BAB IKOMPONEN ELEKTRONIKA

Pada Bab ini akan dibahas beberapa komponen elektronika, diantaranya Resistor, kapasitor dan Transformator. Komponen elektronika dari bahan semi konduktor akan dibahas pada Bab yang lain.

1.1. RESISTOR

Pada dasarnya semua bahan memiliki sifat resistif namun beberapa bahan seperti tembaga, perak, emas dan bahan metal umumnya memiliki resistansi yang sangat kecil. Bahan-bahan tersebut menghantar arus listrik dengan baik, sehingga dinamakan konduktor. Kebalikan dari bahan yang konduktif, bahan material seperti karet, gelas, karbon memiliki resistansi yang lebih besar menahan aliran elektron dan disebut sebagai insulator.

Resistor adalah komponen dasar elektronika yng digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam suatu rasngkaian. Resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Satuan resistansi dari suatu resistor disebut dengan Ohm dilambangkan dengan simbol omega (Ω).

Bentuk resistor yang umum adalah seperti tabung dengan dua kaki pada bagian kiri dan kanan. Pada badannya terdapat gelang warna yang menunjukkan nilai hambatan dan toleransi dari resistor tersebut. Gelang warna yang merupakan kode warna adalah standard manufaktur yang dikeluarkan oleh EIA (electronic industries association).

Ada beberapa macam kode warna yang ditunjukkan oleh pabrik pembuat resistor,salah satu contoh adalah pada gambar di atas, yaitu resistor dengan 4 gelang warna dan 5 gelang warna. Akan tetapi ada pula resistor yang nilai hambatannya ditunjukkan dengan angka dan huruf sebagai toleransi. Perbedaan pada 4 gelang dan 5 gelang warna adalah pada nilai toleransi. Toleransi pada resistor ditunjukkan pada gelang warna yang terakhir. Perbedaan yang lain adalah untuk resistor bergelang warna 4 nilai toleransinya bisa mencapai ± 20%, sedangkan untuk resistor dengan gelang warna 5 nilai toleransi biasanya hanya berniali satuan, yaitu 1 s/d 2 %.

Besar ukuran resistor tergantung dari pada daya maksimum yang mampu ditahan oleh resistor. Untuk nilai resistor yang tersedia di pasaran adalah 1/8, ¼, ½, 1, 2, 5, 10 dan 20 dalam ukuran watt. Resistor dengan daya yang tinggi yaitu 5, 10, dan 20 watt akan mempunyai ukuran fisik yang berbeda dengan resistor yang berukuran dibawahnya. Yang umum di pasaran untuk resistor ukuran ini adalah resistor yang bahannya terbuat dari kapur, berbentuk balok berwarna putih dengan ukuran resistansi tertera pada body.

Elektronika 1 1

Untuk memahami bagaimana cara membaca nilai resistor, perhatikan tabel berikut ini :

Kode Warna

Gelang 1 Gelang 2 Gelang 3 Gelang 4 Gelang 5

Angka ke-1 Angka ke-2 Pengali Toleransi Toleransi

Hitam 0 0 x100 -

Coklat 1 1 x101 - 1 %

Merah 2 2 x102 - 2 %

Jingga 3 3 x103 -

Kuning 4 4 x104 -

Hijau 5 5 x105 -

Biru 6 6 x106 -

Ungu 7 7 x107 -

Abu-abu 8 8 x108 -

Putih 9 9 x109 -

Emas - - x10-1 ±5%

Perak - - x10-2 ±10%

Tak berwarna

- - x10-3 ±20%

Catatan :

1. Pada Resistor dengan 5 geleng warnaa. Gelang 1, gelang 2 dan gelang 3 menunjukkan angka 1, 2 dan 3b. Gelang 4 menunjukkan pengalic. Gelang 5 menunjukkan toleransi

2. Pada Resistor dengan 4 gelang warnaa. Gelang 1, gelang 2 menunjukkan angka 1 dan angka 2b. Gelang 3 meunjukkan pengalic. Gelang 4 menunjukkan toleransi

Contoh :1. Resistor dengan gelang warna :

Gelang 1 : merah 2Gelang 2 : merah 2Gelang 3 : hitam 0Gelang 4 : coklat x 101

Gelang 5 : coklat ± 1%

Sehingga mempunyai nilai terbaca 2,2 KΩ ± 1% atau bisa ditulis 2K2 Ω 1%Sedangkan nilai toleransinya adalah

2200 Ω x1

100=22 Ω

Nilai minimalnya : (2200 – 22) Ω = 2178 Ω Nilai maximalnya : (2200 + 22) Ω = 2222 Ω

Elektronika 1 2

2. Resistor dengan gelang warna :Gelang 1 : merah 2Gelang 2 : merah 2Gelang 3 : hitam x 100

Gelang 4 : emas ± 5%

Sehingga mempunyai nilai terbaca 22 Ω ± 5%Sedangkan nilai toleransinya adalah

22 Ω x5

100=1,1Ω

Nilai minimalnya : (22 – 1,1) Ω = 20,9 Ω Nilai maximalnya : (22 + 1,1) Ω = 23,1 Ω

Umumnya di pasar tersedia ukuran 1/8, 1/4, 1, 2, 5, 10 dan 20 watt. Resistor yang memiliki disipasi daya 5, 10 dan 20 watt umumnya berbentuk kubik memanjang persegi empat berwarna putih, namun ada juga yang berbentuk silinder. Tetapi biasanya untuk resistor ukuran jumbo ini nilai resistansi dicetak langsung dibadannya, misalnya 100W5W.

Spesifikasi lain yang perlu diperhatikan dalam memilih resitor pada suatu rancangan selain besar resistansi adalah besar watt-nya. Karena resistor bekerja dengan dialiri arus listrik, maka akan terjadi disipasi daya berupa panas sebesar W=I2R watt. Semakin besar ukuran fisik suatu resistor bisa menunjukkan semakin besar kemampuan disipasi daya resistor tersebut.

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.

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 (Trimmer Potensiometer) yang biasanya menempel pada papan rangkaian (Printed Circuit Board, PCB).

3. Resistor NTC dan PTS, NTC (Negative Temperature Coefficient), ialah Resistor yang nilainya akan bertambah kecil bila terkena suhu panas. Sedangkan PTS (Positife Temperature Coefficient), ialah Resistor yang nilainya akan bertambah besar bila temperaturnya menjadi dingin.

4. LDR (Light Dependent Resistor), ialah jenis Resistor yang berubah hambatannya karena pengaruh cahaya. Bila cahaya gelap nilai tahanannya semakin besar, sedangkan cahayanya terang nilainya menjadi semakin kecil.

Dilihat dari fungsinya, resistor dibedakan menjadi :

1. Tahanan tetapfungsi :- pembagi tegangan- memperkecil arus- memperbesar dan memperkecil tegangan

2. Tahanan tidak tetap ( variable )contoh : potensiometer , trimmer , tahanan geserfungsi :- sebagai pengatur volume ( mengatur besar kecilnya arus )- sebagai tone control pada sound system- sebagai pengatur tinggi rendahnya nada ( bass / treble )- sebagai pembagi tegangan arus dan tegangan

Rangkaian Resistor

Elektronika 1 3

1. Rangkaian Seri

Rangkaian seri yaitu kofigurasi resistor yang disusun secara berderet sehingga nilai hambatan totalnya adalah dengan menjumlah resistor yang disusun tersebut.

A R3 BR1 R2

Sifat hambatan pada rangkaian seri adalah menambah, jika pada gambar di atas disusun hingga R sejumlah n maka dapat dirumuskan :

RTot=R1+R2+R3+…+Rn

Contoh : suatu deret, berturut-turut dengan nilai R1 20 Ohm, R2 30 Ohm dan R3 40 Ohm. Sehingga nilai R total yang bisa dihitung adalah 90 Ohm.

2. Rangkaian Pararel

Rangkaian pararel yaitu konfigurasi resistor yang disusun secara berjajar. Rangkaian pararel dapat ditunjukkan pada gambar di bawah ini :

A R2 B

R1

R3

1RTOT

= 1R1

+ 1R2

+…+ 1Rn

Contoh : suatu resistor berjajar, berturut-turut dengan nilai R1 20 Ohm, R2 30 Ohm dan R3 40 Ohm. Sehingga nilai R total yang bisa dihitung adalah 9,23 Ohm.

1RTOT

= 120

+ 130

+ 140

1RTOT

= 6120

+ 4120

+ 3120

1RTOT

= 13120

RTot=¿ 12013

RTot=¿ 9,23 Ω

3. Rangkaian Campuran

Merupakan gabungan dari rangkaian seri dan pararel.Contoh : berapa R pengganti untuk rangkaian di bawah ini? Jika R1 20 Ω, R2 30Ω dan R3 40Ω !

Elektronika 1 4

AR2

B

R1

R3

Pada rangkaian di atas terdapat dua konfigurasi yaitu, R1 yang pararel dengan R2 dan kemudian diseri kan dengan R3. Sehingga jika dituliskan persamaannya adalah

RTot=(R¿¿1/¿ R2)+R3¿

a. Mencari R pengganti pararel R1 dan R2

1RP

= 1R 1

+ 1R 2

1RP

= 120

+ 130

1RP

= 120

+ 130

1RP

= 360

+ 260

RP=12 Ω

Jika digambar rangkaian baru maka rangkaian tersebut akan menjadi

A BRp R3

b. Sehingga R totalnya adalah penjumlahan R pengganti R1 dan R2 (RP) dengan R3RTOT = 15 Ω

1.2. KAPASITOR

Kapasitor adalah alat untuk menyimpan muatan atau energi listrik. Kapasitor terdiri dari dua keping logam yang ruang di antaranya diisi dengan dielektrik, memiliki muatan yang sama tetapi berbeda jenis. Kapasitas dari sebuah kapasitor adalah perbandingan antara muatan, q, pada tiap keping dengan beda potensial V, diantara kedua keping.

c=QV

Kapasitas hanya bergantung pada faktor-faktor geometri dan bahan dielektrik. Kapasitas tidak bergantung pada muatan q atau beda potensial V. Satuan SI dari kapasitas adalah coulomb per volt, diberi nama farad.

1 farad = 1 coulomb/volt

Jenis-jenis kapasitor yaitu kapasitor kertas, kapasitor elektrolit, dan kapasitor variable. Kapasitor kertas terdiri dari dua lembar kertas timah panjang yang berfungsi sebagai keping-keping konduktor. Kertas timah ini digulung pada sebuah silinder yang diantaranya diberi dielektrik kertas. Jadi, kertas berfungsi sebagai bahan dielektrik diantara kedua pelat. Kapasitor ini memiliki kapasitas sebesar 1,0 μF.

Kapasitor elektrolit terdiri dari dua lembar kertas alumunium sebagai keping konduktor dan alumunium oksida sebagai bahan penyekat. Keping + disebut anoda dan keping – disebut

Elektronika 1 5

katoda. Kutub + kapasitor harus dihubungkan ke kutub + suplai dc dan kutub – harus dihubungkan ke kutub -. Kapasitor memiliki kapasitas sebesar 100 000 pF.

Kapasitor variable digunakan untuk memilih frekuensi gelombang pada radio penerima. Kapasitor ini memiliki dua kumpulan keping-keping logam sejajar sebagai konduktor yang dipisahkan oleh udara sebagai bahan dielektrik. Kumpulan keping yang satu ditahan tetap dan kumpulan pelat yang lain dapat diputar sehingga nilai kapasitornya dapat berubah. Kapasitor ini memiliki kapasitas sebesar 500 pF.

Beberapa Tentang Kapasistor

1. Dalam jangka waktu lama, kapasitor yang dimuati pasti penuh. Keadaan ini disebut keadaan tunak (mantap). Pada keadaan tunak, kapasitor adalah terbuka (open) dan arus listrik tak dapat mengalir melalui cabang rangkaian yang mengandung kapasitor

2. Pulsa arus hanya terjadi ketika kapasitor dimuati dari kosong sampai penuh, atau ketika kapasitor melepaskan muatannya pada suatu rangkaian yang tertutup. Pada keadaan tunak, i = 0.

3. Kapasitas kapasitor keping sejajar sebanding dengan luas keping A dan berbanding terbalik dengan jarak pisah antarkeping d.

c=ε 0 A

d

dengan ε 0 adalah tetapan yang disebut permitivitas vakum (atau udara) dengan nilai ε 0= 8,85 x 10-12 C2/Nm2

4. Misalkan ketika ruang antarkeping berisi udara atau vakum (belum diisi dengan dielektrik), kapasitas kapasitor adalah C0, maka ketika ruang antarkeping diisi dielektrik dengan permitivitas relatif (atau tetapan dielektrik) ε r akan meningkat menjadi

CD=εr C0=ε 0ε r A

d

Dengan ε=ε 0 εr = adalah permitivitas dielektrik.5. Kapasitas sebuah kapasitor bola dengan jari-jari R adalah

c= Rk=4 π ε0 R

6. Jika pada saat pengisian dielektrik, baterai dilepaskan dari kapasitor maka beda potensial antarkeping akan berkurang. Kuat medan listrik juga berkurang, sedangkan muatan keping tetap.

qD=q0 ; V D=V 0

εr; ED=

E0

εr

Jika pada saat pengisian dielektrik, baterai tidak dilepaskan dari kapasitor maka muatan keping akan bertambah, sedangkan beda potensialnya tetap.

V D=V 0 ; qD=q0 εr

7. Jika ruang antar keping diisi dengan dua atau lebih bahan dielektrik berbeda yang ditumpukkan, masing-masing dengan permitivitas relatif ε r 1 , εr 2 , εr 3 , ….maka kapasitas kapasitor adalah

Kapasitas kapasitor juga sisa dihitung dengan menganggap masing-masing lembaran dielektrik sebagai kapasitas C1 , C2 , C3 ,… kemudian semuanya diserikan, memberikan

Elektronika 1 6

Dengan ; ; ….

Tebal keping

8. Prinsip susunan seri adalah muatan pada tiap kapasitor sama dengan muatan pada kapasitor ekivalennya. Beda potensial pada kapasitor ekivalen sama dengan jumlah beda potensial dari tiap-tiap kapasitornya.

q1=q2=q3=…=qek

V ek=V 1+V 2+V 3+…

Kebalikan dari kapasitas ekivalen sama dengan jumlah dari kebalikan kapasitas dari tiap-tiap kapasitornya

Khusus untuk dua kapasitor disusun seri berlaku

C ek=C1 xC2

C1+C2

Khusus untuk n buah kapasitor identik dengan kapasitas masing-masing C yang disusun paralel, berlaku

C ek=Cn

9. Prinsip susunan paralel adalah beda potensial tiap kapasitor sama dengan beda potensial kapasitor ekivalennya. Muatan pada kapasitor ekivalen sama dengan jumlah muatan pada tiap-tiap kapasitornya.

V 1=V 2=V 3=…=V ek

qek=q1+q2+q3+…

Kapasitas ekivalen sama dengan jumlah kapasitas dari tiap-tiap kapasitornyaC ek=C1+C2+C3+…

Khusus untuk n buah kapasitor identik dengan kapasitas masing-masing C yang disusun paralel, berlaku

C=nC

10.Energi elektrostatis yang disimpan dalam sebuah kapasitor bermuatan q, beda potensial V, dan kapasitas C adalah

Energi potensial ini disimpan dalam medan listrik diantara keping. Rapat energi, ρw , adalah energi yang tersimpan dalam kapasitor per satuan volumnya

Elektronika 1 7

Macam dan Penggunaan Kapasitor

Kapasitor merupakan komponen pasif elektronika yang sering dipakai didalam merancang suatu sistem yang berfungsi untuk mengeblok arus DC, Filter, dan penyimpan energi listrik. Didalamnya 2 buah pelat elektroda yang saling berhadapan dan dipisahkan oleh sebuah insulator. Sedangkan bahan yang digunakan sebagai insulator dinamakan dielektrik. Ketika kapasitor diberikan tegangan DC maka energi listrik disimpan pada tiap elektrodanya. Selama kapasitor melakukan pengisian, arus mengalir. Aliran arus tersebut akan berhenti bila kapasitor telah penuh. Yang membedakan tiap - tiap kapasitor adalah dielektriknya. Berikut ini adalah jenis-jenis kapasitor yang banyak dijual dipasaran.

1. Electrolytic CapacitorElektroda dari kapasitor ini terbuat dari alumunium yang menggunakan membran oksidasi yang tipis. Karakteristik utama dari Electrolytic Capacitor adalah perbedaan polaritas pada kedua kakinya. Dari karakteristik tersebut kita harus berhati – hati di dalam pemasangannya pada rangkaian, jangan sampai terbalik. Bila polaritasnya terbalik maka akan menjadi rusak bahkan “MELEDAK”. Biasanya jenis kapasitor ini digunakan pada rangkaian power supply, low pass filter , rangkaian pewaktu. Kapasitor ini tidak bisa digunakan pada rangkaian frekuensi tinggi. Biasanya tegangan kerja dari kapasitor dihitung dengan cara mengalikan tegangan catu daya dengan 2. Misalnya kapasitor akan diberikan catu daya dengan tegangan 5 Volt, berarti kapasitor yang dipilih harus memiliki tegangan kerja minimum 2 x 5 = 10 Volt.

2. Tantalum CapacitorMerupakan jenis electrolytic capacitor yang elektrodanya terbuat dari material tantalum. Komponen ini memiliki polaritas, cara membedakannya dengan mencari tanda + yang ada pada tubuh kapasitor, tanda ini menyatakan bahwa pin dibawahnya memiliki polaritas positif. Diharapkan berhati – hati di dalam pemasangan komponen karena tidak boleh terbalik. Karakteristik temperatur dan frekuensi lebih bagus daripada electrolytic capacitor yang terbuat dari bahan alumunium dan kebanyakan digunakan untuk sistem yang menggunakan sinyal analog. Contoh aplikasi yang menggunakan kapasitor jenis ini adalah noise limiter, coupling capacitor dan rangkaian filter.

3. Ceramic CapacitorKapasitor menggunakan bahan titanium acid barium untuk dielektriknya. Karena tidak dikonstruksi seperti koil maka komponen ini dapat digunakan pada rangkaian frekuensi tinggi. 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 dibandingkan dengan kedua kapasitor diatas.

Elektronika 1 8

4. Multilayer Ceramic CapacitorBahan material untuk kapasitor ini sama dengan jenis kapasitor keramik, bedanya terdapat pada jumlah lapisan yang menyusun dielektriknya. Pada jenis ini dielektriknya disusun dengan banyaklapisan atau biasanya disebut dengan layer dengan ketebalan 10 s/d 20 μm dan pelat elektrodanya 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.

5. Polyester Film CapacitorDielektrik dari kapasitor ini terbuat dari polyester film. Mempunyai karakteristik suhu yang lebih bagus dari 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 mylar dan mempunyai toleransi sebesar ±5% sampai ±10%.

6. Polypropylene CapacitorKapasitor ini memiliki nilai toleransi yang lebih tinggi dari polyester film capacitor. Pada umumnya nilai kapasitansi dari komponen ini tidak akan berubah apabila dirancang disuatu sistem dimana frekuensi yang melaluinya lebih kecil atau sama dengan 100KHz. Pada gambar disamping ditunjukkan kapasitor polypropylene dengan toleransi ±1%.

7. Kapasitor MikaJenis ini menggunakan mika sebagai bahan dielektriknya. Kapasitor mika mempunyai tingkat kestabilan yang bagus, karena temperatur koefisiennya rendah. Karena frekuensi karakteristiknya sangat bagus, biasanya kapasitor ini digunakan untuk rangkaian resonansi, filter untuk frekuensi tinggi dan rangkaian yang menggunakan tegangan tinggi misalnya: radio pemancar yang menggunakan tabung transistor. Kapasitor mika tidak mempunyai nilai kapasitansi yang tinggi, dan harganya relatif mahal.

8. Polystyrene Film CapacitorDielektrik dari kapasitor ini menggunakan polystyrene film . Tipe ini tidak bisa digunakan untuk aplikasi yang menggunakan frekuensi tinggi, karena konstruksinya yang sama seperti kapasitor elektrolit yaitu seperti koil. Kapasitor ini baik untuk aplikasi pewaktu dan filter yang menggunakan frekuensi beberapa ratus KHz. Komponen ini mempunyai 2 warna untuk elektrodanya, yaitu: merah dan abu – abu. Untuk yang merah elektrodanya terbuat dari tembaga sedangkan warna abu – abu terbuat dari kertas alumunium.

Elektronika 1 9

9. Electric Double Capacitor (Super Capacitor)Jenis kapasitor ini bahan dielektriknya sama dengan kapasitor elektrolit. Tetapi bedanya adalah ukuran kapasitornya lebih besar dibandingkan kapasitor elektrolit yang telah dijelaskan di atas. Biasanya mempunyai satuan F. Gambar bentuk fisiknya dapat dilihat di samping, pada gambar tersebut kapasitornya memiliki ukuran 0.47F. Kapasitor ini biasanya digunakan untuk rangkaianpower supply.

10.Trimmer CapacitorKapasitor jenis ini menggunakan keramik atau plastik sebagai bahan dielektriknya. Nilai dari kapasitor dapat diubah – ubah dengan cara memutar sekrup yang berada diatasnya. Didalam pemutaran diharapkan menggunakan obeng yang khusus, agar tidak menimbulkan efek kapasitansi antara obeng dengan tangan.

11.Tuning CapacitorKapasitor ini dinegara Jepang disebut sebagai “Varicons”, biasanya banyak sekali digunakan sebagai pemilih gelombang pada radio. Jenis dielektriknya menggunakan udara. Nilai kapasitansinya dapat dirubah dengan cara memutar gagang yang terdapat pada badan kapasitor kekanan atau kekiri.

Nilai Kapasitor

Untuk mencari nilai dari kapasitor biasanya dilakukan dengan melihat angka/kode yang tertera pada badan kapasitor tersebut. Untuk kapasitor jenis elektrolit memang mudah, karena nilai kapasitansinya telah tertera dengan jelas pada tubuhnya. Sedangkan untuk kapasitor keramik dan beberapa jenis yang lain nilainya dikodekan. Biasanya kode tersebut terdiri dari 4 digit, dimana 3 digit pertama merupakan angka dan digit terakhir berupa huruf yang menyatakan toleransinya. Untuk 3 digit pertama angka yang terakhir berfungsi untuk menentukan 10n, nilai n dapat dilihat pada tabel dibawah.

Misalnya suatu kapasitor pada badannya tertulis kode 474J, berarti nilai kapasitansinya adalah 47 x 104 = 470.000 pF = 0.47μF sedangkan toleransinya 5%. Yang harus diingat didalam mencari nilai kapasitor adalah satuannya dalam pF (Pico Farad).

1.3. TRANSFORMATOR

Elektronika 1 10

Jala-jala PLN adalah sumber tegangan bolak – balik yang dikonsumsi oleh peralatan elektronika berarus kuat maupun lemah. Peralatan elektronika yang membutuhkan arus kuat seperti peralatan rumah tangga yaitu Mesin cuci, Kulkas, Televisi , AC dan lain-lain tidak membutuhkan suatu rangkaian tambahan karena peralatan tersebut langsung terhubung dengan jala-jala PLN. Hanya saja ada beberapa peralatan elektronika yang membutuhkan komponen tambahan untuk alasan keamanan seperti Stabilizer atau biasa disebut dengan stavolt, yang digunakan sebagai penstabil tegangan. Contoh stabilizer yang dipasang pada perangkat elektronika.

Akan tetapi banyak pula peralatan elektonika yang membutuhkan sumber tegangan dengan kebutuhan arus yang kecil, dan dalam bentuk yang berbeda keluarannya biasanya dalam bentuk arus searah (DC). Tegangan yang berasal dari PLN harus terlebih dahulu duibah dalam bentuk DC melalui rangkaian penyearah.

Suatu rangkaian penyearah juga tidak secara langsung dihubungkan dengan jala-jala PLN. Tegangan yang berasal dari jala-jala PLN (untuk di Indonesia adalah 220 Volt) harus duturunkan terlebih dahulu dengan sebuah komponen penurun tegangan yang disebut transformator. Ada tipe lain dari transformator yaitu sebagai penaik tegangan.

Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (skunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan.

Bagian-Bagian Transformator

Contoh transformator lambang transformator

Prinsip Kerja Transformator

Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah sebagai berikut. Ketika Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (mutual inductance).

Elektronika 1 11

Pada skema transformator di atas, ketika arus listrik dari sumber tegangan yang mengalir pada kumparan primer berbalik arah (berubah polaritasnya) medan magnet yang dihasilkan akan berubah arah sehingga arus listrik yang dihasilkan pada kumparan sekunder akan berubah polaritasnya.

Hubungan antara tegangan primer, jumlah lilitan primer, tegangan sekunder, dan jumlah lilitan sekunder, dapat dinyatakan dalam persamaan:

Vp = tegangan primer (volt) Vs = tegangan sekunder (volt) Np = jumlah lilitan primer Ns = jumlah lilitan sekunder

Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan skunder transformator ada dua jenis yaitu: 1. Transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik rendah

menjadi tinggi, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan primer (Ns > Np).

2. Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik tinggi menjadi rendah, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder (Np > Ns).

Pada transformator (trafo) besarnya tegangan yang dikeluarkan oleh kumparan sekunder adalah:1. Sebanding dengan banyaknya lilitan sekunder (Vs ~ Ns).2. Sebanding dengan besarnya tegangan primer ( VS ~ VP). 3. Berbanding terbalik dengan banyaknya lilitan primer,

Sehingga dapat dituliskan:

Penggunaan Transformator

Transformator (trafo) digunakan pada peralatan listrik terutama yang memerlukan perubahan atau penyesuaian besarnya tegangan bolak-balik. Misal radio memerlukan tegangan 12 volt padahal listrik dari PLN 220 volt, maka diperlukan transformator untuk mengubah tegangan listrik bolak-balik 220 volt menjadi tegangan listrik bolak-balik 12 volt. Contoh alat listrik yang memerlukan transformator adalah: TV, komputer, mesin foto kopi, gardu listrik dan sebagainya.

Contoh cara menghitung jumlah lilitan sekunder:

Untuk menyalakan lampu 10 volt dengan tegangan listrik dari PLN 220 volt digunakan transformator step down. Jika jumlah lilitan primer transformator 1.100 lilitan, berapakah jumlah lilitan pada kumparan sekundernya ?

Penyelesaian: Diketahui: Vp = 220 V Vs = 10 V

Elektronika 1 12

Np = 1100 lilitan

Ditanyakan: Ns = ........... ?Jawab:

Jadi, banyaknya lilitan sekunder adalah 50 lilitan

Besaran-besaran pada Transformator

Apabila kita tampilkan sebuah output dari trasnsformator stepdown, maka akan terlihat bahwa output transformator berbentuk gelombang sinus.

A : Amplitudo tinggi gelombang dari puncak ke puncak (peak to peak) VppP : Periode (T) panjang gelombang secon

Pada saat kita melakukan pengukuran output dari transformator, jika pengukuran dilakukan dengan voltmeter maka tegangan terukur adalah Veff, sedangkan jika pengukuran dilakukan dengan oscilloscope maka yang terukur adalah tegangan maksimalnya (Vm = ½ A)

V m=12

A

V eff =V m

√2

T=1f

Soal :1. Diketahui Transformator stepdown 0-6 V / 50 Hz, tentukan :

a. Tegangan efektif (Veff )b. Tegangan maksimal ( Vm )c. Amplitudod. Gambarkan sketsa bentuk gelombangnya !

Elektronika 1 13

A

P

BAB IIDIODA

2.1. TEORI DASAR

Dioda ialah jenis VACUUM tube yang memiliki dua buah elektroda. Dioda tabung pertama kali diciptakan oleh seorang ilmuwan dari Inggris yang bernama Sir J.A. Fleming (1849-1945) pada tahun 1904.

Struktur dan skema dari dioda dapat dilihat pada gambar di atas. Pada dioda, plate diletakkan dalam posisi mengelilingi katoda sedangkan heater disisipkan di dalam katoda. Elektron pada katoda yang dipanaskan oleh heater akan bergerak dari katoda menuju plate. Untuk dapat memahami bagaimana cara kerja dioda kita dapat meninjau 3 situasi sebagai berikut ini yaitu :1. Dioda diberi tegangan nol 2. Dioda diberi tegangan negative 3. Dioda diberi tegangan positive

2.1.1. Dioda diberi tegangan nol

Ketika dioda diberi tegangan nol maka tidak ada medan listrik yang menarik elektron dari katoda. Elektron yang mengalami pemanasan pada katoda hanya mampu melompat sampai pada posisi yang tidak begitu jauh dari katoda dan membentuk muatan ruang (Space Charge). Tidak mampunya elektron melompat menuju katoda disebabkan karena energi yang diberikan pada elektron melalui pemanasan oleh heater belum cukup untuk menggerakkan elektron menjangkau plate.

Elektronika 1 14

2.1.2. Dioda diberi tegangan Negative

Ketika dioda diberi tegangan negatif maka potensial negatif yang ada pada plate akan menolak elektron yang sudah membentuk muatan ruang sehingga elektron tersebut tidak akan dapat menjangkau plate sebaliknya akan terdorong kembali ke katoda, sehingga tidak akan ada arus yang mengalir.

2.1.3. Dioda diberi tegangan Positive

Ketika dioda diberi tegangan positif maka potensial positif yang ada pada plate akan menarik elektron yang baru saja terlepas dari katoda oleh karena emisi thermionic, pada situasi inilah arus listrik baru akan terjadi. Seberapa besar arus listrik yang akan mengalir tergantung daripada besarnya tegangan positif yang dikenakan pada plate. Semakin besar tegangan plate akan semakin besar pula arus listrik yang akan mengalir. Oleh karena sifat dioda yang seperti ini yaitu hanya dapat mengalirkan arus listrik pada situasi tegangan tertentu saja, maka dioda dapat digunakan sebagai penyearah arus listrik (rectifier). Pada kenyataannya memang dioda banyak digunakan sebagai penyearah tegangan AC menjadi tegangan DC.

2.2. Karakteristik Dioda

Hampir semua peralatan elektronika memerlukan sumber arus searah. Penyearah digunakan untuk mendapatkan arus searah dari suatu arus bolak-balik. Arus atau tegangan tersebut harus benar-benar rata tidak boleh berdenyut-denyut agar tidak menimbulkan gangguan bagi peralatan yang dicatu. Dioda sebagai salah satu komponen aktif sangat popular digunakan dalam rangkaian elektronika, karena bentuknya sederhana dan penggunaannya sangat luas. Ada beberapa macam rangkaian dioda, diantaranya : penyearah setengah gelombang (Half-Wave Rectifier), penyearah gelombang penuh (Full-Wave Rectifier), rangkaian pemotong (Clipper), rangkaian penjepit (Clamper) maupun pengganda tegangan (Voltage Multiplier). Di bawah ini merupakan gambar yang melambangkan dioda penyearah.

Elektronika 1 15

Sisi Positif (P) disebut Anoda dan sisi Negatif (N) disebut Katoda. Lambang dioda seperti anak panah yang arahnya dari sisi P ke sisi N. Karenanya ini mengingatkan kita pada arus konvensional dimana arus mudah mengalir dari sisi P ke sisi N. Dioda terbagi atas beberapa jenis antara lain :

Dioda germanium Dioda silikon Dioda selenium Dioda zener Dioda cahaya (LED)

Dioda termasuk komponen elektronika yang terbuat dari bahan semikonduktor. Beranjak dari penemuan dioda, para ahli menemukan juga komponen turunan lainnya yang unik. Dioda memiliki fungsi yang unik yaitu hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja. Struktur dioda tidak lain adalah sambungan semikonduktor P dan N. Satu sisi adalah semikonduktor dengan tipe P dan satu sisinya yang lain adalah tipe N. Dengan struktur demikian arus hanya akan dapat mengalir dari sisi P menuju sisi N.

Gambar ilustrasi di atas menunjukkan sambungan PN dengan sedikit porsi kecil yang disebut lapisan deplesi (depletion layer), dimana terdapat keseimbangan hole dan elektron. Seperti yang sudah diketahui, pada sisi P banyak terbentuk hole-hole yang siap menerima elektron sedangkan di sisi N banyak terdapat elektron-elektron yang siap untuk bebas merdeka. Lalu jika diberi bias positif, dengan arti kata memberi tegangan potensial sisi P lebih besar dari sisi N, maka elektron dari sisi N dengan serta merta akan tergerak untuk mengisi hole di sisi P. Tentu kalau elektron mengisi hole disisi P, maka akan terbentuk hole pada sisi N karena ditinggal elektron. Ini disebut aliran hole dari P menuju N, Kalau menggunakan terminologi arus listrik, maka dikatakan terjadi aliran listrik dari sisi P ke sisi N.

Sebaliknya apakah yang terjadi jika polaritas tegangan dibalik yaitu dengan memberikan bias negatif (reverse bias). Dalam hal ini, sisi N mendapat polaritas tegangan lebih besar dari sisi P.

Elektronika 1 16

Tentu jawabannya adalah tidak akan terjadi perpindahan elektron atau aliran hole dari P ke N maupun sebaliknya. Karena baik hole dan elektron masing-masing tertarik ke arah kutup berlawanan. Bahkan lapisan deplesi (depletion layer) semakin besar dan menghalangi terjadinya arus. Demikianlah sekelumit bagaimana dioda hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja. Dengan tegangan bias maju yang kecil saja dioda sudah menjadi konduktor. Tidak serta merta di atas 0 volt, tetapi memang tegangan beberapa volt di atas nol baru bisa terjadi konduksi. Ini disebabkan karena adanya dinding deplesi (depletion layer). Untuk dioda yang terbuat dari bahan Silikon tegangan konduksi adalah di atas 0.7 volt. Kira-kira 0.3 volt batas minimum untuk dioda yang terbuat dari bahan Germanium.

Sebaliknya untuk bias negatif dioda tidak dapat mengalirkan arus, namun memang ada batasnya. Sampai beberapa puluh bahkan ratusan volt baru terjadi breakdown, dimana dioda tidak lagi dapat menahan aliran elektron yang terbentuk di lapisan deplesi.

Dioda ZENER

Phenomena tegangan breakdown dioda ini mengilhami pembuatan komponen elektronika lainnya yang dinamakan zener. Sebenarnya tidak ada perbedaan struktur dasar dari zener, melainkan mirip dengan dioda. Tetapi dengan memberi jumlah doping yang lebih banyak pada sambungan P dan N, ternyata tegangan breakdown dioda bisa makin cepat tercapai. Jika pada dioda biasanya baru terjadi breakdown pada tegangan ratusan volt, pada zener bisa terjadi pada angka puluhan dan satuan volt. Di datasheet ada zener yang memiliki tegangan Vz sebesar 1.5 volt, 3.5 volt dan sebagainya.

Ini adalah karakteristik zener yang unik. Jika dioda bekerja pada bias maju maka zener biasanya berguna pada bias negatif (reverse bias).

Elektronika 1 17

LED

LED adalah singkatan dari Light Emitting Dioda, merupakan komponen yang dapat mengeluarkan emisi cahaya. LED merupakan produk temuan lain setelah dioda. Strukturnya juga sama dengan dioda, tetapi belakangan ditemukan bahwa elektron yang menerjang sambungan P-N juga melepaskan energi berupa energi panas dan energi cahaya. LED dibuat agar lebih efisien jika mengeluarkan cahaya. Untuk mendapatkan emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang dipakai adalah gallium, arsenic dan phosphorus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula.

Pada saat ini warna-warna cahaya LED yang ada adalah warna merah, kuning dan hijau. LED berwarna biru sangat langka. Pada dasarnya semua warna bisa dihasilkan, namun akan menjadi sangat mahal dan tidak efisien. Dalam memilih LED selain warna, perlu diperhatikan tegangan kerja, arus maksimum dan disipasi daya-nya. Rumah (chasing) LED dan bentuknya juga bermacam-macam, ada yang persegi empat, bulat dan lonjong. LED terbuat dari berbagai material setengah penghantar campuran seperti misalnya gallium arsenida fosfida (GaAsP), gallium fosfida (GaP), dan gallium aluminium arsenida (GaAsP). Karakteristiknya yaitu kalau diberi panjaran maju, pertemuannya mengeluarkan cahaya dan warna cahaya bergantung pada jenis dan kadar material pertemuan. Ketandasan cahaya berbanding lurus dengan arus maju yang mengalirinya. Dalam kondisi menghantar, tegangan maju pada LED merah adalah 1,6 sampai 2,2 volt, LED kuning 2,4 volt, LED hijau 2,7 volt. Sedangkan tegangan terbaik maksimum yang dibolehkan pada LED merah adalah 3 volt, LED kuning 5 volt, LED hijau 5 volt. LED mengkonsumsi arus sangat kecil, awet dan kecil bentuknya (tidak makan tempat), selain itu terdapat keistimewaan tersendiri dari LED itu sendiri yaitu dapat memancarkan cahaya serta tidak memancarkan sinar infra merah (terkecuali yang memang sengaja dibuat seperti itu). Cara pengoperasian LED yaitu :

Selalu diperlukan perlawanan deretan R bagi LED guna membatasi kuat arus dan dalam arus bolak balik harus ditambahkan dioda penyearah.

APLIKASI

Dioda banyak diaplikasikan pada rangkaian penyearah arus (rectifier) power suplai atau konverter AC ke DC. Di pasar banyak ditemukan dioda seperti 1N4001, 1N4007 dan lain-lain. Masing-masing tipe berbeda tergantung dari arus maksimum dan juga tegangan breakdown-nya. Zener banyak digunakan untuk aplikasi regulator tegangan (voltage regulator). Zener yang ada dipasaran tentu saja

Elektronika 1 18

banyak jenisnya tergantung dari tegangan breakdown-nya. Di dalam datasheet biasanya spesifikasi ini disebut Vz (zener voltage) lengkap dengan toleransinya, dan juga kemampuan dissipasi daya.

LED sering dipakai sebagai indikator yang masing-masing warna bisa memiliki arti yang berbeda. Menyala, padam dan berkedip juga bisa berarti lain. LED dalam bentuk susunan (array) bisa menjadi display yang besar. Dikenal juga LED dalam bentuk 7 segment atau ada juga yang 14 segment. Biasanya digunakan untuk menampilkan angka numerik dan alphabet.

Elektronika 1 19

BAB IIDIODA SEBAGAI PENYEARAH

2.1. Penyearah Tanpa Filter

Ada 2 jenis penyearah tanpa filter yaitu penyearah setengah gelombang (half wave rectifier) dan penyearah gelombang penuh (full wave rectifier). Penyearah setengah gelombang di susun oleh satu dioda, sedangkan pada penyearah gelombang penuh tersusun oleh dua dioda dan 4 dioda (jembatan).

Penyearah Setengah gelombang

R L o a d

2 2 0 V

T1D 1

Perhatikan rangkaian pada gambar di atas dimana sumber masukan sinusoida dihubungkan dengan beban resistor melalui sebuah diode. Untuk sementara kita menganggap keadaan ideal, dimana hambatan masukan sinusoida sama dengan nol dan diode dalam keadaan hubung singkat saat berpanjar maju dan keadaan hubung terbuka saat berpanjar mundur.

Besarnya keluaran akan mengikuti masukan saat masukan berada di atas “tanah” dan berharga nol saat masukan di bawah “tanah” seperti diperlihatkan pada gambar gelombang output. Jika kita ambil harga rata-rata bentuk gelombang keluaran ini untuk beberapa periode, tentu saja hasilnya akan positif atau dengan kata lain keluaran mempunyai komponen DC.

Kita juga melihat komponen AC pada keluaran. Kita akan dapat mengurangai komponen AC pada keluaran jika kita dapat mengusahakan keluaran positif yang lebih besar.

Pada rangkaian ini, dioda (D1) berperan hanya untuk merubah dari arus AC menjadi DC dan meneruskan tegangan positif ke beban R1. Ini yang disebut dengan penyearah setengah gelombang (half wave). Besar kecil R1 (beban) tidak akan mempengaruhi nilai output tegangan DC yang dihasilkan, akan tetapi perubahan R1 akan berpengaruh terhadap besar kecil arus.

Elektronika 1 20

Vdc=Vmπ

π=1800

Perhitungan Vdc sebelum melewati dioda :

Vdc=Vm−Vdπ ,

Vd : 0,7 Volt ( tegangan barier dioda silicon ) : 3,14

Perhitungan Vdc setelah melewati dioda :

Vdc=Vmπ

Dengan perhitungan Vm ( tegangan maksimal transformator) :

Vm=√2×Veff

Veff : tegangan terukur melalui voltmeter atau tegangan yang tertulis di body

transformator

Penyearah gelombang penuh 2 dioda

T1

D 2

D 1

CT

12

R L o a d

Elektronika 1 21

Terdapat cara yang sangat sederhana untuk meningkatkan kuantitas keluaran positip menjadi sama dengan masukan (100%). Ini dapat dilakukan dengan menambah satu diode pada rangkaian seperti terlihat pada gambar di atas. Pada saat masukan berharga negatif maka salah satu dari diode akan dalam keadaan panjar maju sehingga memberikan keluaran positif. Karena keluaran berharga positif pada satu periode penuh, maka rangkaian ini disebut penyearah gelombang penuh.

Pada gambar di atas terlihatbahwa anode pada masing-masing diode dihubungkan dengan ujung-ujung rangkaian sekunder dari transformer. Sedangkan katode masingmasing diode dihubungkan pada titik positif keluaran. Beban dari penyearah dihubungkan antara titik katode dan titik center-tap (CT) yang dalam hal ini digunakan sebagai referensi atau “tanah”.

Mekanisme terjadinya konduksi pada masing-masing diode tergantung pada polaritas tegangan yang terjadi pada masukan. Keadaan positif atau negatif dari masukan didasarkan pada referensi CT. Pada gambar gelombang input dan output nampak bahwa pada setengah

periode pertama misalnya, tegangan pada D1 berharga positif dan tegangan pada D2 berharga negatif, ini menyebabkan D1 berkonduksi (berpanjar maju) dan D2 tidak berkonduksi (berpanjar mundur). Pada setengah periode ini arus D1 i mengalir dan menghasilkan keluaran yang akan nampak pada hambatan beban.

Pada setengah periode berikutnya, tegangan pada D2 berharga positif dan tegangan pada D1 berharga negatif, menyebabkan D2 berkonduksi dan D1 tidak berkonduksi. Pada setengah periode ini mengalir arus iD2 dan menghasilkan keluaran yang akan nampak pada hambatan beban. Dengan demikian selama satu periode penuh hambatan beban akan dilewati arus iD1 dan D2 i secara bergantian dan menghasilkan tegangan keluaran DC.

Vdc=2Vmπ

Perhitungan tegangan dc sebelum melewati dioda :

Vdc=2(Vm−Vd )

π

Perhitungan tegangan dc setelah melewati dioda :

Vdc=2Vmπ

Elektronika 1 22

Penyearah gelombang penuh 4 dioda (model jembatan)

Penyearah gelombang penuh model jembatan memerlukan empat buah diode. Dua diode akan berkondusi saat isyarat positif dan dua diode akan berkonduksi saat isyarat negatif. Untuk model penyearah jembatan ini kita tidak memerlukan transformator yang memiliki center-tap.

Seperti ditunjukkan pada gambar di atas bagian masukan AC dihubungkan pada sambungan D1-D3 dan yang lainnya pada D2-D4. Katode D1 dan D4 dihubungkan degan keluaran positif dan anode D2 dan D3 dihubungkan dengan keluaran negatif (tanah).

Misalkan masukan AC pada titik A berharga positif dan B berharga negatif, maka diode D1 akan berpanjar maju dan D3 akan berpanjar mundur. Pada sambungan bawah D2 berpanjar maju dan D4 berpanjar mundur. Pada keadaan ini elektron akan mengalir dari titik B melalui D2 ke beban , melalaui D1 dan kembali ke titik A.

Pada setengah periode berikutnya titik A menjadi negatif dan titik B menjadi positif. Pada kondisi ini D4 dan D3 akan berpanjar maju sedangkan D1 dan D2 akan berpanjar mundur. Aliran arus dimulai dari titik A melalui D3, ke beban, melalui D4 dan kembali ke titik B. Perlu dicatat di sini bahwa apapun polaritas titik A atau B, arus yang mengalir ke beban tetap pada arah yang sama. Rangkaian jembatan empat diode dapat ditemukan di pasaran dalam bentuk paket dengan berbagai bentuk. Secara prinsip masing-masing bentuk mempunyai dua terminal masukan AC dan dua terminal masukan DC.

Elektronika 1 23

A

B

Perhitungan tegangan dc sebelum melewati dioda :

Vdc=2(Vm−Vd )

πPerhitungan tegangan dc setelah melewati dioda :

Vdc=2Vmπ

Elektronika 1 24

BAB IIIPENYEARAH DENGAN FILTER

3.1. Penyearah dengan Tapis Capacitor

Pada prinsipnya yang diinginkan pada keluaran penyearah adalah hanya komponen DC, maka perlu adanya penyaringan untuk membuang komponen AC. Secara praktis kita dapat memasang sebuah kapasitor besar pada kaki-kaki beban, karana kapasitor dapat bersifat hubung terbuka untuk komponen DC dan mempunyai impedansi yang rendah untuk komponen AC.

Berdasarkan jenis komponen yang digunakan, tapis penyearah dapat dikelompokkan menjadi dua. Kelompok pertama dilakukan dengan memasang kapasitor atau disebut sebagai tapis kapasitor atau tapis masukan-C. Kelompok lain dilakukan dengan memasang induktor atau kumparan disebut sebagai tapis induktif atau tapis masukan-L. Keluaran tapis-C biasanya mengalami penurunan saat beban meninggi. Sedangkan tapis-L cenderung mempertahankan keluaran pada harga yang relatif konstan. Namun demikian tegangan keluaran tapis-L relatif lebih rendah dibandingkan tapis-C. Gambar grafik di atas memperlihatkan hubungan besarnya tegangan keluaran sebagai fungsi dari arus beban untuk tapis-C dan tapis-L.

Tapis kapasitor sangat efektif digunakan untuk mengurangi komponen AC pada keluaran penyearah. Pertama akan kita lihat karakter kapasitor sebagai tapis dengan memasang langsung pada keluaran penyearah tanpa memasang beban.

Rangkaian tanpa beban dengan pemasangan kapasitor beserta bentuk keluarannya diperlihatkan pada gambar di bawah ini. Saat sumber tegangan (masukan) dihidupkan, satu diode berkonduksi dan keluaran berusaha mengikuti tegangan transformator. Pada kondisi ini tiba-tiba tegangan kapasitor menjadi besar dan arus yang mengalir menjadi besar (dalam ini, i C dv / dt; dv / dt ). Saat masukan membesar keluaran juga akan membesar, namun saat masukan menurun tegangan kapasitor atau keluaran tidak mengalami penurunan tegangan karena tidak ada proses penurunan tegangan. Dalam keadaan ideal ini, tegangan keluaran DC akan sama dengan tegangan puncak masukan dan akan ditahan untuk seterusnya.

Elektronika 1 25

CR L o a d

T112

D 1

D 2

CT

C

12

R L o a d

T1D 1

C

- +

1

4

3

2

12 R L o a d

T1

Gambar penyearah dengan filtercapacitor :1,2 dan 4 dioda

Bentuk gelombang output tanpa filter dan dengan filter capacitor

Beberapa implikasi dari anggapan ideal tersebut adalah:i) Arus dari transformer tergantung pada hambatan kumparan dan mungkin tergantung pada

kemampuan magnet dari intinya, sehingga kemungkinan tegangan keluarannya berubah-ubah.

Elektronika 1 26

ii) Diode bukan konduktor yang sempurna saat berpanjar maju, untuk silikon biasnya akan mengalami penurunan tegangan sekitar 0,6 sampai dengan 1,0 volt dan juga bukan merupakan isolator yang sempurna saat berpanjar mundur.

iii) Tegangan kapasitor biasanya meluruh, baik karena adanya penurunan arus yang terambil melalui beban atau karena terjadi kebocoran pada kapasitor sendiri atau pada diode

Beasaran-besaran yang dapat dihitung adalah :

Vdc=⟨1−0 ,00417RL C

⟩×Vmatau

Vdc=4 fR LC

4 fRL C+1×Vm

Vr−eff =0 , 0024RLC

×Vmatau

Vr−eff = Vdc4 √3 fRL C

×Vm

f : frekwensi = 100Hz

Vr-eff : tegangan ripple ( r ) effektif atau Vr-rms

r=Vr−effVdc

×100%= faktor ripple(prosentase ripple)

Vr−max=√3×Vr−eff = tegangan ripple puncak

3.2. Penyearah dengan Tapis Induktor

Induktor adalah komponen elektronika yang memiliki kemampuan untuk menyimpan dan melepaskan energi. Penyimpanan energi dilakukan dengan mengalirkan arus dan mengubahnya menjadi medan magnet. Kenaikan arus yang mengalir pada induktor mengakibatkan naiknya medan magnet. Penurunan arus pada induktor mengakibatkan jatuhnya harga medan magnet dan energi akan terlepas.

Kemampuan induktor untuk menyimpan dan melepaskan energi dapat digunakan untuk proses penyaringan. Tegangan induksi karena adanya perubahan medan magnet akan dilawan oleh kenaikan arus yang mengalir melalui induktor. Penurunan arus yang mengalir akan mendapatkan reaksi yang

Elektronika 1 27

sama. Pada prinsipnya, induktor akan berusaha melawan terjadinya perubahan arus yang melaluinya. Tapis-L sangat cocok untuk penyearah dengan arus beban yang besar.

Penyearah dengan tapis-L diperlihatkan pada gambar di bawah ini, dimana induktor cukup dipasang secara seri dengan diode dan beban. Arus yang masuk pada beban akan selalu melewati induktor. Tapis-L tidak menghasilkan tegangan keluaran setinggi yang dihasilkan tapis-C. Induktor cenderung akan menahan arus pada harga rata-ratanya.

Secara praktis induktor tunggal jarang digunakan sebagai tapis. Kombinasi LC lebih banyak digunakan, yaitu dengan memasang seri antara induktor dan kapasitor yang dihubungkan secara paralel dengan beban. Induktor akan mengontrol perubahan besar pada arus beban sedangkan kapasitor digunakan untuk menjaga tegangan keluaran pada harga yang konstan. Kombinasi LC ini dapat menghasilkan tegangan keluaran DC yang relatif lebih halus.

Elektronika 1 28

BAB IVREGULATOR

Pengembangan dari rangkaian penyearah adalah sebuah rangkaian regulator. Regulator berarti dapat diubah-ubah atau dapat ditentukan. Untuk meregulasi tegangan output dari hasil penyearah dibutuhkan komponen atau rangkaian tambahan pada output rangkaian penyearah. Ada beberapa rangkaian regulator yang dapat dipelajari, diantaranya : regulator zener, regulator zener dengan pass transistor, regulator yang terintegrasi dalam IC (IC LM317, 723, 78xx, 79xx dll).

4.1. Regulator Zener

Dioda zener adalah salah satu jenis dioda yang dimanfaatkan saat terbias mundur, karena untuk mendapatkan tegangan breakdown. Tegangan out (VRL) adalah sama dengan tegangan zener (VZ). Kekurangan dari regulator ini adalah terbatas pada arus beban maksimal sama dengan arus reverse maksimal yang dimiliki oleh zener. Sedangkan pada umumnya zener mempunyai arus reverse maksimal sebesar 50 mA. Sehingga regulator ini akan bermanfaat jika arus beban tidak lebih dari 50mA.

Vout=Vz

Sebelum tegangan input dari keluaran penyearah dihubungkan dengan dioda zener, diperlukan sebuah resistor (Rs) sebagai pembatas arus yang masuk pada dioda zener.

V ¿=V z+V RS

R s=V ¿−V z

I Z

I zener dirancang dibawah dari I zener maksimal sehingga setelah pemasangan rangkaian untuk direalisasikan zener tidak mudah terbakar.

Elektronika 1 29

4.2. Regulator Zener dengan Pass Transistor (follower)

Untuk memperkuat output dari regulator zener sehingga stabil pada arus yang tinggi, maka ditambahkan transistor sebagai penguat outputnya.

R2=V ¿−V z

I Z

Hasil akhir dari output follower ini adalah tegangan zener dikurangi oleh tegangan basis-emitor dari transistor (VBE).

Tugas :

1. Rancanglah sebuah regulator zener dengan output tegangan 5 Volt. Tentukan besar Rs yang harus terpasang sehingga dioda tidak akan mudah rusak.

Elektronika 1 30

Elektronika 1 31

Elektronika 1 32

Elektronika 1 33

Elektronika 1 34

Elektronika 1 35

Elektronika 1 36

Elektronika 1 37