BAB 3 - Cronyos
advertisement
Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan BAB 3 DASAR-DASAR ELEKTRONIKA 3.1. Pendahuluan Sistem kelistrikan pada kendaraan merupakan bagian yang tidak dapat dipisahkan dari sistem-sistem penting yang menunjang kerja dari suatu kendaraan. Sistem kelistrikan digunakan baik pada sistem yang menunjang kerja mesin maupun sistem yang menunjang kebutuhan-kebutuhan lain yang ada pada chasis dan bodi pada kendaraan. Dewasa ini sistem kelistrikan pada kendaraan tidak bisa lepas dari sistem elektronik yang berkembang semakin pesat. Sistem pengaturan secara elektronik sudah menjadi bagian yang tidak dapat dipisahkan lagi. Sistem kelistrikan pada kendaraan memerlukan pengontrolan-pengontrolan khusus agar kerja sistem kelistrikan menjadi sesuai dengan yang diharapkan. Salah satu contoh misalnya pada sistem pengisian baterai. Sistem ini mensyaratkan tegangan output yang stabil sehingga baterai dapat terisi tanpa mengalami kelebihan tegangan meskipun putaran mesin naik dan turun. Pengontrolan tegangan pada sistem ini dilakukan secara elektromagnetis dan mekanis pada bagian regulator. Dalam perkembangannya, regulator dengan kerja magnetis dan elektronis dapat digantikan dengan rangkaian elektronika yang lebih sederhana dan ringan dengan kerja pengaturan yang lebih baik. Contoh lain lagi misalnya pada sistem pengapian, yang selalu membutuhkan proses pemutusan dan penyambungan arus pada kumparan primer koil secara cepat. Gerakan mekanis yang bekerja sebagai pemutus arus pada sistem itu memiliki kelemahan-kelemahan. Pada sistem yang lebih modern, kerja pemutus arus tersebut dilaksanakan oleh transistor yang bekerja secara elektronis memutus dan menghubungkan arus pada kumparan primer koil dengan cepat dan dapat mengatasi kekurangan yang dimiliki oleh kontak pemutus atau platina (lihat pada bab sistem pengapian). Perkembangan bidang elektronika yang semakin pesat terutama yang diterapkan pada sistem kelistrikan pada kendaraan, perlu diikuti dan dipelajari. Pada bab ini akan diperkenalkan dasar-dasar elektronika meliputi bahan semi konduktor, komponen elektronika, cara kerja komponen elektronik, penggunaan komponen elektronik pada kendaraan, dan pengukuran komponen elektronik. 3.2. Bahan Semikonduktor Tipe P dan Tipe N Atom merupakan bagian terkecil dari suatu benda yang memiliki propertis yang sama dari benda yang dibentuk olehnya. Inti dari sebuah atom disebut dengan nukleus yang terbentuk dari gabungan antara proton dan neutron dan dikelelingi oleh partike lain yang disebut elektron. Setiap patikel atom mempunyai muatan listrik. Proton bermuatan positif, elektron bermuatan negatif, dan neutron tidak bermuatan atau netral. Jumlah elektron bebas pada orbit paling luar dari suatu atom akan mempengaruhi sifat-sifat listrik dari suatu bahan. Sifat listrik dari suatu bahan dapat dibagi menjadi tiga macam yaitu 1) sifat bahan yang dapat menghantarkan arus listrik Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 49 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan atau konduktor, 2) sifat bahan yang dapat menghantarkan dan tidak dapat menghantarkan atau semikonduktor, dan 3) sifat bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik atau isolator. Bahan yang termasuk konduktor adalah bahan yang mempunyai satu sampai tiga elektron pada orbit terluar dari atomnya dan mempunyai sifat sebagai penghantar listrik yang baik, misalnya tembaga, besi, aluminium, dan logam-logam lain pada umumnya. Bahan yang termasuk dalam isolator adalah bahan yang mempunyai lima sampai delapan elektron pada orbit terluar dari atomnya dan mempunyai sifat sebagai penghantar listrik yang tidak baik. Elektron tertahan sangat kuat dan elektron sangat sulit untuk mengalir. Bahan yang termasuk isolator misalnya kaca, plastik, karet, kayu, dll. Bahan yang termasuk semikonduktor adalah bahan yang mempunyai empat elektron pada orbit terluar dari atomnya dan mempunyai sifat sebagai penghantar listrik yang baik pada kondisi tertentu dan sebagai isolator yang baik juga pada kondisi lainnya, misalnya karbon, germanium, dan silikon. Gambar 3.1. Atom bahan semikonduktor Tahanan listrik dari bahan semi konduktor bisa sangat tinggi seperti isolator dan dapat sangat rendah seperti suatu penghantar. Konduktivitas semikonduktor tergantung pada keberadaan dua tipe pembawa muatan (charge carrier) pada bahan semikonduktor tersebut. Salah satu pembawa muatan ini adalah elektron bebas yang bermuatan negatif yang bergerak dari satu atom ke atom lainnya. Pembawa muatan lainnya adalah lubang (hole) yang bermuatan positif, yang dapat berpindah dari satu atom ke atom lainnya. Berdasarkan pembawa muatan, bahan semi konduktor terbagi menjadi dua macam, yaitu bahan semikonduktor tipe P (positif) dan bahan semikonduktor tipe N (negatif). Gambar 3.2. Susunan kristal silikon murni Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 50 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Bahan semi konduktor yang paling penting adalah silikon dan germanium. Bahan semikonduktor murni seperti silikon dan germanium mempunyai sifat konduktivitas listrik yang kurang baik. Untuk meningkatkan konduktivitasnya maka ditambahkan arsenik, boron, dan bahan lain. Penambahan bahan lain pada semikonduktor disebut dengan doping. Banyaknya doping digunakan untuk mengatur konduktivitas semikonduktor untuk mendapatkan sifat yang cocok pada penerapan tertentu. 3.2.1. Bahan Semikonduktor Tipe P Gambar 3.3. Susunan kristal bahan semikonduktor tipe P Bahan yang ditambahkan pada semikonduktor tipe P adalah indium, aluminium, galium dan boron. Penambahan bahan ini akan menghasilkan hole (bermuatan positif) pada bahan silikon. Elemen-elemen ini merupakan atom trivalen (mempunyai tiga elektron valensi pada orbit luarnya). Dengan demikian atom-atom tambahan ini hanya dapat membentuk tiga ikatan kovalen dengan atom-atom semikonduktor yang berdekatan. Hal ini dapat menyebabkan elektron ke empat dari atom semikonduktor membentuk ikatan tidak lengkap. Bagian tidak lengkap ini disebut hole atau bagian yang kehilangan elektron, sehingga hole tersebut bermuatan positif. Dengan demikian, konduksi pada semikonduktor tipe P merupakan perpindahan hole dari satu atom ke atom lainnya, tidak ada elektron yang dilepaskan. Secara sederhana bahan semikonduktor tipe P merupakan semikonduktor yang mempunyai kelebihan hole. Gambar 3.4. Aliran hole pada bahan semikonduktor tipe P Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 51 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Apabila bahan semi konduktor tipe P dihubungkan dengan sumber tegangan (baterai), maka hole yang terdapat pada bahan tersebut akan bergerak. Arah gerakan hole adalah ke arah terminal negatif baterai. Jadi, apabila bahan semikonduktor tipe P dihubungkan dengan suatu sumber tegangan, maka aliran hole yang terdapat pada bahan semikonduktor tipe P adalah dari positif baterai ke negatif baterai atau mengalir ke arah di mana terdapat kelebihan elektron. 3.2.2. Bahan Semikonduktor Tipe N Gambar 3.5. Susunan kristal bahan semikonduktor tipe N Konduktivitas bahan semikonduktor dapat ditingkatkan dengan menambahkan tipe atom lain (doping) untuk menambah jumlah elektron bebas di dalam struktur kristalnya. Bahan tambahan pada semikonduktor ini misalnya pospor, arsenitk, antimoni, dan bismut yang merupakan atom penvalen (mempunyai lima elektron valensi pada orbit luarnya). Bahan tersebut ditambahkan pada semikonduktor, misalnya silikon, yang dapat membentuk empat ikatan kovalen pada atom semikonduktor. Sementara itu, elektron kelima diikatkan hanya pada orbit terluarnya. Karena elektron kelima ini tidak dapat dipasangkan dengan elektron lainnya, elektron tersebut mempunyai ikatan yang lemah dengan atom tambahannya sehingga mudah lepas dari orbitnya. Atom-atom tambahan ini menjadi elektron bebas yang diperlukan untuk meningkatkan aliran arus. Jadi bahan semikonduktor tipe N secara sederhana dinyatakan sebagai bahan semikonduktor yang mempunyai kelebihan elektron. Gambar 3.6. Aliran elektron pada bahan semikonduktor tipe N Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 52 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan 3.3. Komponen-komponen Elektronika Komponen-komponen elektronika dapat dibagi menjadi dua macam, yaitu komponen pasif dan komponen aktif. Berikut dijelaskan tentang kedua komponen elektronika tersebut. 3.3.1. Komponen pasif Komponen pasif dalam bidang elektronika merupakan komponen yang dengan sendirinya tidak dapat membangkitkan tegangan atau arus. Yang termasuk komponen pasif di antaranya adalah resistor, kapasitor, dan induktor. Pemahaman karakteristik dan aplikasi komponen pasif tersebut merupakan hal yang sangat penting untuk memahami cara kerja dari rangkaian-rangkaian yang digunakan dalam sistem kelistrikan pada kendaraan. 3.3.1.1. Resistor Resistor merupakan komponen yang berfungsi untuk mengatur arus dan tegangan dalam rangkaian-rangkaian elektronik. Spesifikasi suatu resistor umumnya meliputi nilai resistansi (dalam ohm, kilo ohm, mega ohm), nilai ketepatan atau toleransi (yaitu penyimpangan nilai maksimum yang diijinkan dari nilai yang tertera), rating daya (yang harus sama dengan atau lebih besar dari disipasi daya maksimumnya). Nilai resistor umumnya tertera pada bodi resistor tersebut. Salah satu penunjukkan nilai resistor adalah dengan kode warna. Ada dua metode pengkodean yang umumnya digunakan, yaitu kode warna dengan empat cincin warna dan kode warna dengan lima cincin warna. Nilai warna dari kode warna pada resistor ditunjukkan pada tabel berikut. Kode Warna Hitam Coklat Merah Orange Kuning Hijau Biru Ungu Abu-abu Putih Emas Perak Tak berwarna Tabel 3.1. Kode Warna pada Resistor Kode Angka Faktor Pengali 0 1 1 10 2 100 3 1000 4 10000 5 100000 6 1000000 7 10000000 8 100000000 9 1000000000 0,1 0,01 - Toleransi 1% 2% 5% 10% 20% Gambar 3.7 memperlihatkan contoh resistor dengan menggunakan empat cincin warna. Cincin warna pada resistor menunjukkan nilai resistror tersebut. Cincin warna pertama (dari kiri ke kanan pada gambar 3.7) dan kedua menunjukkan nilai resistor tersebut, cincin warna ketiga menunjukkan faktor pengali, dan cincin warna keempat menunjukkan toleransi dari resistor tersebut. Warna pertama dari resistor Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 53 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan tersebut adalah coklat, warna kedua hijau, warna ketiga merah, dan warna keempat adalah emas. Nilai resistansi resistor tersebut adalah sebagai berikut. Warna pertama : coklat = 1 Warna kedua : hijau = 5 Warna ketiga : merah = dikalikan 100 Warna keempat : emas = tolerasi 5% Besarnya resistansi adalah : 15 x 100 = 1500 ohm atau 1,5 kilo ohm dengan toleransi ± 5% atau 5% x 1500 = 75 ohm. Jadi nilai resistansi resistor dengan kode warna tersebut adalah 1,5 kΩ ±75Ω. Gambar 3.7. Resistor dengan empat cincin warna Gambar 3.8 memperlihatkan contoh resistor dengan menggunakan lima cincin warna. Cincin warna pertama (dari kiri ke kanan), kedua, dan ketiga menjunjukkan nilai resistor tersebut, cincin warna keempat menunjukkan faktor pengali, dan cincin warna kelima menunjukkan toleransi dari resistor tersebut. Warna pertama dari resistor tersebut adalah coklat, warna kedua hijau, warna ketiga hitam, warna keempat hitam, dan warna kelima adalah perak. Nilai resistansi resistor tersebut adalah sebagai berikut. Warna pertama Warna kedua Warna ketiga Warna keempat Warna kelima : coklat : hijau : hitam : hitam : perak = = = = = 1 5 0 dikalikan 1 tolerasi 10% Besarnya resistansi adalah : 150 x 1 = 150 ohm dengan toleransi ± 10% atau 10% x 150 = 15 ohm. Jadi nilai resistansi resistor dengan kode warna tersebut adalah 150 Ω ± 15Ω. Gambar 3.8. Resistor dengan lima cincin warna Resistor yang digunakan pada kendaraan ada beberapa tipe, yaitu tipe nilai tetap (seperti gambar di atas), tipe nilai bertingkat, dan tipe variabel. Resistor yang Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 54 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan mempunyai nilai tetap yang banyak digunakan adalah resistor tipe gulungan kawat, dan resistor karbon. Resistor model kumparan kawat terbuat dari kawat yang mempunyai nilai resistansi tertentu yang digulungkan pada suatu inti isolator. Resistor jenis karbon banyak digunakan pada rangkaian elektronik. Karbon dicampur dengan bahan pengikat, makin banyak karbon, makin rendah resistansinya. Nilai resistor tipe karbon ini umumnya ditunjukkan dengan kode warna. Gambar 3.9. Resistor tipe gulungan kawat dan tipe karbon Resistor tipe nilai beringkat mempunyai dua nilai resistansi atau lebih. Resistor dengan nilai resistansi yang berbeda dihubungkan ke terminal yang berbeda di dalam suatu saklar. Jika saklar posisinya dipindahkan, nilai resistansi yang berbeda akan bekerja pada rangkaian kelistrikan. Biasanya resistor ini digunakan pada pemanas, saklar motor penggerak kipas dan lain-lain. Gambar 3.10. Resistor tipe bertingkat Resistor variable merupakan resistor yang nilainya tidak tetap atau dapat diubah-ubah. Resistor tipe ini ada beberapa macam, yaitu reostat, potensiometer, termistor, dan resistor peka cahaya (light depend resistor, LDR). Reostat biasanya digunakan untuk saklar lampu kepala untuk mengatur tingkat terangnya panel penerangan. Potensiometer mempunyai tiga terminal yaitu dua terminal pada ujung potensiometer dan satu terminal pada bagian kontak geser (siliding contact). Dengan memutar poros potensiometer, nilai resistansinya bisa bertambah atau berkurang. Gambar 3.11. Reostat Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 55 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Resistor lain yang termasuk resistor variable adalah termistor atau resistor peka suhu, dan LDR atau resistor peka cahaya. Resistansi termistor akan berubahubah jika terkena suhu. Resistor ini ada dua jenis, yaitu NTC (negative temperature coeficient) dan PTC (positive temperature coeficient). Resistor NTC nilainya akan makin kecil jika temperatur yang mengenainya semakin tinggi, sedangkan pada PTC nilai resistansinya akan naik jika temperatur yang mengenainya semakin tinggi. Resistor peka cahaya menggunakan bahan semikonduktor yang karakteristik listriknya dapat berubah-ubah sesuai dengan cahaya yang diterimanya. Dua jenis bahan semikonduktor yang digunakan adalah kadmiun sulfida dan kadmiun selenida. Bahanbahan ini paling sensitif terhadap cahaya. Gambar 3.12. Karakteristik termistor dan LDR 3.3.1.2. Kapasitor (Kondensor) Kapasitor adalah komponen yang dapat digunakan untuk menyimpan muatan listrik yang pada keadaan tertentu muatan tersebut dapat dikeluarkan lagi. Kapasitor menggunakan suatu medan elektrostatik untuk menyimpan muatan listrik. Jika kapasitor dihubungkan dengan suatu sumber tegangan, maka muatan listrik akan tersimpan pada kapasitor tersebut. Besarnya tegangan yang ada pada kapasitor sama dengan besarnya tegangan sumber. Berikut gambar beberapa macam kapasitor. Gambar 3.13. Kapasitor Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 56 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Konstruksi dasar kapasitor sangat sederhana. Dua plat yang dipasang secara sejajar, di antara kedua plat tersebut diberi isolator. Masing-masing plat diberi kawat penghantar sebagai kaki dari kapasitor tersebut. Bahan penyekat atau isolator di dalam kapasitor disebut dielektrikum. Besar kecilnya kapasitas kapasitor tergantung dari besar kecilnya plat kondensator, jenis bahan dielektrikumnya, dan jarak antara kedua plat tersebut. Gambar 3.14. Efek penerapan tegangan pada kapasitor Perhatikan gambar di atas, jika kapasitor dirangkaikan dengan sebuah saklar dan sumber tangangan tetapi saklar dalam keadaan terbuka, maka tidak ada arus yang mengalir sehingga tidak akan ada muatan pada kapasitor. Jika saklar ditutup, arus mengalir ke kapasitor dan elektron yang berada di plat positif akan mengalir ke terminal positif baterai sehingga plat bagian atas akan bermuatan positif. Muatanmuatan positif pada plat bagian bawah akan mengalir ke terminal negatif baterai sehingga plat bagian bawah mempunyai banyak elektron atau bermuatan negatif. Pada kondisi ini terdapat banyak elektron yang sudah pindah sehingga beda potensial yang ada di antara kedua plat tersebut sama dengan yang ada pada baterai. Dalam keadaan ini kapasitor dikatakan bermuatan dan akan terbentuk medan listrik di dalam ruang di antara kedua plat tersebut. Jika kemudian saklar dibuka kembali, maka plat positif akan mengalami kekurangan elektron sementara plat negatif akan mengalami kelebihan elektron. Karena tidak ada penghantar yang dapat menghubungkan kedua plat tersebut, maka kapasitor akan tetap bermuatan dan beda potensial akan selalu ada pada kedua plat kapasitor tersebut. Namun dalam kenyataannya, muatan yang tersimpan akan berkurang sedikit demi sedikit karena adanya resistansi bocor (leakage resistance) di dalam kapasitor. Muatan yang dapat disimpan di dalam medan listrik antara plat-plat kapasitor sebanding dengan tegangan yang diberikan dan kapasitas kapasitor. Q = C.V Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan (3.1) 57 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Di mana Q adalah muatan (dalam Coulomb), C adalah kapasitansi (dalam Farad), dan V adalah beda potensial (dalam volt). Energi yang tersimpan dalam suatu kapasitor adalah (3.2) E = 0,5 CV2 Di mana E adalah energi dalam satuan joule, C adalah kapasitas dalam satuan farad, dan V adalah beda potensial dalam satuan volt. 3.3.2. Komponen Semikonduktor Komponen-komponen elektronika yang terbuat dari bahan semi konduktor dan banyak digunakan pada sistem kelistrikan kendaraan adalah dioda, transistor, dan thyristor. Berikut dijelaskan masing-masing komponen tersebut. 3.3.2.1. Dioda Apabila bahan semikonduktor tipe P dan tipe N digabungkan menjadi satu, maka akan terbentuk sambungan PN (PN junction). Tiap bahan semikonduktor tersebut diberi terminal dan diberi nama anoda dan katoda. Karakteristik bahan semikonduktor tipe P dan tipe N saat dialiri arus (sudah dijelaskan pada bagian 3.2.1 dan 3.2.2) jika digabungkan menghasilkan karakteristik yang istimewa, yaitu sambungan PN (dioda) hanya dapat dialiri arus dalam satu arah saja. Arus dapat dengan mudah mengalir dari kaki anoda ke kaki katoda, namun jika arus dialirkan dari katoda ke anoda arus tersebut akan diblok (tidak dapat mengalir). Gambar 3.15. Sambungan PN, simbol dioda dan bentuk dioda Penerapan tegangan pada dioda ditunjukkan pada gambar 3.16. Apabila saklar dalam keadaan terbuka, ada perpindahan elektron pada kedua bahan tersebut namun sangat kecil sehingga pada kenyataannya dalam kondisi ini dioda dikatakan tidak menghantarkan arus listrik. Gambar 3.16. Saklar dalam kondisi terbuka Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 58 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Apabila saklar ditutup (gambar 3.17), maka akan terjadi rangkaian tertutup antara dioda dan baterai. Pada kondisi ini elektron bebas pada bahan tipe N akan bergerak ke arah sambungan PN dan sebaliknya hole akan bergerak juga ke arah sambungan PN. Karena dihubungkan dengan baterai, elektron yang berasal dari terminal negatif baterai juga dapat mengalir melintasi sambungan PN menuju terminal positif baterai. Pada saat yang bersamaan hole mengalir melewati sambungan PN dan hole dari terminal positif baterai juga dapat mengalir menuju terminal negatif baterai. Dalam kondisi ini, maka dapat dikatakan bahwa dioda dapat menghantarkan arus. Jika pada rangkaian dioda tersebut dipasang sebuah lampu, maka lampu akan menyala. Gambar 3.17. Saklar dalam kondisi tertutup, bias maju Apabila polaritas sumber tegangan dibalik (bias mundur), maka elektron bebas pada bahan semi konduktor tipe N akan mengalir ke arah terminal positif baterai, sedangkan hole pada bahan semikonduktor tipe P akan bergerak ke arah terminal negatif baterai. Hal ini menyebabkan daerah lapisan defleksi semakin lebar dan tidak ada aliran arus atau elektron yang melintasi sambungan PN. Pada kondisi ini dapat dikatakan bahwa dioda tidak menghantarkan arus listrik. Jika pada rangkaian dioda tersebut dipasang sebuah lampu, maka lampu tidak akan menyala karena arus tidak dapat mengalir melalui dioda. Gambar 3.18. Saklar dalam kondisi tertutup, bias mundur Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 59 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Berdasarkan penjelasan di atas, maka jika tegangan anoda nol terhadap katoda ada aliran elektron yang sangat kecil sehingga pada kondisi ini dapat dikatakan dioda tidak menghantarkan arus. Jika tegangan anoda positif terhadap katoda, maka terjadi aliran arus yang besar sehingga pada keadaan ini dioda dapat menghantarkan arus. Jika tegangan anoda negatif terhadap katoda, maka tidak ada aliran arus yang melintasii dioda atau dioda memblok arus. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa dioda hanya dapat dialiri arus hanya dalam satu arah saja. Kerja dioda yang hanya dapat dialiri arus dari satu arah saja dapat difungsikan sebagai penyearah arus atau untuk mengubah arus bolak balik (AC, alternating current) menjadi arus searah (DC, direct current). Penyearahan arus bolak balik menjadi arus searah dikategorikan menjadi dua, yaitu penyearahan setengah gelombang, dan penyearahan gelombang penuh. Rangkaian penyearahan setengah gelombang ditunjukkan pada gambar di bawah. Gamba 3.19. Penyearahan setengah gelombang Kerja rangkaian tersebut adalah sebagai berikut. Pada saat arus bolak balik dialirkan melalui kaki anoda dioda, maka hanya sinyal positif (+) saja yang dapat masuk atau mengalir melalui dioda ke arah katodanya. Namun Jika sinyal yang masuk adalah negatif (-) maka arus listrik tidak dapat mengalir ke katoda karena arahnya terbalik. Berdasarkan gambar di atas, maka keluaran dari dioda hanya sinyal positif saja atau dapat dikatakan arus listrik yang semula bolak-balik, setelah melewati dioda menjadi arus searah. Di antara sinyal positif keluaran dari dioda, terdapat bagian dari gelombang yang hilang sehingga disebut setengah gelombang. Sistem penyearahan gelombang penuh menggunakan lebih dari satu dioda. Pada gambar di bawah ditunjukkan empat buah dioda yang dipasang dengan sistem jembatan. Gambar 3.20. Penyearahan gelombang penuh Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 60 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Apabila arus bolak-balik diberikan pada rangkaian sistem jembatan di atas, arus listrik akan mengalir melalui dioda-dioda tersebut. Jika sinyal tegangan pada bagian atas rangkaian adalah positif, maka sinyal positif tersebut akan mengalir melewati dioda D1 dan saat sinyalnya negatif akan diblok oleh dioda tersebut. Pada saat sinyal di atas negatif, sinyal di bawah rangkaian akan positif sehingga sinyal tersebut dapat mengalir melalui dioda D4 sehingga outputnya akan menghasilkan sinyal tegangan positif yang berurutan tanpa ada gelombang yang kosong. Jenis sirkuit yang mengalirkan arus listrik pada kedua sisinya setengah gelombang disebut sirkuit penyearah gelombang penuh. Dioda Zener Dioda zener pada prinsipnya sama dengan dioda PN lainnya tetapi dibuat untuk dapat mengalirkan arus dengan arah tegangan bias mundur tanpa menyebabkan kerusakan pada dioda zener tersebut. Arus dapat mengalir apabila tegangan mundur yang diberikan mencapai atau melebihi tegangan kerja dioda zener yang sudah ditentukan. Dioda zener digunakan untuk menstabilkan tegangan sehingga output tegangan tetap stabil. Gambar 3.21. Simbol dioda zener dan rangkaian penstabil tegangan Saat dioda zener dibiaskan ke arah maju, maka akan bereaksi seperti saklar tertutup dan dapat mengalirkan arus seperti pada dioda biasa. Namun demikian, dioda zener memiliki keunikan yaitu dapat mengalirkan arus listrik dari arah yang berlawanan (bias mundur), sehingga agak berbeda dengan dioda biasa. Dioda zener dapat mengalirkan arus listrik dari arah balik dengan tegangan bervariasi. Besar tegangan yang ingin dialirkan secara terbalik tergantung jenis zener dioda yang dipakai. Beberapa tipe tegangan arah balik tersebut adalah: 2.4V, 5.1V, 6.0V, 9.1V, 12.V, dan sebagainya. Pada bagian ujung dengan simbol garis miring, saat diberikan tegangan yang meningkat, arus listrik yang mengalir pun akan meningkat. Aliran kecil arus balik ini dapat mengalir sampai dioda mencapai titik breakdown. Titik breakdown dioda zener dapat mempertahankan tegangan secara tetap meskipun tegangan yang bekerja padanya naik-turun. Karena itu, dioda zener dapat dipakai untuk menstabilkan tegangan. Photo dioda Dioda jenis ini adalah dioda yang bila tingkat cahaya yang mengenainya berubah, arus listrik yang dapat mengalir sesuai dengan banyaknya cahaya. Arus listrik akan mengalir bila ada cahaya mengenai permukaan sambungan PN. Bila ada cahaya mengenai dioda tersebut, secara spontan elektron dan hole diaktifkan oleh Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 61 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan energi cahaya dari luar dengan ion positive (+) pada sisi N dan ion negative (-) pada sisi P sehingga terjadi aliran arus. Dioda tersebut digunakan pada rangkaian yang diterapkan pada daerah yang cahayanya berubah-ubah. Bila tegangan yang diberikan tetap konstan, arus listrik mengalir pada rangkaian sesuai dengan kekuatan cahaya yang diterima oleh photo dioda. Photo dioda dihubungkan dengan arah balik seperti pada rangkaian di bawah. Bila cahaya menyinari photo dioda, maka arus akan mengalir dari baterai melalui diode sehingga lampu menyala. Gambar 3.22. Rangkaian dengan photo dioda LED (Light emitting dioda) Dioda ini mengeluarkan cahaya sebagai akibat dari mengalirnya arus listrik. Sisi anoda diberi tegangan (+) dan sisi katoda diberi tegangan (-) searah dioda sambungan PN. Karakteristiknya diode ini adalah lebih tahan lama dan pemakaian tenaga listrik lebih rendah dibanding dengan lampu pijar, responnya lebih cepat, menyala walau hanya dengan tegangan 2-3 V, pemakaian daya rendah (sekitar 0.05 W), respon perubahan ON dan OFF cepat (dengan satuan seper sejuta detik), berbagai warna penyalaan seperti, merah, hijau, kuning dan lain-lain. Hambar 3.23. Dioda bercahaya (LED) Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 62 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Pada sirkuit di atas, bila switch tertutup maka arus listrik mengalir kemudian LED menyala. Penggunaan resistor adalah untuk menurunkan tegangan yang diberikan pada LED. 3.3.2.2. Transistor Transistor kependekan dari tranfer dan resistor, yang berarti pengubahan tahanan atau menjadikan bahan yang bukan penghantar menjadi penghantar pada keadaan tertentu. Transistor merupakan komponen semikonduktor yang dapat berfungsi sebagai penguat sinyal dan saklar elektronik. Pada suatu transistor, arus yang sangat kecil (dari emitor ke basis atau dari basis ke emitor, tergantung tipe transistornya) dapat mengontrol arus yang jauh lebih besar dari suatu sistem pencatu caya ke beban melalui kaki kolektornya. Gambar 3.24. Transistor Transistor terdiri dari dua tipe yaitu tipe PNP dan NPN. Transistor tipe PNP merupakan transistor dengan lapisan semikonduktor tipe N dalam kristal semikonduktor disisipkan di antara dua semikonduktor tipe P, sebaliknya transistor tipe NPN adalah semikonduktor tipe P disisipkan di antara dua semikonduktor tipe N. Kaki-kaki pada transistor dinamakan E untuk terminal emittor, B terminal Basis dan C untuk terminal kolektor. Berikut susunan semikonduktor dan simbol transistor tipe PNP dan NPN. Gambar 3.25. Transistor tipe NPN dan PNP Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 63 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Prinsip kerja transistor tipe NPN Apabila kaki basis transistor NPN dihubungkan dengan positif baterai dan emitornya dihubungkan dengan negatif baterai, kaki kolektornya dihubungkan dengan terminal positif baterai yang lain dan kaki emitornya dihubungkan dengan negatif baterai, maka jika saklar dihubungkan arus akan mengalir dari baterai ke kaki basis transistor (IB), kemudian ke emitor, terus ke negatif baterai. Aliran arus basis ini menyebabkan transistor menjadi aktif sehingga kaki kolektor dan emitornya terhubung. Arus yang lebih besar akan mengalir dari baterai ke kolektor (IC), ke emitor, kemudian ke negatif baterai. Jadi dengan memberikan arus (yang kecil) ke kaki basis transistor tersebut, maka arus yang lebih besar akan mengalir lewat kaki kolektor dan emitornya. Gambar 3.26. Kerja transistor tipe NPN Prinsip kerja transistor tipe PNP Apabila kaki basis transistor PNP dihubungkan dengan negatif baterai (melalui saklar, lihat gambar di bawah) dan emitornya dihubungkan dengan positif baterai, kaki kolektornya dihubungkan dengan terminal negatif baterai yang lain dan kaki emitornya dihubungkan dengan positif baterai, maka jika saklar dihubungkan arus akan mengalir dari baterai ke kaki emitor transistor, kemudian ke basis, terus ke negatif baterai melalui saklar. Aliran arus basis ini menyebabkan transistor menjadi aktif sehingga kaki emitor dan kolektornya terhubung. Arus yang lebih besar akan mengalir dari baterai ke emitor, ke kolektor, kemudian ke negatif baterai. Jadi dengan memberikan arus (yang kecil) ke kaki emitor-basis transistor tersebut, maka arus yang lebih besar akan mengalir lewat kaki emitor dan kolektornya. Gambar 3.27. Kerja transistor tipe PNP Fungsi saklar pada transistor Berdasarkan penjelasan di atas, maka jika ada arus mengalir dari basis ke emitor atau dari emitor ke basis, maka transistor akan ON dan dapat menyebabkan arus yang besar mengalir melalui transistor tersebut. Dengan karakteristik tersebut maka transistor dapat digunakan untuk menghidupkan atau mematikan suatu rangkaian listrik. Prinsip kerja transistor sebagai saklar ini mirip dengan fungsi saklar Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 64 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan pada sebuah relai. Gambar 3.28 menggambarkan kesamaan kerja relai dengan transistor. Apabila arus mengalir melalui kumparan pada suatu relai kemudian ke massa, maka akan terjadi medan magnet pada kumparan relai tersebut. Hal ini akan menyebabkan plat kontak pada relai tertarik dan terminal-terminal pada kontak akan saling terhubung. Hal ini menyebabkan arus dari baterai dapat mengalir ke beban (load), ke kontak, kemudian ke massa. Jika beban tersebut adalah sebuah lampu, maka lampu akan menyala. Pada rangkaian transistor gambar di atas, jika kaki basis transistor mendapat sinyal atau arus kemudian mengalir ke kaki emitor dan ke massa, maka transistor akan ON sehingga kaki kolektor dan emitornya terhubung. Gambar 3.28. Kesamaan prinsip kerja relai dan trasistor Hal ini menyebabkan arus dari baterai dapat mengalir ke beban, ke kaki kolektor, ke kaki emitor, kemudian ke massa. Jika bebannya adalah lampu, maka lampu akan menyala. Dengan demikin, transistor dapat bekerja seperti sebuah relai (saklar) yang dipicu dengan arus yang kecil dapat mengalirkan arus yang lebih besar. Kelebihan transistor sebagai saklar adalah kecepatan ON dan OFF-nya yang sangat tinggi jika dibandingkan dengan relai yang mengandalkan gerakan mekanis dengan tingkat kelambatan yang lebih tinggi. Aliran arus kolektor yang besar sangat menguntungkan, karena hanya dengan memberi arus yang kecil ke kaki basis transistor didapat aliran arus yang besar. Penerapan transistor tipe NPN dalam rangkaian ditunjukkan pada gambar 3.29. Apabila saklar dalam keadaan terbuka, maka tidak ada arus yang mengalir ke kaki basis sehingga transistor tidak bekerja. Jika saklar ditutup, maka arus akan mengalir dari baterai ke kaki basis, kemudian ke kaki emitor dan ke massa (negatif baterai). Aliran arus ke kaki basis ini menyebabkan transistor ON atau bekerja sehingga kaki kolektor dan emitor transistor tersebut terhubung. Arus yang lebih besar akan mengalir dari baterai, ke lampu, ke kaki kolektor, ke emitor, kemudian ke massa. Akibatnya, lampu menyala. Gambar 3.29. Pemanfaatan transistor NPN sebagai saklar untuk menyalakan lampu Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 65 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Penerapan transistor tipe PNP dalam rangkaian ditunjukkan pada gambar 3.30. Apabila saklar dalam keadaan terbuka, maka tidak ada arus yang mengalir ke kaki basis sehingga transistor tidak bekerja. Jika saklar ditutup, maka arus akan mengalir dari baterai ke kaki emitor, ke basis, kemudian ke massa (negatif baterai). Aliran arus ke B ini menyebabkan transistor ON atau bekerja sehingga kaki emitor dan kolektor transistor tersebut terhubung. Arus yang lebih besar akan mengalir dari baterai, ke lampu, ke kaki emitor, ke kolektor, kemudian ke massa. Akibatnya, lampu menyala. Gambar 3.30. Pemanfaatan transistor NPN sebagai saklar untuk menyalakan lampu 3.3.2.3. Thermistor Thermistor (disebut NTC dan PTC) adalah resistor yang nilainya dapat berubah jika terkena panas. Gambar 3.31 adalah contoh penggunaan thermistor dalam rangkaian. Karakteristik NTC (negative temperature coefficient) adalah jika temperature naik, maka nilai tahanannya semakin kecil. Tegangan bias transistor NPN akan tergantung pada nilai tahanan thermistor NTC. Dari rangkaian tersebut (a), bila temperatur naik maka tahanan NTC tersebut akan turun sehingga tegangan antara basis dan emitor turun. Jika tegangan basis tidak mencapai tegangan batas minimum, maka transistor tidak ON dan lampu tidak menyala. Apabila temperatur yang mengenai NTC turun, maka tahanan NTC akan bertambah besar sehingga tegangan pada kaki basis transistor naik dan transistor menjadi ON. Arus dari baterai akan mengalir melalui lampu, kaki kolektor, emitor, kemudian ke massa sehingga lampu menyala. Jika PTC dipasangkan (gambar b), kerja rangkaian akan berbalikan yaitu jika temperatur naik maka tahanannya naik sehingga transistor ON dan lampu menyala. Jika temperatur turun, tahanan turun dan transistor menjadi OFF sehingga lampu padam. (a) (b) Gambar 3.31. Contoh penggunaan NTC dan PTC pada rangkaian PTC (Positive Temperature Coefficient) merupakan resistor yang nilai tahanannya dapat berubah jika terkena panas. Karakteristiknya adalah jika Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 66 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan temperature naik, maka nilai tahanannya juga akan naik. Rangkaian di bawah ini memperlihatkan contoh penggunaan PTC pada sistem kelistrikan. Apabila saklar diON-kan, arus dari baterai akan mengalir ke lampu, termistor, saklar, kemudian ke massa sehingga lampu menyala. Apabila arus yang mengalir berlebihan, maka panas akibat arus tersebut akan mempengaruhi thermistor sehingga tahanannya akan naik. Naiknya nilai tahanan ini akan menyebabkan berkurangnya arus yang mengalir sehingga tidak akan terjadi arus yang berlebihan pada rangkaian ini. Gambar 3.32. Rangkaian dengan menggunakan PTC 3.3.2.4. Photoconductive cell (LDR) Nilai tahanan komponen ini akan berubah-ubah (bertambah atau berkurang) sesuai dengan tingkat cahaya yang diterimanya. Material aktif pada komponen ini adalahs Cds (Cadmium sulfide) dan CdSe (Cadmium selenide). Karakteristiknya adalah bila tingkat keterangan cahaya tinggi maka tahanannya akan turun dan tahanan akan naik apabila cahayanya redup. Contoh penggunaan LDR ditunjukkan pada rangkaian di bawah. Jika CDS mendapat cahaya yang terang, maka tahanannya akan kecil sehingga arus dari baterai akan mengalir ke CDS dan tegangan pada basis TR2 akan naik. Hal ini menyebabkan TR2 menjadi ON sehingga kolektor TR2 langsung terhubung dengan massa yang menyebabkan tegangan pada basis TR1 rendah (mendekati nol) sehingga transistor TR1 menjadi OFF. Pada kondisi ini lampu padam. Gambar 3.33. Rangkaian dengan menggunakan LDR Apabila cahaya yang mengenai LDR (CDS) redup, maka tahanannya akan naik sehingga tegangan pada basis TR2 menjadi kecil. Hal ini menyebabkan TR2 menjadi OFF sehingga kaki kolektornya tidak terhubung dengan massa. Oleh karena itu, tegangan pada basis transistor TR1 menjadi naik yang mengakibatkan TR1 menjadi ON sehingga kaki kolektornya terhubung langsung dengan massa. Akibatnya, Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 67 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan arus dari baterai akan mengalir melalui lampu kemudian ke massa melalui transistor TR1. Aliran arus ke lampu ini menyebabkan lampu menyala. Jadi, jika cahaya terang mengenai rangkaian di atas, maka lampu akan padam dan jika cahaya redup maka lampu akan menyala. 3.3.2.5. Thyristor Thyristor berasal dari kata thyratron dan transistor. Thyristor identik dengan thiratron. Pada dasarnya thiristor merupakan susunan dioda empat lapis seperti digambarkan di bawah ini dengan tambahan satu kaki yang disebut gerbang. Thiristor mempunyai tiga buah kaki yang disebut kaki anoda (A), kaki katoda (K), dan kaki gerbang (G, gate). Kaki G adalah kaki untuk memberikan arus untuk memicu kerja thiristor. Komponen yang termasuk dalam keluarga thiristor adalah SCR (silicon controlled rectifier) yang berarti penyearah silicon yang terkendali dan dalam praktiknya digunakan untuk pengaturan daya dan untuk saklar. Gambar 3.34. Lapisan bahan semi konduktor pada thiristor Penggunaan thiristor untuk pengaturan daya atau untuk saklar sangat menguntungkan bila dibanding dengan komponen mekanik atau saklar biasa karena tidak ada gerakan mekanik sehingga tidak ada kontak yang aus atau terbakar, tidak menimbulkan percikan api, dan hanya membutuhkan sedikit komponen tambahan. Kerja SCR pada dasarnya sama seperti dioda yang dapat menghantarkan arus dari anoda ke katoda, dan jika diberi tegangan mundur atau bias mundur tidak akan menghantarkan arus. Susunan dioda empat lapis ini identik dengan dua buah transistor, tipe PNP dan tipe NPN yang digabung menjadi satu (gambar 3.35). Dalam praktiknya, anoda dihubungkan dengan positif sumber tegangan dan katoda dihubungkan dengan negatif. Jika kaki G diberi tegangan pemicu yang melebihi tegangan kerja (breakdown) SCR, maka arus akan mengalir ke kaki G sehingga SCR bekerja atau menghantarkan arus dari anoda ke katoda. Gambar 3.35. SCR Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 68 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan 3.4. Penggunaan Komponen Elektronika pada Kelistrikan Kendaraan Komponen-komponen elektronika banyak digunakan pada sistem kelistrikan pada kendaraan. Perkembangan teknologi otomotif yang sangat pesat terutama dalam bidang kelistrikannya menuntut penggunaan komponen-komponen ini sebagai pelengkap dan penyempurna kerja sistem kelstrikan. Beberapa penggunaan komponen-komponen elektronik dalam bidang kelistrikan kendaraan dijelaskan sebagai berikut. 3.4.1. Penggunaan Resistor pada Rangkaian Kelistrikan Kendaraan Penggunaan resistor pada rangkaian kelistrikan otomotif sangat beragam. Beberapa contoh penggunaannya adalah sebagai berikut. 1. Resistor dipasang pada regulator tipe konvensional untuk menurunkan arus dan tegangan yang masuk ke kumparan rotor pada alternator sehingga medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan rotor (rotor coil) dapat diatur (secara khusus penjelasan ini diuraikan pada bab sistem pengisian) 2. Resistor dipasang pada koil sistem pengapian. Resistor ini dipasang untuk mengurangi tahanan kumparan primer koil. Tahanan rangkaian primer sekitar 3 ohm dengan rincian 1,5 ohm tahanan resistor dan 1,5 ohm tahanan dari gulungan primer koil. Resistor ini berguna untuk mengurangi efek counter electromotive force (emf) atau gaya elektromotif lawan yang dapat memperlambat tercapainya arus listrik maksimum pada kumparan primer koil. 3. Resistor digunakan pada rangkaian elektronik yang banyak digunakan pada sistem kelistrikan misalnya pada sistem pengapian elektronik, sistem pengisian dengan regulator elektronik, flasher elektronik, dan lain-lain. 4. Resistor variabel pada sistem EFI digunakan untuk pengukur jumlah udara (air flow meter) yang masuk ke mesin. Gambar 3.36. Air Flow Meter Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 69 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan 5. Resistor variabel pada sistem EFI digunakan untuk sensor posisi katup gas (trhottle position sensor, TPS) agar ECU (electronic control unit) dapat mengetahui seberapa dalam pengemudi menginjak pedal gas, dan penggunaanpenggunaan lainnya. Gambar 3.37. Throttle Position Sensor 3.4.2. Penggunaan Kapasitor pada Rangkaian Kelistrikan Kendaraan Penggunaan kapasitor pada rangkaian kelistrikan otomotif juga sangat beragam. Beberapa penggunaannya adalah sebagai berikut. 1. Sebagai perata arus pada rangkaian penyearah pada sistem pengisian. Biasanya kapasitor pada alternator dipasang pada terminal B alternator dan massa. 2. Sebagai kopel atau penghubung antar penguat yang pertama ke penguat berikutnya, sebagai by pass untuk mencegah arus bolak-balik dan menerima arus searah yang berfungsi sebagai filter untuk menyaring frekuensi tinggi dan meneruskan frekuensi rendah. Penerapan kapasitor ini banyak terdapat pada rangkaian elektronik pada sistem kelistrikan kendaraan. 3. Sebagai komponen utama kerja sistem pengapian CDI (capasitive discharge ignition) atau sistem pengapian yang bekerja berdasarkan pembuangan muatan kapasitor. Secara khusus penjelasan ini diberikan pada bab sistem pengapian. 4. Sebagai komponen untuk mencegah loncatan bunga api pada kontak pemutus (breaker point) pada sistem pengapian konvensional. Kapasitor pada sistem pengapian ini berfungsi untuk menyerap energy listrik yang dihasilkan saat terjadinya induksi diri pada kumparan primer koil dan dibuang kembali muatannya saat kontak pemutus tertutup, dan masih banyak lagi penggunaan kapasitor dalam sistem kelistrikan lainnya. 3.4.3. Penggunaan Dioda pada Rangkaian Kelistrikan Kendaraan Penggunaan dioda pada rangkaian kelistrikan kendaraan sangat banyak. Beberapa di antaranya dijelaskan sebagai berikut. 1. Penyearah pada sistem pengisian. Tegangan AC yang dihasilkan oleh stator coil diubah menjadi tegangan DC oleh dioda. Gambar 3.38. Skema penyearahan oleh dioda pada sistem pengisian Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 70 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan 2. Dioda dipasang pada relay untuk menetralisir tegangan induksi diri. Saat power transistor On, kumparan pada relay menjadi electromagnet sehingga kontak terhubung dan arus dapat mengalir ke motor. Bila power transistor off, arus yang mengalir ke kumparan pada relai akan terputus dengan cepat. Gambar 3.39. Pemasangan dioda pada relai Terputusnya arus tersebut mengakibatkan medan magnet yang sebelumnya terbentuk hilang dengan cepat sehingga akan timbul tegangan induksi diri pada kumparan relai ini. Tegangan induksi diri yang dibangkitkan ini cukup tinggi sehingga dapat merusak transistor. Untuk itu dipasang sebuah dioda agar tegangan tinggi yang dihasilkan tidak mengalir dari titik A ke titik B melainkan dinetralisir melalui diode ke titik C 3.4.4. Penggunaan Dioda Zener pada Rangkaian Kelistrikan Kendaraan Zener dioda adalah suatu alat yang dapat digunakan sebagai regulator (pengatur) tegangan. Beberapa penggunaan dioda zener yang banyak dipakai di antaranya adalah sebagai berikut. 1. Sebagai penstabil tegangan, seperti ditunjukkan pada rangkaian di bawah. Jika tegangan breakdown dioda zener pada rangkaian adalah 12 V, maka suplai tegangan kontroler melalui kondensor tidak akan melebihi 12 V. Bila tegangan melebihi 12 V maka akan dialihkan ke ground melalui dioda zener sehingga tegangan yang ke kontroler akan selalu stabil 12 V. Gambar 3.40. Dioda zener pada rangkaian pestabil tegangan 2. Mendeteksi kelebihan tegangan yang masuk ke baterai pada sistem pengisian dengan mengaktifkan dan menonaktifkan TR2 sehingga output sistem pengisian menjadi stabil. Penjelasan secara lengkap bagian ini dapat dilihat pada bab sistem pengisian tentang dasar kerja regulator IC. Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 71 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Gambar 3.41. Penggunaan dioda zener pada regulator elektronik 3. Penstabil tegangan pada sistem pengapian elektronik. Pada gambar di bawah, dioda zener dipasang untuk menstabilkan tegangan yang masuk ke lampu (GA) pada sistem pengapian tersebut. Penstabilan tegangan tersebut dimaksudkan agar tingkat intensitas cahaya yang dihasilkan GA tetap stabil sehingga kerja phototransistor juga stabil karena cahaya yang diterimanya juga stabil. Gambar 3.42. Penggunaan dioda zener pada sistem pengapian 3.4.5. Penggunaan Transistor pada Rangkaian Kelistrikan Kendaraan Penggunaan transistor pada rangkaian kelistrikan kendaraan sangat banyak. Beberapa di antaranya dijelaskan sebagai berikut. 1. Sebagai pengganti kontak point pada regulator tipe konvensional. Transistor pada regulator elektronik sistem pengisian (lihat gambar 3.41) digunakan sebagai pemutus atau penghubung arus ke kumparan rotor pada alternator. Kerja ON dan OFF transistor ini untuk mengatur medan magnet pada kumparan tersebut. 2. Sebagai power transistor pada sistem pengapian. Transistor pada rangkaian ini (lihat gambar 3.42) digunakan sebagai pemutus dan penghubung (saklar) arus pada kumparan primer koil pengganti kontak pemutus pada sistem pengapian konvensional. 3. Sebagai penguat sinyal. Sinyal tegangan yang dihasilkan oleh pototransistor (gambar 3.42) yang lemah dikuatkan lagi oleh beberapa transistor lainnya Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 72 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan 4. sehingga power transistor dapat aktif dan tidak aktif tergantung dari sinyal yang telah dikuatkan tersebut. Sebagai rangkaian flip-flop atau multi vibrator pada rangkaian sistem pengapian CDI (capasitive discharge ignition) seperti pada gambar 3.43 pada daerah kotak putus-putus A, dan masih banyak lagi penggunaan transistor untuk rangkaian kelistrikan kendaraan. 3.4.6. Penggunaan Thyristor pada Rangkaian Kelistrikan Kendaraan Beberapa penggunaan thyristor (SCR, silicon controlled rectifier) dalam rangkaian kelistrikan kendaraan dijelaskan sebagai berikut. 1. Sebagai saklar untuk membuang muatan kapasitor pada sistem pengapian CDI. Apabila kaki G thiristor pada rangkaian di bawah mendapat arus, maka thyristor akan bekerja sehingga anoda dan katoda terhubung. Muatan listrik yang tersimpan di dalam kapasitor akan dengan cepat dikeluarkan melalui thiristor. Penjelasan lengkap bagian ini ada pada bab sistem pengapian. Gambar 3.43. Thiristor pada rangkaian pengapian CDI 2. Sebagai pengatur kecepatan motor. Dengan pengaturan arus G pada thyristor, maka arus yang dapat dialirkan pada kaki anoda dan ke katoda juga akan bervariasi sehingga motor listrik yang dipasang pada rangkaian tersebut akan dapat diatur kecepatannya. 3.4.7. Penggunaan Thermistor pada Rangkaian Kelistrikan Kendaraan Beberapa penggunaan termistor dalam rangkaian kelistrikan kendaraan dijelaskan sebagai berikut. 1. Sebagai sensor temperatur air pendingin (ECT, engine coolant temperature sensor). Pada mesin dengan sistem bahan bakar injeksi (EFI), temperatur air pendingin dideteksi oleh termistor sebagai salah satu masukan kepada electronic control unit (ECU) atau electronic control module (ECM) untuk menentukan jumlah bahan bakar yang sesuai untuk disemprotkan. Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 73 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Gambar 3.44. Sensor temperature air pendingin 2. Sebagai sensor temperatur udara masuk (intake air temperature,IAT) ke dalam saluran masuk (intake manifold). Sensor ini mendeteksi suhu udara yang masuk ke intake manifold pada mesin dengan sistem bahan bakar injeksi. Gambar 3.45. Sensor temperatur udara masuk pada intake manifold 3.4.8. Penggunaan LED pada Rangkaian Kelistrikan Kendaraan Dioda yang dapat memancarkan cahaya (LED) pada sistem kelistrikan digunakan sebagai sumber cahaya pada alat pengukur jumlah udara yang masuk pada sistem EFI model Karman Vortex (Karman Vortex Air Flow Meter). LED ini menghasilkan cahaya dan cahayanya ditangkap oleh pototransistor. Variasi aliran udara masuk akan menghasilkan frekuensi sistem Karman vortex yang kemudian dapat dibaca oleh ECU. Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 74 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Gambar 3.46. Air Flow Meter model Karman Vortex 3.4.9. Penggunaan phototransistor pada Rangkaian Kelistrikan Kendaraan Penggunaan phototransistor dalam rangkaian kelistrikan otomotif di antaranya adalah pada sistem pengapian model iluminasi (dengan sensor cahaya) seperti ditunjukkan pada gambar 3.42 sebagai sensor cahaya yang digunakan untuk memicu kerja transistor power. Penggunaan lain dari transistor jenis ini adalah seperti ditunjukkan pada gambar 3.46 sebagai sensor cahaya untuk mengetahui jumlah udara yang masuk ke dalam intake manifold. 3.5. Pengukuran Komponen-komponen Elektronika Pengukuran atau pengujian pada komponen elektronika perlu dilakukan untuk mengetahui apakah komponen-komponen tersebut masih bagus atau sudah rusak. Berikut dijelaskan pengukuran dan pengujian komponen elektronika. 3.5.1. Pengukuran Resistor Pengukuran pada resistor dilakukan untuk mengetahui besarnya nilai resistansi resistor yang diukur. Di samping untuk mengetahui nilai resistansinya, pengukuran ini juga dapat mengetahui apakah resistor tersebut masih baik atau sudah rusak dengan membandingkan nilai yang terukur dengan nilai yang tertera pada badan resistor dengan memperhatikan toleransi resistor tersebut. Pengukuran dapat dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut. 1. Posisikan selektor multitester pada skala Ohm, sesuaikan skala yang digunakan dengan besarnya resistansi yang akan diukur (selektor diposisikan pada skala terdekat di atas nilai resistansi yang akan diukur). 2. Jika menggunakan multitester analog, hubungkan kaki positif dan negatif baterai, lihat penunjukkan jarum. Jika jarum tidak menunjuk nol, set tombol kalibrasi Ohm Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 75 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan 3. sampai jarum menunjuk nol ohm (jika multitesternya digital, maka langsung pada langkah ke tiga). Ukur resistor seperti ditunjukkan pada gambar di bawah. Gambar 3.47. Pengukuran resistor 4. 5. 6. Baca penunjukkan jarum pada multitester. Jika jarum tidak bergerak, berarti resistor putus. Jika jarum menunjuk harga resistansi sesuai dengan nilai atau masih masuk dalam toleransi resistor, berarti resistor masih baik. Jika nilai resistansi resistor yang akan diukur tidak diketahui, dapat dilakukan dengan memilih skala dari yang terbesar dulu. Jika hasil penunjukkan tidak dapat dibaca atau ketelitiannya kurang, turunkan skalanya sampai mendapatkan hasil yang pembacaanya jelas. Jangan lupa mengkalibrasi ke posisi nol setiap memindah posisi selektor pada skala ohm tertentu. Perlu diingat, saat pengukuran resistansi tidak boleh ada tegangan yang bekerja pada komponen yang akan diukur tahanannya untuk mendapatkan hasil pengukuran yang akurat dan tidak merusak alat ukur. Kaki-kaki alat ukur dapat dibolak-balik saat melakukan pengukuran dan tidak mempengaruhi hasil pembacaan. 3.5.2. Pengujian Dioda Dioda hanya dapat dialiri arus dari satu arah saja. Dengan karakteristik tersebut, maka dengan melakukan pengukuran dapat diketahui kondisi dioda tersebut. Berikut dijelaskan pemeriksaan dioda dengan menggunakan multitester. 3.5.2.1. Memeriksa dioda menggunakan Digital Multi-Meter Beberapa langkah yang dapat dilakukan untuk mengukur dioda dengan multitester digital adalah sebagai berikut. 1. Posisikan selektor pada skala ohm atau pada skala khusus untuk pengukuran dioda jika pada multitester tersebut terdapat simbol dioda. 2. Tempelkan kaki warna merah tester ke kaki anoda dan kaki hitamnya ke katoda dari dioda. 3. Baca hasil pengukurannya. Harga resistansi yang ditampilkan harus kecil. Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 76 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Gambar 3.48. Pengukuran dioda dengan multitester digital 4. 5. 6. 7. Balikkan dioda sehingga kaki merah tester dihubungkan dengan kaki katoda dan kaki hitam tester ke anoda. Hasilnya menunjukkan tahanan yang sangat besar atau tak terhingga. Jika pengukuran menunjukkan seperti hasil pada langkah 3 dan 4, maka dioda dalam kondisi baik. Jika hasil pengukuran pada langkah 3 menunjukkan tahanan kecil, dan langkah 4 juga menunjukkan tahanan kecil, berarti dioda sudah bocor atau hubung singkat. Jika hasil pengukuran pada langkah 3 menunjukkan tahanan sangat besar atau tak terhingga, dan langkah 4 juga menunjukkan tahanan sangat besar atau tak terhingga juga, berarti dioda sudah putus. 3.5.2.2. Memeriksa dioda menggunakan multitester analog Beberapa langkah yang dapat dilakukan untuk mengukur dioda dengan multitester analog adalah sebagai berikut. 1. Posisikan selektor pada skala ohm atau pada skala khusus untuk pengukuran dioda jika pada multitester tersebut terdapat simbol dioda. 2. Tempelkan kaki warna merah tester ke kaki katoda dan kaki hitamnya ke anoda dari dioda. 3. Baca hasil pengukurannya. Harga resistansi yang ditampilkan harus kecil. Gambar 3.49. Pengukuran dioda dengan multitester analog Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 77 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan 4. 5. 6. 7. Balikkan dioda sehingga kaki merah tester dihubungkan dengan kaki anoda dan kaki hitam tester ke katoda. Hasilnya menunjukkan tahanan yang sangat besar atau tak terhingga. Jika pengukuran menunjukkan seperti hasil pada langkah 3 dan 4, maka dioda dalam kondisi baik. Jika hasil pengukuran pada langkah 3 menunjukkan tahanan kecil, dan langkah 4 juga menunjukkan tahanan kecil, berarti dioda sudah bocor atau hubung singkat. Jika hasil pengukuran pada langkah 3 menunjukkan tahanan sangat besar atau tak terhingga, dan langkah 4 juga menunjukkan tahanan sangat besar atau tak terhingga juga, berarti dioda sudah putus. 3.5.3. Pengujian Transistor Beberapa langkah yang dapat dilakukan untuk mengukur transistor dengan multitester digital adalah sebagai berikut. Transistor PNP Gambar 3.50. Pengukuran transistor PNP dengan multitester digital 1. 2. 3. 4. 5. Posisikan selektor pada simbol dioda atau pada skala ohm. Hubungkan kaki hitam multitester ke kaki basis transistor, sedangkan kaki merah multitester ke kaki kolektor, kemudian ke kaki emitor. Jika multitester menunjuk hubungan antara kaki basis dengan kolektor dan dengan emitor berarti transistor dalam kondisi baik. Jika pada salah satu atau kedua pengukuran tersebut tidak ada hubungan berarti transistor sudah rusak (putus). Balikan polaritas alat ukur, tempatkan kaki merah multitester ke kaki basis transistor dan kaki hitam multitester ke kaki kolektor, kemudian ke kaki emitor. Jika multitester menunjukan tidak ada hubungan antara kaki basis dengan kolektor dan dengan emitor, berarti transistor dalam kondisi baik. Jika pada salah satu atau kedua pengukuran tersebut menunjukkan adanya hubungan berarti transistor sudah rusak atau bocor. Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 78 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan 6. Terakhir, tes hubungan antara kolektor dan emitor. Transistor yang baik tidak menunjukkan hubungan antara kedua kaki tersebut. Jika terdapat hubungan berarti transistor hubung singkat. Transistor NPN 1. Posisikan selektor pada simbol dioda atau pada skala ohm. 2. Hubungkan kaki merah multitester ke kaki basis transistor, sedangkan kaki hitam multitester ke kaki kolektor, kemudian ke kaki emitor. 3. Jika multitester menunjuk hubungan antara kaki basis dengan kolektor dan dengan emitor berarti transistor dalam kondisi baik. Jika pada salah satu atau kedua pengukuran tersebut tidak ada hubungan berarti transistor sudah rusak (putus). Gambar 3.51. Pengukuran transistor NPN dengan multitester digital 4. 5. 6. Balikan polaritas alat ukur, tempatkan kaki hitam multitester ke kaki basis transistor dan kaki merah multitester ke kaki kolektor, kemudian ke kaki emitor. Jika multitester menunjukan tidak ada hubungan antara kaki basis dengan kolektor dan dengan emitor, berarti transistor dalam kondisi baik. Jika pada salah satu atau kedua pengukuran tersebut menunjukkan adanya hubungan berarti transistor sudah rusak atau bocor. Terakhir, tes hubungan antara emitor dan kolektor. Transistor yang baik tidak menunjukkan hubungan antara kedua kaki tersebut. Jika terdapat hubungan berarti transistor hubung singkat. 3.6. Ringkasan Bahan yang termasuk semikonduktor adalah bahan yang mempunyai empat elektron pada orbit terluar dari atomnya dan mempunyai sifat sebagai penghantar listrik yang baik pada kondisi tertentu dan sebagai isolator yang baik juga pada kondisi lainnya, misalnya karbon, germanium, dan silikon. Secara sederhana bahan semikonduktor tipe P merupakan semikonduktor yang mempunyai kelebihan hole. Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 79 Sistem Kelistrikan dan Elektronika pada Kendaraan Bahan semikonduktor tipe N secara sederhana dinyatakan sebagai bahan semikonduktor yang mempunyai kelebihan elektron. Komponen pasif dalam bidang elektronika merupakan komponen yang dengan sendirinya tidak dapat membangkitkan tegangan atau arus. Yang termasuk komponen pasif di antaranya adalah resistor, kapasitor, dan induktor. Komponen-komponen elektronika yang terbuat dari bahan semi konduktor dan banyak digunakan pada sistem kelistrikan kendaraan adalah dioda, transistor, dan thyristor. Dioda hanya dapat dialiri arus dari satu arah saja sehingga dapat difungsikan sebagai penyearah arus atau untuk mengubah arus bolak balik (AC, alternating current) menjadi arus searah (DC, direct current). Transistor merupakan komponen semikonduktor yang dapat berfungsi sebagai penguat sinyal dan saklar elektronik. Pada suatu transistor, arus yang sangat kecil (dari emitor ke basis atau dari basis ke emitor, tergantung tipe transistornya) dapat mengontrol arus yang jauh lebih besar dari suatu sistem pencatu daya ke beban melalui kaki kolektornya. Thiristor merupakan susunan dioda empat lapis dengan tambahan satu kaki yang disebut gerbang. Thiristor mempunyai tiga buah kaki yang disebut kaki anoda (A), kaki katoda (K), dan kaki gerbang (G, gate). Kaki G adalah kaki untuk memberikan arus untuk memicu kerja thiristor. Komponen yang termasuk dalam keluarga thiristor adalah SCR (silicon controlled rectifier) yang berarti penyearah silicon yang terkendali dan dalam praktiknya digunakan untuk pengaturan daya dan untuk saklar. 3.7. Soal-soal Latihan Jawablah soal-soal berikut dengan singkat dan jelas. 1. Jelaskan yang dimaksud bahan semi konduktor tipe P dan tipe N, dan bagaimana bahan semikonduktor tersebut jika dihubungkan dengan tegangan? 2. Sebutkan komponen-komponen elektronika yang bayak dipakai pada kendaraan. 3. Jelaskan fungsi dan cara kerja komponen elektronika yang banyak dipakai pada kendaraan. 4. Sebut dan jelaskan penggunaan komponen-komponen elektronika pada rangkaian sistem kelistrikan kendaraan. 5. Bagaimanakah cara mengukur resistor, dioda, dan transistor dengan menggunakan multitester? 6. Carilah berbagai macam dioda dan transistor yang banyak dijual di pasaran. Ukurlah komponen-komponen tersebut dan bandingkan hasilnya satu sama lain. Buat kesimpulannya. Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan 80
