bahan elka dasar bab i-iv

1919

Gambar 1.1 Gelombang AC

Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Politeknik Negeri Malang

BAB I

KONSEP ARUS DAN TEGANGAN LISTRIK

Pada bagian ini akan dibahas tentang arus dan tegangan listrik secara

singkat sebagai langkah awal memhami komponen dan rangkaian elektronika

telekomunikasi secara umum, yang meliputi arus dan tegangan bolak-balik

(Alternating Current) AC serta arus dan tegangan searah (Direct Current) DC.

1.1 Tegangan AC (Alternating Current)

Penjelasan secara grafik tentang arus dan tegangan AC dapat dilihat pada

gambar 1.1

Pada gambar 1.1 Gelombang AC terdapat tiga parameter penting yaitu :

a. Amplitude atau tegangan listri (V) dengan satuan volt.

b. Perioda (T) dengan satuan detik atau F=1/T dengan satuan Herz (Hz).

c. Sudut fasa dengan satuan derajad.

Tegangan AC pada wilayah arus kuat bersumber dari jala-jala listrik

PLN atau pembangkit listrik lain misalnya mesin disel. Tegangan listrik AC

yang dimaksudkan biasanya digunakan sebagai sumber daya listrik penggerak

atau penerangan dengan nilai amplitude pada kisaran ratusan volt, misalnya 220

Vac. Sedangkan tegangan AC pada wilayah arus lemah khususnya pada bidang

Elektronika Telekomunikasi nilai amplitudenya pada kisaran milivolt (mV)

sampai satuan volt yang digunakan sebagai sinyal masukan pada sistem

elektronika yang dibangkitgan dari generator fungsi atau osilator.

Komponen Elektronika Dasar → JTD

1919


Fungsi tegangan AC pada wilayah arus kuat, selain digunakan sebagai

sumber daya AC, juga digunakan sebagai sumber daya DC dengan proses

penyearahan gelombang yang akan dibahas kemudian pada bahasan penyearah.

Beberapa variasi bentuk gelombang AC dapat dilihat pada gambar 1.2

Gambar 1.2 Variasi bentuk tegangan AC

1.2 Tegangan DC (Direct Current)

Gambar 1.3 Tegangan DC


Amplitude

t

- X V

0

+X V

1919


Tegangan dan arus DC adalah tegangan searah, menempati satu posisi

saja terhadap sumbu nol, yaitu pada posisi positif terhadap sumbu nol atau

negatif terhadap sumbu nol dan mempunyai nilai konstan terhadap waktu. Hal

ini bisa dilihat pada gambar 1.3.

1.3 Hukum Ohm

Seluruh nilai tegangan dan arus listrik dapat diatur levelnya

menggunakan “kwadran” Hukum Ohm seperti ditunjukkan pada gambar. 1.4

WWW. Electroniclab.com

Gambar 1.4 (Hukum Ohm)

Dengan :

V = Tegangan listrik (Volt)

I = Arus listrik (Amper)

R = Resistansi atau beban (Ohm)

P = Daya (Watt)

Pada gambar 1.3 dapat dilihat hubungan antara tegangan, arus, resistansi

dan daya yang saling mepengaruhi. Hal ini akan terjadi hanya jika empat unsur

listrik tersebut berada pada suatu rangkaian tertutup /close loop seperti pada

gambar 1.4. Berapa besarnya nilai arus yang mengalir (I) tergantung nilai


1919


tegangan ( V ) dan resistansi ( R) dalam rangkaian sesuai dengan ketentuan

hukum ohm.

Khusus masalah resitansi akan dibahas pada bagian tersendiri, karena

resitansi dalam sebuah rangkaian elektronika bisa berupa resistor murni dengan

simbol (R) atau resistansi dalam sebuah sistem yang dikenal sebagai impedansi

dengan simbol (Z).

Gambar. 1.5 ( Rangkaian tertutup / Close loop)

Contoh :

1. Dalam sebuah rangkaian tertutup pada Gb. 1.5 disediakan tegangan

sebesar 12 Vdc dan resistor 12k ohm.

Berapa arus yang mengalir pada rangkaian dan daya yang harus

disediakan oleh sumber tegangan tersebut ?.

Solusi :

Sesuai hukum ohm pada Gb.1.3 I=V/R, arus yang mengalir

adalah sebesar I= 12V/ 12000 ohm = 1 mA.

Daya yang harus disediakan oleh sumber adalah :

P = V x I sehingga P = 12V x 1 mA = 12 Watt.


Note :RL (Resistance Load) bisa berupa resistor murni, lampu atau sistem rangkaian elektronika lain.

1919

DC


2. Sebuah radio pemancar memerlukan catu daya atau tegangan 13,8 Volt

dan arus 5 Amper, gambarkan susunan rangakaian sistem pemancar dan

catu dayanya serta berapa daya yang harus disediakan? .

Solusi :

Daya yang harus disediakan :

P = V x I sehingga P = 13.8V x 5 Amper = 69 Watt

3. Carilah contoh lain yang menggambarkan hubungan antara sumber

tegangan dan peralatan elektronik, sehingga jika keduanya dihubungkan

dalam suatu rangkaian close loop akan terjadi aliran arus dalam

rangkaian. Hitung kebutuhan tegangan, daya dan arusnya.


1919


BAB II

KOMPONEN ELEKTRONIKA PASIF

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

1919


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

1919


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.


1919


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


1919


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

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


1919


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.


1919


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


1919


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


1919

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


1919


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)

1919


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

dielektriknya. 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


1919


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


1919


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


1919


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.


1919


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.

2.3.1 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)

2.3.2 Jenis Induktor:


http://id.wikipedia.org/wiki/Kumparan

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Induktansinya&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Arus_listrik

http://id.wikipedia.org/wiki/Arus_listrik

http://id.wikipedia.org/wiki/Medan_magnet

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Komponen_elektronika&action=edit&redlink=1

1919


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

2.3.3 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.


1919


Gambar 2.19 Induktor

2.3.4 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.

2.3.5 Susunan Induktor

Induktor dalamsusunan pararel memiliki beda potensial yang sama. Untuk

menemukan induktansi ekivalen total (Leq):


http://wapedia.mobi/id/Berkas:Inductors_in_series.svg%00%E5%A1%B9%EF%92%81%E1%B4%BB%E4%A1%BF%E2%B2%AF%E5%B6%82%E8%97%84%E6%8C%A7%00%00%EA%AE%A5

1919


................................................ 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.

3 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 :

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

berhenti atau mengalir dalam rangkaian.


http://wapedia.mobi/id/Berkas:Inductors_in_series.svg

1919


(a) (b)

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

2.4.2 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

2.4.3 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)


1919


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

Ada beberapa jeni strafo dengan fungsi yang berbeda antara lain :

2.4.4 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


1919


(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


1919


2.4.5 Kabel fiber Optik

(a) Struktur kabel serat optic

(b) Pola penyaluran data pada saluran optic

Gambar 2.4 Karakteristik kabel serat optic

2.4.6 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.


1919


Gambar 2.25 Konector seri SMA


1919


BAB III

DIODA

Dioda merupakan komponen elektronika yang hanya bisa mengalirkan

arus listrik satu arah saja, yaitu dari anoda ke katoda, hal ini disebabkan adanya

potensial penghalang (Potential Barrier) pada persambungan PN. Material

pembentuk dioda adalah semi konduktor dari bahan silikon atau germanium tipe

P dan N, seperti terlihat pada gambar 3.1.

(a) Simbol dioda

(b)

(b) Konstruksi dioda

Gambar 3.1 Persambungan P-N

Struktur dalam dioda adalah sambungan semikonduktor tipe P dan N,

yang mengakibatkan munculnya lapisan deplesi pada persambungannya.

Dengan struktur demikian arus hanya akan dapata mengalir dari sisi P menuju

sisi N, jika pada anoda dan katodanya diberikan tegangan maju seperti pada

gambar 3.2 a, Jika anoda dan katodanya diberikan tegangan mundur seperti pada

gambar 3.2 b, maka tidak terjadi aliran arus pada dioda. Sifat khusus dari dioda

inilah yang kemudian melandasi terbentuknya konsep rangkaian penyearah arus

AC menjadi DC.

(a) dioda bias maju (b) dioda bias mundur

Gambar 3.2 Pembiasan dioda


Deplation layer

1919


3.1 Parameter Dioda

3.1.1 Tegangan lutut (Knee Voltage)

Dengan memberikan tegangan bias maju (forward) ≥ 0,7 volt untuk

bahan silikon dan ≥ 0,3 volt untuk bahan germanium, arus dioda (ID) akan

mengalir dari anoda ke katoda. Sebaliknya jika diberikan arus mundur (reverse)

dioda tidak dapat mengalirkan arus, sampai beberapa puluh bahkan ratusan volt

baru terjadi breakdown, dimana dioda tidak lagi dapat menahan aliran elektron

yang terbentuk di lapisan deplesi, seperti terlihat pada gambar 3.3.

Gambar. 3.3 (Kurva tegangan forward dn revers dioda)

3.1.2 Tegangan Breakdown

Adalah tegangan ketika pada dioda diberikan tegangan reverse ,

sehingga arus tidak dapat mengalir pada dioda, sampai batas tegangan tertentu

yang dikenal dengan PIV (Peak Inverse Voltage) yang mencapai nilai 100V dan

mengakibatkan rusaknya lapisan deplation, sehingga dioda mengalami

kerusakan (breakdown), seperti pada gambar 3.3.

3.2 Jenis Dioda

Ada beberapa jenis dioda seperti pada gambar 3.4 dan memiliki fungsi yang

beragam.


1919


Gambar. 3.4 Jenis dioda

3.2.1 Dioda Generic

Dioda generic yang paling umum digunakan sebagai penyearah tegangan

AC dari jala-jala listrik ke tegangan DC yang siap dikonsumsi untuk berbagai

keperluan catu daya. Proses penyearahan AC ke DC dapat dilihat pada gambar

3.5

(a) Penyearah setengah gelombang (b) Penyearah gelombang penuh

(b) Penyearah gel. penuh dengan filter capasitor

(d) gelombang DC murni


1919


Gambar. 3.5 Proses penyearahan sinyal AC ke DC

3.2.2 Dioda Bridge

Secara bahan, fungsi dan karakteristik dioda bridge sama dengan dioda

generic, bedanya hanya pada dalam satu kemasan dioda bridge tersusun dari

empat dioda generic, seperti terlihat pada gambar 3.6.

(a) Simbol (b) Jenis

Gambar 3.6 Dioda bridge

3.2.3 Dioda Zener

Dioda zener merupakan jenis dioda yang memanfatkan kondisi

breakdown, sehingga pemasangan dioda ini dalam rangkaian, dipasang secara

reverse untuk mendapatkan titik PIV (Peak Inverse Voltage) yang telah

ditentukan oleh pabrik. Dengan adanya PIV pada dioda zener ini, maka

dimungkinkan pembatasan level tegangan yang stabil dalam sebuah sistem

rangkaian elektronika . Contoh rangkaian dan kurva karekteristiknya dapat

dilihat pada gambar 3.7.

(a) Rangkaian dasar dioda zener


1919


(b) Kurva karakteristik dioda zener

Gambar 3.7. Dioda zener

3.2.4 Foto Dioda

Pada prinsipnya dioda foto sama dengan dioda biasa, bedanya adalah

arus dioda (Id) pada dioda foto, selain dipengaruhi oleh besarnya tegangan bias

maju, juga dipengaruhi oleh cahaya, sperti pada gambar 3.8.

Gambar 3.8. rangkaian foto dioda

3.2.5 LED

LED adalah singkatan dari Light Emiting Dioda, merupakan komponen yang

dapat mengeluarkan emisi cahaya. LED memiliki strukturnya yang sama dengan

dioda, seperti pada gambar 3.9 dan merupakan produk temuan lain setelah

dioda.

Gambar 3.9 Light Emiting Dioda (LED)


Peak Invers Voltage (PIV)

1919


3.2.6 LED 7 Segmen

Komponen tersebut prinsipnya sama dengan LED biasa, tetapi terdiri

dari delapan LED yang disusun dengan konfigurasi 7 LED untuk angka (a-g)

dan satu LED untuk tanda titik, seperti terlihat pada gambar 3.10

Gambar 3.10. 7 Segmen


1919


BAB IVTRANSISTOR

Transistor adalah komponen elektronika nonlinier yang tersusun dari

bahan semikondutor tipe P dan tipe N yang disusun seperti dua dioda yang

disusun saling bertolak belakang, biasanya memiliki 3 terminal yaitu Basis,

Colector dan Emitor.

Transistor bersifat sebagai penghantar dengan hantaran (conductivity)

yang dapat diatur, prinsip dasarnya ialah mengatur besaran arus CE dengan arus

IB yang lebih kecil, sehingga transistor bersifat sebagai penguat arus. Ada dua

tipe transistor yang dikenal yaitu transistor NPN dan PNP, dapat dilihat pada

gambar 4.1.

Secara umum transistor terbagi dalam 3 jenis :

1. Transistor Bipolar (BJT)

2. Transistor Unipolar (UJT)

3. Transistor Unijunction

Gambar 4.1. Simbol Transistor (BJT)

Hubungan IB,IC dan IE

IE = IC + IB ……………………………………………………............... 4.1

IC = βDC . IB ……………………………………………………............... 4.2

IE = ( βDC + 1) . IB ………………………………………………............... 4.3

IC = αIE …………………………………………………............... 4.4


1919

Vcc


Nilai β berkisar dari 10 sampai 1000, sedangkan α < 14.1 Pembiasan Transistor

Transistor sebagai komponen aktif, dalam proses kerjanya memerlukan catu

daya tegangan DC (bias DC) untuk membentuk tegangan dan arus yang tetap.

Ada beberapa cara pembiasan transistor antara lain :

4.1.1 Fixed Bias

Gambar 4.2 Pembiasan transistor dengan cara self bias

Sehingga didapatkan arus dan tegangan dalam rangkaian sebagai berikut :

IC = VCC – VCE/RC .................................................................... 4.1

IB = (VCC - VBE) / RB ................................................................... 4.2

β = IC/IB ..................................................................................................... 4.3

VCE = VCC - VRC ...................................................................... 4.4

saat IC = 0 VCE = VCC ................................................................... 4.5

VBE = 0,7 Volt

Jika nilai IB divariasikan dengan mengubah-ubah nilai Rb, maka akan

didapatkan kurva karakteristik output transistor seperti gambar 4.3, yang

menghasilkan tiga daerah kerja transistor yaitu: daerah saturasi, daerah aktif,

daerah cut-off. Supaya BJT bisa di-bias dalam daerah linear (daerah aktif),

beberapa syarat berikut harus dipenuhi:

- Junction base-emitter dibias maju (forward bias)

- Junction base-collector dibias mundur (reverse bias)


1919


Daerah kerja transistor (cut-off, aktif atau saturasi) yang terlihat pada gambar

4.3 ditentukan oleh bias yang diberikan pada masing-masing junction :

Gambar 4.3 Kurva karakteristik output

1. Daerah aktif/daerah linear



2. Daerah saturasi


- Junction base-collector dibias maju (forward bias)

3. daerah cut-off

- Junction base-emitter dibias mundur (reverse bias)


Dari gambar 4.2, dapat dianalisa dari arah input dan output seperti terlihat pada

gambar 4.4 yaitu (a) Loop basis-emitter, (b) loop colektor-Emitor :


1919


(a) (b)

Gambar. 4.4 Loop emitor-basis dan colektor-Emitor

Dengan hukum Kirchhoff :

Didapatkan persamaaman untuk :

Loop basis-emitter

→ …………………… 4.6

Loop collector-emitter

VCE = VCC – ICRC …………………………… 4.7

Transistor Saturasi

Transistor saturasi jika juction base collector tidak lagi di bias mundur, yaitu

pada saat:

VCE = 0 V ICsat = VCC / RC ........................................... 4.8

Jika pada gambar 4.2 ditambahkan RE seperti gambar 4.5, maka akan didapatkan

persamaan loop yang bebeda

Gambar 4.5. Self bias dengan RE


1919


Untuk menstabilkan arus loop output, rangkaian bias pada gambar 4.2

ditambahka RE seperti gambar 4.5 , Sehingga didapat persamaan loop yaitu :

Loop Base-Emitter :

→

Loop Collector - Emitter :

VCC = IE . RE + VCE + IC . RC

Saturasi :

ICsat = VCC/(RC+RE)

4.1.2 Bias Umpan Balik

Untuk meningkatkan stabilitas bisa dilakukan dengan memberikan

umpan balik dari collector menuju base atau biasa dikenal self bias seperti

gambar 4.6 .

Gambar 4.6 Bias umpan-balikYaitu pemberian bias pada transistor dengan menggunakan tahanan umpan-balik

(feedback), sehingga didapatkan persamaan tegangan untuk :

loop input ( loop base-emitter) :

VCC – I’C . RC – IB . RB –VBE – IERE = 0

Perhatikan bahwa arus IC yang masuk ke kaki collector berbeda dengan

I’C, dimana :

I’C = IB + IC


1919


Tapi nilai IB yang jauh lebih kecil bisa diabaikan untuk memperoleh

persamaan yang lebih sederhana (asumsi I’C ≈ IC ≈ βIB dan IC ≈ IE):

VCC – β . IB . RC – IBRB – VBE - βIBRE = 0

VCC – VBE – βIB (RC +RE) – IB . RB = 0 Sehingga :

Loop Output (Loop collector-emitter)

IERE + VCE + I’CRC = VCC

Dengan I’C ≈ IC dan IC ≈ IE maka,

VCC = IC(RC + RE) + VCE

VCE = VCC - IC(RC + RE)

4.1.3 Bias Pembagi Tegangan

Gambar 4.7 Bias pembagi tegangan

Gambar 4.7 adalah rangkaian transistor dengan bias pembagi tegangan, dengan

melihat hanya proses bias DC, maka dapat disederhanakan seperti gambar 4.8


1919


Gambar 4.8 Bias pembagi tegangan disederhanakan

……………………………………………….

4.9

……………………………………………….

4.10

……………………………………………….

4.11

……………………………………………….

4.12

………………………………………………. 4.13

……………………………

…………………. 4.14

4.2 Konfigurasi Transistor

Pada penerapan secara umum rangkaian transistor dibedakan dalam tiga

betuk rangkaian/konfigurasi antara lain:

a. Common Basis (Basis bersama)

b. Common Emitor (Emitor bersama)

c. Common Kolektor (Kolektor bersama)

Masing-masing konfigurasi memiliki karakteristik seperti pada tabel 4.1,

Tabel 4.1


1919


Konfigurasi Ai Av Zin Zo Ap

CB Z 0,99 Z 50 Z 50ΩZ 250 k

ΩZ 50

CE Z 250 Z 50 Z 1 k Ω Z 50 k Ω Z 2500

CC Z 250 1Z 100 k

ΩZ 1 k Ω Z 50

Dengan bentuk rangkaian dasarnya :

a. Common Basis (CB)

b. Common Emitor (CE)

c. Common olektor (CC)


1919


4.3 Transistor Sebagai Saklar (Switch)

Daerah kerja transistor yang dihasilkan pada gambar kurva output yaitu:

Daerah saturasi, aktif dan cut-off, memungkinkan transistor difungsikan sebagai

saklar seperti gambar 4.9, dengan cara kerjat : Saat IB ada (terpenuhi), akan

mengalir arus IC langsung ke ground sehingga VC = 0 Volt , hal ini sama dengan

logika saklar ON. Saat IB tidak ada (tidak terpenuhi) arus IC tidak ada , sehingga

VC = 0 Volt, hal ini sama dengan logika saklar OFF

Gambar 4.9. Transistor sebagai saklar

Dengan persamaan tegangan :

Hal ini dapat dijelaskan dengan menganalisa daerah saturasi dan cut-off pada

kurva karakteristik output transistor dan garis beban dc seperti pada gambar

4.10.

Gambar 4.10 Kurva karakteristik output dengan garis bebean DC


1919

Gambar di samping adalah transistor sebagai

saklar, yang digunakan untuk mengendalikan

nyala LED sesuai dengan pulsa yang diberikan

pada masukan.

Prinsip kerjanya adalah : Jika pada RB

diberikan pulsa, maka LED akan menyala

selama panjang pulsa yang diberikan .


Daerah saturasi terjadi pada saat IC maksimum sehingga Vc ≈ 0 Volt (IB

maksimum/Saklar-on).

Daerah cut-off terjadi pada saat VC maksimum sehingga Ic ≈ 0 Volt (IB

minimum/Saklar off).

Dua kondisi tersebut menggambarkan kondisi saklar tertutup dan terbuka seperti

gambar 4.11

(a) (b)

Gambar 4.11 (a). Saklar on (b). Saklar off

Pada gambar 4.11 (a) saklar on, mewakili logika transistor saturasi (IB

maksimum, IC maksimum dan VC minimum).

Pada gambar 4.11 (b) saklar off, mewakili logika transistor cut-off (IB

minimum, IC minimum dan VC maksimum)

Contoh :

1.

Jika pada contoh 1. rangkaian diberikan ketentuan :

a. Tegangan dan arus LED 2Volt dan 10 mA

b. β transistor 100


1919

Prinsip kerjanya adalah : Jika pada RB

diberikan pulsa, maka Relay akan bekerja,

sehingga lampu menyala selama panjang pulsa

yang diberikan .


c. IB 100 uA

d. Tegangan pulsa 5 Volt dan VCC = 6 Volt

Tentukan besarnya nilai RB dan RC.

Dari persamaan 4.1 sampai 4.3 dapat dijelaskan sebagai berikut :

Tegangan pulsa = VB = 5 Volt

VRB = VB – V LED = 5Volt – 2Volt = 3 Volt

β = 100, IB 100 uA sehingga IC = β . IB = 10 mA

sehingga RB = VRB / IB = 3 Volt / 10 mA = 300Ω

RC = (VCC – VCE – VLED ) / IC

= ( 6 – 0 – 2 ) Volt / 10mA = 400 Ω

2.

Jika pada contoh 2 rangkaian diberikan ketentuan :

a. Tegangan dan arus Relay 6Volt dan 50 mA

b. β transistor 100

c. Tegangan pulsa 5 Volt dan VCC = 9 Volt

Tentukan besarnya nilai RB dan RE.

Dari persamaan 4.1 sampai 4.3 dapat dijelaskan sebagai berikut :

Tegangan pulsa = VB = 5 Volt

IC = I Relay = 50 mA

VRE = VCC - VCE – VRelay =9 Volt – 0 - 6 Volt = 3 Volt

VRB = VB – VRE = 5Volt – 3Volt = 2 Volt

β = 100, sehingga IB = IC / β = 500uA

→ RB = VRB / IB = 2 Volt / 500 uA = 4kΩ


1919


→ RE = (VCC – VCE – VRelay ) / IE dan IE = IC + IB = 50,5 mA

= ( 9 – 0 – 6 ) Volt / 50,5 mA =59,4 Ω

4.4 Transistor Sebagai Penguat (Amplifier)

Gambar 4.12 Daerah aktif (Q-Point) transistor

Penggunaan transistor sebagai saklar menempati daerah saturasi dan cut-off

pada kurva karakteristik out-put, sedangkan untuk transistor sebagai penguat

tegangan ataupun arus, menggunakan daerah aktif.

Bahasan transistor sebagai penguat dimulai dari pembiasan transistor (cara

mengaktifkan Transistor) secara DC dan dilanjutkan dengan bahasan

pembiasan transistor secara AC.


1919

Antara colektor dan basis (VCB)

Antara colektor dan emitor (VCE)

Antara basis dan emitor (VBE)

Arus colektor (IC)

Arus emitor (IE)

Arus basis (IB)


Gambar 4.13 Tarnsistor dibias maju

Pada gambar 4.13 terdapat tiga tegangan dan arus dc yang saling berhubungan

antara lain :

Perbandingan antara IB dan IC ninotasikan sebagai beta (β), dimana

yang bernilai antara 50 sampai 400, ini merupakan nilai penguatan dari

transistor. Sedangkan antara IC dan IE dinotasikan sebagai alfa (α ), dimana

yang bernilai 0,95 sampai 0,99. Persamaan untuk analisa DC pada

bahasan penguat ini sudah dituliskan pada persamaan 4.1 samapi 4.11.

Penguat Sinyal Kecil

Ada beberapa cara untuk membahas penguat transistor signal kecil

(Small Signal ac Response) antara lain :

a. Model rangkaian ekuivalen ac.

b. Model (re)

c. Model Hibrida

4.4.1 Model rangkaian ekuivalen ac.

Sebagai contoh kita gunakan rangkaian penguat dengan bias pembagi tegangan

seperti gambar 4.14, dengan langkah-langkah sebagai berikut :


1919


Gambar 4.14 Rangkaian penguat dengan bias pembagi tegangan

1. Setting Semua Sumber DC menjadi nol dan hubungsingkatkan semua

kapasitor.

Gambar 4.15 Penguat dengan sumber DC nol

2. Gambar Ulang RangkaianTransistor

Gambar 4.16 Rangkian penguat yang disederhanakan


1919


Langkah selanjutnya dalam bahasan ini adalah mengasumsikan transistor

sebagai kotak dengan saluran input dan output, yang dikenal sebagai two port

system dengan parameter-parameternya seperti gambar 4.17.

Gambar 4.17 Diagram Two port System

Beberapa parameter penting yang perlu diketahui dalam Permodelan Transistor

BJTyaitu :

• Zi , Impedansi Input

• ZO , Impedansi output

• AV , Penguatan tegangan

• Ai , Penguatan arus

• Zi , Impedansi Input

Hubungan Rs dan Zi adalah seri dan Vi ada pada Zi, sehingga :

Contoh 1:

Rs = 600Ω , Zi = 1k2Ω, Vs = 10 mV (ulangi untuk nilai Zi = 800Ω dan

1200Ω)


1919


•Nilai Zi sangat berpengaruh terhadap sinyal masukan.

• Nilai resistance input ac tergantung pada mode transistor yang dipakai,

apakah Common Emitter, Common Base,atau Common Collector.

• Zo , Impedansi Output

• Pada sebuah penguatan (amplifier) nilai Zo idealnya harus sangat besar,

jika nilai Zo >> RL maka arus akan menuju ke beban.

Contoh 2 :

Vs = 1V, 680 mV dan Rs 20KΩ Hitung nilai Zo?

Penguatan Tegangan, AV


1919


Penguatan Arus, AI

4.4.2 Model rangkaian ekuivalen (re).

Common Base (CB)

Model ekuivalen re menggunakan diode dan sumber arus terkendali

(Controlled Current Source) untuk mengilustrasikan kerja transistor, karena

pada umumnya amplifier BJT bekerja sebagai current controlled devices.

Zi = re dimana ( Subscrib E menunjukkan adanya arus DC di

emitor yang menentukan resistansi ac pada dioda emitor).

Biasanya konfigurasi CB ini nilai Zi < 50 Ohm


1919


Impedansi output untuk konfigurasi Common Base adalah : Zo ≅ ∞ Ω

Sehingga AV (CB) :

Vo = - Io . RL = - ( - IC ) RL = α Ie . RL

Vi = Ie . Zi = Ie . re sehingga

sehingga

Sedangkan untuk penguat arus Ai :

Contoh :

Pada gambar diatas mempunyai nilai Ie = 4 mA, α =0.98 sinyal input ac

= 2 mV diantara basis dan emiter,tentukan :

(a) Impedansi Input

(b) Hitung Av jika pada output terdapat beban 0.56 kΩ.

(c) Tentukan impedansi output dan penguatan arusnya

Common Emitor (CE)

Arus yang melewati diode adalah Ie = Ic + Ib = ßIb + Ib

Penguatan tegangan (Av ):


1919


Vo = - Io . RL = - Ic . RL = - ßIb. RL

Vi = Ii . Zi = Ib. ßre

sehingga

sehingga

Setelah diketahui bahwa pada Common Emitter nilai Zi = ßre ; arus collector

ßIb output impedance adalah ro , maka bentuk ekuivalen model yang cocok

untuk common emitter adalah :

Contoh :

Jika diketahui sebuah penguat Common Emitter dg nilai ß = 120 IE = 3.2 mA

dan ro = Takterhingga , tentukan :

(a) Zi

(b) Av jika diberi beban 2kΩ

(c) Ai dengan beban 2kΩ

4,4,3 Model rangkaian ekuivalen hybrida.

Pada bagian ini akan diuraikan Model Hybrid Equivalent, beberapa

parameter akan digambarkan pada suatu titik operasi yang mungkin bisa atau

tidak untuk mencerminkan kondisi-kondisi operasi yang nyata suatu amplifier.

Dalam kaitannya dengan kenyataan bahwa data sheet transistor tidak

menyediakan parameter untuk rangkaian ekuivalen pada tiap-tiap titik operasi

yang mungkin, misalkan hfb.

Deskripsi model hybrid equivalen akan dimulai dengan Two Port System ;

seperti gambar,


1919


saat Vo = 0

h11 diperoleh dengan dengan membuat Vo = 0 (Short Circuit the Output

Terminal).

h11 mempunyai satuan ohm, h11 merupakan perbandingan antara tegangan

input dan arus input.

h11 disebut sebagai short-circuit input impedance parameter.Notasi 11

menunjukkan bahwa parameter ini ditentukan oleh perbandingan pengukuran

pada terminal input.

saat Vo = 0

h21 diperoleh dengan dengan membuat VO = 0. h21 tidak mempunyai satuan ,

h21 merupakan perbandingan antara Arus Output dan Arus Input. h21 disebut

sebagai Short-circuit Forward transfer Current ratio parameter.

Notasi 21 menunjukkan bahwa parameter ini ditentukan oleh perbandingan

pengukuran output terhadap pengukuran input.

saat Ii = 0

h22 diperoleh dengan dengan membuat Ii = 0. h22 mempunyai satuan siemens,

h22 merupakan perbandingan antara arus output dan tegangan output. h22

disebut sebagai open-circuit output admittance parameter.

Notasi 22 menunjukkan bahwa parameter ini ditentukan oleh perbandingan

pengukuran di output.

Dari pernyataan di atas dapat dituliskan persamaan input outputnya sebagai

berikut :

Vi = h11 Ii + h22 Vo sedang Io = h22 Ii + h22 Vo


1919


dan dapat digambarkan dalam rangkaian ekuivalen hibrida sebagai berikut,

Dimana :

h11 = Resistansi input, sebagai hi

h12 = Perbandingan transfer tegangan balik, sebagai hr

h21 = Perbandingan transfer arus maju, sebagai hf

h22 = Conduktansi output, sebagai ho

Sehingga gambar di atas disesuaikan menjadi,

Jaringan rangkaian hybrid secara symbol grafis ditunjukkan pada gambar

dibawah (catatan bahwa : Ii = Ib , Io = Ic , Ie = Ib + Ic ,dan Vi = Vbe)

Untuk Common Emitor

Untuk Common Basis


1919


Keadaan yang sering terjadi nilai hr ≈ 0 sehingga hrVo = 0 (identik dihubung

singkat) dan nilai 1 / ho nilainya sangat besar (identik dengan open circuit). Hal

ini akan menghasilkan rangkaian pendekatan seperti berikut :

Perbandingan antara Model re dan Model Hybrid

(a) Common Emitor

(b) CommonBasis

hie = βre hib = re

hfe = βac hfb = -α ≈ -1

4.5 Klasifikasi Penguat

Ada beberapa jenis penguat audio yang dikategorikan antara lain sebagai

penguat class A, B, AB, C dan beberapa tipe lainnya yang belum disebut di sini.


1919


4.5.1 Penguat class A

Contoh dari penguat class A adalah adalah rangkaian dasar common emiter

(CE) transistor. Penguat tipe kelas A dibuat dengan mengatur arus bias yang

sesuai di titik tertentu yang ada pada garis bebannya. Sedemikian rupa sehingga

titik Q ini berada tepat di tengah garis beban kurva VCE-IC dari rangkaian

penguat tersebut dan sebut saja titik ini titik A. Gambar4.18 adalah contoh

rangkaian common emitor dengan transistor NPN Q1.

Garis beban pada penguat ini ditentukan oleh resistor Rc dan Re dari rumus VCC

= VCE + IcRc + IeRe. Jika Ie = Ic maka dapat disederhanakan menjadi VCC = VCE

+ Ic (Rc+Re).


Gambar 4.18 Rangkaian dasar kelas A

Sedangkan resistor Ra dan Rb dipasang untuk menentukan arus bias. Pembaca

dapat menentukan sendiri besar resistor-resistor pada rangkaian tersebut dengan

pertama menetapkan berapa besar arus Ib yang memotong titik Q.


1919



Gambar 4.19 Garis beban dan titik Q kelas A

Besar arus Ib biasanya tercantum pada datasheet transistor yang digunakan.

Besar penguatan sinyal AC dapat dihitung dengan teori analisa rangkaian sinyal

AC.

Ciri khas dari penguat kelas A, seluruh sinyal keluarannya bekerja pada daerah

aktif (bekerja pada siklus 3600 sudut fasa). Penguat tipe class A disebut sebagai

penguat yang memiliki tingkat fidelitas yang tinggi.. Namun penguat kelas A ini

memiliki efisiensi yang rendah kira-kira hanya 25% - 50%. Ini tidak lain karena

titik Q yang ada pada titik A, sehingga walaupun tidak ada sinyal input (atau

ketika sinyal input = 0 Vac) transistor tetap bekerja pada daerah aktif dengan

arus bias konstan.

4.5.2 Penguat class B

Panas yang berlebih menjadi masalah tersendiri pada penguat kelas A.

Maka dibuatlah penguat kelas B dengan titik Q yang digeser ke titik B (pada

gambar-5). Titik B adalah satu titik pada garis beban dimana titik ini

berpotongan dengan garis arus Ib = 0. Karena letak titik yang demikian, maka

transistor hanya bekerja aktif pada satu bagian phase gelombang saja. Oleh

sebab itu penguat kelas B selalu dibuat dengan 2 buah transistor Q1 (NPN) dan

Q2 (PNP).


1919


Gambar 4.20 Rangkaian dasar penguat kelas B

Efisiensi penguat kelas B kira-kira sebesar 75%. Namun bukan berarti

masalah sudah selesai, sebab transistor memiliki ke-tidak ideal-an. Pada

kenyataanya ada tegangan jepit Vbe kira-kira sebesar 0.7 volt yang

menyebabkan transistor masih dalam keadaan OFF walaupun arus Ib telah lebih

besar beberapa mA dari 0. Ini yang menyebabkan masalah cross-over pada saat

transisi dari transistor Q1 menjadi transistor Q2 yang bergantian menjadi aktif.


Gambar 4.21 Titik Q penguat A, AB dan B

4.5.3.Penguat class AB

Cara lain untuk mengatasi cross-over adalah dengan menggeser sedikit titik

Q pada garis beban dari titik B ke titik AB (gambar-5). Ini tujuannya tidak lain

adalah agar pada saat transisi sinyal dari phase positif ke phase negatif dan


1919


sebaliknya, terjadi overlap diantara transistor Q1 dan Q2. Pada saat itu,

transistor Q1 masih aktif sementara transistor Q2 mulai aktif dan demikian juga

pada phase sebaliknya. Penguat kelas AB merupakan kompromi antara efesiensi

(sekitar 50% - 75%) dengan mempertahankan fidelitas sinyal keluaran.


Gambar 4.22 Rangkaian dasar penguat kelas AB

4.5.3 Penguat class C

Kalau penguat kelas B perlu 2 transistor untuk bekerja dengan baik, maka

ada penguat yang disebut kelas C yang hanya perlu 1 transistor. Ada beberapa

aplikasi yang memang hanya memerlukan 1 phase positif saja. Contohnya

adalah pendeteksi dan penguat frekuensi pilot, rangkaian penguat tuner RF dan

sebagainya. Transistor penguat kelas C bekerja aktif hanya pada phase positif

saja, bahkan jika perlu cukup sempit hanya pada puncak-puncaknya saja

dikuatkan. Sisa sinyalnya bisa direplika oleh rangkaian resonansi L dan C.

Tipikal dari rangkaian penguat kelas C adalah seperti pada rangkaian berikut ini.


1919



Gambar 4.23 Rangkaian dasar penguat kelas C

Rangkaian ini juga tidak perlu dibuatkan bias, karena transistor memang

sengaja dibuat bekerja pada daerah saturasi. Rangkaian L C pada rangkaian

tersebut akan ber-resonansi dan ikut berperan penting dalam me-replika kembali

sinyal input menjadi sinyal output dengan frekuensi yang sama. Rangkaian ini

jika diberi umpanbalik dapat menjadi rangkaian osilator RF yang sering

digunakan pada pemancar. Penguat kelas C memiliki efisiensi yang tinggi

bahkan sampai 100%, namun tingkat fidelitasnya memang lebih rendah. Tetapi

sebenarnya fidelitas yang tinggi bukan menjadi tujuan dari penguat jenis ini.


1919


Daftar Pustaka

1. Ian Sinclair and John Dunton, Electronic and Electrical Servicing, Second

Edition2007.

2. Delton T. Horn, Electronic Components, First Edition 1992

3. Sutrisno, Elektronika 1986.

4. www. Electroniclab.com


bahan elka dasar bab i-iv

Documents