teori rangkaian - 2 - Emi Iryanti
advertisement
KOMPONEN PASIF ELEKTRONIKA S1 Informatika ST3 Telkom Purwokerto Contents • Resistor • Kapasitor • Induktor Discussion Question: Jelaskan apa yang dimaksud dengan komponen pasif? Komponen Pasif: Komponen yang tidak dapat menguatkan dan menyearahkan sinyal listrik serta tidak dapat mengubah suatu energi ke bentuk lainnya. Objectives • Mahasiswa mampu memahami sifat dan karakteristik komponen pasif elektronika terhadap arus dan tegangan • Mahasiswa mampu menyelesaikan permasalahan rangkaian seri paralel dari komponen RLC 1. Resistor • Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk membatasi jumlah arus. Terbuat dari bahan carbon. Satuannya Ohm (Ω). • Nilai Resistor biasanya diwakili dengan Kode angka ataupun Gelang Warna yang terdapat di badan Resistor. Hambatan Resistor sering disebut juga dengan Resistansi atau Resistance. Pada Resistor berlaku Hukum Ohm V = I.R • Karakterisistik dan spesifikasi utama resistor adalah resistansi dan daya listrik/disipasi daya yang dibuang (lebih tepatnya diubah menjadi panas). • Semakin besar ukuran fisik suatu resistor bisa menunjukkan semakin besar kemampuan disipasi daya resistor tersebut. • Disipasi daya adalah pemborosan daya listrik oleh resistor. Disipasi daya ini bisa dihitung dengan menggunakan rumus P = V. I • Umumnya di pasar tersedia ukuran 1/8 , ¼ , ½, 1, 2, 5, 10 dan 20 watt. Resistor (cont) • Macam – macam resistor : Fixed Resistor a. Metal Film Resistor b. Metal Oxide Resistor c. Carbon Film Resistor d. Ceramic Encased Wirewound e. Economy Wirewound f. Zero Ohm Jumper Wire g. S I P Resistor Network Variable Resistor a. Potensiometer : » a.1. Linier » a.2. Logaritmis b. Trimer-Potensiometer c. LDR (Light Dependent Resistor) c. Thermister : – c.1. NTC ( Negative Temperature Coefisient ) – c.2. PTC ( Positive Temperature Coefisient ) Gambar dan Simbol Resistor : Macam – Macam Resistor dan Penggunaannya 1. Fixed Resistor Merupakan resistor yang mempunyai nilai tetap. Ciri fisik dari resistor ini adalah bahan pembuat resistor terdapat di tengah-tengah dan pada pinggirnya terdapat conducting metal, biasanya kemasan seperti ini disebut dengan axial. Ukuran fisik fixed resistor bermacam-macam tergantung pada daya resistor yang dimilikinya. Dari yang paling atas dapat dilihat bentuk fisik dari resistor dengan daya 1/8, ¼, 1, 2, dan 5 watt. Seiring dengan perkembangan teknologi saat ini, diciptakanlah sebuah teknologi baru yang disebut dengan SMT (Surface Mount Technology). Dengan menggunakan teknologi ini bentuk dari fixed resistor menjadi lebih kecil lagi, sehingga kita dapat membuat suatu sistem yang mempunyai ukuran sekecil mungkin. Gambar 1 Macam – Macam Resistor dan Penggunaannya Precion Wirewound resistor Gambar 2 Merupakan tipe resistor yang mempunyai tingkat keakuratan sangat tinggi sampai 0.005 dan TCR (Temperature coeffisient of resistance) sangat rendah. Sangat cocok digunakan untuk aplikasi DC yang membutuhkan keakuratan yang sangat tinggi. Tetapi jangan menggunakan jenis ini untuk aplikasi rf (radio frequency) sebab mempunyai Q resonant frequency yang rendah. Contoh aplikasi penggunaan resistor ini adalah DC Measuring equipment, dan reference resistor untuk voltage regulators dan decoding Network. NIST Standard resistor NIST (National Institute of Standard and Technology) merupakan tipe resistor dengan tingkat keakuratan paling tinggi yaitu 0.001% ,TCR yang rendah dan sangat stabil dibandingkan dengan Precision Wirewound Resistor. Komponen ini biasanya digunakan sebagai standard di dalam verifikasi keakuratan dari suatu alat ukur resistive. Macam – Macam Resistor dan Penggunaannya Power Wirewound resistor Gambar 3 Biasanya resistor ini digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan daya yang yang sangat besar. Komponen ini dapat mengatasi daya yang besar dibandingkan dengan resistor yang lain. Karena panas yang ditimbulkan cukup besar biasanya resistor ini dilapisi oleh bahan seperti Ceramic Tube, Ceramic rods, anodized aluminum, fiberglass mandels, dll . Gambar disamping merupakan contoh dari Power Wirewound resistor. Fuse resistor Gambar 4 Komponen ini selain berfungsi sebagai resistor, juga berfungsi sebagai sekering. Resistor ini didesain sedemikian rupa sehingga bila ada arus yang sangat besar melaluinya maka hambatannya menjadi tak terhingga. Pada kondisi normal suhu dari resistor ini akan panas ketika ada arus yang melaluinya. Macam – Macam Resistor dan Penggunaannya Carbon Composition Gambar 5 Ini merupakan salah satu tipe resistor yang banyak sekali dijual dipasaran. Biasanya untuk nilai hambatan yang besar, misalnya 1K2, 2K2, 4K7, dll mudah mencarinya. Tetapi untuk nilai hambatan yang kecil, misalnya 2Ω, 3Ω, dll susah dicari. Resistor ini memiliki koefisien temperature dengan batas 1000 ppm/°C terhadap nilai hambatannya, dimana nilai hambatannya akan turun ketika suhunya naik. Selain itu resistor juga memiliki koefisien tegangan, dimana nilai hambatan akan berubah ketika diberi tegangan. Semakin besar tegangan maka semakin besar perubahannya. Voltage Rating dari resistor Carbon Composition ditentukan berdasarkan ukuran fisik, nilai, dan dayanya. Pada saat menggunakan resistor jenis ini diharapkan agar berhati – hati didalam perancangan, karena dapat menghasilkan noise dimana noise ini tergantung pada nilai dari resistor dan ukurannya. Macam – Macam Resistor dan Penggunaannya Carbon Film resistor Resistor jenis ini mempunyai karakteristik yang sama dengan resistor carbon composition tetapi noise, voltage coeficient, temperature coeficient nilainya lebih rendah. Carbon Film Resistor dibuat dengan memotong batangan keramik yang panjang dan kemudian dicampur dengan material karbon. Gambar 6 Frekuensi respon dari resistor ini jauh lebih bagus dibandingkan dengan wirewound dan lebih bagus lagi dibandingkan dengan carbon composition. Dimana wirewound akan menjadi suatu induktansi ketika frekuensinya rendah dan akan menjadi kapasitansi apabila frekuensinya tinggi. Dan untuk carbon composition hanya menjadi kapasitansi apabila dilalui oleh frekuensi tinggi dan frekuensi rendah. Metal Film resistor Gambar 7 Metal Film resistor merupakan pilihan terbaik dari jenis resistor Carbon composition dan carbon film. Resistor ini lebih akurat, tidak mempunyai voltage coefisient, noise dan temperature coefisient yang lebih rendah. Tetapi resistor ini tidak sebagus jenis resistor Precision wirewound. Bahan dasar pembuat dari resistor ini adalah metal dan keramik, mirip seperti yang digunakan untuk membentuk carbon film resistor. Macam – Macam Resistor dan Penggunaannya Foil resistor Resistor ini mempunyai karakteristik yang sama dengan jenis metal film. Kelebihan utama dibandingkan dengan metal film adalah tingkat kestabilannya yang lebih tinggi, TCR paling kecil, dan frek respon tinggi. Selain kelebihan terdapat pula kelemahan yaitu nilai maksimum dari resistor ini lebih kecil dari nilai resistor metal film. Resistor ini biasanya dipakai di dalam strain gauge, nilai strain dapat diukur berdasarkan perubahan nilai resistansinya. Ketika digunakan sebagai strain gauge, foil-nya dipasangkan di suatu substrate fleksibel sehingga dapat dipasang didaerah tempat pengukuran strain dilakukan. Power Film resistor Material yang digunakan untuk membuat resistor ini sama dengan jenis metal film dan carbon film. Tetapi karakteristik dayanya lebih tinggi. Power film resistor mempunyai nilai yang lebih tinggi dan respon frekuensi yang lebih baik dibandingkan Power wirewound resistor. Banyak digunakan untuk aplikasi power karena membutuhkan frekuensi respon yang baik, daya yang tinggi dan nilai yang lebih besar daripada power wirewound resistor. Komponen ini memiliki toleransi yang cukup lebar. Macam – Macam Resistor dan Penggunaannya 2. Variable Resistor Terdapat dua tipe. Tipe pertama dinamakan variable resistor dan nilainya dapat diubah sesuai keinginan dengan mudah dan sering digunakan untuk pengaturan volume, bass, balance, dll. Sedangkan yang kedua adalah semi-fixed resistor. Nilai dari resistor ini biasanya hanya diubah pada kondisi tertentu saja. Contoh penggunaan dari semi- fixed resistor adalah tegangan referensi yang digunakan untuk ADC, fine tune circuit, dll. Ada beberapa model variable resistor yang harus diputar berkali – kali untuk mendapatkan semua nilai resistor. Model ini dinamakan “Potentiometers” atau “Trimmer Potentiometers”. Gambar 8 Pada gambar 8 untuk bentuk 3 biasanya digunakan untuk volume kontrol. Bentuk yang ke 2 merupakan semi fixed resistor dan biasanya di pasang pada PCB (Printed Circuit Board). Sedangkan bentuk 1 disebut juga trimmer potentiometers. Macam – Macam Resistor dan Penggunaannya 3. CDS (Cadmium Sulfide Photocell) Gambar 9 Jenis resistor ini perubahan nilainya tergantung pada banyaknya cahaya yang mengenai dirinya. Biasanya resistor ini juga disebut LDR (Light Depend Resistor). Banyak sekali tipe dari komponen ini tergantung pada sensitivitas cahaya, ukuran, nilai hambatan, dll. Gambar 9 salah satu bentuk CDS photocell. CDS ini mempunyai diameter 8 mm, tinggi 4 mm, dengan bentuk silinder. Pada kondisi ruangan yang terang nilai hambatannya adalah 200 ohm, sedangkan saat kondisi ruangan gelap maka nilai hambatannya 2M ohm. 4. Termistor (Thermally Sensitive Resistor Gambar 10 Resistor ini nilai hambatannya berubah berdasarkan suhu dan biasanya digunakan untuk sensor suhu. 3 tipe termistor yaitu: • NTC ( Negative Temperature Coefficient Thermistor ) Pada saat suhu disekitarnya naik nilai hambatannya menurun. • PTC ( Positive Temperature Coefficient Thermistor ) Pada saat suhu disekitarnya naik nilai hambatannya naik. • CTR ( Critical Temperature Resistor ) Nilai hambatannya akan menurun dengan cepat ketika suhu disekitarnya naik diatas suhu yang specific point. Identifikasi Nilai Resistor Untuk mengetahui nilai resistansi dari suatu resistor caranya adalah dengan membaca warna gelang atau membaca suatu nilai yang tertera pada badan resistor. Gambar 11 Metoda ini memiliki 10 warna standard yang dapat dilihat pada gambar 11 paling kiri. Untuk resistor dengan 4 warna gelang, 2 pertama adalah nilainya yang ketiga adalah faktor 10n dan yang keempat adalah toleransinya. Misalnya gelang pertama adalah merah berarti nilainya = 2, gelang kedua ungu sehingga nilainya = 7, gelang ketiga oranye maka faktor 10n = 103 = 1000 dan gelang keempat adalah emas berarti toleransinya = 5%, maka nilai resistansinya adalah 27000W = 27KW 5%. Untuk perhitungan nilai resistor dengan jumlah gelang 5 dan 6 hampir, sama dengan menghitung nilai resistor pada 4 gelang. Bedanya hanya pada faktor 10n dimana untuk jumlah gelang 5 dan 6 terletak pada gelang nomor 4 dan 5. Untuk gelang ke 6 merupakan nilai koefisien suhu dari resistor. Identifikasi Nilai Resistor Identifikasi Nilai Resistor Gambar 12 Suhu tersebut diukur dalam PPM/C Part Per Milion per degree Centigrade. Semakin kecil bentuk resistor sangatlah sulit untuk mamasukkan semua gelang pada badan resistor. Oleh karena itu dibuatlah sebuah cara agar nilai resistor tersebut dapat diketahui, cara ini disebut sebagai “Alphanumeric Code Identification “. Pada metoda ini nilai dari resistor dituliskan ke badan resistor dengan jumlah 3 angka seperti yang terlihat pada gambar di atas. Perhitungan untuk nilai resistansi sama dengan perhitungan dengan memakai gelang. Hanya saja faktor 10n terletak pada karakter tiga sedangkan yang keempat 10 merupakan toleransinya. Contoh pada gambar adalah komponen resistor dengan kemasan SIL (Single In Line) Network tertulis nilai 473K. Karena bilangan ketiganya tertulis 3 maka faktor n = 103 = 1000. jadi nilai resistansinya adalah 47000 W. Karena karakter ke 4 merupakan huruf K maka toleransinya = ±10%. Macam macam huruf yang menyatakan toleransi adalah sebagai berikut: M = ±20%, K = ±10%, J = ±5%, G = ±2%, F = ±1%. Resistor sebagai Penghambat Arus Pada gambar sebelah kiri, terdapat rangkaian yang memberikan arus sebesar 2 mA. Jika pada rangkaian disisipkan resistor 10 K ohm (gambar kanan), akan memberikan arus 1 mA. Nampak bahwa pemasangan resistor tersebut akan membatasi arus. Oleh karena tak dapat menguatkan sinyal, maka resistor termasuk komponen pasif. 2. Kapasitor • Kapasitor ialah komponen elektronika yang mempunyai kemampuan menyimpan electron-elektron selama waktu tertentu. • Besarnya kapasitansi dari kapasitor dinyatakan dalam farad. • Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. • Fungsi-fungsi Kapasitor (Kondensator) diantaranya adalah dapat memilih gelombang radio pada rangkaian Tuner, sebagai perata arus pada rectifier dan juga sebagai Filter di dalam Rangkaian Power Supply (Catu Daya). • Bahan dielektrik yang umum misalnya udara vakum, keramik, gelas dll. • Kemampuan untuk menyimpan muatan listrik pada kapasitor disebut dengan kapasitansi atau kapasitas. Discussion Question: Apa perbedaan Kapasitor dengan Accumulator? Sifat Kapasitor • Sifat Kapasitor 1. Dapat menyimpan energi listrik, tanpa disertai reaksi kimia 2. Tidak dapat dilalui arus listrik DC dan mudah dilalui arus bolakbalik 3. Bila kedua keping dihubungkan dengan beda potensial, masingmasing bermuatan listrik sama besar tapi berlawanan tanda. Simbol Kapasitor -Q +Q + V Kapasitas Kapasitor -Q +Q • Kapasitas kapasitor (C) menunjukkan besar muatan listrik pada masing-masing keping bila kedua keping mengalami beda potensial 1 volt V + Q C V V Q = nilai muatan listrik pada masingmasing keping V = beda potensial listrik antar keping ( volt) C = kapasitas kapasitor (Farad = F ) Kegunaan Kapasitor • Untuk menghindari terjadinya loncatan listrik pada rangkaian2 yang mengandung kumparan bila tiba2 diputuskan arusnya. • Rangkaian yang dipakai untuk menghidupkan mesin mobil • Untuk memilih panjang gelombang yang ditangkap oleh pesawat penerima radio. Jenis-jenis Kapasitor diantaranya adalah : • Kapasitor yang nilainya Tetap dan tidak ber-polaritas. Jika didasarkan pada bahan pembuatannya maka Kapasitor yang nilainya tetap terdiri dari Kapasitor Kertas, Kapasitor Mika, Kapasitor Polyster dan Kapasitor Keramik. • Kapasitor yang nilainya Tetap tetapi memiliki Polaritas Positif dan Negatif, Kapasitor tersebut adalah Kapasitor Elektrolit atau Electrolyte Condensator (ELCO) dan Kapasitor Tantalum • Kapasitor yang nilainya dapat diatur, Kapasitor jenis ini sering disebut dengan Variable Capasitor. Gambar dan Simbol Kapasitor : Hubungan Kapasitor a. Hubungan Seri Q Vab ; C1 Q Vbc ; C2 Q Vcd ; C3 Q Vad Cs 1 1 1 1 Cs C1 C2 C3 Kapasitor yang dihubungkan seri akan mempunyai muatan yang sama. Q Q1 Q2 Q3 b. Hubungan Paralel Q1 C1V ; Q2 C2V ; Q3 C3V ; Q C pV ; C p C1 C2 C3 Kapasitor yang dihubungkan paralel, tegangan antara ujung2 kapasitor adalah sama, sebesar V. Energi Kapasitor Sesuai dengan fungsinya, maka kapasitor yang mempunyai kapasitas besar akan dapat menyimpan energi yang lebih besar pula. Persamaannya : W 12 CV 2 12 QV Rangkaian Kapasitor • Rangkaian seri 1. Kapasitas gabungan kapasitor (Cg ), kapasitas kapasitor pertama (C1), kapasitor kedua (C2) memenuhi : 1 1 1 Cg C1 C 2 +Q1 -Q1 + +Q2 V -Q2 2. Muatan listrik yang tersimpan pada rangkaian = muatan listrik pada masingmasing kapasitor. Q = Q1 + Q2 dan Q1 = Q2 3. Tegangan listrik antar ujung rangkaian(V), tegangan pada kapasitor pertama(V1 ) dan kapasitor kedua(V2 ) memenuhi: V = V 1 + V2 Rangkaian Kapasitor • Rangkaian seri 1. Kapasitas gabungan kapasitor : Contoh +Q -Q C1 = 2 F +Q -Q C2 = 3 F V = 6 volt + 1 1 1 3 2 Cg 2 3 6 Cg = 6/5 = 1,2 F 2. Muatan listrik pada rangkaian = 1,2 F x 6V = 7,2 C Pada kapasitor satu = 7,2 C Pada kasitor kedua = 7,2 C 3. Tegangan liatrik pada kapasitor satu = 3,6 V Pada kapasitor dua = 2,4 V Rangkaian Kapasitor • Rangkaian paralel +Q1 1. -Q1 2. 3. +Q2 + V -Q2 Tegangan pada kapasitor pertama (V1), kapasitor kedua (V2) dan tegangan sumber (V) masing-masing sama besar. V1 = V2 = V Muatan listrik yang tersimpan pada rangkaian memenuhi Q = Q 1 + Q2 Kapasitas gabungan kapasitor mmenuhi : Cg = C1 + C2 Rangkaian Kapasitor • Rangkaian paralel 1. Contoh +Q1 -Q1 2. 3. C1 = 2 F +Q2 -Q2 C2 = 3 F V =+ 6 volt Tegangan pada kapasitor pertama (V1) dan kapasitor kedua (V2) adalah V1 = V2 = 6 volt Kapasitas gabungan kapasitor adalah Cg = C1 + C2 = 2F + 3F = 5F Muatan listrik yang tersimpan pada rangkaian memenuhi Q = Cg xV = 5F x 6V = 30C Q1 = C1 x V = 2Fx6V = 12C Q2 = C2 x V = 3Fx6V = 18C Kapasitor (Cont) • Macam – macam kapasitor – Kapasitor tetap merupakan kapasitor yang mempunyai nilai kapasitas yang tetap. – Simbolnya • besarnya nilai kapasitas atau kapasitansi pada kapasitor dapat dibaca melalui kode angka pada badan kapasitor tersebut yang terdiri dari 3 angka. • Angka pertama dan kedua menunjukkan angkaatau nilai, angka ketiga menunjukkan faktor pengali atau jumlah nol, dan satuan yang digunakan ialah pikofarad (pF). – Contoh : • Pada badan kapasitor tertulis angka 103 artinya nilai kapasitas dari kapasitor tersebut adalah 10x103 pF = 10 x 1000 pF = 10nF = 0,01 mF. Kapasitor (Cont) • Kapasitor tetap yang memiliki nilai lebih dari atau sama dengan 1mF adalah kapasitor elektrolit (elco). Kapasitor ini memiliki polaritas (memiliki kutub positif dan kutub negatif) dan biasa disebutkan tegangan kerjanya. • Misalnya : 100mF 16 V artinya elco memiliki kapasitas 100mF dan tegangan kerjanya tidak boleh melebihi 16 volt. • Simbol Elco : Kapasitor (Cont) • Kapasitor tidak tetap : adalah kapasitor yang memiliki nilai kapasitansi atau kapasitas yang dapat diubah-ubah. Kapasitor ini terdiri dari : – a. Kapasitor Trimer : Kapasitor yang nilai kapasitansinya dapat diubah-ubah dengan cara memutar porosnya dengan obeng. • Simbol Trimmer : – b. Variabel Capasitor (Varco) : Kapasitor yang nilai kapasitansinya dapat diubah-ubah dengan memutar poros yang tersedia. (bentuk menyerupai potensiometer) • Simbol Varco : Induktor • Induktor atau Coil adalah Komponen Elektronika Pasif yang terdiri dari susunan lilitan Kawat yang membentuk sebuah Kumparan. • Induktor dapat menimbulkan Medan Magnet jika dialiri oleh Arus Listrik. • Medan Magnet yang ditimbulkan tersebut dapat menyimpan energi dalam waktu yang relatif singkat. • Dasar dari sebuah Induktor adalah berdasarkan Hukum Induksi Faraday. • Kemampuan Induktor dalam menyimpan Energi Magnet disebut dengan Induktansi yang satuan unitnya adalah Henry (H). Satuan-satuan turunan dari Henry diantaranya adalah milihenry (mH) dan microhenry (µH). • Nilai Induktansi sebuah Induktor tergantung pada 4 faktor, diantaranya adalah : – – – – Jumlah Lilitan, semakin banyak lilitannya semakin tinggi Induktasinya Diameter Induktor, Semakin besar diameternya semakin tinggi pula induktansinya Permeabilitas Inti, yaitu bahan Inti yang digunakan seperti Udara, Besi ataupun Ferit. Ukuran Panjang Induktor, semakin pendek inductor semakin tinggi induktansinya. Gambar dan Simbol Induktor Jenis Induktor • Berdasarkan bentuk dan bahan inti-nya, Induktor dibagi menjadi beberapa jenis, diantaranya adalah : – – – – Air Core Inductor – Menggunakan Udara sebagai Intinya Iron Core Inductor – Menggunakan bahan Besi sebagai Intinya Ferrite Core Inductor – Menggunakan bahan Ferit sebagai Intinya Torroidal Core Inductor – Menggunakan Inti yang berbentuk O Ring (bentuk Donat) – Laminated Core Induction – Menggunakan Inti yang terdiri dari beberapa lapis lempengan logam yang ditempelkan secara paralel. Masing-masing lempengan logam diberikan Isolator. – Variable Inductor – Induktor yang nilai induktansinya dapat diatur sesuai dengan keinginan. Inti dari Variable Inductor pada umumnya terbuat dari bahan Ferit yang dapat diputar-putar. Fungsi Induktor dan Aplikasinya • Fungsi-fungsi Induktor atau Coil diantaranya adalah dapat menyimpan arus listrik dalam medan magnet, menapis (Filter) Frekuensi tertentu, sebagai alat kopel (penyambung), menahan arus bolak-balik (AC), meneruskan arus searah (DC) dan pembangkit getaran serta melipatgandakan tegangan. • Berdasarkan Fungsi diatas, Induktor atau Coil ini pada umumnya diaplikasikan : – – – – – – – Sebagai Filter dalam Rangkaian yang berkaitan dengan Frekuensi Transformator (Transformer) Motor Listrik Solenoid Relay Speaker Microphone • Induktor sering disebut juga dengan Coil (Koil), Choke ataupun Reaktor. Rangkaian Induktor • Rangkaian Seri, berlaku rumus : – iL1 = iL2 = iL3 – VT = VL1 + VL2 + VL3 • Rangkaian Paralel – VAB = VL1 = VL2 = VL3 – iT = iL1 + iL2 + iL3 Terimakasih… Every journey begins with a first step.
