31838556 Modul Elektronika 01

Gudang Modul: http://guruelektronika.blogspot.com/

SEKOLAH MENENGAH KEJURUAN BIDANG KEAHLIAN TEKNIK ELEKTRONIKA PROGRAM KEAHLIAN TEKNIK ELEKTRONIKA

Elka-mr-um001a/002

KODE MODUL

Modul Elektrinika

Mengenal Komponen ELektronika

DISUSUN OLEH:

GURU ELEKTRONIKA http://guruelektronika.blogspot.com/

EDITOR:

TEAM TEACHING

2009

Mengenal Komponen ELektronika 1


KATA PENGANTAR

Modul Mengenal komponan elektronika digunakan sebagai panduan

kegiatan belajar untuk membentuk salah satu kompetensi, yaitu :

Meguasai teori dasar elektronika. Modul ini dapat digunakan untuk peserta

diklat pada Program Keahlian Teknik Elektronika Industri.

Modul ini memberikan teori dan praktek untuk mengenal dan mampu

menerapkan komponen elektronika. Modul ini terdiri atas 8 kegiatan belajar. Kegiatan

belajar 1 : Resistor, Kegiatan belajar 2 : Kapasitor, Kegiatan belajar 3 : Induktor,

Kegiatan belajar 4 : trasnformator, Kegiatan belajar 5 : dioda, Kegiatan belajar 6 :

transistor bipolar kegiatan ke 7 :komponen elektronika daya, dan Kegiatan belajar 8 :

Field Effect Transistor.

Jakarta, April 2009

Penyusun.



DAFTAR ISI MODUL

Halaman

HALAMAN DEPAN .................................................................................. i

KATA PENGANTAR ................................................................................. ii

DAFTAR ISI ........................................................................................... iii

PETA KEDUDUKAN MODUL .................................................................... v

PERISTILAHAN/ GLOSSARY ................................................................ vii

I. PENDAHULUAN ................................................................................ 1

A. DESKRIPSI ................................................................................... 1

B. PRASYARAT .................................................................................. 1

C. PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL .................................................. 1

1. Petunjuk bagi Peserta Diklat ..................................................... 1

2. Peran Guru .............................................................................. 3

D. TUJUAN AKHIR .............................................................................. 3

E. KOMPETENSI ................................................................................ 4

F. CEK KEMAMPUAN .......................................................................... 9

II. PEMBELAJARAN ................................................................................ 11

A. RENCANA BELAJAR PESERTA DIKLAT ............................................. 11

B. KEGIATAN BELAJAR ........................................................................ 13

1. Kegiatan Belajar 1: Resistor ....................................................... 13

a. Uraian Materi ....................................................................... 13

b. Lembar Kerja 1.1 ................................................................. 24

c. Lembar Latihan 1.1............................................................... 25

d. Lembar Kerja 1.2 ................................................................. 27

e. Lembar Latihan 1.2 .............................................................. 30

2. Kegiatan Belajar 2 : Kondesator .............................. ................... 32

a. Uraian Materi ....................................................................... 32

b. Lembar Kerja 2.1 ................................................................ 41

c. Lembar Latihan 2.1............................................................... 42



d. Lembar kerja 2.2 .................................................................. 43

e. Lembar latihan 2.2................................................................ 45

f. Lembar latihan 2.3................................................................ 49

g. Lembar kerja 2.4 .................................................................. 52

h. Lembar latihan 2.4................................................................ 53

3. Kegiatan Belajar 3 : Induktor......................... ............................. 54

a. Uraian Materi ....................................................................... 54

b. Lembar Kerja 3.................................................................... 56

c. Lembar Latihan 3.................................................................. 57

4. Kegiatan Belajar 4 : Transformator.............................................. 58

a. Uraian Materi ....................................................................... 58

b. Lembar Kerja 4 .................................................................... 63

c. Lembar Latihan 4.................................................................. 64

5. Kegiatan Belajar 5 : Dioda Semikonduktor............... .................... 65

a. Uraian Materi ....................................................................... 65

b. Lembar Kerja 5.1 ................................................................. 71

c. Lembar Latihan 5.1............................................................... 72

d. Lembar kerja 5.2 .................................................................. 88

e. Lembar latihan 5.2 ............................................................... 89

6. Kegiatan Belajar 6 : Transistor .................................................... 90

a. Uraian Materi ....................................................................... 90

b. Lembar Latihan ................................................................... 100

7. Kegiatan Belajar 7: Komponen Daya....................... .................... 101

a. Uraian Materi ....................................................................... 101

b. Lembar Kerja 7.1 ................................................................. 105

c. Lembar Latihan 7.1 .............................................................. 107

d. Lembar Kerja 7.2 ................................................................. 110

e. Lembar latihan 7.2................................................................ 113

8. Kegiatan Belajar 7: FET....................... ....................................... 114

a. Uraian Materi ....................................................................... 114

b. Lembar Latihan ................................................................... 122

III.EVALUASI ........................................................................................ 123

IV. PENUTUP ........................................................................................ 124

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................. 125




PETA KEDUDUKAN MODUL

Dibawah ini diagram pencapaian Kompetensi Menguasai Teori

dasar ELektonika Bengkel Elektronika yang dibagi menjadi 5

modul.

Menguasai teori dasar kelistrikan

Mengenal koomponen elektronika

Matematika terknik dasar dan rumusnya?

Rangkaian elektronika dasar

Anda berada di sini

Elektronika Optic


PERISTILAHAN/ GLOSSARY

Resistansi : kemampuan suatu bahan untuk menahan besaran listrik

Toleransi : penyimpangan harga yang masih diperbolehkan.

Kapasitansi : kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan listrik.

Gelang warna : kode warna pada komponen resistor dan kapasitor yang

menunjukkan nilai komponen tersebut.

Induktif (XL) : resistansi yang terjadi pada induktor karena dialiri

besaran AC (bolak-balik).



BAB I

PENDAHULUAN

A. DESKRIPSI JUDUL

Mengenal Komponen Elektronika merupakan modul teori dan

praktikum yang membahas jenis dan karakteristik komponen elektronika.

Modul ini terdiri dari 8 delapan) kegiatan belajar. Kegiatan belajar 1

: Resistor , Kegiatan belajar 2 : Kondensator, Kegiatan belajar 3 :

Standarisasi induktor, Kegiatan belajar 4 : tranfsormator, kegiatan belajar

5 : dioda, Kegiatan belajar 6 : Transistor, dan Kegiatan belajar 7 :

Komponen Daya dan 8. Field Effect Transistor.

Dengan menguasai modul ini diharapkan peserta diklat mampu

Menguasai Teori Dasar ELektronika.

B. PRASYARAT

Modul Mengenal Komponen Elektronika merupakan modul ke

dua dalam kompetensi Menguasai Teori Dasar Elektronika yang

merupakan modul kedua dalam pemelajaran maka membutuhkan

persyaratan telah lulus modul Teori Kelistrikan.

C. PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL

1. Petunjuk bagi Peserta Diklat

a. Langkah-langkah belajar yang ditempuh

1) Persiapkan alat dan bahan

2) Bacalah dengan seksama uraian materi pada setiap kegiatan

belajar.



3) Cermatilah langkah langkah kerja pada setiap kegiatan

belajar sebelum mengerjakan, bila belum jelas tanyakan

pada guru.

4) Kembalikan semua peralatan praktik yang digunakan.

b. Perlengkapan yang harus dipersiapkan

Guna menunjang keselamatan dan kelancaran tugas/

pekerjaan yang harus dilakukan, maka persiapkanlah seluruh

perlengkapan yang diperlukan. Beberapa perlengkapan yang harus

dipersiapkan adalah:

1) Satu buah Bread boar (papan percobaan)

2) Kabel Penghubung

3) Alat tulis

4) Komponen pasif dan aktif yang dibutuhkan dalam praktek

5) Solder

6) Desoldering

7) Tang potong dan tang buaya

c. Hasil pelatihan

Peserta diklat mampu melakukan tugas :

1) Mengidentifikasi dan menerapkan fungsi komponen resistor

2) Mengidentifikasi dan menerapkan fungsi komponen kapasitor

3) Mengidentifikasi dan menerapkan fungsi komponen induktor

4) Mengidentifikasi dan menerapkan fungsi komponen

rasnformator

5) Mengidentifikas dan menerapkan fungsi komponen dioda

6) Mengidentifikasi dan menerapkan fungsi komponen transistor




7) Mengidentifikasi dan menerapkan fungsi komponen elektronika

daya

8) Mengidentifikasi dan menerapkan fungsi komponen FET

2. Peran Guru

Guru yang akan mengajarkan modul ini hendaknya mempersiapkan

diri sebaik-baiknya yaitu mencakup aspek strategi pemelajaran,

penguasaan materi, pemilihan metode, alat bantu media pemelajaran dan

perangkat evaluasi.

Guru harus menyiapkan rancangan strategi pemelajaran yang

mampu mewujudkan peserta diklat terlibat aktif dalam proses pencapaian/

penguasaan kompetensi yang telah diprogramkan. Penyusunan rancangan

strategi pemelajaran mengacu pada kriteria unjuk kerja (KUK) pada setiap

subkompetensi yang ada dalam GBPP.

D. TUJUAN AKHIR

Peserta diklat dapat mengidentifikasi dan menerapkan komponen

elektronika.


E. KOMPETENSI

Modul ini merupakan subkompetensi Menguasai Dasar-dasar Teori Elektronika.. Uraian subkompetensi ini dijabarkan seperti ini.

Materi Pokok Pemelajaran Sub

Kompetensi

Kriteria Unjuk

Kerja

Lingkup

Belajar Sikap Pengetahuan Ketrampilan

1 2 3 4 5 6

Mengenal

komponen

elektronika

Resistor dengan beragam nilai diidentifikasi berdasar kode warna atau kode lain dan bahan penyusunnya disebutkan disertai kegunaan masing-masing

Jenis-jenis kapasitor diidentifikasi, dijelaskan fungsi utamanya dan bagaimana metode

Identifikasi

komponen

elektronika

Tekun, teliti, dan cermat dalam mengidentifikasi kode warna dan kode lain dalam resistor, serta kegunaanya dalam menentukan nilai resistansi

Tekun, teliti, dan cermat dalam mengidentifikasi fungsi dan peran kapasistor dalam teknologi elektronika dan kaitannya dengan muatan listrik

Tekun, teliti, dan cermat dalam mengidentifikasi dan prosedur kerja suatu induktor, dan macam-macam bahan pendukung kerja suatu kumparan, serta

Kode warna resistor Cara membaca nilai resistansi dari

resistor Penentuan nilai kapasitor Muatan listrik Bahan yang digunakan untuk

membuat induktor Karakteristik induktor Penentuan nilai induktansi Transformator penaik tegangan Transformator penurun tegangan Kegunaan transformator dalam

bidang teknik elektronika Jenis-jenis transistor Karakteristik transistor Pembiasan transistor Bahan semikonduktor yang

digunakan untuk fabrikasi transistor Karakteristik transistor Komponen elektronika daya : diac,

triac, SCR

Melaksanakan pembacaan - Kode warna resistor - Cara membaca nilai resistansi dari

resistor Sampu mengidentifikasi : - Penentuan nilai kapasitor - Muatan listrik

Mampu mengidentifikasi : - Bahan yang digunakan untuk

membuat induktor - Karakteristik induktor - Penentuan nilai induktansi

Melaksanakan identifikasi yang

berkaitan dengan : - Transformator penaik tegangan - Transformator penurun tegangan - Kegunaan transformator dalam

bidang teknik elektronika Memahami dan mengidentifikasi : - Jenis-jenis transistor



mengubah-ubah nilai kapasitansi, serta diterangkan tentang istilah muatan dan coulomb

Jenis-jenis induktor diidentifikasi dan dijelaskan macam-macam bahan inti, serta bagaimana ukuran diameter kumparan dan kawatnya mempengaruhi nilai induktansinya

Jenis-jenis transformer yang umum diidentifikasi dan disebutkan kegunaannya masing-masing; bagaimana metode step

kaitannya dengan nilai induktansinya

Tekun, teliti, dan cermat dalam mengidentifikasi jenis dan macam transformator yang digunakan sebagai penaik dan penurun tegangan

Tekun, teliti, dan cermat dalam mengidentifikasi jenis dan macam transistor beserta tegangan bias transistor

Tekun, teliti, dan cermat dalam mengidentifikasi variasi rangkaian pada transistor dan masing-masing kegunaannya dalam teknologi elektronika

Tekun, teliti, dan cermat dalam melaksanakan perbandingan antara tyristor dengan diac, triac, dan kegunaan masing-masing

Tekun, teliti, dan cermat dalam mengidentifikasi diode zener dan kegunaannya dalam rangkaian elektronika

Tekun, teliti, dan cermat

Karakteristik komponen elektronika daya

Karakteristik zener diode Kurva karakteristik Karakteristik komponen elektronika

berbasis optik dan karakteristiknya : - LED - LCD - Photovoltaic - Photoresistor - Photodiode - Phototransistor

Karakteristik dan aplikasi MOSFET

- Karakteristik transistor - Pembiasan transistor

Memilih dan mngetahui : - Bahan semikonduktor yang

digunakan untuk fabrikasi transistor - Karakteristik transistor

Melakukan perbandingan yang berkaitan dengan : - Komponen elektronika daya : diac,

triac, SCR - Karakteristik komponen elektronika

daya Mampu mengidentifikasi : - Karakteristik zener diode - Kurva karakteristik

Mampu mengidentifikasi Karakteristik komponen elektronika berbasis optik dan karakteristiknya : - LED - LCD - Photovoltaic - Photoresistor - Photodiode - Phototransistor

Mampu mengaplikasikan MOSFET dalam rangkaian



up/down dan dijelaskan kenapa diperlukan laminasi.

Beberapa jenis transistor diidentifikasi berdasarkan jenis dan kegunaannya, seperti unijunction, FET, dan MOSFET; dijelaskan beta dan alfa dan tegangan bias DC yang umum dipakai

Semiconductor yang lain diidentifikasi dan dijelaskan kegunaannya, misalnya gun-diode, darlington, dan transistor unijunction yang lain

Thyristor dibandingkan

dalam mengidentifikasi komponen-kompenen elektronika yang berbasis cahaya, beserta kegunaan masing-masing dalam sistem elektronika

Tekun, teliti, dan cermat dalam mengaplikasikan MOSFET dalam rangkaian elektronika



dengan semikonduktor lain; diac, triac, dan SCR, dan dijelaskan kegunaan masing-masing

Batasan kerja diode zener dijelaskan dan digambarkan kegunaannya dalam rangkaian regulator

Berbagai piranti optik yang umum disebutkan misalnya LED, LCD, Laser, dll. Digambarkan bagaimana photovoltaic diaktifkan. Simbol-simbol dari photoresistor, photodiode, phototransistor digambarkan dan dijelaskan dari bahan apa


Gudang Modul: http://guruel gspot.com/


ektronika.blo

piranti ini dibuat

Dijelaskan

aplikasi dari

MOS, CMOS,

dan FET


F. CEK KEMAMPUAN

Sebelum mempelajari modul ini, isilah cek list (√) kemampuan yang telah anda miliki dengan sikap jujur dan dapat dipertanggung jawabkan:

Jawaban Sub Kompetensi Pernyataan

Ya Tidak Bila Jawaban “Ya” Kerjakan:

Saya mampu

mengidentifikasi dan

menguasai teori

komponen resistor

Soal Tes Formatif 1

Saya mampu


menguasai teori

komponen kapasitor

Soal Tes Formatif 2

Saya mampu


menguasai teori

komponen induktor

Soal Tes Formatif 3

Mengenal komponen

elektronika

Saya mampu


menguasai teori

komponen transformator

Soal Tes Formatif 4


Gudang Modul: http://guruelektronika.bl


ogspot.com/

Saya mampu


menguasai komponen

dioda

Soal Tes Formatif 5

Saya mampu


menguasai komponen

trasistor

Soal Tes Formatif 6

Saya mampu


menguasai komponen

elektronika daya

Soal Tes Formatif 7

Saya mampu


menguasai komponen FET

Soal Tes Formatif 8

Elektronika Industri

BAB II

PEMELAJARAN

RENCANA PEMELAJARAN

Kompetensi : Meguasai Teori Dasar Elektronika

Sub Kompetensi : Mengenal Komponen Elektronika

Jenis Kegiatan Tanggal WaktuTempat

Belajar

Alasan

Perubahan

Tanda

Tangan

Guru

Mempelajari Resistor

Mempelajari

kapasitor

Mempelajari

induktor

Mempelajari

transformator

Mempelajari dioda

Mempelajari

transistor

Teori Dasar Elektronika 17



Jenis Kegiatan Tanggal WaktuTempat

Belajar

Alasan

Perubahan

Tanda

Tangan

Guru

Mempelajari

komponen

elektronika daya

Mempelajari FET


KEGIATAN BELAJAR 1

RESISTOR

Mengenal Resistor

Tahanan (resistor) adalah suatu komponen elektronika yang berfungsi

untuk membagi (menurunkan) tegangan dan mengatur kuat arus listrik.

Adapun simbol dari tahanan (resistor) yaitu:

atau

Gambar 1.1 Simbol Resistor

Besarnya arus yang mengalir sebanding dengan pertambahan

(kenaikan) tegangan. Semakin tinggi tegangan maka kuat arusnya semakin

besar.

Untuk menentukan nilai tahanan dapat dilakukan /digunakan “

HUKUM OHM “ yang berbunyi “ Besarnya arus listrik yang mengalir dalam

suatu rangkaian berbanding lurus dengan beda potensial dan berbanding

terbalik dengan tahanan yang dinyatakan dengan rumus:

IVR = atau

IE

Dimana :

V= E = besarnya tegangan dalam satuan volt

I = kuat arus yang mengalir dalam rangkaian dalam satuan ampere

I. Macam - macam Tahanan

a. Tahanan Tetap

Tahan tetap memiliki nilai tahanan yang sudah ditetapkan pada

produksinya. Nilai tahanan ada yang tertulis langsung dibadan nya, ada juga

yang memakai kode warna dengan nilai yang tertentu besar nya.



b. Tahanan yang Variabel (Variabel Resistor) yang dapat

diatur secara manual

1.TRIMER POTENSIO(TRIMPOT)

• Nilai perlawanan nya dapat ditrim dengan mengunakan obeng.

• Alat ini banyak dipakai pada sirkit stabilisasi arus dan tegangan.

• Nilai ukur Ohmnya ada yang tertulis langsung (misal 5K),ada

juga yang memakai sistim hitungan .

Contoh:

Pada badan nya tertulis 502 (angka terakhir = banyak nya nol)

Angka terakhir 2 =banyak nol dua(00)

Ini berarti nilai nya = 5000 =5K

Pada badan nya tertulis 203 (angka terakir = banyak nya nol )

Angka terakhir 3 =banyak nol tiga (000)

ini berarti nilai nya =20000Ω =20K

Gambar 1.2

2.POTENSIO METER (CONTROL POTENSIO METER)

Ada dua model potensio yaitu yang model putar dan model slide.

Alat ini dipakai untuk keperluan pengatur volume suara, pengatur

nada bass –trebel, pengatur balance dan lain –lain.

Ada dua jenis potensiometer berdasarkan pemakaiannya:



1. Potensiometer Linear, digunakan untuk pengatur balance dan nada.

Yang ditandai dengan Lin / B (misal: Lin 50K / B 50K).

2. Poteniometer Logaritmic, digunakan untuk pengatur volume. Yang

ditandai dengan Log / A (misal: Log 50K / A 50K).

Gambar 1.3

C. Tahanan variable yang di pengaruhi lingkungan

1. NTC THERMISTOR (NTC = Negatif Temperature Coeficient).

Sifat NTC yaitu pada waktu dingin (temperatur udara biasa) nilai

tahanannya besar, setelah panas nilai tahanannya menurun / mengecil. Nilai

tahanannya yaitu 170Ω, 200Ω, 100Ω, 47Ω, dll. NTC digunakan pada

transistor penguat akhir.

2. PTC THERMISTOR (PTC = Positif Temperatur Coefficient)

Sifat PTC yaitu pada udara biasa nilai tahanannya kecil dan saat panas

nilai tahanannya besar. PTC digunakan untuk melindungi voltase suply

terhadap beban yang mengambil arus terlalu besar.

3. VDR (VOLTAGE DEPENDENT RESISTOR)



VDR adalah resistor yang nilai hambatannya tergantung dari besarnya

tegangan , dimana pada kenaikan tegangannya, maka nilai hambatannya

akan turun. Pada Gambar 7 di bawah menunjukkan karakteristik sebuah

VDR, dimana arusnya digambarkan sebagai hambatan terhadap

tegangannya. Resistor VDR biasa digunakan pada pesawat televisi.

Gambar 1.4 Karakteristik Arus -Tegangan sebuah VDR.

3. LDR (Light Dependent Resistor)

Resistor LDR adalah resistor yang nilai hambatannya akan

menurun jika terkena cahaya. Pada Gambar 6 di bawah memperlihatkan

rangkaian relai dengan LDR dimana tegangan antara apitan-apitan masuk

dari rangkaian penguat akan naik jika LDR terkena cahaya. Rangkaian

penguat ini mengemudikan sebuah relai. Rangkaian ini digunakan misalnya

untuk enggerakan sebuah pintu garasi, dimana jika mobil berada di depan

pintu garasi, maka cahaya lampu mobil akan menyinari LDR sehingga akan

mengerjakan relai dan membuka pintu garasi.



Gambar 1.5 Rangkaian Relai dengan LDR.

II. Toleransi

Toleransi adalah besarnya persentase nilai tahanan yang diizinkan

sehingga menghasilkan nilai maksimum dan nilai minimum.

III. MENENTUKAN NILAI TAHANAN RESISTOR

Kode Warna Resistor

Kode warna pada resistor menyatakan harga resistansi dan

toleransinya. Semakin kecil harga toleransi suatu resistor adalah semakin

baik, karena harga sebenarnya adalah harga yang tertera ± harga

toleransinya. Misalnya suatu resistor harga yang tertera = 100 Ω mempunyai

toleransi 5%, maka harga sebenarnya adalah:

Harga resistor = 100 – (5% x 100) s/d 100 + (5% x 100)

= 95 Ω s/d 105 Ω.

Terdapat resistor yang mempunyai 4 gelang warna dan 5 gelang

warna seperti yang terlihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 1.6 Resistor dengan 4 Gelang dan 5 Gelang Warna. 1 2 3 4 5 1 2 3 4



Tabel Kode Warna pada Resistor 4 Gelang

Warna

Gelang 1

(Angka

pertama)

Gelang 2

(Angka

kedua)

Gelang 3

(Faktor

pengali)

Gelang 4

(Toleransi/

%)

Hitam - 0 1 -

Coklat 1 1 10 1

Merah 2 2 102 2

Oranye

(jingga)

3 3 103 3

Kuning 4 4 104 4

Hijau 5 5 105 5

Biru 6 6 106 6

Ungu 7 7 107 7

Abu-

abu

8 8 108 8

Putih 9 9 109 9

Emas - - 10-1 5

Perak - - 10-2 10

Tanpa

warna

- - 10-3 20

Arti kode warna pada resistor 4 gelang adalah :

Gelang 1 = Angka pertama

Gelang 2 = Angka kedua

Gelang 3 = Faktor pengali

Gelang 4 = Toleransi

Arti kode warna pada resistor 5 gelang adalah :

Gelang 1 = Angka pertama



Gelang 2 = Angka kedua

Gelang 3 = Angka ketiga

Gelang 4 = Faktor pengali

Gelang 5 = Toleransi

Kode Huruf Resistor

Resistor yang mempunyai kode angka dan huruf biasanya adalah

resistor lilitan kawat yang diselubungi dengan keramik/porselin, seperti

terlihat pada gambar di bawah ini :

5W

22RJ

Gambar 1.7 Resistor dengan Kode Angka dan Huruf

Arti kode angka dan huruf pada resistor ini adalah sebagai berikut :

- 82 k Ω 5% 9132 W

82 k Ω berarti besarnya resistansi 82 k Ω (kilo ohm)

5% berarti besarnya toleransi 5%

9132 W adalah nomor serinya

- 5 W 0,02 Ω J

5 W berarti kemampuan daya resistor besarnya 5 watt

0,22 Ω berarti besarnya resistansi 0,22 Ω

J berarti besarnya toleransi 5%

- 5 W 22 R J


22 R berarti besarnya resistansi 22 Ω


- 5 W 1 k Ω J




1 k Ω berarti kemampuan besarnya resistansi 1 k Ω


- 5 W R 1 k

5 W berarti kemampuan daya resistor sebesar 5 watt

R 1 K berarti besarnya resistansi 1 k Ω

- RSN 2 P 22 kk

RSN 2 P berarti nomor seri resistor

22 k berarti besarnya resistansi 22 k Ω

k berarti besarnya toleransi 10%

- 1 k 5 berarti besarnya resistansi 1,5 k Ω

IV. Rangkaian Resistor

Ada tiga macam sambungan hambatan / resistor, yaitu sambungan

seri, sambungan paralel dan sambungan campuran (seri-paralel). Dari

beberapa resistor yang disambung dengan jalan di atas, dapat ditentukan

satu buah hambatan pengganti.

1. Sambungan Seri

Sambungan seri disebut juga sambungan deret. Resistor-resistor

dikatakan sambungan seri apabila dua resistor atau lebih disambung

dengan cara ujung akhir dari resistor pertama disambungkan dengan

ujung awal dari resistor kedua, ujung akhir resistor kedua disambungkan

dengan ujung awal resistor ketiga dan seterusnya..

Contoh pada Gambar 1.8 tiga buah hambatan yaitu: AB, CD, EF

disambung seri

F D B A

E C

Gambar 1.8 . Rangkaian Seri



Rangkaian di atas menunjukkan, ujung B disambung dengan ujung C

dan ujung D disambung dengan ujung E.

Untuk mengetahui berapa besar satu hambatan pengganti dari

sambungan seri dari beberapa hambatan, dapat dibuktikan dengan

menggunakan hukum Ohm dan Kirchoff. Hal ini dapat dijelaskan dengan

menggunakan Gambar 1.9.

R1 R1 R1A B C D A D

V1 V2 V3

V

I

Gambar 1.9 Resistor Seri

Pada rangkaian resistor seri di atas ada beberapa hal yang perlu

diperhatikan yaitu :

1. Arus listrik yang mengalir pada ketiga resistor sama.

2. Drop tegangan pada tiap resistor berbeda jika besar resistansi sama.

3. Jumlah dari ketiga drop tegangan sama dengan tegangan sumber.

Untuk menghitung resistansi ekivalen dari ketiga resistor adalah sebagai

berikut.

V1 = IR1 V2 = IR2 V3 = IR3

V = V1 + V2 + V3

V = IR1 + IR2 + IR3

= I (R1 + R2 +R3)

321 RRRIV

++=

IV

merupakan resistansi ekivalen R sehingga R = R1 + R2 +R3.



2. Sambungan Paralel

Jika resistor R1, R2,R3 disusun seperti gambar 1.10 maka disebut dengan

susunan paralel.

Gambar 1.10. Resistor Paralel

RI1

RI2

R

V

I3

I

Pada rangkaian resistor paralel ada beberapa hal yang perlu diperhatikan

diantaranya :

1. Drop tegangan pada setiap resistor sama.

2. Arus pada setiap resistor berbeda sesuai hukum ohm.

3. Arus total merupakan jumlah dari ketiga arus cabang.

Untuk menghitung resistansi ekivalen dari susunan resistor paralel

sebagai berikut :

RVI

RVI

RVI

33

22

11 ===

I = I1 + I2 + I3

321 RV

RV

RVI ++=

321 R1

R1

R1

VI

++=

321 R1

R1

R1

R1 sehingga

R1

VI

++==

Jika resistor hanya dua buah disusun paralel maka

21

21

21 R RRR

R1

R1

R1 +

=+=



2 1

2 1

RRRRR+

=

3. Sambungan Seri dan Paralel

Sambungan seri-paralel merupakan sambungan atau rangkaian yang

terdiri dari resistor-resistor yang tersambung dalam “sistem seri” maupun

“sistem paralel”. Sebagai contoh dapat dilihat pada Gambar 1.11 di

bawah ini. R2

R3

B R1 A C

V

Gambar 1.11. Rangkaian Sambungan Seri dan Paralel

Dalam rangkaian/sambungan ini, R2 paralel dengan R3, kemudian

hambatan penggantinya (RBC) disambung seri dengan R1.

Untuk mencari hambatan pengganti dari sambungan di atas yaitu

besarnya hambatan antara titik A – C dapat dilakukan dengan terlebih

dahulu mencari hambatan pengganti antara titik B – C, yaitu RBC yang

diseri dengan R1 dan R2 dengan R3. Selanjutnya RBC ini diseri dengan R1

yang hasilnya merupakan hambatan pengganti antara titik A – C yang

disebut RAC. Untuk lebih jelasnya perhatikan Gambar 1.12 dan 1.13 di

bawah ini.

B

R1 A C

V

RBC

Gambar 1.12. Gambar Hasil Penyederhanaan



RBC = R1 // R2

RAC = R1 + RBC

RBC = R2 // R3

A C

V

RA

Gambar 1.13 Gambar Hasil Penyederhanaan



Lembar Kerja 1.1

Alat dan Bahan

1. Ohmmeter ............................................................ 1 buah

2. Resistor 4 gelang.................................................... 5 macam

3. Resistor 5 gelang.................................................... 5 macam

4. Resistor dari bahan porselin .................................... 10 macam

Kesehatan dan Keselamatan Kerja

1. Bacalah dan pahami petunjuk praktikum pada setiap lembar kegiatan

belajar!

2. Dalam menggunakan meter kumparan putar (volt meter, amper meter

dan ohm meter), mulailah dari batas ukur yang besar!

3. Jangan meletakkan alat dan bahan ditepi meja!

Langkah Kerja

1. Siapkan alat dan bahan yang diperlukan!

2. Amatilah kode warna pada masing resistor 4 gelang dan 5 gelang!

3. Ukurlah resistansi resistor satu-persatu dengan Ohmmeter !

4. Catatlah harga resistor tersebut pada Tabel 5 di bawah ini!

5. Ulangilah langkah no. 2 dan 3 untuk huruf masing-masing resistor

yang mempunyai kode angka dan huruf!

6. Catatlah harga resistor tersebut pada Tabel 6 di bawah ini!

7. Bandingkan hasil pengamatan dengan hasil pengukuran!

8. Buatlah kesimpulan !

9. Kembalikan semua alat dan bahan!



Tabel 5. Data Hasil Pengamatan Kode Warna pada Resistor

R Gel-

ang

1

Gel-

ang

2

Gel-

ang

3

Ge-

ang

4

Harga

pengamatan

(Ω)

Harga

pengukuran

(Ω)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Lembar Latihan1.1

1. Apakah resistor itu ?

2. Tentukanlah nilai tahanan, dan tahanan maksimum (Rmaks) dan

minimum (Rmin) dengan kode gelangan warna dibawah ini:

a. Merah, kuning, hijau, emas

b. Cokalt, hitam, kuning, perak

c. Kuning, jingga, jingga, tanpa warna

d. Merah, merah, merah, emas

e. Hijau, abu-abu, kuning, tanpa warna

3. Tentukanlah nilai tahanan, dan tahanan maksimum (Rmaks) dan

minimum (Rmin) dengan kode gelangan warna dibawah ini:

a. Hijau, kuning, biru, kuning, emas

b. Kuning, hijau, biru, biru, emas

c. Biru, putih, jingga, jingga, perak

4. Apa arti kode 5 W 22 R J pada resistor ?



Lembar Kerja 1.2

Alat dan Bahan :

1. Multimeter atau Ohmmeter ................................. 1 buah

2. Sumber tegang DC atau variabel 0 – 20 V ........... 1 buah

3. Amperemeter DC ............................................... 1 buah

4. Resistor 10 K Ohm ............................................. 4 buah

5. Kabel penghubung ............................................. secukupnya


1. Jangan menghubungkan ke sumber tegangan sebelum rangkaian

benar!

2. Perhatikan batas ukur dari alat ukur yang digunakan.jangan

menggunakan alat ukur melebihi kemampuan!

3. Hindari penggunaan sambungan terbuka!

4. Letakan peralatan pada tempat aman mudah dijangkau dan mudah

diamati!

5. Pastikan posisi awal sumber tegangan DC pada posisi 0!

Langkah Kerja

1. Siapkan alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini!

2. Ambillah 4 resitor!

3. Buatlah rangkaian seperti gambardi bawah ini!

4. Ukurlah besar arus dan tegangan! Masukkan data pengukuran pada

tabel pengukuran.



5. Buatlah rangkaian seperti gambardi bawah ini!

Rangkaian seri


tabel pengukuran.

7. Buatlah rangkaian seperti gambar di bawah ini:

Rangkaian paralel




tabel pengukuran.

9. Buatlah kesimpulan untuk praktek yang telah dilakukan.

Pengukuran 1

Besar tegangan Besar arus

Pengukuran 2

Rangkaian seri

Rangkaian Besar Arus Total V1 V2

1

2

Pengukuran 3

Rangkaian Paralel

Rangkaian Besar tengangan

Total

I1 I2

1

2

Kesimpulan:

...........................................................................................................

...........................................................................................................

...........................................................................................................

...........................................................................................................

...........................................................................................................




Lembar Latihan 1.2

1. Hitunglah besarnya RAB dan I dari rangkaian di bawah ini !

Diketahui besarnya masing-masing R adalah sebagai berikut :

R1 = 2 Ohm, R2 = 10 Ohm,

R3 = 15 Ohm, R4 = 6 Ohm,

R5 = 60 Ohm dan R6 = 40

Ohm.

2. Berapakah besar hambatan pengganti antara A dan B, bila besarnya

hambatan yang terpasang masing-masing adalah 20 Ohm !

3. Hitunglah hambatan ekivalen antara A dan B dari rangkaian di bawah

ini dalam !

R1 R2

R3

R4 R5

R6

12 V A B

I

8Ω

16 Ω

16 Ω

9 Ω

18 Ω

20 Ω

6 Ω

B A

A B


4. Hitunglah besarnya hambatan ekivalen antara A dan B dari rangkaian

di bawah ini jika semua nilai dalam satuan ohm (Ω) !

100

100

100

120

25

40



Evaluasi

1. Hitunglah resistansi masing-masing kawat jika diketahui resistansi dua

kawat adalah 25 ohm pada saat disusun seri dan 6 Ω pada saat disusun

paralel !

2. Kawat nikelin panjang 2 meter mempunyai tahanan 50 ohm. Jika arus

yang mengalir pada kawat 200 m A maka hitunglah :

a. tegangan antara ujung kawat

b. tegangan kawat sepanjang 1 meter

c. tegangan kawat sepanjang 40 cm

3. Hitunglah RAB dari susunan tahanan di bawah ini !

A

5 6

10

20 20

B



KEGIATAN BELAJAR 2

KONDENSATOR

Uraian Materi

I. Mengenal kondensator

Kondensator adalah komponen pasif yang dapat menyimpan muatan

listrik. Kondensator sering juga disebut sebagai Kapasitor . Pada dasarnya

kondensator adalah dua penghantar yang tersekat satu dari yang lainnya

oleh suatu bahan semi isolator .

Penghantar Isolator

A

B

gambar 2.1

Perhatikan gambar 2.1 , A dan B adalah penghantar yang berbentuk

kawat, kepingan , selinder atau sebagainya. Diantara penghantar itu ada

bagian isolasi (udara , kertas, mika dan sebagainya). Bahan isolasi ini disebut

bahan dilektrika.

Konsensator-kondensator yang dipakai dalam teknik elektronika

mempunyai berbagai bentuk seperti bentuk blok, pipih dan silinder. Bahan

dielektrika yang digunakan juga berbagai macam seperti kertas, keramik,

udara, elektrolit dan mika. Kondensator biasanya dinamai berdasarkan bahan

dielektrikanya.

Kemampuan kondensator untuk menyimpan muatan listrik (daya

listrik) disebut kapasitansi kondensator. Kapasitansi itu dinyatakan dalam

satuan Farad.

Besar kapasitansi kondensator tergantung pada :

- Luas keping penghantar,

- Jarak antara keping penghantar atau tebalnya bahan dielektrika,

- Jenis dielektrika yang digunakan.




Secara matematis ditulis:

dAC.4

.πε

=

dimana : A = Luas penghantar dalam cm2

d = tebalnya dielektrika dalam cm

π = 3,14

ε = konstanta dielektrika.

C= Kapasitas kondensator

Apabila diantara keping-keping kondensator (penghantar-

penghantarnya) diberi tegangan 1 Volt, kondensator dapat menyimpan

muatan listrik sebanyak 1 Coulumb, maka kapasitansi kondensator tersebut

adalah 1 Farad.

Gambar2.2

Guna keperluan praktek, satuan Farad terlalu besar , maka dipakailah

satuan yang lebih kecil, yaitu:

1 mikro Farad (uF) = .......... Farad

1 nano Farad (nF) = .......... Farad

1 piko Farad (pF) = .......... Farad

Secara umum kondensator terbagi dua:

1. Kondensator tetap, yaitu kondensator yang memiliki nilai kapasitansi

konstan (tetap). Kondensator ini biasanya dikelompokan menjadi:

a) Kondensator non polar, yaitu kondensator yang tidak memiliki

polaritas positif dan negatif. Simbolnya adalah seperti di bawah ini:

gambar 2.3

1V

1 Coulumb


b) Kondensator bipolar, yaitu kondensator yang memiliki polaritas

positif dan negatif. Simbolnya adalah seperti dibawah ini:

gambar 2.4

2. Kondensator variabel, yaitu kondensator yang nilai kapasitansinya dapat

diubah-ubah sesuai kebutuhan.

gambar 2.5

II. Fungsi Kondensator

1. Kondensator sebagai penyimpan muatan listrik.

Jika sebuah kondensator dihubungkan dengan sumber tegangan,

seperti pada gambar 1.6, maka pada keping penghantar yang terhubung

dengan kutub negatif sumber tegangan akan kelebihan elektron, dan keping

penghantar yang terhubung dengan kutub positif sumber tegangan akan

kekurangan elektron. Akibatnya muatan listrik akan tersimpan dalam

kondensator sehingga menyebabkan kondensator mempunyai tegangan dan

bersifat seperti baterai. Kejadian seperti ini kita sebut dengan pengisian

kondensator.

Muatan listrik yang ada dalam kondensator akan tersimpan untuk

beberapa lama, sampai dilakukan pengosongan muatan.

gambar2.6

Pengisian muatan kondensator




= Arah arus

= Arah aliran elektron

gambar 2.7

Polaritas kondensator setelah diisi muatan listrik

Jika kondenstor yang telah diisi muatannya dihubungkan kedua

kutubnya dengan sebuah tahanan seperti terlihat pada gambar 1.8, maka

elektron dari keping yang berpolaritas negatif akan mengalir menuju keping

yang berpolaritas positif. Sedangkan arus mengalir dari keping yang

berpolaritas positif menuju keping yang berpolaritas negatif. Peristiwa seperti

ini adalah pengosongan muatan kondensator.

gambar 2.8

Pengosongan muatan kondensator

= Arah arus

= Arah aliran elektron

Setelah beberapa saat, perpindahan elektron dari keping negatif

kondensator menuju keping yang berpolaritas positif mengakibatkan jumlah

Mejadi kekurangan elektron(berpolaritas positf)

Mejadi kelebihan elektron(berpolaritas negatif)



elektron pada kedua keping menjadi sama. Pada kondisi ini kedua keping

menjadi netral dan disebut kondisi kondensator telah kosong.

Lamanya pengisian dan pengosongan kondensator tergantung pada

besarnya kapasitas kondensator dan besarnya arus yang mengalir saat

mengisi dan mengosongkan kondensator tersebut. Semakin besar kapasitas

kondensator, semakin lama waktu pengisian dan pengosongannya.

2. Kondensator melawatkan arus listrik bolak balik (AC)

Pada gambar 2.1, sebuah kondensator dialiri arus bolak-balik. Mula-

mula terminal dari pada sumber arus berpotensial positif dan terminal bawah

berpotensial negatif, perhatikan gambar(a). Maka mengalirlah arus

pemuatan yang menyebabkan keping atas kondensator bermuatan positif,

dan keping bawah bermuatan negatif. Tetapi saat berikutnya potensial pada

kutub-kutub sumber bertukar . Terminal atas berubah menjadi negatif dan

terminal bawah berubah menjadi terminal positif, perhatikan gambar (b).

Dengan demikian sekarang arus permuatan berbalik arah. Dengan demikian

sekarang arus pemuatan berbalik arah. Jadi kondensatorpun bertukar

polaritas keping-kepingnya.

Kejadian itu berualang terus-menerus, sehingga didapat aliran arus

bolak-balik yang melalui kondensator Kejadian sebenarnya adalah, bahwa :

arus pemuatan berbolak-balik arah.

- - - -

++++

-

+

- - - -

++++ +

-



gambar 2.9

Kondensator dalam rangkaian arus bolak balik

Jika kondensator berada dalam rangkaian arus bolak-balik, maka arus

dan tegangan tidak akan berbarengan mencapai titik nol ataupun titik

maksimum. Dalam kejadian seperti ini dikatakan bahwa antara arus dan

tegangan tidak sefasa. Perhatikan gambar 2.10.

gambar 2.10

Jalannya arus dan tegangan bolak-balik pada kondesator,

I mendahului V sebesar 900.

Dalam gambar grafik, sumbu horizontal tidak dinyatakan dalam

satuan waktu, melainkan dalam derajat listrik. Satu periode terbagi dalam

3600 , dengan demikian ½ perioda sama dengan 1800 , dan ¼ perioda sama

dengan 900.

Kita lihat bahwa arus mendahului tegangan sebesar 900, I sudah

berjalan 900 dan maksimum sementara V masih 0.

3. Kondensator mem-blocking arus searah.

Apabila kondensator dihubungkan dengan rangkian arus searah, kita

berharap bahwa tidak ada arus yang mengalir sebab pada kondensator

terdapat bahan dielektrika. Seperti telah kita ketahui bahwa kondensator

terdiri dari dua keping konduktor yang dipisahkan oleh bahan dielektrika

yang bersifat sebagai isolator, jadi pada kondensator tersebut arus searah

yang masuk pada salah satu kepingnya tidak akan mengalir menuju keping

yang kedua.

V

36002700180090000

I


Pada praktek pengukurannya, saat pertama kali catu daya tegangan

searah diberikan pada kondensator terdapat arus yang mengalir pada

kondensator, namun arus tersebut hanya sesaat sebagai pengisi muatan

pada kedua keping kondensator. Setelah kondensator penuh maka arus tidak

lagi mengalir. Arus yang mengalir sangat singkat tersebut tidak dapat

diambil manfaatnya, karena itu kita katakan arus DC tidak dapat mengalir

pada kondensator.

4. Kapasitor sebagai Filter

Telah kita pahami sebelumnya bahwa kondensator dapat melewatkan arus

bolak-balik dan mem-blocking (tidak melewatkan) arus searah. Tahanan

sebuah kondesator yang disebut reaktansi kapasitif (XC) menjadi kecil jika

dialiri arus bolak balik dan menjadi sangat besar bahkan tak terhingga jika

dialiri arus searah.

Secara matematis, besarnya rreaktansi kapasitif (XC) dirumuskan

sebagai berikut:

fCXc

π21

=

Hubungan besarnya reakatansi kapasitif dengan frekuensi dan

kapasitansi adalah berbanding terbalik. Semakin besar frekuensi dan

kapasitansi maka reaktansi kapasitif menjadi semakin kecil. Maka arus AC

yang mempunyai frekuensi tinggi dapat melalui kondesator dengan mudah

karena reaktansi kapasitifnya sangat kecil.

Sebaliknya jika arus searah yang mamiliki frekuensi = 0 melalui

kondensator maka reaktansi kapasitif menjadi tak terhingga.

Sebagai contoh, sebuah kondensator dengan nilai kapasitansi 1000 uF

dialiri arus AC 12 Volt 50 Hz, maka besarnya reaktansi kapasitif

kondensator tersebut adalah:

fC

Xcπ21

=



uFXc

1000.50.14,3.21

=

1,0.4,311

=Xc

Ω== 18,3314,01Xc

Kemudian jika kondensator tersebut dialiri arus searah, besar

reaktansi kapasitifnya adalah:

fCXc

π21

=

uFXc

1000.0.14,3.21

=

∞==01Xc , tak terhingga.

Sifat kondensator yang mempunyai tahanan kecil terhadap arus AC

dan tahanan tak terhingga terhadap arus DC, dimafaatkan dalam rangkaian

penyearah catu daya (adaptor) sebagai filter untuk menghasilkan tegangan

DC yang benar-benar rata tanpa riak (ripple) tegangan pada outputnya.

gambar 2.11

Perhatikan gambar 4.1, tegangan AC yang telah diturunkan

besarnya dengan tranformator step-down diberikan ke penyearah jembatan.

Penyearah ini adalah penyearah gelombang penuh. Outputnya merupakan

gelombang setengah siklus yang masih memiliki riak (ripple) . Dengan

mengunakan kondensator sebagai filter maka tegangan output yang



berbentuk gelombang setengah siklus tersebut disaring dengan cara

melewatkan riak melalui kondensator menuju ground. Sedangkan tegangan

ratanya tidak dilewatkan ke ground , dan diberikan ke beban pada

outputnya.

Input AC Hasil Penyearah Filter Ouput DC

gambar 2.12



Lembar kerja 2.1

I. Tujuan: Peserta didik dapat membuktikan fungsi kondensator sebagai

penyimpan muatan listrik.

II. Peralatan:

1 buah Kondensator Trainer

1 buah catu daya DC 12 V

III. Langkah kerja:

3.1.Berdoalah sebelum memulai pekerjaan.

3.2.Siapkanlah Kondensator Trainer dan Catu daya

3.3.Pada kondensator Trainer, percobaan ini adalah Percobaan 1.

Hubungkanlah catu daya pada terminal input DC 12 V. Catu daya

harus dalam kondisi OFF.

3.4.Posisikanlah saklar pada kondisi 2. Amati kondisi lampu.

3.5.ON-kan catu daya. Posisikan sakelar pada posisi 1 untuk

beberapa saat (± 5 detik). Pada kondisi ini, kondensator mengisi

muatan.

3.6.Ubah posisi saklar pada posisi 2. Amati kondisi lampu. Dengan

menggunakan stop watch, hitunglah lama hidupnya lampu.

3.7.Buatlah kesimpulan dari percoban yang telah anda lakukan.

Kesimpulan:

.................................................................................................................

.........................................................................................................



Latihan 2.1

Jawablah pertanyaan dibawah ini:

1. Sebutkanlah bahan-bahan dielektrika kondensator!

2. Apakah yang dimaksud dengan kapasitansi kondensator?

3. Sebutkan satuan-satuan kapasitas kondensator!

4. Jelaskan bagaimana jalannya arus pengisian dan pengosongan muatan

kondensator!



Lembar Kerja 2.2

I. Tujuan: Peserta diklat dapat menerapkan fungsi kondensator sebagai

filter dalam rangkaian penyearah.

II. Alat dan bahan:

1 buah Kondensator Trainer

1 buah sumber tegangan AC 12 V.

1 buah oscilloscope

III. Langkah kerja:

3.1. Berdoalah sebelum melakukan kegiatan belajar

3.2. Buatlah rangkaian seperti gambar 4.3 (rangkaian ini terdapat

pada Kondensator Trainer, percobaan 4)

3.3. Hubungkanlah sumber tegangan AC 12 V pada rangkaian

(sumber tegangan harus dalam keadaan OFF saat

dihubungkan).

3.4. Hubungkan oscilloscope pada output rangkaian.

3.5. Untuk kondisi awal, posisikan sakelar pemilih pada

kondesator C1 .

3.6. ON-kan sumber tegangan AC 12 V.

3.7. Amati hasil output pada oscilloscope dan gambarlah bentuk

sinyal keluaran pada kertas grafik.

3.8. Ubah kedudukan sakelar pemilih ke kondesator 2.

3.9. Amati hasil ooutput pada oscilloscope dan gambarlah bentuk

sinyal keluaran pada kertas grafik.

3.10. Ubahlah kedudukan sakelar pada oscilloscope dan gambarlah

bentuk sinyal keluaran pada kertas grafik.

3.11. Matikan sumber tegangan dan oscilloscope.

3.12. Lepaskan hubungan sumber tegangan dan oscilloscope dari

rangkaian dan simpan semua peralatan ketempat semula

dengan rapi.

3.13. Bandingkan hasil pengukuran dan buatlah kesimpulan dari

percobaan yang telah kamu lakukan.



gambar 4.3

Bentuk sinyal output jika C = 10 uF

Bentuk sinyal output jika C = 100 uF



Bentuk sinyal output C = 1000 uF

Kesimpulan:

.................................................................................................................

.................................................................................................................

.....................................................................................................

Lembar Latihan 2.2

Jawablah pertanyaan dibawah ini:

1. Sebutkan sifat kondensator yang dimanfaatkan untuk fungsi

kondesator sebagai filter!

2. Jika sebuah kondensator yang mempunyai kapasitansi 1000 uF,

dihubungkan dengan sebuah sumber tegangan bolak balik sebasar 5

V dengan frekuensi 50 Hz, berapakah besar reaktansi kapasitif

kondensator tersebut?

3. Manakah yang lebih baik digunakan sebagai filter, kondensator

dengan kapasitansi besar atau kondensator dengan kapasitansi kecil?



III. Rangkaian Kondensator

3.1 Rangkaian seri kondesator

Jika kondensator dirangkai secara seri maka nilai kapasitansinya akan

menjadi kecil, lebih kecil dari kapasitas terkecil dalam rangkaiannya

gambar 5.1

Besarnya kapasitansi rangkaian kondensator yang dirangkai seri dapat

didapat dengan rumus:

.....3

12

11

11+++=

CCCCt

Contoh: Jika tiga buah kondesator dirangkai secara seri,C1 = 2 uF,

C2= 4 uF dan C3=10 uF. Maka nilai C total adalah:

3

12

11

11CCCCt

++=

uFuFuFCt 101

41

211

++=

uFCt 20171

=

uFuFC 1.117

20== (lebih kecil dari nilai terkecil yang ada dalam

rangkaian).

Jika hanya dua kondensator yang dirangkai secara seri maka nilai

kapasitansinya akan sebesar:

212.1

CCCCCt+

=



Pada rangkaian seri kondensator terjadi pembagian tegangan seperti

halnya pada rangkaian seri tahanan, karena pada kondensator juga terdapat

reaktansi kapasitif XC.

Seperti telah diketahui dari kegiatan sebelumnya bahwa besarnya

reaktansi kapasitif tergantung pada besarnya nilai kapasitansi kondensator

tersebut. Semakin besar nilai kapasitansi maka semakin kecil nilai reaktansi

kapasitif, sebaliknya semakin kecil nilai kapasitansi semakin kecil nilai

reaktansi kapasitif.

Karena reaktansi (tahanan) kapasitif kondensator dengan nilai

kapasitansi besar adalah kecil, maka besar tegangan pada kondensator

tersebut adalah kecil karena nilai tegangan sebanding dengan nilai tahanan.

Sehingga untuk pembagian tegangan oleh rangkaian kondensator seri

mengikuti persamaan:

31:

21:

113:2:1

CCCVVV =

Contoh: Jika tiga buah kondensator yang dirangkai seri masing

masing mempunyai nilai C1 = 2 mF, C2 =4 mF,dan C3 = 10 mF dihubungkan

dengan sebuah sumber tegangan V = 85 V, maka berapakah tegangan yang

ada pada setiap kondensator?

Jawab: 3

1:2

1:1

13:2:1CCC

VVV =

101:

41:

213:2:1 =VVV

2:5:103:2:1 =VVV

VoltVV 508517101 =×=

VoltVV 25851751 =×=

VoltVV 10851721 =×=

Tegangan total V = 50 V + 25 V + 10 V = 85 V (tegangan

sumber).



3.2 Rangkaian paralel kondesator

Jika kondensator dirangkai secara seri maka diperoleh kapasitansi

yang lebih besar. Pada setiap kondensator tersebut terdapat tegangan yang

sama besarnya.

gambar 2.13

Dengan diparalelkannya kondensator , maka kapasitas keseluruhan

(Ct) menjadi:

Ct = C1 + C2 + C3

Sedangkan tegangan yang terdapat pada kondensator tersebut adalah

sama dengan tegangan catu daya.

Contoh: C1 = 2 mF, C2 = 4 mF, dan C3 = 0,1 mF, Maka kapasitas

keseluruhan Ct menjadi :

Ct = 2 mF + 4 mF + 0,1 mF = 6,1 mF



Lembar Latihan 2.3

1. Tiga buah kondensator dirangkai secara seri, C1 = 2 uF, C2 = 20 uF

dan C3 = 100 uF, hitunglah nilai kapasitansi totalnya!

Jika rangkaian tersebut dihubungkan dengan sebuah sumber

tegangan AC 6 V, berapakah tegangan pasda masing-masing

komponen?

2. Empat buah kondensator dirangkai secara paralel, C1= 400 nF, C2=

100 nF, C3= 0.1 uF dan C4= 0.01 mF, Berapakan nilai kapasitansi

totalnya dalam satuan Farad?

3. Tiga buah kondensator dirangkai secara seri, C1 = 4 uF, C2 = 20 uF

dan C3 = 80 uF, hitunglah nilai kapasitansi totalnya!

4. Jika rangkaian pada soal no.6 dihubungkan dengan sebuah sumber

tegangan AC 3 V, berapakah tegangan pada masing-masing

komponen?

5. Empat buah kondensator dirangkai secara paralel, C1= 22 pF, C2= 22

nF, C3= 0.22 uF dan C4= 0.01 uF. Berapakan nilai kapasitasni

totalnya dalam satuan Farad?



IV. KODE ANGKA DAN HURUF PADA KAPASITOR

Lembar Informasi

Kapasitas kapasitor diukur dalam F (Farad) = 10-6 μF (mikro Farad) =

10-9 nF (nano Farad) = 10-12 pF (piko Farad). Kapasitor elektrolit mempunyai

dua kutub positif dan kutub negatif (bipolar), sedangkan kapasitor kering

misal kapasitor mika, kapasitor kertas tidak membedakan kutub positif dan

kutub negatif (non polar).

Simbol kapasitor dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

– +

Gambar 2.14. Simbol Kapasitor

Arti kode angka dan huruf pada kapasitor dapat dilihat pada tabel di bawah

ini.

Tabel 7. Kode Angka dan Huruf pada Kapasitor

Kode

angka

Gelang 1

(Angka

pertama)

Gelang 2

(Angka

kedua)

Gelang 3

(Faktor

pengali)

Kode huruf

(Toleransi/

%)

0 - 0 1 B

1 1 1 10 C

2 2 2 102 D

3 3 3 103 F = 1

4 4 4 104 G = 2

5 5 5 105 H = 3

6 6 6 106 J = 5

7 7 7 107 K = 10



8 8 8 108 M = 20

9 9 9 109

Contoh : - kode kapasitor = 562 J 100 V artinya : besarnya kapasitas = 56 x

102 pF = 5600 pF; besarnya toleransi = 5%; kemampuan

tegangan kerja = 100 Volt.

- Kode kapasitor = 100 nJ artinya : besarnya kapasitas = 100 nF;

besarnya toleransi = 5%.

- Kode kapasitor : 100 μF 50 V artinya = besarnya kapasitas = 100

μF; besarnya tegangan kerja = 50 Volt.



Lembar Kerja 2.4

Alat dan Bahan

1. Alat tulis dan kertas........................................... secukupnya

2. Kapasitor .......................................................... 10 macam



belajar!




Langkah Kerja


2. Amatilah kode kapasitor satu persatu dan catatlah hasil pengamatan

pada Tabel 8 di bawah ini!

3. Kembalikan alat dan bahan!

Tabel 8. Data Pengamatan Kode Angka dan Huruf pada Kapasitor

No. Kode

kapasitor

Kapasitas

(pF)

Toleransi

(%)

Tegangan kerja

(volt)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10



Lembar Latihan 2.4

1. Apa arti kode pada kapasitor : 562 J 100 V?

2. Apa arti kode pada kapasitor : 100 nJ?

3. Apa arti kode pada kapasitor : 10 μF 50 V?

4. Apa arti kode pada kapasitor : 104 k 100 V?

5. Apa arti kode pada kapasitor : 151 k?



KEGIATAN BELAJAR 3

INDUKTOR

Lembar Informasi

Induktor adalah komponen listrik yang digunakan sebagai beban

induktif. Simbol induktor dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 13. Simbol Induktor

Besar induktansi dinyatakan dalam satuan H (Henry) = 100mH (mili

Henry). Induktansi diberi lambang L, sedangkan reaktansi induktif diberi

lambang XL.

XL = 2 π . f . L (ohm). …………… (1)

dimana : XL = reaktansi induktif (Ω)

π = 3,14

f = frekuensi (Hz)

L = kapasitas induktor (Henry)

Beban induktor antara lain adalah :

- Kumparan kawat yang harganya dapat dibuat tetap atau tidak tetap.

Induktor yang harganya tidak tetap yaitu Dekade Induktor dan Variabel

Induktor.

- Motor-motor listrik, karena memiliki lilitan kawat.

- Transformator, karena memiliki lilitan kawat.

Pada induktor terdapat unsur resistansi (R) dan induktif (XL) jika

digunakan sebagai beban sumber tegangan AC. Jika digunakan sebagai

beban sumber tegangan DC, maka hanya terdapat unsur R saja. Dalam

sumber tegangan AC berlaku rumus :



Z = V …………….. (2) I Z2 = R2 + XL

2

XL2 = Z2 – R2

Dimana : Z = Impedansi (Ω) R = Tahanan (Ω)

V = Tegangan AC (Volt) XL = Reaktansi induktif (Ω)

I = Arus (Ampere)

Dari persamaan (2) jika sumber tegangan AC (V) dan arus (I) diketahui,

maka Z dapat dihitung. Dari persamaan (3), jika R diketahui, maka XL dapat

dihitung. Dari persamaan (1) jika f diketahui, maka L dapat dihitung.



Lembar Kerja

Alat dan Bahan

1. Ohmmeter ........................................................ 1 buah

2. Voltmeter ......................................................... 1 buah

3. Amperemeter .................................................... 1buah

4. Sumber tegangan AC variabel............................. 1 buah

5. Induktor Dekade 1-100 mH................................ 1 buah

6. Saklar kutub tunggal.......................................... 1 buah

7. Kabel penghubung ............................................ secukupnya



belajar!




Langkah Kerja


2. Buatlah rangkaian seperti gambar di bawah ini!

A∼

V∼

VS ∼

S

L

Gambar 14. Rangkaian Induktor Dengan Sumber Tegangan AC

3. Aturlah sumber tegangan pada 0 volt dan saklar dibuka, induktor

dekade diatur seperti Tabel 11 !

4. Tutuplah saklar S dan aturlah sumber tegangan sehingga

amperemeter menunjukkan harga seperti pada Tabel 11!



5. Catatlah harga penunjukkan Voltmeter dalam tabel pengamatan!

6. Bukalah saklar S!

7. Ukurlah resistansi (R) induktor dengan ohmmeter !

8. Catatlah hasilnya dalam Tabel 11 di bawah ini!

9. Ulangilah langkah kerja no. 4 s/d 8 untuk harga induktor seperti pada

Tebel 11!

10. Kembalikan semua alat dan bahan!

Lembar Latihan 4

1. Bagaimanakah rumus mencari harga reaktansi induktif (XL) ?

2. Bagaimankah rumus mencari harga impedansi (Z) ?

3. Suatu induktor diberi sumber tegangan AC 100 Volt, arus yang mengalir 1

Ampere, jika diukur dengan Ohmmeter, induktor tersebut berharga 99 Ω.

Jika frekuensi sumber 50 Hz, berapakah kapasitas induktansi L ?



Kegiatan Belajar 4

TRANSFORMATOR

Transformator merupakan peralatan elektromagnetik yang merubah

energi listrik dari satu tingkat tegangan ke tingkat tegangan lain. Hal ini

dilakukan dengan perantaraan suatu medan magnet. Transformator terdiri

atas dua kumparan yang digulung pada satu inti feromagnet. Kumparan-

kumparan itu pada umumnya tidak berhubungan secara elektrik, melainkan

secara magnetik melalui suatu fluks magnet yang berada dalam inti

feromagnet.

Kumparan yang berhubungan dengan sumber energi listrik disebut

kumparan primer yang memiliki sejumlah N1 belitan dan kumparan yang

dihubungkan ke beban disebut kumparan sekunder sejumlah N2 belitan, bila

terdapat kumparan ketiga maka disebut kumparan tersier.

φ

I1 I2

N1 N2

Gambar 3. Transformator dengan Dua Belitan N1 Dan N

TRANSFORMATOR SATU FASA

Transformator satu fasa adalah transformator yang bekerja pada

sistem satu fasa. Jika pada bagian primer dipasang tegangan bolak-balik,

maka arus listrik akan mengalir pada kumparan tersebut. Arus menimbulkan

fluksi bersama (mutual flux) sehingga terinduksi pada kumparan primer dan

kumparan sekunder. Pada kumparan primer ggl sifatnya melawan tegangan

yang dipasang sehingga juga disebut ggl lawan.

E1 = N1 dtdφ

E2 = N2 dtdφ



Jika fluksi yang mengalir sebesar tt m ϖφφ sin)( = maka

E1 = N1 tm ϖφϖ cos

E1(rms) = 4,44 N1 f maksφ (1)

E2(rms) = 4,44 N2 f maksφ (2)

Perbandingan Transformasi Tegangan (K)

Dari persamaan 1 dan 2 dapat dituliskan hubungan tegangan primer

dan sekunder:

KNN

EE

==2

1

2

1

Bilangan tetap K ini disebut dengan perbandingan transformasi tegangan.

Jika N1 > N2 maka K > 1 sehingga transformator tersebut dinamakan

transformator Step-Up,. Jika N1 < N2 maka K < 1 sehingga transformator

tersebut dinamakan transformator Step-Down, yang berfungsi untuk

menurunkan tegangan.

Untuk transformator ideal,

Masukan = keluaran

V1I1 = V2I2

atau :

KVV

II 1

2

1

1

2 ==

Jadi, perbandingan arus berbanding terbalik dengan perbandingan

transformator.

Rugi dan Efisiensi Transformator.

Dalam keadaan berbeban fluksi neto yang lewat melalui inti hampir

saja pada keadaan tak berbeban dan perlu diingat bahwa fluks untuk

berbagai beban adalah sama.

Jadi:

'22 φφ =




N2 I2 = N1 I2’

I2’ = 22

1

2 KIINN

=×

Gambar 4. Transformator dengan Beban

I2’ berlawan arah dengan I2.

I2 arus induksi yang pada sekunder berimpit dengan E2, I2

’ arus induksi yang

akan timbul kembali pada primer berimpit dengan V1. Dan kalau I2 lagging

atau leading terhadap E2, maka I2’ juga terbelakang atau leading terrhadap

V1.

Jumlah arus yang bekerja pada primer adalah I1 = I2’ + I0.

Rugi-rugi dalam transformator:

(1) Rugi inti atau besi:

(2) Rugi termbaga (Cu)

Rugi adalah diakibatkan oleh tahanan “ohmic “ dari belitan trafo.

Rugi Cu total = 2221

21 RIRI +

= (R01 = total tahanan ekivalen trafo diukur dari sisi

primer)

012

1 RI

= (R02 = total tahanan ekivalen trafo dari sisi skunder) 0222 RI

Rugi ini dapat diperoleh dari test hubung singkat.

2φ

N1 N2

I2’ I2

'2φ


Efisiensi transformator:

Effisiensi: masukankeluaran

=η

Effisiensi dapat diperoleh denagn pengukuran pada ujung keluaran

transformator:

rugirugikeluarankeluaran

−+=η

besirugirugiCukeluaran

keluaran_++

=η

Keluaran, masukan dari rugi-rugi dinyatakan dalam watt, kw dan satuan

daya yang lainnya. Perlu diingat bahwa dalam penggunanan rumus-rumus

diatas satuan masukan atau keluaran dan rugi rugi harus sama.

TRANSFORMATOR TIGA FASA

Transformator tiga fasa merupakan transformator yang berfasa tiga,

dan dengan sendirinya memerlukan tiga kumparan dalam satu inti, yang

masing masing dihubungkan dengan suatu cara tertentu. Transformator tiga

fasa juga dapat disusun dari tiga buah trafo satu fasa yang dirangkai

menurut hubungan tertentu. Pada umumnya dikenal cara menghubungkan

kumparan kumparan itu yaitu dalam hubungan bintang, segitiga atau delta,

dan zig-zag.



(a) (b)

(c)

Gambar 5. Rangkaian Transformator Tiga Fasa (a) Hubungan Bintang

(b) Hubungan Delta (c) Hubungan Zig-Zag



Lembar kerja

Alat dan Bahan

1. Transformator 1 phasa 1 KVA 220/110……………. 3 buah

2. Transformator 3 phasa 2 KVA 220/127……………. 1 buah

3. Multimeter…………………………………………….. 2 buah

4. Ampere meter besi putar……………………………. 3 buah

5. Saklar 3 phasa……………………………………….. 1 buah

6. Power pack…………………………………………… 1 buah

7. Watt meter……………………………………………. 2 buah

8. Kabel penghubung…………………………………… secukupnya


1. Gunakan pakaian praktik !


belajar !

3. Janganlah memberikan tegangan pada rangkaian melebihi batas yang

ditentukan !

4. Hati-hati dalam melakukan praktik !

Langkah Kerja

1. Siapkanlah alat dan bahan yang akan digunakan untuk percobaan !

2. Periksalah alat dan bahan sebelum digunakan dan pastikan semua

alat dan bahan dalam keadaan baik !

3. Gambarkanlah dan berilah kode (tanda) transformator 3 phasa yang

saudara rangkai (3 buah transformator 1 phasa) !

4. Rangkailah skema Gambar 6 di bawah ini !

5. Setelah disetujui oleh instruktur, tutuplah saklar S dan aturlah R

hingga I = 5 A, bacalah dan catatlah Vcn =…….; Van =………dan

Vbn=……… !

6. Bukalah saklar S dan lakukanlah percobaan berikutnya dengan

menggunakan transformator 3 phasa 1 inti. Setelah disetujui oleh




instruktur, tutuplah saklar S dan aturlah R hingga I = 5 A, bacalah

dan catatlah Vcn =…….; Van=………dan Vbn=……… !

7. Lepaskanlah dan kembalikanlah semua alat dan bahan praktikum

ketempat semula !

Lembar latihan

1. Jika sisi primer trafo diberi tegangan searah apakah di sisi sekundernya

terinduksi ggl? Mengapa demikian?

2. Panas yang timbul pada inti trafo termasuk rugi apa?

3. Jika kita mempunyai trafo satu fasa tiga buah apakah dapat di buat trafo

tiga fasa? Bagaimana caranya ?

4. Sekunder dari 500 KVA, 4400/500 V sebuah transformator mempunyai

100 lilitan. Tentukanlah jumlah belitan primer, EMF per lilitan, arus

sekunder pada pf = 1.

a

cA

b

Gambar 6. Percobaan Transformator.



Kegiatan Belajar 5

DIODA SEMIKONDUKTOR

I. Mengenal Dioda

1. Dioda Semikonduktor

Dioda semikonduktor dibentuk dengan cara menyambungkan semi-

konduktor type p dan type n. Pada saat terjadinya sambungan (junction) p

dan n, hole-hole pada bahan p dan elektron-elektron pada bahan n disekitar

sambungan cenderung untuk berkombinasi. Hole dan elektron yang

berkombinasi ini saling meniadakan, sehingga pada daerah sekitar

sambungan ini kosong dari pembawa muatan dan terbentuk daerah

pengosongan (depletion region).

Oleh karena itu pada sisi p tinggal ion-ion akseptor yang bermuatan

positif dan pada sisi n tinggal ion-ion donor yang bermuatan negatif. Namun

proses ini tidak berlangsung terus, karena potensial dari ion-ion positip dan

ion akseptor ion donor

elektron dan hole berkombinasi tipe p tipe n

(a)

+

++

-

-

-

-+-

--

-+

++

+

daerah pengosongan

tipe p tipe n

(b)

Anoda (A) Katoda (K) (c)

Gambar 9. Struktur Dioda Semikonduktor

(a) Pembentukan Sambungan;


negatip ini akan mengahalanginya. Tegangan atau potensial ekivalen pada

daerah pengosongan ini disebut dengan tegangan penghalang (barrier

potential). Besarnya tegangan penghalang ini adalah 0.2 untuk germanium

dan 0.6 untuk silikon. Lihat Gambar 9.

2. Bias Mundur (Reverse Bias)

Bias mundur adalah pemberian tegangan negatip baterai ke terminal

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

Dengan kata lain, tegangan anoda katoda VA-K adalah negatip (VA-K < 0).

Gambar 10 menunjukkan dioda diberi bias mundur.

+ + +

++++

+

+

+

daerah pengosongan

tipe p tipe n +

+A K

- +

A

Is

Gambar 10. Dioda Diberi Bias Mundur

Karena pada ujung anoda (A) yang berupa bahan tipe p diberi

tegangan negatip, maka hole-hole (pembawa mayoritas) akan tertarik ke

kutup negatip baterai menjauhi persambungan. Demikian juga karena pada

ujung katoda (K) yang berupa bahan tipe n diberi tegangan positip, maka

elektron-elektron (pembawa mayoritas) akan tertarik ke kutup positip baterai

menjauhi persambungan. Sehingga daerah pengosongan semakin lebar, dan

arus yang disebabkan oleh pembawa mayoritas tidak ada yang mengalir.

Sedangkan pembawa minoritas yang berupa elektron (pada bahan

tipe p) dan hole (pada bahan tipe n) akan berkombinasi sehingga mengalir

arus jenuh mundur (reverse saturation current) atau Is. Arus ini dikatakan



jenuh karena dengan cepat mencapai harga maksimum tanpa dipengaruhi

besarnya tegangan baterai. Besarnya arus ini dipengaruhi oleh temperatur.

Makin tinggi temperatur, makin besar harga Is. Pada suhu ruang, besarnya

Is ini dalam skala mikro-amper untuk dioda germanium, dan dalam skala

nano-amper untuk dioda silikon.

3. Bias Maju (Foward Bias)

Apabila tegangan positip baterai dihubungkan ke terminal Anoda (A)

dan negatipnya ke terminal katoda (K), maka dioda disebut mendapatkan

bias maju (foward bias). Dengan demikian VA-K adalah positip atau VA-K > 0.

Gambar 11 menunjukan dioda diberi bias maju.

Dengan pemberian polaritas tegangan seperti pada Gambar 11, yakni

VA-K positip, maka pembawa mayoritas dari bahan tipe p (hole) akan tertarik

oleh kutup negatip baterai melewati persambungan dan berkombinasi

dengan elektron (pembawa mayoritas bahan tipe n). Demikian juga

elektronnya akan tertarik oleh kutup positip baterai untuk melewati

persambungan. Oleh karena itu daerah pengosongan terlihat semakin

menyempit pada saat dioda diberi bias maju. Dan arus dioda yang

disebabkan oleh pembawa mayoritas akan mengalir, yaitu ID.

tipe p tipe n

ID

-+ A K

KA +

daerah pengosongan

Gambar 11. Dioda Diberi Bias Maju



Sedangkan pembawa minoritas dari bahan tipe p (elektron) dan dari

bahan tipe n (hole) akan berkombinasi dan menghasilkan Is. Arah Is dan ID

adalah berlawanan. Namun karena Is jauh lebih kecil dari pada ID, maka

secara praktis besarnya arus yang mengalir pada dioda ditentukan oleh ID.

4. Kurva Karakteristik Dioda

Hubungan antara besarnya arus yang mengalir melalui dioda dengan

tegangan VA-K dapat dilihat pada kurva karakteristik dioda (Gambar 12).

Gambar 12 menunjukan dua macam kurva, yakni dioda germanium

(Ge) dan dioda silikon (Si). Pada saat dioda diberi bias maju, yakni bila VA-K

positip, maka arus ID akan naik dengan cepat setelah VA-K mencapai

tegangan cut-in (Vγ). Tegangan cut-in (Vγ) ini kira-kira sebesar 0.2 Volt

untuk dioda germanium dan 0.6 Volt untuk dioda silikon. Dengan pemberian

tegangan baterai sebesar ini, maka potensial penghalang (barrier potential)

pada persambungan akan teratasi, sehingga arus dioda mulai mengalir

dengan cepat.

ID (mA)

VA-K (Volt)

Ge Si

Si

Is(Ge)=1μA

Is(Si)=10nA

0.6 0.2

Ge

Gambar 12. Kurva Karakteristik Dioda



Bagian kiri bawah dari grafik pada Gambar 12 merupakan kurva

karakteristik dioda saat mendapatkan bias mundur. Disini juga terdapat dua

kurva, yaitu untuk dioda germanium dan silikon. Besarnya arus jenuh

mundur (reverse saturation current) Is untuk dioda germanium adalah dalam

orde mikro amper dalam contoh ini adalah 1 μA. Sedangkan untuk dioda

silikon Is adalah dalam orde nano amper dalam hal ini adalah 10 nA.

Apabila tegangan VA-K yang berpolaritas negatip tersebut dinaikkan

terus, maka suatu saat akan mencapai tegangan patah (break-down) dimana

arus Is akan naik dengan tiba-tiba. Pada saat mencapai tegangan break-

down ini, pembawa minoritas dipercepat hingga mencapai kecepatan yang

cukup tinggi untuk mengeluarkan elektron valensi dari atom. Kemudian

elektron ini juga dipercepat untuk membebaskan yang lainnya sehingga

arusnya semakin besar. Pada dioda biasa pencapaian tegangan break-down

ini selalu dihindari karena dioda bisa rusak.

Hubungan arus dioda (ID) dengan tegangan dioda (VD) dapat

dinyatakan dalam persamaan matematis yang dikembangkan oleh W.

Shockley, yaitu:

ID = Is [e(VD/n.VT) - 1]

dimana:

ID = arus dioda (amper)

Is = arus jenuh mundur (amper)

e = bilangan natural, 2.71828...

VD = beda tegangan pada dioda (volt)

n = konstanta, 1 untuk Ge; dan ≈ 2 untuk Si

VT = tegangan ekivalen temperatur (volt)



Harga Is suatu dioda dipengaruhi oleh temperatur, tingkat doping dan

geometri dioda. Dan konstanta n tergantung pada sifat konstruksi dan

parameter fisik dioda. Sedangkan harga VT ditentukan dengan persamaan:

kT VT = ⎯⎯ q

dimana:

k = konstanta Boltzmann, 1.381 x 10-23 J/K

(J/K artinya joule per derajat kelvin)

T = temperatur mutlak (kelvin)

q = muatan sebuah elektron, 1.602 x 10-19 C

Pada temperatur ruang, 25 oC atau 273 + 25 = 298 K, dapat dihitung

besarnya VT yaitu:

(1.381 x 10-23 J/K)(298K)

VT = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

1.602 x 10-19 C

= 0.02569 J/C

≅ 26 mV

Harga VT adalah 26 mV ini perlu diingat untuk pembicaraan

selanjutnya.

Sebagaimana telah disebutkan bahwa arus jenuh mundur, Is, dipengaruhi

oleh beberapa faktor seperti: doping, persambungan, dan temperatur.

Namun karena dalam pemakaian suatu komponen dioda, faktor doping dan

persambungan adalah tetap, maka yang perlu mendapat perhatian serius

adalah pengaruh temperatur.



Lembar Kerja5.1

Alat dan Bahan:

1. Diode 1N 4002……………………………………………. 1 buah

2. Sumber Daya 3 V DC…………………………………… 1 Unit

3. Lampu LED…………………………………………………1 buah

4. Voltmeter dan Amperemeter DC…………………………1 unit


1. Periksalah terlebih dahulu semua komponen aktif maupun pasif sebelum

digunakan !.

2. Bacalah dan pahami petunjuk pratikum pada lembar kegiatan belajar!.

3. Hati-hati dalam penggunaan peralatan pratikum!.

Langkah Kerja:

1. Siapkanlah Gambar rangkaian serta alat dan bahan yang diperlukan pada

rangkaian dibawah ini !

. . X Lampu

LED.

2 1

0

2. Rakitlah rangkaian seperti Gambar di atas, usahakan agar komponen

diode tidak terbalik anode dan katodenya dan periksakan hasil rangkaian

pada instruktur !

3. Setelah dinilai benar hubungkan dengan sumber tegangan DC 3 Volt.

4. Lakukanlah pengamatan pada simpul pengukuran yang ada serta catatlah

hasil pengukuran tersebut pada Tabel 1!

5. Untuk pengukuran arus, simpul pengukuran yang diamati adalah:

• Simpul No. 2

Sedangkan pengukuran tegangan, simpul pengukuran yang diamati

adalah:

• Simpul No. 2 s/d No.0



6. Lakukanlah kembali langkah No. 2 s/d No. 5 untuk rangkaian dibawah

ini, serta masukkan data pengamatan pada Tabel 1!

X Lampu

LED.

2 1

0

7. Jika telah selesai semua maka lepaskan sumber DC dari rangkaian dan

kembalikan semua alat dan bahan ke tempat semula.

Tabel 1. Pengamatan Diode

No. Kondisi yang diamati V1

(Volt)

(2-0)

A1

(Ampere)

(2)

Keterangan

(Kondisi Lampu)

1. Bias maju

2. Bias mundur

Lembar Latihan 5.1

1. Bagaimana dioda semikonduktor dibentuk?

2. Bagaimana arus pada dioda yang diberi bias mundur?

3. Bagaimana arus pada dioda yang diberi bias maju?



II. PENGGUNAAN DIODA SEMIKONDUKTOR

Lembar Informasi

1. Penyearah Setengah Gelombang

Dioda semikonduktor banyak digunakan sebagai penyearah.

Penyearah yang paling sederhana adalah penyearah setengah gelombang,

yaitu yang terdiri dari sebuah dioda. Melihat dari namanya, maka hanya

setengah gelombang saja yang akan disearahkan. Gambar 13 menunjukkan

rangkaian penyearah setengah gelombang.

Rangkaian penyearah setengah gelombang mendapat masukan dari

skunder trafo yang berupa sinyal ac berbentuk sinus, vi = Vm Sin ωt

(Gambar 13 (b)). Dari persamaan tersebut, Vm merupakan tegangan

puncak atau tegangan maksimum. Harga Vm ini hanya bisa diukur dengan

CRO yakni dengan melihat langsung pada gelombangnya. Sedangkan pada

umumnya harga yang tercantum pada skunder trafo adalah tegangan efektif.

Hubungan antara tegangan puncap Vm dengan tegangan efektif (Veff) atau

tegangan rms (Vrms) adalah:

Vm Veff = Vrms = ⎯⎯⎯ = 0.707 Vm √ 2

Tegangan (arus) efektif atau rms (root-mean-square) adalah

tegangan (arus) yang terukur oleh voltmeter (amper-meter). Karena harga

Vm pada umumnya jauh lebih besar dari pada Vγ (tegangan cut-in dioda),

maka pada pembahasan penyearah ini Vγ diabaikan.

Prinsip kerja penyearah setengah gelombang adalah bahwa pada saat

sinyal input berupa siklus positip maka dioda mendapat bias maju sehingga

arus (i) mengalir ke beban (RL), dan sebaliknya bila sinyal input

berupa siklus negatip maka dioda mendapat bias mundur sehingga tidak

mengalir arus. Bentuk gelombang tegangan input (vi) ditunjukkan pada (b)

dan arus beban (i) pada (c) dari Gambar 13.




Arus dioda yang mengalir melalui beban RL (i) dinyatakan dengan:

.

dimana:

Resistansi dioda pada saat ON (mendapat bias maju) adalah Rf, yang

umumnya nilainya lebih kecil dari RL. Pada saat dioda OFF (mendapat bias

Vm Im = ⎯⎯⎯⎯ Rf + RL

vi

i RL

vd

masukan sinyal ac

(a)

Gambar 13. Penyearah Setengah Gelombang (a) Rangkaian;

(b) Tegangan Skunder Trafo; (c) Arus Beban

vi

0 π 2π

Vm

(b)

0 π 2π

i

ImIdc

(c)

i = Im Sin ωt ,jika 0 ≤ ωt ≤ π (siklus positip) i = 0 ,jika π ≤ ωt ≤ 2π (siklus negatip)


mundur) resistansinya besar sekali atau dalam pembahasan ini dianggap

tidak terhigga, sehingga arus dioda tidak mengalir atau i = 0.

Arus yang mengalir ke beban (i) terlihat pada Gambar (c)

bentuknya sudah searah (satu arah) yaitu positip semua. Apabila arah dioda

dibalik, maka arus yang mengalir adalah negatip. Frekuensi sinyal keluaran

dari penyearah setengah gelombang ini adalah sama dengan frekuensi input

(dari jala-jala listrik) yaitu 50 Hz. Karena jarak dari puncak satu ke puncak

berikutnya adalah sama.

Bila diperhatikan meskipun sinyal keluaran masih berbentuk

gelombang, namun arah gelombangnya adalah sama, yaitu positip (Gambar

c). Berarti harga rata-ratanya tidak lagi nol seperti halnya arus bolak-balik,

namun ada suatu harga tertentu. Arus rata-rata ini (Idc) secara matematis

bisa dinyatakan:

1 2π Idc = ⎯⎯ i dωt 2π 0

Untuk penyearah setengah gelombang diperoleh:

.........

1 π Idc = ⎯⎯ Im Sin ωt dt 2π 0

Im Idc = ⎯⎯⎯⎯ ≅ 0.318 Im π

Tegangan keluaran dc yang berupa turun tegangan dc pada beban

adalah:

Vdc = Idc.RL



Im.RL Vdc = ⎯⎯⎯⎯ π

Apabila harga Rf jauh lebih kecil dari RL, yang berarti Rf bisa diabaikan,

maka:

Vm = Im.RL

Sehingga:

Vm Vdc = ⎯⎯⎯⎯ ≅ 0.318 Vm π

Apabila penyearah bekerja pada tegangan Vm yang kecil, untuk memperoleh

hasil yang lebih teliti, maka tegangan cut-in dioda (Vγ) perlu

dipertimbangkan, yaitu:

Vdc = 0.318 (Vm - Vγ)

Dalam perencanaan rangkaian penyearah yang juga penting untuk

diketahui adalah berapa tegangan maksimum yang boleh diberikan pada

dioda. Tegangan maksimum yang harus ditahan oleh dioda ini sering disebut

dengan istilah PIV (peak-inverse voltage) atau tegangan puncak balik. Hal

ini karena pada saat dioda mendapat bias mundur (balik) maka tidak arus

yang mengalir dan semua tegangan dari skunder trafo berada pada dioda.

Bentuk gelombang dari sinyal pada dioda dapat dilihat pada Gambar 14. PIV

untuk penyearah setengah gelombang ini adalah:



0 π 2π

Vd

V

PIV = Vm

Bentuk gelombang sinyal pada dioda seperti Gambar 14 dengan

anggapan bahwa Rf dioda diabaikan, karena nilainya kecil sekali dibanding

RL. Sehingga pada saat siklus positip dimana dioda sedang ON (mendapat

bias maju), terlihat turun tegangannya adalah nol. Sedangkan saat siklus

negatip, dioda sedang OFF (mendapat bias mundur) sehingga tegangan

puncak dari skunder trafo (Vm) semuanya berada pada dioda.

Gambar 14 Bentuk Gelombang Sinyal pada Dioda

2. Penyearah Gelombang Penuh Dengan Trafo CT

Rangkaian penyearah gelombang penuh ada dua macam, yaitu

dengan menggunakan trafo CT (center-tap = tap tengah) dan dengan sistem

jembatan. Gambar 15 menunjukkan rangkaian penyearah gelombang penuh

dengan menggunaka trafo CT.

Terminal skunder dari Trafo CT mengeluarkan dua buah tegangan

keluaran yang sama tetapi fasanya berlawanan dengan titik CT sebagai titik

tengahnya. Kedua keluaran ini masing-masing dihubungkan ke D1 dan D2,

sehingga saat D1 mendapat sinyal siklus positip maka D1 mendapat sinyal

siklus negatip, dan sebaliknya. Dengan demikian D1 dan D2 hidupnya

bergantian. Namun karena arus i1 dan i2 melewati tahanan beban (RL)

dengan arah yang sama, maka iL menjadi satu arah (15 c).




Terlihat dengan jelas bahwa rangkaian penyearah gelombang penuh

ini merupakan gabungan dua buah penyearah setengah gelombang yang

hidupnya bergantian setiap setengah siklus. Sehingga arus maupun

tegangan rata-ratanya adalah dua kali dari penyearah setengah gelombang.

Dengan cara penurunan yang sama, maka diperoleh:

Apabila harga Rf jauh lebih kecil dari RL, maka Rf bisa diabaikan, sehingga:

2Im Idc = ⎯⎯⎯⎯ ≅ 0.636 Im π

2Vm Vdc = ⎯⎯⎯⎯ ≅ 0.636 Vm π

i1

RLi2 masukan sinyal ac

Vi

Vi

D1

D2

iL

VL

vi

0 π 2π

V

(b)

Gambar 15. (a) Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh dengan Trafo CT;

(b) Sinyal Input; (c) Arus Dioda dan Arus Beban

0 π 2π

i1

Im

0 π 2π

i2

Im

iL

Im

0 π 2π

Idc

(c)

(a)


Apabila penyearah bekerja pada tegangan Vm yang kecil, untuk

memperoleh hasil yang lebih teliti, maka tegangan cut-in dioda (Vγ) perlu

dipertimbangkan, yaitu:0

Vdc = 0.636 (Vm - Vγ)

Tegangan puncak inverse yang dirasakan oleh dioda adalah sebesar

2Vm. Misalnya pada saat siklus positip, dimana D1 sedang hidup (ON) dan

D2 sedang mati (OFF), maka jumlah tegangan yang berada pada dioda D2

yang sedang OFF tersebut adalah dua kali dari tegangan skunder trafo.

Sehingga PIV untuk masing-masing dioda dalam rangkaian penyearah

dengan trafo CT adalah:

PIV = 2Vm



3. Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan

Penyearah gelombang penuh dengan sistem jembatan ini bisa

menggunakan sembarang trafo baik yang CT maupun yang biasa, atau

bahkan bisa juga tanpa menggunakan trafo. rangkaian dasarnya adalah

seperti pada Gambar 16.

D3 D2 RL

masukan sinyal ac

(a)

Prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh sistem jembatan

dapat dijelaskan melalui Gambar 16. Pada saat rangkaian jembatan

mendapatkan bagian positip dari siklus sinyal ac, maka (Gambar 16 b):

Gambar 16. Penyearah Gelombang Penuh dengan Jembatan (a) Rangkaian Dasar; (b) Saat Siklus Positip; (c) Saat Siklus Negatip; (d) Arus Beban

RL D3

D4 D1

D2

i1

i1

(b)

D3 RL

D4D1

Di2

i2

(c)

i1

i2

Im

Im

Idc

il

(d)

0 π 2π

0 π 2π

0 π 2π

Im

- D1 dan D3 hidup (ON), karena mendapat bias maju

- D2 dan D4 mati (OFF), karena mendapat bias mundur

Sehingga arus i1 mengalir melalui D1, RL, dan D3.



Sedangkan apabila jembatan memperoleh bagian siklus negatip, maka

(Gambar 16 c):

- D2 dan D4 hidup (ON), karena mendapat bias maju

- D1 dan D3 mati (OFF), karena mendapat bias mundur

Sehingga arus i2 mengalir melalui D2, RL, dan D4.

Arah arus i1 dan i2 yang melewati RL sebagaimana terlihat pada

Gambar 16 b dan c adalah sama, yaitu dari ujung atas RL menuju ground.

Dengan demikian arus yang mengalir ke beban (iL) merupakan penjumlahan

dari dua arus i1 dan i2, dengan menempati paruh waktu masing-masing

(Gambar 16 d).

Besarnya arus rata-rata pada beban adalah sama seperti penyearah

gelombang penuh dengan trafo CT, yaitu: Idc = 2Im/π = 0.636 Im. Untuk

harga Vdc dengan memperhitungkan harga Vγ adalah:

Vdc = 0.636 (Vm - 2Vγ)

Harga 2Vγ ini diperoleh karena pada setiap siklus terdapat dua buah dioda

yang berhubungan secara seri.

Disamping harga 2Vγ ini, perbedaan lainnya dibanding dengan trafo

CT adalah harga PIV. Pada penyearah gelombang penuh dengan sistem

jembatan ini PIV masing-masing dioda adalah:

PIV = Vm

4. Dioda Semikonduktor Sebagai Pemotong (clipper)

Rangkaian clipper (pemotong) digunakan untuk memotong atau

menghilangkan sebagian sinyal masukan yang berada di bawah atau di atas

level tertentu. Contoh sederhana dari rangkaian clipper adalah penyearah

setengah gelombang. Rangkaian ini memotong atau menghilangkan

sebagian sinyal masukan di atas atau di bawah level nol.



Secara umum rangkaian clipper dapat digolongkan menjadi dua,

yaitu: seri dan paralel. Rangkaian clipper seri berarti diodanya berhubungan

secara seri dengan beban, sedangkan clipper paralel berarti diodanya

dipasang paralel dengan beban. Sedangkan untuk masing-masing jenis

tersebut dibagi menjadi clipper negatip (pemotong bagian negatip) dan

clipper positip (pemotong bagian positip). Dalam analisa ini diodanya

dianggap ideal.

Petunjuk untuk menganalisa rangkaian clipper seri adalah sebagai

berikut:

1. Perhatikan arah dioda

- bila arah dioda ke kanan, maka bagian positip dari sinyal input

akan dilewatkan, dan bagian negatip akan dipotong (berarti clipper

negatip)

- bila arah dioda ke kiri, maka bagian negatip dari sinyal input akan

dilewatkan, dan bagian positip akan dipotong (berarti clipper

positip)

2. Perhatikan polaritas baterai (bila ada)

3. Gambarlah sinyal output dengan sumbu nol pada level baterai (yang

sudah ditentukan pada langkah 2 di atas)

4. Batas pemotongan sinyal adalah pada sumbu nol semula (sesuai

dengan sinyal input)

Rangkaian clipper seri positip adalah seperti Gambar 17 dan rangkaian

clipper seri negatip adalah Gambar 18.



vi

Vm

-VB

vO VB Vi Vo

D

R

VB Vi Vo

D

R +V

vO

Gambar 17. Rangkaian Clipper Seri Positif

Vm

vi VB Vi Vo

D

R

vO

-VB

VB Vi Vo

D

R+VB

vO

Gambar 18. Rangkaian Clipper Seri Negatip



Petunjuk untuk menganalisa rangkaian clipper paralel adalah sebagai

berikut:

1. Perhatikan arah dioda.

- bila arah dioda ke bawah, maka bagian positip dari sinyal input

akan dipotong (berarti clipper positip)

- bila arah dioda ke atas, maka bagian negatip dari sinyal input akan

dipotong (berarti clipper negatip)

2. Perhatikan polaritas baterai (bila ada).

3. Gambarlah sinyal output dengan sumbu nol sesuai dengan input.

4. Batas pemotongan sinyal adalah pada level baterai.

Rangkaian clipper paralel positip adalah seperti Gambar 19 dan rangkaian

clipper paralel negatip adalah Gambar 20.

vi

Vm

R

VB

Vi Vo

D +V

vO

R

VB

Vi Vo

D

-VB

vO

Gambar 19. Rangkaian Clipper Paralel Positip




5. Dioda Semikonduktor Sebagai Penggeser (clamper)

Rangkaian Clamper (penggeser) digunakan untuk menggeser suatu

sinyal ke level dc yang lain. Rangkain Clamper paling tidak harus

mempunyai sebuah kapasitor, dioda, dan resistor, disamping itu bisa pula

ditambahkan sebuah baterai. Harga R dan C harus dipilih sedemikian rupa

sehingga konstanta waktu RC cukup besar agar tidak terjadi pengosongan

muatan yang cukup berarti saat dioda tidak menghantar. Dalam analisa ini

dianggap didodanya adalah ideal.

Sebuah rangkaian clamper sederhana (tanpa baterai) terdiri atas

sebuah R, D, dan C terlihat pada Gambar 21.

vi

Vm

R

VB

Vi Vo

D

R

VB

Vi Vo

D +V

vO

-VB

vO

Gambar 20. Rangkaian Clipper Paralel Negatip


C

D R

Vi Vo

vi +V 0 T/2 T -V

Vo 0 T/2 T

2V

(a) (b)

(c)

Vo - V +

R

C + -

C + -

R

+ V -

Vo

(d) (e)

Gambar 21. Rangkaian Clamper Sederhana

Gambar 21 (a) adalah gelombang kotak yang menjadi sinyal input

rangkaian clamper (b). Pada saat 0 - T/2 sinyal input adalah positip sebesar

+V, sehingga Dioda menghantar (ON). Kapasitor mengisi muatan dengan

cepat melalui tahanan dioda yang rendah (seperti hubung singkat, karena

dioda ideal). Pada saat ini sinyal output pada R adalah nol (Gambar d).

Kemudian saat T/2 - T sinyal input berubah ke negatip, sehingga

dioda tidak menghantar (OFF) (Gambar e). Kapasitor membuang muatan

sangat lambat, karena RC dibuat cukup lama. Sehingga pengosongan

tegangan ini tidak berarti dibanding dengan sinyal output. Sinyal output



merupakan penjumlahan tegangan input -V dan tegangan pada kapasitor -V,

yaitu sebesar -2V (Gambar c).

Terlihat pada Gambar 21 c bahwa sinyal output merupakan bentuk

gelombang kontak (seperti gelombang input) yang level dc nya sudah

bergeser kearah negatip sebesar -V. Besarnya penggeseran ini bisa divariasi

dengan menambahkan sebuah baterai secara seri dengan dioda. Disamping

itu arah penggeseran juga bisa dinuat kearah positip dengan cara membalik

arah dioda. Beberapa rangkaian clamper negatip dan positip dapat dilihat

pada Gambar 22.

C

D R

Vi Vo

V

Vo 0 T/2 T

2V

V

Vo 2V 0 T/2 T

V

V

VoVi

R D

C

Gambar 22. Rangkaian Clamper Negatip dan Positip



Lembar Kerja 5.2

Alat dan Bahan

1. Multimeter…………………………………………… 1 unit

2. Osiloskop……………………………………………. 1 unit

3. Dioda IN 4002………………………………………. 1 buah

4. Trafo step down…………………………………….. 1 buah

5. Resistor 1 KΩ……………………………………….. 1 buah


1. Periksalah terlebih dahulu semua komponen aktif maupun pasif

sebelum digunakan !.

2. Bacalah dan pahami petunjuk pratikum pada lembar kegiatan belajar!.

3. Hati-hati dalam penggunaan peralatan pratikum!.

Langkah Kerja

1. Buatlah rangkaian penyearah setengah gelombang seperti Gambar

13a.

2. Setelah dinilai benar hubungkan dengan sumber tegangan AC 220

Volt.

3. Amatilah tegangan skuder trafo dengan CRO dan catatlah hasil

pengukuran tersebut pada Tabel 2.

4. Lakukanlah pengamatan pada simpul pengukuran yang ada serta

catatlah hasil pengukuran tersebut pada Tabel 2!

5. Untuk pengukuran tegangan dengan CRO, simpul pengukuran yang

diamati adalah:

Simpul No. 1 (untuk DC) s/d No. 0 (untuk ground)

Simpul No. 2 (untuk DC) s/d No. 0 (untuk ground)

Sedangkan pengukuran tegangan dengan Voltmeter, simpul

pengukuran yang diamati adalah:

Simpul No. 1 s/d No.0

Simpul No. 2 s/d No.0



6. Percobaan tentang penyearahan setengah gelombang telah selesai

maka lepaskanlah semua rangkaian.

7. Buatlah rangkaian penyearah gelombang penuh sistem jembatan

seperti Gambar 16a.

8. Ulangi langkah-langkah 3-5.

9. Percobaan tentang penyearah gelombang penuh telah selesai maka

lepaskanlah semua rangkaian.

Tabel 2. Penyearahan Gelombang

Penyearahan Komponen

yang diamati

V1

(Volt)

(1-0)

V2

(Volt)

(2-0)

Hasil

Keluaran

CRO

Transformator

Penyearahan ½

Gelombang

Beban Resistor

Transformator

Penyearahan

Geleombang

Penuh Beban Resistor

Lembar Latihan 6.2

1. Sebutkan macam-macam penggunaan dioda semikonduktor!

2. Jelaskan prinsip kerja penyearah setengah gelombang!

3. Jelaskan prinsip kerja penyearah gelombang penuh dengan

trafo CT!

4. Jelaskan prinsip kerja penyearah gelombang penuh system

jembatan!



KEGIATAN BELAJAR 6

TRANSISTOR

Lembar Informasi

Kita dapat men- dop semikonduktor untuk medapatkan kristal npn

atau kristal pnp. Kristal seperti ini disebut transistor junction. Daeran n

mempunyai banyak sekalai elektron pita konduksi dan daerah p mempunyai

banyak sekali hole. Oleh sebab itu, transistor junction sering disebut

transistor bipolar.

A. Tiga daerah Dop

Gambar 7.a menunjukkan kristal npn. Emiter di dop sangat banyak,

pekerjaannya adalah mengemisikan atau menginjeksikan elekton ke dalam

basis. Basis di dop sangat sedikit dan sangat tipis, ia melewatkan sebagian

besar elekton yang diinjeksikan emiter kepadanya menuju kolektor.

Banyaknya doping pada kolektor adalah diantara banyak doping pada

emitter dan banyaknya doping pada basis.. Kolektor merupakan yang

terbesar dari ketiga daerah tersebut, ia harus menghamburkan lebih banyak

panas dari pada emitter dan basis.

Transistor pada gambar 7.1a ia mempunyai dua junction, yang satu

adalah antara emiter dan basis, yang lain antara basis dan kolektor.

Karenanya, transistor bertindak seperti dua dioda. Kita sebut dioda sebelah

kiri sebagai dioda basis-emitter dan sebalah kanan adalah dioda basis

kolektor.

Gambar 7.2b menunjukkan kemungkinan yang lain : transistor pnp.

Transistor pnp adalah komplemen dari transistor npn. Berarti pada transistor

pnp diperlukan arus dan tegangan yang berlawanan. Agar tidak

membingungkan pada pembicaraan awal kita berkonsentrasi pada transistor

npn.



n

p n

b. Transistor npn

p

n p

B

E

B

C

C E

b. Transistor pnp

Gambar 7.1 Tiga daerah Dop transistor

Gambar 7.2. Simbol Transistor Bipolar

B. Transistor Tanpa Bias

Gambar7.3.a menunjukkan pembawa mayoritas sebelum bergerak

melewati junction. Elektron bebas berdifusi melewati junction yang akan

menghasilkan dua lapisan pengosongan (gambar 7.3.b). Untuk setiap lapisan

pengosongan ini, potensial barier untuk transistor silikon adalah kira-kira 0.7



V pada 25 0 C (untuk transistor germanium 0.3). seperti halnya dengan

dioda, kita menekankan silikon karena kepentingannya lebih besar.

Oleh karena tiga daerah mempunyai level doping yang bebeda,

lapisan pengosongan tidak memiliki tebal yang sama pula. Semakin banyak

suatu daerah di dop, semakin besar konsentrasi ion dekat junction. Ini

berarti lapisan pegosongan hanya sedikit menembus kedalam daerah emitter

( yang di dop sagat banyak tetapi sangat dalam kedalam basis yang di dop

sedikit. Lapisan pengosongan lain juga memembus baik sekali kedalam basis

dan menembus daerah kolektor dengan jumlah yang lebih sedikit. Gambar

7.3.c menunjukkan hal tersebut. Mulai sekarang, kita akan mengarsir lapisan

pengosongan untuk menunjukan bahwa mereka tidak memiliki pembawa

mayoritas.

gambar 7.3

C. Cara Pemberian Bias



Gambar 7.4 Rangkaian forward reverse

Agar transistor dapat bekerja secara normal,maka dioda emittor

harus dibiars forward dan dioda kolektor dibias reverse. Seperti pada gambar

7.4 a pada saat bias forward diberikan pada dioda emittor, elektron-elektron

dalam emittor belum memasuki daerah basis (gambar 7.4.b). Jika VEB lebih

besar dari pada potensial barier, elektron yang ada pada daerah basis

sebagian kecil jatuh pada hole basis dan keluar melalui kawat basis dan

sebagian besar melewati junction masuk ke daerah kolektor. Arus ini sangat

kecil karena basis di dop sedikit dan tipis sehingga memiliki hole yang kecil

pula.

Setelah basis penuh dengan pita konduksi, maka elektron-elektron

tersebut berdifusi kedalam lapisan pengosongan kolektor. Sekali memasuki

lapisan ini, elektron didorong oleh medan lapisan pengosongan kedalam

daerah kolektor (gambar 7.4 d). elektron-elektron ini kemudian dapat

mengalir kedalam kawat kolektor luar.

Hampir semua transistor, lebih dari 95 % elektron yang diinjeksikan

emiter mengalir ke kolektor. Kurang dari 5 % jatuh ke dalam hole basis dan

mengalir keluar melalui kawat basis.

Jika kita berkata bahwa lebih dri 95 % elektron di injeksikan

mencapai kolektorm, maka sama saja kita berkata bahwa arus kolektor sama



dengan arus emittor. Alpha DC suatu transistor menunjukan bagaimana

dekatnya harga kedua arus tersebut.

E

C

II

=α

Misal, jika diketahui IC = 4,9 mA dan IE = 5 mA, maka α = .........

Artinya ......% elektron diinjeksikan dari emittor ke kolektor.

Makin tipis dam makin sedikit basis di dop, maka αDC makin besar.

Secara ideal, jika semua elektron dari emittor di injeksikan ke kolektor maka

α = 1. Kebanyakan transistor mempunyai αDC lebih dari 0.99 dan hampir

semua memiliki αDC lebih dari 0.95. Karenanya, dalam analisa pendahuluan

kita dapat menganggap αDC=1.

Kita telah menghubungkan arus kolektor dan arus emitor dengan

menggunakan αDC. Kita juga dapat menghubungkan arus kolektor dan arus

basis dengan mendefenisikan βDC suatu transistor.

B

CDC I

I=β

Hampir semua transistor, kurang dari 5% elektron yang diinjeksikan

emitor ke basis berkombinasi dengan hole basis unutk menghasilkan IB. Oleh

sebab itu βDC hampir semuanya lebih dari 20. Biasanya 50 sampai 200.

Beberapa transistor mempunyai βDC samapai 1000. βDC disebut juga

penguatan arus DC dan dinyatakan dengan hFE , dengan kata lain, βDC = hFE.

Hal ini penting untuk diingat karena lebar data biasanya memberikan harga

hFE.

Hukum kirchof menyatakan:

IE = IC + IB

Jika dibagi dengan IC, maka:

C

B

C

E

II

II

+=1



atau

DCDC βα111

+=

DC

DCDC α

αβ

−=

1

atau

1+=

DC

DCDc β

βα

D. Konfigusrasi Transistor

Didalam praktek dikenal tiga macam konfigurasi transistor, yaitu:

1. Konfigurasi basis bersama (Common Base/CB)

2. Konfigurasi emitor bersama (Common Emitor/CE)

3. Konfigurasi kolektor bersama (Common Collector/CC)

Konfigurasi dapat diartikan sebagai pola atau susunan, dalam hal ini

pola atau susunan rangkaian transistor.

1. Konfigurasi basis bersama (CB)

gambar 7.5 Common Base

Dari gambar diatas terlihat, untuk jenis PNP potensial emitor adalah

positif terhadap basis dan kolektornya negatif. Sedangkan untuk jenis NPN

potensial emitor adalh negatif terhadap bias basis dan kolektor nya positif.

Karakteristik kolektor atau karekteristik output diperlihatkan pada

gambar 11.12. Pada karakteristik tersebut diperlihatkan hubungan antara

arus kolektor (IC) dengan tegangan kolektor basis (VBC) untuk setiap arus



emitor (IE) yang konstan. Pada kurva karakteristik Common Base terdapat

tiga daerah penting, yaitu:

1. Daerah aktif (active region)

2. Daerah cut off (cut ogg region)

3. Daerah saturasi (saturation region)

Gambar 7.6Karakteristik output CB

Daerah aktif adalah daerah yang digunakan untuk penguat sinyal

dengan gangguan (distorsi) minimum. Pada daerah ini kolektor diberi bias

reverse dan emitor diberi bias forward.

Pada daerah cut off , tidak ada arus kolektor yang mengalir untuk

nilai-nilai VCE sepert pada gambar 7.6. Hal ini terjadi jika IE = 0, sehingga

arus kolektor yang muncul hanyalah arus satursi reverse ICO dalam orde

mikroamppere. Kondisi rangkaian saat IE = 0 dapat digambarkan sebagai

berikut:



Jika IE naik diatas nol, maka IC akan nai sedikit dan kenaikan ini

sebanding dengan kenaikan IE, dengan kata lain IC=IE. Hal ini dikarenakan

pada karakteristik Common Base (CB) yang terjadi hanyaah αDC(iC/IE).

Pada daerah saturasi, terjadi perubahan arus kolektor IC secara

eksponensial ketika terjadi perubahan potensial kolektor basis (VBE) yang

sedikit saja.

Karakteristik input atau karakteristik emitor dan konfigurasi CB

memiliki daerah penting seperti terlihat pada gambar dibawah:

0.7 V VCB

IE

Gambar 7..7 Karakteristik input CB

Dari gambar diatas, tampak bahwa dalam mode arus searah, bias forward

untuk hubungan basis ke emitor bagi seluruh level VEB adalah 0,7 volt

(silikon) dan 0,3 Volt (germanium).

2. Konfigurasi Emitor Bersama (CE)

Gambar 7.8 Common Emitor



Gambar di atas menunjukkan kerja Common emitor, jika VCE = nol,

dioda kolektor tidak terbias riverse. Oelh sebab itu, arus kolektor sangatlah

kecil. Untuk VCE antara 0 dan 1 atau sekitar itu, arus kolektror bertambah

dengan cepat dan kemudian menjadi hampir konstan. Ini sesuai dengan

memberikan bias reverse dioda kolektor. Kira-kira diperlukan 0,7 V untuk

membias reverse dioda kolektor. Setelah pencapaian level ini, kolektor

mengumpulkan semua elektron yang mencapai lapisan pengosongan.

Bertambahnya arus kolektor dengan penambahan VCE disebabkan oleh

lapisan lapisan pengosongan kolektor menjadi lebih besar dan menarik

beberapa elektron lagi sebelum jatuh ke hole basis.

3. Konfigurasi Kolektor Bersama (CC)

gambar 7.9

Konfigurasi kolektor bersama biasa dipakai sebagai penyesuai

impedansi , yang mana impedansi inputnya tinggi dan impedansi outpunya

rendah.

Dalam Prakteknya, karakteristik output konfigurasi CC serupa dengan

karekteristik CE. Pada karakteristik output konfigurasi CC diperlihatkan

hubungan IE dengan VEC untuk satu tingkat harga IB, sedangkan arus input

serupa.

IB= n



Gambar 7.10 Karakteristik Output CC

Fungsi atau kegunaan dari ketiga rangkaian konfigurasi tersebut

adalah sebagai berikut:

1. Common base stabilizer

2. Common emittor sebagai penguat sinyal;

3. Common collector sebagai penyesuai impedansi.

E.Rangkaian Bias Transistor

Sebuah transistor dapat bekerja secara baik bila diberi bias tegangan

dengan benar. Terdapat berbagai macam cara untuk memberikan bias

tegangan pada sebuah transistor. Tetapi yang paling banyak digunakan

adalah:

1. bias basis

2. bias pembagi tegangan

3. bias emitor / split bias

Secara prinsip, sebuah transistor akan bekerja secara normal bila

dioda emitor dibias forward dan dioda kolektor dibias reverse.

1. Bias basis



Gambar 7.11

Perhatikan gambar diatas, sumber tegangan VBB membias forward

dioda emitor melalui transistor RB . Resistor RB ini difungsikan untuk

membatai arus basis. Dengan hukum kirchoff tegangan maka kita dapat

mengetahui tegangan yang jatuh pada Rb adalah VBB – VBE. Dengan hukum

ohm kita dapat mengetahui arus yang melalui basis , sebagai berikut:

B

BEBBB R

VVI

−=

Dengan:

VBE = 0,7 v (silikon)

VBE = 0,3 V (germanium)

a. Garis beban dc (DC loadline)

Garis beban DC adalah merupakan garis yang menyatakan semua titik

operasi yang mungkin dilakukan oleh sebuah transistor. Pada rangkaian

diatas (gambar 7.11 b). VCC dan RC adalah konstan sedangkan VCE dan IC

adalah variable. Besarnya tegangan kolektor emitor (VCE) sama dengan catu

dikurangi jatuh tegangan pada resistor RC. VCE dapat dinyatakan dengan

persamaan sebagai berikut.

VCE = VCC = IC. RC

Maka:

C

CE

C

CCC R

VR

VI −=



Pada gambar 7.11 b menyunjukkan grafik untuk persamaan diatas

yang memotong kurva-kurva kolektor. Perpotongan pada sumbu vertikal

adalah VCC/RC , dan perpotongan pada sumbu horizontal adalah sama

dengan VCC. Perpotongan garis-garis tersebut adalah garis beban DC .

Sedangkan perpotongan baban DC dengan arus basis IB adalah titik operasi

dari transistor (titik Q).

b. Titik sumbat (cut off)

Titik sumbat adalah titik perpotongan garis beban dc dengan kurva IB

= 0. Pada titik ini arus basis adalah nol dan arus kolektor sangat kecil

sehingga dapat diabaikan. Pada titik ini, dioda emitor kehilangan forward

bias dan kerja normal transistor terhenti. Untuk perkiraan, tegangan kolektor

emitor VCE adalah sama dengan tegangan catu kolektor VCC.

VCE (cut off) = VCC

c. Titik Jenuh

Perpotongan garis beban DC dengan kurva IB=IB (sat) disebut titik

jenuh. Pada titik ini arus basis sama dengan IB (sat) dan arus kolektor

maksimum. Pada penjenuhan ini, dioda kolektor kehilangan reverse bias dan

kerja normal transistor berhenti. Untuk perkiraan, arus kolektor pada

penjenuhan adalah:

CC

CCC R

VsatI =)(

dan arus basis yang tepat untuk menimbulkan penjenuhan adalah:

dc

CB

satIsatI

β)(

)( =

Tegangan kolektor-emitor VCE pada penjenuhan adalah sama dengan

VCE(sat).

VCE(sat) = VCE(sat)



VCE(sat) dapat diperoleh dari lembar data trnasisor yang dikeluarkan

oleh pabrik.

d. Daerah Aktif

Daerah aklif terletak pada semua titik antara titik sumbat dan titik

jenuh. Perpotongan antara aru basis dengan garis beban DC adlaha titik

stationer (quiescent) Q.

Contoh 1

Gambar 7.12

RB = 390 K ohm βDC = 80

RC = 1,.5 K ohm VCC = VBB =30 V

Tentukan garis beban DC dan titik Q!

Penyelesaian:

• dalam hal ini VCE(cut off) sama denan VCC, jadi VCE (cut off) = VCC = 30 V

• Perpotongan pada sumbu y adalah IC(sat),

o IC(sat) =CC

CC

RV

= 5,1

30

= 20 mA • Dalam menentukan titk Q maka tentukan dulu IB.

o IB=B

BEBB

RVV −

=k390

7,030 −

=75,1 uA



maka: IC = βDC . IB

= 80 . 75,1 uA = 6 uA Untuk mencari titik pada sumbu x adalah: VCE = VCC – IC.RC = 30 – 6 mA . 1,5 K = 21 volt

6 mA

21 V 30 V

20 mA

VCE

IC

gambar 7.13

Contoh 2:

Transistor 2 N 3904 mempunyai βDC = 100, dengan bahan silikon.

Berapakah besar tegangan pada terminal kolektor emitor (VCE)?

gambar 7.14

Penyelesian:



2. Bias Pembagi Tegangan

Bias ini paling banyak digunakan pada rangkaian-rangkaian diskret

linier. Nama “pembagi tegangan” (voltage devider) berasal dari pembagi

tengan yang dibentuk oleh R1 dan R2 (gambar 7.14). Tegangan pada R2

membias forward dioda emitor, dan VCC membias reverse dioda kolektor.

Gambar 7.15

Arus basis kecil sekali bila dibandingkan dengan arus yang mengalir

pada R1 dan R2. Akibatnya, kita dapat menggunakan teorema pembagi

tegangan untuk mendapatkan tegangan pada R2.

Contoh:

Tentukan garis beban dc dan titik Q

Penyelesaian:



Jika transistor OFF, semua tegangan catu muncul pada terminal

kolektor-emitor memberikan:

VCE (cut off) = VCC = 30 V

Sedangkan

IC (sat) = EC

CC

RRV+

= kK 45

30+

= 3,33 mA

Tegangan pada RB = 10 k adalah:

V2 = CCVRR

R×

+ 21

2

= VKK

K 302010

10×

+

= volt10

Arus yang mengalir pada terminal emitor:

IE = E

BE

RVV −2

= K5

7,010 −

= 1,86 mA

Karena αdc mendekati sama dengan satu, maka:

IC = IE =1,86 mA

Dengan demikian, tegangan kolektor emitor adalah:

VCE = VCC – IC (RC + RE)

= 30 – 1,86 mA (4K + 5K)

= 13,3 Volt

Kita dapat menggambar garis beban DC dan titik Q sebagai berikut:



VCE

30 V

1,86

3,33

13,3

IC (mA)

Latihan :

1. Gambarkan 3 buah rangkaian konfigurasi transistor! 2. Sebutkan 3 daerah operasional pada kurva transistor! 3. Apa yang dimaksud dengan daerah aktif, daerah cut-off dan daerah

saturasi ? 4. Gambarkah kurva karakteristik output dan input pada rangkaian common

base! 5. Sebutkan fungsi dari rangkaian common base, common collector dan

common emiter!

KEGIATAN BELAJAR 7

KOMPONEN ELEKTRONIKA DAYA

I. RANGKAIAN THYRISTOR

Lembar Informasi

Thyristor merupakan singkatan dari Tyraton dan Transistor yang

merupakan komponen semikonduktor yang berfungsi sebagai saklar

elektronik. Komponen ini dahulu disebut dengan SCR (Silicon Controlled

Rectifier). Thyristor mempunyai struktur bahan semikonduktor yang tersusun

atas 4 lapisan bahan jenis P dan N yang mempunyai tiga terminal. Ketiga

terminalnya yaitu Anoda (A), Katoda (K) dan Gerbang (Gate). Gerbang ini

yang mengendalikan jalannya arus dari anoda ke katoda. Thyristor dapat

juga disebut sebagai dioda PNPN. Gambar 7 berikut ini menunjukkan struktur

lapisan dari thyristor.

Anoda Katoda P N P N



Gate

Gambar 7. Struktur Lapisan dari Thyristor

Sedangkan simbol dari thyristor dapat ditunjukkan seperti pada

Gambar 8. berikut ini :

Gambar 8. Simbol Thyristor

Adapun karakteristik antara tegangan dan arus dari thyristor dapat

dilihat pada Gambar 9. Pada karakteristik tersebut diperlihatkan bahwa

thyristor mempunyai 3 keadaan atau daerah, yaitu:

(1) Keadaan pada saat tegangan balik (daerah I)

(2) Keadaan pada saat tegangan maju (daerah II)

(3) Keadaan pada saat thyristor konduksi (daerah III)

Gambar 9. Karakteristik Thyristor

Pada daerah I, thyristor sama seperti dioda, di mana pada keadaan ini

tidak ada arus yang mengalir sampai dicapainya batas tegangan tembus VR

(reverse voltage). Pada daerah II, terlihat bahwa arus tetap tidak akan

mengalir sampai dicapainya batas tegangan penyalaan Vbo (forward

breakdown voltage). Apabila tegangan mencapai tegangan penyalaan, maka



tiba-tiba tegangan akan jatuh menjadi kecil dan ada arus mengalir.

Tegangan jatuh ini disebabkan oleh tegangan ohmic antara empat lapisan

dan besarnya sekitar 1 V. Pada saat ini thyristor mulai konduksi atau dalam

keadaan hidup. Dalam keadaan hidup, arus anoda dibatasi oleh resistansi

atau impedansi luar. Dalam kondisi seperti ini merupakan daerah III. Arus

yang terjadi pada saat thyristor konduksi, dapat disebutkan sebagai arus

genggam (holding current). Arus Id ini cukup kecil yaitu dalam orde

miliampere.

Untuk membuat thyristor kembali off, dapat dilakukan dengan

menurunkan arus thyristor tersebut sedikit di bawah arus genggamnya IH,

dan selanjutnya thyristor tidak akan menyala (on) kembali, sebelum

diberikan tegangan penyalaan.

Karakteristik dari thyristor tanpa hubungan eksternal ke terminal

gerbang (gate) ditunjukkan pada Gambar 8. Thyristor dalam kondisi seperti

ini dipertimbangkan sebagai tiga buah dioda dalam hubungan seri dengan

arah seperti untuk menahan konduksi dari arah yang lain. Karakteristik balik

dengan positif katoda menunjukkan sifat-sifat yang sama dengan dioda.

Sedangkan karakteristik maju dengan positif anoda menunjukkan tidak ada

aliran arus lain daripada kebocoran sampai tegangan dadal dari pertemuan

kendali pusat dilampaui. Tegangan dadal maju dan balik adalah sama besar

karena dalam kondisi penghalang balik hampir semua tegangan muncul pada

pertemuan P-N anoda, pertemuan P-N katoda dadal pada tegangan sebesar

kira-kira 10 volt. Sekali dadal dalam arah maju terjadi, bagian pusat P

dinetralkan oleh elektron dari katoda dan thyristor bertindak sebagai suatu

dioda penyalur yang mempunyai dua pertemuan memberikan jatuh tegangan

maju sekitar dua kalinya dioda. Thyristor diupayakan dapat mencapai dan

menahan dalam kondisi hidup, maka arus anoda harus mencapai tingkat

latching dan tidak jatuh di bawah tingkat holdingnya seperti ditunjukkan

pada Gambar 9. Besarnya arus latching yaitu dua kali dari arus holding,

tetapi besaran keduanya adalah rendah yaitu kurang 1% dari nilai arus

beban penuh yang ditetapkan.



Saat thyristor dibias maju (anoda positif), dapat dialihkan ke dalam

kondisi hidup dengan menginjeksi arus ke dalam terminal gerbang (gate)

yang relatif ke katoda negatif. Tindakan arus gate yaitu menginjeksi hole ke

bagian dalam P yang bersama-sama dengan elektron dari lapisan N katoda,

dadal pertemuan kontrol pusat, mengalihkan thyristor ke dalam kondisi

hidup. Sekali arus anoda telah melebihi tingkat latching, maka arus gate

dapat berhenti, thyristor tetap dalam kondisi hidup.

Untuk mematikan thyristor, arus anoda harus dikurangi di bawah

tingkat holding dan waktu yang relatif lama diberikan untuk pertemuan

kendali thyristor memperoleh kondisi penghalangnya, sebelum tegangan

maju dapat diterapkan lagi tanpa konduksi.

Lembar Kerja 1

Alat dan Bahan:

1. Catu daya 24 V ac ........................................ 1 Unit

2. Osiloskop dua kanal (dual trace) .................... 1 unit

3. Ampermeter ................................................. 1 buah



4. Multimeter ................................................... 1 buah

5. Thyristor 200 V/1 A....................................... 1 buah

6. Resistor 330 Ω ............................................. 1 buah

7. Resistor 1 KΩ ............................................... 1 buah

8. Potensiometer 10 KΩ .................................... 1 buah

9. Kabel penghubung ....................................... secukupnya

Kesehatan dan Keselamatan Kerja:

1. Jangan menghidupkan catu daya sebelum rangkaian diperiksa secara

cermat!

2. Segera kembalikan saklar pemilih alat ukur Multimeter dari posisi Ohm

ke posisi Vac setelah melakukan pengukuran dengan besaran

ohmmeter!

3. Jangan menyetel sinar pada layar CRO (Cathode Ray Osciloscope)

terlalu terang atau muncul berupa titik sebab akan memperpendek

umur hidup tabung layar CRO!

Langkah Kerja:

1. Periksalah dan uji thyristor dan resistor dengan Ohmmeter sebelum

digunakan !

2. Rakitlah rangkaian percobaan seperti pada Gambar 10 !

3. Tetapkanlah potensiometer ke posisi searah jarum jam secara penuh

(maksimum)!

4. Setelah rangkaian diperiksa secara cermat dan tidak ada kesalahan

pada rangkaian, hubungkanlah rangkaian dengan catu daya 24 V dc !

5. Aturlah potensiometer secara perlahan sambil mengamati tampilan

pada CRO !

6. Selesai percobaan, kembalikan alat dan bahan pada tempatnya

semula!

1 2


3 45


1 KΩ

24 V 10 KΩ 330 Ω

Gambar 10. Rangkaian Percobaan Thyristor

Tabel 3. Pengukuran SCR

No Pengukuran potensiometer Ig Vg

1. ¾ bagian

2. ½ bagian

3. ¼ bagian

Lembar Latihan 1

1. Gambarkan kurva karakteristik antara tegangan dan arus dari hasil

percobaan anda?

2. Jelaskan prinsip kerja dari percobaan tentang karakteristik Thyristor

yang telah anda lakukan?

3. Gambarkanlah hasil pengamatan anda pada CRO secara cermat pada

berbagai variasi nilai pada potensiometer tersebut!



II. DIAC DAN TRIAC

Lembar Informasi

1. DIAC

Diac adalah suatu komponen yang berkelakuan seperti dua buah

thyristor yang dihubungkan saling bertolak belakang. Oleh karena itu diac

mempunyai dua buah tegangan penyalaan. Tegangan penyalaan pertama

berada pada tegangan maju (+Vbo) sedangkan yang kedua ada pada

tegangan baliknya (-Vbo). Simbol untuk diac dapat dilihat pada Gambar 11

dan karakteristik tegangan versus arus dapat dilihat pada Gambar 12.

Gambar 11. Simbol DIAC Gambar 12. Karakteristik DIAC

2. TRIAC

Triac merupakan singkatan dari Triode Alternating Current Switch,

yang berarti saklar trioda untuk arus bolak-balik. Triac merupakan suatu

komponen yang mempunyai susunan atas 5 lapisan bahan jenis P dan N

dalam arah lain antara terminal T1 dan T2 dan dapat menghantarkan dalam

arah yang lain sebagaimana ditunjukkan secara jelas pada simbolnya. Secara

elektris, Triac merupakan suatu komponen yang berkelakuan seperti dua

buah SCR (Thyristor) yang digabungkan dalam hubungan paralel terbalik

seperti ditunjukkan pada Gambar 13.



Triac dapat dialihkan dalam kondisi hidup (on), baik melalui arus

gate positif maupun arus gate negatif. Jika arus positif diinjeksikan saat T2

positif dan arus negatif diinjeksikan saat T1 positif, maka hasilnya sangat

sensitif (peka). Namun dalam prakteknya, arus gate negatif selalu digunakan

seperti ditunjukkan pada Gambar 14 tentang karakteristik Triac berikut ini.

Gambar 13. Simbol TRIAC Gambar 14. Karakteristik

TRIAC

Adapun pengaturan tegangan bolak-balik dengan menggunakan

Triac ditunjukkan pada Gambar 15 berikut ini.



Gambar 15. Rangkaian TRIAC dan Tegangan Outputnya

Lembar Kerja 2

Alat dan Bahan

1. Catu daya 220 V ac ...................................... 1 unit

2. Osiloskop dua kanal (dual trace) .................. 1 unit

3. Ampermeter ............................................... 1 buah

4. Multimeter ................................................. 1 buah

5. Triac ........................................................... 1 buah

6. Beban Resistor 200 Ω/ 2 A, 220 Ω .............. 2 buah

7. Kapasitor 47 μf/ 16 V ................................... 2 buah

8. Beban induktif 100 mH/ 5 ............................ 1 buah

9. Potensiometer 10 KΩ .................................. 1 buah

10. Kabel penghubung ....................................... secukupnya


1. Jangan menghidupkan catu daya sebelum rangkaian diperiksa secara

cermat!

2. Segera kembalikan saklar pemilih alat ukur multimeter dari posisi Ohm

ke posisi Vac setelah melakukan pengukuran dengan besaran

ohmmeter!



3. Jangan menyetel sinar pada layar CRO (Cathode Ray Osciloscope)

terlalu terang atau muncul berupa titik sebab akan memperpendek

umur hidup tabung layar CRO!

Langkah Kerja:

1. Siapkanlah alat dan bahan yang digunakan untuk percobaan ini !

2. Periksalah dan uji Diac, Triac dan resistor dengan Ohmmeter sebelum

digunakan !

3. Rakitlah rangkaian percobaan seperti pada Gambar 16 berikut ini.

Gambar 16. Rangkaian Percobaan Triac


pada rangkaian, hubungkanlah rangkaian dengan sumber tegangan

12 V ac!

5. Lakukanlah pengukuran arus anoda, arus gate dan tegangan antara

anoda dan katoda!

6. Lakukanlah juga pengamatan dengan menggunakan CRO !

7. Selesai percobaan pertama, lakukanlah percobaan berikutnya dengan

merakit rangkaian percobaan seperti pada Gambar 17!

1

220 Ω / 2A

2



A

3 G

DIAC 4 220 V

220 Ω 5 K

C1 C2 0

Gambar 17. Rangkaian Percobaan Diac dan Triac

8. Tetapkanlah tombol potensiometer P ke posisi searah jarum jam

secara penuh (maksimum) !


pada rangkaian, hubungkanlah rangkaian dengan catu daya 220 V ac!

10. Aturlah potensiometer sehingga terjadi penyulutan pada Diac.

Kemudian Diac akan menyulut Triac!

11. Lakukanlah pengukuran arus anoda, arus gate dan tegangan antara

anoda dan katoda pada simpul pengukuran!

12. Lakukanlah juga pengamatan dengan menggunakan CRO!

13. Selesai percobaan, kembalikan alat & bahan pada tempatnya semula!

Tabel 4. Pengukuran Triac

Kondisi Saklar Va-k

(3-0)

Gambar Sinyal

Saklar ON

Saklar OFF



Tabel 5. Pengukuran Diac dan Triac

Kondisi

Potensiometer

Va-k (Triac)

(2-0)

Va-k (Diac)

(3-4)

Ia

(2)

Ig

(3)

¾ bagian

½ bagian

¼ bagian

Lembar Latihan:

1. Gambarkan kurva karakteristik antara tegangan dan arus dari hasil

percobaan Triac dan Diac ?

2. Gambarkan hasil pengamatan pada CRO untuk variasi nilai arus gate?

KEGIATAN BELAJAR 8

FIELD EFFECT TRANSISTOR (FET)

a. JFET

FET pertemuan (Junction FET) adalah transistor kutup tunggal. Cara

kerjanya hanya memerlukan pembawa muatan mayoritas (majority carrier).

Transitor kutub tunggal ini lebih mudah dipahami dari pada transistor

bipolar.



gambar 9.1

Gambar 9.1 menunjukan bagian dari suatu JFET. Ujung bawah

disebut sumber (source) dan ujung atas disebut cerat (drain), diantara cerat

dan sumber adalah celah yang disebur kanal (chanel). Pada gambar 9.1a di

gunanakan bahan tipe n, sehingga pembawa mayoritas elektron pita

konduksi.

Dengan memasang dua daerah p pada sisi kanal, kita memperoleh

JFET tipe n seperti pada gambar 9.2.b. Daerah p ini disebut sebagai gerbang

(gate). Jika kedua gerbang tersebut dihubungkan dengan kawat luar secara

terpisah maka disebut JFET gerbang ganda. Penggunaan JFET gerbang

ganda tersebut adalah untuk pencampur (mixer). Jika kedua gerbang

tersebut dihubungkan dibagian dalam maka kita peroleh JFET gerbang

tunggal, seperti gambar 9.1.c. Jika menggunakan simbol gambar 9.1c , kita

harus ingat bahwa daerah p tersebut mempunyai potensial yang sama.



gambar 9.2

(a). Bias normal dari JFET

(b) lapisan pengosongan (depletion layers)

Gambar 9.2 menunjukkan polaritas normal untuk bias suatu JFET

kanal-n. Caranya adalah menggunakan tegangan negatif antara gerbang dan

sumber, ini membias reverse gerbang tersebut. Karena gerbang dibias

reverse, arus yang mengalir dalam penghubung gerbang hanyalah suatu

arus yang kecil dan dapat diabaikan. Untuk pendekatan pertama, arus

gerbang adalah nol.

Nama efek medan (field effect) di hubungkan dengan lapisan-lapisan

pengosongan (deplation layer) disekitar tiap sambungan pn. Gambar 9.2 b

menunjukkan lapisan-lapisan pengosongan tersebut. Arus dari sumber ke

cerat (drain) harus mengalir melalui kanal sempit antara lapisan-lapisan

pengosongan. Ukuran dari lapisan-lapisan pengosongan tersebut

menentukan lebar dari saluran konduksi. Makin negatif tegangan gerbang,

saluran konduksi semakin sempit karena lapisan-lapisan pengosongan satu

sama lain menjadi lebih dekat. Dengan perkatan lain, tegangan gerbang

mengendalikan arus antara sumber dan cerat. Makin negatif tegangan

gerbang, arus makin kecil.

Pebedaan kunci antar suatu JFET dan suatu transistor bipolar adalah

gerbang dibias reverse sedangkan basis dibias forward. Perbedaan penting

ini berarti JFET bekerja seperti suatu alat yang tegangannya dapat di

kendalikan. Secara ideal, tegangan input mengendalikan arus output. Hal ini



ini bebeda dengan transistor bipolar yang arus inputnya mengendalikan arus

outpunya. Perbedaan yang lan , FET mempunyai impedansi input yang

tinggi.

FET mempunyai beberapa keuntungan bila dibandingkan dengan

transistor, antara lain:

1. mempunyai stabilitas thermis yang tinggi.

2. Mempunyai impedansi input yang tinggi.

3. Relatif lebih tahan terhadap radiasi

4. Noise yang dihasilkan lebih rendah

5. Bekerja berdasarkan aliran pembawa minoritas saja.

gambar 9.3

Simbol skematik JFET kanal n

Sebagian besar dari JFET, sumber dan ceratnya dapat ditukar. Dengan

demikian, kita dapat menggunakan salah satu ujung sebagai sumber dan

ujung yang lain sebagai cerat atau sebaliknya. Karena alasan ini, simbol JFET

pada gambar 9.3 adalah simetris, titik gerbang dan titik tengah kanal. Jika

kita menggunakan simbol JFET simetris, kita dapat memberi nama pada

terminal JFET seperti pada gambar 9.3.

Pada gambar 9.4 ditunjukkan JFET kanal P dan simol skematisnya:



gambar 9.4

Simbol skematis untuk JFET kanal p

Seperti yang telah dibahas terdahulu, untuk operasi normal dari JFET

terminal gerbang selalu di bias reverse. Pada kasus tertentu , tegangan

gerbang dibuat nol. Dengan kata lain, kita dapat mengurangi VGS menjadi nol

sepeti dalam gambar 9.5, keadaan ini disebut kondisi gerbang dihubung

singkat (shorted gate).

gambar 9.5

(a) bias normal JFET (b) Tegangan gerbang nol

(c) Arus cerat gerbang dihubung singkat (d) pichoff

Gambar 9.5c adalah grafik arus cerat terhadap tegangan cerat untuk

kondisi gerbang yang hubung singkat. Kurva tersebut menyerupai kurva

kolektor. Arus cerat mula-mula naik dengan cepat, tetapi kemudian



mendatar. Dalam daerah Vp dan VDS (maks) arus cerat hampir konstan. Jika

tegangan cerat terlalu besar, maka JFET akan mengalami braeakdown.

Tegangan pinchoff Vp adalah tegangan cerat ; diatas tegangan ini,

arus cerat menjadi konstan. Jika tegangan cerat sama dengan Vp, kanal

menjadi sempit dan lapisan pengosongan hampir menyentuh seperti

ditunjukkan pada gambar 9.5 b. Saluran kecil antara lapisan pengosongan

cenderung untuk membatasi arus. Penambahan tergangan cerat lebih lanjut,

hanya mengakibatkan penambahan sedikit arus cerat. Inilah sebabnya arus

cerat dalam daerah aktif hampir konstan.

Kurva cerat tampak sangat mirip dengan kurva kolektor. Gambar 9.6

menunjukkan kurva cerat untuk sebuat JFET. Kurva yang paling atas adalah

untuk VGS = 0 pada kondisi gerbang hubung singkat. Tegangan pinchoff

terdekat 4 Volt. Dan tegagan breakdown adalah 30 Volt. Jadi daerah aktif

untuk JFET tersebut adalah 4 V<VDS<30 V.

Gambar 9.6 Kurva Cerat JFET

Seperti yang kita lihat, IDS adalah 10 mA untuk VDS sebesar 15 V.

Suatu tegangan negatif yang dihasilkan kurva cerat yang lain. Untuk

nilai VGS sebesar -1 V, menurunkan arus cerat kira-kira 5,62 mA dan

seterusnya. Kurva yang paling bawah untuk VGC sebesar -4V dapat

mengurangi arus cerat mendekati nol. Tegangan ini disebut titik sumbat

gerbang sumber (gate source cut off voltage) dn dinyatakan dengan notasi

VGS (cut OFF).

JFET mempunyai jangkauan harga VGS (off) yang lebar. Lembar data

menjelaskan VGS (off) menghasilkan arus cerat yang sangat kecil. Misalnya




lembar data JFET MPF 102 memberikan VGS (off) maksimum sebesar 8 V

untuk arus cerat 2 nA.

Seperti yang telah kita lihat sebelumnya bahwa VP adalah harga

tegangan cerat yang mengambil arus untuk kondisi gerbang hubung singkat.

Karena hal ini :

Lembar data tidak memberikan harga VP , tetapi menyajikan VGS(off)

yang ekivalen dengan VP. Karena kondisi gerbang hubung singkat

memberikan kurva cerat paling tinggi dan VGS(off) menghasilkan kurva cerat

paling rendah, jangkauan normal dari VGS adalah:

Jika VGS dalam jangkauan ini, ID harus dalam interval:

Sebagai contoh, dalam gamba 9.6 jangkauan normal dari tengangan

cerat adalah antara 4 dan 30 V , jangkauan normal dari arus cerat adalah

antara 0 dan 10 mA.

b. MOSFET

MOSFET adalah singkatan dari Metal Oxida Semikonduktor Field Effect

Transistor. Sering juga disebut Insulated Gate FET (IGFET). Hal ini

disebabkan gate pada MOSFET tidak berhubungan langsung dengan kanal,

tetapi diisolasi oleh suatu lapisan oksida logam yang tipis (biasanya silikon

oksida). Kita mengenal dua macam MOSFET yaitu:

1. DE MOSFET (Depletion Enhanchement MOSFET)

2. E MOSFET ( (Enhanchemen MOSFET)

DEMOSFET adalah semacam MOSFET yang dapat beraksi dengan

deplation action (aksi pengosongan). Dan enhanchement action (aksi

peningkatan). Oleh karena itu disebut DEMOSFET.

0 < ID < IDSS

VGS(off) < VP < 0

VP=VGS (off)


ENHANCHEMENT MOSFET adalah semacam MOSFET yang hanya

beroperasi dengan enhanchement action (aksi peningkatan) saja. Gambar

9.7 adalah simbol-simbol DEMOSFET dan EMOSFET.

gambar 9.7 simbol-simbol MOSFET

Di bawah ini adalah rangkaian kerja DEMOSFET kanal n:

Gambar 9.8

Rangkaian kerja DE MOSFET

Baik tegangan positif maupun negatif yang diberikan pada gate, tidak

akan menyebabkan adanya arus gate karena adanya metal oxida antara gate

dan saluran.

Bila gate diberi muatan negatif maka muatan negatif tersebut pada

gate ini akan menolak elektron-elektron yang ada pada saluran, sehingga

arus drain ID akan berkurang (sama dengan JFET).



Pada tegangan gate tertentu, semua elektron bebas pada saluran

akan terusir, sehingga menyebabkan tidak mengalirnya arus drain ID. Karena

itu, operasi dengan tegangan gate negatif disebut deplation action (aksi

pengosongan).

Bila gate diberi tengangan positif, maka muatan positif ini menarik

elektron-elektron babas pada saluran antara gate dan substrat. Hal ini akan

meningkatkan arus drain ID. Karena itu, operasi ini dinamakan

enhanchement action , maka MOSFET ini dikatakan DE MOSFET (Deplation

Enhancement MOSFET).

Kesimpulannya adalah bahwa DE MOSFET dapat beroperasi (bekerja)

dengan memberikan tegangan gate positif maupun negatif. Diatas adalah

prinsip atau cara kerja DE MOSFET kanal n, sedangkan cara kerja DE

MOSFET kanal p semua polaritas baik tegangan maupun arus adalah

kebalikan dari uraian diatas.

gambar 9.9 Rangkaian kerja DE MOSFET

Pada gambar di atas terlihat bahwa substrat (St) menutup seluruh

jalan (saluran) antara source dan drain. E MOSFET yang hanya bekerja

dengan aksi peningkatan saja.

Pada saat VGS = 0 , tidak ada arus drain ID yang mengalir walaupun

VDD ada tegangannya. Karena bahan p tidak dapat mempunyai pembawa

muatan atau hanya sedikit sekali yang disebabkan agitasi thermis.

Apabila gate diberi tengangan posistif yang cukup besar, maka akan

mengalirlah arus drain ID. Karena bila gate mendapat tegangan positif maka



akan terinduksikan muatan negatif pada substrat. Muatan negatif ini berupa

ion-ion negatif yang ada pada bahan p tersebut.

Selanjutnya bila tegangan positif pada gate dinaikkan hingga

mencapai suatu harga tertentu, maka elektron-elektron bebas akan

membentuk lapisan tipis yang berfungsi sebagai pembawa muatan yang

mengakibatkan arus drain ID naik.

LATIHAN

1. Transistor efek medan FET adalah komponen elektronika yang

prinsip kerjanya berdasarkan...........

2. Mengapa MOSFET dapat disebut IGFET?

3. Apa yang terjadi bila bias positif pada gate MOSFET terus

dinaikkan?

4. Jelas kan cara kerja E MOSFET dan DE MOSFET!

5. Apa yang dimaksud dengan pinchof?



LEMBAR EVALUASI

Pertanyaan

1. Lakukanlah praktek jenis-jenis resistor tanpa melihat lembar kerja!

2. Lakukanlah praktek kode warna dan huruf pada resistor tanpa

membuka lembar kerja!

3. Apa yang di maksud dengan arus bocor dioda?

4. Apa yang di maksud kurva karakteristik tegangan dan arus dioda?

5. Sebutkanlah bahan-bahan dielektrika kondensator!

6. Apakah yang dimaksud dengan kapasitansi kondensator?

7. Bagaimanakah rumus mencari harga reaktansi induktif (XL) ?

8. Bagaimankah rumus mencari harga impedansi (Z) ?

9. Gambar kan 3 daerah dop transistor

10. Gambarkan simbol JFET, DE MOSFET, dam E MOSFET kanal n!



BAB IV

PENUTUP

Peserta diklat yang telah mencapai syarat kelulusan minimal dapat

melanjutkan modul selanjutnya. Sebaliknya, apabila peserta diklat

dinyatakan tidak lulus, maka peserta diklat harus mengulang modul ini dan

tidak diperkenankan untuk mengambil modul selanjutnya.




DAFTAR PUSTAKA

UNY Yokyakarta, komponen pasif (2001) Dikmenjur Jakarta

Kunandar Ahmad, SPd. Pahmi Aji W (2001) Penerapan Konsep Dasar Listrik

Dan Elektronika , Bandung : Penerbit Aksara

31838556 Modul Elektronika 01

Documents

Transcript of 31838556 Modul Elektronika 01