elektro: Oktober 2012

Kamis, 18 Oktober 2012

Rabu, 17 Oktober 2012

Elektronika adalah ilmu pengetahuan dan teknologi (IPTEK) tentang pengendalian partikel bermuatan di dalam ruang hampa, gas, dan bahan semikonduktor.

Elektronika yang berhubungan dengan pengendalian partikel bermuatan dalam ruang hampa akan mempelajari piranti-piranti elektronika seperti pentode tabung hampa atau tabung elektron. Contoh: piranti tabung hampa (vacuum tube) adalah piranti yang ada pada radio-radio “kuno”.

Contoh piranti elektronika tabung hampa lainnya adalah CRT (cathode-ray tube) atau tabung sinar katode yang banyak dijumpai pada pesawat televisi dan osiloskop (CRO: cathode-ray oscilloscope).

Elektronika yang berhubungan dengan pengendalian partikel bermuatan dalam gas akan mempelajari piranti-piranti elektronika seperti tabung-tabung foto jenis gas (gas-type phototubes) yang digunakan dalam industri per-film-an sebagai sound-on-film sensors.

Elektronika yang berhubungan dengan pengendalian partikel bermuatan dalam semikonduktor akan mempelajari piranti-piranti elektronika semikonduktor seperti diode (gambar b), transistor (gambar a), dan IC (gambar c).

Komponen Elektronika

Dalam bidang elektronika, komponen diartikan sebagai elemen terkecil dari rangkaian/sistem elektronis. Berdasarkan respons output terhadap inputnya komponen elektronik dibedakan menjadi komponen pasif dan komponen aktif.

Komponen Aktif: Komponen yang dapat menguatkan dan menyearahkan sinyal listrik, serta mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Contoh komponen aktif:

(1) Transistor, merupakan komponen elektronika dengan 3 elektrode yang berfungsi sebagai penguat/saklar. Jika menjadi komponen dalam rangkaian penguat, karena merupakan komponen aktif, maka transistor dapat menguatkan sinyal listrik. Dalam hal ini inputnya dimasukkan ke titik B dan outputnya diambil dari titik A.

Jika digunakan osiloskop untuk mengamati input dan output rangkaian penguat dengan transistor, maka hasilnya adalah:

(2) Diode, merupakan piranti elektronika dengan dua elektrode, yang dapat digunakan untuk menyearahkan sinyal listrik, sehingga termasuk komponen aktif. Pada contoh di bawah ini, diode merupakan komponen dari rangkaian penyearah sinyal AC menjadi DC.

Jika dilakukan pengukuran dengan osiloskop menghasilkan:

(3) LED (light emitting diode). Jika dihubungkan dengan sumber tegangan seperti pada rangkaian di bawah ini, maka LED tersebut akan menyala. Jadi, LED termasuk komponen aktif karena dapat mengubah suatu bentuk energi (listrik) ke bentuk lainnya (cahaya).

Komponen Pasif: Komponen yang tidak dapat menguatkan dan menyearahkan sinyal listrik serta tidak dapat mengubah suatu energi ke bentuk lainnya. Contoh komponen pasif:

(1) Resistor, merupakan komponen elektronika yang berfungsi membatasi/menghambat arus listrik. Karena tidak dapat menguatkan sinyal maka resistor termasuk komponen pasif. Pada gambar sebelah kiri, terdapat rangkaian yang memberikan arus sebesar 2 mA. Jika pada rangkaian disisipkan resistor 10 K ohm (gambar kanan), akan memberikan arus 1 mA. Nampak bahwa pemasangan resistor tersebut akan membatasi arus. Oleh karena tak dapat menguatkan sinyal, maka resistor termasuk komponen pasif.

Tampilan berikut ini adalah suatu simulator yang dapat digunakan untuk melakukan percobaan secara simulatif tentang rangkaian seri dua buah resistor. Perhatikan bahwa dengan R1=20 ohm, R2=40 ohm dan sumber tegangan 12V, rangkaian akan mengalirkan arus sebesar 0,2 A. Coba anda ubah nilai R1 menjadi 40 ohm! Berapakah nilai arus yang mengalir? Lebih kecil bukan? Itu menunjukkan bahwa resistor berfungsi sebagai pembatas arus.

(2) Kapasitor, merupakan komponen elektronika yang berfungsi menyimpan medan listrik, dapat berfungsi memblokir arus DC dan meneruskan arus AC. Karena tidak dapat menguatkan, menyearahkan dan mengubah suatu energi ke bentuk lainnya, maka kapasitor termasuk komponen pasif. Coba ikuti simulasi berikut ini!

Gambar (a) menunjukkan bahwa walaupun ditahan oleh resistor, arus DC masih dapat dialirkan pada rangkaian sehingga pada titik A terdapat tegangan 5V. Jika resistor diganti dengan kapasitor seperti pada gambar (b), arus DC ditahan oleh resistor sehingga tegangan pada titik B tidak ada. Tetapi jika rangkaian dengan kapasitor sumbernya diganti dengan AC seperti pada gambar (c), maka arus akan dialirkan, terbukti pada titik C terdapat tegangan 5,368V.

(3) Induktor, termasuk komponen pasif karena tidak dapat menguatkan dan menyearahkan sinyal maupun mengubah suatu energi ke bentuk lainnya. Bagi arus DC induktor bersifat mengalirkannya tetapi bagi arus AC induktor bersifat menghambat. Coba ikuti simulasi berikut ini!

Gambar (a) menunjukkan bahwa rangkaian tanpa induktor, tegangan pada ujung-ujung resistor 10V. Pada gambar (b), rangkaian disisipi induktor menghasilkan tegangan yang sama dengan rangkaian tanpa induktor. Jadi, induktor bagi arus DC bersifat meneruskan, tetapi bagi arus AC bersifat menghambat seperti ditunjukkan pada gambar (c). Jika rangkaian dengan induktor diberi sumber AC dalam hal ini 10 Vrms, maka induktor itu bersifat menghambat sehingga pada ujung-ujung resistor tegangannya turun menjadi 5,056V.

Berdasarkan hubungan antara tegangan dan arus yang melewatinya, kompoenen elektronika dibedakan atas komponen linear dan komponen non-linear.

Komponen Linear: Hubungan antara arus (I) dan tegangan (V) pada komponen tersebut bersifat linear, arus berbanding lurus terhadap tegangan. Contoh: Resistor.

Komponen Non-Linear: Hubungan antara arus (I) dan tegangan (V) pada komponen tersebut bersifat tidak linear. Contoh: Diode.

karakteristik penghantar

Karakteristik Beberapa Jenis Bahan Penghantar Listrik

Seperti telah kita ketahui, bahwa untuk pelaksanaan penyaluran energi listrik dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu berupa saluran udara dan kabel tanah. Pada saluran Udara, terutama hantaran udara telanjang biasanya banyak menggunakan kawat penghantar yang terdiri atas: kawat tembaga telanjang (BCC, singkatan dari Bare Cooper Cable), Aluminium telanjang (AAC, singkatan dari All Aluminium Cable), Campuran yang berbasis aluminium (Al-Mg-Si), Aluminium berinti baja (ACSR, singkatan dari Aluminium Cable Steel Reinforced) dan Kawat baja yang berisi lapisan tembaga (Cooper Weld).

Sedangkan pada saluran kabel tanah, biasanya banyak menggunakan kabel dengan penghantar jenis tembaga dan aluminium, perkembangan yang sangat dominan pada saluran kabel tanah adalah dari sisi bahan isolasinya, dimana pada saat awal banyak menggunakan isolasi berbahan kertas dengan perlindungan mekanikal berupa timah hitam, kemudian menggunakan minyak ( jenis kabel ini dinamakan GPLK atau Gewapend Papier Lood Kabel yang merupakan standar belanda dan NKBA atau Normal Kabel mit Bleimantel Aussenumheullung yang merupakan standar jerman, dan jenis bahan isolasi yang terkini adalah isolasi buatan berupa PVC (Polyvinyl Chloride) dan XLPE (Cross-Linked Polyethylene). Jenis bahan isolasi PVC dan XLPE pada saat ini telah berkembang pesat dan merupakan bahan isolasi yang andal.

Di waktu yang lalu, bahan yang banyak digunakan untuk saluran listrik adalah jenis tembaga (Cu). Namun karena harga tembaga yang tinggi dan tidak stabil bahkan cenderung naik, aluminium mulai dilirik dan dimanfaatkan sebagai bahan kawat saluran listrik, baik saluran udara maupun saluran kabel tanah. Lagipula, kawat tembaga sering dicuri karena bahannya dapat dimanfaatkan untuk pembuatan berbagai produk lain.

Suatu ikhtisar akan disampaikan dibawah ini mengenai berbagai jenis logam atau campurannya yang dipakai untuk kawat saluran listrik, yaitu:

• Tembaga elektrolitik, yang harus memenuhi beberapa syarat normalisasi, baik mengenai daya hantar listrik maupun mengenai sifat-sifat mekanikal.

• Brons, yang memiliki kekuatan mekanikal yang lebih besar, namun memiliki daya hantar listrik yang rendah. Sering dipakai untuk kawat pentanahan.

• Aluminium, yang memiliki kelebihan karena materialnya ringan sekali. Kekurangannya adalah daya hantar listrik agak rendah dan kawatnya sedikit kaku. Harganya sangat kompetitif. Karenanya merupakan saingan berat bagi tembaga, dan dapat dikatakan bahwa secara praktis kini mulai lebih banyak digunakan untuk instalasi-instalasi listrik arus kuat yang baru dari pada menggunakan tembaga.

• Aluminium berinti baja, yang biasanya dikenal sebagai ACSR (Aluminium Cable Steel Reinforced), suatu kabel penghantar aluminium yang dilengkapi dengan unit kawat baja pada inti kabelnya. Kawat baja itu diperlukan guna meningkatkan kekuatan tarik kabel. ACSR ini banyak digunakan untuk kawat saluran hantar udara.

• Aldrey, jenis kawat campuran antara aluminium dengan silicium (konsentrasinya sekitar 0,4 % – 0,7 %), Magnesium (konsentrasinya antara 0,3 % - 0,35 %) dan ferum (konsentrasinya antara 0,2 % - 0,3 %). Kawat ini memiliki kekuatan mekanikal yang sangat besar, namun daya hantar listriknya agak rendah.

• Cooper-weld, suatu kawat baja yang disekelilingnya diberi lapisan tembaga.

• Baja, bahan yang paling banyak digunakan sebagai kawat petir dan juga sebagai kawat pentanahan.

Berdasarkan ikhtisar diatas, dapat dikatakan bahwa bahan yang terpenting untuk saluran penghantar listrik adalah tembaga dan aluminium, sehingga kedua bahan tersebut banyak digunakan sebagai kawat pengantar listrik, baik saluran hantar udara maupun kabel tanah.

Pada Sistem Tenaga Listrik terdapat penggunaan komponen elektronika yang umumnya dipakai dalam rangkaian pengaturan motor-motor listrik. Komponen-komponen elektronika yang dipergunakan pada sistem tenaga listrik pada prinsipnya harus mampu menghasilkan daya yang besar atau mampu menahan disipasi daya yang besar.

Elektronika daya meliputi switching, pengontrolan dan pengubah (konversi) blok-blok yang besar dari daya listrik dengan menggunakan sarana peralatan semikonduktor. Dengan demikian elektronika daya secara garis besar terbagi menjadi 2 (dua) bagian yaitu :

1. Rangkaian Daya

2. Rangkaian kontrol

Pada gambar berikut menunjukkan hubungan antara kedua rangkaian diatas yang terintegrasi menjadi satu, dimana keduanya banyak memanfaatkan peralatan semikonduktor.

Rangkaian daya terdiri dari komponen Dioda, Thyristor dan Transistor Daya. Sedangkan rangkaian kontrol terdiri atas Dioda, Transistor dan rangkaian terpadu (Integrated Circuit / IC).

Dengan menggunakan peralatan-peralatan yang serupa keandalan dan kompatibilitas dari perlengkapan (sistem) akan dapat diperbaiki. Elektronika daya merupakan bagian yang penting dalam industri-industri, yaitu dalam pengontrolan daya pada sistem, proses elektronika dan lain-lain.

Karateristik tersebut menggambarkan hubungan antara arus dioda (IR dan IF) agar Vak dalam kondisi menahan arus (OFF) maupun dalam keadaan mengalir (ON). Dalam keadaan OFF, Vak = Vr = negatif, maka dioda menahan arus namun terdapat arus bocor Ir yang kecil.

Dalam keadaan ON, Vak = Vf = positif, dioda mengalirkan arus namun terdapat tegangan jatuh pada dioda = ∆ Vf, dan jika ∆ Vf ini makin besar untuk arus dioda yang makin tinggi, berarti rugi konduksi If * ∆ Vf naik. Terlihat pula pada karateristik dioda diatas bahwa bila Vr terlalu tinggi dioda akan rusak.

Karateristik Switching

Karateristik ini menggambarkan sifat kerja dioda dalam perpindahan keadaan ON ke OFF dan sebaliknya.

Dioda akan segera melalukan arus jika Vr telah mencapai lebih dari Vf minimum dioda kondusif dan pada saat OFF terjadi kelambatan dari dioda untuk kembali mempunyai kemampuan memblokir tegangan reverse. Dari gambar diatas tgerlihat adanya arus balik sesaat pada dioda, dimana arus balik ini terjadi pada saat peralihan keadaan dioda dari kondisi ON ke kondisi membloking tegangan reverse.

Dioda jenis lambat banyak digunakan pada rangkaian konverter dengan komutasi lambat/natural, seperti rangkaian penyearah. Sedangkan Dioda jenis Cepat dipergunakan pada konverter statis dengan komutasi sendiri seperti misalnya pada DC Chopper, konverter komutasi sendiri dll.

Kemampuan Tegangan

Dioda bersifat memblokir tegangan reverse, ternyata mampu menahan tegangan tersebut tergantung pada karateristik tegangan itu sendiri.

Adanya tegangan jatuh konduksi ∆ Vf menyebabkan rugi daya pada dioda yang keluar dalam bentuk panas. Temperatur junction maksimum terletak antara 110°C - 125°C. Panas yang melebihi dari temperatur ini akan menyebabkan dioda rusak. Temperatur maksimum ini dapat dicapai oleh bermacam-macam pembebanan arus terhadap dioda.

If (AV) : Arus rata-rata maksimum yang diijinkan setiap harga arus rata-rata akan menghasilkan suatu harga temperatur akhir pada junction dioda. Batas If (AV) ini juga tergantung pada temperatur ruang dan jenis sistem pendinginan (Heat-sink).

If (RMS) : Harga effektif maksimum arus dioda. Harga rata-rata yang di bawah If (∆V) maksimum, belum menjamin keamanan operasi dioda terutama arus beban dioda dengan form factor yang tinggi. ( Rate Mean Square )

Pada artikel lanjutan akan dibahas mengenai: SCR (Silicon Controlled Rectifier), TRIAC (Trioda Alternating Current Switch), DIAC (Bilateral Trigger Dioda) dan UJT (Uni-Juntion Transistor).