BAB III Komponen Aktif

Penerapan Konsep Dasar Listrik dan Elektronika untuk Kelas X

BAB III KOMPONEN-KOMPONEN AKTIF

KOMPETENSI DASAR

: Mengenal Komponen Elektronika.

TUJUAN PEMBELAJARAN : Setelah pembelajaran, peserta diklat diharapkan dapat: A. Jenis-jenis komponen Aktif 1. Transformator Sebuah transformator atau disebut juga dengan trafo, terdiri dari dua buah kumparan yang dililitkan pada sebuah inti. Inti trafo ini dibentuk dari lapisan-lapisan besi. Kumparan-kumparan yang digunakan pada trafo pada umumnya memiliki jumlah lilitan jauh lebih banyak seperti diperlihatkan pada gambar 3.1 di bawah ini. Inti Menyebutkan Jenis-jenis komponen aktif Memanfaatkan komponen aktif Memahami prinsip kerja transformator Memahami ketentuan-ketentuan transformator Menyebutkan jenis-jenis transistor Memahami kegunaan transistor Memahami kegunaan semikonduktor lain seperti DIAC, TRIAC dan SCR Memahami batasan kerja dioda Zener Menyebutkan fungsi dari dioda Zener

Kumparan Primer

Kumparan Sekunder

Gambar 3.1. Transformator

Dadan Juansah, S.Pd. SST.

Halaman 1 dari 15


Ketika arus mengalir melewati kumparan primer, akan dihasilkan sebuah medan magnet. Inti besi trafo menyediakan sebuah jalur untuk dilalui oleh garis-garis gaya magnet sehingga hampir semua garis yang terbentuk dapat sampai ke kumparan sekunder. Induksi terjadi hanya ketika terdapat suatu perubahan pada medan magnet. Dengan demikian, sebuah transformator tidak dapat bekerja dengan arus DC. Ketika arus AC mengalir melalui kumparan primer, dibangkitkanlah sebuah medan bolak-balik. Medan magnet ini akan menginduksikan arus bolak-balik pada kumparan sekunder. Ketika arus yang melewati sebuah kumparan berubah arah, medan magnet di sekitar dan di dalam kumparan juga berubah arahnya. Medan magnet yang berubah-ubah ini menimbulkan efek yang persis sama sebagaimana layaknya sebuah magnet yang digerak-gerakkan di dekat kumparan, sehingga menginduksikan arus lain pada kumparan. Arus baru yang diinduksikan oleh medan magnet ini akan selalu melawan perubahan arus pada kumparan. Efek semacam ini, dimana sebuah kumparan menginduksikan arus pada dirinya sendiri disebut sebagai induksi diri. Induksi diri berperan penting dalam kerja sebuah choke (jenis kumparan). Apabila terjadi perubahan yang sangat cepat pada arus, seperti misalnya ketika arus diputuskan secara mendadak, induksi diri akan menghasilkan arus yang sangat besar yang dapat merusak komponen-komponen pada sebuah rangkaian. Ketentuan-ketentuan pada transformator P S

VP

VS

Gambar 3.2. Transformator


Halaman 2 dari 15


Pada sebuah transformator dapat menghasilkan : a. b. Frekuensi : Frekuensi dari arus AC yang diinduksikan adalah sama dengan frekuensi arus AC yang menginduksikan. Amplitudo : apabila VP adalah amplitudo tegangan pada kumparan primer, dan VS adalah amplitudo tegangan pada kumparan sekunder, maka VS VP Contoh : Sebuah transformator memiliki 50 lilitan pada kumparan primernya dan 200 lilitan pada kumparan sekundernya. Amplitudo tegangan AC primer adalah 9 volt. Berapakah amplitudo tegangan AC sekunder ? Dari persamaan di atas, untuk mendapatkan nilai VS, menghasilkan persamaan VS jumlah lilitan sekunder = VP x jumlah lilitan primer jumlah lilitan sekunder jumlah lilitan primer

VS = 9 x

200 50

= 36 volt

2. Transistor Terdapat beberapa kelas transistor. Transistor mempunyai tiga elektron yaitu yang dikenal dengan emitor, basis dan kolektor. Dari susunan bahan semikonduktor yang digunakan, kita dapat membedakan transistor menjadi dua type yaitu : transistor PNP dan NPN. Transistor PNP dibuat dengan meletakan bahan tipe N diantara dua bagian bahan tipe seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.3 di bawah ini :


Halaman 3 dari 15


Basis Emitor Kolektor Emitor

Basis Kolektor

P

N

P

N

P

N

(a) Gambar 3.3. Transistor PNP dan NPN

(b)

Bahan type P yang lebih tebal (dalam gambar 3.3a terletak di sebelah kanan) disebut kolektor, sedang bahan type P yang sebagian lagi (yang di sebelah kiri) disebut emitor. Bagian yang di tengah disebut basis.sedang transistor N-P-N dibuat dengan meletakkan bahan type P di antara dua bagian bahan type N (lihat gambar 3.3b). Dari gambar 3.3 tampak bahwa transistor pada prinsipnya sama dengan dua buah dioda yang disusun saling bertolak belakang.dalam kenyataan bentuk dan ukuran emitor,kolektor serta basis adalah tidak tepat seperti yang di tunjukkan oleh gambar 3.3. basis berupa lembaran bahan semikonduktor dari jenis yang lain.Gambar 3.3a menunjukan konstruksi sebenarnya dari sebuah alloyed transistor dengan tenaga kecil sedangkan gambar 3.3b menunjukkan konstruksi sebuah transistor daya

Basis Emitor

Kolektor

Gambar 3.4. Konstruksi transistor


Halaman 4 dari 15


Pada gambar 3.4 menunjukkan simbol yang umum digunakan untuk menyatakan transistor. Ujung panah selalu diletakkan pada emitor dan arahnya (seperti tanda panah pada dioda) menunjukkan arah arus konvensional, yaitu dari bahan P ke bahan N.Basis Emitor Kolektor P N P Emitor N P N Basis Kolektor

Emitor

Kolektor

Emitor

Kolektor

Basis

Basis

A

B Gambar 3.5. Simbol suatu transistor

Misalnya pada gambar 3.5 A, dioda P-N yang terletak di sebelah kiri akan menghantarkan arus listrik dari emitor ke basis, oleh karena itu di dalam gambar symbol arah ujung panah dibuat dari emitor menuju basis. Bagian kolektor basis dari suatu transistor juga berupa suatu dioda. Pada gambar 3.5 dioda kolektor basis akan menghantarkan arus listrik dari kolektor ke basis, tetapi tidak pernah digambarkan dengan ujung panah. Jadi bila kita melihat gambar symbol suatu transistor, kita harus mengerti bahwa arah panah pada bagian kolektor adalah sama dengan arah panah pada bagian emitor, walaupun pada bagian kolektor ujung panah ini tidak pernah digambarkan. Misalnya pada gambar 3.5 B, arah ujung panah pada dioda emitor-basis adalah dari basis ke emitor maka pada bagian dioda kolektor-basis arah arus listrik adalah dari basis ke kolektor.


Halaman 5 dari 15


a. Pemakaian dan cara kerja Transistor Pada kenyataannya transistor tidak saja dapat menggantikan semua fungsi tabung electron, bahkan kemungkinan pemakaian transistor lebih luas dari kemungkinan pemakaian pemakaian tabung elektron. Dibandingkan dengan tabung elektron transistor mempunyai banyak kelebihan, walaupun juga mempunyai beberapa kekurangan. Kelebihan-kelebihan transistor dibandingkan dengan tabung elektron antara lain : 1. 2. 3. 4. 5. 6. Transistor bekerja pada tegangan yang rendah. Transistor mempunyai efisiensi daya yang tinggi. Transistor mempunyai ukuran lebih kecil, sehingga memungkinkan miniaturisasi. Transistor tidak menimbulkan noise pada microphone. Transistor lebih tahan terhadap goncangan-goncangan mekanik. Secara teori umur transistor tak terhingga.

Kekurangan-kekurangan transistor dibandingkan dengan tabung elektron, antara lain: 1. Karakteristik transistor sangat dipengaruhi temperature. 2. Daya transistor masih terbatas.

b.

Simbol dan bentuk-bentuk transistor

Gambar 3.6. Bentuk fisik transistor


Halaman 6 dari 15


Gambar 3.7. Simbol-simbol transistor : a. transistor bipolar, b. FET, c. MOSFET, d, dual gate MOSFET, e. Channel induktif MOSFET, f. single connection transistor

Gambar 3.8. Posisi elektroda-elektroda pada transistor dan kode-kode huruf transistor


Halaman 7 dari 15


c.

Arti huruf-huruf kode transistor Arti huruf-huruf yang digunakan dalam pengkodeantipe transistor buatan Eropa (European Pro-electron coding). 1. Huruf pertama menyatakan material semikonduktor A B C D R 2. A B C D E F G L N P Q R S T U X Y Z 3. = Germanium = Silikon = Arsenida gallium atau kompon-kompon serupa = Antimonida indium atau kompon-kompon serupa = Sulfida cadmium atau kompon-kompon serupa = dioda detector, dioda kecepatan tinggi, dioda pencampur = dioda dengan kapasitas variable (varikap) = transistor frekuensi rendah (bukan transistor daya) = transistor daya, frekuensi rendah = dioda terobosan (tunnel dioda) = transistor frekuensi radio, bukan daya = macam ragam keperluan = transistor daya, frekuensi radio = kopling foto (foto coupler) = detector radiasi (dioda foto, transistor foto, dsb) = generator radiasi (LED, dsb) = piranti kemudi dan sakelar (contoh TRIAC) = transistor saklar, daya rendah = piranti kemudi dan switching contoh TRIAC) = transistor saklar, daya tinggi = dioda pengganda (multiplier, varactor) = penyearah, dioda efisiensi atau dioda penyondol (booster) = patutan tegangan (zener), pengatur (regulator) atau dioda penindas kilasan (transient suppressor diode). Huruf-huruf atau angka-angka lainnya adalah nomor seri. Untuk penerapan consumer seperti : radio, TV, Hi-fi ada tiga angka. Contoh : AC125. Untuk

Huruf kedua menyatakan penerapan piranti yang bersangkutan


Halaman 8 dari 15


industri dan telekomunikasi digunakan huruf W, X, Y atau Z disusul dengan angka-angka. Contoh : STF162 4. Kode-kode transistor buatan Amerika, seperti 1N.., 2N..,hanyalah nomornomor registrasi. Demikian pula kode-kode transistor Jepang, seperti 2SA, 2SB, dsb. Kegunaan-kegunaan transistor tidak dinyatakan dalam nomornomor kode itu. 4. Thyristor Istilah thyristor diturunkan dari kependekan kata thyratron dan transistor. Jadi thyristor persamaan dari tabung thiratron. Pada dasarnya thyristor terdiri dari susunan suatu dioda empat lapis seperti pada gambar berikut ini.

P G N P N P

P N N P Nb. Susunan ekivalen untuk gambar a c. Susunan dioda empat lapis dengan transistor d. Simbol dioda empat lapis

a. Susunan dioda empat lapis

Gambar 3.9. dioda empat lapis Untuk mengetahui cara kerja dioda 4 lapis ini lebih mudahnya dapat dijelaskan dengan menggunakan gambar 3.9c di atas. Pada gambar tersebut tidak terlihat terminal basisnya, sehingga penutupan kancing pintu (latch) ini hanya mungkin dilaksanakan dengan break over dan pembukaannya hanya mungkin dengan low current drop out. Suatu latch dioda empat lapis secara ideal jika diabaikan arus kebocoran dalam keadaan terbuka dan mengabaikan nilai jenuh dari VCE pada keadaan tertutup, harus dinaikkan tegangan VCC sampai melebihi tegangan breakover untuk menutupnya dan mengurangi arus beban hingga nol untuk membukanya. Dalam prakteknya untuk membuka latch tersebut arus beban tidak perlu sampai nol tetapi dalam harga tertentu (arus beban menjadi lebih kecil) latch akan membuka.


Halaman 9 dari 15


Nilai batas arus tersebut disebut holding current (IHO), kemudian dioda empat lapis ini seringkali juga disebut thyristor. +VCC I +VCC

RL

RL

TR1

+ V TR2

+ VCC -

Gambar 3.10. Rangkaian latch dan latch terbuka a. SCR SCR singkatan dari Silicon Controlled Rectifier, artinya penyearah silicon yang terkendali dan di dalam praktek sehari-hari dipakai untuk pengaturan daya dan juga sebagai saklar. Penggunaan SCR sebagai pengatur daya atau untuk saklar sangat menguntungkan apabila dibandingkan dengan alat-alat mekanik, karena tidak ada kontak-kontak aus, yang disebabkan terbakar, tidak menimbulkan busur api dan tidak memerlukan komponen-komponen tambahan. SCR dapat dipakai untuk mengatur daya-daya besar, seperti pada mesinmesin, akan tetapi pada pelaksanaannya SCR hanya membutuhkan arus yang kecil. Adapun symbol ekivalen dari SCR dapat dilihat seperti pada gambar 3.9a, dimana SCR pada dasarnya dioda empat lapis dengan satu tambahan satu elektroda yang dinamakan dengan gate (pintu) disingkat G. Pada dasarnya SCR digunakan sabagai pengatur daya dan saklar, namun dewasa ini dalam praktek banyak sekali dijumpai rangkaian SCR, seperti pada pengatur kecepatan motor dan pengisian baterai.


Halaman 10 dari 15


LPengisian baterai

R1

1V 2

R3=1+

R2

-

Gambar 3.11. Rangkaian pengatur pengisian baterai dengan SCR b. Diac Diac adalah salah satu jenis dari bidirectional thyristor. Rangkaian ekivalen Diac adalah merupakan dua buah dioda empat lapis yang disusun berlawanan arah dan dapat dianggap sebagai susunan dua buah latch.

+ V -

I

(a)

(b)

(c)

Gambar 3.12. (a). Rangkaian Diac, (b). Rangkaian ekivalen 2 buah latch. (c). Simbol-simbol Diac Apabila polaritas tegangan (V) adalah seperti pada gambar 3.12a dan tegangan ini melebihi tegangan breakdown latch-nya, maka latch yang di sebelah kiri akan menutup dan arus akan mengalir dengan arah seperti pada gambar 3.12b (pada saat arus melewati, keadaan saklar menutup). Sebaliknya bila polaritas tegangan


Halaman 11 dari 15


berlawanan dengan polaritas pada gambar 3.12a, maka latch sebelah kanan yang akan menutup. Apabila latch tersebut sudah tertutup, maka hanya ada satu jalan untuk membukanya, yaitu dengan mengurangi arus latch, sehingga nilai arusnya di bawah nilai holding currentnya. c. Triac Triac dapat digambarkan sebagai gabungan dari dua buah SCR yang disusun berlawanan arah seperti pada gambar 3.13a dan dianggap sebagai suatu susunan latch seperti pada gambar 3.13b. Sedangkan gambar 3.13c menunjukkan symbol yang umum digunakan untuk menyatakan suatu triac.

+ V -

(a)

(b)

(c)

Gambar 3.13. (a). Rangkaian triac, (b). Rangkaian ekivalen 2 buah latch. (c). Simbol triac Breakover voltage dari suatu triac umumnya relatif tinggi, karena itu cara yang umum digunakan untuk menutup suatu triac adalah dengan menggunakan forward bias trigger. Apabila tegangan mempunyai polaritas seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.13a, maka trigger positif akan menutup latch di sebelah kiri. Sebaliknya bila polaritas tegangan berlawanan, maka trigger negatif akan menutup latch pada bagian kanan. Untuk membuka latch tersebut hanya dikenal satu cara yaitu dengan mengurangi arus latch sampai di bawah nilai holding current-nya.


Halaman 12 dari 15


5.

Dioda Sebuah dioda dibuat dari silicon. Silikon adalah bahan yang mempunyai sifat bukan sebagai penghantar (konduktor) tetapi juga tidak mempunyai sifat sebagai penyekat (isolator). Silikon adalah bahan semikonduktor. Hal ini berarti bahwa sifatsifat silicon berbeda dengan bahan-bahan konduktor biasa, seperti misalnya tembaga. Sejumlah kecil zat dicampurkan ke dalam silicon untuk memberikan sifat-sifat khusus dioda ke bahan ini. Dioda dikemas dalam sebuah kapsul kecil yang terbuat dari kaca atau plastik. Kemasan ini memiliki dua kawat terminal. Yang satu disebut anoda, sedangkan yang lainnya disebut katoda. Dioda berfungsi sebagai penyearah arus, dari arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC). cincin Katoda 3 mm Gambar 3.14. karakteristik reverse zener Zener Dioda zener dikenal juga sebagai voltage regulation diode, adalah silicon PNjunction yang bekerja pada reverse bias yang di daerah breakdown. Tegangan zener (VZ) adalah tegangan reverse dimana terjadi breakdown. Bila tegangan reverse (VD) kurang dari VZ, tahanan zener diode di sekitar 1 mega ohm atau lebih. Bila VD naik sedikit saja di atas VZ, arus reverse akan naik dengan cepat, oleh karena itu di dalam pemakaian dioda zener selalu digunakan suatu tahanan seri untuk mencegah terjadinya arus yang berlebihan. Bila tegangan reverse dihubungkan pada PN-junction, lebar depletion layer akan bertambah karena elektron dan hole tertolak dari junction. Lebar depletion layer tergantung dari kadar doping, bila digunakan silikon dengan doping tinggi akan dihasilkan depletion layer yang tipis. Sehingga bila tegangan reverse dihubungkan akan menimbulkan medan listrik yang kuat di dalam dioda dan jika tegangan reverse anoda


Halaman 13 dari 15


mencapai tegangan zener (VZ), maka medan listrik yang dibangkitkan demikian kuatnya sehingga sejumlah besar elektron akan terlepas dari daya tarik intinya diikuti dengan kenaikan arus reverse secara mendadak. Peristiwa inilah yang dimaksud dengan zener breakdown.

VZ = tegangan zener

VZ reverse forward

IZ

Gambar 3.15. karakteristik reverse zener

Gambar 3.16. Simbol-simbol dioda. (a). Dioda silicon. (b). LED. (c) dan (d) Dioda Zener (e). Foto dioda. (f) dan (g). Dioda tunnel. (h). Dioda schottky. (i). Dioda breakdown. (j). Dioda capasitatif


Halaman 14 dari 15


Jadi dioda zener sebenarnya adalah PN-junction (tipe P dan tipe N yang berfungsi sebagai plat-plat kondensator) dengan doping tinggi, hingga menghasilkan depletion layer tipis, yang berfungsi sebagai dielektrikum. Biasanya dioda zener breakdown terjadi di bawah tegangan 5 volt dan masih tergantung pada temperatur. Di bawah pengaruh medan listrik yang kuat, atom-atom lebih mudah melepaskan elektronnya menjadi ion-ion bila + + + + + + - - - - - - temperaturnya naik. Jadi VZ turun bila temperatur dioda zener naik. + + +P + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - -N - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

+ + + + + + - - - - - - Depletion layer Gambar 3.17. kapasitas junction dioda B. Evaluasi 1. Jelaskan cara kerja transformator ! 2. Sebutkan ketentuan-ketentuan atau hokum-hukum yang berlaku pada transformator, jelaskan ! 3. Jelaskan dan gambarkan cara kerja dan kegunaan transistor ! 4. Sebutkan fungsi dari transistor ! 5. Sebutkan dua jenis transistor yang sering digunakan dalam kegiatan praktek seharihari ! 6. Apa yang dimaksud dengan dioda ? 7. Sebutkan dan jelaskan dua buah elektroda yang menebntuk dioda ! 8. Terbuat dari bahan apakah dioda ? mengapa bahan tersebut yang dipakai untuk membuat dioda ? 9. Jelaskan cara kerja dari dioda zener ! 10. Jelaskan perbedaan dari SCR, diac dan triac !


Halaman 15 dari 15

BAB III Komponen Aktif

Documents

Transcript of BAB III Komponen Aktif