1 Pendahuluan dan kelistrikan

ELEKTRONIKA MFF 2850 / 2 sks

PENGERTIAN ELEKTRONIKAElektronika : ilmu mengenai elektronMembahas cara-cara penggunaan elektron untuk melakukan hal-hal yang bermanfaat dan menarik

Elektronika membawa perubahan besar di dalam hidup kita.

ELEKTRON-ELEKTRON

Gosoklah pena yang terbuat dari plastik dengan kain wol kering. Apa yang yang terjadi pada potongan-potongan kecil kertas aluminium foil bila didekatkan ke pena?

JENIS-JENIS MUATANTerdapat dua jenis muatan : positif (+) dan negatif (-)

Muatan-muatan yang sejenis saling tolak-menolak.

Muatan-muatan yang tidak sejenis saling tarik-menarik.

Dibutuhkan kurang lebih1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00

0elektron untuk menghasilkan berat 1kg.

LISTRIK STATIS DAN ARUS LISTRIK

•Apabila 2 zat saling digosokkan satu sama lain, elektron-elektron akan berpindah dari satu zat ke zat lainnya.

•Salah satu zat akan menenerima elektron-elektron dan menjadi bermuatan negatif.

•Zat lainnya akan kehilangan elektron-elektron dan menjadi bermuatan positif.

LISTRIK STATIS DAN ARUS LISTRIK

•Hal ini terjadi pada zat-zat tertentu, seperti polithene, asetat, wol, dan karet.

•Zat-zat lain yang dapat dijadikan bermuatan antara lain kaca keramik, nilon, dan kertas.

•Bahan-bahan ini dikenal dengan sebagai isolator atau penyekat.

•Isolator tidak ‘mengizinkan’ muatan-muatan untuk mengalir di dalamnya (muatan statis).

•Disebut muatan statis karena diam dan tidak bergerak

KONDUKTOR

•Beberapa jenis bahan ‘mengizinkan’ elektron-elektron untuk mengalir melewatinya konduktor

•Salah satu konduktor adalah tembaga. Elektron-elektron dari atom-atomnya dapat melepaskan diri dengan mudah dari ikatannya.

SEL-SEL ENERGI BATERAI•Sel-sel energi adalah sumber daya listrik yang paling praktis.

•Listrik dibangkitkan dari reaksi-reaksi kimia yang terjadi di dalamnya.

•Sel-sel seng-karbon (zinc-carbon) dan alkalin dibuat dalam beberapa ukuran standar.

•Gambar disamping menunjukkan sel alkalin ukuran AAA

KONSEP DASAR RANGKAIAN LISTRIK

OUTLINEo Definisi(rangkaian dan elemen listrik)

o Aruso Tegangano Energio Daya o Analisis rangkaiano Prefiks dalam SI

ONLINE ELECTRONICS LESSONhttp://openbookproject.net/electricCircuits/

OEL WITH FLASH ANIMATIONhttp://utwired.engr.utexas.edu/rgd1/index.cfm

DEFINISIRangkaian listrikKumpulan elemen atau komponen listrikDihubungkan dengan cara-cara tertentuPaling sedikit mempunyai satu lintasan tertutup

Elemen listrik berdasarkan jumlah terminalnya : oElemen listrik dua terminalContoh : sumber tegangan/arus, resistor (R), induktor (L), kapasitor (C)

oElemen listrik lebih dari dua terminalContoh : transistor, IC

DEFINISIPengelompokan elemen listrik lainnya :oElemen aktif

Menghasilkan energiContoh : sumber tegangan/arus

oElemen pasif;• Elemen yang hanya menyerap energiContoh : resistor (R)

• Elemen yang menyerap dan menyimpan energiContoh : induktor (L), kapasitor (C)- induktor menyerap medan magnet- kapasitor menyerap medan listrik

OLD RESISTOR NEW RESISTOR

OLD BOARD NEW BOARD

ARUS Simbol ‘i’, berasal dari kata Perancis :

intensite Muatan yang mengalir dalam satuan waktu Arah arus searah dengan arah muatan positif atau

berlawanan dengan arah aliran elektronTerdapat 2 versi untuk menunjukkan arah dari arus listrik, yaitu:a. Aliran arus konvensional, arus didefinisikan sebagai aliran dari muatan positif (proton) dari kutubl positif power supply menuju kutub negatifnya.

b. Aliran elektron, arus didefinisikan sebagai aliran muatan negatif (elektron) dari kutub negatif power supply menuju kutub positifnya.

ARUSCoulomb adalah satuan internasional untuk muatan listrik.

Simbol : Q : muatan konstan q : muatan listrik

1 elektron = -1,6021 x 10-19 Coulomb1 Coulomb = -6,24 x 1018 elektron

Secara matematis : i = dq/dtSatuan arus : ampere (A)

ARAH ARUSDalam teorema rangkaian, arus merupakan pergerakan muatan positif.

Ketika terjadi beda potensial di sebuah elemen, maka akan muncul : arus positif (dari potensial tinggi ke rendah) atau arus negatif (dari potensial rendah ke tinggi). 5A -5A

Representasi arus yang sama

MACAM ARUSo Arus searah (direct current / DC) mempunyai nilai polaritas yang tetap/konstan terhadap satuan waktu

Nilai polaritas bisa selalu positif atau selalu negatif

i t

t -i

MACAM ARUSo Arus bolak-balik (alternating current / AC) mempunyai nilai polaritas yang berubah-ubah terhadap satuan waktu

Nilai polaritas pada satu selang waktu positif dan pada selang waktu lain negatif

i F = 1/T

t

Arus PLN ideal arus AC sinus 50 Hz, 220 Volt (RMS)

A

T

BENTUK ARUS BOLAK-BALIK LAINNYA

o Gelombang kotak i

t Keduanya juga memilikio Gelombang gigi gergaji amplitudo dan frekuensii

t

TEGANGANTegangan (voltage) = beda potensialKerja yang dilakukan untuk menggerakkan muatan sebesar 1 Coulomb dari satu terminal ke terminal lainnya

Kerja yang dilakukan adalah energi yang dikeluarkan. Tegangan adalah energi per satuan muatan.

Secara matematis : v = dw/dq

Satuan tegangan : Volt (V)

BEDA POTENSIAL 2 TERMINAL A-B A B

+ V -Potensial terminal A > potensial terminal B

A + VAB = 5 Volt dan VBA = -5 Volt - B

SENGATAN LISTRIK

Jantung sebagai organ tubuh yang paling rentan terhadap pengaruh aliran arus listrik dan ada empat batasan jika kita tersengat aliran listrik

Daerah 1 (0,1 sd 0,5mA) : jantung tidak terpengaruh sama sekali bahkan dalam jangka waktu lama.

Daerah 2 (0,5 sd 10 mA) : jantung bereaksi dan rasa kesemutan muncul di permukaan kulit. Di atas 10mA sampai 200mA jantung tahan sampai jangka waktu maksimal 2 detik saja.

Daerah 3 (200 sd 500mA) : jantung merasakan sengatan kuat dan terasa sakit, jika melewati 0,5 detik masuk daerah bahaya.

Daerah 4 (diatas 500mA) : jantung akan rusak dan secara permanen dapat merusak sistem peredaran darah bahkan berakibat kematian.

MODEL TERJADINYA ALIRAN KE TUBUH MANUSIASumber listrik AC mengalirkan

arus ke tubuh manusia sebesar Ik, melewati tahanan sentuh tangan Rut, tubuh manusia Rki dan tahanan pijakan kaki Ru2. Tahanan tubuh manusia rata-rata 1000 Ώ, arus yang aman tubuh manusia maksimum 50mA, maka besarnya tegangan sentuh adalah sebesar :

UB = Rk. Ik = 1000 Ώ x 50 mA = 50 VTegangan Akumulator 12V tidak menyengat saat dipegang terminal positip dan terminal negatifnya, karena tubuh manusia baru merasakan pengaruh tegangan listrik di atas 50V.

Tegangan sentuh bisa terjadi dengan dua cara, yaitu:• Cara pertama tangan orang menyentuh langsung kawat beraliran listrik. • Cara kedua tegangan sentuh tidak langsung, ketika terjadi kerusakan isolasi pada peralatan listrik

DC VS ACPendapat pertama mengatakan bahwa arus DC

lebih berbahaya. Misalnya seseorang tersengat listrik dengan

tangan 200 volt pada arus AC. Arus AC merupakan arus bolak-balik/naik-turun sehingga suatu saat akan mencapai tegangan 0 volt selama siklusnya. Pada saat itulah bagian tubuh yang tersengat dapat melepaskan diri dari konduktor yang membuat tubuh tersengat.

Sedangkan arus DC merupakan arus searah, artinya tegangan yang lewat akan stabil pada nilai 200 volt dan tidak akan pernah mencapai angka 0 volt, karena itulah tubuh tidak memiliki kesempatan untuk melepaskan diri sehingga hal ini akan lebih berbahaya bagi tubuh manusia. Namun, jika frekuensi arus AC tinggi, tubuh akan sulit merasakan siklus dimana tegangan AC mencapai 0 volt.

Pendapat yang kedua mengatakan bahwa arus AC lebih berbahaya 3-5 kali lipat dibandingkan arus DC pada tegangan yang sama.

Ketika tersengat listrik arus DC otot cenderung akan berkontraksi sehingga mampu melepaskan diri dari hubungan. Sedangkan pada arus AC, arus berbalik arah 50 kali per detik sehingga otot tidak mampu berkontraksi satu arah, tetapi justru bolak-balik dan cenderung menjadi kejang pada titik hubungan, selama korban masih sadar hubungan tidak akan bisa lepas.

Ditinjau dari kapasitas terjadinya kasus tersengat listrik, arus AC cenderung lebih berbahaya dibandingkan arus DC. Selama ini lebih banyak orang yang tersengat arus AC (listrik rumah) dari pada arus DC. Namun, pendapat tersebut tidak berlaku lagi jika tegangan yang dimiliki suatu aliran listrik bernilai kecil. Sesuai pendapat yang pertama tentu arus DC lebih berbahaya pada kondisi ini.

ENERGIKerja yang dilakukan oleh gaya sebesar satu newton sejauh satu meter.

Di alam berlaku hukum kekekalan energi, misalnya :

energi dari air yang bergerak energi yang menghasilkan listrik energi cahaya energi panas

ENERGIElemen yang menyerap energi + Jika arus positif memasuki terminal ipositif

Elemen menyerap energi dari luar -Elemen yang mengirim energi + Jika arus positif meninggalkan i terminal positif Elemen mengirim energi ke luar -

ENERGIEnergi yang diserap/dikirim pada suatu elemen yang bertegangan v dengan muatan yang melewatinya sebesar dq adalah

dw = v dq

Satuan energi : Joule (J)

DAYA Daya merupakan rata-rata kerja yang dilakukan.

Secara matematis : P = dw/dt = dw/dq.dq/dt = viSatuan daya : Watt (W)

Energi yang dibutuhkan pada selang waktu tertentu :

dw = P.dt w = P.t = v.i.t

Satuan : Joule atau sering dinyatakan dalam kwh (PLN)

PREFIKS SINotasi lengkap Simbol Artinya (terhadap satuan)

atto a 10-18

femto f 10-15

pico p 10-12

nano n 10-9

mikro µ 10-6

milli m 10-3

centi c 10-2

deci d 10-1

deka da 101

hekto h 102

kilo k 103

Mega M 106

Giga G 109

Tera T 1012

SOAL-SOAL 1. Jika tegangan pada sebuah elemen 8 Volt

dan arus yang melewati terminal positifnya diperlihatkan pada grafik di bawah ini. Tentukan daya yang diserap elemen pada saat:a. t = 4s b. t = 7s

i(A)

t(s)

1014

4 10

SOAL-SOAL Jawaban:a. Saat t = 4 s i = 10 A sehingga P = v.i = 8 x 10 = 80 Wattb. Persamaan arus untuk rentang waktu 4

s.d. 10 s : i(t) = 4/6 (t + 11) Saat t = 7 s i (7) = 4/6 (7 + 11) = 12

A Sehingga P = v.i = 8 x 12 = 90 Watt

SOAL-SOAL 2. Tentukan muatan total pada soal nomor 1 di atas!

SOAL-SOAL Jawaban:i = dq/dt dq = idt ∫dq =idt q= ∫ idt

q = luas daerah di bawah grafik untuk rentang waktu tertentuq = q1 + q2 = [1/2(4 x 10)] + [1/2(14-10)(10-4) +(10-0)

(10-4)] q = [20] + [12 + 60] = 92 Coulomb

SOAL-SOAL 3. Jika v = 4 Volt dan i = 10 A. Tentukan : a. Daya yang diserap atau dikirimkan b. Energi yang diserap atau dikirimkan selama 10 s

SOAL-SOAL Jawaban:a. Arus positif memasuki terminal positif,

maka elemen tersebut menyerap daya sebesar P = v.i = 4 x 10 = 40 Watt. Elemen tersebut menyerap daya sebesar 40 W atau bisa dikatakan mengirimkan daya sebesar -40 W.

b. w = P.t = v.i.t = 4 x 10 x 10 = 400 J

HUKUM-HUKUM DASAR RANGKAIAN ELEKTRONIKA

OUTLINE1. Hukum Ohm

2. Hubungan Seri dan Pembagi Tegangan

3. Hubungan Paralel dan Pembagi Arus

4. Voltmeter dan Amperemeter

5. Hukum Kirchof I dan II

HUKUM OHMBerlaku jika sebuah penghantar/hambatan dilewati oleh sebuah arus.

Beda potensial atau tegangan berbanding lurus dengan arus yang mengalir pada sebuah bahan. berbanding terbalik dengan nilai hambatan

sebuah bahanV = I.R

i

+ v -

•Georg Simon Ohm, 1827•The Galvanic Circuit Investigated Mathematically,

www.themegallery.com

”One microampere flowing in one ohm causes a one microvolt potential drop.”Georg Simon Ohm

amp : Frenchman Andre M. Ampere, volt : Italian Alessandro Volta, ohm : German Georg Simon Ohm.

I : intensity (of electron flow)V : voltageE : electromotive forceR : resistance

www.themegallery.comCompany name

HUBUNGAN SERI DAN PEMBAGI TEGANGAN

Hubungan seri terjadi bila salah satu terminal dari dua elemen tersambung

Arus yang melewati kedua elemen tersebut sama besar


KVL :Σv = 0v1 + v2 + v3 - v = 0v = v1 + v2 + v3 = i.R1 + i.R2 + i.R3v = i (R1 + R2 + R3)v/i = R1 + R2 + R3Rek = R1 + R2 + R3


Pembagi Tegangan :v1 = iR1, v2 = iR2, v3 = iR3, di mana i = v/(R1 + R2 + R3)

sehingga :v1 = v . R1 / (R1 + R2 + R3)v2 = v . R2 / (R1 + R2 + R3)v3 = v . R3 / (R1 + R2 + R3)

HUBUNGAN PARALEL DAN PEMBAGI ARUS

Hubungan paralel terjadi bila kedua terminal dari dua elemen tersambung satu sama lain

Beda potensial/tegangan pada kedua elemen tersebut sama besar


KCL :Σi = 0i – i1 – i2 – i3 = 0i = i1 + i2 + i3v/ Rek = v/ R1 + v/ R2 + v/ R31/Rek = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3


Pembagi Arus :i1 = v/R1, i2 = v/R2, i3 = v/R3, di mana v =

iRek sehingga :i1 = (Rek / R1).ii2 = (Rek / R2).ii3 = (Rek / R3).i

VOLTMETER Berfungsi sebagai alat ukur tegangan.

Voltmeter yang baik mempunyai karakteristik nilai hambatan dalam atau impedansi yang sangat besar (Rd ∞)

Voltmeter dipasang paralel pada komponen yang akan diukur agar arus yang melalui voltmeter mendekati nol

CARA MENGUKUR DENGAN VOLTMETER

AMPEREMETER Berfungsi sebagai alat ukur arus

Amperemeter yang baik mempunyai karakteristik nilai hambatan dalam atau impedansi yang sangat kecil (Rd 0).

Amperemeter dipasang seri pada komponen / jalur yang akan diukur agar tegangan pada voltmeter mendekati nol.

CARA MENGUKUR DENGAN AMPEREMETER

www.themegallery.comCompany namebreadboard

HUKUM KIRCHOFF IDisebut juga Kirchoff’s Current Law, KCLΣ arus pada suatu titik percabangan = 0

Σ arus yang masuk percabangan = Σ arus yang keluar percabangan

i1

i2

i3

i4

Σ i = 0i1 + i2 - i3 - i4 = 0============i1 + i2 = i3 + i4

The algebraic sum of all currents entering and exiting a node must equal zero”

Gustav R. Kirchhoff, a German physicist, 1847

HUKUM KIRCHOFF IIDisebut juga Kirchoff’s Voltage Law, KVL

Jumlah tegangan pada suatu lintasan tertutup sama dengan nol

Penjumlahan tegangan pada masing-masing komponen penyusun yang membentuk satu lintasan tertutup akan bernilai nol

Gustav R. Kirchhoff, a German physicist, 1847

”The algebraic sum of all voltages in a loop must equal zero”

HUKUM KIRCHOFF II

Lintasan a-b-c-d-a Lintasan a-d-c-b-avab+vbc+vcd+vda=0 vad+vdc+vcb+vba=0-v1+v2-v3+0=0 0+v3-v2+v1=0v2-v1-v3=0 v3-v2+v1=0


A voltage specified as ”Ecd” would mean the voltage as indicated by a digital meter with the red test lead on point ”c” and the black test lead on point ”d”: the voltage at ”c” in reference to ”d”.

Muhammad Arifin 0857-4332-0165 [email protected] Laboratorium Fisika Material dan Instrumentasi

Dukuh, Guwosari, Pajangan, Bantul, Yogyakarta

1 Pendahuluan dan kelistrikan

Documents

Transcript of 1 Pendahuluan dan kelistrikan