sesi-2_KomElek1

Sesi-02 KOMPONEN ELEKTRONIKA 1
2.1
2 -1
Tujuan
Mengenal dan memahami prinsip dasar Resistor, Kapasitor, Transistor, Dioda, LED,
beserta sifat-sifatnya.
2.2
Dasar Teori
2.2.1
Resistor
Resistor merupakan sebuah komponen elektronika yang berfungsi sebagai
penghambat suatu nilai tegangan atau arus. Dilihat dari bahan yang dipakai, resistor
diklasifikasikan menjadi dua group, yaitu wirewound dan komposisi resistor.
Wirewound mempunyai ketelitian tinggi dengan power rating 2 watt keatas, mempunyai
dua tipe resistor tetap (fixed) dan variable resistor.
Komposisi resistor; Pada wirewound, untuk mendapatkan harga ohm yang tinggi
memerlukan wire (kawat) sangat banyak yang secara umum tidak pernah dipergunakan.
Pada komposisi resistor, dengan menambahkan powder karbon pada suatu
material lain, dengan mudah dan ekonomis akan menghasilkan harga ohm yang tinggi.
Carbon resistor tidak dapat dibuat seteliti seperti pada wirewound resistor, oleh karena itu
pada komposisi resistor terdapat lingkaran kode warna pada ujung resistor (emas / perak)
atau yang biasa disebut toleransi. Jika harga actual (ditentukan dengan pengukuran)
dalam batas 5% dari harga nominalnya, maka resistor tersebut mempunyai toleransi
dengan kode warna emas, untuk toleransi 10% diberi kode warna silver, sedang toleransi
20% tidak mempunyai kode warna. Simbol resistor diperlihatkan pada gambar berikut:
Variabel Resistor
Resistor Tetap
Gambar 2-1 Simbol Resistor
Kode Warna Resistor
Semua peralatan elektronik menggunakan aneka resistor dengan berbagai ukuran.
Harga resistor dapat ditentukan dengan cepat melalui metoda kode warna yang
menunjukkan nilai dan toleransi resistor. Pada metoda ini terdapat 4 band warna yang
dibaca dari ujung resistor ketengah. Band pertama disebut digit ke-1, band kedua disebut
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -2
digit ke-2, band ke-3 menunjukan volt yang harus ditambahkan sehingga didapatkan nilai
dari resistor, band ke-4 menunjukan toleransi.
Contoh:
Resistor 10.000 ohm +10%, berarti kode band ke-1 warna coklat, band ke-2 warna
hitam, band ke-3 orange, dan band ke-4 warna silver, dengan demikian resistor
tersebut mempunyai harga antara 9000 ohm sampai 11000 ohm.
Band ke-1
Band ke-2
Toleransi
Pengali
Gambar 2-2 Kode Warna Resistor
DIGIT 1 dan 2
WARNA
Band ke-1 dan ke-2
PENGALI
TOLERANSI
Band ke-3
Band ke-4
Hitam
0
100 = 1
Cokelat
1
101 = 10
Merah
2
102 = 100
Orange
3
103 = 1000
Kuning
4
104 = 10000
Hijau
5
105 = 100000
Biru
6
106 = 1000000
Violet
7
107 = 10000000
Abu-abu
8
108 = 100000000
Putih
9
109 = 1000000000
Emas
5%
Perak
10%
Tanpa Warna
20%
Tabel 2-1 Tabel Kode Warna Resistor
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -3
Rating Daya (Power Rating)
Daya (power) yang dikonsumsi oleh resistor akan didisipasikan dalam bentuk
panas, dengan rumus:
WR = I2R.
Dimana:
W = Daya (power) dalam watt
I = Arus dalam Ampere (A)
R = Resistor dalam Ohm (Ώ)
Misalkan sebuah resistor 100 ohm mempunyai daya ½ watt, berarti daya maksimum yang
didisipasikan dalam bentuk panas sebesar ½ watt. Dari rumus diatas:
W = I2R
R = 1000 Ώ
Watt
=½
Maka arus max yang diijinkan mengalir melalui resistor tersebut adalah:
½
= I2. 1000
I2
= ½ / 1000
I
= √(1/2000)
I
= 0,25 mA (milli Ampere)
Penerapan Resistor
a.
Rangkaian Seri
Rangkaian seri adalah sejumlah komponen yang dipasangkan secara seri dan arus
yang melalui tiap- tiap komponen sama besarnya. Contoh rangkain seri yang simple
adalah lampu natal yang apabila salah satu putus maka semua tidak akan menyala.
L1,2,3,4 = Lampu
I
= Arus
V
= Tegangan Batery
Skematic Diagram
Rangkaian Equivalent
Gambar 2-3 Diagram skematik dan equivalent
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -4
Dari gambar 2.3 (A) empat buah lampu dengan power supply baterry yang di gambarkan
secara simbol. Untuk mempelajari cara kerja dari rangkaian harus digambarkan dengan
rangkaian equivalent seperti gambar 2.3 (B) tiap-tiap lampu direpresentasikan dengan
resistor R1,R2,R3,dan R4.
VR1
=I.R1
VR3
= I.R3
VR2
= I . R2
VR4
= I . R4
Pengukuran tegangan dan arus
Untuk mengukur arus listrik digunakan ampere meter yang di pasangkan secara
seri, pemasangan ampere meter ini tidak boleh terbalik karena penunjukkannya akan
terbalik yang mungkin akan merusakkan jarum penunjuk.
Ameter
I
V
RL
RL
Voltmeter
Gambar 2-4 Pengukuran arus dan tegangan
Untuk pengukuran tegangan digunakan voltmeter yang di pasangkan secara paralel.
Menghitung arus (I)
Menurut hukum Ohm: V =
I . R
V = Tegangan baterry.
I = Arus.
R = Resistance
Besarnya R dari gambar 2.11 ( B ):
RTOTAL = R1 + R2 + R3 + R4
Sehingga
V
I
=
V
=
R
= Ampere
R1 + R2 + R3
+ R4
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -5
Tegangan drop (voltage drop)
Arus yang melalui suatu tekanan ( resistor ), pada kedua ujung resistor tersebut
akan timbul tegangan yang disebut tegangan drop (Drop voltage) besarnya sesuai dengan
hukum Ohm : V = I . R
VR1
I
R1
R2
VR2
R3
VR3
R4
VR4
Gambar 2-5 Pengukuran tegangan drop
b.
Rangkaian Paralel
Rangkaian resistor secara paralel akan mengakibatkan nilai resistansi pengganti
semakin kecil. Dimulai dengan sebuah resistor yang dihubungkan dengan batere:
Batere
3
4
R1
R2
Contoh rangkaian paralel dengan 3 buah resistor
R1
R2
2
1
R3
R PENGGANTI 
1
1
1


R1 R2 R3
Misalnya nilai R1 = 10 Ω, R2 = 20 Ω dan R3 = 30 Ω
Maka total resistansinya adalah 1 / R total = [ 1 / R1 ] + [ 1 / R2 ] + [ 1 / R3 ]
1 / R total
1 / R total
1 / R total
R total
=
=
=
=
[ 1 /10 ] + [ 1 / 20 ] + [ 1 / 30 ]
[ 3 / 30 ] + [ 1,5 / 30 ] + [ 1 / 30 ]
[ 5,5 / 30 ]
30 /5,5 = 5,45 ohm
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -6
Cara lain = R1 dan R2 dihitung terpisah (disebut R equivalent)
R eq
R eq
R eq
R eq
=
=
=
=
R1 x R2 / R1 + R2
10 x 20 / 10 + 20
200 / 30
20 /3 = 6,66 0hm
Sehingga rangkaian menjadi:
R eq
2
1
R3
Dan total resistansi dari 3 buah resistor adalah:
R total
R total
R total
R total
R total
=
=
=
=
=
R eq x R3 / R eq + R3
20/3 x 30 / 20/3 + 30
6,66 x 30 / 6,66 + 30
198 / 36,66
5,40
Simulasi
A
Pertama
1.
Rangkai gambar berikut.
Gambar 2-6 Rangkaian resistor secara seri
1.a
Ukur resistansi masing-masing resistor dan resistansi total rangkaian (RTOTAL).
1.b
Ukur tegangan masing-masing resistor (VR1, VR2, VR3) saat dialiri tegangan 10 V.
1.c
Ukur besar arus yang mengalir pada rangkaian (I).
1.d
Cari resistansi total (RTOTAL), tegangan masing-masing resistor (VR1, VR2, VR3),
dan arus yang mengalir pada rangkaian (I) menggunakan rumus hukum Ohm.
1.e
Catat hasilnya pada tabel berikut:
No.
R1
R2
R3
Ohm ()
RTOTAL
VR1
VR2
Volt (V)
VR3
I
Ampere (A)
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -7
2.
Rangkai gambar berikut.
Gambar 2-7 Rangkaian resistor secara paralel
2.a
Ukur resistansi masing-masing resistor & besar resistansi pengganti (RPENGGANTI).
2.b
Ukur arus masing-masing resistor (IR1, IR2, IR3) ketika dialiri tegangan 10 VDC.
2.c
Ukur besar tegangan pada rangkaian (V).
2.d
Cari resistansi pengganti (RPENGGANTI), arus masing-masing resistor (IR1, IR2, IR3),
tegangan yang mengalir pada rangkaian (V) menggunakan rumus hukum Ohm.
2.e
Catat hasilnya pada tabel berikut:
No.
R1
R2
R3
RPENGANTI
Ohm ()
IR1
IR2
IR3
Ampere (A)
V
Volt (V)
Tugas Akhir
Buat kesimpulan dari percobaan simulasi yang telah dilakukan
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -8
2.2.2
Kapasitor
Secara fisik kapasitor adalah dua konduktor yang di pisahkan oleh bahan isolator
atau disebut bahan dielektrik.
Conductor
Bahan Isolator
Conductor
Gambar 2-8 Model Kapasitor
Gambar berikut menunjukkan dua plate kapasitor yang dihubungkan seri, dengan button
dan switch.
G
A
E
H
+
+
+
G
+ +
+
-
-
-
-
-
E
E
H
+
+
+
G
+ +
-
-
-
-
+
-
B
E
H
Gambar 2-9 Hubungan Kapasitor
Pada saat switch terbuka (open) tidak ada arus yag mengalir ke kapasitor
(unchanged) karena tidak terdapat perbedaan potensial pada ke dua kapasitor (gambar
A). Pada saat switch di tutup (close) ditunjukan pada gambar B, plate H negatif
dibandingkan dengan plate G, atau pada plate tersebut terdapat perbedaan potensial
sebesar tegangan battery E oleh karena elektron-elektron bebas pada plate G terdapat
tegangan positif terminal battery. Plate G menjadi positif karena kekurangan elektron,
sedang plate H negatif karena kelebihan elektron.
Kapasitor dikatakan full change jika perbedaan potensial pada kedua plate
kapasitor sama dengan tegangan battery. Pada gambar C switch terbuka (open), kapasitor
akan tetap bermuatan karena tidak ada jalan elektron pada plate H menjadi plate G,
sehingga kapasitor menyimpan energi yang diterima dari battery dan menahannya sampai
diperlukan.
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -9
Bentuk Kapasitor
Kapasitor mempunyai berbagai macam bentuk dan bahan dilekttrik yang berbeda,
diantaranya: Kapasitor dielektrik bentuk non-elektrolis, seperti gambar berikut:
180 pF
180 pf
(a)
(b)
Gambar 2-10 Bentuk Kapasitor (a) Keramik (b) Mica
Kapasitor elektrolis adalah kapasitor dengan kutub positif dan kutub negatif pada
1F/15 V
kaki lainnya, bentuk kapasitor elektrolis dengan nilai dalam range microfarad adalah:
+
-
Gambar 2-11 Bentuk Kapasitor Elektrolis
Pararel Plate Capasitor
Dua buah bahan konduktor berbentuk plate luas A dipasangkan pararel pada jarak
antara plate adalah d. Muatan listrik Q tergantung ukuran dari plate, dan jarak antara ke
dua plate (d) akan menentukan tegangan yang diperlukan untuk men set-up muatanmuatan llistrik Q. Rumus dari kapasitor adalah :
Q
C=
E
Sehingga dapat ditulis menjadi :
A
C=
d
Dimana :
A = Luas plate, cm2
d = jarak antar plate, cm
A (cm2)
d (cm)
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -10
Untuk mendapatkan harga Kapasitor (C) dalam micro forad dan ukuran linear dalam cm
maka ditambah faktor konversi 8,84 x 10-8
Sehingga :
A
-8
C = 8,84 x 10 x
Dimana
d
A = luas plate dalam cm2
d = jarak antar plate pada cm
C = kapasitor C pada dalam micro farad
Rumus diatas berlaku untuk vacum atau diantara plate udara, dan jika didalam
plate ditambahkan bahan-bahan isolator dinamakan bahan dielektrik. Untuk udara atau
vacum konstanta dielektrik = 1 yang ditambahkan bahan-bahan lain mempunyai
konstanta dielektrik lebih besar, maka dengan ukuran plate yang sama akan menaikan
capasitor. Konstanta dielektrik di sebut K, sehingga rumus capasitor C menjadi:
KA
C = 8,84 x 10
d
Material
Udara
Resin
Asbestro
Paper
Quarto
Mica
Porcelain
K (konstanta dielektrik)
1
2,5
2,7
4,5
4,5-7,5
5,5
Tabel 2-2 Konstanta Dielektrik (K)
Contoh :
Pararel plate dengan dielektrik udara mempunyai ukuran 10 x 6 cm dan jarak antara plae
0,1 cm maka:
KA
Kapasitornya (C) = 8,84. 10-8
d
8,84 x10 –8 x 1 x 60
=
0,1
= 8,84 x 6x 10-6 = 53 x10 –6
C = 0,000053 µF atau 53 piko forad.
Jika bahan dielektrik mica maka kapasitornya akan bertambah dimana mica mempunyai
K= 6, sehingga C = 6 x 53 = 318 piko farad.
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -11
Penyimpanan Energi listrik pada Kapasitor
Dari analisa diatas proses penyimpanan energi listrik dalam capasitor terlihat
bahwa, jumlah electron yang masuk atau keluar tergantung dari electron bebas yang ada
dan tegangan yang diberikan pada plate tersebut.
Jika tegangan yang diberikan besar, pergerakkan dari electron akan lebih cepat sehingga
muatan yang tersimpan pada plate capasitor akan besar.Jumlah muatan dalam capasitor
disebut Q , dimana perbandingan Q dengan tegangan disebut capasitor ( kapasitor ) dan
diberi tanda C.
Q
Atau :
C =
V
Unit pengukuran dari kapasitor C adalah Farad yang didefinisikan sebagai kapasitas dari
kapasitor, dari satu plate yang bermuatan 1 coulumb ( 6,24 x 1018 elektron ) dengan
perbedaan potensial 1 Volt. Ukuran 1 Farad adalah sangat besar, pada prakteknya kita
hanya menggunakan ukuran μF (micro farad) = 10 –6 farad atau pico farad = 10-12 farad.
Contoh : Kapasitor terhubung battery = 10 Volt, muatan pada plat 1/1000 coulumb.
Q
Maka : C
=
0,001
=
V
= 0,0001
10
= 100 x 10-6 farad C = 100 micro farad (μF)
Tegangan Break Down (Break Down Voltage)
Kapasitansi dari kapasitor tegantung pada bahan dielektrik yang dipasangkan
diantara kedua plate kapasitor, atau kapasitansi tergantung pada konstanta dielektrik (K).
Sebagai contoh untuk mata ukuran yang sama, tegangan (V) yang sama, maka kapasitor
dengan dielektrik mica mempunyai kapasitansi enam kali dari kapasitor yang
menggunakan dielektrik udara.
Dengan demikian, muatan listrik dari kapasitor akan bertambah sesuai dengan rumus:
Q = C .V
Pertimbangan lain dalam pemilihan dielektrik adalah tegangan Break Down dan
dielektrik itu sendiri. Jika pada dielektrik dipasangkan tegangan sebesar tegangan break
downnya, maka dielektrik tersebut akan bersifat konduktor sehingga plate kapasitor
terhubung singkat (short cincuit), akibatnya kapasitor tersebut tidak dapat lagi
menyimpan muatan listrik. Tegangan Break Down berfariasi tergantung pada material
dan ketebalannya, seperti yang diperlihatkan pada tebel berikut:
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
Dielektrik
Udara
Fiber
Bakelit
Glass
Mica
Porcelain
Dielektrik Strength
(Volt per 0,001 inch)
80
50
500
200
2000
750
2 -12
Tabel 2-3 Tegangan Break Down
Sebagai contoh : pararel plate kapasitor dengan dielektrik udara dan tebalnya 1/1000,
maka dielektrik tersebut akan break down pada tegangan 80 volt. Jika jarak plate / tebal
dielektrik diperbesar menjadi 1/100 inch maka tegangan Break Down nya menjadi 800
volt. Didalam prakteknya kapasitor dengan tegangan maximum dari kapasitor tertulis
pada kapasitor tersebut, misalnya 100 µF/25 Volt, 100 µF/50 Volt.
Capasitive Reactance
Seperti telah disebutkan, arus DC mengalir pada kapasitor akan berhenti ( = 0),
bila tegangan pada kapasitor sama dengan tegangan baterry, maka arus akan tersimpan
dalam kapasitor tersebut, dengan kata lain arus DC tidak dapat melewati kapasitor. Tidak
seperti pada arus DC, arus Ac dapat melewati kapasitor. Besarnya arus yang dapat
melewati kapasitor tergantung dari reaktansi kapasitor yang diberi simbol XC.
Dimana :
1
XC =
2πfC
2π = 6,28
f
= frekuensi dalam Hertz
c = Capasitansi dalam farad
XC = Reaktansi capasitor dalam ohm
Dari rumus diatas terlihat bahwa besarnya reaktansi tergantung pada frekuensi dan
besarnya kapasitansi dari kapasitor untuk arus DC, dimana frekuensinya = 0, maka
1
XC =
= ~ (tak terhingga)
0
Hal ini menunjukkan arus DC tidak dapat melewati kapasitor.
Contoh : Kapasitor 2 μF dengan tegangan brekdown 110 Volt, frekunsi 60 Hz. Tentukan
kapasitor reaktannya :
1
XC =
2πfC
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -13
1
XC =
6,28 x 60 x 2 x 10-6
106
=
6,28 x 60 x 2
XC = 1333 ohm
Arus yang mengalir :
E
I=
110
=
XC
1333
I = 0,0825 Ampere
Jika frekuensi dinaikan menjadi 1000 Hz, kapasitor tetap maka reaktansinya akan
berkurang menjadi :
1
XC =
6,28 x 1000 x 2 x 10-6
10-6
=
6,28 x 100 x 2
XC = 79,7 ohm
Arus akan naik menjadi
110
I=
= 1,38 Ampere
79,7
Rangkaian Kapasitor
Kapasitor mempunyai dua rangkaian yang digunakan dalam rangkaian listrik, yaitu :
Rangkaian Seri dan Rangkaian Pararel
Rangkaian Seri
Dalam rangkaian seri, kapasitor tersusun secara berderet dari kapasitor yang satu ke
kapasitor lainnya, seperti gambar berikut:
C1
C2
C3
C4
Gambar 2-12 Susunan Kapasitor Rangkaian Seri
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -14
Dari rangkaian seri diatas, kapasitor total mempunyai nilai penjumlahan yang berbanding
terbalik dari tiap-tiap kapasitor :
1
1
1
=
1
+
CT
C1
1
+
+
C2
C3
C4
Contoh :
Empat buah capasitor mempunyai nilai masing-masing 1F, 0;1 F, 0;5 F, 0;22µF. Bila
capasitor tersebut disusun seri, hitung capasitor totalnya ?
Jawab :
Diketahui :
C1 = 1F
C2 = 0,1 F
C3 = 0,5 F
C4 = 0,22 F
Bentuk rangkaiannya :
0,1F 0,5F 0.22 F
1F
Untuk kapsitansi totalnya menjadi :
1
1
1
=
1
+
CT
1F
+
0,1F
1
+
0,5F 0,22F
Karena 1 F sama dengan 10-6, perhitungan menjadi :
1
1
1
=
+
1.10-6
CT
1
1
+
0,1.10-6
+
0,5.10-6
0,22.10-6
(1 + 0,1 + 0,5 + 0,22) x 10-6
=
(1.10-6)x(0,1.10-6)x(0,5.10-6)x(0,22.10-6)
1,82.10-6
1
=
0,011.10-24
CT
Sehingga CT menjadi :
0,011.10-24
CT
=
1
1,82.10-6
CT = 0,006.10-18 F
Terlihat, bahwa kapasitansi totalnya sangat kecil. Ini berarti dengan menserikan kapasitor
akan memperkecil nilai kapasitansi. Nilai-nilai kapasitor yang kecil biasanya sudah
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -15
tersedia dalam satuan nano (10-9) dan pico (10-12), jenisnya non-polaritis dengan
dielektrik yang bervariasi dari keramik, mica, dan tantalum.
Rangkaian paralel
Kapasitor dengan rangkaian pararel adalah kapasitor yang disusun secara berjajar antara
kapasitor satu dengan kapasitor lainnya, seperti gambar berikut:
C1
C2
C3
C4
Gambar 2-13 Susunan Kapasitor Rangkaian Paralel
Dalam rangkaian listrik rangkaian pararel sering digambarkan dengan model :
C1
C2
C3
C4
Kapasitor totalnya serupa dengan hambatan yang disusun seri, yaitu :
CT = C1 + C2 + C3 + C4
Contoh :
Diketahui Kapasitor C1 = 1F, C2 = 0;1 F, C3 = 0;5 F, dan C4 = 0;22 F
Kapasitansi totalnya :
CT = (1 F + 0,1 F + 0,5 F + 0,22F)
= (1 + 0,1 + 0,5 + 0,22) F
= 1,82 F
Dengan menggunakan rangkaian pararel, maka nilai kapasitansinya akan membesar
sesuai dengan penjumlahan dari nilai kapasitansi masing-masing kapasitor.
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -16
Konstanta Waktu RC
Jika suatu rangkaian RC diberi tegangan DC maka muatan listrik pada kapasitor
tidak akan langsung terisi penuh, akan tetapi membutuhkan waktu untuk mencapai
muatan listrik pada kapasitor tersebut penuh. Setelah muatan listrik penuh dan sumber
tegangan dilepas maka muatan listrik pada kapasitor tidak akan langsung kosong akan
tetapi membutuhkan waktu untuk mencapai muatan listrik pada kapasitor kosong.
Konstanta waktu RC    R C
dan rumus konstanta waktu secara universal :
1 

Change  (akhir  awal )1  T 
 e 
dimana :
change
= nilai perubahan
akhir
= nilai akhir variabel
awal = nilai awal variabel
e
= nilai euler (2,7182818)
T
= waktu dalam satuan detik

= konstanta waktu dalam satuan detik
Untuk menentukan besar waktu yang dibutuhkan perubahan tertentu adalah




1

t    ln
change 

 1

akhir  awal 

Simulasi
A
Pertama (Pengisian Muatan Listrik pada Kapasitor)
1.
Rangkai gambar berikut
Tentukan nilai C1 dan R1. C1 = …………………. dan R1 = …………………
C1
VS
12V
R1
Gambar 2-14 Rangkaian Pengisian Kapasitor
2.
Pasangkan Voltmeter pada C1.
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -17
3.
Tutup saklar S1 dan catat besar tegangan pada Voltmeter setiap 5 detik sampai
besar tegangan yang terukur konstan.
4.
Cari nilai waktu yang diperlukan untuk mencapai tegangan kapasitor maksimum.
5.
Tuliskan data diatas pada tabel di bawah ini.
t. (detik)
B
VC (Volt)
Kedua (Pengosongan Muatan Listrik pada Kapasitor)
1. Susunlah rangkaian seperti gambar di atas dengan nilai komponen yang sama.
2. Pasangkan Voltmeter pada C1.
3. Tutup saklar S1 dan tunggu hingga tegangan pada kapasitor yang terukur pada
Voltmeter maksimum.
4. Setelah VC maksimum buka saklar S1 kemudian catat besar VC yang terukur pada
Voltmeter setiap 5 detik hingga VC adalah 0 (nol).
5. Cari nilai waktu yang diperlukan untuk mencapai tegangan kapasitor maksimum.
6. Tuliskan data diatas pada tabel berikut:
t. (detik)
C
VC (Volt)
Ketiga
Melakukan pengamatan dan menganalisa beberapa rangkaian percobaan
1.
Rangkai gambar berikut
LAMP
VS
12V
C1
0.1
Gambar 2-15 Rangkaian Percobaan
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -18
Lakukan pengujian pada rangkaian percobaan Gambar 2.15 dan tuliskan hasil
pengamatan pada lembar terpisah.
2.
Rangkai gambar berikut
R1
300R
C1
VS
LAMP
10000u
12V
Gambar 2-16 Rangkaian Percobaan
Lakukan pengujian pada rangkaian percobaan Gambar 2.16 dan tuliskan hasil
pengamatan pada lembar terpisah.
3.
Rangkai gambar berikut
R1
300R
+88.8
+88.8
mA
mA
C1
VS
+88.8
12V
Volts
10000uF
LAMP
Gambar 2-17 Rangkaian Percobaan
Lakukan pengujian pada rangkaian percobaan Gambar 2.17 dan tuliskan hasil
pengamatan serta pengukuran pada lembar terpisah.
Tugas Akhir
Buat kesimpulan dari percobaan simulasi yang telah dilakukan
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -19
2.2.3
Transistor
Transistor adalah salah satu komponen elektronika aktif. Transistor dapat
berfungsi sebagai penguat arus maupun tegangan. Dibawah ini adalah simbol transistor
npn dan pnp.
C
E
B
B
E
C
NPN
PNP
Gambar 2-18 Simbol transistor npn dan pnp
Alpha DC
Perbandingan arus kolektor dengan arus emitter hampir sama, alpha dc sebagai
definisi perbandingan kedua arus tersebut.
 DC 
(
IC
1
IE
1)
Beta DC
Arus kolektor telah dihubungkan dengan arus emiter dengan menggunakan
 DC . Juga menghubungkan arus kolektor dengan arus basis dengan mendefnisikan beta
DC transistor :
DC 
(
IC
IB
2)
Hubungan antara  DC dan  DC
Hukum kirchoff menyatakan :
IE  IC  IB
(
3)
Dengan aljabar maka dapat disusun menjadi :
DC 
 DC
1   DC
(
4)
Transistor memiliki tiga buah kaki, yaitu base, kolektor dan emitter. Ketiga kaki
tersebut dapat ditentukan menggunakan Ohmmeter.
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -20
Mencari Kaki Base
-
Atur multimeter pada pengukuran ohmmeter x100.
-
Lakukan pengukuran seperti gambar dibawah ini.
1
-
2
3
--
+
Perhatikan penunjukkan pergerakan jarum. Apabila jarum bergerak ke kanan dengan
posisi probe yang satu tetap pada kaki 3 dan probe lainnya pada kaki 1 atau kaki 2
berarti kaki 3 adalah base transistor. Jika probe positif yang berada pada kaki 3
berarti transistor tersebut berjenis NPN, sebaliknya jika probe negatif berada pada
kaki 3 berarti transistor tersebut berjenis PNP.
Mencari Kaki Kolektor dan Emitter
1) Misal: transistor berjenis NPN
2) Lakukan pengukuran seperti gambar dibawah ini
1
2
3
1
--
+
2
3
--
+
3) Perhatikan penunjukkan jarum, apabila jarum bergerak ke kanan maka kaki 1 (pada
probe positif) adalah emitter dan kaki 2 (pada posisi probe negatif) adalah kolektor.
Atau Jika dipasang kebalikannya (probe positif pada kaki 2 dan probe negatif pada
kaki 1) dan jarum tidak bergerak, maka kaki 1 adalah emitter dan kaki 2 adalah
kolektor.
Untuk transistor jenis PNP dapat dilakukan seperti diatas dan hasilnya kebalikan dari
transistor jenis NPN.
Transistor bipolar dapat difungsikan sebagai saklar elektronika dengan
memanfaatkan dua keadaan transistor yaitu keadaan saturasi (sebagai saklar tertutup) dan
keadaan cut off (sebagai saklar terbuka).
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -21
Pada saat saturasi maka arus kolektor adalah
ICsat  
(
VCC
RC
5)
Pada saat cut off tegangan kolektor emitter sama dengan tegangan sumber kolektor dan
arus basis mendekati nol.
VCEcut   VCC
(
6)
IB cut   0
(
7)
Untuk mencari arus basis pada keadaan resistor basis terpasang dapat dihitung dengan
persamaan berikut:
IB 
VBB  VBE
RB
(
8)
Simulasi
A
Pertama (Karakteristik Transistor Bipolar)
1.
Rangkai gambar berikut.
Sebelum melakukan percobaan tentukan terlebih dahulu kaki-kaki pada transistor
yang akan digunakan. Q1 = Transistor, RB = Resistor basis, RC = Resistor kolektor
RC
RB
Q1
VCC
VBB
Gambar 2-19 Rangkaian Transistor
2.
Atur RB sampai besar IB  10 A.
3.
Ubah VCC : 0 ,0.3, 0.5, 0.8, 1, 2, 4, 6, 8, 10, 15, 20, 25, 30 volt.
4.
Ukur besar VCE dan IC pada setiap perubahan VCC.
5.
Catat data percobaan pada tabel dibawah.
VCC
VCE
IC
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -22
Tabel 2-4 Hasil Percobaan simulasi 1
6.
Ulangi untuk IB  20 A dan IB  30 A.
B
Kedua (Transistor Sebagai Saklar)
1.
Rangkai gambar berikut.
Q1 = Transistor npn, R1 = Resistor basis, R2 = Resistor kolektor
R1
RES
LED
Q1
R2
2N3904
RES
VS2
12V
VS
12V
Gambar 2-20 Rangkaian Transistor Sebagai Saklar
2.
Ukur besar tegangan R2 dan LED.
3.
Tutup saklar. Apa yang terjadi pada LED?
4.
Ukur kembali besar tegangan R2 dan LED.
5.
Ukur besar IB dan IC. Hitung besar penguatan transistor.
6.
Buktikan nilai IB, IC dan VR1 menggunakan persamaan.
C.
Ketiga (Transistor sebagai Saklar tanpa RB)
1.
Rangkai gambar berikut.
Q1 = Transistor npn, R1 = Resistor emitter
R1
RES
LED
Q1
NPN
VS
12V
Gambar 2-21 Rangkaian Transistor Sebagai Saklar tanpa RB
2.
Ukur besar tegangan R1 dan LED.
3.
Tutup saklar. Apa yang terjadi pada LED?
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -23
4.
Ukur kembali besar tegangan R1 dan LED.
5.
Ukur besar IB dan IC. Hitung besar penguatan transistor.
6.
Buktikan nilai IB, IC dan VR1 menggunakan persamaan.
D.
Keempat (Transistor sebagai Saklar Penggerak Motor DC)
1.
Rangkai gambar berikut.
Q1 = Transistor npn, R1 = Resistor emitter
Q1
NPN
VS
12V
+88.8
Gambar 2-22 Rangkaian Transistor Sebagai Saklar Penggerak Motor DC
1.
Ukur besar tegangan R1 dan Motor DC.
2.
Tutup saklar. Apa yang terjadi pada Motor DC?
3.
Ukur kembali besar tegangan R1 dan Motor DC.
4.
Ukur besar IB dan IC. Hitung besar penguatan transistor.
Tugas Akhir
Buat kesimpulan dari percobaan yang telah dilakukan.
2.2.4
Dioda
Dioda Semikonduktor
Dioda adalah komponen elektronika yang terbuat dari bahan semikonduktor.
Dioda memiliki fungsi hanya mengalirkan arus satu arah saja. Struktur dioda adalah
sambungan semikonduktor P dan N. Satu sisi adalah semikonduktor dengan tipe P dan
satu sisinya yang lain adalah tipe N. Dengan struktur demikian arus hanya akan mengalir
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -24
dari sisi P menuju sisi N. Dibawah ini gambar simbol dan struktur dioda.Dibawah ini
adalah bentuk karakteristik dioda. (Untuk dioda yang terbuat dari bahan Silikon tegangan
konduksi adalah diatas 0.7 volt)
Struktur dan simbol dioda digambarkan seperti pada gambar berikut:
P N
Gambar 2-23 Struktur dan Simbol Dioda
Pada sisi semikonduktor type P disebut anoda dan type N disebut katoda. Jika suatu
battery dipasangkan pada dioda dengan terminal anoda positif dan katoda negatif, arus
akan mengalir karena dioda mempunyai tahanan yang kecil, pada keadaan ini disebut
dengan forward bias. Sebaliknya jika anoda diberi tegangan negatif dan katoda tegangan
positif, arusnya mengalir sangat kecil sekali karena pada keadaan ini dioda mempunyai
tahanan yang sangat besar disebut reverse bias.
A
K
P N
+
K
A
-
+
Battery
-
Battery
Gambar 2-24 Forward Bias Pada Dioda
A
P N
-
K
A
K
-
+
+
Battery
Battery
Gambar 2-25 Reverse Bias Pada Dioda
Karakteristik Dioda
Dengan memberikan tegangan positif pada anoda, dioda akan konduksi hingga
arus mengalir pada beban RL. Dioda tidak dapat konduksi dengan baik hingga melampaui
potensial bariernya, yaitu tegangan dengan nilai 0,7 volt untuk dioda silicon dan 0,3 volt
untuk germanium Setiap pertambahan 0,1 volt menghasilkan arus yang curam seperti
digambarkan pada gambar berikut:
I
D
I
IF
+
RL
0,7 1,00
V
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -25
Gambar 2-26 Dioda Forward Bias dan Karakteristik
Tegangan barier disebut juga tegangan knee dari dioda, besarnya tegangan knee juga
dipengaruhi dengan temperatur seperti ditunjukan pada gambar 2.27.
0C
250C
0,5
1
V
Gambar 2-27 Efek temperature pada tegangan knee dioda
Jika dioda dipasang Reverse bias (anoda negatif, katoda positif) arus hanya mengalir
beberapa micro ampere karena pada keadaan ini Dioda mempunyai tahanan sangat besar.
D
VBR
RL
+
R
E
V
E
R
S
E
0
25 C
150 0C
V
Gambar 2-28 Dioda Reverse Bias dan Karakteristik
Pada gambar 2.28 menunjukan arus reverse dipengaruhi oleh temperature, dengan
kenaikan temperature arus naik secara signifikan. Jika tegangan reverse terus dinaikan
sampai dengan tegangan break downnya (VBR), arus akan naik secara tajam. Pada
keadaan temperature dan arus dioda akan naik dapat merusakan dioda tersebut.
kombinasi karakteristik dioda diperlihatkan pada gambar berikut:
I
Forward bias
V
Reverse bias
Gambar 2-29 Karakteristik Forward dan Reverse Dioda
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -26
TERAPAN dioda Semikonduktor
Penyearah Setengah Gelombang
Merupakan suatu rangkaian yang mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC.
Pada setengah siklus positif dioda dibias forward, pada setengah siklus negatif dioda
dibias reverse, maka tegangan pada RL seperti ditunjukan pada gambar berikut :
D
VIN
VP
220
VAC
RL

2
3
4
5
VP
VDC
0

2
3
4
5
Harga rata-rata
Gambar 2-30 Harga rata-rata dan Frequensi output
Harga rata-rata adalah harga Vdc dari signal setengah gelombang.
Vp
VDC =
r ( radiant)
π (radiant) = 3,14
Tegangan maximum pada diode akan dikenal peak inverse voltage ( PIV)
PIV = VM
Perioda dan signal output adalah sama dengan perioda signal input. Setiap siklus input
menghasilkan satu siklus output, maka frequensi out dari penyearah ½ gelombang sama
dengan frequensi input.
fOut = fIn
Contoh :
Suatu rangkaian penyearah dengan menggunakan transformer primer 220 VAC sekunder 9
VAC, berapakah tegangan DC pada beban dan berapa PIV ?
D
220
VAC
9V AC
P
S
Vp  2Vrms  2  9Volt
Vp 17,726
 4,053Volt
 3,14
Vin  Vpiv  9Volt
Vdc 
RL
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -27
Penyearah Gelombang Penuh
Gambar 2.31 menunjukkan rangkaian penyearah jembatan selama setengah siklus positif
tegangan sekunder dioda D2 dan D3 dibias forward dan selama ½ siklus negatif D1 dan D4
di bias forward.
VO
220
VAC
60 H Z
RL
Gambar 2-31 Penyearah jembatan
VP
VDC

0
2
3
4
5
Harga rata-rata
Gambar 2-32 Output Penyearah Jembatan
Tegangan beban rata-rata adalah :
VDC = 2VM/π ( radiant)
Frequensi output :
fOUT = 2 fIN
Peak inverse voltage ( Pin ):
PIV = 2 VM
Contoh :
Tegangan sekunder max 12 volt, berapa tegangan beban DC , frequensi output dan PIV ?
Tegangan rata-rata :
2 Vm
VDC
=
=
π
fOUT
2 x 12
24
=
3,14
= 7,64 Volt
3,14
= 2fM
= 2 x 60 = 120 Hz
PIV
= VM
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -28
= 12 Volt .
Penyearah Dengan Center Tap
Gambar 2.33 menyatakan bahwa selama siklus positif, tegangan sekunder diode D1 bias
forward dan D2 bias reverse, maka arus melalui D1 dengan setengah lilitan ke beban R L,
selama setengah siklus negatif arus melalui diode D2 dengan setengah lilitan ke beban RL.
D1
RL
220
VAC
VP
VDC
P
S
0
- 2 Vm +

2
3
4
5
Harga rata-rata
D2
Gambar 2-33 Penyearah Dioda dengan Center Tap
Dari gambar diatas periode signal output adalah setengah perioda signal input atau tiap
siklus input menghasilkan dua siklus output, maka fOut = 2fIn.
Tegangan inverse puncak (PIV):
D1
RL
220
VAC
- 2 Vm +
D2
Gambar 2-34 Tegangan Inverse Puncak
Gambar 2.34 menunjukkan pada saat tegangan sekunder mencapai harga maximumnya,
VIN adalah tegangan pada setengah lilitan sekunder, maka tegangan reverse pada diode
yang tidak konduksi adalah :
PIV = 2 Vm.
Contoh :
D1
12 V
RL
220
VAC
D2
Tegangan pada setengah lilitan = 12 Vac
Vp 
2Vrms 
2  12V
Vp  Vm
Vdc  2Vm 
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -29
Frequensi output :
fOUT
= 2 fIn
= 2 x 50 Hz
= 100 Hz
Peak inverse voltage :
PIV
= 2 VM
= 2 x.√2 x 12 Volt
Dioda Zener
Seperti dioda biasa, dioda zener mempunyai karakteristik forward dan reverse
bias. Perbedaan utamanya terletak pada karakteristik reverse, dimana tegangan
breakdownnya sudah ditentukan oleh pabrik yang berkisar antara 1 hingga ratusan volt.
Tegangan breakdown konstan dioda zener pada suatu arus zener tertentu (Iz) yang
ditentukan oleh pabrik memiliki parameter Iz minimum dan Iz maksimum. Berikut ini
memperlihatkan gambar simbol dan karakteristik dioda zener.
Katoda
K
A
Anoda
Gambar 2-35 Simbol Dioda Zener
Tegangan break down
Iz Minimum
0,6 - o,7 Volt
Iz Maximum
Daerah antara Iz Min dan Iz max disebut zenr region
dimana tegangan zener konstan
Gambar 2-36 Karakteristik Dioda Zener
Pada forward bias, dioda zener akan mengalirkan arus setelah melewati tegangan
bariernya (penghalang) yang berkisar 0,6 – 0,7 Volt.
Tegangan Breakdown = Tegangan zener yang sudah ditentukan oleh pabrik
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -30
Iz Minimum = Arus minimum dimana zener mempertahankan tegangannya
Iz maksimum = Arus maksimum yang diijinkan oleh zener
Pada gambar 2.37 Rs dipilih agar arus yang melalui zener tidak melewati harga
max Iz, dan besarnya Rs tergantung dari tegangan suplai, tegangan zener dan power
disipasi zener (Pd). Power disipasi adalah maksimum daya yang didisipasikan oleh zener
(biasanya disebutkan pada datasheet yang dikeluarkan oleh pabrik).
Iz = Arus Zener Maximum
Pd [ Watt ] = Iz x Vz
Vz = Tegangan Zener
Rs
1
2
Zener Dioda
V supply
3
Gambar 2-37 Rangkaian Dioda Zener
Simulasi
A
Pertama (dioda dengan forward bias)
1.
Susunlah rangkaian seperti gambar di bawah ini. (R1 = 1 K Ohm)
gkaian forward bias
Gambar 2-38 Rangkaian Dioda Forward Bias
2.
Berikan tegangan mulai dari 0, 0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9, 1, 2, 4, 6, 8, dan 10 volt.
Ukur besar tegangan dan arus pada dioda setiap tegangan sumber yang diberikan.
3.
Tuliskan data hasil percobaan pada tabel di bawah ini.
VSUMBER
(Volt)
VD
(Volt)
ID
(Ampere)
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -31
B
Kedua (dioda dengan reverse bias)
1.
Susunlah rangkaian seperti gambar di bawah ini. (R1 = 1 K Ohm)
Gambar 2-39 Rangkaian Dioda Reverse Bias
2.
Berikan tegangan mulai dari 0, 5, 10, 15, 20, 22, 24, 26, 28, dan 30 volt. Ukur
besar tegangan dan arus pada dioda untuk setiap tegangan sumber yang diberikan.
3.
Tuliskan data hasil percobaan pada tabel seperti di bawah ini.
VSUMBER
(Volt)
VD
(Volt)
C
Ketiga (pengukuran dioda zener)
1.
Rangkai gambar berikut.
ID
(Ampere)
Rs
2
1
IL
Is
Iz
D1
Vs = 15 Volt
1N4740A
RL
3
Gambar 2-40 Rangkaian Percobaan Dioda Zener
Karena fungsi utama zener adalah sebagai regulasi tegangan konstan pada zener
region, maka agar zener berfungsi dengan baik, resistor Rs harus ditentukan dengan nilai
yang tidak melampaui arus max zener. Contoh: dioda zener tipe 1N4740A mempunyai
data; Tegangan zener = 10 Volt, Pd = 1 Watt, Iz min = 7mA. Tentukan resistor Rs dan
maksimum beban Rl dari Gambar 2.40.
Perhitungan menentukan Iz max dan Rs
Pd = 1 Watt, Vz = 10 Volt
Rs = Vs – Vz / Iz
Pd = Iz x Vz
= 15 V – 10 V / 0,1 A
Iz = Pd / Vz
= 5 V / 0,1 A
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA
2 -32
= 1 Watt / 10 Volt
= 50 Ohm
= 1 / 10 = 0,1 A = 100 mA, Ini adalah Iz max zener
2.2.5
LED
LED atau Light Emiting Dioda merupakan suatu komponen yang dapat
memancarkan cahaya berwarna-warni sesuai dengan jenis led tersebut jika dialiri arus.
Led terbentuk dari dua common yaitu common anoda yang dihubungkan ke vcc dan
common katoda yang dihubungkan ke ground. Prinsip dasar led adalah jika common
anoda mendapat suplay tegangan atau arus dan common katoda dihubungkan ke ground
maka led akan menyala, dan intensitas cahaya tersebut tergantung dari besar kecilnya
arus yang melewatinya. Gambar berikut ini menunjukkan pengaktifan dengan aktif low
(led menyala dengan aktif 0) dan aktif high (led menyala dengan aktif 1).
vcc
vcc
R
R
(a)
(b)
Gambar 2-41 Pengaktifan Led (a) aktif Low (b) aktif High
Pada gambar (a) common anoda sudah terhubung dengan vcc sedangkan common
katoda belum terhubung kemana-mana atau dalam kondisi treshold (mengambang)
sehingga led belum aktif. Jika common katoda diberi sinyal low atau digroundkan maka
led akan menyala dengan intensistas sesuai dengan harga R yang terpasang, dan kondisi
ini disebut pengaktifan dengan aktif low, begitupun sebaliknya untuk pengaktifan aktif
high.
Tugas Akhir
Buat kesimpulan dari percobaan yang telah dilakukan.
Panduan Praktikum AVR Atmega8535
LPKIA