BAB 2�DASAR-DASAR ELEKTRONIK
WAWASAN ELEKTRONIKA
SEJARAH ELEKTRONIKA
1. KOMPONEN ELEKTRONIKA DASAR
2. JENIS DAN MANFAAT
a. Resistor
Resistor merupakan komponen elektronik yang memiliki dua pin dan didesain untuk mengatur tegangan listrik dan arus listrik, dengan resistansi tertentu (tahanan) dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin, nilai tegangan terhadap resistansi berbanding lurus dengan arus yang mengalir. Resistor disebut juga dengan tahanan atau hambatan, berfungsi untuk menghambat arus listrik yang melewatinya. Satuan resistor adalah ohm. Resistor terbagi 2 yaitu:
(1). Resistor tetap
Resistor tetap adalah resistor yang nilai hambatannya relative tetap, biasanya terbuat dari karbon, kawat atau paduan logam. Nilai hambatannya ditentukan oleh tebal dan panjangnya lintasan karbon. Panjang lintasan karbon tergantung dari kisarnya alur yang berbentuk spiral.
(2). Resistor variabel
Resistor variabel atau potensiometer yaitu resistor yang besar hambatannya dapat diubah-ubah, yang termasuk ke dalam potensiometer antara lain: Resistor KSN (koefi sien suhu negatif), resistor LDR (light dependent resistor) dan resistor VDR (voltage dependent resistor).
Menentukan Kode Warna pada Resistor
Kode warna pada resistor menyatakan harga resistansi dan toleransinya. Semakin kecil harga toleransi suatu resistor adalah semakin baik. Terdapat resistor yang mempunyai 4 gelang warna dan 5 gelang warna seperti yang terlihat pada gambar berikut:
b. Kondensator atau kapasitor
Kondensator atau sering disebut sebagai kapasitor adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kondensator memiliki satuan yang disebut Faraddari nama Michael Faraday. Kondensator juga dikenal sebagai “kapasitor”, namun kata “kondensator” masih dipakai hingga saat ini. Pertama disebut oleh Alessandro Volta seorang ilmuwan Italia pada tahun 1782 (dari bahasa Itali condensatore), berkenaan dengan kemampuan alat untuk menyimpan suatu muatan listrik yang tinggi dibanding komponen lainnya. Kebanyakan bahasa dan negara yang tidak menggunakan bahasa Inggris masih mengacu pada perkataan bahasa Italia “condensatore”, bahasa Perancis condensateur, Indonesia dan Jerman Kondensator atau Spanyol Condensador.
Namun kebiasaan dan kondisi serta artikulasi bahasa setiap negara tergantung pada masyarakat yang lebih sering menyebutkannya. Kini kebiasaan orang tersebut hanya menyebutkan salah satu nama yang paling dominan digunakan atau lebih sering didengar. Pada masa kini, kondensator sering disebut kapasitor (capacitor) ataupun sebaliknya yang pada ilmu elektronika disingkat dengan huruf (C).
Beberapa Fungsi Utama Kapasitor :
1. Sebagai penyaring (fi lter) pada rangkaian regulator DC atau power supply untuk meminimalisir tegangan ripple AC yang masih tersisa.
2. Sebagai pembangkit pulsa (frekuensi) dalam rangkaian oscilator.
3. Sebagai penggeser phasa.
4. Sebagai coupling yakni penghubung antara dua buah rangkaian elektronika seperti pada rangkaian penguat (amplifi er) yang menghubungkan rangkaian Pre Amp dengan Amplifi er.
5. Fungsi kapasitor lainnya dalam rangkaian elektronika adalah sebagai fi lter dan kopling pada rangkaian power supply, penggeser fasa, pembangkit frekuensi pada rangkaian osilator dan juga dapat digunakan untuk mencegah percikan bunga api yang dapat terjadi pada saklar. Sifat dasar kapasitor adalah kemampuan yang dapat menyimpan muatan listrik, tidak dapat dilalui arus DC (Direct Current), dapat dilalui arus AC (Alternating Current) dan juga dapat sebagai impedansi (resistansi yang nilainya tergantung dari frekuensi yang diberikan oleh sumbernya).
Cara Kerja Kapasitor yang pertama adalah mengalirkan elektron menuju kapasitor. Setelah kapasitor sudah dipenuhi dengan elektron, maka tegangan tersebut akan mengalami perubahan. Selanjutnya, elektron akan keluar dari kapasitor dan menuju rangkaian elektronika. Dengan begitu, kapasitor akan dapat membangkitkan reaktif suatu rangkaian.
a. Simbol kapasitor nonpolar
Kapasitor ini tidak mempunyai polaritas sehingga dalam pemasangannya dapat bolak-balik dan umumnya berkapasitas kecil (pico Farad atau nano Farad). Kapasitor ini sering dipakai dalam rangkaian yang berhubungan dengan frekuensi seperti dalam rangkaian penguat audio (amplifi er).
b. Simbol kapasitor bipolar
Kapasitor jenis ini mempunyai dua polaritas yaitu positif dan negatif sehingga dalam pemasangannya tidak boleh terbalik. Kapasitor ini umumnya berkapasitas cukup besar yakni dalam satuan micro farad (μF) sampai dengan mili Farad (mF). Kapasitor ini biasa dipakai sebagai fi lter dalam rangkaian penyearah (rectifi er).
c. Simbol variabel kondensator
Kapasitor jenis ini tidak memiliki polaritas tetapi nilai kapasitansinya dapat diatur secara manual. Variabel kapasitor biasanya berkapasitas antara 100 pF sampai dengan 500 pF (pico Farad) dan sering digunakan dalam rangkaian radio untuk mengatur frekuensi. Istilah lain dari variable kapasitor adalah varco (variable condensator).
c. Induktor atau reaktor
Induktor adalah komponen listrik yang digunakan sebagai beban induktif, simbol induktor dapat dilihat di bawah.
c. Transformator atau trafo
Transformator atau trafo adalah alat yang memindahkan tenaga listrik antar dua rangkaian listrik atau lebih melalui induksi elektromagnetik. Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektro magnetik. Tegangan masukan bolak-balik yang membentangi primer menimbulkan fl uks magnet yang idealnya semua bersambung dengan lilitan sekunder. Fluks bolak - balik ini menginduksikan gaya gerak listrik (ggl) dalam lilitan sekunder. Jika efi siensi sempurna, semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder.
Jenis-jenis transformator :
(1). Step up
Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder lebih banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penaik tegangan.
(2). Step down
Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan.Transformator jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor AC-DC.
(3). Autotransformator
Transformator jenis ini hanya terdiri dari satu lilitan yang berlanjut secara listrik, dengan sadapan tengah. Dalam transformator ini, sebagian lilitan primer juga merupakan lilitan sekunder. Fasa arusdalam lilitan sekunder selalu berlawanan dengan arus primer, sehingga untuk tarif daya yang sama lilitan sekunder bisa dibuat dengan kawat yang lebih tipis dibandingkan transformator biasa.
Keuntungan dari autotransformator adalah ukuran fisiknya yang kecil dan kerugian yang lebih rendah daripada jenis dua lilitan. Tetapi transformator jenis ini tidak dapat memberikan isolasi secara listrik antara lilitan primer dengan lilitan sekunder. Selain itu, autotransformator tidak dapat digunakan sebagai penaik tegangan lebih dari beberapa kali lipat (biasanya tidak lebih dari 1,5 kali).
(4). Autotransformator variable
Autotransformator variabel sebenarnya adalah autotransformator biasa yang sadapan tengahnya bisa diubah-ubah, memberikan perbandingan lilitan primer-sekunder yang berubah-ubah.
(5). Autotransformator isolasi
Transformator isolasi memiliki lilitan sekunder yang berjumlah sama dengan lilitan primer, sehingga tegangan sekunder sama dengan tegangan primer. Tetapi pada beberapa desain, gulungan sekunder dibuat sedikit lebih banyak untuk mengkompensasi kerugian. Transformator seperti ini berfungsi sebagai isolasi antara dua kalang. Untuk penerapan audio, transformator jenis ini telah banyak digantikan oleh kopling kapasitor.
(6). Autotransformator pulsa
Transformator pulsa adalah transformator yang didesain khusus untuk memberikan keluaran gelombang pulsa. Transformator jenis ini menggunakan material inti yang cepat jenuh sehingga setelah arus primer mencapai titik tertentu, fl uks magnet berhenti berubah. Karena GGL induksi pada lilitan sekunder hanya terbentuk jika terjadi perubahan fl uks magnet, transformator hanya memberikan keluaran saat inti tidak jenuh, yaitu saat arus pada lilitan primer berbalik arah.
(7). Autotransformator 3 fase
Transformator tiga fase (3-phase) sebenarnya adalah tiga transformator yang dihubungkan secara khusus satu sama lain. Lilitan primer biasanya dihubungkan secara bintang (Y) dan lilitan sekunder dihubungkan secara delta (Δ).
SIFAT DAN MACAM BAHAN PENGHANTAR DAN ISOLATOR
Yang termasuk bahan-bahan penghantar adalah bahan yang memiliki banyak elektron bebas pada kulit terluar orbit. Elektron bebas ini akan sangat berpengaruh pada sifat bahan tersebut. Jika suatu bahan listrik memiliki banyak elektron bebas pada orbitorbit elektron, bahan ini memiliki sifat sebagai penghantar listrik. Bahan penghantar memiliki sifat-sifat penting yaitu:
a. Daya hantar listrik
b. Koefi sien temperature tambahan
c. Daya hantar panas
d. Daya tegangan tarik
e. Timbulnya daya elektro-motoris termo
Aluminium (AI)
Sifat penting bahan aluminium yaitu:
• Dapat ditempa dalam keadaan dingin
• Tidak tahan terhadap garam dapur atau laut
• Warna silver atau perak
• Titik didih=18000C
• Rho (ρ) = 0,0278
• Alpha (α) = 0,0047
Tembaga (Cu)
Beberapa sifat penting logam tembaga yaitu:
• Dapat disepuh dan berkarat bila terkena CO²
• Titik didih = 22360C – 23400C
• Rho (ρ) = 0,017
• Alpha (α) = 0,0043
Timah (Sn)
Beberapa sifat penting yang dimiliki oleh bahan timah adalah:
• Warna jernih mengkilap
• Titik didih = 2360C
• Warna putih kebiru-biruan
• Titik didih = 9070C
• Rho (ρ) = 0,0043
• Alpha (α) = 0,12
Seng (Zn)
Beberapa sifat penting yang dimiliki oleh bahan logam seng adalah:
• Dapat ditempa dalam keadaan dingin
• Tidak tahan terhadap garam dan asam garam
• Warna putih kebiru-biruan
• Titik didih = 9070C
• Rho (ρ) = 0,0043
• Alpha (α) = 0,006
Sifat Bahan Isolator
Bahan yang disebut sebagai bahan isolator adalah bahan dielektrik, ini disebabkan jumlah elektron yang terikat oleh gaya tarik inti sangat kuat. Elektro-elektronya sulit untuk bergerak atau bahkan tidak sangat sulit berpindah, walaupun telah terkena dorongan dari luar. Bahan isolator sering digunakan untuk bahan penyekat (dielektrik). Penyekat listrik terutama tegangan listrik. Untuk dapat memenuhi persyaratan tersebut, diperlukan jenis bahan yang sesuai.
a. Sifat kelistrikan
Bahan penyekat mempunyai tahanan listrik yang besar. Penyekat listrik ditujukan untuk mencegah terjadinya kebocoran arus listrik antara kedua penghantar yang berbeda potensial atau untuk mencegah loncatan listrik ke tanah. Kebocoran arus listrik harus dibatasi sekecilkecilnya (tidak melampaui batas yang telah ditentukan oleh peraturan yang berlaku).
b. Sifat mekanis
Mengingat luasnya pemakaian bahan penyekat, maka dipertimbangkan kekuatan struktur bahannya. Dengan demikian, dapat dibatasi hal-hal penyebab kerusakan dikarenakan kesalahan pemakaiannya. Misalnya diperlukan bahan yang tahan tarikan, maka kita harus menggunakan bahan dari kain daripada kertas.Bahan kain lebih kuat terhadap tarikan daripada bahan kertas.
c. Sifat termis
Panas yang ditimbulkan dari dalam oleh arus listrik atau oleh arus magnet, berpengaruh terhadap kekuatan bahan penyekat. Demikian panas yang berasal dari luar (alam sekitar). Dalam hal ini, kalau panas yang ditimbulkan cukup tinggi, maka penyekat yang digunakan harus tepat. Adanya panas juga harus dipertimbangkan, agar tidak merusak bahan penyekat yang digunakan.
d. Sifat kimia
Panas yang tinggi yang diterima oleh bahan penyekat dapat mengakibatkan perubahan susunan kimia bahan. Demikian juga pengaruh adanya kelembaban udara, basah yang ada di sekitar bahan penyekat. Jika kelembaban tidak dapat dihindari, haruslah dipilih bahan penyekat yang tahan terhadap air. Demikian juga adanya zat-zat lain dapat merusak struktur kimia bahan. Mengingat adanya bermacam-macam asal, sifat, dan ciri bahan penyekat, maka untuk memudahkan dalam memilih untuk aplikasi dalam kelistrikan maka bahan penyekat akan dibagi ke dalam beberapa kelompok yaitu:
• Bahan tambang (batu pualam, asbes, mika, dan sebagainya)
• Bahan berserat (benang, kain, kertas, kayu, dan sebagainya)
• Gelas dan keramik
• Plastik
• Karet, bakelit, ebonit, dan sebagainya
• Bahan yang dipadatkan
Konsep elektronika terbagi 2 yaitu :
1. Elektronika analog
2. Elektronika digital
1. ELEKTRONIKA ANALOG
Elektronika analog ialah bidang elektronika dimana sinyal listrik yang terlibat bersifat kontinue, sedangkan komponen yang digunakan umumnya disebut komponen diskrit. Beda dengan elektronika digital dimana sinyal listrik yang terlibat merupakan sinyal 0V atau 5 V (sinyal digital berlogika 0 atau 1). Beberapa alat dengan konsep elektronika analog yaitu:
a. Jam tangan konvensional
b. Kamera analog
c. Alat - alat perkusi
d. Menghitung dengan tangan, lidi, dan batu
e. Komputer analog (komputer dengan program yang sangat sederhana)
Sinyal analog adalah sinyal data dalam bentuk gelombang yang kontinyu, yang membawa informasi dengan mengubah karakteristik gelombang. Dua Parameter/karakteristik terpenting yang dimiliki oleh isyarat analog adalah amplitudo dan frekuensi. Gelombang pada sinyal analog yang umumnya terbentuk gelombang sinus memiliki tiga variabel dasar, yaitu amplitudo, frekuensi dan phase.
• Amplitudo merupakan ukuran tingi rendahnya tegangan dari sinyal analog
• Frekuensi adalah jumlah gelombang sinyal analog dalam bentuk detik
• Phase adalah besar sudut dari sinyal analog pada saat tertentu Kelebihan teknologi analog yaitu:
• Tidak mudah dimakan usia
• Biaya yang digunakan murah
• Hasil yang didapatkan dapat diuji ketepatannyaKekurangan teknologi analog yaitu:
• Tidak efesiensi
• Lambat pemakaiannya
2. ELEKTRONIKA DIGITAL
Elektronika digital adalah sistem elektronika yang menggunakan isyarat digital. Elektronika digital adalah representasi dari aljabar boolean dan digunakan di komputer, telpon genggam dan berbagai produk konsumen lainnya. Dalam sebuah sirkuit digital, sinyal direpresentasikan dengan satu dari dua macam kondisi yaitu 1 (high, active, true,) dan 0 (low, nonactive, false). Atau jika direspresentasikan dalam tegangan 1 dapat berarti tegangan maksimum (umumnya 5 V atau 3 V) dan 0 berarti tegangan minimum (umumnya 0 V, tapi ada pula yang 2,5 V). Hal ini dikarenakan varian dari bahan pembuatnya.
Beberapa alat dengan konsep elektronika digital yaitu:
• Alat music: sampler, squencer, groovebox dan lain-lain.
• Kamera digital
• Menghitung dengan kalkulator, komputer dan lain-lain.
• Modem
Sinyal digital adalah merupakan sinyal data dalam bentuk pulsa yang dapat mengalami perubahan yang mempunyai besaran 0 dan 1. Sinyal digital hanya memiliki dua keadaan, yaitu 0 dan 1.
Kelebihan teknologi digital yaitu:
• Memberikan kemudahan dalam penggunaan
• Error selalu dapat dikoreksi
• Memproduksi data terbatas
Kekurangan teknologi digital yaitu:
• Malas berpikir
• Tidak tahan lama
• Memerlukan sinkronisasi
B. SISTEM PENGENDALI
1. PERALATAN LISTRIK
a. Test pen
Test pen sering digunakan dalam kegiatan elektronika. Test pen merupakan alat bantu pengukuran sederhana, test pen digunakan untuk mengetahui apakah suatu penghantar listrik (kabel atau kawat) memiliki tegangan listrik. Dalam gambar 7 ditunjukkan gambar test pen. Di dalam test pen terdapat lampu petunjuk (indicator) yang akan memberikan tanda, apabila menyala maka pada bagian sumber terdapat tegangan, sebaliknya apabila tidak menyala maka pada bagian sumber tidak terdapat tegangan.
Cara penggunaan test pen sebagai berikut:
b. Solder
Solder merupakan alat bantu dalam merakit atau membongkar rangkaian elektronika pada rangkaian yang terdapat pada papan pcb. Solder merupakan alat elektronika yang mengubah energi listrik menjadi energi panas. Solder banyak jenis dan beragam bentuknya, pada umumnya berbentuk seperti pistol, dan lurus dengan mata solder di ujung yang berbentuk lancip, dan dilengkapi tombol pengatur suhu ukuran tinggi rendahnya panas yang dihasilkan untuk membuat kawat timah mencair agar dapat melepaskan atau menyatukan kaki-kaki komponen pada papan Pcb. Suhu panasnya yang terlalu berlebihan dapat merusak komponen atau menyebabkan komponen lain ikut terlepas.
c. Penggaris siku
Penggaris siku adalah alat yang digunakan untuk mengukur siku dari suatu sambungan, baik siku bagian dalam maupun siku bagian luar.
d. Palu
Palu adalah alat yang digunakan untuk menancapkan paku pada kayu atau aluminium, juga untuk mencabut paku itu kembali.
e. Gunting
Gunting seng adalah alat yang digunakan untuk memotong seng atau sejenisnya.
e. Ketam
Ketam berfungsi untuk memperhalus permukaan kayu.
2. PEMBUATAN RANGKAIAN STOP KONTAK
Tahapan Pembuatan Rangkaian Stop Kontak
1. Perencanaan
Identifikasi kebutuhan
Rangkaian listrik menggunakan stop kontak bisa dibuat dengan mengubah sebagian model papan instalasinya dan juga penempatan dan jumlah lampu yang digunakan bisa diubah sesuai selera masing-masing.
Perencanaan fisik
Pembuatan berdasarkan bahan dan alat yang tersedia di lingkungan kalian, dan dibuat dengan penuh tanggung jawab dengan memperhatikan prinsip kerja.
2. Persiapan
Ide / gagasan
Pembuatan rangkaian listrik menggunakan stop kontak menggunakan kardus sebagai rangka bangunan. Peralatan listrik untuk rangkaiannya. Kabel sebagai penyambung arus listrik.
Keselamatan kerja
Perhatikanlah :
a. Hati-hati menggunakan peralatan
b. Perhatikan bagian-bagian instalasi listrik yang akan dirangkai dengan baik karena kesalahan akan mempengaruhi hasil rangkaian
Cara pembuatan :
1) Siapkan dos/kardus bekas, potong hingga membentuk persegi panjang 35 cm X 50 cm (sesuai ukuran dos yang dipakai) kemudian buat sketsa rumah menggunakan isolasi untuk membagi ruangan seperti gambar di bawah.
2) Potong kabel sepanjang 15 cm yang akan digunakan sebagai kabel pusat arus listrik (gunakan kabel serabut warna merah putih).
3) Pasang salah satu ujung kabel pada colokan jantan.
4) Siapkan terminal 4 mata kemudian buka cup / tutupnya mengunakan obeng.
5) Ujung kabel pusat dikupas 0,5 cm kemudian isi/serabut dibagi dua seperti gambar dibawah ini.
6) Kendurkan baut bagian dalam terminal kemudian pasang ujung kabel ke terminal pusat arus listrik dan kencangkan bautnya.
7) Pasang cup/tutup terminal kembali dan kencangkan bautnya.
8) Siapkan kabel dengan panjang sesuai jarak terminal dengan posisi lampu.
9) Siapkan colokan jantan dan buka kap/tutupnya.
10) Pasang ujung kabel yang sudah dipotong tadi pada colokan jantan dan kencangkan bautnya.
11) Pasang kap/tutup colokan jantan dan kencangkan bautnya.
12) Masukkan ujung kabel lewat lubang yang sudah disiapkan di dekat terminal sampai pada lubang pada posisi lampu (stop kontak pertama berada dilubang no.1)
13) Siapkan stand lampu Lombok dan terminal sambungan kabel, kemudian pasang kabel stand lampu pada terminal sambungan kabel dan kencangkan bautnya.
14) Pasang ujung kabel yang dari saklar ke terminal sambungan kabel. Stop kontak No.1 siap digunakan (stop kontak 1 untuk ruang dapur)
15) Untuk saklar ke-2, ke-3 dan ke-4, ulangi langkah 8 sampai 14.
16) Pasang lampu Lombok untuk masing-masing stand lampu.
a. Saklar 1 untuk lampu 1 (ruang dapur)
b. Saklar 2 untuk lampu 2 (kamar)
c. Saklar 3 untuk lampu 3 (ruang tamu)
d. Saklar 4 untuk lampu 4 (teras)