar dari ikatan kovalen menuju daerah konduksi apabila diberikan energi panas. Bila energi panas cukup kuat untuk memisahkan elektron dari ikatan kovalen maka elektron tersebut menjadi bebas dan disebut dengan elektron bebas. Pada suhu ruang terdapat kurang lebih 1.5 x 1010 elektron bebas dalam 1 cm3 bahan silikon murni (intrinsik) dan 2.5 x 1013 elektron bebas pada germanium. Semakin besar energi panas yang diberikan semakin banyak jumlah elektron bebas yang keluar dari ikatan kovalen, dan hal ini menyebabkan konduktivitas bahan meningkat. b. Semikonduktor Tipe N Suatu kristal Silikon yang murni, dimana setiap atomnya adalah atom Silikon saja, disebut sebagai semikonduktor intrinsik. Untuk kebanyakan aplikasi, tidak terdapat pasangan elektron-hole yang cukup

4 banyak di dalam suatu semikonduktor intrinsik untuk dapat

menghasilkan arus yang berguna. Doping adalah penambahan atom-atom impuritas pada suatu kristal untuk menambah jumlah elektron maupun hole. Suatu kristal yang telah di dop disebut

(7)

semikonduktor ekstrinsik. Untuk memperoleh tambahan elektron pada jalur konduksi, diperlukan atom pentavalent. Atom pentavalen ini juga disebut sebagai atom donor. Setelah membentuk ikatan kovalen dengan tetangganya, atom pentavalen ini mempunyai kelebihan sebuah elektron, yang dapat beredar pula pada jalur konduksi, seperti pada Gambar 3. Sehingga terbentuk jumlah elektron yang cukup banyak dan jumlah hole yang sedikit. Keadaan ini diistilahkan dengan elektron sebagai pembawa mayoritas dan hole sebagai pembawa minoritas. Semikonduktor yang di-doping seperti ini disebut dengan semikonduktor type-n. Si

Si Si Si Sb

Si elektron valensi kelima atom antimoni (Sb) Si Si

Si

Gambar 3. Struktur Kristal Semikonduktor (Silikon) Tipe N Oleh karena atom antimoni (Sb)

bervalensi lima, maka empat elektron valensi mendapatkan pasangan ikatan kovalen dengan atom silikon sedangkan elektron valensi yang kelima tidak mendapatkan pasangan. Oleh karena itu ikatan elektron kelima ini dengan inti menjadi

5 lemah dan mudah menjadi elektron bebas. Karena setiap atom depan ini menyumbang sebuah elektron, maka atom yang bervalensi lima disebut dengan atom donor. Dan elektron “bebas” sumbangan dari atom dopan inipun dapat dikontrol jumlahnya atau konsentrasinya. Meskipun demikian bahan silikon tipe n ini mengandung elektron bebas (pembawa mayoritas) yang cukup banyak, namun secara keseluruhan Kristal ini tetap netral karena jumlah muatan positip pada inti atom masih sama dengan jumlah keseluruhan elektronnya. Pada bahan tipe n disamping jumlah elektron bebasnya meningkat, ternyata jumlah holenya (pembawa minoritas) menurun.

Hal ini disebabkan

karena dengan bertambahnya jumlah elektron bebas, maka kecepatan hole dan elektron ber-rekombinasi (bergabungnya kembali elektron dengan

hole) semakin meningkat. Sehingga jumlah

(8)

holenya

menurun.Level energi dari elektron bebas sumbangan atom donor digambarkan pada gambar 4. Jarak antara pita konduksi dengan level energi donor sangat kecil yaitu 0.01 eV untuk germanium dan 0.05 eV untuk silikon. Sehingga pada suhu ruang semua elektron donor dapat mencapai pita konduksi dan menjadi elektron bebas. energi

pita konduksi 0.01eV (Ge); 0.05eV (Si) level energi donor Eg = 0.67eV (Ge); 1.1eV (Si) pita valensi

Gambar 4. Diagram Pita Energi Semikonduktor Tipe N Bahan semikonduktor tipe n dapat dilukiskan seperti pada Gambar 5. Karena atom-atom donor telah ditinggalkan oleh elektron valensinya

6 (yakni menjadi elektron bebas), maka menjadi ion yang bermuatan positip. Sehingga digambarkan dengan tanda positip.

Sedangkan

elektron bebasnya menjadi pembawa mayoritas. Dan pembawa minoritasnya berupa hole. Gambar 5. Bahan Semikonduktor Tipe N c. Semikonduktor Tipe P Apabila bahan semikonduktor murni (intrinsik) didoping dengan bahan impuritas (ketidak-murnian) bervalensi tiga, maka akan diperoleh semikonduktor tipe p.

Bahan dopan yang bervalensi tiga tersebut misalnya boron, galium, dan indium. Struktur kisi-kisi kristal

semikonduktor (silikon) tipe p adalah seperti Gambar 6. Karena atom dopan mempunyai tiga

elektron valensi, dalam Gambar 6 adalah atom Boron (B) , maka hanya tiga ikatan kovalen yang bisa dipenuhi.

Sedangkan tempat yang seharusnya membentuk ikatan

kovalen keempat menjadi kosong (membentuk hole) dan bisa ditempati oleh elektron valensi lain. Dengan demikian sebuah atom bervalensi tiga akan menyumbangkan sebuah hole.

Atom bervalensi tiga (trivalent)

disebut juga atom akseptor, karena atom ini siap untuk menerima elektron. Seperti halnya pada semikonduktor tipe n, secara keseluruhan kristal semikonduktor tipe n ini adalah netral. Karena jumlah hole dan elektronnya sama. Pada bahan tipe p, hole merupakan pembawa muatan

7 mayoritas. Karena dengan penambahan atom dopan akan meningkatkan jumlah hole

(9)

pembawa muatan. Sedangkan pembawa

minoritasnya adalah elektron.

Gambar 6. Struktur Kristal Semikonduktor (Silikon) Tipe P Level energi dari hole akseptor dapat dilihat pada Gambar 7. Jarak antara level energi akseptor dengan pita valensi sangat kecil yaitu sekitar 0.01 eV untuk germanium dan 0.05 eV untuk silikon. Dengan demikian hanya dibutuhkan energi yang sangat kecil bagi elektron valensi untuk menempati hole di level energi akseptor. Oleh karena itu pada suhur ruang banyak sekali jumlah hole di pita valensi yang merupakan pembawa muatan. Bahan semikonduktor tipe p dapat dilukiskan seperti pada Gambar 8. Karena atom-atom akseptor telah menerima elektron, maka menjadi ion yang bermuatan negatif. Sehingga

digambarkan dengan tanda negatif. Pembawa mayoritas berupa hole dan pembawa minoritasnya berupa elektron.

8 energi

pita konduksi Eg = 0.67eV (Ge); 1.1eV (Si) level energi akseptor 0.01eV (Ge); 0.05eV (Si) pita valensi Gambar 7. Diagram Pita Energi Semikonduktor Tipe P pembawa minoritas

-ion akseptor -pembawa mayoritas

-Gambar 8. Bahan Semikonduktor Tipe P 2. Kode Warna dan Huruf pada Resistor

a. Kode Warna Resistor Resistor disebut juga dengan tahanan atau hambatan, berfungsi untuk menghambat arus listrik yang melewatinya. Satuan harga resistor adalah : 1 M (mega ohm) = 1000 K (kilo ohm) = 106  (ohm) yang merupakan satuan nilai resistansi dari sebuah resistor. Resistor diberi lambang huruf R, sedangkan gambar simbolnya dari rangkaian listrik adalah : atau Gambar 9. Simbol Resistor

(10)

Kode warna pada resistor menyatakan harga resistansi dan toleransinya. Semakin kecil harga toleransi suatu resistor adalah semakin baik, karena harga sebenarnya adalah harga yang tertera  harga toleransinya. Misalnya suatu resistor harga yang tertera = 100  mempunyai toleransi 5%, maka harga sebenarnya adalah: Harga resistor = 100 – (5% x 100) s/d 100 + (5% x 100) = 95  s/d 105 . Terdapat resistor yang mempunyai 4 gelang warna dan 5 gelang warna seperti yang terlihat pada gambar di bawah ini :

123 45 1234

Gambar 10. Resistor dengan 4 Gelang dan 5 Gelang Warna. Tabel 1. Kode Warna pada Resistor 4 Gelang Gelang 1 Warna

(Angka pertama)

Gelang 2 (Angka kedua) Gelang 3 (Faktor pengali) Gelang 4 (Toleransi/%) Hitam -0 1 -Coklat 1 1 10 1 Merah 2 2 102 2

(11)

Oranye 3 3 103 3 Kuning 4 4 104 4 5 Hijau 5 5 10 5 Biru 6 6 106 6 Ungu 7 7 107 7

(12)

Abu-abu 8 8 108 8 Putih 9 9 109 9 Emas -10-1 5 10 Perak -10-2 10 Tanpa -10-3 20

(13)

kedua Gelang 3 = Angka ketiga Gelang 4 = Faktor pengali Gelang 5 = Toleransi

b. Kode Huruf Resistor Resistor yang mempunyai kode angka dan huruf biasanya adalah resistor lilitan kawat yang diselubungi dengan keramik/porselin, seperti terlihat pada gambar di bawah ini : 5W 22RJ

Gambar 11. Resistor dengan Kode Angka dan Huruf Arti kode angka dan huruf pada resistor ini adalah sebagai berikut : - 82 k  5% 9132 W 82 k  berarti besarnya resistansi 82 k  (kilo ohm) 5% berarti besarnya toleransi 5% 9132 W adalah nomor serinya - 5 W 0,02  J 5 W berarti kemampuan daya resistor besarnya 5 watt 0,22  berarti besarnya resistansi 0,22  J berarti besarnya toleransi 5% - 5 W 22 R J 5 W berarti kemampuan daya resistor besarnya 5 watt

11 22 R berarti besarnya resistansi 22  J berarti besarnya toleransi 5% - 5W1kJ 5 W berarti kemampuan daya resistor besarnya 5 watt 1 k  berarti kemampuan besarnya resistansi 1 k  J berarti besarnya toleransi 5% - 5WR1k 5 W berarti kemampuan daya resistor sebesar 5 watt RIK berarti besarnya resistansi 1 k 

c. Kode Angka dan huruf pada Kapasitor Kapasitor atau kondensator adalah suatu komponen listrik yang dapat menyimpan muatan listrik. Kapasitas kapasitor diukur dalam F (Farad) = 10-6 F (mikro Farad) = 10-9 nF (nano Farad) = 10-12 pF (piko Farad). Kapasitor elektrolit mempunyai dua kutub positif dan kutub negatif (bipolar), sedangkan kapasitor kering misal kapasitor mika, kapasitor kertas tidak membedakan kutub positif dan kutub negatif (non polar). Simbol kapasitor dapat dilihat pada gambar di bawah ini: – +

Gambar 12. Simbol Kapasitor Bentuk sebenarnya dari kapasitor dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Arti kode angka dan huruf pada kapasitor dapat dilihat pada tabel di bawah ini.

12 Tabel 2. Kode Angka dan Huruf pada Kapasitor Kode Gelang 1 Gelang 2 Gelang 3 Kode huruf angka (Angka pertama) 0 -0 1 B

(14)

1 1 1 10 C 2 2 2 102 D 3 3 3 103 F=1 4 4 4 104 G=2 5

(Angka kedua) (Faktor pengali) (Toleransi/%) 5

5 5 10

(15)

H=3 6 6 6 106 J =5 7 7 7 107 K = 10 8 8 8 108 M = 20 9 9 9 109

Contoh : 1) kode kapasitor = 562 J 100 V artinya : besarnya kapasitas = 56 x 102 pF = 5600 pF; besarnya toleransi = 5%; kemampuan tegangan kerja = 100 Volt. 2) Kode kapasitor = 100 nJ artinya : besarnya kapasitas = 100 nF; besarny atoleransi = 5%. 3) Kode kapasitor : 100 F 50 V artinya = besarnya kapasitas = 100 F; besarnya tegangan kerja = 50 Volt.

d. Kodel Warna pada Kapasitor Cara membaca kode warna pada kapasitor dapat melihat tabel 3, dibawah ini :

ABCDE

(16)

13 Keterangan : A = gelang 1 = Angka pertama B = gelang 2 = Angka kedua C = gelang 3 = Angka ketiga D = gelang 4 = Toleransi E = gelang 5 = Tegangan kerja Tabel 3. Kode Warna pada

Kapasitor Warna Gelang 1 Gelang 2 Gelang 3 Gelang 4 Gelang 5 (Angka) (Angka) (Pengali) (Toleransi) (Tegangan Kerja) Hitam -0 1 -Coklat 1 1 10 1

(17)

-Merah 2 2 102 2 250 V 160 V Jingga 3 3 103 3 -Kuning 4 4 104 4 400 V 200 V Hijau 5 5 105 5

(18)

-Biru 6 6 106 6 630 V 220 V Ungu 7 7 107 7 -Abu-abu 8 8 108 8 -Putih 9 9

(19)

109 9

-3. Induktor L Induktor adalah komponen listrik yang digunakan sebagai beban induktif. Simbol induktor dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 14. Simbol Induktor Kapasitas induktor dinyatakan dalam satuan H (Henry) = 100mH (mili Henry). Kapasitas induktor diberi lambang L, sedangkan reaktansi induktif diberi lambang XL. 14 XL = 2  . f . L (ohm). …………...… (1) dimana : XL= reaktansi induktif ()  = 3,14 f = frekuensi (Hz) L = kapasitas induktor (Henry) Beban induktor antara lain adalah : - Kumparan kawat yang harganya dapat dibuat tetap atau tidak tetap. Induktor yang harganya tidak tetap yaitu Dekade Induktor dan Variabel Induktor. - Motor-motor listrik, karena memiliki lilitan kawat. - Transformator, karena memiliki lilitan kawat. Pada induktor terdapat unsur resistansi (R) dan induktif (XL) jika digunakan sebagai beban sumber tegangan AC. Jika digunakan sebagai beban sumber tegangan DC, maka hanya terdapat unsur R saja. Dalam sumber tegangan AC berlaku rumus : Z = V

………... (2) I Z2 = R2 + XL2 XL2 = Z2 – R2 XL = Keterangan Z = Impedansi () R = Tahanan () V = Tegangan AC (Volt) XL = Reaktansi induktif () I = Arus (Ampere)

15

Dari persamaan (2) jika sumber tegangan AC (V) dan arus (I) diketahui, maka Z dapat dihitung. Dari persamaan (3), jika R diketahui, maka XL dapat dihitung. Dari persamaan (1) jika f diketahui, maka L dapat dihitung.

4. Karakteristik Dioda Semikonduktor a. Dioda Semikonduktor Dioda semikonduktor dibentuk dengan cara menyambungkan semikonduktor tipe p dan 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 berkombinasi. Hole dan elektron yang berkombinasi ini saling meniadakan,

sehingga pada daerah sekitar sambungan ini kosong dari pembawa muatan dan terbentuk daerah pengosongan (depletion region). ion akseptor

-(a) -ion donor -+

(20)

-+ + -+ -+ + + tipe p + tipe n

elektron dan hole berkombinasi daerah pengosongan (b) -tipe p -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ + + + + tipe n

Gambar 15. Struktur Dioda Semikonduktor (a) Pembentukan Sambungan; (b) Daerah Pengosongan; +

16 Oleh karena itu pada sisi p tinggal ion-ion akseptor yang bermuatan negatif dan pada sisi n tinggal ion-ion donor yang bermuatan positip. Namun proses ini tidak berlangsung terus, karena potensial dari ion-ion positip dan negatif ini akan mengahalanginya. Tegangan atau potensial ekivalen pada daerah pengosongan ini disebut dengan tegangan penghalang (barrier potential). Besarnya tegangan penghalang ini adalah 0.2 untuk germanium dan 0.6 untuk silikon. Lihat Gambar 14. b. Bias Mundur (Reverse Bias) Bias mundur adalah pemberian tegangan negatif baterai ke terminal anoda (A) dan tegangan positip ke terminal katoda (K) dari suatu dioda. Dengan kata lain,

(21)

tegangan anoda katoda VA-K adalah negatif (VA-K < 0). Gambar 15 menunjukkan dioda diberi bias mundur. daerah pengosongan A

-tipe p -+ -+-+ -+ -+ -+-+ -+ -+ -+-+ -+ -+-+ + + K + tipe n Is A K -+

Gambar 16. Dioda Diberi Bias Mundur Karena pada ujung anoda (A) yang berupa bahan tipe p diberi tegangan negatif, maka hole-hole (pembawa mayoritas) akan tertarik ke kutup negatif baterai

menjauhi persambungan. Demikian juga karena pada ujung katoda (K) yang berupa bahan tipe n diberi tegangan positip, maka elektron-elektron (pembawa mayoritas) akan tertarik ke kutup positip baterai menjauhi persambungan. Sehingga daerah pengosongan semakin lebar, dan arus yang disebabkan oleh pembawa mayoritas tidak ada yang mengalir.

17 Sedangkan pembawa minoritas yang berupa elektron (pada bahan tipe p) dan hole (pada bahan tipe n) akan berkombinasi sehingga mengalir arus jenuh mundur (reverse saturation current) atau Is. Arus ini dikatakan jenuh karena dengan cepat mencapai harga maksimum tanpa dipengaruhi besarnya tegangan baterai. Besarnya arus ini dipengaruhi oleh temperatur. Makin tinggi

temperatur, makin besar harga Is. Pada suhu ruang, besarnya Is ini dalam skala mikro-amper untuk dioda germanium, dan dalam skala nano-amper untuk dioda silikon. c. Bias Maju (Foward Bias) Apabila tegangan positip baterai dihubungkan ke terminal Anoda (A) dan negatifnya ke terminal katoda (K), maka dioda disebut mendapatkan bias maju (foward bias). Dengan demikian VA-K adalah positip atau VA-K > 0. Gambar 16 menunjukan dioda diberi bias maju. Dengan pemberian polaritas tegangan seperti pada Gambar 11, yakni VA-K positip, maka pembawa mayoritas dari bahan tipe p (hole) akan tertarik oleh kutup negatif baterai melewati persambungan dan berkombinasi dengan elektron (pembawa mayoritas bahan tipe n). Demikian juga elektronnya akan tertarik oleh kutup positip baterai untuk melewati persambungan. Oleh karena itu daerah pengosongan terlihat semakin menyempit pada saat dioda diberi bias maju. Dan arus dioda yang disebabkan oleh pembawa

(22)

-+ -+ -+ -+ + + + + + + + + tipe p tipe n A K +

-Gambar 17. Dioda Diberi Bias Maju K ID

18 Sedangkan pembawa minoritas dari bahan tipe p (elektron) dan dari bahan tipe n (hole) akan berkombinasi dan menghasilkan Is. Arah Is dan ID adalah berlawanan. Namun karena Is jauh lebih kecil dari pada ID, maka secara praktis besarnya arus yang mengalir pada dioda ditentukan oleh ID. d. Kurva Karakteristik Dioda Hubungan antara besarnya arus yang mengalir melalui dioda dengan tegangan VA-K dapat dilihat pada kurva karakteristik dioda (Gambar 17). Gambar 17 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 (V). Tegangan cut-in (V) 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 potential) pada persambungan akan teratasi, sehingga arus dioda mulai mengalir dengan cepat. ID (mA)

Ge Si

(23)

VA-K (Volt) Is(Si)=10nA 0.2 0.6

Is(Ge)=1A Si Ge

Gambar 18. Kurva Karakteristik Dioda

19 Bagian kiri bawah dari grafik pada Gambar 17 merupakan kurva karakteristik dioda saat mendapatkan bias mundur. Disini juga terdapat dua kurva, yaitu untuk dioda germanium dan silikon. Besarnya arus jenuh mundur (reverse saturation current) Is untuk dioda germanium adalah dalam orde mikro amper dalam contoh ini adalah 1 A. Sedangkan untuk dioda silikon Is adalah dalam orde nano amper dalam hal ini adalah 10 nA. Apabila tegangan VA-K yang berpolaritas negatif tersebut dinaikkan terus, maka suatu saat akan mencapai tegangan patah (break-down) dimana arus Is akan naik dengan tiba-tiba. Pada saat mencapai tegangan break-down ini, pembawa minoritas dipercepat hingga mencapai kecepatan yang cukup tinggi untuk mengeluarkan elektron valensi dari atom. Kemudian elektron ini juga dipercepat untuk membebaskan yang lainnya sehingga arusnya semakin besar. Pada dioda biasa pencapaian tegangan break-down ini selalu dihindari karena dioda bisa rusak. Hubungan arus dioda (ID) dengan tegangan dioda (VD) dapat dinyatakan dalam

persamaan matematis yang dikembangkan oleh W. Shockley, yaitu: (VD/n.VT) Id = Is [e

- 1]

keterangan: Id = arus dioda (amper) Is = arus jenuh mundur (amper)

e

= bilangan natural, 2.71828...

VD = beda tegangan pada dioda (volt) n = konstanta, 1 untuk Ge; dan  2 untuk Si

VT = tegangan ekivalen temperatur (volt) Harga Is suatu dioda dipengaruhi oleh temperatur, tingkat doping dan geometri dioda. Dan konstanta n tergantung pada sifat konstruksi dan parameter fisik dioda. Sedangkan harga VT ditentukan dengan persamaan:

20 =

keterangan: k = konstanta Boltzmann, 1.381 x 10-23 J/K (J/K artinya joule per derajat kelvin) T = temperatur mutlak (kelvin) q = muatan sebuah elektron, 1.602 x 10-19 C Pada temperatur ruang, 25

(24)

oC atau 273 + 25 = 298 K, dapat dihitung besarnya VT yaitu: (1.381 x 10-23 J/K)(298K) VT =  1.602 x 10-19 C = 0.02569 J/C  26 mV Harga VT adalah 26 mV. Sebagaimana telah disebutkan bahwa arus jenuh mundur, Is, dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti: doping, persambungan, dan temperatur. Namun karena dalam pemakaian suatu komponen dioda, faktor doping dan persambungan adalah tetap, maka yang perlu mendapat perhatian serius adalah pengaruh temperatur. 5. Penggunaan Dioda Semikonduktor a. Penyearah Setengah Gelombang Dioda semikonduktor banyak digunakan sebagai penyearah. Penyearah yang paling sederhana adalah penyearah setengah gelombang, yaitu yang terdiri dari sebuah dioda. Melihat dari namanya, maka hanya

21 setengah gelombang saja yang akan disearahkan. Gambar 18 menunjukkan rangkaian penyearah setengah gelombang. Rangkaian penyearah setengah gelombang mendapat masukan dari skunder trafo yang berupa sinyal ac berbentuk sinus, vi = Vm Sin t (Gambar 18 (b)).

Dari persamaan tersebut, Vm merupakan tegangan

puncak atau tegangan maksimum. Harga Vm ini hanya bisa diukur dengan CRO yakni dengan melihat langsung pada gelombangnya. Sedangkan pada umumnya harga yang tercantum pada skunder trafo adalah tegangan efektif. Hubungan antara tegangan puncap Vm dengan tegangan efektif (Veff) atau tegangan rms (Vrms) adalah:

Vm Veff = Vrms =  = 0.707 Vm 2 Tegangan (arus) efektif atau rms (root-mean-square) adalah tegangan (arus) yang terukur oleh voltmeter (amper-meter). Karena harga Vm pada umumnya jauh lebih besar dari pada V (tegangan cut-in dioda), maka pada pembahasan penyearah ini V

diabaikan. Prinsip kerja penyearah setengah gelombang adalah bahwa pada saat sinyal input berupa siklus positip maka dioda mendapat bias maju sehingga arus (i) mengalir ke beban (RL), dan

sebaliknya bila sinyal input berupa siklus negatif maka dioda mendapat bias mundur sehingga tidak mengalir arus. Bentuk gelombang tegangan input (vi) ditunjukkan pada (b) dan arus beban (i) pada (c) dari Gambar 19. 22 vd masukan sinyal ac vi 0 i (a) Vm  Im Idc 2 RL

(25)

i vi 0  2 (c)

(b) Gambar 19. Penyearah Setengah Gelombang (a) Rangkaian; (b) Tegangan Skunder Trafo; (c) Arus Beban Arus dioda yang mengalir melalui beban RL (i) dinyatakan dengan: i = Im Sin t ,jika 0  t   (siklus positip) . i=0 ,jika   t  2 (siklus negatip) Vm Im =  Rf + RL Resistansi dioda pada saat ON (mendapat bias maju) adalah Rf, yang umumnya nilainya lebih kecil dari RL. Pada saat dioda OFF (mendapat bias mundur) resistansinya besar sekali atau dalam pembahasan ini dianggap tidak terhigga, sehingga arus dioda tidak mengalir atau i = 0. Arus yang mengalir ke beban (i) terlihat pada Gambar (c) bentuknya sudah searah (satu arah) yaitu positip semua. Apabila arah dioda dibalik, maka arus yang mengalir adalah negatif. Frekuensi sinyal keluaran dari

23 penyearah setengah gelombang ini adalah sama dengan frekuensi input (dari jala-jala listrik) yaitu 50 Hz. Karena jarak dari puncak satu ke puncak berikutnya adalah sama. Bila diperhatikan meskipun sinyal keluaran masih berbentuk gelombang, namun arah gelombangnya adalah sama, yaitu positip (Gambar c). Berarti harga rata-ratanya tidak lagi nol seperti halnya arus bolak-balik, namun ada suatu harga tertentu. Arus rata-rata ini (Idc) secara matematis bisa dinyatakan: = 1 2

2 0

Untuk penyearah setengah gelombang diperoleh: = =

1 2 0

= , 318

Tegangan keluaran dc berupa turun tegangan dc pada beban adalah: Vdc = Idc.RL =

.

Karena harga tahanan dalam Rf jauh lebih kecil dari RL, yang berarti pengaruh Rf dapat ditiadakan, sehingga: Vm = Im.RL Sehingga: =

(26)

Apabila penyearah bekerja pada tegangan Vm yang kecil, untuk memperoleh hasil yang lebih teliti, maka tegangan cut-in dioda (V) perlu dipertimbangkan, yaitu: =

= , 318 ( − )

24 Dalam perencanaan rangkaian penyearah yang juga penting untuk diketahui adalah berapa tegangan maksimum yang boleh diberikan pada dioda. Tegangan maksimum yang harus ditahan oleh dioda ini sering disebut dengan istilah PIV (peak-inverse voltage) atau tegangan puncak balik. Hal ini karena pada saat dioda mendapat bias mundur (balik) maka tidak arus yang mengalir dan semua tegangan dari skunder trafo berada pada dioda. Bentuk gelombang dari sinyal pada dioda dapat dilihat pada Gambar 19. PIV untuk penyearah setengah gelombang ini adalah = . Gambar 20 Bentuk Gelombang Sinyal pada Dioda Bentuk gelombang sinyal pada dioda seperti Gambar 19 dengan anggapan bahwa Rf dioda diabaikan, karena nilainya kecil sekali dibanding RL. Sehingga pada saat siklus positip dimana dioda sedang ON (mendapat bias maju), terlihat turun tegangannya adalah nol. Sedangkan saat siklus negatif, dioda sedang OFF (mendapat bias mundur) sehingga tegangan puncak dari skunder trafo (Vm) semuanya berada pada dioda.

b. Penyearah Gelombang Penuh Dengan Trafo CT Rangkaian penyearah gelombang penuh ada dua macam, yaitu dengan menggunakan trafo CT (center-tap = tap tengah) dan dengan sistem jembatan. Gambar 20 menunjukkan rangkaian penyearah gelombang penuh dengan menggunaka trafo CT. Terminal skunder dari Trafo CT mengeluarkan dua buah tegangan keluaran yang sama tetapi fasanya berlawanan dengan titik CT sebagai

25 titik tengahnya. Kedua keluaran ini masing-masing dihubungkan ke D1 dan D2, sehingga saat D1 mendapat sinyal siklus positip maka D1 mendapat sinyal siklus negatif, dan sebaliknya. Dengan demikian D1 dan D2 hidupnya bergantian. Namun karena arus i1 dan i2 melewati tahanan beban (RL) dengan arah yang sama, maka iL menjadi satu arah (20 c). D1

iL i1 Vi masukan sinyal ac Vi D2 RL i2 VL (a) i1 vi

(27)

Im 0 V m  2 0 i2  2 Im (b)  0 iL 2 Im Idc 0  (c) 2

Gambar 21. (a) Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh dengan Trafo CT; (b) Sinyal Input; (c) Arus Dioda dan Arus Beban

26 Terlihat dengan jelas bahwa rangkaian penyearah gelombang penuh ini merupakan gabungan dua buah penyearah setengah gelombang yang hidupnya bergantian setiap setengah siklus. Sehingga arus maupun

tegangan rata-ratanya adalah dua kali dari penyearah setengah gelombang. Dengan cara penurunan yang sama, maka diperoleh:

=

2 = 0,636 dan = . = 2 .

(28)

Apabila harga Rf jauh lebih kecil dari RL, maka Rf bisa diabaikan, sehingga: = 2 = 0,636

Apabila penyearah bekerja pada tegangan Vm yang kecil, untuk memperoleh hasil yang lebih teliti, maka tegangan cut-in dioda (V) perlu dipertimbangkan, yaitu: = 0,636 ( − ) Tegangan puncak inverse yang dirasakan oleh dioda adalah sebesar 2Vm. Misalnya pada saat siklus positip, dimana D1 sedang hidup (ON) dan D2 sedang mati (OFF), maka jumlah tegangan yang berada pada dioda D2 yang sedang OFF tersebut adalah dua kali dari tegangan skunder trafo. Sehingga PIV untuk masing-masing dioda dalam rangkaian penyearah dengan trafo CT adalah PIV=2 Vm c. Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan Penyearah gelombang penuh dengan sistem

jembatan ini bisa menggunakan sembarang trafo baik yang CT maupun yang biasa, atau bahkan bisa juga tanpa menggunakan trafo. rangkaian dasarnya adalah seperti pada Gambar 21.

27

Gambar 22. Penyearah Gelombang Penuh dengan Jembatan (a) Rangkaian Dasar; (b) Saat Siklus Positip; (c) Saat Siklus Negatip; (d) Arus Beban

Prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh sistem jembatan dapat dijelaskan melalui Gambar 21. Pada saat rangkaian jembatan mendapatkan bagian positip dari siklus sinyal ac, maka (Gambar 21b): - D1 dan D3 hidup (ON), karena mendapat bias maju - D2 dan D4 mati (OFF), karena mendapat bias mundur Sehingga arus i1 mengalir melalui D1, RL, dan D3. Sedangkan apabila jembatan memperoleh bagian siklus negatif, maka (Gambar 21 c): - D2 dan D4 hidup (ON), karena mendapat bias maju - D1 dan D3 mati (OFF), karena mendapat bias mundur

28 Sehingga arus i2 mengalir melalui D2, RL, dan D4. Arah arus i1 dan i2 yang melewati RL

sebagaimana terlihat pada Gambar 21 b dan c adalah sama, yaitu dari ujung atas RL menuju ground. Dengan demikian arus yang mengalir ke beban (iL) merupakan penjumlahan dari dua arus i1 dan i2, dengan menempati paruh waktu masing-masing (Gambar 21 d). Besarnya arus rata-rata pada beban adalah sama seperti penyearah gelombang penuh dengan trafo CT, yaitu: Idc = 2Im/ = 0.636 Im. Untuk harga Vdc dengan memperhitungkan harga V adalah: = 0,636( − 2 ) Harga 2V ini diperoleh karena pada setiap siklus terdapat dua buah dioda yang berhubungan secara seri.

Disamping harga 2V ini, perbedaan lainnya dibanding dengan trafo CT adalah harga PIV. Pada penyearah gelombang penuh dengan sistem jembatan ini PIV masing-masing dioda adalah: = 6. Dioda Semikonduktor Sebagai Pemotong (clipper) Rangkaian clipper (pemotong) digunakan untuk memotong atau menghilangkan sebagian sinyal masukan yang berada di bawah atau di atas level tertentu. Contoh sederhana dari rangkaian clipper adalah penyearah setengah gelombang.

Rangkaian ini memotong atau menghilangkan sebagian sinyal masukan di atas atau di bawah level nol. Secara umum rangkaian clipper dapat digolongkan menjadi dua, yaitu: seri dan paralel.

Rangkaian clipper seri berarti diodanya berhubungan secara seri dengan beban, sedangkan clipper paralel berarti diodanya dipasang paralel dengan beban.

Sedangkan untuk

masing-masing jenis tersebut dibagi menjadi clipper negatif (pemotong bagian negatif) dan clipper positip (pemotong bagian positip). Dalam analisa ini diodanya dianggap ideal.

29 Petunjuk untuk menganalisa rangkaian clipper seri adalah sebagai berikut: a) Perhatikan arah diode.

(29)

-Bila arah dioda ke kanan, maka bagian positip dari sinyal input akan dilewatkan, dan bagian negatif akan dipotong (berarti clipper negatif).

-bila arah dioda ke kiri, maka bagian negatif dari sinyal input akan dilewatkan, dan bagian positip akan dipotong (berarti clipper positip)

b) Perhatikan polaritas baterai (bila ada) c) Gambarlah sinyal output dengan sumbu nol pada level baterai (yang sudah ditentukan pada langkah 2 di atas) d) Batas pemotoyngan sinyal adalah pada sumbu nol semula (sesuai dengan sinyal input) Rangkaian clipper seri positip adalah seperti Gambar 22 dan rangkaian clipper seri negatif adalah Gambar 23.

VB vi vO D Vi Vo Vm m R L VB -VB D Vi Vo R L vO +V B

Gambar 23. Rangkaian Clipper Seri Positif 30

vi VB D

(30)

Vi vO Vo Vm m R L VB -VB D Vi Vo vO +VB R L

Gambar 24. Rangkaian Clipper Seri Negatip Petunjuk untuk menganalisa rangkaian clipper paralel adalah sebagai berikut: 1. Perhatikan arah dioda. - bila arah dioda ke bawah, maka bagian positip dari sinyal input akan dipotong (berarti clipper positip) - bila arah dioda ke atas, maka bagian negatif dari sinyal input akan dipotong (berarti clipper negatif) 2. Perhatikan polaritas baterai (bila ada). 3. Gambarlah sinyal output dengan sumbu nol sesuai dengan input. 4. Batas pemotongan sinyal adalah pada level baterai. Rangkaian clipper paralel positip adalah seperti Gambar 25 dan rangkaian clipper paralel negatif adalah Gambar 26.

31 R Vi vi vO Vo D Vm m +V B VB R Vi Vo vO

(31)

D VB -VB

Gambar 25. Rangkaian Clipper Paralel Positip R vi Vi vO Vo D Vm m VB R Vi Vo D -VB vO +V B VB

Gambar 26 Rangkaian Clipper Paralel Negatip

32 7. Dioda Semikonduktor Sebagai Penggeser (clamper) Rangkaian Clamper (penggeser) digunakan untuk menggeser suatu sinyal ke level dc yang lain.

Rangkain Clamper paling tidak harus

mempunyai sebuah kapasitor, dioda, dan resistor, disamping itu bisa pula ditambahkan sebuah baterai. Harga R dan C harus dipilih sedemikian rupa sehingga konstanta waktu RC cukup besar agar tidak terjadi pengosongan muatan yang cukup berarti saat dioda tidak menghantar. Dalam analisa ini dianggap didodanya adalah ideal. Sebuah rangkaian clamper sederhana (tanpa baterai) terdiri atas sebuah R, D, dan C terlihat pada Gambar 26. C

vi +V Vo Vo Vi D R 0 T/2 T

(32)

0 T/2 T -V (a) -2V (b) (c) C + C + -Vo Vo + V -R (d) V + R (e)

Gambar 27. Rangkaian Clamper Sederhana Gambar 26 (a) adalah gelombang kotak yang menjadi sinyal input rangkaian clamper (b). Pada saat 0 - T/2 sinyal input adalah positip sebesar

33 +V, sehingga Dioda menghantar (ON). Kapasitor mengisi muatan dengan cepat melalui tahanan dioda yang rendah (seperti hubung singkat, karena dioda ideal). Pada saat ini sinyal output pada R adalah nol (Gambar d). Kemudian saat T/2 - T sinyal input berubah ke negatif, sehingga dioda tidak menghantar (OFF) (Gambar e). Kapasitor membuang muatan sangat lambat, karena RC dibuat cukup lama. Sehingga pengosongan tegangan ini tidak berarti dibanding dengan sinyal output. Sinyal output merupakan

penjumlahan tegangan input -V dan tegangan pada kapasitor -V, yaitu sebesar -2V (Gambar c). Terlihat pada Gambar 26 c bahwa sinyal output merupakan bentuk gelombang kontak (seperti gelombang input) yang level dc nya sudah bergeser kearah negatif sebesar -V. Besarnya penggeseran ini bisa divariasi dengan menambahkan sebuah baterai secara seri dengan dioda. Disamping itu arah penggeseran juga bisa dinuat kearah positip dengan cara membalik arah dioda. Beberapa rangkaian clamper negatif dan positip dapat dilihat pada Gambar 27. Vo

C Vo Vi D R

(33)

V B 0 T/2 T V B 2V Vo C Vo Vi D V B R 2V 0 T/2 T

V B Gambar 28. Rangkaian Clamper Negatip dan Positip

34 8. Transistor dan Penggunaannya Transistor merupakan peralatan yang mempunyai 3 lapis N-P-N atau P-N-P. Dalam rentang operasi, arus kolektor IC merupakan fungsi dari arus basis IB. Perubahan pada arus basis IB memberikan perubahan yang diperkuat pada arus kolektor untuk tegangan

emitor-kolektor VCE yang diberikan. Perbandingan kedua arus ini dalam orde 15 sampai 100. Simbol untuk transistor dapat dilihat pada Gambar 28a dan Gambar 28b. berikut ini.

Gambar 29a. dan 29b. Simbol Transistor Daya Sedangkan karakteristik transistor dapat digambarkan seperti gambar berikut ini.

Gambar 30. Karakteristik Transistor Daya

35 Salah satu cara pemberian tegangan kerja dari transistor dapat dilakukan seperti pada Gambar 30. Jika digunakan untuk jenis NPN, maka tegangan Vcc-nya positif, sedangkan untuk jenis PNP tegangannya negatif.

Gambar 31. Rangkaian Transistor Arus Ib (misalnya Ib1) yang diberikan dengan mengatur Vb akan memberikan titik kerja pada transistor. Pada saat itu transistor akan menghasilkan arus collector (Ic) sebesar Ic dan tegangan Vce sebcsar Vce1. Titik Q (titik kerja transistor) dapat diperoleh dari persamaan sebagai berikut : Persamaan garis beban = Y = Vce = Vcc – Ic x RL Jadi untuk

Ic = 0, maka Vce = Vcc dan

untuk Vce = 0, maka diperoleh Ic = Vcc/RL Apabila harga-harga untuk Ic dan Ice sudah diperoleh, maka dengan menggunakan karakteristik transistor yang bersangkutan, akan diperoleh titik kerja transistor atau titik Q. Pada umumnya transistor berfungsi sebagai suatu switching (kontak on-off). Adapun kerja transistor yang berfungsi sebagai switching ini, selalu berada pada daerah jenuh (saturasi) dan daerah cut off (bagian yang diarsir pada Gambar 24). Transistor dapat bekerja pada daerah jenuh dan daerah cut off-nya, dengan cara melakukan pengaturan tegangan Vb dan

rangkaian pada basisnya (tahanan Rb) dan juga tahanan bebannya (RL). Untuk mendapatkan 36 on-off yang bergantian dengan periode tertentu, dapat dilakukan dengan memberikan tegangan Vb yang berupa pulsa, seperti pada Gambar 31.

(34)

Gambar 32. Pulsa Trigger dan Tegangan Output Vce Apabila Vb = 0, maka transistor off (cut off), sedangkan apabila

Vb=V1 dan dengan mengatur Rb dan R1 sedemikian rupa, sehingga menghasilkan arus Ib yang akan menyebabkan transistor dalam keadaan jenuh. Pada keadaan ini Vce adalah kira-kira sama dengan nol (Vsat = 0.2 volt). Bentuk output Vce yang terjadi pada Gambar 31. apabila dijelaskan adalah sebagai berikut (lihat Gambar 31 dan Gambar 32) : 1. Pada kondisi Vb = 0, harga Ic = 0, dan

berdasarkan persamaan loop : Vcc+ IcR1 + Vce= 0, dihasilkan Vce= +Vcc 2. Pada kondisi Vb = V1, harga Vce= 0 dan Iv = I saturasi Untuk mendapatkan arus Ic, (I saturasi) yang cukup besar pada rangkaian switching ini, umumnya RL didisain sedemikian rupa sehingga RL mempunyai tahanan yang kecil.

37 LEMBAR LATIHAN 1. Jelaskan pengertian dari bahan semikonduktor! 2. Apa arti dari elektron valensi? 3. Apa yang dimaksud dengan semikonduktor intrinsik? 4. Sebutkan beberapa contoh semikonduktor bervalensi tiga! 5. Bagaimanakah rumus mencari harga reaktansi induktif (XL) ? 6. Bagaimankah rumus mencari harga impedansi (Z) ? 7. Suatu induktor diberi sumber tegangan AC 100 Volt, arus yang mengalir 1 Ampere, jika diukur dengan Ohmmeter, induktor tersebut berharga 99 . Jika frekuensi sumber 50 Hz, berapakah kapasitas induktansi L.? 8. Apa arti kode warna resistor 5 gelang.? 9. Apa arti kode warna resistor 4 gelang.? 10. Apa arti kode 82 k  5% 9132 W pada resistor.? 11. Apa arti kode 5 W 22 R J pada resistor.? 12. Apa arti kode pada kapasitor: 562 J 100 V? 13. Apa arti kode pada kapasitor: 100 nJ? 14. Apa arti kode pada kapasitor: 10 F 50 V? 15. Apa arti kode pada kapasitor: 104 k 100 V? 16. Bagaimana dioda semikonduktor dibentuk? 17. Bagaimana arus pada dioda yang diberi bias mundur? 18. Bagaimana arus pada dioda yang diberi bias maju? 19. Sebutkan macam-macam penggunaan dioda semikonduktor ! 20. Jelaskan prinsip kerja penyearah setengah gelombang ! 21. Jelaskan prinsip kerja penyearah gelombang penuh dengan trafo CT! 22. Jelaskan prinsip kerja penyearah gelombang penuh sistem jembatan!

38 DAFTAR PUSTAKA Boylestad and Nashelsky. (1992). Electronic Devices and Circuit Theory, 5th ed. Engelwood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, Inc. Floyd, T. (1991). Electric Circuits Fundamentals. New York: Merrill Publishing Co. Herman DS. (1996). Elektronika: Teori dan Penerapan. Yogyakarta: FPTK IKIP Yogyakarta. Malvino, A.P. (1993). Electronic Principles 5th Edition. Singapore:

McGrawHill, Inc. Milman & Halkias. (1972). Integrated Electronics: Analog and Digital Circuits and Systems. Tokyo: McGraw-Hill, Inc. Savant, Roden, and Carpenter. (1987). Electronic Circuit Design: An Engineering Approach. Menlo Park, CA: The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc. Stephen, F. (1990). Integrated devices: discrete and integrated. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, Inc

39 2

Menganalisis Rangkaian Listrik

A. Objektif 1. Mendeskripsikan konsep rangkaian listrik 2. Menganalisis rangkaian listrik arus searah 3. Menganalisis rangkaian listrik arus bolak-balik 4. Menganalisis rangkaian kemagnetan B. Uraian Materi 1. Dasar Listrik Arus Bolak Balik (AC) a. Tegangan dan Arus Listrik Bolak-Balik Arus

(35)

(AC/alternating current)

adalah arus

listrik dimana besarnya dan arahnya arus berubah-ubah secara bolak-balik. Berbeda dengan arus searah dimana arah arus yang mengalir tidak berubah-ubah dengan waktu. Bentuk gelombang dari listrik arus bolakbalik biasanya berbentuk gelombang sinusoida, karena ini yang memungkinkan pengaliran energi yang paling efisien. Suatu bentuk gelombang tegangan listrik olak-balik dapat digambarkan seperti pada gambar 1 di bawah ini.

Gambar 33. Bentuk Gelombang Tegangan Listrik Bolak-Balik. 40

Pesamaan tegangan sesaat

 2π  v = Vm sin 2πft = Vm sin  t = Vm sin ωt T  Dimana v = Tegangan sesaat

Vm = Tegangan Maksimum ƒ = Frekuensi = 1/t (Hz)

T = Periode = waktu untuk satu gelombang ω = kecepatan sudut = 2πƒ = 2π/T = radian perdetik. Frekuensi dalam listrik AC merupakan banyaknya gelombang yang terjadi dalam satu detik. Jika waktu yang diperlukan oleh satu gelombang disebut periode (T) maka.

f =

1 1 atau T = T f

jika generator mempunyai P kutub dan berputar sebanyak N kali dalam satu menit, maka frekuensi mempunyi persamaan

f = PN 120 P

= Jumlah kutub generator N

= Jumlah putaran permenit (rpm).

(36)

memberikan informasi tentang tegangan dan arus. Sedangkan beda fase antara tegangan dan arus pada listrik arus bolak-balik memberikan informasi tentang sifat beban dan penyerapan daya atau energi listrik. Dengan mengetahui beda fase antara tegangan dan arus dapat diketaui sifat beban apakah resistif, induktif atau kapasitif.

41

c. Tegangan Efektif dan Arus Efektif Tegangan listrik arus bolak – balik yang diukur dengan multimeter menunjukan nilai tegangan efektif. Nilai tegangan dan arus efektif pada arus bolak – balik menunjukan gejala yang sama seperti panas yang timbul jika dilewati arus searah : Tegangan Efektif =

Tegangan Maksimum 2

= 0.707 Tegangan Maksimum Ief =

I mak 2 = 0.707 Imax

d. Respon Elemen 1) Resistor dalam arus bolak – balik. Rangkaian yang terdiri dari sebuah sumber tegangan bolak– baliik dan sebuah resistor seperti Gambar 2 di bawah

IR VR

V = Vm Sin ωt i = Im Sin ωt R

~ V = Vm Sin ωt

Gambar 34. Rangkaian R, Bentuk Phasor, dan Bentuk Gelombang Pada AC 42

Persamaan tegangan sumber V(t) = Vm Sin ωt Persamaan tegangan pada Resistor R v =iR v = tegangan sesaat i = arus sesaat R = resistansi

Sehingga i =

Vm Sin ωt R

i = Im Sin ωt Pada beban resistor murni tegangan dan arus mempunyai fasa sama (sefase). Daya sesaat ( p ) P = vi

(37)

= Vm Sin ωt .Im Sin ωt = Vm Im Sin 2 ωt = Vm Im ( 1 - Cos 2 ωt ) 2

=

Vm Im Vm Im Cos 2ωt 2 2

Untuk satu gelombang nilai rata – rata Vm Im Cos 2ωt = 0 2 Sehingga daya P= Vm Im Vm Im = x 2 2 2

P = V I watt V = Tegangan Efektif I = Arus Efektif 2) Induktor murni dalam arus bolak – balik

43

Bila tegangan bolak – balik dipasang pada induktor murni seperti, maka induktor menghasilkan ggl yang melawan sumber yang besarnya

V=L di dt VL L ~ IL

v = Vm Sin ωt Gambar 35. Rangkaian L dan Bentuk Pashor Pada AC. Tegangan Sumber v = Vm Sin ωt

sehingga: Vm Sin ωt = L di dt

Vm Sinωt dt L Vm i= Sinωt L ∫ Vm i= (−Cosωt ) ωL Vm π i= Sin (ωt − ) 2 ωL di =

Arus sesaat ( i ) maksimum Im = Vm π jika Sin (ωt - ) mempunyai ωL 2

nilai 1maka persamaan arus pada Induktor menjadi π I = Im Sin (ωt - ) 2 44

Arus ketinggalan dengan sudut π atau 90o . 2

(38)

Daya Sesaat: Bentuk gelombang tegangan dan arus pada induktor dapat dilihat dalam Gambar 4 berikut ini.

V = Vm Sin ωt π I = Im Sin(ωt - ) 2

Gambar 36. Bentuk Gelombang Tegangan dan Arus Pada Induktor P = vi π = Vm Im Sin ωt Sin (ωt -) 2 p = daya sesaat

Daya Untuk seluruh siklus 2π

Vm Im Sin 2ωt dt = 0 P=2 ∫0 Dari persamaan di atas dapat dijelaskan bahwa induktor murni tidak menyerap daya listrik hanya menyimpan energi listrik sesaat dalam jumlah terbatas.

3) Kapasitor dalam arus bolak – balik Rangkaian yang terdiri dari sebuah sumber tegangan bolak – baliik dan sebuah kapasitor seperti Gambar 5 di bawah.

45 IC i ~ VC

v = Vm Sinωt Gambar 37. Rangkaian C dan Bentuk Phasor Pada AC Tegangan sumber mempunyai persamaan v = Vm Sinωt

Muatan pada kapasitor q = Cv q = Muatan pada plat kapasitor C = Kapasitansi kapasitor V = Beda potensial/tegangan

Persamaan Arus i=

dq dCv = dt dt dCvVm sin ωt = dt = ωC Vm Cos ωt Vm π = Sin (ωt + ) 1/ωC 2 π i = Im Sin (ωt + ) 2 Dari persamaan tersebut terlihat bahwa arus mendahului tegangan dengan sudut

π atau 900 2

Daya: Daya sesaat pada kapasitor ( p ) P = vi 46

π = Vm Sinωt Im Sin (ωt + ) 2 V fase = Vm Im Sinωt Z =

(39)

fase

400 158 , 2 1 Vm Im Sinωt 2

daya untuk seluruh siklus 1 P= Vm Im 2 2π

∫ Sin 2ωt dt = 0 0

Dari persamaan di atas dapat dilihat bahwa kapasitor tidak menyerap daya listrik Karakteristik tegangan dan arus dari ketiga elemen pasif tersebut dapat dilihat dalam Tabel 1 berikut . Tabel 1. Karakteristik tegangan dan arus R, L, dan C

Elemen

Sudut fasa arus Diagram

Impedansi Dan tegangan V = V m Sin ωt R

Sefasa (sama fasa) i = Im Sin ωt i

L v

Arus tertinggal 900 atau π

B

(40)

2 XL= ωL = 2π π 2 ½π C R φ A XC = 1 1 = ωC 2π 47

2. Rangkaian Seri Arus Bolak Balik Beban Resistor dan Induktor Sebuah resistor R ohm dan

Induktor L henry diseri dan dihubungkan dengan sebuah sumber tegangan arus bolak – balik seperti Gambar 6 di bawah ini.

B VR VL ~ O A

Gambar 38. Rangkaian Dengan Beban R dan L Drop tegangan seperti terlihat pada ∆ OAB . Drop tegangan pada R = VR digambarkan oleh vektor OA, dan drop tegangan pada L = VL digambarkan oleh vektor AB. Tegangan Sumber V merupakan jumlah secara vektor dari VR dan VL V = VR 2 + VL 2 V = (IR ) 2 + (IX L ) 2 = I R 2 + X L 2 I =

V R 2 + XL2 Besaran

R 2 + X L 2 disebut impedansi ( Z ) dari rangkaian, yaitu : Z2 = R2 + XL2

Dari gambar di atas terlihat bahwa arus ketinggalan terhadap teganagn dengan sudut ∅ adalah : tg∅ =

(41)

48

a. Daya (P): Daya rata-rata yang diserap rangkaian RL merupakan hasil kali V dengan komponen I yang searah V = V I Cos ∅

P

Cos ∅ disebut faktor daya rangkaian Daya = Volt Ampere (VA) x Faktor Daya = VA x Cos ∅ Watt

Jika daya dala kilowatt maka KW = K VA x Cos ∅

P

= VI Cos ∅ = VI x (R/Z) = V/2 x I x P = I2 R P = I2 R watt

b. FAKTOR DAYA (Pf = Power Faktor) Faktor daya dapat dirumuskan 1) Kosinus beda fase antara arus dan tegangan. 2)

resistansi R = impedansi Z 3)

watt W kW = = Volt.Ampere VA kVA Sehingga Pf = Cos ∅ =

R W kW = = Z VA kVA

Jika digambarkan dengan segitiga daya seperti ditunjukkan oleh Gambar 9 berikut ini. Gambar 39. Segitiga Daya

49

Hubungan ke tiga jenis daya adalah sebagai berikut : S2 = P2 + Q2 kVA2 = kW2 + k VAR2 kW = kVA Cos ∅ kVAR =k VA Sin ∅

c. Beban Resistor dan Kapasitor Sebuah resistor R dan kapasitor C dihubungkan seri dan diberi tegangan bolak-balik, seperti ditunjukkan oleh gambar 10. R

C R ¬ XC Z

(42)

~ V VR ¬ I

VR VC I V

Gambar 40. Rangkaian RC Seri dan Diagram Phasornya.

VR = I R = drop tegangan pada R (fasa sama dengan nol). VC = I XC= drop tegangan pada C (ketinggalan terhadap I dengan sudut π/2) XC

= reaktansi kapasitif (diberi tanda negatif) karena arah VC pada sudut negatif Y I 50 V = VR + VC 2 2 V = (IR) 2 + (− IX C ) 2 = I R 2 + X C I = 2 V R 2 + XC 2

Z2 = R2 + XC2 disebut impedensi rangkaian. Dari gambar di atas terlihat bahwa I mendahului V dengan sudut ¬ di mana tg ¬ =

- XC R

Jika tegangan sumber dinyatakan dengan V = Vm Sinωt Maka arus dalam rangkaian R – C seri dapat dinyatakan dengan I = Im sin (ωt + ¬ )

d. Beban R – L – C Seri Sebuah rangkaian seri R-L-C diberi tegangan V seperti Gambar 11di bawah ini. I

VR VC ~

Gambar 41. Gambar R-L-C Seri I

(43)

VC I

VR = I R

= drop tegangan pada R sefasa dengan arus I VL = I XL

= drop tegangan pada L mendahului I dengan sudut 90 ° VC = I XC

= drop tegangan pada C ketinggalan dengan sudut 90 ° V

= tegangan sumber yang merupakan jumlah secara vektor 51

dari VR, VL dan VC, seperti terlihat dalam Gambar 12 berikut ini. Perhatikan gambar 12 berikut ini. Z V VL – VC XL – XC ¬ ¬ VR R -VC

XC Gambar 42. Diagram Phasor Tegangan V

=

VR + (VL − VC ) 2 Z

(44)

R 2 + (X L − X C ) 2 =

R 2 + X2

Beda fasa antara tegangan dan arus : Tg ¬ =

(X L - X C ) X = R R

Sedangkan faktor daya : Cos ¬ =

R = Z

R R + (X L − X C ) 2 2

Jika sumber tegangan diberikan V = Vm Sinωt Sehingga arus mempunyai persamaan : I = Im sin (ωt ± ¬ ) Tanda negatif bila arus ketinggalan terhadap tegangan, XL > XC atau beban bersifat induktif. 52

TSaudara positif bila arus mendahului tegangan, XL < XC atau beban bersifat kapasitif.

e. Resonansi RLC Seri. Resonansi pada rangkaian RLC seri terjadi jika besarnya reaktansi sama dengan nol. Hal ini terjadi bila nilai XL = XC. Frekuensi saat terjadinya resonansi disebut fo, maka : XL = XC 2πfoL = fo = 1 2πfoC 1 2π LC

f. Faktor Kualitas ϑ Faktor kualitas dalam rangkaian seri RLC adalah tegangan magnetisasi saat rangkaian berresonansi. Pada saat resonansi, besarnya arus maksimum : Im =

(45)

Nilai Tegangan pada induktor atau kapasitor = Im XL Nilai Tegangan sumber adalah V = Im R Jadi tegangan magnetisasi dinyatakan sebagai berikut : I mXL XL 2πfoL = = Im R R R Faktor kualitas ϑ= 2πfoL R Sehingga ϑ= 1 L ( ) R C di mana fo = 1 2π LC 53

Faktor kualitas juga dapat didefinisikan dalam bentuk : ϑ = 2π energi maksimal yang disimpan energi yang diserap dalam 1 perioda Sedangkan lebar band :

ω0 β= ϑ0

3. Rangkaian Paralalel Arus Bolak Balik Dalam rangkaian arus bolak-balik apabila beban dihubungkan paralel maka untuk menganalisis rangkaian tersebut dapat diselesaikan dengan beberapa cara, antara lain :

a. Metode Vektor. Misalkan rangkaian yang terhubung paralel terdiri dari dua cabang seperti ditunjukkan pada gambar 15 di bawah ini A I2 – R2

C B

Gambar 43. Rangkaian AC dengan Beban Terhubung Paralel. Dari cabang A diperoleh persamaan sebagai berikut : Z1 = I1 = Cos ∅1 =

R 2 + X 2L V = Z1 V R 2 + X 2L

(46)

R1 R atau ∅1 = Cos –1( 1 ) Z1 Z1 54

Dari cabang B diperoleh persamaan : Z2 = I2 = R 2 + X 2L

V = Z2 Cos ∅1 =

V R 2 + X C2 R2 R atau ∅1 = Cos –1( 2 ) Z2 Z2

Pada cabang A vektor arus tertinggal terhadap tegangan dengan sudut ∅1. Sedang pada cabang B vektor arus mendahului tegangan dengan sudut ∅2 dan arus I merupakan jumlah vektor dari I1 dan dapat dijelaskan dengan menggunakan gambar 16 berikut ini.

I2 ∅2 V ∅1

I1 Gambar 44. Gambar Vektor Rangkaian RLC Paralel.

Vektor arus I1 dan I2 mempunyai komponen ke sumber X (komponen aktif) dan komponen ke

sumber Y (komponen reaktif). Jumlah komponen aktif arus I1 dan I2 = I1 Cos ∅1 + I2 Cos ∅2 Jumlah komponen reaktif = I2 Sin ∅2 – I1 Sin ∅1 Sehingga besarnya arus total I dinyatakan dengan

persamaan; I = ( I1 Cos Φ1 + I 2 CosΦ 2 ) 2 + ( I 2 SinΦ 2 − I1SinΦ1) 2 Sedangkan sudut fase antara vektor tegangan V dan arus I dinyatakan dalam bentuk persamaan;

Φ = tg −1

I 2 SinΦ 2 − I1SinΦ1 I1 Cos Φ1 + I 2 CosΦ 2 55

b. Metode Admitansi. Model rangkaian seperti gambar 17 dapat dianalisis dengan metode admintansi sebagai berikut;

R1 L1 R2 L2 C R3

(47)

Gambar 45. Rangkaian dengan Beban Paralel. Z1 = R 12 + X 2L Y1 = 1 = Z1 g12 + (−b1 ) 2 Z2 = R 22 + X 2L 2 Y1 = 1 = Z2 g 22 + (−b 2 ) 2 Z3 = R 2 + X C2 Y1 = 1 = Z1 3 g 32 + ( b 3 ) 2 Y = Y1 + Y2 + Y3 Z= 1 Y

c. Resonansi Pada Rangkaian Paralel Jika rangkaian paralel dihubungkan dengan sumber tegangan yang frekuensinya berubah-ubah, maka pada frekuensi tertentu komponen arus reaktif jumlahnya akan nol. Pada kondisi ini rangkaian disebut beresonansi. Perhatikan Gambar 18 berikut ini. 56 I R IC L C I

(48)

IC IL Cos ∅1 Z V ∅1 ∅1 X R IL I2 Sin∅1

Gambar 46. Rangkaian RLC Paralel dan Diagram Phasor. Rangkaian beresonansi saat IC - IL Sin ∅ = 0 IL Sin ∅ = IC IL IC = V Sin ∅ Z = XL Z = V XC V XL V x = atau XL x XC = Z2 Z Z XC XL = ωL dan Xc = 1 ωC maka ωL = Z2 ωC 57 L = R2 + XL2 C = R2 + (2πf0L)2 2πf0 = 1 R2 − 2 LC L sehingga f0 =

(49)

1 2π

1 R2 − 2 LC L

Jika R diabaikan maka freakuensi resonansi menjadi f= 1 1 = sama seperti Resonansi Seri. ωC 2π

4. Rangkaian Tiga Fasa a. Tegangan dan Arus pada Hubungan Bintang ( Y ) Tegangan sistem tiga fase hubungan bintang terdiri dari empat terminal salah satunya titik nol. Urutan fase ada yang menyebut RST , a b c , atau fase I , II , III. Dalam hubungan bintang sumber tegangan tiga fase ditunjukkan oleh Gambar 20 di bawah ini. VT

VR = Vef ∠ 0 VTR VST

VS = Vef ∠ - 120 0 VT = Vef ∠ + 120 0 VR, VS dan VT disebut dengan tegangan N VS

VR fase

VRS Gambar 47. Diagram Phasor Sambungan Bintang Sedangkan

VRS = VR - VS

VST = VS - VT VTR = VT - VR Disebut dengan tegangan line ( vl ) VL = Vfase x 3

Berdasarkan gambar phasor di atas 58

VRS = VL ∠ 30 0 VTR = VL ∠ 150 0 VST = VL ∠ 900 0 Jika sumber tiga fase hubungan bintang dihubungkan dengan beban seimbang, sambungan bintang dapat digamabarkan sebagai berikut ( Gambar 21).

R IR N IN

(50)

S IS T IT

Gambar 48. Hubungan Bintang dengan Beban Seimbang Pada Hubungan Y – Y V L = Vf x

3 I = If

Pada beban seimbang IR + IS + IT = I N = 0 P = 3 X Vf I f cos φ Daya total sehingga Vf = VL 3 If = IL P = 3 VL VL cos φ

b. Arus dan Tegangan pada Sambungan Segitiga ( )

Sambungan segitiga dapat ditunjukkan oleh gambar 22 di bawah. 59

I1 = IR - IS IS IR I3 = IT – IR IT

I2 = IS – IT

Gambar 49. Sambungan Segitiga.

Pada sambungan segitiga Tegangan line = tegangan fase V L = Vf Arus line = IL =

(51)

3 arus fase 3 If

Jika beban seimbang besar arus line akan sama I1 = I2 =I3 =IL tetapi sudut fase berbeda 1200 listrik.

c. Daya pada sambungan segitiga Daya setiap fase P f = V f I f cos φ Daya total

P = 3 x Vf I f cos φ karena Vf = VL P = 3 Vf I f cos φ If =

IL 3 maka 60

LATIHAN

1. Hitunglah banyak putaran generator setiap detik bila diketahui sebuah pembangkit listrik tenaga air ( PLTA ) mempunyai generator dengan 20 kutub, untuk menghasilkan frekuensi 50 Hz ! 2. Hitunglah penunjukan voltmeter dari suatu tegangan bolak – balik gelombang sinus yang menunjukan 200 volt puncak - puncak jika dilihat CRO ! 3. Hitunglah arus yang mengalir pada lampu dan tahanan lampu bila lampu pijar 220 – 230 volt, 100 watt dipasang pada tegangan 225 volt. ! 4. Sebuah kompor listrik 225 volt, 900 watt mempunyai elemen pemanas 5 m. hitunglah arus dan tahanan elemen. Jika elemen pemanas putus, kemudian disambung sehingga panjangnya menjadi 4,8 m. hitunglah besar tahanan, arus dan daya kompor yang dipasang pada tegangan 225 volt ! 5. Hitunglah arus dan daya yang diserap oleh kapasitor, jika dua buah kapasitor 60 µF dan 40 µF diseri dan dipasang pada tegangan 220 V, 50 HZ !. 6. Sebuah kumparan mempunyai resistansi 80 Ω dan induktor 0,192 H dipasang pada tegagan 225 V, 50 H. Hitunglah : a. Arus yang mengalir b. Faktor daya c. Daya aktif, reaktif dan daya semu. 7. Sebuah rangkaian seri jika dihubungkan dengan tegangan 100 V DC menyerap daya 500 W jika dihubungkan dengan 100 V AC, 50 Hz menyerap daya 200 watt. Hitung besar resistensi dan induktansi. 8. Sebuah kapasitor 10 µF diseri dengan resistor 120 Ω dan dipasang pada tegangan 100 V, 50 Hz. Hitunglah : a. Arus b. Beda fasa antara arus dan tegangan. c. Daya yang diserap

61

9. Hitunglah besar R dan C dari suatu rangkaian seri R – c yang dihubungkan dengan tegangan 125 V, 60 Hz. Arus yang mengalir 2,2 A dan daya yang diserap 96,8 watt ! 10. Hitunglah besar C agar lampu pijar 750 watt,100 V mendapat tegangan yang sesuai, bila lampu tersebut digunakan pada tegangan 230 V, 60 Hz diseri dengan kapasitor. ! 11. Hitunglah kapasitansi kapasitor, induktansi, dan resistansi, jika diketahui sebuah resistor, kapasitor dan induktor variabel diseri dan

dihubungkan dengan sumber tegangan 200 V, 50 Hz. Arus maksimum 314 mA dan tegangan pada kapasitor 300 V ! 12. Sebuah kumparan mempunyai resistansi 8 Ω dan induktansi 0,0191 H diparalel dengan kapasitor 398 µF dan resistansi 6 Ω serta dihubungkan dengan tegangan 200 V, 50 Hz. 1,8 Ω

(52)

0,019 H 6Ω 398 F 200 V, 50 Hz

Hitunglah: a. Arus masing-masing cabang. b. Daya masing-masing cabang c. Arus total d. Sudut fase antara arus dan tegangan

62

13. Hitunglah arus total dan faktor daya dari rangkaian di bawah ini ! 3Ω 4Ω

8Ω 6Ω 100 V

14. Hitunglah frekuensi resonansi dari sebuah induktor yang mempunyai induktansi 0,25 H dan resistansi 50 ohm dan di paralel dengan kapasitor 4 µF? 15. Bagaimanakah hubungan antara tegangan phasa dengan tegangan line dari data yang diperoleh ? 16. Bagaimanakah hubungan antara arus phasa dengan arus line untuk percobaan di atas ? 17. Sumber tegangan tiga fase hubungan bintang dengan tegangan line 400 V dihubungkan dengan beban seimbang sambungan bintang yang setiap fase terdiri dari R = 40 Ω dan XL = 30 Ω. Hitunglah : a. Arus line b. Total daya yang diserap 18. Tiga buah kumparan yang sama masing–masing mempunyai resistansi 20 Ω dan indukatansi 5 H a. Hitunglah arus dan daya yang diserap jika kumparan disambung bintang dan dihubungkan dengan tegangan tiga fase dengan tegangan line 400 V, 50 Hz. ! b. Hitunglah arus dan daya yang diserap jika kumparan disambung segitiga. c.

63

19. Suatu sumber tegangan mempunyai persamaan sebagai berikut v=

311 sin 314 t. jika sumber tegangan tersebut diukur dengan multimeter, berapa besar tegangan yang ditunjukkan multimeter ? 20. Hitunglah arus dari sumber tegangan v = 311 sin 314 t yang dihubungkan dengan tahanan 100 ohm serta tentukan beda fase antara arus dan tegangan. 21. Hitunglah arus yang mengalir dan beda fase antara arus dengan tegangan dari sumber tegangan v = 311 sin 314 t yang dihubungkan dengan kapasitor 3,25 µF ! 22. Sebuah sumber tegangan v = 100 sin 314 t diberi beban kapasitor, arus yang mengalir 0,4 ampere, hitunglah kapasitansi dari kapasitor ! 23. Sebuah kumparan mempunyai resistansi 10 ohm dan induktansi 0,125 H. Jika kumparan dihubungkan dengan sumber tegangan 220 V, 25 Hz. Hitunglah impedansi, arus yang mengalir, dan daya yang diserap serta faktor daya ! 24. Hitunglah resistansi dan induktansi sebuah kumparan yang dihubungkan dengan tegangan 250 v, 50 Hz dan mengalirkan arus

10 A serta faktor

daya 0,8 ! 25. Sebuah rangkaian seri terdiri dari R = 10 Ohm, L == 100mH/π, C = 500 µF/π. Hitunglah a.

(53)

Arus yang megalir jika diberi tegangan 100 V, 50 Hz. b.

Faktor daya rangkaian. c.

Frekuensi yang menghasilkan resonansi.

26. Rangkaian seri terdiri dari R = 15 ohm, L = 4 H dan C = 25µF. Dihubungkan dengan tegangan 230 V. Hitunglah! a.

Frekuensi resonansi b.

Arus pada saat resonansi 64

27. Hitunglah arus total dan faktor daya dari rangkaian di bawah ini ! 5Ω 2Ω

6Ω 8Ω 200 V, 50 Hz

28. Sebuah sumber tiga fase yang mempunyai tegangan 400 V dihubungkan dengan beban tiga fase hubungan bintang yang tiap fase terdiri dari R = 4Ω dan XL = 3 Ω. Hitunglah arus jaringan dan daya yang diserap !

DAFTAR PUSTAKA

Edminister, Joseph A, Ir Soket Pakpahan, Teori dan soal-soal Rangkaian Listrik, Erlangga, Jakarta, 1988.

Hayat, William H, Kemmerly, Jack E, Pantur Silaban PhD, Rangkaian Listrik jilid I, Erlangga, Jakarta 1982.

Hayat, William H, Kemmerly, Jack E, Pantur Silaban PhD, Rangkaian Listrik jilid II, Erlangga, Jakarta 1982.

Theraja, Fundamental of Electrical Enginering and Electronics, S Chand & Co (PUT) LTD, New Delhi, 1976.

65 3 A.

(54)

Merawat dan Memperbaiki Peralatan Rumah Tangga Listrik

Objektif 1. Memahami jenis peralatan rumah tangga listrik yang menggunakan alat pemanas 2. Memahami prosedur perawatan peralatan rumah tangga listrik menggunakan alat pemanas listrik 3. Memahami jenis peralatan rumah tangga listrik yang menggunakan motor listrik. 4. Memahami prosedur perawatan peralatan rumah tangga listrik menggunakan motor listrik 5. Merawat

peralatan rumah tangga listrik yang menggunakan alat pemanas dan motor 6. Memahami data sheet komponen peralatan rumah tangga yang menggunakan alat pemanas dan motor listrik. 7.

Memahami cara perbaikan peralatan rumah tangga listrik. 8. Memperbaiki peralatan rumah tangga listrik yang menggunakan alat pemanas dan motor listrik. 9. Memeriksa hasil perbaikan

menggunakan alat ukur multimeter. 10. Melakukan uji fungsi hasil perbaikan

B.Uraian Materi 1. Peralatan Dasar untuk Perbaikan Peralatan Rumah Tangga Listrik. Untuk pekerjaan perbaikan peralatan, Saudara hanya memerlukan peralatan yang sederhana, peralatan mekanik dan listrik. Alat ini tidak mahal, mudah disiapkan, dan mudah menggunakannya; Saudara dapatmemiliki dan menyiapkannya di bengkel Saudara. Ada beberapa perlengkapan yang sangat 66 njlimet dibutuhkan untuk reparasi yang komplek, dan perlengkapan ini mahal tetapi itu gambaran untuk jangka panjang. Untuk banyak pekerjaan, bagaimanapun, peralatan sederhana sudahlah memadai. Belilah peralatan perbaikan peralatan Saudara karena Saudara

membutuhkannya, jika Saudara belum memilikinya. Keperluan yang sederhana. Pertama,Saudara akan memerlukan pemilihan obeng yang berkualitas baik minimal 3 ukuran untuk obeng stSaudarar, dan sebuah obeng jenis - Phillips. Tang kombinasi berhidung panjang juga vital. Saudara juga

membutuhkan palu sebuah palu genggam, baik kunci sekrup yang dapat distel, dan satu set kunci sok, pompa minyak, perlengkapan pisau, dan lampu gangguan Beberapa perlengkapan listrik sederhana juga diperlukan pengepas patron, tang pengupas kabel dan alatsolder,jumper, dan tahanan lilitan kawat 20 k/2W, untuk bekerja pada motor kapasitor. Tahanan tidak mahal dan banyak didapat di toko alat-alat TV. Semua peralatan listrik Saudara harus terisolasi dengan tangan. Untuk bekerja dengan peralatan kecil, Saudara membutuhkan peralatan yang sama; Saudara juga membutuhkan obeng yang lebih kecil. Tang kombinasi circlip, untuk membuka penahan clip pada rakitan gear, adalah berguna, tetapi tidak harus; obeng akan sering dipakai untuk hal yang sejenis. Bahanyang dibutuhkan untuk bekerja pada peralatan kecil termasuk tahanan-minyak panas,

digunakan untuk peralatan yang menghasilkan panas, minyak-gear silikon, diperoleh pada tempatreparasi peralatan; dan pembersih kontak listrik, dapat diperoleh di tempat reparasi

peralatan dan suplier peralatan listrik. Saudara juga membutuhkan kertas gosok yang sangat baik (No. 0000), steel wool untuk membersihkan kotak kontak listrik, dan kain pembersih. 2. Peralatan untuk Pengetesan Listrik Banyak reparasi peralatan yang juga memerlukan pengetesan listrik untuk mendiagnose permasalahan secara teliti. Minimal 80% dari waktu akan

67 Saudara gunakan untuk menemukan titik kesalahan peralatan dengan bantuan ‘tabel pencari kesalahan’ pada bagian lain, dan hasilnya dipakai untuk mereparasi. Tetapi 20% dari waktu yang lain, Saudara perlukan 1 dari 3 piranti tes kelistrikan untuk menentukan letak kesalahan: sebuah tester tegangan, tester sambungan, atau sebuah AVO (Amper-Volt-Ohm meter). Dengan

perlengkapan ini Saudara harus dapat menjelaskan bahwa arus listrik mengalir melewati

bagian peralatan

(55)

yang Saudara diagnosis

ketidakfungsiannya. Contoh peralatan AVO meter bias dilihat pada gambar dibawah : tester tegangan

AVO Meter

tester sambungan

Gambar 50. Piranti testing AVO meter dan kelengkapannya.

a. Pengetes (Tester) Tegangan. Tester tegangan adalah alat yang paling sederhana dari ketiga jenis alat ini. Alat ini terdiri dari lampu neon kecil dengan dua sambungan kawat

yangterisolasipadabagian bawah dari rumah (lampu) ; setiap ujung kawat terdapat sebuah logam probe-tes. Tester tegangan ini digunakan dengan hidupnya arus, untuk menentukan adakah arus yang mengalir melalui kawat

68 dan untuk mengetes kelayakan pembumian. Kadang-kadangjuga digunakan untuk mengetahui apakah tegangan yang ada memadai. Carilah tester yang mempunyai daerah kerja (range tegangan) di atas 500 volt. Untuk menggunakan tester tegangan, tempelkan atau sambungkan salah satu probe pada kawat dan probe yang lain untuk kabel yang berbeda. Jika komponen sedang menerima listrik, lampu di dalam bola akan memijar; jika lampu tidak memijar, kesalahan ada di titik ini. Sebagai contoh, jika Saudara mencurigai bahwa kotak-kontak ada kesalahan, masukkan salah satu probe tester ke dalam lubang KK, dan probe yang lain masuk dalam lubang KK yang lain. Lampu tester akan segera menyala, jika tidak, KK mungkin rusak. Untuk melanjutkan tes KK, keluarkan KK dari tembok. Tempatkan salah satu probe tester pada sambungan terminal sekrup dan probe yang lain pada terminal sekrup yang lain. Jika bola pijar tester menyala, Saudara tahu bahwa KK tidak

berfungsi lagi ada arus mengalir ke KK, tetapi aliran tidak melewati KK untuk menyediakan daya ke peralatan. Jika lampu tidak menyala, tidak ada arus yang masuk ke KK. Masalahnya mungkin

sekering putus atau CB trip, atau kawat mungkin terputus atau kerusakan di belakang KK. b. Pengetes (Tester) Sambungan. Tester sambungan, pada pokoknya adalah alat diagnosis untuk perbaikan beberapa peralatan, terdiri dari sebuah baterai di dalam bodi, dengan sebuahprobe-testerhubungke salah satu ujung akhir pada rumah baterai dan kawat tes dengan sebuah kepala kekang dihubungkan pada ujungnya. Tester sambungan ini digunakan dengan kondisi arus mati, untuk menentukan kembali komponen listrik yang masih baik dan dimana letak kegagalan

fungsinya. Untuk menggunakan tester sambungan, steker tidak diperlukan dan lepaskan saja untuk mendapatkan pengetesan pada komponen.

69 Kekang-pengikat tester ke salah satu kawat atau disambungkan pada komponen dan tempelkan (sambungkan)probe ke kawat yang lain. Jika komponen menerima aliran listrik dari tester, tester akan menyala atau berdengung; rangkaian terhubung. Jika tester tidak menyala atau berdengung, atau jika reaksinya hanya sesaat, komponen rusak.

c. Ampere-Volt-Ohm mater (AVO meter). Tester tegangan dan tester sambungan sudah memadai untuk berbagai pekerjaan diagnosis, dan alat-alat itu tidak mahal. Tetapi untuk reparasi dan pencari kesalahanperalatanyang agak berat,Saudaraharus memiliki AVO meter, juga dikenal sebagai

Referensi

Dokumen terkait

Berdasarkan hasil penelitian dan perhitungan yang telah dilakukan dengan menggunakan komputer program SPSS for Windows 16.00 serta bantuan Microsoft Excel didapatkan penggunaan

Daya tarik potensi yang dimiliki kawasan tersebut memang cukup besar, kemudahan akses untuk menuju Wisata Permandian Alam Baruttung dan dilengkapi sarana dan

Berdasarkan teori sejarah pemikiran (the history of idea) dan teori relasionisme sosiologi pengetahuan, penulis sampai kepada kesimpulan bahwa terjadinya perdebatan

Berdasarkan analisis pada hasil focus group discussion dan analisis instrumen ditemukan ada beberapa pandangan terkait dengan upaya pencegahan kekerasan dalam rumah

Apakah faktor-faktor yang menyebabkan keterlambatan waktu pelaksanaan proyek yaitu aspek perencanaan dan penjadwalan pekerjaan, aspek lingkungan dan dokumen

Pengadilan merupakan ketentuan dari Peraturan Mahkamah Agung Nomor 1 Tahun 2016 Tentang Prosedur Mediasi di Pengadilan, ketentuan ini tidak boleh diabaikan oleh

Pada gambar 3 terlihat bahwa semakin cepat laju aliran udara primer yang dialirkan ke dalam ruang bakar, maka akan semakin cepat pula perubahan bahan bakar

Untuk pergerakan naik, resisten kunci ada di sekitar area 1.3450, break konsisten ke atas area tersebut dapat menjadi ancaman bagi outlook bearish dan