Pendahuluan Elektronika Dasar - Di Sini Rudi Susanto ... Satuan SI untuk arus listrik adalah ampere (A). –1 A = 1 C/s ( 1 C muatan yang melewati area dalam selang waktu 1 s) •

PendahuluanElektronika Dasar

Televisi Radio Komputer Printer Faximile Lampu lalu-lintas Lampu penerangan jalan dll.

Dalam kehidupan sehari-hari kita banyak menemui suatu alat yangmengadopsi listrik & elektronika sebagai basis teknologinya, contoh ;

Dari semua uraian diatas kita dapat membuktikan bahwa pada zamansekarang ini kita tidak akan lepas dari perangkat listrik & elektronika

Pendahuluan

Elektronika

Elektronika adalah ilmu yang mempelajari alat listrik arus lemah yangdioperasikan dengan cara mengontrol aliran elektron atau partikelbermuatan listrik dalam suatu alat seperti komputer, peralatan elektronik,dan lain sebagainya. Ilmu yang mempelajari alat-alat seperti ini merupakancabang dari ilmu fisika.

Alat-alat yang menggunakan dasar kerja elektronika ini biasanya disebutsebagai peralatan elektronik (electronic devices).Contoh peralatan/ piranti elektronik ini: radio, TV, perekam kaset,perekam kaset video (VCR), perekam VCD, perekam DVD, kamera video,kamera digital, komputer pribadi desk-top, komputer Laptop, PDA(komputer saku), robot, smart card, dll.

Listrik

Kelistrikan adalah sifat benda yang muncul dari adanya muatan listrik.Listrik, dapat juga diartikan sebagai berikut:

• Listrik adalah kondisi karena adanya penarikan dan penolakan gaya diantaranya.

• Listrik adalah sumber energi yang disalurkan melalui kabel. Arus listriktimbul karena muatan listrik mengalir dari saluran positif ke salurannegatif.

Ada 2 jenis muatan listrik:Positif dan Negatif.Melalui eksperimen, muatan-sejenis saling menolak dan muatan-lawanjenis saling menarik satu sama lain.

Potensial Listrik• Beda potential antara titik A dan B, VB-VA, didefinisikan sebagai

perubahan energi potensial sebuah muatan, q, yang digerakkan dari A keB, dibagi dengan muatan tersebut.

• Potensial listrik merupakan besaran skalar• Potensial listrik sering disebut “voltage” (tegangan)

• Satuan potensial listrik dalam sistem SI adalah :

• Potensial listrik dari muatan titik q pada sebuah titik yang berjarak r darimuatan tersebut adalah : (anggap titik yang potensialnya nol terletak ditak berhingga)

1 1V J C

e

qV k

r

5

B A

PEV V V

q

Arus Listrik• Definisi: arus listrik adalah jumlah total

muatan yang melewati suatu lokasiper satuan waktu.

• Misalkan jumlah muatan Q yang melewati area A dalam selang waktu t, maka arus merupakanperbandingan antara muatan dan waktutersebut.

• Satuan SI untuk arus listrik adalah ampere (A).– 1 A = 1 C/s ( 1 C muatan yang melewati area

dalam selang waktu 1 s)

• Arus Konvensional dinyatakan sebagai aliranyang searah dengan pergerakan muatan positif.

• Pada konduktor logam seperti tembaga, aruslistrik merupakan pergerakan dari elektron(muatan negatif ).

t

QI

6

A

+

+

+

+

+

I

- -- v

Contoh :Jumlah muatan yang melewati filamen dari lampu bolam dalam 2.00 s adalah 1,67 C. Tentukan :

(a)arus listrik pada lampu

Solusi :

a.

1.67

2.000.835

Q CI

t sA

7

Arus Listrik

1. Listrik arus searah atau DC (Direct Current)adalah aliran arus listrik yang konstan dari potensial tinggi ke potensialrendah. Pada umumnya ini terjadi dalam sebuah konduktor sepertikabel, Dengan listrik arus searah jika kita memegang hanya kabel positif(tapi tidak memegang kabel negatif), listrik tidak akan mengalir ke tubuhkita (kita tidak terkena strum). Demikian pula jika kita hanya memegangsaluran negatif.

2. Listrik Arus bolak-balik (listrik AC -- alternating current) adalah arus listrik dimana besarnya dan arahnya arus berubah-ubahsecara bolak-balik. Jika kita memegang sumber listrik dan kaki kitamenginjak bumi atau tangan kita menyentuh dinding, perbedaantegangan antara kabel listrik di tangan dengan tegangan di kaki(ground), membuat listrik mengalir dari tangan ke kaki sehingga kitaakan mengalami kejutan listrik ("terkena strum").

Hukum Ohm

V IR

9

Georg Simon Ohm

(1787-1854)

I

V

I

V

Linier atau Ohmic Material

Non-Linier atau

Non-Ohmic Material

Semiconductors

e.g. diodes

Most metals, ceramics

R konstan dan tidak tergantung

terhadap ∆V

Contoh :

Sebuah setrika listrik menarik arus 2A ketikadihubungkan dengan sumber tegangan 220 V. Tentukan hambatan listrik dari seterika tersebut.

10

Hambat jenis (Resistivity) • Pergerakan elektron dalam konduktor mengalami hambatan oleh

adanya tumbukan dengan atom-atom di dalamnya.

• Nilai hambatan ini akan sebanding dengan panjang l dan berbanding terbalik dengan luas penampang A dari konduktor.

lR

A

11

• Konstanta kesebandingan ρ disebut hambat jenis bahan (resistivity) dengan satuan Wm.

• Konduktor mempunyai hambat jenis rendah dan Insulator mempunyaihambat jenis tinggi.

• Nilai hambat jenis tergantung lingkungan misalnya temperatur.

• α disebut temperature coefficient of resistivity.

• Sehingga untuk konduktor dengan luas penampang tetap berlaku :

1o oT T

1o oR R T T

12

13

Material Resistivity (10-8 Wm) Material Resistivity (10-8 Wm)

Silver 1.61 Bismuth 106.8

Copper 1.70 Plutonium 141.4

Gold 2.20 Graphite 1375

Aluminum 2.65 Germanium 4.6x107

Pure

Silicon

3.5 Diamond 2.7x109

Calcium 3.91 Deionized

water

1.8x1013

Sodium 4.75 Iodine 1.3x1015

Tungsten 5.3 Phosphorus 1x1017

Brass 7.0 Quartz 1x1021

Uranium 30.0 Alumina 1x1022

Mercury 98.4 Sulfur 2x1023

Resistivity of various materials

Energi dan Daya Listrik• Dengan adanya tumbukan pada proses pergerakan elektron dalam

konduktor maka energi listrik dapat berubah menjadi energi termal yang selanjutnya menghasilkan kalor. Contoh pemanas, setelika, toaster, lampu pijar.

• Laju perubahan energi ini disebut Daya P dengan satuan watt (joule/s)

• Dari hukum Ohm :

E QP V I V

t t

2

2V

P I V I RR

14

Pada sebuah lampu pijar tertulis 100W, 220V. Perkirakan

hambatan listrik dari lampu pijar tersebut!

Contoh :Sebuah pemanas listrik beroperasi 3 jam sehariselama 30 hari. Jika harga pemakaian listrik per kWh Rp. 300, berapakah biaya yang harusdikelurkan jika pemanas beroperasi pada tegangan120V dan menarik arus 15A.

tVItPE

15

Solusi

Biaya = Rp.300 x 162 = Rp. 48.600

= 15 (A) 120 (V) 3 (h) 30

= 162.000 Wh

= 162 kWh

Rangkaian Arus Searah

16

Syarat terjadinya arus dalam rangkaian :- Ada sumber tegangan ( Baterai, Generator, Accu, PLN)

- Rangkaian tertutup ( Close loop circuit )

I

V = IR

Vbat

+ - V = IR = Vbat

Hindari terjadinya hubung singkat ( R = 0 ohm )

Gunakan pembatas arus / sekering untuk pengaman rangkaian

IrIRE

IRIrEVAB

17

Baterai• Mengubah energi kimia menjadi energi listrik.

• Baterai membangkitkan gaya gerak listrik / EMF (E) dan

mempunyai hambatan dalam (r).

• Hambatan dalam makin lama membesar seiring dengan lama

pemakaian sehingga dikatakan baterai habis.

• Tegangan terminal VAB dirumuskan sebagai berikut :

E

r

R

A

B C

D

E

KOMPONEN ELEKTRONIKA

Resistor atau yang biasa disebut (bahasa Belanda) werstand,tahanan atau penghambat, adalah suatu komponen elektronikyang memberikan hambatan terhadap perpindahan elektron(muatan negatif).Resistor disingkat dengan huruf "R" (huruf R besar). Satuanresistor adalah Ohm, Kemampuan resistor untuk menghambatdisebut juga resistensi atau hambatan listrik.

Resistor

Berdasarkan penggunaannya, resistor dapat dibagi:1. Resistor Biasa (tetap nilainya), ialah sebuah resistor penghambat gerak

arus, yang nilainya tidak dapat berubah, jadi selalu tetap (konstan). Resistor ini biasanya dibuat dari nikelin atau karbon.

RESISTOR

Penghitungan Resistansi

Contoh

Hitunglah

Nilai Resistor berdasarkan Kode Angka

Contoh :Kode Angka yang tertulis di badanKomponen Chip Resistor adalah 4 7 3;Cara pembacaannya adalah :Masukkan Angka ke-1 langsung = 4Masukkan Angka ke-2 langsung = 7Masukkan Jumlah nol dari Angka ke 3 = 000 (3 nol) atau kalikan dengan 103Maka nilainya adalah 47.000 Ohm atau 47 kilo Ohm (47 kOhm)

Contoh-contoh perhitungan lainnya :222 → = 2.200 Ohm atau 2,2 Kilo Ohm103 → = 10.000 Ohm atau 10 Kilo Ohm334 → = 330.000 Ohm atau 330 Kilo OhmAda juga yang memakai kode angka seperti dibawah ini :(Tulisan R menandakan letaknya koma decimal)4R7 = 4,7 Ohm0R22 = 0,22 Ohm

2. Resistor Berubah (variable), ialah sebuah resistor yang nilainya dapat berubah-ubah dengan jalan menggeser atau memutar toggle pada alat tersebut. Sehingga nilai resistor dapat kita tetapkan sesuai dengan kebutuhan. Berdasarkan jenis ini kita bagi menjadi dua, Potensiometer, rheostat dan Trimpot

Resistor

Potensiometer Trimpot

3. Resistor NTC dan PTS, NTC (Negative Temperature Coefficient), ialah Resistor yang nilainyaakan bertambah kecil bila terkena suhu panas.

PTS (Positife Temperature Coefficient), ialah Resistor yang nilainya akanbertambah besar bila temperaturnya menjadi dingin.

LDR (Light Dependent Resistor), ialah jenis Resistor yang berubahhambatannya karena pengaruh cahaya. Bila cahaya gelap nilaitahanannya semakin besar, sedangkan cahayanya terang nilainyamenjadi semakin kecil.

Resistor

NTC PTS LDR

1 2 3 ...eqR R R R

27

Resistor dalam Rangkaian Seri

• Arus : I = I1 = I2

• Tegangan : V = V1 + V2

I Rt = I R1 + I R2

• Resistor : Rt = R1 + R2

• Untuk kombinasi seri berlaku :

• Rangkaian berprilaku sebagai pembagi

tegangan (voltage divider)

R1

A

B C

D

V

R2

1 2 3

1 1 1 1...

eqR R R R

28

Resistor dalam Rangkaian Paralel

• Tegangan : V = V1 = V2

• Arus : I = I1 + I2

V / Rt = V1 / R1 + V2 / R2

• Resistor : 1/Rt = 1/R1 + 1/R2

• Untuk kombinasi Paralel berlaku :

• Rangkaian berperilaku sebagai pembagi arus

(current divider)

R1

A

B C

D

V R2

29

Contoh Soal:

• V = 18 volt

• R1 = 2W ; R2 = 6W ; R3= 12W

• Hitung:

• Hambatan ekivalen pada

rangkaian tersebut

• Arus yang melalui masing-

masing hambatan

• Beda tegangan di C dan di D

(VCD = VC – VD)

R2

A

B C

D

V R3

R1

Jawab: Rek = 6W ; I1 = 3A, I2 = 2A , I3 = 1A ; VCD = 12 V

Contoh Soal

Rangkaian di bawah ini sering disebut sebagai rangkaian tangga

(ladder network). Tentukan tegangan pada tahanan-tahanan R2,

R4 dan R6.

)100(RR

RVV

RR

RVV

RR

RV

123456

2345622

3456

45644

65

66

Jawab :

4205

)20)(5(R201010R 45656

W

W

W

W

51010

)10)(10(R1046RRR

4205

)20)(5(R201010R

2345645633456

45656

V50)100(55

5)100(

RR

RV

123456

234562

V20)50(64

4V

RR

RV 2

3456

4564

V10)20(1010

10V

RR

RV 4

56

66

Contoh Soal

Tentukan arus yang melalui tahanan-tahanan R1, R3 dan R5.

I1I3 I5

1

34562

23 I

RR

RI

3

564

45 I

RR

RI

234561

1RR

100I

I1I3 I5

W

W

W

W

51010

)10)(10(R1046RRR

4205

)20)(5(R201010R

2345645633456

45656

A1055

100

RR

100I

234561

1

A5)10(1010

10I

RR

RI 1

34562

23

A1)5(205

5I

RR

RI 3

564

45

Kondensator (Capasitor) Kondensator (Capasitor) adalah suatu alat yang dapatmenyimpan energi di dalam medan listrik, dengan caramengumpulkan ketidakseimbangan internal darimuatan listrik. Satuan Farad.

Rangkaian Kapasitor

1 2V V V

36

+Q1

Q1

C1

V=Vab

a

b

+Q2

Q2

C2

1 2V V V

1 2Q Q Q 1 2eqC C C

Paralel

+Q1

Q1

C1

+Q2

Q2

C2

V=Vab

a

c

b

1 2Q Q Q 1 2

1 1 1

eqC C C

Seri

HUBUNGAN SERI :

Muatan sama

Tegangan dibagi-bagi

C1

V1

+Q1 -Q1

C2

V2

+Q2 -Q2

V

+Q -Q

21

21

VVV

QQQ

V

+Q -Q

Cgab

V

+Q -Q

Kapasitansi ekivalen (gabungan) Cgab :

21

2112

121

2121

21

21

2

2

1

121

222111

11111

1111

CC

CCC

CCCCC

CCQ

V

CCQV

C

Q

C

QVVV

C

QV

C

QVQQQ

VCQVCQ

V

QC

N

i igabgab

gab

HUBUNGAN PARALEL:

Muatan dibagi-bagi

Tegangan sama 21

21

VVV

QQQ

Kapasitansi ekivalen (gabungan) Cgab:

2112

N

1i

igabgab

212121

2211221

222111

gab

CCC

CCV

QC

V)CC(VCVCQQQ

VCQVCQVVV

VCQVCQ

V

QC

C1

V1

+Q1 -Q1

C2

V2

+Q2 -Q2

V

+Q -Q

V

+Q -Q

Cgab

V

+Q -Q

Contoh Soal

Tiga buah kapasitor C1 = 3 F, C2 = 1 F dan C3 = 2 F dirangkai

seperti terlihat pada gambar di bawah ini. Rangkaian ini dihubungkan

dengan sumber tegangan 2 volt. Hitunglah :

a). Kapasitansi ekivalen rangkaian tersebut.

b). Besarnya muatan yang tersimpan pada C3.

F5,133

)3)(3(

CC

CCCC

:seriC&C

F3)21(CCC

:paralelC&C

F2CF1CF3C

231

231123eq

231

3223

32

321

Jawab :

a)

C3)2)(5,1(

VCQQQ:Seri

F5,1C

123123231123

123

C2)1)(2(VCQ

V13

3

C

QV

VVV:Paralel

333

23

2323

3223

Jawab :

b)F2CF1CF3C 321

Soal Latihan

Hitung besarnya muatan pada kapasitor 15 F dari rangkaian di

bawah ini.

15V

7,5F 15F

45F

Jawab : 150 C

Contoh Soal

Tentukan muatan pada masing-masing kapasitor pada saat :

a) Saklar S1 ditutup dan S2 dibuka.

b) Saklar S1 dan S2 ditutup.

C1 = 1F

C2 = 2F

C3 = 3F

C4 = 4F

S1

S2

12 V

Jawab :

a) S1 ditutup

C1 = 1F

C2 = 2F

C3 = 3F

C4 = 4F

S1

S2

12 V

3

4

42

)4)(2(

CC

CCC

4

3

31

)3)(1(

CC

CCC:Seri

42

4224

31

3113

12

25

12

169

3

4

4

3: 24131234

CCCParalel

C13 = 3/4

C24 = 4/3

12 V12V

C1234 = 25/9

C1 = 1F

C2 = 2F

C3 = 3F

C4 = 4F

S1

S2

12 V

C16QQQ

C9QQQ:Seri

2442

1331

16)12(3

4VCQ9)12(

4

3VCQ

V12VVV:Paralel

242424131313

12342413

C13 = 3/4

C24 = 4/3

12 V12V

C1234 = 25/9

Jawab :

b) S1 dan S2 ditutup

C1 = 1F

C2 = 2F

C3 = 3F

C4 = 4F

S1

S2

12 V

2,25)12(10

21VCQ

10

21

73

)7)(3(

CC

CCC:Seri

123412341234

3412

34121234

743CCC321CCC:Paralel 43342112

12 V12V

C1234 = 21/10C12=3 C34=7

6,37

2,25

C

QV4,8

3

2,25

C

QV

2,25QQQ:Seri

34

3434

12

1212

12343412

F4,14)6,3)(4(VCQF8,10)6,3)(3(VCQ

F8,16)4,8)(2(VCQF4,8)4,8)(1(VCQ

6,3VVV4,8VVV:Paralel

444333

222111

34431221

C1 = 1F

C2 = 2F

C3 = 3F

C4 = 4F

S1

S2

12 V 12 V12V

C1234 = 21/10C12=3 C34=7

48

Contoh :

Dua buah kapasitor masing-masing dengan muatan 3

mF dan 6 mF dihubungkan pararel melalui batere 18 V.

Tentukan kapasitansi ekuivalen dan jumlah muatan yang

tersimpan

Contoh :

Dua buah kapasitor masing-masing dengan muatan 3

F dan 6 F dihubungkan seri melalui batere 18 V.

Tentukan kapasitansi ekuivalen dan jumlah muatan

yang tersimpan

Contoh Soal:

• Empat buah kapasitor masing-masing kapasitasnya C, dirangkai seperti pada gambar di bawah ini. Rangkaian yang memiliki kapasitas 0,6 C adalah,

A. B. C.

D. E.

49

JAWAB : D

Dioda

• Dioda adalah piranti semikonduktor denganbahan tipe-n yang menyediakan elektron-elektronbebas dan bahan tipe-p yang disatukan (P-N junction).

• Dioda merupakan suatu piranti dua elektrodadengan arah arus yang tertentu, dapat jugadikatakan dioda bekerja sebagai penghantar bilategangan listrik diberikan dalam arah tertentu tetapidioda akan bekerja sebagai isolator bila teganganyang diberikan dalam arah berlawanan daripergerakan elektron pembentuknya.

Symbol dan Komponen

Karakteristik Dioda

Jenis DiodaDioda adalah sambungan bahan positif -negatif yang berfungsi terutamasebagai penyearah tegangan.Bahan tipe-positif menjadi sisi anode sedangkan bahan tipe-negatif menjadikatode.

• Dioda pemancar cahaya atau LED

(Light Emmiting Dioda) adalah dioda

yang memancarkan cahaya.

Jenis Dioda

Dioda laser digunakan untuk

membangkitkan sinar laser taraf

rendah, cara kerjanya mirip LED

Dioda Zener digunakan untuk regulasitegangan. Fungsi utamanya adalah untukmenstabilkan tegangan

Dioda foto (fotovoltaic) digunakan

untuk mengubah energi cahaya

menjadi energi listrik searah

Dioda Sebagai Penyearah

Transistor

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat,

sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi

tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya.

Aplikasi: Amplifier, Saklar, Audio, Tegangan Tinggi, dan lain-lain

Symbol dan komponen

Transistor Sebagai Saklar

59

NPN

12 Volt

Battery

12 Volt

Battery

Computer can

send a signal to turn

on the transistor which

then turns on the light

NPN

Transistor

Light

Mechanical Switch Circuit Transistor Switch Circuit

Switch open

Light off = 0

Switch close

Light on = 1

Input = 0

Light off

Input = 1

Light on

Aplikasi

Integrated Circuit (IC)Integrated Circuit atau Sirkuit Terpadu (IC) adalah komponen dasar yang

terdiri dari resistor, transistor dan lain-lain. IC adalah komponen yang dipakai

sebagai otak peralatan elektronika.

Pada komputer, IC yang dipakai adalah mikroprosesor. Dalam sebuah

mikroprosesor Intel Pentium 4 dengan ferkuensi 1,8 trilyun getaran per detik

terdapat 16 juta transistor, belum termasuk komponen lain.

IC mempunyai ukuran seukuran tutup pena sampai ukuran ibu jari dan dapat

diisi sampai 250 kali dan digunakan pada alat elektronika seperti:

• Telepon

• Kalkulator

• Handphone

• Radio

• Komputer

Symbol dan komponen

62

An integrated circuit (IC) consists of multiple transistors. The number of transistors

can vary from just a few (circuits shown below), to several million that are in a

(Pentium microprocessor).

6 Transistors in one ICThis IC has 6 inverters

An inverter contains

6 Transistors = 36 total

Functions

Inverters

Gates

Flip flops

Counters

Memory

MPU

Watch IC’s

Calculators IC’s

Microwave Timer IC’s

Radio IC’s

Dialer IC’s

Car Controller IC’s

Integrated Circuit (IC)

63

1975 1980 1985 1990 1995 2000

1K

TransistorsCapacity

Microprocessor Road Map

100K

68000/80186

6800/8080

1970

68020/80286

68040/80486

1M68030/80386

10K

10M PowerPC/Pentium

Year of Introduction

Every 18 months cpu’sdouble in density andperformance, while stillholding prices the same

PowerPC/Pentium

Mac iMacApple 2E

IBM

8080

Power

Mac

IBM

386

IBM

486

IBM

Pentium

PowerPC/Pentium

20M

Printed Circuit BoardPrinted Circuit Board atau PCB adalah sebuah papan yang penuh dengan

sirkuit dari logam yang menghubungkan komponen elektronik satu sama

lain tanpa kabel.

Latihan buat!

Terima Kasih