BAB II

KOMPONEN ELEKTRONIKA

Pada bagian ini akan dibahas tentang beberapa komponen elektronika

dasar yang merupakan bagian penting pembentuk sistem rangkaian pengolah

sinyal AC ataupun DC. Scara umum komponen elektronika dikelompokkan

menjadi dua bagian yaitu:

Komponen pasip terdiri dari resistor, Capasitor, Induktor dan sejenisnya.

Komponen aktip yang terdiri dari transistor, Op-Amp dan sejenisnya.

2.1 Resistor

Resistor adalah komponen elektronika pasif yang berfungsi sebagai penahan,

pembagi arus dan tegangan listrik. Jenis resistor sangat beragam ditinjau dari bahan

pembentuknya dan nilai parameternya. Dua parameter utama resistor antara lain :

1. Nilai resistansin (Ω)

2. Nilai disipasi daya (Watt)

Dari nialai resistansinya, resistor dikelompokkan menjadi dua bagian yaitu :

1. Resistor dengan nilai resistansi tetap

2. Resistor dengan nilai resistansi Variable

2.1.1 Resistor tetap

Resistor secara umum disimbolkan seperti gambar 2.1 dan gambar

komponen secara riil pada gambar 2.2.

Gambar 2.1 Simbol resistor

a. Resistor tetap

b.Resistor variabel

Gambar 2.2 gambar resistor secara riil

Konstruksi dalam resistor bisa dilihat pada gambar 2.3

Gambar 2.2 gambar konstruksi dalam resistor

a. Resistor dari bahan karbon

b. Resistor dari bahan lilitan kawat

b. Resistor dari bahan lilitan kawat

a. Resistor dari bahan karbon

Niliai resistansi sebuah resistor, tertulis pada fisiknya. Untuk resistor dari

bahan karbon nialai resistansinya ditulis dalan bentuk kode warna, untuk

resistor dari bahan lilitan kawat nialai resistansinya ditulis dalam bentuk angka,

seperti terlihat pada gambar 2.1

Tabel 2.1 Kode warna resistor.

Warna Angka Faktor pengali Toleransi

Hitam 0 100 1 %

Coklat 1 101 2 %

Merah 2 102 2 %

Jingga 3 103 -

Kuning 4 104 -

Hijau 5 105 -

Biru 6 106 -

Ungu 7 107 -

Abu-abu 8 108 -

Putih 9 109 -

Emas - 10-1 5 %

Perak - 10-2 10 %

Polos - - 20 %

Note : Cincin 1-2 adalah angka pertama dan ke dua Cincin 3 faktor pengali Cincin 4 toleransi

Untuk memudahkan pembacaan kode cincin warna pada resistor, dapat

digunakan tabel 2.1.

Contoh :

1. Sebuah resistor dengan kode warna kuning, ungu, merah dan emas, maka

resistor tersebut mempunyai nilai resistansi 4700Ω atau 4k7Ω dengan

nilai toleransi 5%.

2. Sebutkan warna dari resistor : 2k7Ω, 47kΩ, 56Ω, 56kΩ, 1MΩ

Niali resistansi resitor yang ada di pasaran sangat terbatas, yaitu hanya

sejumlah pada standat nilai E-12 dan E-24 seperti pada tabel 2.2.

Tabel 2.2 Standart nilai resistor

E-12 E-24

1,0 3,3 1,0 1,8 3,3 5,6

1,2 3,9 1,1 2,0 3,6 6,2

1,5 4,7 1,2 2,2 3,9 6,8

1,8 5,6 1,3 2,4 4,3 7,5

2,2 6,8 1,5 2,7 4,7 8,2

2,7 8,2 1,6 3,0 5,1 9,1

Untuk mendapatkan nilai resistansi di luar nilai standart E-12 dan E24 dapat

digunakan cara menyusun resistor secara serial atau pararel seperti gambar 2.3 a

dan 2.3 b

Gambar. 2.3 Susunan resistor

Nilai resistansi untuk :

Serial R(a-b) = R1 + R2 ....................................................................... 2.1

Pararel =

atau ....................... 2.2

Contoh :

1. Untuk nilai resistansi 3kΩ, diperlukan 2 resistor 1k5Ω yang disusun

secara seri sebagai berikut dengan R1=R2=1k5Ω .(gunakan pers. 2.1)

2. Untuk nilai resistansi 750Ω, diperlukan2 resistor 1k5Ω yang disusun

secara pararel R1=R2=1k5Ω. (gunakan pers. 2.2).

3. Hitung berapa resistansi total (Ra-b) dari gambar rangkaian resistor

berikut:

Jika R1 = 15 kΩ , R2 = 33kΩ, R3 = 18kΩ dan R4 = 39kΩ

2.1.2 Resistor Variabel

Resistor variabel merupakan jenis resistor yang nilaia resistansinya

dapat dirubah. Perubahan nilai resistansi tersebut bisa disebabkan karena

mekanis (Potensio meter), optic ( LDR), ataupun temperatur (PTC dan

NTC). Pada gambar 2.4 memperlihatkan betuk fisik dari komponen

tersebut.

a. Jenis-jenis potensio meter

b. Ligth Dependent Resistor (LDR)

c.

.

c. Positif temperatur coefisien ( PTC) dan NTC

Gambar 2.4 Betuk fisik resistor variabel.

Setiap resistor, selain memiliki nilai resistansi juga memiliki nilai disipasi daya.

Nialai tersebut biasanya dituliskan pada fisik komponen untuk resistor dari

bahan lilitan kawat, untuk resistor dari bahan karbon dibedakan dari ukuran fisik

seperti terlihat pada gambar 2.5

Gambar 2.5 Betuk fisik variasi disipasi daya resistor karbon.

2.1.3 Fungsi resistor

Fungsi utama resistor dalam rangkaian tertutup adalah untuk merubah

tegangan menjadi arus atau sebaliknya, juga sebagai bembagi tegangan

dan arusn dengan persamaan 2.3 dan 2.4 sesuai “Hukum Kircof”

tegangan dan arus listrik yaitu :

1. Arus yang mengalir pada rangkaian seri memiliki nilai sama.

2. Dalam sebuah rangkaian, jumlah arus yang masuk sama dengan

jumlah arus yang keluar percabangan.

3. Tegangan listik dalam rangkaian seri nilainya terbagi sesuai nilai

resistansinya, untuk rangkaian pararel nilai tegangannya sama.

Resistor sebagai pembagi tegangan :

VR1 = ............................................................... 2.3

Resistor sebagai pembagi arus :

IR1 = ............................................................ 2.4

Contoh :

1. Pada gambar berikut hitung arus dan tegangan :

a. I total yang mengalir pada rangkaian.

b. I ac, Icb, Vac, Vcb.

c. P (daya) pada Rac dan Rcb

Solusi :

1a. I total =

1b. I total = I Rac = I Rcb,

VRac = =

Vcb = Vs – VRac = 12V – 3V = 9V

1c. Ptot = P Rac + P Rcb

= ( I tot x VRac ) + ( I tot x V Rcb ) = 0,3mW + 2,7mW = 3mW

2. Amati gambar berikut dengan nilai R dan tegangan sumbernya :

a. Hitung berapa I, V dan P masing-masing resistor.

b. Hitung berapa I dan P yang harus disediakan oleh sumber.

2.1.4 Sifat resistor pada frekwensi tinggi

Sebuah resistor pada frekwensi tinggi mengalami perubahan karak

teristik intrinsik, hal ini disebabkan munculnya sifat capasitif (Cp) dan

induktansi parasitik (Ls), sehingga tidak lagi bersifat resistif murni, hal ini

bisa dilihat pada gambar.2.6

Gambar. 4.6 Rangkaian setara sebuah resistor

Ls adalah induktansi setara dan Cp adalah capasitansi pararel setara yang

muncul saat resistor dalam rangkaian dioperasikan pada frekwensi tinggi,

hal ini mengakibatkan sifat resistif dari resistor akan dibatasi oleh

frekwensi yang digunakan, nilai resistansi dan bahan pembentuk resistor

atau bisa disebut resistor mempunyai daerah opersi frekwensi tertentu.

Pada frekwensi tertentu bersifat capasitif dan frekwensi yang bersifat

induktif. Resistor dari bahan karbon dan film karbon dapat digunakan

hingga frekwensi 50 Mhz, sedangkan resistor dari bahan lilitan kawat

Tabel 2.2 Konstanta bahan dielektrik

Bahan Dielektrik Konstanta (k)

Udara vakum 1

Aluminium oksida 8

Keramik 100-1000

Gelas 8

Polyethylene 3

hanya dapat digunakan utuk frekwensi pada orde ratusan KHz, karena sifat

induktifnya terlalu besar.

2.2 Kapasitor

Kapasitor meupakan komponen pasif yang dibuat untuk mendapatkan

kapasitansi muatan liatrik tertentu. Kapasitor tersusun dari dua buah lempeng

logam sejajar yang dipisahkan oleh bahan isolator (Sutrisno, 2009) ,seperti

ditunjukkan pada gambar 2.7, dengan nilai kapasitansi :

……………………………………………… 2.5

Dengan : C = Kapasitansi Ke = Konstanta dielektrik ɛo = Permitivitas vakum A = Luas plat

D = Jarak plat

Nilai konstanta bahan dielektrikum ditunjukkan pada tabel 2.2.

Gambar. 2.7 Konstruksi sebuah kapasir

Secara fisik kapasitor dibedakan menjadi dua bagian, kapasitor dengan

nilai tetap dan variabel. Untuk kapasitor dibedakan menjadi kapasitor polar dan

non polar. Bentuk konstuksi capasitor secara umum diperlihatkan pada gambar

2.8

Bambar 2.8 (a) Capasitor bentuk tabung (b) Capasitor Bentuk pipih Ada beberapa jenis capasitor yang dibuat oleh pabrik, jenis-jenis tersebut

dibedakan oleh bahan elektrode yang dipakai, antara lain :

2.2.1 Kapasitor dengan niai tetap

a. Electrolytic Capacitor

Gambar 2.9 Electrolytic Capacitor

Kelompok kapasitor electrolytic terdiri atas kapasitor-kapasitor yang

bahan dielektriknya adalah lapisan metal-oksida. Elektrode kapasitor ini terbuat

alumunium yang menggunakan membran oksidasi tipis. Umumnya kapasitor

(a) (b)

yang termasuk kelompok ini adalah kapasitor polar dengan tanda (+) dan( - ) di

badannya. Untuk mendapatkan permukaan yang luas, bahan plat Aluminium ini

biasanya digulung radial. Sehingga dengan cara itu dapat diperoleh kapasitor

yang kapasitansnya besar.Biasanya jenis kapasitor ini digunakan pada rangkaian

power supply, low pass filter, dan rangkaian pewaktu. Kapasitor ini tidak bisa

digunakan pada rangkaian frekuensi tinggi karena konsktruksi logam

didalamnya berbentuk lilitan (koil) .

b. Capacitor Tantalum

Gambar 2.10 Capacitor Tantalum

Capasitor jenis ini pada gambar 2.9 merupakan jenis electrolytic

capacitor yang elektrodenya terbuat dari material tantalum . Komponen ini

memiliki polaritas, cara membedakannya dengan mencari tanda (+) yang ada

pada tubuh kapasitor, tanda ini menyatakan bahwa pin di bawahnya memiliki

polaritas positif. Karakteristik temperatur dan frekuensi lebih bagus daripada

electrolytic capacitor yang terbuat dari bahan alumunium.

c. Kapacitor kramic

Gambar 2.11 Capacitor keramic

Kapasitor kramik menggunakan bahan titanium acid barium untuk

dielektrik- nya. Karena tidak dikonstruksi seperti lilitan (koil) maka komponen

ini dapat digunakan pada rangkaian frekuensi tinggi. Untuk perhitungan-

perhitungan respons frekuensi dikenal juga satuan faktor qualitas Q (quality

factor) yang tak lain sama dengan 1/DF. Biasanya digunakan untuk

melewatkan sinyal frekuensi tinggi menuju ke ground. Kapasitor ini tidak

baik digunakan untuk rangkaian analog, karena dapat mengubah bentuk

sinyal. Jenis ini tidak mempunyai polaritas dan hanya tersedia dengan nilai

kapasitor yang sangat kecil dalam orde sa uan nano-pico farad (pf).

d. Capacitor Multilayer Ceramic

Gambar 2.8 Multilayer Ceramic Capacitor

Bahan material untuk kapasitor ini sama dengan jenis kapasitor

keramik, bedanya terdapat pada jumlah lapisan yang menyusun dielektriknya.

Pada jenis ini dielektriknya disusun dengan banyak lapisan atau biasanya

disebut dengan layer dengan ketebalan 10 sampai dengan 20 µm dan pelat

elektrodenya dibuat dari logam yang murni. Selain itu ukurannya kecil dan

memiliki karakteristik suhu yang lebih bagus daripada kapasitor keramik,

biasanya jenis ini baik digunakan untuk aplikasi atau melewatkan frekuensi

tinggi menuju tanah.

e. Polyester Film Capacitor

Gambar 2.11 Kapacitor Polyester Film

Dielektrik pada kapasitor ini terbuat dengan polyester film. Mempunyai

karakteristik suhu yang lebih bagus dari pada semua jenis kapasitor di atas.

Dapat digunakan untuk frekuensi tinggi. Biasanya jenis ini digunakan untuk

rangkaian yang menggunakan frekuensi tinggi, dan rangkaian analog. Kapasitor

ini biasanya disebut milar dan mempunyai toleransi sebesar ±5% sampai ±10%.

Ada beberapa kapasitor sejenis milar seperti Polypropylene Capacitor,

Kapasitor Mika, Polystyrene Film Capacitor.

2.2.2 Kapasitor dengan niai Variabel

a. Trimmer Capacitor

Gambar 2.14 Trimmer Capacitor

Kapasitor jenis disamping menggunakan keramik atau plastik

sebagai bahan dielektriknya. Nilai dari kapasitor dapat diubah–ubah dengan

cara memutar sekrup yang berada diatasnya.

b. Tuning Capacitor

Gambar 2.15 Tuning Capacitor

Kapasitor ini disebut sebagai Varco, biasanya digunakan sebagai pemilih

gelombang pada radio. Jenis dielektriknya menggunakan udara. Nilai

kapasitansinya dapat diubah dengan cara memutar gagang varco.

Nilai Kapasitor

Nilai kapasitor biasanya ditulis pada fisiknya dalam bentuk angka

misalnya 1 uF atau 100.000 uF untuk kapasitor jenis tantalum dan elektrolit

(polar), kode angka atau warna misalnya 102 berarti 1nF atau 103 berarti 10 nF

untuk kapasitor jenis Polypropylene Capacitor, Kapasitor Mika, Polystyrene

Film Capacitor (non polar). Seperti halnya pada resistor, tidak semua nilai

kapasitor yang diperlukan ada di pasaran, sehingga untuk mendapatkan suatu

nilai capasitor digunakan susunan kapasitor serial atau pararel seperti pada

gambar 2.16

Gambar 2.16 Susunan kapasitor seri

1/Ctot = 1/C1+1/C2+1/C3 ............................................................................. 2.6

Gambar 2.17 Susunan kapasitor pararel

C = C1 + C2 + C3 ......................................................................................... 2.7

Karakteristik Kapasitor

Kapasitor mika mampu menerima tegangan sampai ribuan volt pada rangkaian

frequency tinggi. Kapasitor untuk rangkaian frekuensi tinggi electron-elektron

harus mengisi plat-plat logam dan mengisi dielektrikumnya.

Pada saat arus berubah arah electron-elektron harus meningkatkan dielektrikum.

Perubahan arah arus yang terjadi pada kapasitor terhalangi oleh rintangan yang

disebut hysterisis kapasitif.

Sifat-sifat kapasitor pada umumnya :

a. Terhadap tegangan dc merupakan hambatan yang sangat besar.

b. Terhadap tegangan ac mempunyai resistansi yang berubah-ubah sesuai

dengan frequencykerja.

c. Terhadap tegangan ac akan menimbulkan pergeseran fasa, dimana arus

900 mendahului tegangannya.

Resistansi dari sebuah kapasitor terhadap tegangan ac disebut reaktansi.

Disimbolkan dengan Xc, besarnya reaktansi kapasitor ditulis dengan rumus :

…………………………………………………………..

2.8

Dengan : Xc = Reaktansi kapasitif (ohm)

f = frekuensi kerja rangkain dalam satuan hertz

c = kapasitansi (farad)

2.3 Induktor

Sebuah induktor atau reaktor adalah komponen elektronika pasif yang

dapat menyimpan energi dalam bentuk medan magnet yang timbul karena arus

listrik yang melintasinya. Kemampuan induktor untuk menyimpan energi

magnet ditentukan oleh induktansinya dalam satuan Henry. Biasanya sebuah

induktor tersusun dari kawat penghantar yang dibentuk menjadi kumparan.

Fungsi Induktor

1. Penyimpan arus listrik dalam bentuk medan magnet

2. Menahan arus bolak-balik/ac

3. Meneruskan/meloloskan arus searah/dc

4. Sebagai penapis (filter)

5. Sebagai penala (tuning)

Jenis Induktor:

1. Fixed coil, yaitu inductor yang memiliki harga yang sudah pasti.

Biasanya dinyatakan dalam kode warna seperti yang diterapkan pada

resistor, dalam satuan mikrohenry (μH) seperti gambar 2.18 a.

2. Variable coil, yaitu inductor yang nilainya dapat diubah, contohnya

adalah coil yang digunakan dalam radio, seperti gambar 2.18 b.

3. Choke coil (kumparan redam), yaitu coil yang digunakan dalam teknik

sinyal frekuensi tinggi, seperti gambar 2.18 c.

(a) Induktor tetap (b) Induktor variabel (c) RFC

Gambar 2.18 Induktor

Bahan Induktor

Sebuah induktor biasanya dikonstruksi sebagai sebuah lilitan dari bahan

penghantar, biasanya kawat tembaga yang digulung pada inti berupa udara, besi

atau bahan feromagnetik seperti gambar 2.19. Induktor frekuensi rendah

biasanya dibuat menggunakan baja laminasi untuk menekan arus eddy. Ferit

lunak biasanya digunakan sebagai inti pada induktor frekuensi tingi,

dikarenakan ferit tidak menyebabkan kerugian daya pada frekuensi tinggi seperti

pada inti besi, disamping itu ferit mempunyai lengkung histeresis yang sempit

dan resistivitasnya yang tinggi untuk mencegah arus eddy. Induktor dibuat

dengan berbagai bentuk, sebagian besar dikonstruksi dengan menggulung kawat

tembaga email disekitar bahan inti. Beberapa induktor mempunyai inti yang

dapat diubah letaknya, yang memungkinkan pengubahan induktansi.

Gambar 2.19 Induktor

Faktor Q

Sebuah induktor ideal tidak menimbulkan kerugian terhadap arus yang

melewati lilitan. Tetapi, induktor pada umumnya memiliki resistansi lilitan dari

kawat yang digunakan untuk lilitan. Karena resistansi lilitan terlihat berderet

dengan induktor, ini sering disebut resistansi deret. Resistansi deret induktor

mengubah arus listrik menjadi tegangan, yang menyebabkan pengurangan

kualitas induktif. Faktor kualitas atau “Q” dari sebuah induktor adalah

perbandingan reaktansi induktif dan resistansi deret pada frekuensi tertentu, dan

ini merupakan efisiensi induktor. Semakin tinggi faktor Q dari induktor,

induktor tersebut semakin mendekati ideal.

Faktor Q dari sebuah induktor dapat diketahui dari rumus berikut, dimana R

merupakan resistansi internal dan adalah resistansi induktif pada resonansi:

....................................... 2.9

Dengan menggunakan inti feromagnetik, induktansi dapat ditingkatkan untuk

jumlah tembaga yang sama, sehingga meningkatkan faktor Q. Inti juga

memberikan kerugian pada frekuensi tinggi. Bahan inti khusus dipilih untuk

hasil terbaik pada jalur frekuensi tersebut. Pada VHF atau frekuensi yang lebih

tinggi, sebaiknya digunakan inti udara.

Susunan Induktor

Induktor dalamsusunan pararel memiliki beda potensial yang sama. Untuk

menemukan induktansi ekivalen total (Leq):

................................................ 2.10

Arus dalam induktor susunan seri adalah sama, tetapi tegangan yang

membentangi setiap induktor bisa berbeda.

......................................... 2.11

Hubungan tersebut hanya benar jika tidak ada kopling magnetis antar kumparan.

Energi yang tersimpan dalam Induktor

Energi yang tersimpan di induktor ekivalen dengan usaha yang dibutuhkan

untuk mengalirkan arus melalui induktor, dan juga medan magnet:

................................................ 2.12

Dimana L adalah induktansi dan I adalah arus yang melalui induktor.

2.4. Komponen Penunjang

Dari komponen elektronika pasif yang telah dipaparkan, Resistor, kapasitor dan

induktor ada beberapa komponen penunjang dalam sistem elektronika antara

lain :

Switch/Saklar Fungsi : Memutus dan menyambungkan jalur rangkaian, sehingga arus

berhenti atau mengalir dalam rangkaian.

(a) (b)

Gambar 2.20 Saklar(a) Simbol (b) Gambar benda

Relay

Fungsi : Memutus dan menyambungkan jalur rangkaian seperti saklar, tapi

digerakkan oleh arus melalui kumparan, sehingga menimbulkan

medan magnet yang akan menggerakkan saklar dalam relay.

(a) (b)

Gambar 2.21 Relay (a) Simbol (b) Gambar benda

Transformator (Trafo)

Trafo adalah komponen elektronika pasif yang tersusun dari dua

kumparan kawat primer dan sekunder yang dililitkan pada satu inti besi

seperti terlihat pada gambar 2.22. Salasatu fungsi travo adalah merubah

level tegangan AC dari tinggi ke rendah atau sebaliknya (step up/step

down) dengan cara induksi magnetik

(a) (b)

Gambar 2.22 Relay (a) Simbol (b) Gambar benda

Ada beberapa jeni strafo dengan fungsi yang berbeda antara lain :

Kabel

. Bahan utama sebuah kabel adalah tembaga, tapi umumnya tembaga yg

tersedia tidak murni. Akibat yang akan timbul dari tembaga tak murni

adalah, mudah teroksidasi jika terjadi kontak dengan udara.

Untuk menghindarinya, beberapa pabrik pembuat kabel memberi label

OFC atau Oxygen Free Cable. Artinya kabel itu memiliki pembungkus

yang sangat baik sehingga oksigen tidak dapat masuk sampai ke bagian

tengah kabel. Untuk menghindari oksidasi, pabrik melapisi tembaga

dengan seng.

Perkembangan teknologi telekomunikasi menuntut peningkatan

kecepatan pengiriman data, sehingga data yang semula berbentuk energi

listrik dirubah dalam bentuk cahaya. Oleh karena itu media saluran yang

digunakan disesuaikan ke bahan fiber optic. Beberapa struktur, jenis,

kegunaan dan karakteristik kabel tembaga dapat dilihat pada gambar 2.23,

sedangkan untuk bahan fiber optik pada gambar 2.24.

(a) Konsuksi kabel coaxial (b) Jenis kabel coaxial

(c) Efek resistif, Induktif dan capasitif RF pada kabel coaxial

(d) Redaman pada beberapa jenis kabel coaxial

(e) Kabel RF (f) Kabel Jaringan Komputer/ UTP

Gambar 2.23 Jenis dan karakteristik kabel

Kabel fiber Optik

(a) Struktur kabel serat optic

(b) Pola penyaluran data pada saluran optic

Gambar 2.4 Karakteristik kabel serat optic

Konektor

Conector merupakan komponen penting pada teknik penyambungan

kabel dari bahan tembaga atupun fiber optic, hal ini dikarenakan pada

penggunaan kabel untuk penyaluran frekwensi tinggi mengalami perubahan

karakteristik seperti pada gambar 2.23 c dan d. Untuk mempertahan kondisi

karakteristik pada sambungan kabel diperlukan conektor yang mampu

dilalui sinyal frekwensi tinggi seperti pada gambar 2.25.

Gambar 2.25 Konector seri SMA