Relay Transistor LANDASAN TEORI

2.2 Relay

Untuk memutuskan dan menghubungkan suatu rangkaian primer dan sekunder, diperlukan sebuah alat yaitu relay. Relay adalah sebuah saklar dengan elektromagnetik yang dapat mengubah kontak-kontak saklar dari normally open NO menjadi normally close NC dan sebaliknya, sewaktu alat ini menerima arus listrik. Pada dasarnya, Relay terdiri dari lilitan kawat kumparan,koil yang terlilit pada suatu inti dari besi lunak. Kalau kumparan ini dilalui arus maka inti menjadi magnet sehingga inti ini akan menarik jangkar dan kontak antara A dan B putus membuka sedangkan kontak antara B dan C akan menutup. Jenis relay ini dikenal dengan nama relay jenis kontak luar. Macam–macam relay yang dibedakan berdasarkan cara kerjanya, yaitu: a. Normally Open NO, saklar akan terbuka bila dialiri arus b. Normally Close NC, saklar akan tertutup bila dialiri arus c. Change Over CO, relay ini mempunyai saklar tunggal yang normalnya tertutup yang lama, bila kumparan 1 dialiri arus maka saklar akan terhubung ke terminal A, sebaliknya bila kumparan 2 dialiri arus maka saklar akan terhubung ke terminal B. Analogi rangkaian relay yang digunakan pada tugas akhir ini adalah saat basis transistor ini dialiri arus,maka transistor dalam keadaan terttutup yang dapat menghubungkan arus dari kolektor ke emiter yang mengakibatkan relay terhubung. Sedangkan fungsi dioda disini adalah untuk melindungi transistor dari tegangan induksi berlebihan, dimana tegangan ini dapat merusak transistor. Universitas Sumatera Utara Jika transistor pada basis tidak ada arus maju, transistor terbuka sehingga arus tidak mengalir dari kolektor ke emiter, relay tidak bekerja karena tidak ada arus yang mengalir pada gulungan kawat. Gambar 2.3 Relay dengan rangkaian driver

2.3 Penguat Op-Amp

Penguat operasional atau op-amp dari kata Operational amplifier adalah penguat diferensial dengan dua masukan dan satu keluaran yang mempunyai penguatan tegangan yang sangat tinggi, yaitu dengan orde 10 5 . dengan penguatan yang tinggi ini op-amp lebih banyak digunakan dari pada penguat transistor. Op-amp dibuat dalam bentuk rangkaian yang sudah didisain dalam IC integrated circuit. Pemakaian op-amp amatlah luas meliputi bidang elektronika audio, pengatur tegangan, penguat dan lainya. Universitas Sumatera Utara Op-amp biasanya dilukiskan seperti gambar. gambar 2.4 lambang Op-amp Op-amp lebih banyak digunakan untuk digunakan menjadi penguatan inverting, non inverting, penambah.

2.3.1 Penguat inverting

Penguat Op-amp inverting akan menguatkan tegangan pada masukan serta membalik hasil penguatan tersebut, jadi keluaran dari rangkaian ini akan selalu memiliki polaritas yang berlawananan dengan sinyal masukannya. gambar 2.5 Rangkaian Penguat inverting Penguatan tegangan pada rangkaian ini di tentukan menurut Universitas Sumatera Utara Tegangan keluaran diperoleh dengan jalan mengalikan tegangan masukan yang diketahui dengan faktor penguatan, atau Tanda minus diabaikan dalam perhitungan karna hanya menunjukkan bahwa keluaran berlawanan fasa terhadap masukannya.

2.3.2 Penguat non inverting

Dalam konfigurasi ini umpan balik yang digunakan untuk mengatur penguatan tetap di berikan pada masukan membalik, tapi Vin di berikan pada masukan non inverting sehingga tegangan keluaran akan selalu sefasa dengan tegangan masukannya. gambar 2.6 Rangkaian Penguat Non Inverting Untuk mendapatkan penguatan tegangan dapat dicari dengan persamaan berikut: Universitas Sumatera Utara Untuk memperoleh tegangan keluaran dapat dicari dengan mengalikan tegangan masukan yang diketahui dengan faktor penguatan, atau

2.3.3 Penguat penjumlah tegangan

Dengan menggunakan rangkaian penguat membalik dasar dan menambahkan resistor pada masukan lainnya, kita dapat membuat penguat penjumlah membalik. Tegangan keluaran akan dibalik dan nilainya sama dengan penjumlahan aljabar dari masing-masing perkalian tegangan masukan dengan hasil bagi resistor masukan dengan resistor umpan balik yang bersesuaian, atau dapat dinyatakan sebagai berikut Suku RFRN VN dalam rumus di atas menyatakan bahwa dalam rangkaian tersebut mungkin terdapat lebih dari dua masukan. Bila semua resistor luar sama nilainya Rf = R1 = R2 = … = RN, keluaran dapat dengan mudah dapat di hitung sebagai penjumlahan aljabar dari masing-masing tegangan masukan, atau dapat dirumuskan seperti: Vout = - V 1 + V 2 + … + V N Universitas Sumatera Utara gambar 2.7 Rangkaian Penjumlah

2.4 Resistor

Resistor komponen pasif elektronika yang berfungsi untuk membatasi arus listrik yang mengalir. Berdasarkan kelasnya resistor dibagi menjadi 2 yaitu : Fixed Resistor dan Variable Resistor, umumnya terbuat dari carbon film atau metal film, tetapi tidak menutup kemungkinan untuk dibuat dari material yang lain. Pada dasarnya semua bahan memiliki sifat resistif namun beberapa bahan tembaga perak emas dan bahan metal umumnya memiliki resistansi yang sangat kecil. Bahan– bahan tersebut menghantar arus listrik dengan baik, sehingga dinamakan konduktor. Kebalikan dari bahan yang konduktif, bahan material seperti karet, gelas, karbon memiliki resistansi yang lebih besar menahan aliran elektron dan disebut sebagai isolator. Universitas Sumatera Utara

2.4.1 Fixed Resistor

Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian. Sesuai dengan namanya resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Tipe resistor yang umum berbentuk tabung porselen kecil dengan dua kaki tembaga dikiri dan kanan. Pada badannya terdapat lingkaran membentuk gelang kode warna untuk memudahkan pemakai mengenali besar resistansi tanpa mengukur besarnya dengan ohm meter. Kode warna tersebut adalah standar menufaktur yang dikeluarkan oleh ELA Electronic Industries Association. Gambar 2.8 Resistor karbon WARNA GELANG I GELANG II GELANG III GELANG IV Hitam 1 - Coklat 1 1 10 - Merah 2 2 100 - Jingga 3 3 1000 - Kuning 4 4 10000 - Hijau 5 5 100000 - Biru 6 6 1000000 - Violet 7 7 10000000 - Abu-abu 8 8 100000000 - Universitas Sumatera Utara Putih 9 9 1000000000 - Emas - - 0,1 5 Perak - - 0,01 10 Tanpa Warna - - - 20 Tabel 2.2 Nilai Gelang Resistor Resistansi dibaca dari warna gelang yang paling depan ke arah gelang toleransi berwarna coklat, emas, atau perak. Biasanya warna gelang toleransi ini berada pada bahan resistor yang paling pojok atau juga dengan lebar yang lebih menonjol, sedangkan warna gelang yang keempat agak sedikit ke dalam. Dengan demikian pemakai sudah langsung mengetahui berapa toleransi dari resitor tersebut. Kalau anda telah bisa menentukan mana gelang pertama selanjutnya adalah membaca nilai resistansinya. Biasanya resistor dengan toleransi 5, 10 atau 20 memiliki gelang tidak termasuk gelang toleransi. Tetapi resistor dengan toleransi 1 atau 2 toleransi kecil memiliki 4 gelang tidak termasuk gelang toleransi. Gelang pertama dan seterusnya berturut-turut menunjukkan besar nilai satuan, dan gelang terakhir adalah faktor penggalinya. Universitas Sumatera Utara

2.4.2. Resistor Variabel

Untuk kelas resistor yang kedua ini terdapat 2 tipe. Untuk tipe pertama dinamakan variabel resistor dan nilainya dapat diubah sesuai keinginan dengan mudah dan sering digunakan untuk pengaturan volume, bass, balance, dll. Sedangkan yang kedua adalah semi-fixed resistor. Nilai dari resistor ini biasanya hanya diubah pada kondisi tertentu saja. Contoh penggunaan dari semi-fixed resistor adalah tegangan referensi yang digunakan untuk ADC, fine tune circuit, dll. Ada beberapa model pengaturan nilai variable resistor, yang sering digunakan adalah dengan cara terbatas sampai 300 derajat putaran. Ada beberapa model variable resistor yang harus diputar berkali – kali untuk mendapatkan semua nilai resistor. Model ini dinamakan “Potentiometres” atau “Trimmer Potentiometres”. Gambar 2.9 Potensiometer Pada gambar 2.9 di atas untuk bentuk 3 biasanya digunakan untuk volume kontrol. Bentuk yang ke 2 merupakan semi fixed resistor dan biasanya di pasang pada PCB Printed Circuit Board. Sedangkan bentuk 1 potentiometres. Ada 3 tipe didalam perubahan nilai dari resistor variabel, perubahan tersebut dapat dilihat pada gambar 2.10 Universitas Sumatera Utara Gambar 2.10 Grafik Perubahan nilai pada potensiometer Pada saat tipe A diputar searah jarum jam, awalnya perubahan nilai resistansi lambat tetapi ketika putarannya mencapai setengah atau lebih nilai perubahannya menjadi sangat cepat. Tipe ini sangat cocok dengan karakteristik telinga manusia. Karena telinga sangat peka ketika membedakan suara dengan volume yang lemah, tetapi tidak terlalu sensitif untuk membedakan perubahan suara yang keras. Biasanya tipe A ini juga disebut sebagai “Audio Taper” potensiometer. Untuk tipe B perubahan resistansinya adalah linier dan cocok digunakan untuk Aplikasi Balance Control, resistance value adjustment in circuit, dll. Sedangkan untuk tipe C perubahan resistansinya kebalikan dati tipe A.

2.5 Kapasitor

Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan- Universitas Sumatera Utara muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki elektroda metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutub positif karena terpisah oleh bahan elektrik yang non- konduktif. Muatan elektrik ini “tersimpan” selama tidak ada konduktif pada ujung- ujung kakinya. Di alam bebas fenomena kapasitor terjadi pada saat terkumpulnya muatan- muatan positif dan negatif diawan. dielektrik Elektroda Elektroda Gambar 2.11 Skema kapasitor. Kapasitor merupakan komponen pasif elektronika yang sering dipakai didalam merancang suatu sistem yang berfungsi untuk memblok arus DC, Filter, dan penyimpan energi listrik. Didalamnya 2 buah pelat elektroda yang saling berhadapan dan dipisahkan oleh sebuah insulator. Sedangkan bahan yang digunakan sebagai insulator dinamakan dielektrik. Ketika kapasitor diberikan tegangan DC maka energi listrik disimpan pada tiap elektrodanya. Selama kapasitor melakukan pengisian, arus mengalir. Aliran arus tersebut akan berhenti bila kapasitor telah penuh. Yang membedakan tiap - tiap kapasitor adalah dielektriknya. Berikut ini adalah jenis– jenis kapasitor yang dipergunakan dalam perancangan ini. Universitas Sumatera Utara

2.5.1 Kapasitor Elektrolit

Gambar 2.12 Kapasitor Elektrolit Kapasitor Elektrolit atau Electrolytic Capacitor ELCO terbuat dari aluminium yang menggunakan membran oksidasi yang tipis. Karakteristik utama dari Electrolytic Capacitor adalah perbedaan polaritas pada kedua kakinya. Dari karakteristik tersebut kita harus berhati – hati di dalam pemasangannya pada rangkaian, jangan sampai terbalik. Bila polaritasnya terbalik maka akan menjadi rusak bahkan “meledak”. Biasanya jenis kapasitor ini digunakan pada rangkaian power supply. Kapasitor ini tidak bisa digunakan pada rangkaian frekuensi tinggi. Biasanya tegangan kerja dari kapasitor dihitung dengan cara mengalikan tegangan catu daya dengan 2. Misalnya kapasitor akan diberikan catu daya dengan tegangan 5 Volt, berarti kapasitor yang dipilih harus memiliki tegangan kerja minimum 2 x 5 = 10 Volt.

2.5.2 Kapasitor Keramik

Kapasitor menggunakan bahan titanium acid barium untuk dielektriknya. Karena tidak dikonstruksi seperti koil maka komponen ini dapat digunakan pada rangkaian frekuensi tinggi. Biasanya digunakan untuk melewatkan sinyal frekuensi tinggi menuju ke ground. Kapasitor ini tidak baik digunakan untuk rangkaian analog, karena dapat mengubah Universitas Sumatera Utara bentuk sinyal. Jenis ini tidak mempunyai polaritas dan hanya tersedia dengan nilai kapasitor yang sangat kecil dibandingkan dengan kedua kapasitor diatas. Gambar 2.13 Kapasitor keramik

2.5.3 Nilai Kapasitor

Untuk mencari nilai dari kapasitor biasanya dilakukan dengan melihat angkakode yang tertera pada badan kapasitor tersebut. Untuk kapasitor jenis elektrolit memang mudah, karena nilai kapasitansinya telah tertera dengan jelas pada tubuhnya. Sedangkan untuk kapasitor keramik dan beberapa jenis yang lain nilainya dikodekan. Biasanya kode tersebut terdiri dari 4 digit, dimana 3 digit pertama merupakan angka dan digit terakhir berupa huruf yang menyatakan toleransinya. Untuk 3 digit pertama angka yang terakhir berfungsi untuk menentukan 10n, nilai n dapat dilihat pada tabel berikut. Tabel 2.3 Nilai Kapasitor Universitas Sumatera Utara Misalnya suatu kapasitor pada badannya tertulis kode 474J, berarti nilai kapasitansinya adalah 47 + 104 = 470.000 pF = 0.47µ F sedangkan toleransinya 5. Yang harus diingat didalam mencari nilai kapasitor adalah satuannya dalam pF Pico Farad.

2.6 Transistor

Transistor adalah komponen elektronika yang mempunyai tiga buah terminal. Terminal itu disebut emitor, basis, dan kolektor. Transistor seakan-akan dibentuk dari penggabungan dua buah dioda. Dioda satu dengan yang lain saling digabungkan dengan cara menyambungkan salah satu sisi dioda yang senama. Dengan cara penggabungan dapat diperoleh dua buah dioda sehingga menghasilkan transistor NPN. Bahan mentah yang digunakan untuk menghasilkan bahan N dan bahan P adalah silikon dan germanium. Oleh karena itu, dikatakan : 1. Transistor germanium PNP 2. Transistor silikon NPN 3. Transistor silikon PNP 4. Transistor germanium NPN Semua komponen di dalam rangkaian transistor dengan simbol anak panah yang terdapat di dalam simbol menunjukkan arah yang melalui transistor. Gambar 2.14 Simbol tipe transistor C B E C B E NPN PNP Universitas Sumatera Utara Keterangan : C = kolektor E = emiter B = basis Didalam pemakaiannya transistor dipakai sebagai komponen saklar switching dengan memanfaatkan daerah penjenuhan saturasi dan daerah penyumbatan cut off yang ada pada karakteristik transistor. Pada daerah penjenuhan nilai resistansi persambungan kolektor emiter secara ideal sama dengan nol atau kolektor dan emiter terhubung langsung short. Keadaan ini menyebabkan tegangan kolektor emiter V CE = 0 Volt pada keadaan ideal, tetapi pada kenyataannya V CE bernilai 0 sampai 0,3 Volt. Dengan menganalogikan transistor sebagai saklar, transistor tersebut dalam keadaan on seperti pada gambar 2.15. Gambar 2.15 Transistor sebagai Saklar ON Saturasi pada transistor terjadi apabila arus pada kolektor menjadi maksimum dan untuk mencari besar arus basis agar transistor saturasi adalah : Rc Vcc I max = ……………………………………………..…………….2.1 Saklar On Vcc Vcc I C R R B V B I B V BE V CE Universitas Sumatera Utara Rc Vcc I . hfe B = ………………………………………….…………….2.2 Rc . hfe Vcc I B = ………………………………………………………….2.3 Hubungan antara tegangan basis V B dan arus basis I B adalah : B BE B B R V V I − = ……………………………………………………….2.4 V B = I B . R B + V BE …………………………………………………..2.5 BE B B V Rc . hfe R . Vcc V + = …………………………………………………2.5 Jika tegangan V B telah mencapai BE B B V Rc . hfe R . Vcc V + = , maka transistor akan saturasi, dengan Ic mencapai maksimum. Gambar 2.16 dibawah ini menunjukkan apa yang dimaksud dengan V CE sat adalah harga V CE pada beberapa titik dibawah knee dengan posisi tepatnya ditentukan pada lembar data. Biasanya V CE sat hanya beberapa perpuluhan volt, walaupun pada arus kolektor sangat besar bisa melebihi 1 volt. Bagian dibawah knee pada gambar 2.16 dikenal sebagai daerah saturasi. Universitas Sumatera Utara Gambar 2.16 Karakteristik daerah saturasi pada transistor Pada daerah penyumbatan, nilai resistansi persambungan kolektor emiter secara ideal sama dengan tak terhitung atau terminal kolektor dan emiter terbuka open. Keadaan ini menyebabkan tegangan V CB sama dengan tegangan sumber Vcc, tetapi pada kenyataannya Vcc pada saat ini kurang dari Vcc karena terdapat arus bocor dari kolektor ke emiter. Dengan menganalogikan transistor sebagai saklar, transistor tersebut dalam keadaan off seperti gambar dibawah ini. Gambar 2.17 Transistor Sebagai Saklar OFF Keadaan penyumbatan terjadi apabila besar tegangan habis V B sama dengan tegangan kerja transistor V BE sehingga arus basis I B = 0 maka : hfe I I C B = ……………………………………………………………2.6 Titik Sumbat Cut off I B I B sat I B = I B sat I B Penjenuhan saturation I C Rc Vcc I B = 0 V CE Saklar Off Vcc Vcc I C R R B V B I B V BE V CE Universitas Sumatera Utara I C = I B . hfe ….………………………………………………………2.7 I C = 0 . hfe ………..…………………………………………………2.8 I C = 0 ………………………………………………………………..2.9 Hal ini menyebabkan V CE sama dengan Vcc dapat dibuktikan dengan rumus : Vcc = Vc + V CE …………..…………………………………………2.10 V CE = Vcc – Ic . Rc …..……………………………………………2.11 V CE = Vcc …..………………………………………………………2.12 2.7 Kristal Kristal adalah komponen yang dibuat dari bahan alam yang menunjukkan efek piezoelektrik, sehingga sering disebut Kristal Piezoelektrik. Bahan utama kristal yang dapat menimbulkan efek Piezoelektrik adalah garam rachelle, tourmaline dan qualte. Dalam sebuah kristal Piezoelektrik, biasanya qualeze, mempunyai elektroda- elektroda yang dilapiskan pada permukaan yang berhadapan, dan apabila diberikan suatu potensial pada elektroda-elektroda nya maka gaya akan bekerja pada muatan-muatan yang terikat pada kristal. Apabila komponen ini dipasang dengan benar, maka dalam kristal akan terjadi deformasi-deformasi sehingga terbentuk suatu sistem elektromekanik yang akan bergetar bila dibandingkan dengan benar. Frekuensi, resonansi dan nilai Q-nya tergantung pada dimensi kristal, orientasi permukaan pada sumbu-sumbu kristal dan bagaimana komponen tersebut dipasang Mountet. Jangkauan frekuensinya dari beberapa KHz Universitas Sumatera Utara sampai beberapa MHz. dan jangkauan nilai Q resonansi pararel-nya yang beberapa ribu sampai beberapa ratus ribu data diperoleh secara komersial. Dengan nilai Q yang sangat tinggi dan dari kenyataan bahwa karakteristik quartz sangat stabil terhadap waktu dan temperature, maka kristal akan menghasilkan stabilitas frekuensi pada osilator-osilator yang dibangun dengan menggunakan kristal. Pada hakikatnya frekuensi dari suatu osilator kristal hanya ditentukan oleh kristalnya dan tidak oleh komponen lainnya. Gambar 2.18 Lambang Kristal

2.8 Regulator