-
Widiharso, dkk.
Teknik Otomasi Industri
untuk Sekolah Menengah Kejuruan
Ykfkjctuq
."fmm0"
VGMPKM"QVQOCUK"KP
FWUVTK"
wpvwm"U
OM
Fktgmvqtcv"Rgodkpccp"Ugmqncj"Ogpgpicj"MglwtwcpFktgmvqtcv"Lgpfgtcn"Ocpclgogp"Rgpfkfkmcp"Fcuct"fcp"OgpgpicjFgrctvgogp"Rgpfkfkmcp"Pcukqpcn
-
Agus Putranto, dkk
TEKNIK OTOMASI INDUSTRI SMK
Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan Departemen
Pendidikan Nasional
-
Hak Cipta pada Departemen Pendidikan Nasional Dilindungi
Undang-undang
TEKNIK OTOMASI INDUSTRI Untuk SMK Penulis : Agus Putranto Abdul
Mukti Djoko Sugiono Syaiful Karim Arie Eric Rawung Sodikin Susaat
Sugiono Diterbitkan oleh Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan
Dasar dan Menengah Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
Departemen Pendidikan Nasional Tahun 2008
PUT PUTRANTO, Agus t Teknik Otomasi Industri untuk SMK oleh Agus
Putranto, Abdul Mukti,
Djoko Sugiono, Syaiful Karim, Arie Eric Rawung, Sodikin Susaat,
Sugiono. ---- Jakarta : Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan
Dasar dan Menengah, Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan,
Departemen Pendidikan Nasional, 2008.
xxiv. 366 hlm Daftar Pustaka : 361-362
-
KATA SAMBUTAN
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT, berkat rahmat
dan karunia Nya, Pemerintah, dalam hal ini, Direktorat Pembinaan
Sekolah Menengah Kejuruan Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan
Dasar dan Menengah Departemen Pendidikan Nasional, pada tahun 2008,
telah melaksanakan penulisan pembelian hak cipta buku teks
pelajaran ini dari penulis untuk disebarluaskan kepada masyarakat
melalui website bagi siswa SMK.
Buku teks pelajaran ini telah melalui proses penilaian oleh
Badan Standar Nasional Pendidikan sebagai buku teks pelajaran untuk
SMK yangmemenuhi syarat kelayakan untuk digunakan dalam proses
pembelajaran melalui Peraturan Menteri Pendidikan Nasional Nomor 12
tahun 2008.
Kami menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada
seluruh penulis yang telah berkenan mengalihkan hak cipta karyanya
kepadaDepartemen Pendidikan Nasional untuk digunakan secara luas
oleh para pendidik dan peserta didik SMK di seluruh Indonesia.
Buku teks pelajaran yang telah dialihkan hak ciptanya kepada
Departemen Pendidikan Nasional tersebut, dapat diunduh (download),
digandakan,dicetak, dialihmediakan, atau difotokopi oleh
masyarakat. Namun untukpenggandaan yang bersifat komersial harga
penjualannya harus memenuhi ketentuan yang ditetapkan oleh
Pemerintah. Dengan ditayangkannya softcopy ini akan lebih
memudahkan bagi masyarakat untuk mengaksesnya sehingga peserta
didik dan pendidik di seluruh Indonesia maupun sekolah Indonesia
yang berada di luar negeri dapat memanfaatkan sumber belajar
ini.
Kami berharap, semua pihak dapat mendukung kebijakan ini.
Selanjutnya, kepada para peserta didik kami ucapkan selamat belajar
dan semoga dapat memanfaatkan buku ini sebaik-baiknya. Kami
menyadari bahwa buku ini masih perlu ditingkatkan mutunya. Oleh
karena itu, saran dan kritik sangat kami harapkan.
Jakarta,Direktur Pembinaan SMK
-
iii
Kata Pengantar
Puji syukur kehadirat Alloh, dengan tersusunnya buku Teknik
Otomasi Industri ini semoga dapat menambah khasanah referensi
khususnya di bidang tekologi industri yang akhir-akhir ini mulai
berkembang di Indonesia.
Isi buku ini sengaja disajikan secara praktis dan lengkap
sehingga dapat membantu para siswa Sekolah Menengah Kejuruan (SMK),
mahasiswa, guru serta para praktisi industri. Teknik Otomasi
Industri yang selama ini dideskripsikan secara variatif dan adaptif
terhadap perkembangan serta kebutuhan berbagai kalangan praktisi
industri. Penekanan dan cakupan bidang yang dibahas dalam buku ini
sangat membantu dan berperan sebagai sumbangsih pemikiran dalam
mendukung pemecahan permasalahan yang selalu muncul didalam disain,
pengendalian / pemgontrolan suatu sistem.
Oleh karena itu, buku ini disusun secara integratif antar
disiplin ilmu yaitu teknik elektronika analog,
elektronika daya,teknik digital, pemrograman dan elektronika
daya yang saling mendukung sehingga skill yang diperlukan terkait
satu dengan lainnya. Secara tuntas, kualitas maupun manajemen
proses control standar yang berlaku di tingkat internasional
termasuk didalam wilayah pembahasan.
Tim penulis mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang
telah membantu materi naskah serta dorongan semangat dalam
penyelesaian buku ini. Kami sangat berharap dan terbuka untuk
masukan serta kritik konstruktif dari para pembaca sehingga dimasa
datang buku ini lebih sempurna dan implementatif.
Jakarta, Juli 2008
Tim Penulis
-
iv
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR iii DAFTAR ISI iv DAFTAR GAMBAR ix DAFTAR TABEL
xxiii BAB I PENDAHULUAN
1.1 Pengantar Otomasi 1 1.2 Sistim Otomasi 4 1.3 Arsitektur
Sistem 5 1.4 Industri Pemakai 8 1.5 Sistem Kontrol Industri 8 BAB
II BESARAN DAN SATUAN 2.1 Besaran dan Satuan 11 2.2 Satuan Dalam
Teknik Listrik 12 BAB III PRINSIPDASAR LISTRIK DAN ELEKTRONIKA 3.1
Struktur Atom 15 3.1.1 Atom dan Muatan Listrik 15 3.1.2 Penghantar
Arus dalam Logam 16 3.1.3 Penghantar Arus dalam zat Cair 17 3.1.4
Penghantar Arus dalam Gas 17 3.2 Sumber Listrik 18 3.2.1 Tegangan
Listrik 18 3.2.2 Arus Listrik 19 3.2.3 Pembangkit Tenaga dan
Induksi 20 3.2.4 Pembangkit Tenaga dengan Tenaga Kimia 21 3.2.5
Pembangkit Tenaga dengan Tenaga Panas 21 3.2.6 Pembangkit Tenaga
dengan Cahaya 21 3.3 Rangkaian Listrik 22 3.3.1 Listrik dalam
Rangkaian Tertutup 22 3.3.2 Usaha Listrik 24 3.3.3 Tahanan Listrik
(R) 25 3.3.4 Nilai Hantar (G) 26
-
v
3.3.5 Tahanan Jenis ( U) 26 3.3.6 Hantar jenis ( F ) 27 3.3.7
Kode Warna Tahanan 28 3.3.8 Pembagi Arus dan Tegangan 30 3.3.9
Pengukuran Rangkain 42 3.3.10 Daya Listrik 43 3.3.11 Daya Guna
(Efisiensi) 45 3.4 Komponen Listrik dan Elektronika 47 3.4.1
Kapasitor 47 3.4.2 Dioda 52 3.4.3 Transistor 61 3.5 Operasional
Amplifier 63 3.5.1 Pengenalan OP- AMP 63 3.5.2 Rangkaian Aplikasi
OP-AMP 65 3.6 ADC 91 3.7 Dasar Teknik Digital 94 3.7.1 Aljabar
Boolean 94 3.7.2 Operasi logika dasar AND, OR dan NOT 94 3.7.3
Operasi logika kombinasi NAND, NOR dan Exclusive OR 96 3.7.4
Multiplekser 98 3.7.5 Dekoder 99 3.7.6 Flip-flop 100 3.7.7 Memory
104 3.7.8 Register Geser 107 3.7.9 Counter 112 BAB IV PRINSIP DASAR
SISTEM KENDALI 4.1 Definisi 115 4.2 Perancangan Pengendali 116 4.3
Tipe Pengendali 116 4.3.1 Pengendali Tipe-P (Proportional
Controller) 116 4.3.2 Pengendali Tipe-I (Integral Controller) 117
4.3.3 Pengendali Tipe-PI (Proportional + Integral Controller) 118
4.3.4 Pengendali Tipe-PD (Proportional + Differential Controller)
119 4.3.4 Pengendali Tipe-PID (Proportional + Integral +
Differential
Controller) 119 4.4. Aplikasi Rangkaian PID dengan OP-AMP 120
4.4.1 Analisis Pengendali PID terbuat dari OP-AMP 121 4.4.2 Metoda
Perancangan Pengendali PID 123 4.4.3 Contoh Perancangan Pengendali
124 4.4.4 Pnematik 127
-
vi
BAB V ELEKTRONIKA DAYA 5.1 Sejarah 132 5.2 Pengertian dan
Prinsip Kerja 132 5.3 Komponen Elektronika Daya 136 5.3.1 Satu
Katup yang tidak dapat dikendalikan (Dioda) 136 5.3.2 Pensaklaran
Elektronik melalui sebuah Katup 137 5.3.3 Pensaklaran Elektronik
Hubung dan Putus melalui sebuah
Katup 139 5.3.4 Perbandingan kinerja dari MOSFET, IGBT dan BJT
142 5.3.5 Bentuk Komponen 144 5.4 Contoh Rangkaian Elektronika Daya
145 5.4.1 Konverter AC ke AC dengan Pengendalian pemotongan
Fase 145 5.4.2 Penyearah dengan Pengendalian pemotongan Fase 147
5.4.3 Pengubah daya DC-DC (DC-DC Converter) 150 5.4.4 Pengubah daya
DC ke AC satu Fase (Konverter DC ke
AC) 153 5.4.5 Pengubah daya AC ke AC (Konverter AC ke AC) 156
BAB VI MIKROPROSESOR Z-80 DAN MIKROKONTROLER 6.1 Mikroprosesor Z-80
157 6.1.1 Pengontrol 157 6.1.2 Penyimpan 157 6.1.3 Operasi 159
6.1.4 Konfigurasi Mikroprosessor Z 80 160 6.1.5 Penulisan (write)
Data pada Memori 164 6.1.6 Pembacaan (Read) Data dari Memori 165
6.1.7 Flag 165 6.1.8 Pengalamatan Memori ( Penyimpan Program/data )
168 6.1.9 Programmable Pheriperal Interface (PPI) 8255
(Perantara
Pheriperal Terprogram) 179 6.1.10 Perencanaan Minimal Sistem Z -
80 185 6.1.11 Sistim Pengalamatan Mikroprosesor Z-80 188 6.1.12
Perintah Transfer 190 6.1.13 Perintah untuk Input Output dengan
Pengaturan Langsung 197 6.1.14 Perintah Aritmatika 200 6.1.15
Perintah Biner AND, OR, EX-OR dan CP 204 6.1.16 Perintah Putar dan
Geser 207 6.1.17 Perintah Percabangan 211 6.1.18 Sub Routine
(Program Bagian) 214 6.2 Mikrokontroler 217
-
vii
6.2.1 Algoritma Pemrograman 217 6.2.2 Arsitektur Mikrokontroller
ATmega8535 233 6.2.3 Fungsi Blok pada masing-masing komponen
dalam
sistem Mikrokontroller ATmega8535 240 6.2.4 Membuat Program
Mikrokontroller 272 6.25 Input Output Digital 283 BAB VII SENSOR
DAN TRANDUSER 7.1 Sensor 312 7.1.1 Sensor Aktif (active sensor) 313
7.1.3 Sensor dengan Perubahan Resistansi 313 7.1.4 Resistor
Tergantung Cahaya ( LDR Light Dependent
Resistor ) 314 7.2 Sensor Termocouple 318 7.2.1 Sensor Suhu 318
7.2.2 Sensor Temperatur PT100 320 BAB VIII MOTOR 8.1 Motor DC
Magnet Permanen 322 8.2 Motor DC Steper 324 8.3 Motor DC Brushless
328 8.4 Motor DC Servo 329 8.5 Motor Linier 330 BAB IX KENDALI
TEMPERATUR 9.1 Konsep Dasar Kendali Temperatur 331 9.2 Implementasi
Pengendali Temperatur dan Gas 334 9.2.1 Deskripsi sistem 334 9.2.2
Blok Diagram Sistem 335 9.2.3 Rangkaian Kelistrikan 773 9.2.4
Perangkat Lunak 339 BAB X FUZZY 10.1 Kontroler Logika Fuzzy (Fuzzy
Logic Controller) 334 10.2 Konsep Dasar Logika Fuzzy 334 10.2.1
Teori Himpunan Fuzzy (Fuzzy Set Theory) 334 10.2.2 Fungsi
Keanggotaan Fuzzy (Fuzzy Membership
Function) 335 10.2.3 Variabel Linguistik 340
-
viii
10.2.4 Operasi Himpunan Fuzzy 342 10.2.5 Metode Perancangan KLF
342
-
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Otomasi Kontrol Industri 2
Gambar 1.2. Penggunaan robot dalam otomasi 3
Gambar 1-3: Sistem Otomasi Direct Digital Control ( DDC ) 6
Gambar 1-4 : Distributed Control System ( DCS ) 7
Gambar 1-5 Sistem kontrol menggunakan PLC berikut panel kontrol
otomasi 9
Gambar 1-6 Operator konsol 9
Gambar 1-7 Ruang Kontrol Otomasi 9
Gambar 1-8 Sistem Master Kontrol (ABB) 9
Gambar 3.1 Bagian Suatu Atom 15
Gambar 3.2 Tarik Menarik Antar Muatan Elektron 15
Gambar 3.3 Pergerakan Elektron Bebas dalam Logam 16
Gambar 3.4 Elektron Bebas dan Muatan Positif dalam Suatu
Penghantar 16
Gambar 3.5 Percobaan Penghantar Arus dalam Zat Cair 17
Gambar 3.6 Tegangan Listrik Dari Sumber Listrik Baterai 18
Gambar 3.7 Grafik tegangan 20
Gambar 3.8 Pembangkit Tegangan dengan Induksi 21
Gambar 3.9 Pembangkit Tegangan dengan Tenaga Kimia 21
Gambar 3.10 Pembangkit Tegangan dengan Tenaga Panas 22
-
x
Gambar 3.11 Rangkaian Listrik Tertutup 22
Gambar 3.12 Rangkaian Listrik 27
Gambar 3.13 Hubungan Jajar Alat Listrik 33
Gambar 2.44 Rugi Tegangan Dalam Penghantar 37
Grafik 3.14 Grafik Pembebanan Sumber 38
Gambar 3.15 Rangkaian Pararel 39
Gambar 3.16 Kesalahan Pengukuran Arus 42
Gambar 3.17 Kesalahan Pengukuran Tegangan 42
Gambar 3.18 Kondensator 47
Gambar 3.19 Energi tersimpan pada Kapasitor 49
Gambar 3.20 Hubungan Jajar Kondesator 51
Gambar 3.21 Hubungan Deret Kapasitor 51
Gambar 3.22 Dioda 52
Gambar 3.23 Dioda Junction 53
Gambar 3.24 Perpindahan elektron pada dioda 54
Gambar 3.25 Kesetimbangan pada Junction dioda 54
Gambar 3.25a Simbol Zener 55
Gambar 3.25b Contoh Konstruksi 55
Gambar 3.25c Cara pemberian tegangan 55
Gambar 3.26 Dioda zener dalam kondisi forward bias 56
Gambar 3.27 Dioda zener dalam kondisi reverse bias 57
Gambar 3.28 Grafik Karakteristik Dioda Zener 57
-
xi
Gambar 3.29 Kurva Tegangan Dioda Zener 59
Gambar 3.30 Penstabil tegangan pada output penyearah 60
Gambar 3.31 Penstabil tegangan pada sumberdaya perlengkapan
mobil 60
Gambar 3.32 Hubungan Pemakaian Emiter Bersama 61
Gambar 3.33 Hubungan pemakaian kolektor bersama 63
Gambar 3.34 Simbol OP-AMP 63
Gambar 3.35 Rangkaian Dasar OP-AMP 67
Gambar 3.36 Rangkaian OP-AMP inverting input 68
Gambar 3.37 Rangkaian ekuivalen OP-AMP dengan Noninverting Input
68
Gambar 3.38 Rangkaian inverting input dengan metode arus input
mendekati nol 69
Gambar 3.39 Rangkaian Summing Amplifier dan Ekuivalen Virtual
ground 71
Gambar 3.40 Rangkaian Subtractor 72
Gambar 3.41 Rangkaian Subtractor dengan 2 OP-AMP 73
Gambar 3.42 Rangkaian OP-AMP sebagai bufferBesarnya tegangan
output (Uo) 74
Gambar 3.43 Rangkaian Integrator dengan OP-AMP 74
Gambar 3.44 Rangkaian Diferensiator 76
Gambar 3.45 Rangkaian Tegangan Mengontrol Tegangan Sumber 77
Gambar 3.46 Rangkaian Ekuivalen Ideal 77
Gambar 3.47a Rangkaian Tegangan Mengontrol Arus Sumber 78
-
xii
Gambar 3.47b Rangkaian Ekuivalen Ideal 79
Gambar 3.48a Rangkaian Arus Mengontrol Tegangan Sumber 79
Gambar 3.48b Rangkaian Ekuivalen Ideal 80
Gambar 3.49a Rangkaian Arus Mengontrol Arus Sumber 80
Gambar 3.49b Rangkaian Ekuivalen Ideal 80
Gambar 3.50 Daerah Respon Filter Ideal 81
Gambar 3.51a Rangkaian Low Pass Filter 82
Gambar 3.52 Karakteristik respon ideal Low Pass filter 82
Gambar 3.53 Prinsip rangkaian LPF dengan sistem integrator
83
Gambar 3.54 Rangkaian Filter Aktif Pelalu Frekuensi Tinggi
84
Gambar 3.55 Prinsip rangkaian HPF dengan sistem diferensiator
84
Gambar 3.56 Karakteristik respon ideal High Pass Filter 85
Gambar 3.57 Rangkaian Band Pass Filter 86
Gambar 3.58 Karakteristik respon ideal Band Pass Filter 86
Gambar 3.59 OP-AMP sebagai Multimeter dc 87
Gambar 3.60 OP-AMP sebagai Multimeter AC 88
Gambar 3.61 OP-AMP sebagai driver Lampu 88
Gambar 3.62 OP-AMP sebagai driver LED 89
Gambar 3.63 Rangkaian OP-AMP sebagai Amplifier Instrumentasi
90
Gambar 3.64 Diagram koneksi dari IC ADC 0804 91
Gambar 3.65 Operasi NOT 94
Gambar 3.66 Operasi AND 95
-
xiii
Gambar 3.67 Operasi OR 95
Gambar 3.68 Operasi NAND 96
Gambar 3.69. Operasi NOR 97
Gambar 3.70 Operasi EXOR 97
Gambar 3.71 Operasi EXOR yang dibangun dari operasi logika
dasar. 97
Gambar 3.72 EXOR dengan tiga masukan 98
Gambar 3.73 Multiplekser dengan empat masukan 99
Gambar 3.74 Dekoder tiga masukan delapan keluaran 99
Gambar 3.75 RS Flip-flop 100
Gambar 3.76. Rangkaian RS Flip-flop dengan gerbang NAND 101
Gambar 3.77 Master-Slave Flip-flop menggunakan NAND 101
Gambar 3.78 Sekuensial temporal untuk master slave flip flop
102
Gambar 3.79 Rangkaian JK Flip flop menggunakan NAND 103
Gambar 3.80 Tabel kebenaran dan simbol JK Flip flop 103
Gambar 3.81 Diagram pulsa JK flip flop ketika masukan J = K = 1
104
Gambar 3.82. Rangkaian D Flip flop menggunakan NAND 104
Gambar 3.83 Tabel kebenaran dan simbol D Flip flop 105
Gambar 3.84. Struktur dasar suatu memory 106
Gambar 3.85. Diagram blok register geser 108
Gambar 3.86 Register geser 4 bit menggunakan JK Flip-flop
109
Gambar 3.87 Register geser untuk paralel/serial atau
serial/parallel 110
-
xiv
Gambar 3.88. Register dengan multiplekser pada masukan D
flip-flop 111
Gambar 3.89 Rangkaian counter 4 bit 112
Gambar 3.90. Diagram pulsa counter 4 bit 113
Gambar 4.1 Proses yang dikendalikan 115
Gambar 4.2 Sistem kendali loop terbuka (Open loop control
system) 116
Gambar 4.3 Sistem kendali loop tertutup (Closed loop control
system) 116
Gambar 4.4 Diagram Blok Pengendali Tipe-P 117
Gambar 4.5 Diagram Blok Pengendali Tipe-I 118
Gambar 4.6 Diagram Blok Pengendali Tipe-PI 118
Gambar 4.7 Diagram Blok Pengendali Tipe-PD 119
Gambar 4.8 Blok Diagram Transfer Function PID 120
Gambar 4.9 Rangkaian Pengendali PID dengan menggunakan OP-AMP
121
Gambar 4.10 Diagram Blok Pengendali PI Plant Orde 1 124
Gambar 4.11 Rangkaian AND-dua buah katup dihubungkan seri
129
Gambar 4.12 Rangkaian OR-dua buah katup dihubungkan parallel
130
Gambar 4.13 Pengendali proporsional pnematik 131
Gambar 4.14 Diagram blok Pengendali 131
Gambar 5.1 Hubungan antara elektronika daya terhadap daya,
elektronik dan kontrol 133
Gambar 5.2 Perubahan bentuk sumber energi listrik 133
-
xv
Gambar 5.3 Contoh aplikasi untuk elektronika daya 134
Gambar 5.4 Blok diagram dasar elektronika daya 135
Gambar 5.5 Simbol Dioda 136
Gambar 5.6 Simbol pensaklaran sebuah katup 137
Gambar 5.7 Simbol Thyristor 138
Gambar 5.8 Simbol Triac 139
Gambar 5.9 Simbol pensaklaran dua katup 139
Gambar 5.10 Simbol Power Mosfet (n-Kanal) 140
Gambar 5.11 Simbol IGBT 141
Gambar 5.12 Simbol Transistor Daya Bipolar (BJT) 141
Gambar 5.13 Bentuk komponen elektronika daya 144
Gambar 5.14 Bentuk komponen elektronika daya berbentuk modul
144
Gambar 5.15 Komponen pemicu elektroda atau gate 145
Gambar 5.16 Blok diagram converter AC ke AC 145
Gambar 5.17 Blok Rangkaian converter AC ke AC 146
Gambar 5.18 Penundaan waktu pada tegangan uS dan uRL 146
Gambar 5.19 Blok diagram converter AC ke DC (Penyearah) 147
Gambar 5.20 Rangkaian Titik tengah tiga pulsa terkendali (M3C)
148
Gambar 5.21 Penyulutan sudut 0o 148
Gambar 5.22 Penyulutan sudut 30o 148
Gambar 5.23 Penyulutan sudut 90o 149
Gambar 5.24 Penyulutan sudut 120o 149
-
xvi
Gambar 5.25 Rangkaian Titik tengah enam pulsa terkendali (M6C)
149
Gambar 5.26 Rangkaian jembatan 6 pulsa terkendali (B6C) 150
Gambar 5.27 Blok diagram konverter DC ke DC (DC Chopper) 150
Gambar 5.28 Rangkaian Konverter DC ke DC (DC Chopper) 151
Gambar 5.29 Arus mengalir saat kondisi katup V menutup 151
Gambar 5.30 Arus tertahan saat kondisi katup V membuka 151
Gambar 5.31 Bentuk gelombang tegangan dan arus pada beban
152
Gambar 5.32 Blok diagram konverter DC ke AC 153
Gambar 5.33 Rangkaian pengubah tegangan DC ke AC dengan model
jembatan 153
Gambar 5.34 Katup V1 dan V2 menghantar dan V3 dan V4 menutup
154
Gambar 5.35 Katup V3 dan V4 menghantar dan V1 dan V2 menutup
154
Gambar 5.36 Katup V1 dan V3 menghantar dan V2 dan V4 menutup
154
Gambar 5.37 Bentuk tegangan keluaran 155
Gambar 5.38 Rangkaian DC ke AC tiga fase 155
Gambar 5.39 Blok diagram konverter AC ke AC 156
Gambar 6.1.1 Konfigurasi Mikroprosessor Z 80 160
Gambar 6.1.2 Arsitektur Mikroprosessor Z-80 161
Gambar 6.1.3 Bus Sistem CPU Z-80 162
Gambar 6.1.4 Penulisan Data pada Memori 164
Gambar 6.1.5 Pembacaan Data pada Memori 165
-
xvii
Gambar 6.1.6 Register Flag Mikroprosessor Z-80 166
Gambar 6.1.7 Konfigurasi Pin EPROM 169
Gambar 6.1.8 Rangkaian RAM 6116 170
Gambar 6.19 Rangkaian EPROM 2716 171
Gambar 6.1.10 Rangkaian Dekoder RAM/EPROM 172
Gambar 6.1.11 Konfigurasi Pin PPI 8255 173
Gambar 6.1.12 Rangkaian PPI 8255 175
Gambar 6.1.13 Pengalamatan PPI 8255 pada Minimal Sistem Z-80
177
Gambar 6.1.14 Rangkaian Pendekode Pengalamatan Port PPI 178
Gambar 6.1.15 Konfigurasi Rangkaian PPI 8255 179
Gambar 6.1.16 Mode Operasi PPI 8255 182
Gambar 6.17 Format Mode PPI 8255 183
Gambar 6.18 Rangkaian pembangkit detak 186
Gambar 7.42 Rangkaian pembangkit Input Reset 186
Gambar 6.19 Rangkaian Pembangkit Sinyal 187
Gambar 6.1.20 Rangkaian Pembangkit Sinyal 188
Gambar 6.2.1.1 Komponen Utama Komputer 218
Gambar 6.2.1.2 Simbol-simbol program flowchart 220
Gambar 6.2.1.3 Flowchart program tukar isi register 221
Gambar 6.2.2.1 Pinout Atmega8535 235
Gambar 6.2.2.2 Blok Diagram Atmega8535 239
-
xviii
Gambar 6.2.3.1 Diagram Block Arsitektur MCU AVR 240
Gambar 6.2.3.2 Diagram Block AVR CPU General Purpose Working
Registers 244
Gambar 6.2.3.3 Peta Memory Program 245
Gambar 6.2.3.4 Peta Memory Data 246
Gambar 6.2.3.5 Rangkaian equivalent pin I/O 249
Gambar 6.2.3.6 Diagram Block Timer/Counter0 8 bit 252
Gambar 6.2.3.7 Diagram Block Timer/Counter1 16 bit 254
Gambar 6.2.3.8 Kalkulator AVR 259
Gambar 6.2.3.9 Diagram Block Timer/Counter2 8 bit 261
Gambar 6.2.3.10 SPI Master-Slave Interconnection 262
Gambar 6.2.3.11 USART Block Diagram 265
Gambar 6.2.3.12 Rangkaian Modul Mikrokontroller Atmega8535
269
Gambar 6.2.3.13 Desaign PCB Modul Mikrokontroller Atmega8535
269
Gambar 6.2.3.14 Layout PCB sisi komponen 270
Gambar 6.2.3.15 Layout PCB sisi solder 270
Gambar 6.2.3.16 PCB Modul Mikrokontroller 271
Gambar 6.2.4.1 Sambungan kabel LPT antara modul mikrokontroller
dengan computer 272
Gambar 6.2.4.2 Jendela Editor BASCOM-AVR 273
Gambar 6.2.4.3 Jendela Proses Compiling 274
Gambar 6.2.4.4 Jendela informasi kesalahan 274
-
xix
Gambar 6.2.4.5 Jendela AVR Simulasi 275
Gambar 6.2.4.6 Jendela Hardware Simulasi 276
Gambar 6.2.4.7 Jendela AVR Simulasi dan Hardware Simulasi
keduanya aktif 277
Gambar 6.2.4.8 Jendela BASCOM-AVR Option 277
Gambar 6.2.4.9 Kotak pesan 278
Gambar 6.2.4.10 Jendela AVR ISP STK Programmer 278
Gambar 6.2.4.11 Jendela BASCOM-AVR Programming status 279
Gambar 6.2.4.12 Program kedip pada jendela editor BASCOM-AVR
280
Gambar 6.2.4.13 Simulasi ketika slider pada posisi minimal
282
Gambar 6.2.4.14 Simulasi ketika slider pada posisi maksimal
282
Gambar 6.2.5.1 Rangkaian Modul Digital Input Output Test 283
Gambar 6.2.5.2 Modul Percobaan Input Output Digital 283
Gambar 6.2.5.3 Modul Percobaan Deretan LED 284
Gambar 6.2.5.4 Rangkaian Modul Lampu Lalu Lintas 286
Gambar 6.2.5.5 Penempatan LED pada Modul Lampu Lalu Lintas
286
Gambar 6.2.5.6 Modul Percobaan Lampu Lalu Lintas 287
Gambar 6.2.5.7 Rangkaian Modul Motor Stepper 288
Gambar 6.2.5.8 Modul Percobaan Motor Stepper 288
Gambar 6.2.5.9 Rangkaian Modul Seven Segment 290
Gambar 6.2.5.10 Modul Percobaan Seven Segment 290
Gambar 6.2.5.11 Rangkaian Modul Analog Input Test 291
-
xx
Gambar 6.2.5.12 Modul Percobaan Analog Input Test 292
Gambar 6.2.5.13 Rangkaian Modul LCD 293
Gambar 6.2.5.14 Modul Percobaan LCD 293
Gambar 6.2.5.15 Rangkaian Modul RTC 295
Gambar 6.2.5.16 Modul Percobaan RTC 296
Gambar 6.2.5.17 Trainer Belt Conveyor 306
Gambar 6.2.5.18 Flowchart Sistim Otomasi Elektronik Sortir
Barang 308
Gambar 7.1 Sifat dari sensor berdasarkan klasifikasi 312
Gambar 7.2 Sensor potensiometer 314
Gambar 7.3. Sensor variabel kapasitor 314
Gambar 7.4 Sensor optical encoder 314
Gambar 7.5 Sensor strain gauge 314
Gambar 7.6 Susunan atom pada semikonduktor 315
Gambar 7.7. Karakteristik LDR 316
Gambar 7.8 Simbol LDR (standar IEC) 316
Gambar 7.9 LDR sebagai saklar 317
Gambar 7.10 LDR berfungsi sebagai potensiometer 317
Gambar 7.11 Karakteristik beberapa jenis sensor suhu 318
Gambar 7.12 Perilaku beberapa jenis thermocouple 319
Gambar 7.13 Sensor PT100 320
Gambar 8.1 Rangkaian ekivalen motor DC magnet permanent 322
-
xxi
Gambar 8.2 Transfer function open loop Torsi Motor DC 324
Gambar 8.3 Prinsip kerja motor DC stepper untuk gerakan full
step 325
Gambar 8.4 Prinsip kerja motor DC stepper untuk gerakan half
step 326
Gambar 8.5 Diagram skema Motor DC brushless 328
Gambar 8.6 Motor DC brushless menggerakan baling-baling pesawat
328
Gambar 8.7 Kutub pada stator motor DC brushless 2 fasa 329
Gambar 8.8 Kontrol kecepatan motor DC servo 330
Gambar 8.9 Motor linear buatan inteldrive 330
Gambar 9.1 Kendali Temperatur Ruang (Variasi 1) 331
Gambar 9.2 Blok Diagram Kendali Temperatur Ruang (Variasi 1)
332
Gambar 9.3 Kendali Temperatur Ruang (Variasi 2) 332
Gambar 9.4 Blok Diagram Kendali Temperatur Ruang (Variasi 2)
334
Gambar 9.5 Blok Diagram Sistem 335
Gambar 9.6 Rangkaian zero and span 336
Gambar 9.7 Rangkaian Penguat Tegangan ( non inverting) 336
Gambar 9.8 Rangkaian Driver Motor DC 337
Gambar 9.9 Rangkaian DAC R-2R 8 Bit 338
Gambar 9.10 Blok Diagram Fuzzy Gas 339
Gambar 9.11 Blok Diagram Fuzzy Temperatur 339
Gambar 10.1 Fungsi Keanggotaan bentuk Segitiga (Triangular)
337
-
xxii
Gambar 10.2 Fungsi Keanggotaan bentuk Trapesium 338
Gambar 10.4 Definisi Himpunan Fuzzy A secara Diagramatik 340
Gambar 10.5 Penafsiran Grafis Variabel Linguistik 341
Gambar 10.6 Struktur Dasar Kontroler Logika Fuzzy 344
Gambar 10.7 Struktur Kontroler Logika Fuzzy dengan Plant 345
Gambar 10.8 Diagram Blok System Kontrol Logika Fuzzy dengan
345
Gambar 10.9 Tanggapan(step response) Sistem Loop Tertutup
346
Gambar 10.10 Fungsi-fungsi Keanggotaan Uniform 351
Gambar 10.11 Penafsiran Grafis Persamaan (10.1; 10.2) dengan D^
dan Rc 357 Gambar 10.12 Penafsiran Grafis Persamaan (10.3) dan
(10.4) 358
Gambar 10.13 Interpretasi Grafik Strategi Defuzzifikasi 360
-
xxiii
DAFTAR TABEL
Tabel 1-1 : Kelompok Industri Pemakai 8
Tabel 2.1 Satuan dan Besaran Listrik 13
Tabel 3.1 Pembangkitan tegangan 19
Tabel 3.2 Simbol Komponen Listrik 23
Tabel 3.3 Resistor Standard IEC E6,E12 dan E 24 29
Tabel 3.4 Konstanta dielektrik relatif beberapa jenis bahan
48
Tabel 4.1 Simbol-simbol pnematik 128
Tabel 6.2.1.1 Instruksi Mikrokontroller ATmega8535 223
Tabel 3.2.2.1.1 Register Mikrokontroller Atmega8535 242
Tabel 6.2.3.1 Konfigurasi Pin Port 250
Tabel 7.1 Karakteristik jenis thermoCouple. 319
Tabel 7.2 Spesifikasi jenis sensor PT100 320
Tabel 7.3 Data Sheet 321
Tabel 8.1 Formasi tegangan / logika pada motor DC step 327
Tabel 8.2 Formasi double active bit untuk mode putaran full step
327
Tabel 10.1 Prototipe Aturan K LF dengan 3(tiga) Nilai Linguistik
347
Tabel 10.2 Penyempurnaan Aturan KLF dengan 3(tiga) Nilai
Linguistik 347
Tabel 10.3 Aturan Kontrol Fuzzy Mac Vicar-Whelan 348
-
xxiv
Tabel 10.4 Beberapa Aturan Implikasi Fuzzy 355
-
Pendahuluan
1
BAB I. PENDAHULUAN
Tujuan Kegiatan Pembelajaran Setelah mengikuti kegiatan
pembelajaran pada pokok bahasan ini, diharapkan peserta didik dapat
: Memahami proses produksi di industri Memahami sistem otomasi di
industri. Memahami arsitektur sistem otomasi di industri. Memahami
aplikasi sistem otomasi dalam industri
1.1 Pengantar Otomasi
Otomasi (bahasa Greek berarti belajar sendiri), robotisasi atau
otomasi industri atau kontrol numerik merupakan pemanfaatan sistem
kontrol seperti halnya komputer yang digunakan untuk mengendalikan
mesin-mesin industri dan kontrol proses untuk menggantikan operator
tenaga manusia. Industrialisasi itu sendiri merupakan tahapan dalam
pelaksanaan mekanisasi, dimana konsep mekanisasi tetap mesin-mesin
industri dilakukan manusia sebagai operator dengan menempatkan
mesin sebagai pembantunya sesuai dengan permintaan kerja secara
fisik, yang jelas terjadi penurunan besar-besaran kebutuhan manusia
sebagai sensor begitu juga berkaitan dengan mental kerja.
Otomasi mampu meningkatkan aturan main dalam era ekonomi global
dan meningkatkan pengalaman kerja sehari-hari, misal seorang
insinyur dapat mengembangkan penggabungan berbagai ragam perangkat
secara otomatis dan dengan bantuan model matematika dan peralatan
pengorganisasi untuk membangun sistem yang sangat kompleks sehingga
mempercepat pengembangan aplikasi dan kegiatan manusia. Walaupun
demikian masih banyak pekerjaan yang harus ditangani oleh manusia,
bahkan dengan berkembangnya teknologi otomasi memberikan banyak
peluang kerja bagi manusia, yang cocok dengan pemanfaat mata
manusia untuk pekerjaan presisi dan akurasi, pemanfaatan telinga
manusia, bahkan kebutuhan mutlak tenaga manusia untuk
mengidentifikasi dan mencium wewangian yang tidak mungkin dilakukan
oleh mesin otomatis. Pengenalan patern manusia, pengenalan bahasa
dan kemampuan produksi memang seyogyanya dilakukan oleh insinyur di
bidang otomasi.
Seorang spesialis hardware komputer, pengguna programmable logic
controllers (PLCs), sering menerapkan sistem sinkronisasi aliran
input dari sensor dan disesuaikan dengan keadaan aliran output
untuk menentukan kondisi aktuator. Hal ini berfungsi untuk
keperluan aksi kontrol secara presisi, yang memang menjadi
keharusan terkait dengan kontrol hampir di semua proses
industri.
-
Pendahuluan
2
Human-machine interfaces (HMI) atau computer human interfaces
(CHI), yang lebih dikenal dengan man-machine interfaces, biasanya
digunakan untuk berkomunikasi dengan PLC dan komputer lainnya,
seperti entering dan monitoring temperatur atau tekanan untuk
kontrol otomatis atau untuk kebutuhan respon terhadap kondisi
emergensi. Orang yang bertugas dalam pelayanan monitor dan kontrol
interface tersebut sering disebut dengan operator stasiun. Bentuk
lain pemanfaatan komputer dalam bidang otomasi adalah pada
peralatan tes otomatis, dimana otomatis kontrol komputer yang
digunakan pada peralatan tes diprogram untuk mensimulasikan
pekerjaan manusia sebagai penguji dalam tes manual biasanya dalam
bentuk aplikasi.
Gambar 1.1. Otomasi Kontrol Industri
Hal ini sering merupakan bentuk penyelesaian melalui penggunaan
peralatan tes otomatis untuk menentukan urutan secara khusus
(biasanya ditulis dalam program komputer), dan sekaligus langsung
mengendalikan peralatan tes untuk menyelesaikan tugas tes. Sebagai
bentuk akhir otomasi adalah dalam bentuk otomasi software, yaitu
pemanfaatan komputer sebagai pencatat makro kegiatan harian pekerja
(mouse dan keyboard) sebagai makro pemutaraan balik pada waktu yang
akan datang.
-
Pendahuluan
3
Gambar 1.2. Penggunaan robot dalam otomasi proses (pembuatan
mobil)
Dalam operasional otomasi industri tidak jarang ditemui
kegagalan, kerusakan atau gangguan yang harus diantisipasi dalam
bentuk perawatan dan pemeliharaan disamping layanan prima dalam
instalasi dan setup awal penerapan otomasi industri. Dilihat secara
hardware dan software sistem otomasi banyak berhubungan dengan
komponen elektronik, program komputer, pengukuran, sensor, aktuator
dan sistem pengaturan, oleh karena itu seorang pekerja yang
memberikan layanan dan penjaminan kualitas terhadap operasional
sistem industri harus memiliki kompetensi di bidang tersebut di
atas dilandasi teori dasar dan sikap yang profesional.
-
Pendahuluan
4
1.2 Sistem Otomasi
Kemajuan dibidang teknologi terutama pada bidang Elektronika dan
teknologi ICT sangat pesat dan ini sangat mempengaruhi kemajuan
pada proses produksi di industri, ada tuntutan bagi industri yaitu
bekerja cepat, optimnal, jumlah produksi banyak dan ketelitian
serta akurasi produk sebagai tuntutan kualitas harus dipenuhi.
Untuk memnuhi tuntutan tersebut tidak mungkin dipenuhi apabila
masih mengandalkan kemampuan manual dan menggantungkan produksi
dari kerja sumber daya manusia yang memiliki keterbatasan ketahanan
bekerja dalam waktu yang lama, kerja malam hari, ketelitian dan
kesamaan karakteristik hasil produk. Oleh karena itu sistem otomasi
elektronika saat ini berkembang sangat pesat baik dari sisi
teknologi, konfigurasi, maupun kapasitas dan kemampuannya. Sistem
ini sangat universal dan fleksibel sehingga dapat dimanfaatkan oleh
industri kecil sampai dengan industri besar di segala bidang dengan
cakupan pemakaiannya sangat luas dan beragam.
Sistem Otomasi Industri dapat diartikan sebagai sistem dengan
mekanisme kerja dikendalikan oleh peralatan elektronik ( electronic
hardware ) berdasarkan urutan-urutan perintah dalam bentuk program
perangkat lunak (electronic software ) yang disimpan di dalam unit
memori kontroler elektronik. Dalam membangun sistem otomasi
industri antara hardware, software harus menjadi satu kesatuan dan
merupakan sekuensial (urutan) pekerjaan atau sering disebut dengan
tahapan, yang meliputi pekerjaan tahap pembangunan yaitu suatu
industri dipersiapkan sejak awal yang meliputi perencanaan,
persiapan, perakitan , instalasi, pemrograman, inspeksi,
komisioning. Selanjutnya pekerjaan tahap operasional dimana sistem
otomasi industri sudah siap dioperasikan, sehingga perlu
pemeliharaan dan jika terjadi kerusakan perlu dilakukan perbaikan.
Oleh karena sistem otomasi industri perkembangan berdasarkan
tuntutan kebutuhan sangat tinggi maka sisem otomasi harus
senantiasa dikembangkan, sehingga diperlukan pekerjaan tahap
pengembangan meliputi perencanaan, persiapan, perakitan, instalasi,
pemrograman, inspeksi, komisioning.Otomasi: dapat didefmisikan
sebagai teknologi yang berlandaskan pada aplikasi sistem mekanik,
elektronik dan komputer. Sering aplikasi otomasi industri dibuat
dalam bentuk robot industri, dan robot merupakan komponen utama
dalam teknologi otomasi berfungsi sebagai pelaksana pekerjaan yang
biasanya dikerjakan oleh buruh, pekerja manusia. Oleh karena robot
merupakan mesin yang dibuat dalam pabrik maka ia memiliki kemampuan
dan daya tahan bekerja secara terus-menerus tanpa mengenal lelah.
Penempatan robot dalam aplikasi otomasi industri hingga saat ini
selalu berkembang, dalam aplikasinya robot industri dibuat mulai
dari yang sederhana seperti belt konveyer, mesin pengisi minuman,
mesin las otomatis sampai aplikasi robot modern untuk pembuatan
mobil, pesawat terbang dan pusat tenaga nuklir. Dengan demikian
robot dapat diciptakan untuk
-
Pendahuluan
5
menggantikan posisi-posisi pekerja baik dalam bagian produksi
dengan program keahlian rendah maupun sebagai pengganti teknisi
profesional dengan program keahlian lebih komplek. Ditinjau dari
aplikasinya otomasi dapat dibedakan berdasarkan obyek yang harus
diselesaikan, yaitu:
1. Tipe tetap yaitu mesin otomatis dibuat khusus untuk
menyelesaikan pekerjaan produksi tertentu saja, dan tidak dirancang
untuk meyelesaikam produk lainnya. Pada umumnya mesin otomasi jenis
ini digunakan untuk produksi dalam jumlah banyak dan dibutuhkan
waktu produksi yang cepat akan tetapi sangat ekonomis biaya
produksinya dengan efisiensi yang cukup tinggi.
2. Tipe semi tetap: mesin dibuat untuk memproduksi atau
menangani satu macam produk atau tugas, namun dalam beberapa
parameter (ukuran, bentuk dan bagian produk) dapat diatur secara
terbatas. Investasi awal termasuk cukup tinggi, karena mesin masih
bersifat khusus. Robot yang mandiri termasuk dalam kategori
ini.
3. Tipe fleksibel, mesin dibuat agar dapat digunakan untuk
banyak ragam produknya, sistem otomasi lebih bersifat menyeluruh,
bagianbagian produk dapat diproduksi pada waktu yang bersamaan.
Yang termasuk dalam kategori ini misalnya FMS (Flexible Automation
System) dan CIM (Computer Integrated Manufacturing). Robot adalah
salah satu pendukung dalam kelompok otomasi ini.
Sistem otomasi tidak bisa lepas dengan sistem pengaturan
ataupun sistem pengendalian, dan dalam sistem pengaturan tujuan
utamanya adalah mengatur dan mengendalikan nilai output tertentu
dari sebuah peralatan sehingga mencapai nilai yang dikehendaki.
Peralatan yang dikendalikan disebut dengan Plant, peralatan yang
mengatur atau mengendalikan disebut dengan kontroler dan nilai yang
ingin dicapai disebut dengan input atau setting point. Besaran yang
dikendalikan pada sistem pengaturan diantaranya suhu (temperatur),
kecepatan, arus dan tegangan listrik, tekanan dst. 1.3 Arsitektur
Sistem Arsitektur sistem otomasi elektronika yang dimaksud adalah
DDC (Direct Digital Control) dan DCS (Distributed Control System )
yang diperlihatkan pada Gambar 1-3 dan 1-4. Sistem akan semakin
kompleks dengan semakin besarnya jumlah variabel proses dan jumlah
input /
-
Pendahuluan
6
output ( I/O ) yang digunakan dalam melayani kebutuhan produksi
dalam industri.
PROCESS CONTROLLER :- Microcontroller- Microcomputer- PLC
PROCESS / PLANT
SERIAL / PARALEL INTERFACE
I/O INTERFACE
MONITOR
KEYBOARD
I/O INTERFACE
I/O BUS
Gambar 1-3: Sistem Otomasi Direct Digital Control ( DDC ) [1]
[1] Karl J. Astrom : Computer Controlled Systems, 2nd Ed.,
Prentice-Hall, NJ, 1990. Unit yang ada pada DDC merupakan unit
peralatan elektronik meliputi :
x Peralatan Kontrol Proses (analog dan diskrit) x Peralatan
Input dan Output (sensor, aktuator) x Peralatan Instrumentasi x
Peralatan Komunikasi Data
Disamping itu pada DDC juga dilengkapi dengan unit perangkat
lunak :
x Operating System Software x Communication Protocol x DDC
Application Software
-
Pendahuluan
7
PROCESS ENGINEERSWORKSTATION
OS
PROCESSCONTROLLER
PROCESSCONTROLLER
LOCAL OPERATORSTATION
I/OINTERFACE
I/OINTERFACE
I/OINTERFACE
I/OINTERFACE
I/OINTERFACE
I/OINTERFACE
PROCESS BUSPROCESS BUS
PROCESS
MAIN CONTROL ROOM
MIS
PROCESS CONTROL LAB
OS
LOCAL AREA NETWORK
Gambar 1-4 : Distributed Control System ( DCS ) [2]
[2] Karl J. Astrom : Computer Controlled Systems, 2nd Ed.,
Prentice-Hall, NJ, 1990 ]. DCS dilengkapi dengan unit Sistem DCS,
yaitu, Unit Peralatan Elektronik :
x Peralatan Kontrol Proses x Peralatan Input dan Output x
Peralatan Akuisisi Data x Peralatan Instrumentasi x Peralatan
Interkoneksi
Unit Peralatan Jaringan Komputer (LAN):
x Client & Server Computer x Peralatan Interkoneksi ( NIC,
Konektor, Saluran Transmisi, HUB, Modem )
Unit Perangkat Lunak :
x Operating System Software ( Computer & LAN ) x
Communication Protocol x DCS Application Software x Database &
Information System
-
Pendahuluan
8
1.4 Industri Pemakai Pengelompokan industri yang menggunakan
sistem DDC dan DCS diperlihatkan pada tabel 1-1, berikut ini: Tabel
1-1 : Kelompok Industri Pemakai SISTEM OTOMASI DCS SISTEM OTOMASI
DDC Industri Logam Dasar Industri Obat Industri Konstruksi Logam
Industri Pengolahan Makanan Industri Minyak dan Gas Industri
Pengolahan Minuman Industri Kimia Industri Kosmetik Industri
Peralatan Elektronika Industri Pengolahan Kayu Industri Peralatan
Listrik Industri Taman Hiburan Industri Otomotif Gedung Bertingkat
Industri Peralatan dan Mesin Produksi
Industri Pipa Industri Pesawat Terbang Industri Kapal Laut
Industri Telekomunikasi Industri Pengolahan Biji Plastik Industri
Gelas dan Keramik Industri Plastik Industri Kertas
1.5 Sistem Kontrol Otomasi Industri
Unsur penghubung pengukuran dan elemen kendali paling akhir
(output) adalah pengontrol, sebelum adanya penggunaan komputer,
pengontrol pada umumnya berupa pengontrol single-loop PID. Hal ini
menyebabkan banyaknya produksi pengontrol berupa pengontrol PID dan
hanya bisa melaksanakan fungsi kontrol PID, saat kini sebuah
pengontrol dapat melakukan banyak hal bagaimanapun permasalahan
yang harus diselesaikan, perkembangan terakhir 80 sampai 90%
pengontrol PID masih banyak digunakan. Sekarang sudah banyak sistem
yang menggunakan diskrit yang dalam implementasinya menggunkan
komputer, melalui bahasa pemrograman dapat dibangun sistem kontrol
Fuzzy logic, Neural Network, Knowledge base dll. Sudah tentu bahwa
sangat sukar untuk katakan pengontrol analog lebih baik daripada
pengontrol digital, yang jelas kedua pengontrol dapat bekerja
sesuai dengan fungsinya untuk mencapai pekerjaan yang diberikan.
Pengontrol
-
Pendahuluan
9
analog didasarkan pada perubahan yang diakibatkan oleh komponen
elektrik/mekanik dan menyebabkan perubahan pada proses yaitu dari
elemen kendali yang paling akhir. Pada elemen kendali akhir inilah
merupakan bagian yang bergerak terus menerus tidak ada batasan
waktu selalu memberikarikan tanggapan pada proses, sehingga ada
sedikit perubahan selalu pasti ada perubahan pada proses. Berikut
beberapa contoh gambar industri yang telah menggunakan sistem
kontrol dalam melaksanakan proses produksinya.
Gambar 1 -5 Sistem kontrol menggunakan PLC berikut panel kontrol
otomasi
Gambar 1-6 Operator konsol Gambar 1-7 Ruang Kontrol Otomasi
Gambar 1-8 Sistem Master Kontrol (ABB)
-
Komponen Elektronik
11
BAB II. BESARAN DAN SATUAN
Tujuan Kegiatan Pembelajaran Setelah mengikuti kegiatan
pembelajaran pada pokok bahasan ini, diharapkan peserta didik dapat
: Memahami pengertian besaran dan satuan Memahami jenis-jenis
besaran dasar dan turunan Memahami simbol-simbol besaran Memahami
penyelesaian contoh soal-soal besaran dan satuannya
2.1 Pengertian Besaran dan Satuan Besaran dan Satuan
Besaran yang terdapat pada sebuah balok diantaranya yaitu
panjang, lebar, tinggi, massa dan berat. Satuan panjang adalah
meter (m). Satuan lebar adalah meter (m). Satuan tinggi adalah
meter (m). Satuan massa adalah gram (g). Satuan berat adalah Newton
(N). Sistem Satuan
Sistem Satuan International (SI) secara resmi digunakan di semua
negara di dunia, namun dalam praktek sehari-hari beberapa negara
(misalnya Amerika Serikat) masih menggunakan sistem satuan non-SI.
Satuan dasar Satuan International adalah sebagai berikut : Satuan
Dasar Meter (simbol:m) adalah satuan dasar untuk ukuran panjang
dalam sistem SI. Satuan ini didefinisikan sebagai jarak yang
ditempuh dalam perjalanan cahaya di ruang hampa (vakum) selama
1/299.792.458 detik. Kilogram (simbol:kg), adalah satuan unit SI
untuk massa. Satu (1) gram didefinisikan sebagai 1/1000 kilogram.
Detik atau sekon adalah satuan waktu , yang didefinisikan sebagai
durasi selama 9.192.631.770 kali periode radiasi yang berkaitan
dengan transisi dari dua tingkat hyperfine dalam keadaan ground
state dari atom cesium-133 pada suhu nol Kelvin. Dalam penggunaan
yang paling umum, satu detik adalah 1/60 dari satu menit, dan
1/3600 dari satu jam.
-
Komponen Elektronik
12
Ampere (simbol:A), adalah satuan SI untuk arus listrik. Satu
ampere adalah suatu arus listrik yang mengalir, sedemikian sehingga
di antara dua penghantar lurus dengan panjang tak terhingga, dengan
penampang yang dapat diabaikan, dan ditempatkan terpisah dengan
jarak satu meter dalam vakum, menghasilkan gaya sebesar 2 10-7
newton per meter. Kelvin (simbol: K) , satuan kelvin didefinisikan
oleh dua fakta, nol Kelvin adalah nol absolut (ketika gerakan
molekuler berhenti), dan satu Kelvin adalah pecahan 1/273,16 dari
suhu termodinamik triple point air (0,01 C). Mol (simbol: mol)
adalah unit dasar SI yang mengukur jumlah bahan. Mol adalah unit
penghitungan. Satu mol mengandung partikel sebanyak tetapan
Avogadro (sekitar 6,02214 x 1023). Partikel dapat berupa atom atau
molekul. Candela (simbol:cd) adalah unit SI yang mengukur kekuatan
dari sinar bercahaya yang memberikan arah dari suatu sumber yang
mengeluarkan radiasi monochromatic sebesar frekuensi 540 x 1012
hertz. Satuan Turunan Radian (simbol:rad) adalah satuan sudut
.Satuan sudut ini pernah masuk dalam kategori satuan tambahan SI
yang kemudian kategori ini tidak lagi sejak tahun 1955 dan saat ini
radian dianggap sebagai satuan turunan dalam SI. Newton (simbol:N)
, satu newton adalah besarnya gaya yang diperlukan untuk membuat
benda bermassa satu kilogram mengalami percepatan sebesar satu
meter per detik per detik . 1 N = 1 kg.m.s-2 Kecepatan (simbol: v)
atau velositas adalah pengukuran vektor dari besar dan arah
gerakan. Nilai absolut skalar (magnitudo) dari kecepatan disebut
kelajuan (bahasa Inggris: speed). Kecepatan dinyatakan dengan jarak
yang ditempuh per satuan waktu. Luas (simbol: A) adalah kuantitas
fisik yang menyatakan ukuran suatu permukaan. Satuan luas utama
menurut SI adalah meter persegi 2.1.1 SATUAN DALAM TEKNIK
LISTRIK
Beberapa satuan yang sering digunakan dalam teknik listrik dan
elektronika dapat disusun seperti tabel 2.1 di bawah ini.
-
Komponen Elektronik
13
Tabel 2.1 Satuan dan Besaran Listrik
Satuan / Besaran Satuan Dasar Turunan
Amper ( A ) Satuan dari kuat arus listrik ( I ) .
1 A = 1 32
s . Vm . kg
Volt ( V ) Satuan dari tegangan listrik ( U )
V = Aw
1 V = 1 A.sm . kg
3
2
Ohm ( : ) Satuan dari tahanan listrik ( R )
: = AV
1 : = 1 232
A .sm . kg
Siemens(S) Satuan dari daya hantar ( G )
S = :1
= VA
1 S = 1 2
2. 3
m kgA s
Watt ( W ) Satuan dari daya listrik ( P )
W = V x A = sJ
1 W = 1 32
sm kg
Joule ( J ) Satuan dari usaha listrik ( Watt = W) 1 J = 1 Nm = 1
Ws = 1 Vas
1 J = 1 22
sm kg
Coulomb ( C ) Satuan dari kapasitas listrik (Q) C = As
1 C = 1 As
-
Komponen Elektronik
14
Contoh soal : 1. Rumus U = I x R = A x :
Jawab : U = I x R = A x : U = A x 23
2
A.sm . kg
=A.sm . kg
3
2
2. Rumus P = I 2 x R = A2 x : Pindahkan kedalam satuan dasar
.
Jawab : P = I 2 x R
P = A2 x 232
A.sm . kg
= 32
sm kg
3. Rumus daya hantar listrik : S = R1
Tuliskan satuan dasarnya .
Jawab : S = 32
s.Vm . kg
x VA
mkgAs 2
3
..
-
Komponen Elektronik
15
BAB III. PRINSIP DASAR LISTRIK DAN
ELEKTRONIKA
Tujuan Kegiatan Pembelajaran Setelah mengikuti kegiatan
pembelajaran pada pokok bahasan ini, diharapkan peserta didik dapat
: Memahami pengertian muatan listrik Memahami dasar-dasar listrik
dan elektronika Menguasai pengukuran listrik dan elektronika
Merangkai komponen penguat operasional (OP-AMP) Menguasai konversi
analog ke digital dan sebaliknya 3.1 Struktur Bahan 3.1.1 Atom dan
Muatan Listrik
Bagian suatu atom
Gambar 3.1Bagian Suatu Atom
Atom terdiri dari dua bagian yaitu bagian dalam berupa inti
bermuatan positif dan pada bagian luar adalah elektron yang
bermuatan negatif, dan mengitari inti. Sedangkan inti terdiri dari
proton dan neutron. Muatan elektron yang sama jenis saling tolak
menolak, muatan yang berlawanan saling tarik menarik.
Gambar 3.2 Tarik Menarik Antar Muatan Elektron
Satuan dari muatan listrik :
1 coulomb(C) = 1 amper sekon (As) ' 6,24 x 1018elektron
Lintasan 2 Lintasan 1 Elektron Inti (Ptoton dan netron
dK
dA
-
Komponen Elektronik
16
3.1.2 Penghantar Arus dalam Logam Atom-atom di dalam logam
tersusun menurut suatu ikatan geometris yang sempurna ( kisi logam
) Kisi logam Kejadian elektron bebas di dalam logam
Gambar 3.3 Pergerakan Elektron Bebas dalam Logam
Elektron bebas dan muatan positif suatu penghantar Muatan ( ion
) positif yang tidak bergerak
Gambar 3.4 Elektron Bebas dan Muatan Positif dalam Suatu
Penghantar
Pada penghantar yang baik, perak atau tembaga, jumlah elektron
bebas sama dengan jumlah atom. Contoh :
Kawat tembaga : panjang = 1 m, luas penampang = 1 mm2 berisi
kira-kira 85 . 1021 atom. mempunyai elektron bebas. Benda lain
seperti kayu, porselen dsb, memiliki elektron bebas sedikit.Bahan
ini bukan penghantar listrik, melainkan penyekat listrik. Logam
mempunyai elektron-elektron bebas, mereka di dalam penghantar
bergerak bebas. Elektron bebas ini berlaku sebagai penghantar
listrik.
-
Komponen Elektronik
17
3.1.3 Penghantar arus dalam Zat Cair Pada zat cair tiap-tiap
atom atau molekul dapat bergerak bebas Percobaan :
Gambar 3.5 Percobaan Penghantar Arus dalam Zat Cair
Ketentuan :
Air destilasi ( air suling ) adalah bukan penghantar, Dia tidak
mengalirkan arus. Dengan menambahkan garam dapur, air destilasi
menjadi penghantar dan mengalirkan arus.
3.1.4 Penghantar arus dalam Gas Gas pada suhu normal dan kuat
medan listrik kecil adalah bukan
penghantar, oleh karena gas bermuatan netral. Untuk mendapatkan
sifat hantar listrik, atom gas harus dionisir agar terbentuk ion
positif. Ionisasi gas dinamakan plasma.
Garam
-
Komponen Elektronik
18
3.2 Sumber Listrik 3.2.1 Tegangan Listrik
Penyebab gerakan pada elektron bebas dan ion Untuk menimbulkan
tenaga listrik, muatan positif dan negatif pada semua bahan
dipisahkan satu sama lain. Muatan yang terpisah ini berusaha
menyeimbangkan diri.Kecenderungan untuk seimbang antara muatan yang
berbeda dinamakan tegangan listrik.
Gambar 3.6 Tegangan Listrik Dari Sumber Listrik Baterai
Tegangan listrik yang berhubungan dengan tekanan elektron bebas
merupakan penyebab bergeraknya elektron tersebut.
Tegangan listrik itu terjadi :
a. Antara bagian yang kelebihan dan kekurangan elektron. b.
Antara bagian yang kelebihan elektron banyak dan sedikit. c. Antara
bagian yang kekurangan elektron banyak dan sedikit.
-
Komponen Elektronik
19
Tabel 3.1 Pembangkitan tegangan
Keterangan Gambar (percobaan ) Contoh
Induksi
-Generator dalam kerja tenaga
-Mesin penerangan mobil -Dinamo sepeda
Pembangkitan - tegangan secara kimia
Baterai ( elemen galvanis, akumulator ). Korosi elektronika
Pembangkitan titik sambungan dua logam yang berbeda
Elemen panas ( Thermo elemen )
Sinar yang mengenai foto elemen
Foto cell Sinar film
Pengaruh ( Muatan elektro statis )
Pemisahan atau gesekan bahan isolasi
Muatan statik pada bahan plastik
Tekanan pada kristal
Mengukur tekanan, Piringan hitam kristal Mikrofon kristal
Otot dan saraf Gerakan otot karena tegangan listrik,
pembangkitan tegangan listrik.
Elektro kardiogram Pemanggil ikan(getaran )
3.2.2 Arus Listrik
Listrik sebagai energi dapat dibangkitkan dari energi yang lain.
Energi mekanik, energi kimia dan energi panas dapat membangkitkan
energi listrik dapat mengalir melalui bahan penghantar, tetapi
tidak semua bahan dapat mengalirkan listrik . Bahan yang memiliki
elektron-elektron bebas didalamnya, seperti logam, dapat
mengalirkan listrik. Kayu tidak memiliki elektron bebas, sehingga
tidak mengalirkan listrik.
-
Komponen Elektronik
20
Penghantar yang menghubungkan kutub-kutub sebuah sumber listrik
terletak didalam medan listrik . Karena medan listrik inilah
elektron-elektron bebas di dalam penghantar bergerak dan terjadilah
aliran listrik . Aliran listrik yang berasal dari elemen mempunyai
arah yang tetap, yaitu dari kutub berpotensial tinggi ke kutub
berpotensial rendah, sedang yang berasal dari dinamo arahnya dapat
tetap atau tidak . Aliran listrik yang arahnya tetap disebut aliran
listrik searah ( DC = direct current ) dan yang arahnya tidak tetap
disebut aliran listrik bolak-balik ( AC = alternate current ).
Ada dua macam jenis arus a. Arus searah b. Arus bolak-balik
Yang dimaksud dengan arus searah bilamana elektron yang bergerak
maju secara teratur. Arus bolak balik ini suatu masa elektron yang
bergerak maju secara tidak teratur dimana saling terjadi
penggantian arah aliran maju atau mundur, selama elektron bergerak
maju tegangan akan naik X Volt dan akan berada dalam posisi
positif, dalam keadaan diam, tegangan akan menunjukkan 0 Volt dan
apabila elektron bergerak mundur tegangan akan turun dan akan
berada dalam posisi negatif lihat gambar grafik tegangan.
Biasanya penggunaan arus searah untuk peralatan elektronika .
Contohnya : Radio , laptop , mesin hitung dsb. Arus bolak-balik
banyak digunakan untuk mengoperasikan alat - alat rumah tangga (
TV, mesin cuci, penghisap debu) dan mesin-mesin industri ( mesin
bubut, mesin cetak, sabuk berjalan / belt conveyor dlsb).
10v
5 v
0 v
2 . B . 6 v Gerakkan air secara teratur
Gambar 3.7 Grafik tegangan
3.2.3 Pembangkit Tegangan dengan Induksi Medan magnit ialah
ruang yang berada di antara kutub utara dan kutub selatan magnit.
Apabila lilitan kawat digerakan didalam medan magnit ,atau batang
magnit digerakan di dalam lilitan kawat, maka timbul tegangan
listrik induksi atau imbas, lihat Gambar 3.8.
-
Komponen Elektronik
21
Gambar 3.8 Pembangkit Tegangan dengan Induksi
Magnit batang digerakkan bolak-balik di dalam kumparan (lilitan
kawat). Di dalam kumparan itu diinduksikan tegangan ( ggl )
bolak-balik. Cara ini digunakan di dalam generator untuk
membangkitkan tegangan (membangkitkan ggl). 3.2.4 Pembangkit
Tegangan dengan Tenaga Kimia Dua logam yang berlainan, misalnya
tembaga dan seng, kita rendam di dalam suatu larutan asam belerang
di dalam air. Kedua logam itu yang satu bersifat positif dan yang
lain bersifat negatif, jadi antara keduanya terdapat beda
potensial. Dapat disebut juga, bahwa di dalam alat ini, yang
disebut sel volta, terdapat ggl. Lihat gambar
Gambar 3.9 Pembangkit Tegangan dengan Tenaga Kimia
Batang tembaga dan batang seng direndam di dalam larutan asam
belerang. Antara kedua logam itu terjadi beda tegangan listrik.
3.2.5 Pembangkit Tegangan dengan Tenaga Panas Apabila kedua
ujung dua potong kawat logam yang berlainan misalnya tembaga dan
besi, kita ikatkan satu sama lain dan kita panasi, maka terjadi
penekanan elektron ke bagian kawat tembaga yang dingin. Jadi di
ikatan yang panas itu terjadi penarikan elektron dari besi ke
tembaga. Sehingga terjadi beda tegangan antara ujung besi dan ujung
tembaga yang bebas.
-
Komponen Elektronik
22
Gambar 3.10 Pembangkit Tegangan dengan Tenaga Panas
3.2.6 Pembangkit Tegangan dengan Tenaga Cahaya Beberapa bahan,
seperti sodium ( na ), selenium( Se ), potassium
( K ), apabila kena cahaya akan melepaskan sedikit elektron.
Sifat ini dimanfaatkan orang untuk membuat sel-foto( photo cell)
sebagai pembangkit tegangan listrik .Pembangkit tenaga listrik yang
dipakai disatelit Telstar, menggunakan cara ini. sel itu disebut
sel matahari (solar cell), karena menerima cahaya matahari dan
mengubahnya menjadi tenaga listrik.
3.3 Rangkaian Listrik 3.3.1 Listrik dalam Rangkaian Tertutup
Rangkaian sebuah listrik adalah hubungan antar komponen, seperti
tahanan, induktor, kapasitor, sumber tegangan, saklar dll. Arus
listrik mengalir hanya dalam rangkaian tertutup, sehingga
memberikan jalan balik untuk arus.
Suatu rangkaian listrik hanya terdiri dari sumber (tegangan atau
arus), dan komponen linier (tahanan, induktor, kapasitor), serta
unsur distribusi linier (kawat transmisi) sehingg dapat dianalisa
secara aljabar dan metoda transformasi untuk mengetahui DC respon,
Ac respon serta transient respon.
Gambar 3.11 Rangkaian Listrik Tertutup
-
Komponen Elektronik
23
Tabel 3.2 Simbol Komponen Listrik Keterangan Gambar Simbol
Penghantar
Baterai
Lampu pijar
Saklar
Induktor
Kapasitor
-
Komponen Elektronik
24
w = P . t
3.3.2 Usaha Listrik Sebuah setrika listrik dihubungkan dengan
sumber tegangan listrik. Elemen pemanas akan membara karena dialiri
arus listrik (muatan listrik) dari sumber tegangan menuju ke elemen
pemanas. Untuk memindahkan muatan listrik diperlukan usaha listrik
sebesar :
w = U . Q w = usaha listrik ............................ Wdt
(joule)
U = tegangan listrik ......................... Volt (V)
Q = jumlah muatan listrik ................ Coulomb (C)
Q = , . t
, = kuat arus listrik ....................... Amper (A) t =
waktu ........................ Detik (dt)
P = U . ,
P = daya listrik ........... Watt (w)
U = , . R R = hambatan listrik ..... Ohm (:) Sehingga : w = , .
R . , . t
Satuan usaha listrik yang lain :
1 kWh = 1000 Wh = 1000 . 3600 Wdt = 3,6 . 106 j Konversi usaha
listrik terhadap usaha panas dan usaha mekanik :
1 Wdt = 1 joule = 0,24 kal = 0,102 kgm
1 Wh = 3600 j = 864 kal = 267,2 kgm
1 kWh = 3,6 . 106 j = 864 . 103 kal = 367200 kgm
w = U . , . t
w = ,2 . R . t
-
Komponen Elektronik
25
Untuk menghitung biaya energi yang harus dibayar yaitu
mengalikan usaha listrik terpakai dengan tarip listrik.
B = biaya
W = usaha listrik ............. kWh
T = tarip ...................... Rp .... / kWh
Contoh :
Sebuah motor listrik mengambil daya 500 watt, digunakan untuk
memindahkan benda seberat 100 kg selama 20 jam. Jika tarip listrik
Rp. 150,- / kWh.
Hitung : a. Usaha listrik terpakai
b. Usaha mekanis
c. Biaya yang harus dibayar
Jawab :
a. w = p . t = 500 . 20 = 10000 Wh w = 10 kWh
b. 1 kWh = 367200 kgm
w= 10 kWh = 10 . 367200 = 3672 . 103 kgm w = 3677 . 103 kgm
c. B = w . T = 10 . Rp. 150,- B = Rp.150,-
3.3.3 Tahanan Listrik (R) Tahanan suatu kawat penghantar listrik
adalah penghambat bagi
elektron-elektron pada saat pemindahannya.Tahanan ini bergantung
pada beban ( susunan atom, elektron bebas ), panjang, luas
penampang dan temperatur dari suatu kawat penghantar listrik.
Satuannya adalah Ohm ( : ) .
B = w . T
-
Komponen Elektronik
26
3.3.4 Nilai Hantar (G) Suatu kawat penghantar dengan tahanan
kecil, maka kawat tersebut
akan menghantar arus listrik dengan baik kawat tersebut memiliki
nilai hantar yang besar.
Nilai hantar = 1
Tahanan G =
1R
TAHANAN
Akan bertambah besar
Makin panjang suatu penghantar dan makin kecil luas penampang-
nya, maka material tersebut akan semakin buruk sebagai
penghantar
TAHANAN
Akan bertambah kecil
Makin berkurangnya panjang suatu penghantar dan makin besar luas
penampangnya maka material tersebut semakin baik sebagai
penghantar
Tahanan suatu penghantar tergantung kepada tahanan jenis suatu
material, panjang dan luas penampang.
AR "U
3.3.5 Tahanan Jenis ( U) Tahanan jenis adalah tahanan suatu
penghantar pada panjang penghantar 1 m dan luas penampang 1 mm2 dan
pada keadaan temperatur 200.
Satuan = 1 . mm
m
2:
Perhatikan nilai U pada tabel : U dapat bervariasi di dalam hal
berikut : Dalam jenis pengerjaan ( Giling, tarik, tuang ) Dalam
keadaan murni, Dalam keadaan panas, sebelum dan sesudah
pemakaian.
-
Komponen Elektronik
27
3.3.6 Hantar jenis ( F ) Hantar jenis =
1Tahanan
F = 1U
Satuan : S . mmm
m mm2 2
: Menghitung tahanan dan nilai hantar
Tahanan Listrik suatu penghantar Hubungan tahanan dengan :
Panjang, luas penampang dan material dengan keadaan : temperatur
konstan mis : 200 C.
Gambar 3.12 Rangkaian Listrik
Jenis tahanan
Tahanan dengan lapisan karbon. Tahanan dengan lapisan metaloxid.
Tahanan dengan lapisan metal. Tahanan kawat.
1
R = F . A
F . A
G = 1
-
Komponen Elektronik
28
3.3.7 Kode Warna Tahanan Simbol warna pada permukaan tahanan
Warna Gelang 1
Gelang 2
Gelang 3
Gelang 4
Polos Perak Emas Hitam Coklat Merah Oranye Kuning Hijau Biru
Ungu Abu-abu Putih
1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
102 101 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109
r 20 % r 10 % r 5 % r 1 % r 2 % r 0,5 %
Contoh:
Contoh: Suatu tahanan dengan lapisan karbon dengan warna dari
kiri ke kanan : Kuning Ungu Coklat Emas. Berapakah Tahanan dan
Toleransinya ? Jawab : Kuning, Ungu, Coklat, Emas.
4 7 . 10 + 5 % R = 470 : + 5
Keterangan : Gelang 1 = 1 angka nilai tahanan Gelang 2 = 2 angka
nilai tahanan Gelang 3 = 3 Bilangan pengali dikalikan dengan
angka bilangan dari gelang 1 dan 2 Gelang 4 = Toleransi tahanan
dalam %
-
Komponen Elektronik
29
3.3.7.1 Kode Tahanan Standar IEC Tabel berikut adalah
harga-harga standar IEC. Nilai tahanan yang ada dalam pasaran (
yang diproduksi pabrik) adalah : kelipatan 10 dari angka yang
ditunjukkan dalam tabel. Namun harga terkecil dimulai dari nilai
satuan ( 1,0 ) Sebagai contoh : E6, hanya tahanannya dimulai dari
:
1,0 ; 1,5 ; 2,2 ; 3,3 ; 4,7 ; 6,8 : Nilai tahanan berikutnya
adalah perkalian nilai tahanan dasar diatas dengan 10n, dengan n
sama dengan bilangan 0 sampai dengan 8. Berikut adalah cara
mengetahui urutan tahanan bila kita tidak mengingatnya. Nilai
tahanan kelompok E 12 inilah yang banyak terdapat di pasaran bebas
dan harus dihafal.
Tabel 3.3 Resistor Standard IEC E6,E12 dan E 24
E6 1,0 1,5 2,2 3,3 4,7 6,8
E12 1,0 1,2 1,5 1,8 2,2 2,7 3,3 3,9 4,7 5,6 6,8 8,2
E24 1,0 1,1 1,2 1,3 1,5 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,7 3,0 3,3 3,6 3,9
4,3 4,7 5,1 5,6 6,2 6,8 7,5 8,2 9,1
Urutan berlaku ,k dan M
-
Komponen Elektronik
30
Contoh : Carilah urutan tahanan pada kelompok E 12.
Caranya :
1. nilai awal adalah
2. nilai berikut adalah
3. 1,2 x 1,2 = 1,44 4. 1,2 x 1,5 = 1,8 5. 1,2 x 1,8 = 2,16 6.
1,2 x 2,2 = 2,64 7. 1,2 x 2,7 = 3,24 8. 1,2 x 3,3 = 3,96 9. 1,2 x
3,9 = 4,68
10. 1,2 x 4,7 = 5,64
11. 1,2 x 5,6 = 6,72
12. 1,2 x 6,8 = 8,16
1 : 21,11012
1,0 : 1,2 : 1,5 : 1,8 : 2,2 : 2,7 : 3,3 : 3,9 : 4,7 : 5,6 : 6,8
: 8,2 :
3.3.8 Pembagi Arus dan Tegangan 3.3.8.1 Hukum Ohm Bila diantara
dua tiitk kita hubungkan dengan sepotong penghantar maka arus
listrik mengalir lewat penghantar itu. Arus ini akan mendapatkan
didalam penghantar yang disebut tahanan ( R ) dan diukur dalam
satuan ohm. Hal ini menimbulkan pemikiran mengenai hubungan antara
tegangan ; arus dan tahanan. Telah ditentukan bahwa antara kedua
tiitk diatas 1 volt dan tahanan penghantar 1 ohm, maka kuat arus
yang mengalir 1 ampere. Jadi tegangan 1 volt itu ialah tinggi
tegangan yang dapat mengalirkan arus 1 ampere melalui tahanan 1
ohm. Hukum ohm memperlihatkan hubungan antara tegangan arus dan
tahanan listrik. Pada setiap rangkaian listrik hukum ohm selalu
berlaku.
-
Komponen Elektronik
31
Rumus Hukum Ohm Pada setiap rangkaian listrik, tegangan adalah
perkalian dari kuat arus dengan tahanan.
dapat ditulis dengan rumus sbb :
atau atau
Dimana : , adalah arus dengan satuan Ampere ( A ) U adalah
tegangan dengan satuan Volt ( V )
R adalah tahanan dengan satuan Ohm ( : ) Jadi besarnya arus
:
a. Arus berbanding lurus dengan tegangan.
b. Arus berbanding terbalik dengan tahanan.
Contoh :
1. Sebuah relai dengan tahanan 40 K:, dihubungkan tegangan 48 V,
Tentukan besar arus yang mengalir pada relai !.
Jawab : , = UR
48 V ,0012 A 1,2 mA 40000
0:
U = , . R , = UR
R = UI
-
Komponen Elektronik
32
2. Sebuah koil dengan tegangan 110 V dialiri dengan arus 25
mA.
Hitunglah tahanan coil tersebut !.
Jawab : , = UR
R UI
110 Vo 0 025
4400, A
: = 4,4 K:
3.3.8.2 Hukum Kirchoff Hukum Kirchhoff I ( Mengenai arus )
Jumlah arus dalam suatu titik percabangan dalam suatu rangkaian
adalah sama dengan nol, arus yang masuk dalam titik percabangan
sama dengan arus yang meninggalkannya. Jadi jumlah listrik yang
masuk, harus sama dengan jumlah listrik yang keluar.
1. Contoh Percabangan pada titik A
Gambar 2.38 Hk Khirchoff I
,1 = ,2 + ,3 + ,4 atau ,1 ,2 ,3 ,4 = 0 Jadi rumus hukum
Kirchhoff , : , = 0
Dengan perkataan hukum Kirchhoff berbunyi :
Jumlah aljabar semua arus dalam titik percabangan itu sama
dengan nol.
Contoh :
1. Perhatikan gambar dibawah, arus masuk ke tiitk percabangan A
lewat dua kawat ,1 dan ,2.
Dari titik A arus mengalir ke 3 lampu yaitu : ,3 ; ,4 ; dan ,5.
Maka bila ,1 = 3 A ; ,2 = 4 A ;
I4
I3 I2
I1
-
Komponen Elektronik
33
Menurut hukum Kirchhoff , : , = 0
Jadi : ,1 + ,2 ,3 ,4 ,5 = 0 3 + 4 2 3 ,5 = 0
[Arus yang masuk ke titk A kita sebut positif dan yang
meninggalkannya kita sebut negatif 0] Perhitungan di atas dapat
dilakukan sebagai berikut : [ Arus yang masuk = arus yang keluar ]
,1 + ,2 ,4 ,5 3 + 4 = 2 + 3 + ,5
7 = ,5 + 5 ,5 = 7 5 = 2A, meninggalkan titik ercabangan
Dari rangkaian listrik di bawah ini berlaku hukum Kirchhoff
,.
Beberapa alat bersama-sama dihubungkan pada satu tegangan, maka
tegangan alat-alat itu semua sama, hubungan semacam ini di sebut
hubungan jajar. Semua alat listrik pada umumnya dihubungkan jajar
pada tegangan yang tersedia.
Gambar 3.13 Hubungan Jajar Alat Listrik
-
Komponen Elektronik
34
Sesuai dengan hukum Kirchhoff ,, dalam titik percabangan A,
jumlah angka aljabar arus sama dengan nol.
, total ,1 ,2 ,3 = 0 , total = ,1 + ,2 + ,3 ,
Menurut hukum ohm : Arus dalam masing-masing cabang :
,1 = UR
1 ; ,2 = U
R2
; ,3 = UR 3
Jadi : ,J = UR1
UR2
UR3
Harga ketiga tahanan R1 ; R2 ; dan R3 dapat kita ganti dengan
satu tahanan pengganti : Rp, yang dapat memenuhi persamaan terakhir
di atas.
Jadi : ,J = URP
Dengan masukan ini ke dalam persamaan terakhir di atas, kita
hasilkan : U
R P =
U
R1 U
R2
UR3
Kalau kedua ruas persamaan ini kita bagi dengan U akan
didapatkan : 1
R P =
1
R1 1
R2
1R3
atau dapat ditulis : 1
RP = 6 1
R
Dengan kata-kata :
Dalam satuan rangkaian jajar nilai kebalikan tahanan pengganti
sama dengan jumlah nilai kebalikan tahanan-tahanan yang dihubungkan
jajar.
It
I31
I2
I1
R3 R2 R1
Us
-
Komponen Elektronik
35
Karena G disebut daya hantar, sehingga berlaku rumus :
Gp = G1 + G2 + G3 atau Gp = G atau dengan perkataan : Daya
hantar pengganti dalam rangkaian jajar itu sama dengan jumlah daya
hantar masing masing cabang.
Contoh : Bila harga tahanan dalam cabang-cabang dalam gambar
diatas adalah : R1 = 4 ohm ; R2 = 1,5 ohm ; R3 = 2,4 ohm maka :
1
R P
1
4
1
1,5
1
2,4
1
R P
3
12
8
12 5
12
1
R P
16
12 R
1P 12
16 = 0,75 ohm
Dari uraian diatas dapat kita simpulkan :
Dalam rangkaian jajar tegangan tiap-tiap alat listrik yang
dihubungkan sama.
Arus jumlah sama dengan jumlah arus cabang.
Nilai tahanan jumlah (tahanan pengganti) lebih kecil daripada
harga tahanan cabang yang terkecil.
Hukum Kirchhoff II ( Mengenai tegangan ) Arus yang digunakan
dalam rangkaian atau jalan-jalan, tersusun dari
beberapa unsur yang mempunyai ggl yang tidak sama, begitu pula
tahanan dalamnya.
Dalam jala-jala yang rumit ( kompleks ) kita tak dapat begitu
saja menggunakan peraturan hubungan deret dan hubungan jajar, untuk
menyelesaikan persoalan-persoalan. Untuk keperluan ini kita pakai :
HUKUM KIRCHHOFF ,,
Dalam rangkaian tertutup :Jumlah aljabar dari sumber tegangan
dan kerugian tegangan pada suatu rangkaian tertutup sama dengan nol
atau U = 0
-
Komponen Elektronik
36
U = 0 U ,R1 ,R2 = 0 U = 0
U = tegangan sumber
,R1 dan ,R2 = kerugian tegangan
Pedoman untuk menentukan persamaan-persamaan dari suatu
rangkaian tertutup menurut Hukum Kirchhoffs ,, adalah :
* Pada sumber tegangan arah arus dari potensial rendah ke
potensial tinggi ( ke + ) diberi nilai atau tanda positif ( +
).
* Pada sumber tegangan arah arus dari potensial tinggi ke rendah
( + ke ) diberi tanda negatif ( )
* Arah arus dapat dimisalkan sembarang, dan apabila didapat
hasil bertanda negatif berarti arah arus salah.
Contoh 1
Tentukan persamaan dari rangkaian di bawah ini :
Jawab : U = O Pada bagian abca : U1 ,1 R1 ,2 R2 + U2 ,1 R4 = 0
Pada bagian debcd : U3 + ,3 R3 ,2 R2 + U2 = 0 Catatan :
-
Komponen Elektronik
37
Dari sumber debcd kita anggap arah arus pada U3 dari ( + ) ke (
) sehingga diberi tanda negatif. Sehingga diberi tanda negatif.
Kemudian ,3 R3 diberi tanda ( + ) karena seharusnya arah arus
menuju e sesuai dengan sumber ( U3 ). Kemudian pada titik b berlaku
hukum Kirchhoffs ,, yaitu : ,1 ,2 ,3 = 0
3.3.8.3 Rugi Tegangan dalam Penghantar Yang dimaksud kerugian
tegangan dalam penghantar ialah tegangan yang hilang, atau tegangan
yang tak dapat dimanfaatkan :
Gambar 2.44 Rugi Tegangan Dalam Penghantar
Dalam rangkaian arus :
I = U
Rp
RP = RAB + RBC + RCD
dari titik A ke B terjadi turun tegangan
UAB = I . RAB = I . Tahanan penghantar masuk
dari titik C D = terjadi turun tegangan UCD = I . RCD = I
Tahanan penghantar keluar
'U = U UBC atau 'U = UAB + UCD
Panjang dan penampang kedua penghantar itu sama, jadi tahanannya
sama. Tahanan penghantar
R = U q"
-
Komponen Elektronik
38
Tahanan dua kontrol :
2 R = 2
qU "
Turun tegangan dinyatakan dalam % dari tegangan yang diberikan '
U = % . U =
6100
U
3.3.8.4 Pembebanan Sumber Sumber tegangan dalam keadaan berbeban
yang dapat diatur
Grafik 3.14 Grafik Pembebanan Sumber
Kesimpulan :
Semakin besar tahanan beban yang diukur maka besarnya tegangan
klem akan semakin kecil. ( lihat grafik ).
-
Komponen Elektronik
39
Contoh Soal :
* Sebuah sumber tegangan memberikan 1,5 V dihubungkan pada
tahanan 2,5 : sedangkan tahanan dalam baterai 0,5 :. Hitunglah
:
a. Arus yang mengalir.
b. Tegangan klem ( tegangan pada tahanan luar ).
Jawab :
a). I URd R a
= 1,5 V
0 5 2 5, ,
= 1 53,
= 0,5 A
b). = Uo , . Rd = 1,5 V ( 0,5 . 0,5 ) = 1,5 V 0,25 = 1,25 V
3.3.8.5 Hubungan Jajar Beberapa pemakai alat listrik
bersama-sama dihubungkan pada satu tegangan. Hubungan semacam ini
disebut : HUBUNGAN JAJAR. Semua alat listrik pada umumnya
dihubungkan jajar pada tegangan yang tersedia. Contoh perhatikan
percobaan dibawah :
Gambar 3.15 Rangkaian Pararel
Perhitungan tahanan total ( tahanan pengganti )
-
Komponen Elektronik
40
32131
321
R1
R1
R1
1R
RU +
2RU +
RU
U
I + I + IU
IUR
1R
1R
1R2
1R3
1
G = G1 + G2 + G3
Contoh 1 Dua buah tahanan masing -masing R1 = 10 , R2 = 40,
dihubungkan secara paralel dengan 200 V, Tentukan tahanan total
dan arus yang mengalir pada masing-masing tahanan serta
perbandingan ,1 : ,2 dan R2 : R1 Jawab :
R = 11
R1
1R 2
11
101
40
10,1 0,025
, = UR
200 V8
: = 25 A
,1 = UR1
200 V8
: = 20 A
,1 = UR 2
200 V40
: = 5 A
Kontrol : , = ,1 + ,2 = 25 A
I1I2
20 A5 A
= 4 R1R2
40 10
:: = 4
Kesimpulan : Tahanan total adalah lebih kecil dari tahanan yang
terkecil dari
tahanan cabang. Keadaaan arus pada tiap cabang berbanding
terbalik dengan tahanan cabang.
Pemakaian : Hubungan paralel ( shunt ) untuk mengukur arus dan
untuk pemakaian stop kontak yang lebih banyak dalam suatu
rangkaian.
-
Komponen Elektronik
41
Contoh 2 Diketahui : Dua buah tahanan R1 = 20 , R2 = 30,
dihubungkan secara paralel.
Ditanyakan : Tahanan total
a). Jawaban secara perhitungan
1R
1R
1R2
R2 + R1R1 . R2
R R1 . R2R1 R2
o 1
R = 20 . 30 20 + 30
20 . 30 50
: :: :
: :: = 12 :
b). Jawaban secara grafik
Terapan hubungan campuran pada Perluasan batas ukur
Dengan adanya tahanan seri ( tahanan depan ) , batas ukur dapat
diperluas .
-
Komponen Elektronik
42
3.3.9 Pengukuran Rangkaian Pengukuran Tahanan tak langsung (
Pengukuran arus & tegangan ) . Kesalahan rangkaian dalam
mengukur arus
.
Gambar 3.16 Kesalahan Pengukuran Arus
UX = U , X = , - , V Rumus
R UI I
XV
R U
IX
URV
Kesalahan ukur diabaikan pada tahanan yang kecil .
Keterangan :
U = Tegangan teratur
, = Arus terukur ,V = Arus volt meter RV = Tahanan volt
meter
Gambar 3.17 Kesalahan Pengukuran Tegangan
-
Komponen Elektronik
43
UX = U x UA , X = , R U U
IU R x I
IX
A A Tahanan yang besar Keterangan : U = Tegangan teratur
, = Arus terukur UA = Tegangan Amperemeter
RA = Tahanan Amperemeter .
Pengukuran Tahanan Langsung dengan :
Pengukur tahanan ( ohm meter ) Pengukur isolasi ( contoh
induktor ) Jembatan pengukur tahanan
3.3.10 Daya Listrik
Jika sebuah lampu pijar dihubungkan pada sumber tegangan, lampu
tersebut akan menyala karena dialiri arus listrik.Untuk memindahkan
arus listrik / muatan listrik diperlukan usaha listrik sebesar
:
w = usaha listrik ........joule = watt detik
U = tegangan listrik .................volt ( v )
Q = jumlah muatan listrik ...coulomb ( C )
Q = , . t w = U . , . t
Daya listrik adalah usaha listrik tiap satuan waktu :
w = U . , . t U . , = tw P
w = U . Q
P = U . ,
-
Komponen Elektronik
44
P = ,2 . R
P = UR
2
P = daya listrik ........ watt
P = U . , U = , . R P = , . R . I = ,2 . R
R = tahanan / hambatan listrik .... ohm ( : ) P = U . , , =
U
R
= U . UR
= UR
2
Dari persamaan :
P = ,2 . R Jika R adalah konstan, maka grafik P = g (,) dapat
digambarkan sebagai berikut :
Contoh : R = 1000
, ( ma )
P ( w )
100 100
200 200
300 300
400 400
500 500
600 600
700 700
800 800
900 900
1000 1000
-
Komponen Elektronik
45
Contoh :
Sebuah setrika listrik dayanya 330 w, dihubungkan pada tegangan
220 V.
Hitung : a. arus yang mengalir.
b. tahanan setrika, dalam keadaan bekerja
(nilainya dianggap konstan).
Jawab :
a) P = U . , , = PU 330
220 = 1,5 A
Jadi : , = 1,5 A
b) R = UI 220
1 5, = 146,67 :
atau P = UR
2
R = UR
2202330
48400330
2
R = 146,67 :
3.3.11 Daya Guna (Efisiensi) Daya guna disebut juga efisiensi
adalah perbandingan antara daya keluaran ( output ) dengan daya
masukan ( input ). Daya keluaran selalu lebih kecil dari daya
masukan, karena selalu timbul kerugian-kerugian. Contoh
kerugian-kerugian pada motor listrik : panas , kelembaman dll. Daya
guna atau efisiensi dinyatakan dalam persamaan :
K = P outputP input
atau K = PP
1
2
Jika dinyatakan dalam persentase :
K = % 100 x PP
1
2
-
Komponen Elektronik
46
K = daya guna ......... % P2 = daya keluaran
P1 = daya masukan
Jawab :
P1 = 100 watt
P1 = 1 HP = 746 watt
K= P2P1
x 100 % 7461000
x 100 % = 74,6 %
-
Komponen Elektronik
47
3.4 Komponen Listrik dan Elektronika
3.4.1 Kapasitor Kapasitor atau disebut juga kondensator adalah
alat / perangkat untuk menyimpan muatan listrik untuk sementara
waktu. Sebuah kapasitor/kondensator sederhana tersusun dari dua
buah lempeng logam paralel yang disekat satu sama lain oleh bahan
isolator yang disebut dielektrikum. Jenis kondensator diberi nama
sesuai dengan dielektrikumnya, misal : kertas, mika, keramik dan
sebagainya.
Gambar 3.18 Kondensator
Plat Logam Jika lempeng kondensator/kapasitor dihubungkan pada
sumber tegangan DC, terjadi perpindahan elektron dari kutub ( )
lempeng B dan ke kutub ( + ) lempeng A. Hal ini berlangsung sampai
beda potensial antara lempeng A dan lempeng B dengan GGL sumber
tegangan DC. Jika hal ini terjadi artinya kondensator sudah
bermuatan penuh.
3.4.1.1 Kapasitas Kapasitor Kapasitas kapasitor yaitu besarnya
muatan listrik yang dapat disimpan tiap satuan beda potensial
antara bidang-bidangnya.
Dinyatakan dalam persamaan :
CQU
A B
+
B
-
Komponen Elektronik
48
C = kapasitas kapasitor .................... farad ( F ).
Q = muatan listrik ............................. coulamb ( C
)
U = beda potensial ....................... volt ( V )
Untuk kondensator plat sejajar, kapasitasnya tergantung pada
luas dan jarak antara plat serta jenis / macam zat yang berada
diantara dua plat tersebut. Dinyatakan dalam persamaan :
"AC H
C = kapasitas kapasitor ........ farad ( F ). A = luas plat
.......................... m2
L = jarak antar plat ............... m
H = konstanta dielektrik mutlak Satuan kapasitas kondensator
kebanyakan dinyatakan dalam mikro
farad = PF = 106 F Ho = Konstanta dielektrik hampa udara = 8,85
. 1012 Hr = konstanta dielektrik relatif ( bahan tertentu ) Dengan
demikian konstanta dielektrik mutlak adalah konstanta dielektrik
relatif. Kontanta dielektrik relatif yaitu konstanta dielektrik
tiap jenis bahan tertentu.
Tabel 3.4 Konstanta dielektrik relatif beberapa jenis bahan
No Jenis bahan
Konstanta dielektrik (Hr )
1 Mika 2,5 7 2 Gelas 4 7 3 Air 80
4 Gambar 2,65
5 Lilin 2,25
6 Udara 1
H = Ho . Hr
-
Komponen Elektronik
49
3.4.1.2 Energi Tersimpan pada Kapasitor Untuk memberi muatan
pada kapasitor, harus dilakukan suatu usaha. Kondensator yang
bermuatan merupakan tempat energi tersimpan. Misalkan muatan
positif dalam jumlah kecil berulang - ulang terambil dari salah
satu platnya, hingga timbul lintasan sembarang dan berpindah ke
plat yang satu lagi. Pada tahap tertentu, ketika besar muatan netto
pada salah satu plat sama dengan q, beda potensial n antara kedua
plat ialah q / c. Besarnya usaha dZ untuk memindahkan muatan dg
berikutnya ialah :
Gambar 3.19 Energi tersimpan pada Kapasitor
dw = u . dq = q . dqC
Jumlah total usaha :
w = dq . dq
q . dq w ICC =
IC
. 12
. Q Q2C
22
karena : u = QC
w = 12
QC
. Q = u . Q Q = u . C
w = u . u . C = u2 . C
w = usaha listrik ................... joule ( j )
u = beda potensial ................... volt ( V )
C = kapasitas kapasitor ................ farad ( F )
A
-
Komponen Elektronik
50
Contoh soal :
Sebuah kondensator 4,7 PF dihubungkan pada tegangan 100 V.
Hitunglah :
a. muatan kondensator
b. energi kondensator
Jawab :
a. Q = u . c = 100 . 4,7 . 106 Q = 470 . 106 C
b. w = u . Q
= 12
. 100 . 470 . 106
w = 2350 . 106 Ws
w = 2350 . 106 Joule
-
Komponen Elektronik
51
3.4.1.3 Hubungan Jajar
C1 C2
Gambar 3.20 Hubungan Jajar Kondesator
Pada hubungan jajar kondensator menjadikan luas permukaan plat
plat lebih besar, akibatnya kapasitas C menjadi lebih besar.
Q = Q1 + Q2
U . C = U.C1 + U.C2 = U ( C1 + C2 )
C = C1 + C2
3.4.1 4 Hubungan Seri
Gambar 3.21 Hubungan Deret Kapasitor
Pada hubungan deret kondensator, plat-plat menjadi lebih lebar
jaraknya, akibatnya kapasitas C menjadi lebih kecil. Dalam hal ini
semua kapasitas kondensator sama besar yaitu :
C1 = C2
Q = Q1 = Q2
U.C = U1.C1 = U2.C2
-
Komponen Elektronik
52
3.4.2 DIODA 3.4.2.1 Dasar Pembentukan Dioda
Material P Material N
Gambar DiodaSebelum Difusi
+ + + + ++ + + + ++ + + + +
_ _ _ _ __ _ _ _ __ _ _ _ _
Anoda Katoda
Material P Material N
Gambar DiodaSebelum Difusi
+ + + + _+ + + + _+ + + + _
+ _ _ _ _+ _ _ _ _+ _ _ _ _
Lapisan Pengosongan
AnodaKatoda
Gambar 3.22 Dioda
-
Komponen Elektronik
53
3.4.2.2 Dioda Zener Semua dioda prinsip kerjanya adalah sebagai
peyearah, tetapi karena
proses pembuatan, bahan dan penerapannya yang berbeda beda, maka
nama-namanya juga berbeda. Secara garis besar komponen elektronika
yang terbuat dari bahan semi konduktor sangat ringkas (sangat
kecil). Maka hampir-hampir kita tidak bisa membedakan satu sama
lainnya. Hal ini sangat penting untuk mengetahui kode-kode atau
tanda-tanda komponen tersebut.
A. Bahan dasar Bahan dasar pembutan komponen dioda zener adalah
silikon yang mempunyai sifat lebih tahan panas, oleh karena itu
sering digunakan untuk komponen-komponen elektronika yang berdaya
tinggi. Elektron-elektron yang terletak pada orbit paling luar
(lintasan valensi) sangat kuat terikat dengan intinya (proton)
sehingga sama sekali tidak mungkin elektron-elektron tersebut
melepaskan diri dari intinya.
B. Pembentukan junction pn Pembentukan dioda bisa dilaksanakan
dengan cara point kontak dan junction. Namun dalam pembahasan ini
fokus pembahasan materi diarahkan pada cara junction. Pengertian
junction (pertemuan) adalah daerah dimana tipe p dan tipe n
bertemu, dan dioda junction adalah nama lain untuk kristal pn (kata
dioda adalah pendekan dari dua elektroda dimana di berarti dua).
Untuk lebih jelasnya lihat gambar dibawah ini.
p n
+ + + ++ + + ++ + + +
_ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _
Gambar 3.23 Dioda Junction
Sisi p mempunyai banyak hole dan sisi n banyak elektron pita
konduksi. Agar tidak membingungkan, pembawa minoritas tidak
ditunjukkan, tetapi camkanlah bahwa ada beberapa elektron pita
konduksi pada sisi p dan sedikit hole pada sisi n.
Elektron pada sisi n cenderung untuk berdifusi kesegala arah,
beberapa berdifusi melalui junction. Jika elektron masuk daerah p,
ia akan merupakan pembawa minoritas, dengan banyaknya hole
disekitarnya, pembawa minoritas ini mempunyai umur hidup yang
singkat, segera setelah memasuki daerah p, elektron akan jatuh
kedalam hole. Jika ini terjadi, hole lenyap dan elektron pita
konduksi menjadi elektron valensi.
-
Komponen Elektronik
54
Setiap kali elektron berdifusi melalui junction ia menciptakan
sepasang ion, untuk lebih jelasnya lihat gambar dibawah ini :
p n
+ + + + + + + + +
_ _ _ _ _ _ _ _ _
Lapisan Pengosongan
___
+++
Gambar 3.24 Perpindahan elektron pada dioda
Tanda positip berlingkaran menandakan ion positip dan taanda
negatip berlingkaran menandakan ion negatip. Ion tetap dalam
struktur kristal karena ikatan kovalen dan tidak dapat berkeliling
seperti elektron pita konduksi ataupun hole. Tiap pasang ion
positip dan negatip disebut dipole, penciptaan dipole berarti satu
elektron pita konduksi dan satu hole telah dikeluarkan dari
sirkulasi. Jika terbentuk sejumlah dipole, daerah dekat junction
dikosongkan dari muatan-muatan yang bergerak, kita sebut daerah
yang kosong muatan ini dengan lapisan pengosongan (depletion
layer). C.Potensial Barier Tiap dipole mempunyai medan listrik,
anak panah menunjukkan arah gaya pada muatan positip. Oleh sebab
itu jika elektron memasuki lapisan pengosongan, medan mencoba
mendorong elektron kembali kedalam daerah n. Kekuatan medan
bertambah dengan berpindahnya tiap elektron sampai akhirnya medan
menghentikan difusi elektron yang melewati junction. Untuk
pendekatan kedua kita perlu memasukkan pembawa minoritas. Ingat
sisi p mempunyai beberapa elektron pita konduksi yang dihasilkan
secara thermal. Mereka yang didalam pengosongan didorong oleh medan
kedalam daerah n. Hal ini sedikit mengurangi kekuatan medan dan
membiarkan beberapa pembawa mayoritas berdifusi dari kanan kakiri
untuk mengembalikan medan pada kekuatannya semula. Inilah gambaran
terakhir dari kesamaan pada junction :
___
+++
Lapisan Pengosongan
Gambar 3.25 Kesetimbangan pada Junction dioda
-
Komponen Elektronik
55
1. Beberapa pembawa minoritas bergeser melewati junction, mereka
akan mengurangi medan yang menerimanya.
2. Beberapa pembawa mayoritas berdifusi melewati junction dan
mengembalikan medan pada harga semula.
Adanya medan diantara ion adalah ekuivalen dengan perbedaan
potensial yang disebut potensial barier, potensial barier kira-kira
sama dengan 0,3 V untuk germanium dan 0,7 V untuk silikon.
A K
A K
Gambar 3.25a Simbol Zener Gambar 3.25b Contoh Konstruksi
A K
+_
Gambar 3.25c Cara pemberian tegangan
3.4.2.3 Sifat Dasar Zener Dioda zener berbeda dengan dioda
penyearah, dioda zener
dirancang untuk beroperasi dengan tegangan muka terbalik
(reverse bias) pada tegangan tembusnya,biasa disebut break down
diode Jadi katoda-katoda selalu diberi tegangan yang lebih positif
terhadap anoda dengan mengatur tingkat dopping, pabrik dapat
menghasilkan dioda zener dengan tegangan break down kira-kira dari
2V sampai 200V.
a) Dioda zener dalam kondisi forward bias. Dalam kondisi forward
bias dioda zener akan dibias sebagai berikut:
kaki katoda diberi tegangan lebih negatif terhadap anoda atau
anoda diberi tegangan lebih positif terhadap katoda.
Dalam kondisi demikian dioda zener akan berfungsi sama halnya
dioda penyearah dan mulai aktif setelah mencapai tegangan barier
yaitu 0,7V. Disaat kondisi demikian tahanan dioda (Rz) kecil
sekali.
-
Komponen Elektronik
56
Sedangkan konduktansi (''
I
U) besar sekali, karena tegangan maju akan
menyempitkan depletion layer (daerah perpindahan muatan)
sehingga perlawanannya menjadi kec