TEKNIK OTOMASI INDUSTRI - psbtik.smkn1cms.netpsbtik.smkn1cms.net/bse/kejuruan/teknologi/Teknik Otomasi Industri.… · 1.5 Sistem Kontrol Industri 8 BAB II BESARAN DAN SATUAN

  • View
    358

  • Download
    86

Embed Size (px)

Text of TEKNIK OTOMASI INDUSTRI - psbtik.smkn1cms.netpsbtik.smkn1cms.net/bse/kejuruan/teknologi/Teknik...

  • 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 yang memenuhi 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 kepada Departemen 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 untuk penggandaan yang bersifat komersial harga penjualannya harus memenuhi ketentuan yang ditetapkan oleh Pemerintah. Dengan ditayangkannya soft copy 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 ( ) 26 3.3.6 Hantar jenis ( ) 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 ^ 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 :

    Peralatan Kontrol Proses (analog dan diskrit) Peralatan Input dan Output (sensor, aktuator) Peralatan Instrumentasi Peralatan Komunikasi Data

    Disamping itu pada DDC juga dilengkapi dengan unit perangkat lunak :

    Operating System Software Communication Protocol 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 :

    Peralatan Kontrol Proses Peralatan Input dan Output Peralatan Akuisisi Data Peralatan Instrumentasi Peralatan Interkoneksi

    Unit Peralatan Jaringan Komputer (LAN):

    Client & Server Computer Peralatan Interkoneksi ( NIC, Konektor, Saluran Transmisi, HUB, Modem )

    Unit Perangkat Lunak :

    Operating System Software ( Computer & LAN ) Communication Protocol DCS Application Software 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 232

    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

    =23

    ..

  • 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 l=

    3.3.5 Tahanan Jenis ( ) 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 pada tabel : 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 ( ) Hantar jenis =

    1Tahanan

    = 1

    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 = . A

    . 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

    20 % 10 % 5 % 1 % 2 % 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 V = = =

    0 0254400

    , 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 = U

    R1

    ; 2 = U

    R2

    ; 3 = UR 3

    Jadi : J =U

    R1+ +

    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 = U

    RP

    Dengan masukan ini ke dalam persamaan terakhir di atas, kita hasilkan : U

    R P =

    U

    R1+ +

    UR2

    UR3

    Kalau kedua ruas persamaan ini kita bagi dengan U akan didapatkan : 1

    R P =

    1

    R1+ +

    1R2

    1R3

    atau dapat ditulis : 1

    RP =

    1R

    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=

    R1

    P 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 = ql

  • Komponen Elektronik

    38

    Tahanan dua kontrol :

    2 R = 2

    q l

    Turun tegangan dinyatakan dalam % dari tegangan yang diberikan U = % . U

    =

    100U

    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

    = + = =

    +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 UI

    XU

    RV

    =

    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 UI

    U R x II

    XA 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 . = UR

    = U . UR

    = UR

    2

    Dari persamaan :

    P = 2 . R

    Jika R adalah konstan, maka grafik P = ()

    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=

    330220

    = 1,5 A

    Jadi : = 1,5 A

    b) R = UI=

    2201 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 :

    = P outputP input

    atau = PP

    1

    2

    Jika dinyatakan dalam persentase :

    = % 100 x PP

    1

    2

  • Komponen Elektronik

    46

    = daya guna ......... %

    P2 = daya keluaran

    P1 = daya masukan

    Jawab :

    P1 = 100 watt

    P1 = 1 HP = 746 watt

    =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 :

    l

    AC =

    C = kapasitas kapasitor ........ farad ( F ). A = luas plat .......................... m2

    L = jarak antar plat ............... m

    = konstanta dielektrik mutlak

    Satuan kapasitas kondensator kebanyakan dinyatakan dalam mikro farad = F = 106 F o = Konstanta dielektrik hampa udara = 8,85 . 1012 r = 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 (r )

    1 Mika 2,5 7

    2 Gelas 4 7

    3 Air 80

    4 Gambar 2,65

    5 Lilin 2,25

    6 Udara 1

    = o . r

  • 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 d 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 F 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 kecil dan mengakibatkan adanya aliran elektron. Untuk lebih jelasnya lihat gambar dibawah ini.