BAHAN AJAR PENGANTAR TEKNIK ELEKTRONIKA Program Studi Teknik Elektronika

BAHAN AJAR

PENGANTAR TEKNIK ELEKTRONIKA

Disusun Oleh:

Kolombus Siringo-ringo, S.T.,M.M. HP. 081260179513

Program Studi Teknik Elektronika

POLITEKNIK SANTO THOMAS

MEDAN

KATA PENGANTAR

Terlebih dahulu penulis mengucapkan puji syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa karena telah melimpahkan rahmat dan anugrah-Nya kepada penulis sehingga buku bahan ajar Pengenalan Teknik Elektronika dapat diselesaikan dengan baik dan tepat waktu. Buku bahan ajar ini menjelaskan Jurusan Teknik Elektro, Komponen-komponen elektronika secara simbol dan bentuk fisiknya, Alat ukur, dan beberapa rangkaian sebagai aplikasi pemakaian komponen tersebut.

Pembuatan buku bahan ajar merupakan karya ilmiah yang menjadi salah satu kegiatan wajib dosen dan mahasiswa untuk membantu Pemerintah menyebarluaskan IPTEKS. Penulis sebagai Dosen Teknik Elektronika Industri Politeknik Santo Thomas Medan termotivasi karena sesuai program Pemerintah di dalam memajukan pendidikan teknologi elektronika. Penulis disini dapat melaksanakan dan menyelesaikan buku ajar ini dengan baik dan tepat waktu karena adanya bantuan dana dari berbagai pihak.

Dikesempatan ini penulis mengucakan terima kasih kepada semua pihak yang telah turut serta membantu penulisan bahan ajar ini, semoga buku ini bermanfaat bagi orang membacanya.

Bilamana ada kekurangsempurnaan isi dapat dikritik dan diperbaiki sebagaimana mestinya.

Medan, Agustus 2013 Penulis,

DFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR ... i

DAFTAR ISI ... ii

DAFTAR GAMBAR ... v

DAFTAR TABEL ... vii

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

I.1. Jurusan Teknik Elektro ... 1

I.2 Prodi Teknik Elektronika Industri ... 1

BAB II. PENGENALAN KOMPONEN ELEKTRONIKA ... 3

II.1 Resistor ... 3

II.1.1. Gelang Warna Resistor ... 5

II.1.2. Resistor Peka Warna ... 6

II.2 Dioda ... 7

II.2.1 Teknologi LED ... 10

II.2.2 Dioda Laser ... 12

II.2.3 Dioda Zener ... 13

II.2.4 Dioda Zener ... 16

II.2.5 Dioda Photo ... 16

II.2.6 SCR ... 17

II.2.7 Dioda Zener ... 19

II.3 Kapasitor ... 20

II.3.1 Jenis Kapasitor ... 23

II.4 Transistor ... 25

II.4.1 Semikonduktor ... 26

II.4.2 Jenis-jenis Transistor ... 29

II.5 Gerbang Logika ... 35

II.6 Transformator ... 37

II.7 Relay ... 38

II.8 Tabung Vakum ... 39

II.9 Sel Surya ... 40

BAB III. ALAT UKUR BESARAN LISTRIK/ELEKTRONIKA ... 42

III.1 Multimeter Analog dan Digital ... 42

III.2 Osiloskop ... 47

BAB-IV. RANGKAIAN-RANGKAIAN ELEKTRONIKA POPULER ... 48

IV.1 Rangkaian Catu Daya ... 48

IV.1.1 Catu Daya DC 4V-9V ... 48

IV.1.2 Catu Daya 5 Ampere untuk HT ... 49

IV.2 Penguat Mikropon Compressor ... 49

IV.2.1 Mic Condenser ... 50

IV.3 Rangkaian Amplifier 18 Watt ... 51

IV.4 Rangkaian Radio Penerima ... 54

DAFTAR PUSTAKA ... . 55

BAB-I PENDAHULUAN

I.1. Jurusan Teknik Elektro

Teknik elektro merupakan rumpun kelompok keteknikan yang mempelajari dan menyebarluaskan ilmu pengetahuan dan teknologi elektrikal engginering. Teknik Elektro sekarang ini telah di bagi dalam beberapan program studi yaitu: teknik listrik, teknik elektronika, teknik telekomunikasi, teknik pengaturan, teknik komputer, teknik instrumentasi, teknik peralatan kedokteran, dan teknik komputer jaringan.

I.2. Program Studi Teknik Elektronika Industri

Program Studi Teknik Elektronika Industri adalah prodi yang mempelajari dan mengembangkan ilmu pengetahuan dan teknologi elektronika yang digunakan didunia industri, jasa, dan rumah tangga. Jenis peralatan yang digunakan di industri yang merupakan hasil karya-karya lulusan program studi teknik elektronika industri adalah peralatan kendali sistem otomatis pada mesin-mesin industri yang telah berteknologi menengah dan tinggi. Industri yang modern telah memakai sistem kendali otomatis, baik dibibang memasukkan bahan baku, proses, maupun mengendalikan kualitas hasil produksi.

Mencapai standar kompentesi lulusan prodi teknik elektronika industri maka dipelajarilah rangkaian listrik, pengukuran listrik, elektronika analog maupun digital, dasar komputer, pemrograman komputer, sistem mikroprosessor/mikrokontroler, sistem perancangan, sistem perawatan

perbaikan peralatan elektronika/listrik berbasis digital maupun prosessor, programable logic control, mekatronika, dan lain-lain yang mendukung ke prodi ini.

Rangkaian listrik mempelajari hukum ohm, kirchof, thevenin, norton, watak RLC, transien, dan lain-lain. Pengukuran listrik mempelajari sistem alat-alat ukur yang dipakai didalam mengukur besaran-besaran listrik dan lain-lain. Elektronika analog mempelajari karakteristik dioda dan aplikasinya, karakteristik transistor dan aplikasinya, op-amp dan aplikasinya, dan lain-lain. Perancangan sistem elektronika mempelajari bagaimana merancang dan membuat suatu alat untuk dapat mengatasi/memenuhi kebutuhan masyarakat industri menjadi lebih efektif, efisien, dan ekonomis, dan lain-lain. Sistem mikroprosessor/mikrokontroler mempelajari sistem peralatan-peralatan elektronika/listrik yang telah berbasis mikro maupun berbantuan personal computer. Pemrogram komputer teknik mempelajari bagaimana keterkaitan antara hardware dan software sehingga peralatan elektronika tersebut lebih sederhana namun kemampuan lebih handal dan ekonomis. Perbaikan peralatan-peralatan elektronika mempelajari teknik perawatan dan perbaikan peralatan-peralatan elektronika/listrik sehingga yang rusak dapat menjadi beroperasi dengan baik.

BAB-II

PENGENALAN KOMPONEN ELEKTRONIKA

II.1. Resistor

Resistor atau yang biasa disebut (bahasa Belanda) werstand, tahanan atau penghambat, adalah suatu komponen elektronik yang memberikan hambatan terhadap perpindahan elektron (muatan negatif). Bentuk fisik dan symbol resistor seperti ditunjukkan pada gambar 2.1.

a b

Gambar 2.1. a. bentuk fisik resistor dan b simbolnya

Resistor disingkat dengan huruf "R" (huruf R besar). Satuan resistor adalah Ohm, yang menemukan adalah George Ohm (1787-1854), seorang ahli fisika bangsa Jerman. Tahanan bagian dalam ini dinamai konduktansi. Satuan konduktansi ditulis dengan kebalikan dari Ohm yaitu mho.

Kemampuan resistor untuk menghambat disebut juga resistensi atau hambatan listrik. Besarnya diekspresikan dalam satuan Ohm. Suatu resistor dikatakan memiliki hambatan 1 Ohm apabila resistor tersebut menjembatani

beda tegangan sebesar 1 Volt dan arus listrik yang timbul akibat tegangan tersebut adalah sebesar 1 ampere, atau sama dengan sebanyak 6.241506 × 1018 elektron per detik mengalir menghadap arah yang berlawanan dari arus. Hubungan antara hambatan, tegangan, dan arus, dapat disimpulkan melalui hukum berikut ini, yang terkenal sebagai [[hukum Ohm:

di mana V adalah beda potensial antara kedua ujung benda penghambat, I adalah besar arus yang melalui benda penghambat, dan R adalah besarnya hambatan benda penghambat tersebut.

Berdasarkan penggunaanya, resistor dapat dibagi:

1. Resistor Biasa (tetap nilainya), ialah sebuah resistor penghambat gerak arus, yang nilainya tidak dapat berubah, jadi selalu tetap (konstan). Resistor ini biasanya dibuat dari nikelin atau karbon.

2. Resistor Berubah (variable), ialah sebuah resistor yang nilainya dapat berubah-ubah dengan jalan menggeser atau memutar toggle pada alat tersebut. Sehingga nilai resistor dapat kita tetapkan sesuai dengan kebutuhan. Berdasarkan jenis ini kita bagi menjadi dua, Potensiometer, rheostat dan Trimpot (Trimmer Potensio) yang biasanya menempel pada papan rangkaian (Printed Circuit Board, PCB).

3. Resistor NTC dan PTS, NTC (Negative Temperature Coefficient), ialah Resistor yang nilainya akan bertambah kecil bila terkena suhu panas. Sedangkan PTC (Positife Temperature Coefficient), ialah Resistor yang nilainya akan bertambah besar bila temperaturnya menjadi dingin. 4. LDR (Light Dependent Resistor), ialah jenis Resistor yang berubah

hambatannya karena pengaruh cahaya. Bila cahaya gelap nilai tahanannya semakin besar, sedangkan cahayanya terang nilainya menjadi semakin kecil.

II.1.1. Gelang Warna Resistor

Pada Resistor biasanya memiliki 4 gelang warna, gelang pertama dan kedua menunjukkan angka, gelang ketiga adalah faktor kelipatan, sedangkan gelang ke empat menunjukkan toleransi hambatan. Pertengahan tahun 2006, perkembangan pada komponen Resistor terjadi pada jumlah gelang warna. Dengan komposisi: Gelang Pertama (Angka Pertama), Gelang Kedua (Angka Kedua), Gelang Ketiga (Angka Ketiga), Gelang Keempat (Multiplier) dan Gelang Kelima (Toleransi).

Berikut Gelang warna dimulai dari warna Hitam, Coklat, Merah, Jingga, Kuning, Hijau, Biru, Ungu (violet), Abu-abu dan Putih.

Sedangkan untuk gelang toleransi hambatan adalah: Coklat 1%, Merah 2%, Hijau 0,5%, Biru 0,25%, Ungu 0,1%, Emas 5% dan Perak 10%. Kebanyakan gelang toleransi yang dipakai oleh umum adalah warna Emas, Perak dan Coklat.

Warna Gelang Pertama Gelang Kedua Gelang Ketiga (multiplier) Gelang ke Empat (toleransi) Temp. Koefisien

Hitam 0 0 ×100

Coklat 1 1 ×101 ±1% (F) 100

ppm

Merah 2 2 ×102 ±2% (G) 50

ppm

Jingga 3 3 ×103 15

ppm

Kuning 4 4 ×104 25

ppm

Hijau 5 5 ×105 ±0.5%

Biru 6 6 ×106 ±0.25% (C)

Ungu 7 7 ×107 ±0.1%

(B)

Abu-abu 8 8 ×108 ±0.05%

(A)

Putih 9 9 ×109

Emas ×0.1 ±5% (J)

Perak ×0.01 ±10%

(K)

Polos ±20%

(M)

II.1.2. Resistor Peka Cahaya

Resistor peka cahaya atau fotoresistor adalah komponen elektronik yang resistansinya akan menurun jika ada penambahan intensitas cahaya yang mengenainya. Fotoresistor dapat merujuk pula pada light-dependent resistor (LDR), atau fotokonduktor.

Fotoresistor dibuat dari semikonduktor beresistansi tinggi. Jika cahaya yang mengenainya memiliki frekuensi yang cukup tinggi, foton yang diserap oleh semikonduktor akan menyebabkan elektron memiliki energi yang cukup untuk meloncat ke pita konduksi. Elektron bebas yang dihasilkan (dan pasangan lubangnya) akan mengalirkan listrik, sehingga menurunkan resistansinya. Gambar bentuk fisik LDR dan simbolnya seperti ditunjukkan pada gambar 2.2.

A

B

Gambar 2.2. A. Simbol LDR

B. Bentuk fisik salah satu jenis LDR

II.2. Dioda A. Sejarah

Dioda kristal telah populer sebelum dioda termionik, termionik dan dioda keadaan padat telah dikembangkan secara paralel. Prinsip kerjanya dioda termionik telah ditemukan oleh Frederick Guthrie pada tahun 1873.

B. Dioda Semikonduktor

Dioda yang ada pada saat ini didasarkan pada simpangan p-n semikonduktor. Dalam dioda p-n, arus konvensional dapat mengalir dari sisi tipe-p (anoda) ke sisi tipe-n (katoda), tetapi tidak dapat mengalir secara kebalikannya. Dioda semikonduktor Tipe lain, Dioda schottky, dibentuk dari hubungan antara logam dan semikonduktor dengan simpangan p-n.

Gambar 2..3. Dioda Germanium

Dioda adalah sambungan bahan p-n yang berfungsi terutama sebagai penyearah. Bahan tipe-p menjadi sisi anode sedangkan bahan tipe-n menjadi katode. Bergantung pada polaritas tegangan yang diberikan kepadanya, diode bisa berlaku sebagai sebuah saklar tertutup (apabila bagian anode mendapatkan tegangan positif sedangkan katodenya mendapatkan tegangan negatif) dan berlaku sebagi saklar terbuka (apabila bagian anode mendapatkan tegangan negatif sedangkan katode mendapatkan tegangan positif). Kondisi tersebut terjadi hanya pada diode ideal-konseptual. Pada diode faktual (riil), perlu tegangan lebih besar dari 0,7V (untuk diode yang terbuat dari bahan silikon) pada anode terhadap katode agar diode dapat menghantarkan arus listrik. Tegangan sebesar 0,7V ini disebut sebagai

tegangan halang (barrier voltage). Diode yang terbuat dari bahan Germanium memiliki tegangan halang kira-kira 0,3V.

dioda pemancar cahaya atau LED adalah dioda yang memancarkan cahaya bila dipanjar maju. LED dibuat dari semikonduktor campuran seperti Galium arsenida fosfida (GaAsP), Galium fosfida (GaP), Galium indium fosfida (GaInP), Galium aluminium arsenida (GaAlAs) dsb.

dioda foto (fotovoltaic) digunakan untuk mengubah energi cahaya menjadi energi listrik searah

dioda laser digunakan untuk membangkitkan sinar laser taraf rendah, cara kerjanya mirip LED

dioda Zener digunakan untuk regulasi tegangan.

Gambar 2.4. Dioda LED

Dioda cahaya atau lebih dikenal dengan sebutan LED (light-emitting diode) adalah suatu semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik yang tidak koheren ketika diberi tegangan maju.

Gejala ini termasuk bentuk elektroluminesensi. Warna yang dihasilkan bergantung pada bahan semikonduktor yang dipakai, dan bisa juga ultraviolet dekat atau inframerah dekat.

II.2.1. Teknologi LED

Sebuah LED adalah sejenis dioda semikonduktor istimewa. Seperti sebuah dioda normal, LED terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh, atau di-dop, dengan ketidakmurnian untuk menciptakan sebuah struktur yang disebut p-n junction. Pembawa-muatan - elektron dan lubang mengalir ke junction dari elektroda dengan voltase berbeda. Ketika elektron bertemu dengan lubang, dia jatuh ke tingkat energi yang lebih rendah, dan melepas energi dalam bentuk photon.

Emisi cahaya

Panjang gelombang dari cahaya yang dipancarkan, dan oleh karena itu warnanya, tergantung dari selisih pita energi dari bahan yang membentuk p-n jup-nctiop-n. Sebuah dioda p-normal, biasap-nya terbuat dari silikop-n atau germanium, memancarkan cahaya tampak inframerah dekat, tetapi bahan yang digunakan untuk sebuah LED memiliki selisih pita energi antara cahaya inframerah dekat, tampak, dan ultraungu dekat.

Substrat LED

Pengembangan LED dimulai dengan alat inframerah dan merah dibuat dengan gallium arsenide. Perkembagan dalam ilmu material telah memungkinkan produksi alat dengan panjang gelombang yang lebih pendek, menghasilkan cahaya dengan warna bervariasi.

LED konvensional terbuat dari mineral inorganik yang bervariasi, menghasilkan warna sebagai berikut:

gallium aluminium phosphide - hijau

gallium arsenide/phosphide (GaAsP) - merah, oranye-merah, oranye, dan kuning

gallium nitride (GaN) - hijau, hijau murni (atau hijau emerald), dan biru gallium phosphide (GaP) - merah, kuning, dan hijau

zinc selenide (ZnSe) - biru

indium gallium nitride (InGaN) - hijau kebiruan dan biru

indium gallium aluminium phosphide - oranye-merah, oranye, kuning, dan hijau

silicon carbide (SiC) - biru diamond (C) - ultraviolet

silicon (Si) - biru (dalam pengembangan) sapphire (Al2O3) – biru

LED biru pertama yang dapat mencapai keterangan komersial menggunakan substrat galium nitrida yang ditemukan oleh Shuji Nakamura tahun 1993 sewaktu berkarir di Nichia Corporation di Jepang. LED ini kemudian populer di penghujung tahun 90-an. LED biru ini dapat dikombinasikan ke LED merah dan hijau yang telah ada sebelumnya untuk menciptakan cahaya putih.

LED dengan cahaya putih sekarang ini mayoritas dibuat dengan cara melapisi substrat galium nitrida (GaN) dengan fosfor kuning. Karena warna kuning merangsang penerima warna merah dan hijau di mata manusia, kombinasi antara warna kuning dari fosfor dan warna biru dari substrat akan memberikan kesan warna putih bagi mata manusia.

LED putih juga dapat dibuat dengan cara melapisi fosfor biru, merah dan hijau di substrat ultraviolet dekat yang lebih kurang sama dengan cara kerja lampu fluoresen.

Metode terbaru untuk menciptakan cahaya putih dari LED adalah dengan tidak menggunakan fosfor sama sekali melainkan menggunakan substrat seng selenida yang dapat memancarkan cahaya biru dari area aktif dan cahaya kuning dari substrat itu sendiri.

II.2.2. Dioda laser

Dioda laser adalah sejenis laser di mana media aktifnya sebuah semikonduktor persimpangan p-n yang mirip dengan yang terdapat pada dioda pemancar cahaya. Dioda laser kadang juga disingkat LD atau ILD. Dioda laser baru ditemukan pada akhir abad ini oleh ilmuwan Universitas Harvard. Prinsip kerja dioda ini sama seperti dioda lainnya yaitu melalui

sirkuit dari rangkaian elektronika, yang terdiri dari jenis p dan n. Pada kedua jenis ini sering dihasilkan 2 tegangan, yaitu:

1. biased forward, arus dihasilkan searah dengan nilai 0,707 utk pembagian v puncak, bentuk gelombang di atas ( + ).

2. backforward biased, ini merupakan tegangan berbalik yang dapat merusak suatu komponen elektronika.

II.2.3. Dioda Zener

Sebuah dioda biasanya dianggap sebagai alat yang menyalurkan listrik ke satu arah, namun Dioda Zener dibuat sedemikian rupa sehingga arus dapat mengalir ke arah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan melampaui batas "tegangan rusak" (breakdown voltage) atau "tegangan Zener".

Dioda yang biasa tidak akan mengijinkan arus listrik untuk mengalir secara berlawanan jika dicatu-balik (reverse-biased) di bawah tegangan rusaknya. Jika melampaui batas tegangan rusaknya, dioda biasa akan menjadi rusak karena kelebihan arus listrik yang menyebabkan panas. Namun proses ini adalah reversibel jika dilakukan dalam batas kemampuan. Dalam kasus pencatuan-maju (sesuai dengan arah gambar panah), dioda ini akan memberikan tegangan jatuh (drop voltage) sekitar 0.6 Volt yang biasa untuk dioda silikon. Tegangan jatuh ini tergantung dari jenis dioda yang dipakai.

Sebuah dioda Zener memiliki sifat yang hampir sama dengan dioda biasa, kecuali bahwa alat ini sengaja dibuat dengan tengangan rusak yang jauh dikurangi, disebut tegangan Zener. Sebuah dioda Zener memiliki p-n junction yang memiliki doping berat, yang memungkinkan elektron untuk tembus (tunnel) dari pita valensi material tipe-p ke dalam pita konduksi material tipe-n. Sebuah dioda zener yang dicatu-balik akan menunjukan perilaku rusak yang terkontrol dan akan melewatkan arus listrik untuk menjaga tegangan jatuh supaya tetap pada tegangan zener. Sebagai contoh, sebuah diode zener 3.2 Volt akan menunjukan tegangan jatuh pada 3.2 Volt jika diberi catu-balik. Namun, karena arusnya tidak terbatasi, sehingga dioda zener biasanya digunakan untuk membangkitkan tegangan referensi, atau untuk menstabilisasi tegangan untuk aplikasi-aplikasi arus kecil.

Tegangan rusaknya dapat dikontrol secara tepat dalam proses doping. Toleransi dalam 0.05% bisa dicapai walaupun toleransi yang paling biasa adalah 5% dan 10%.

Efek ini ditemukan oleh seorang fisikawan Amerika, Clarence Melvin Zener.

Mekanisme lainnya yang menghasilkan efek yang sama adalah efek avalanche, seperti di dalam dioda avalanche. Kedua tipe dioda ini sebenarnya dibentuk melalui proses yang sama dan kedua efek sebenarnya terjadi di kedua tipe dioda ini. Dalam dioda silikon, sampai dengan 5.6 Volt, efek zener adalah efek utama dan efek ini menunjukan koefisiensi temperatur yang negatif. Di atas 5.6 Volt, efek avalanche menjadi efek utama dan juga menunjukan sifat koefisien temperatur positif.

Dalam dioda zener 5.6 Volt, kedua efek tersebut muncul bersamaan dan kedua koefisien temperatur membatalkan satu sama lainnya. Sehingga, dioda 5.6 Volt menjadi pilihan utama di aplikasi temperatur yang sensitif.

Teknik-teknik manufaktur yang modern telah memungkinkan untuk membuat dioda-dioda yang memiliki tegangan jauh lebih rendah dari 5.6 Volt dengan koefisien temperatur yang sangat kecil. Namun dengan munculnya pemakai tegangan tinggi, koefisien temperatur muncul dengan singkat pula. Sebuah dioda untuk 75 Volt memiliki koefisien panas yang 10 kali lipatnya koefisien sebuah dioda 12 Volt.

Semua dioda di atas, tidak perduli berapapun tenganan rusaknya, biasanya dijual dinamakan dioda Zener.

Pemakaian

Dioda Zener biasanya digunakan secara luas dalam sirkuit elektronik. Fungsi utamanya adalah untuk menstabilkan tegangan. Pada saat disambungkan secara parallel dengan sebuah sumber tegangan yang berubah-ubah yang dipasang sehingga mencatu-balik, sebuah dioda zener akan bertingkah seperti sebuah kortsleting (hubungan singkat) saat tegangan mencapai tegangan rusak diode tersebut. Hasilnya, tegangan akan dibatasi sampai ke sebuah angka yang telah diketahui sebelumnya.

Gambar 2.7. Penempatan Dioda Zener pada Rangkaian

Sebuah dioda zener juga digunakan seperti ini sebagai regulator tegangan shunt (shunt berarti sambungan parallel, dan regulator tegangan sebagai sebuah kelas sirkuit yang memberikan sumber tegangan tetap.

II.2.4. Diak

Gambar 2.8. Bentuk Fisik dan Simbol Diak

II.2.5. Dioda Photo

II.2.6. SCR

Pada gambar terlihat SCR dengan anoda pada kaki yang berulir, Gerbang gate pada kaki yang pendek, sedangkan katoda pada kaki yang panjang SCR singkatan dari Silicon Control Rectifier. Adalah Dioda yang mempunyai fungsi sebagai pengendali. SCR atau Tyristor masih termasuk keluarga semikonduktor dengan karateristik yang serupa dengan tabung thiratron. Sebagai pengendalinya adalah gate (G). SCR sering disebut Therystor. SCR sebetulnya dari bahan campuran P dan N. Isi SCR terdiri dari PNPN (Positif Negatif Positif Negatif) dan biasanya disebut PNPN Trioda.

Gambar 2.10 Bentuk Fisik SCR

Guna SCR:

Sebagai rangkaian Saklar (switch control) Sebagai rangkaian pengendali (remote control)

Diagram dan skema SCR:

Gambar 2.12. Rangkaian Ekivalen dan Simbol SCR

Ada tiga kelompok besar untuk semikonduktor ini yang sama-sama dapat berfungsi sebagai Saklar (Switching) pada tegangan 120 volt sampai 240 volt. Ketiga kelompok tersebut adalah SCR ini sendiri, DIAC dan TRIAC.

II,2,7. TRIAC

Gambar 2.13. Simbol Skematik TRIAC

TRIAC mempunyai kontruksi sama dengan DIAC, hanya saja pada TRIAC terdapat terminal pengontrol (terminal gate). Sedangkan untuk terminal lainnya dinamakan main terminal 1 dan main terminal 2 (disingkat mt1 dan mt2). Seperti halnya pada DIAC, maka TRIAC pun dapat mengaliri arus bolak-balik, tidak seperti SCR yang hanya mengalirkan arus searah (dari terminal anoda ke terminal katoda).

Lambang TRIAC di dalam skema elektronika, memiliki tiga kaki, dua diantaranya terminal MT1 (T1) dan MT2 (T2) dan lainnya terminal Gate (G)

Triac adalah setara dengan dua SCR yang dihubungkan paralel. Artinya TRIAC dapat menjadi saklar keduanya secara langsung. TRIAC digolongkan menurut kemampuan pengontakan. TRIAC tidak mempunyai kemampuan kuasa yang sangat tinggi untuk jenis SCR. Ada dua jenis TRIAC, Low-Current dan Medium-Current.

Low-Current TRIAC dapat mengontak hingga kuat arus 1 ampere dan mempunyai maksimal tegangan sampai beberapa ratus volt. Medium-Current TRIACS dapat mengontak sampai kuat arus 40 ampere dan mempunyai maksimal tegangan hingga 1.000 volt.

II.3. Kapasitor atau Kondensator

Kondensator atau sering disebut sebagai kapasitor adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kondensator memiliki satuan yang disebut Farad. Ditemukan oleh Michael Faraday (1791-1867). Kondensator kini juga dikenal sebagai "kapasitor", namun kata "kondensator" masih dipakai hingga saat ini. Pertama disebut oleh Alessandro Volta seorang ilmuwan Italia pada tahun 1782 (dari bahasa Itali condensatore), berkenaan dengan kemampuan alat untuk menyimpan suatu muatan listrik yang tinggi dibanding komponen lainnya. Kebanyakan bahasa dan negara yang tidak menggunakan bahasa Inggris masih mengacu pada perkataan bahasa Italia "condensatore", seperti bahasa Perancis condensateur, Indonesia dan Jerman Kondensator atau Spanyol Condensador.

 Kondensator diidentikkan mempunyai dua kaki dan dua kutub yaitu positif dan negatif serta memiliki cairan elektrolit dan biasanya berbentuk tabung.

Gambar 2.15

Lambang kondensator (mempunyai kutub positif dan negatif) pada skema elektronika dan bentuk fisik komponen tersebut

 Sedangkan jenis yang satunya lagi kebanyakan nilai kapasitasnya lebih rendah, tidak mempunyai kutub positif atau negatif pada kakinya, kebanyakan berbentuk bulat pipih berwarna coklat, merah, hijau dan lainnya seperti tablet atau kancing baju yang sering disebut kapasitor (capacitor).

a

b

Gambar 2.17 Simbol Varco dan bentuk bentuk fisik komponen tersebut

Namun kebiasaan dan kondisi serta artikulasi bahasa setiap negara tergantung pada masyarakat yang lebih sering menyebutkannya. Kini kebiasaan orang tersebut hanya menyebutkan salah satu nama yang paling dominan digunakan atau lebih sering didengar. Pada masa kini, kondensator sering disebut kapasitor (capacitor) ataupun sebaliknya yang pada ilmu elektronika disingkat dengan huruf (C).

Satuan dalam kondensator disebut Farad. Satu Farad = 9 x 1011 cm² yang artinya luas permukaan kepingan tersebut menjadi 1 Farad sama dengan 106 mikroFarad (µF), jadi 1 µF = 9 x 105 cm².

Satuan-satuan sentimeter persegi (cm²) jarang sekali digunakan karena kurang praktis, satuan yang banyak digunakan adalah:

1 µF = 1.000.000 pF (piko Farad) 1 µF = 1.000 nF (nano Farad) 1 nF = 1.000 pF (piko Farad)

1 pF = 1.000 µµF (mikro-mikro Farad)

Adapun cara memperluas kapasitor atau kondensator dengan jalan: 1. Menyusunnya berlapis-lapis.

2. Memperluas permukaan variabel.

3. Memakai bahan dengan daya tembus besar.

II.3.1. Jenis Kapasitor

Berdasarkan kegunaannya kondensator kita bagi dalam:

1. Kondensator tetap (nilai kapasitasnya tetap tidak dapat diubah) 2. Kondensator elektrolit (Electrolite Condenser = Elco)

3. Kondensator variabel (nilai kapasitasnya dapat diubah-ubah) Kondensator (Capasitor) adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kondensator memiliki satuan yang disebut Farad. Ditemukan oleh Michael Faraday (1791-1867). Kondensator kini juga dikenal sebagai "kapasitor", namun kata "kondensator" masih dipakai hingga saat ini. Pertama disebut oleh Alessandro Volta seorang ilmuwan Italia pada tahun 1782 (dari bahasa Itali condensatore), berkenaan dengan kemampuan alat untuk menyimpan suatu muatan listrik yang tinggi dibanding komponen lainnya. Kebanyakan bahasa dan negara yang tidak menggunakan bahasa Inggris masih mengacu pada perkataan bahasa Italia

"condensatore", seperti bahasa Perancis condensateur, Indonesia dan Jerman Kondensator atau Spanyol Condensador.

Kondensator diidentikkan mempunyai dua kaki dan dua kutub yaitu positif dan negatif serta memiliki cairan elektrolit dan biasanya berbentuk tabung. Lambang kondensator (mempunyai kutub positif dan negatif) pada skema elektronika.

Sedangkan jenis yang satunya lagi kebanyakan nilai kapasitasnya lebih rendah, tidak mempunyai kutub positif atau negatif pada kakinya, kebanyakan berbentuk bulat pipih berwarna coklat, merah, hijau dan lainnya seperti tablet atau kancing baju yang sering disebut kapasitor (capacitor). Lambang kapasitor (tidak mempunyai kutub) pada skema elektronika. Namun kebiasaan dan kondisi serta artikulasi bahasa setiap negara tergantung pada masyarakat yang lebih sering menyebutkannya. Kini kebiasaan orang tersebut hanya menyebutkan salah satu nama yang paling dominan digunakan atau lebih sering didengar. Pada masa kini, kondensator sering disebut kapasitor (capacitor) ataupun sebaliknya yang pada ilmu elektronika disingkat dengan huruf (C).

Satuan dalam kondensator disebut Farad. Satu Farad = 9 x 1011 cm² yang artinya luas permukaan kepingan tersebut menjadi 1 Farad sama dengan 106 mikroFarad (µF), jadi 1 µF = 9 x 105 cm².

Satuan-satuan sentimeter persegi (cm²) jarang sekali digunakan karena kurang praktis, satuan yang banyak digunakan adalah:

1 Farad = 1.000.000 µF (mikro Farad) 1 µF = 1.000.000 pF (piko Farad) 1 µF = 1.000 nF (nano Farad) 1 nF = 1.000 pF (piko Farad) 1 pF = 1.000 µµF (mikro-mikro Farad) Adapun cara memperluas kapasitor atau kondensator dengan jalan:

[sunting] Wujud dan Macam kondensator Berdasarkan kegunaannya kondensator kita bagi dalam:

Kondensator tetap (nilai kapasitasnya tetap tidak dapat diubah) Kondensator elektrolit (Electrolite Condenser = Elco) Kondensator variabel (nilai kapasitasnya dapat diubah-ubah).

II.4. Transistor

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.

Gambar 2.18 Berbagai Jenis Transistor

Transistor through-hole (dibandingkan dengan pita ukur sentimeter)

Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal. Tegangan atau arus yang dipasang di satu terminalnya mengatur arus yang lebih besar yang melalui 2 terminal lainnya. Transistor adalah komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil, dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa

transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori, dan komponen-komponen lainnya.

II.4.1. Semikonduktor

Pada dasarnya, transistor dan tabung vakum memiliki fungsi yang serupa; keduanya mengatur jumlah aliran arus listrik.

Untuk mengerti cara kerja semikonduktor, misalkan sebuah gelas berisi air murni. Jika sepasang konduktor dimasukan kedalamnya, dan diberikan tegangan DC tepat dibawah tegangan elektrolisis (sebelum air berubah menjadi Hidrogen dan Oksigen), tidak akan ada arus mengalir karena air tidak memiliki pembawa muatan (charge carriers). Sehingga, air murni dianggap sebagai isolator. Jika sedikit garam dapur dimasukan ke dalamnya, konduksi arus akan mulai mengalir, karena sejumlah pembawa muatan bebas (mobile carriers, ion) terbentuk. Menaikan konsentrasi garam akan meningkatkan konduksi, namun tidak banyak. Garam dapur sendiri adalah non-konduktor (isolator), karena pembawa muatanya tidak bebas.

Silikon murni sendiri adalah sebuah isolator, namun jika sedikit pencemar ditambahkan, seperti Arsenik, dengan sebuah proses yang dinamakan doping, dalam jumlah yang cukup kecil sehingga tidak mengacaukan tata letak kristal silikon, Arsenik akan memberikan elektron bebas dan hasilnya memungkinkan terjadinya konduksi arus listrik. Ini karena Arsenik memiliki 5 atom di orbit terluarnya, sedangkan Silikon hanya 4. Konduksi terjadi karena pembawa muatan bebas telah ditambahkan (oleh kelebihan elektron dari Arsenik). Dalam kasus ini, sebuah Silikon tipe-n (n untuk negatif, karena pembawa muatannya adalah elektron yang bermuatan negatif) telah terbentuk.

Selain dari itu, silikon dapat dicampur dengan Boron untuk membuat semikonduktor tipe-p. Karena Boron hanya memiliki 3 elektron di orbit

paling luarnya, pembawa muatan yang baru, dinamakan "lubang" (hole, pembawa muatan positif), akan terbentuk di dalam tata letak kristal silikon. Dalam tabung hampa, pembawa muatan (elektron) akan dipancarkan oleh emisi thermionic dari sebuah katode yang dipanaskan oleh kawat filamen. Karena itu, tabung hampa tidak bisa membuat pembawa muatan positif (hole).

Dapat disimak bahwa pembawa muatan yang bermuatan sama akan saling tolak menolak, sehingga tanpa adanya gaya yang lain, pembawa-pembawa muatan ini akan terdistribusi secara merata di dalam materi semikonduktor. Namun di dalam sebuah transistor bipolar (atau diode junction) dimana sebuah semikonduktor tipe-p dan sebuah semikonduktor tipe-n dibuat dalam satu keping silikon, pembawa-pembawa muatan ini cenderung berpindah ke arah sambungan P-N tersebut (perbatasan antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n), karena tertarik oleh muatan yang berlawanan dari seberangnya. Kenaikan dari jumlah pencemar (doping level) akan meningkatkan konduktivitas dari materi semikonduktor, asalkan tata-letak kristal silikon tetap dipertahankan. Dalam sebuah transistor bipolar, daerah terminal emiter memiliki jumlah doping yang lebih besar dibandingkan dengan terminal basis. Rasio perbandingan antara doping emiter dan basis adalah satu dari banyak faktor yang menentukan sifat penguatan arus (current gain) dari transistor tersebut.

Jumlah doping yang diperlukan sebuah semikonduktor adalah sangat kecil, dalam ukuran satu berbanding seratus juta, dan ini menjadi kunci dalam keberhasilan semikonduktor. Dalam sebuah metal, populasi pembawa muatan adalah sangat tinggi; satu pembawa muatan untuk setiap atom. Dalam metal, untuk mengubah metal menjadi isolator, pembawa muatan harus disapu dengan memasang suatu beda tegangan. Dalam metal, tegangan ini sangat tinggi, jauh lebih tinggi dari yang mampu menghancurkannya. Namun, dalam sebuah semikonduktor hanya ada satu

pembawa muatan dalam beberapa juta atom. Jumlah tegangan yang diperlukan untuk menyapu pembawa muatan dalam sejumlah besar semikonduktor dapat dicapai dengan mudah. Dengan kata lain, listrik di dalam metal adalah inkompresible (tidak bisa dimampatkan), seperti fluida. Sedangkan dalam semikonduktor, listrik bersifat seperti gas yang bisa dimampatkan. Semikonduktor dengan doping dapat dirubah menjadi isolator, sedangkan metal tidak.

Gambaran di atas menjelaskan konduksi disebabkan oleh pembawa muatan, yaitu elektron atau lubang, namun dasarnya transistor bipolar adalah aksi kegiatan dari pembawa muatan tersebut untuk menyebrangi daerah depletion zone. Depletion zone ini terbentuk karena transistor tersebut diberikan tegangan bias terbalik, oleh tegangan yang diberikan di antara basis dan emiter. Walau transistor terlihat seperti dibentuk oleh dua diode yang disambungkan, sebuah transistor sendiri tidak bisa dibuat dengan menyambungkan dua diode. Untuk membuat transistor, bagian-bagiannya harus dibuat dari sepotong kristal silikon, dengan sebuah daerah basis yang sangat tipis.

II.4.2. Cara kerja transistor

Dari banyak tipe-tipe transistor modern, pada awalnya ada dua tipe dasar transistor, bipolar junction transistor (BJT atau transistor bipolar) dan field-effect transistor (FET), yang masing-masing bekerja secara berbeda.

Transistor bipolar dinamakan demikian karena kanal konduksi utamanya menggunakan dua polaritas pembawa muatan: elektron dan lubang, untuk membawa arus listrik. Dalam BJT, arus listrik utama harus melewati satu daerah/lapisan pembatas dinamakan depletion zone, dan ketebalan lapisan ini dapat diatur dengan kecepatan tinggi dengan tujuan untuk mengatur aliran arus utama tersebut.

FET (juga dinamakan transistor unipolar) hanya menggunakan satu jenis pembawa muatan (elektron atau hole, tergantung dari tipe FET). Dalam FET, arus listrik utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit dengan depletion zone di kedua sisinya (dibandingkan dengan transistor bipolar dimana daerah Basis memotong arah arus listrik utama). Dan ketebalan dari daerah perbatasan ini dapat dirubah dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal konduksi tersebut. Lihat artikel untuk masing-masing tipe untuk penjelasan yang lebih lanjut.

II.4.3. Jenis-jenis transistor

Secara umum, transistor dapat dibeda-bedakan berdasarkan banyak kategori: Materi semikonduktor: Germanium, Silikon, Gallium Arsenide

Kemasan fisik: Through Hole Metal, Through Hole Plastic, Surface Mount, IC, dan lain-lain

Tipe: UJT, BJT, JFET, IGFET (MOSFET), IGBT, HBT, MISFET, VMOSFET, MESFET, HEMT, SCR serta pengembangan dari transistor yaitu IC (Integrated Circuit) dan lain-lain.

Polaritas: NPN atau N-channel, PNP atau P-channel

Maximum kapasitas daya: Low Power, Medium Power, High Power Maximum frekwensi kerja: Low, Medium, atau High Frequency, RF

transistor, Microwave, dan lain-lain

Aplikasi: Amplifier, Saklar, General Purpose, Audio, Tegangan Tinggi, dan lain-lain

PNP NPN P-channel N-channel Jenis Transistor BJT Jenis Transistor UJT

Gambar 2.19 Jenis dan Simbol Transistor 1. BJT

BJT (Bipolar Junction Transistor) adalah salah satu dari dua jenis transistor. Cara kerja BJT dapat dibayangkan sebagai dua dioda yang terminal positif atau negatifnya berdempet, sehingga ada tiga terminal. Ketiga terminal tersebut adalah emiter (E), kolektor (C), dan basis (B). Perubahan arus listrik dalam jumlah kecil pada terminal basis dapat menghasilkan perubahan arus listrik dalam jumlah besar pada terminal kolektor. Prinsip inilah yang mendasari penggunaan transistor sebagai penguat elektronik. Rasio antara arus pada koletor dengan arus pada basis biasanya dilambangkan dengan β atau hFE. β biasanya berkisar

sekitar 100 untuk transistor-transisor BJT. 2. UJT

UJT singkatan dari Unijunction Transistor, jenis ini umumnya sangat jarang digunakan terutama untuk transistor yang bekerja sebagai penguat. Jenis ini menyerupai jenis transistor lainnya, hanya pada transistor jenis ini mempunyai lambang yang agak berlainan. Biasanya

jenis ini terdiri dari jenis PN UJT. Pada UJT mempunyai tiga kaki juga, hanya namanya Emitter dengan dua buah Basis, yaitu:

 Elektroda Basis Satu (Base One Electrode).  Elektroda Basis Dua (Base Two Elektrode).

FET.

FET dibagi menjadi dua keluarga: Junction FET (JFET) dan Insulated Gate FET (IGFET) atau juga dikenal sebagai Metal Oxide Silicon (atau Semiconductor) FET (MOSFET). Berbeda dengan IGFET, terminal gate dalam JFET membentuk sebuah dioda dengan kanal (materi semikonduktor antara Source dan Drain). Secara fungsinya, ini membuat N-channel JFET menjadi sebuah versi solid-state dari tabung vakum, yang juga membentuk sebuah dioda antara antara grid dan katode. Dan juga, keduanya (JFET dan tabung vakum) bekerja di "depletion mode", keduanya memiliki impedansi input tinggi, dan keduanya menghantarkan arus listrik dibawah kontrol tegangan input.

FET lebih jauh lagi dibagi menjadi tipe enhancement mode dan depletion mode. Mode menandakan polaritas dari tegangan gate dibandingkan dengan source saat FET menghantarkan listrik. Jika kita ambil N-channel FET sebagai contoh: dalam depletion mode, gate adalah negatif dibandingkan dengan source, sedangkan dalam enhancement mode, gate adalah positif. Untuk kedua mode, jika tegangan gate dibuat lebih positif, aliran arus di antara source dan drain akan meningkat. Untuk P-channel FET, polaritas-polaritas semua dibalik. Sebagian besar IGFET adalah tipe enhancement mode, dan hampir semua JFET adalah tipe depletion mode.

MOSFET

MOSFET, singkatan dari Metal Oxyde Semi Conductor atau Transistor efek medan, adalah jenis transistor yang bekerja dengan adanya modulasi dari medan listrik di dalam bahan semikonduktor. Antara FET dan MOSFET tidak ada perbedaan, hanya yang membedakan:

 Adanya lapisan S1O2 yang mambatasi gate dan channel.  Arus listrik yang masuk sangat kecil sekali.

Jenis-jenis transistor efek medan adalah MOSFET, JFET, MESFET, HEMT, dan TFT.

Transistor IGBT

IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) adalah piranti semikonduktor yang setara dengan gabungan sebuah transistor bipolar (BJT) dan sebuah transistor efek medan (MOSFET). Jenis divais baru yang berfungsi sebagai komponen saklar untuk aplikasi daya ini muncul sejak tahun 1980-an.

Karakteristik IGBT

Sesuai dengan namanya, divais baru ini merupakan divais yang menggabungkan struktur dan sifat-sifat dari kedua jenis transistor tersebut di atas, BJT dan MOSFET. Dengan kata lain, IGBT mempunyai sifat kerja yang menggabungkan keunggulan sifat-sifat kedua jenis transistor tersebut. Terminal gate dari IGBT, sebagai terminal kendali juga mempunyai struktur bahan penyekat (insulator) sebagaimana pada MOSFET.

Input dari IGBT adalah terminal Gate dari MOSFET, sedang terminal Source dari MOSFET terhubung ke terminal Basis dari BJT. Dengan demikian, arus drain keluar dan dari MOSFET akan menjadi arus basis dari BJT. Karena besarnya tahanan masuk dari MOSFET, maka terminal input IGBT hanya akan menarik arus yang kecil dari sumber. Di pihak lain, arus drain sebagai arus keluaran dari MOSFET akan cukup besar untuk membuat BJT mencapai keadaan saturasi. Dengan gabungan sifat kedua elemen tersebut, IGBT mempunyai perilaku yang cukup ideal sebagai sebuah saklar elektronik. Di satu pihak IGBT tidak terlalu membebani sumber, di pihak lain mampu menghasilkan arus yang besar bagi beban listrik yang dikendalikannya.

Terminal masukan IGBT mempunyai nilai impedansi yang sangat tinggi, sehingga tidak membebani rangkaian pengendalinya yang umumnya terdiri dari rangkaian logika. Ini akan menyederhanakan rancangan rangkaian pengendali (controller) dan penggerak (driver) dari IGBT. Di samping itu, kecepatan pensaklaran IGBT juga lebih tinggi dibandingkan divais BJT, meskipun lebih rendah dari divais MOSFET yang setara. Di lain pihak, terminal keluaran IGBT mempunyai sifat yang menyerupai terminal keluaran (kolektor-emitter) BJT. Dengan kata lain, pada saat keadaan menghantar, nilai tahanan menghantar (Ron) dari IGBT

Dengan demikian bila tegangan jatuh serta lesapan dayanya pada saat keadaan menghantar juga kecil. Dengan sifat-sifat seperti ini, IGBT akan sesuai untuk dioperasikan pada arus yang besar, hingga ratusan Ampere, tanpa terjadi kerugian daya yang cukup berarti. IGBT sesuai untuk aplikasi pada perangkat Inverter maupun Kendali Motor Listrik (Drive). Sifat-sifat IGBT

Komponen utama di dalam aplikasi elekronika daya (power electronics) dewasa ini adalah saklar zat padat (solid-state switches) yang diwujudkan dengan peralatan semikonduktor seperti transistor bipolar (BJT),transistor efek medan (MOSFET), maupun Thyristor. Sebuah saklar ideal di dalam aplikasi elektronika daya akan mempunyai sifat-sifat sebagai berikut: 1. pada saat keadaan tidak menghantar (off), saklar mempunyai tahanan

yang besar sekali, mendekati nilai tak berhingga. Dengan kata lain, nilai arus bocor struktur saklar sangat kecil

2. Sebaliknya, pada saat keadaan menghantar (on), saklar mempunyai tahanan menghantar (Ron) yang sekecil mungkin. Ini akan membuat

nilai tegangan jatuh (voltage drop) keadaan menghantar juga sekecil mungkin, demikian pula dengan besarnya daya lesapan (power dissipation) yang terjadi, dan (kecepatan pensaklaran (switching speed) yang tinggi.

 Sifat nomor (1) umumnya dapat dipenuhi dengan baik oleh semua jenis peralatan semikonduktor yang disebutkan di atas, karena peralatan semikonduktor komersial pada umumnya mempunyai nilai arus bocor yang sangat kecil.

 Untuk sifat nomor (2), BJT lebih unggul dari MOSFET, karena tegangan jatuh pada terminal kolektor-emitter, VCE pada keadaan menghantar (on) dapat dibuat sekecil mungkin

dengan membuat transitor BJT berada dalam keadaan jenuh (saturasi).

 Sebaliknya, untuk unsur kinerja nomor (3) yaitu kecepatan switching, MOSFET lebih unggul dari BJT, karena sebagai divais yang bekerja berdasarkan aliran pembawa muatan mayoritas (majority carrier), pada MOSFET tidak dijumpai aruh penyimpanan pembawa muatan minoritas pada saat proses pensaklaran, yang cenderung memperlamnat proses pensaklaran tersebut.

II.5. Gerbang logika

Gerbang logika atau gerbang logik adalah suatu entitas dalam elektronika dan matematika Boolean yang mengubah satu atau beberapa masukan logik menjadi sebuah sinyal keluaran logik. Gerbang logika terutama diimplementasikan secara elektronis menggunakan dioda atau transistor, akan tetapi dapat pula dibangun menggunakan susunan komponen-komponen yang memanfaatkan sifat-sifat elektromagnetik (relay), cairan, optik dan bahkan mekanik.

Tabel Ringkasan jenis-jenis gerbang logika

Nama Fungsi

Lambang dalam rangkaian

Tabel kebenaran

IEC 60617-12 US-Norm

Gerbang-AND

(AND)

A B Y

0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1

Gerbang-OR

(OR)

A B Y

0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1

Gerbang-NOT (NOT, Gerbang-kompleme n, Pembalik(I nverter)) \

A Y

0 1 1 0

Gerbang-NAND

(Not-AND)

A B Y

0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0

Gerbang-NOR

(Not-OR)

A B Y

0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0

Gerbang-XOR

(Antivalen, Exclusive-OR)

A B Y

0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0

Gerbang-XNOR

(Ekuivalen , Not- Exclusive-OR)

A B Y

0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1

II.6. Transformator

Sebuah transformator (atau yang lebih dikenal dengan nama trafo) adalah suatu alat elektronik yang memindahkan energi dari satu sirkuit elektronik ke sirkuit lainnya melalui pasangan magnet. Biasanya dipakai untuk mengubah tegangan listrik dari tinggi ke rendah dan berarti juga mengubah arus listrik dari rendah ke tinggi.

II.7. Relay

Relay adalah saklar (switch) elektrik yang bekerja berdasarkan medan magnet. Relay terdiri dari suatu lilitan dan switch mekanik. Switch mekanik akan bergerak jika ada arus listrik yang mengalir melalui lilitan.

Susunan kontak pada relay adalah:

Normally Open : Relay akan menutup bila dialiri arus listrik. Normally Close : Relay akan membuka bila dialiri arus listrik.

Changeover : Relay ini memiliki kontak tengah yang akan melepaskan diri dan membuat kontak lainnya berhubungan.

II.8. Tabung vakum

Dioda

Trioda

Gambar 2.23. Bentuk Tabung Vakum

Dalam elektronika, sebuah tabung vakum adalah sebuah alat yang biasanya digunakan untuk menguatkan sinyal. Dahulu digunakan di banyak alat-alat elektronik tapi kini tabung vakum hanya digunakan dalam aplikasi khusus. Untuk banyak tujuan, tabung vakum telah diganti oleh transistor yang murah dan jauh lebih kecil, baik sebagai alat terpisah maupun dalam sirkuit terpadu. Pada awal abad ke-21 muncul kembali kesukaan terhadap tabung vakum, kali ini dalam bentuk tabung mikro field-emitter.

Tabung vakum pertama diciptakan oleh John Ambrose Fleming pada tahun 1904.

II.9. Sel surya

Sel surya atau sel photovoltaic, adalah sebuah alat semikonduktor yang terdiri dari sebuah wilayah-besar dioda p-n junction, di mana, dalam hadirnya cahaya matahari mampu menciptakan energi listrik yang berguna. Pengubahan ini disebut efek photovoltaic. Bidang riset berhubungan dengan sel surya dikenal sebagai photovoltaics.

Sel surya memiliki banyak aplikasi. Mereka terutama cocok untuk digunakan bila tenaga listrik dari grid tidak tersedia, seperti di wilayah terpencil, satelit pengorbit [[bumi], kalkulator genggam, pompa air, dll. Sel surya (dalam bentuk modul atau panel surya) dapat dipasang di atap gedung di mana mereka berhubungan dengan inverter ke grid listrik dalam sebuah pengaturan net metering.

BAB-III

ALAT UKUR BESARAN LISTRIK DAN ELEKTRONIKA

III.2. Osiloskop dan Fungsi Generator

Gambar Osiloskope

BAB-IV

KOMPONEN ELEKTRONIKA DIRANGKAIAN-RANGKAIAN POPULER

IV.1. Rangkaian Catu Daya IV.1.1 Catu Daya DC 4V-9V

IV.1.2. Catu Daya 5 Amper untuk HT

Gambar 4.2. Rangkaian Catu Daya 5 Amper untuk HT

I V . 2 . M i c C o m p r e s s o r

I V . 2 . 1 . M i c C o m p r e s s o r

Gambar 4.4. Rangkaian M i c C o m p r e s s o r

I V . 3 . P e n g u a t M i c

IV.4. Rangkaian Amplifier 18 watt

Gambar 4.6. Rangkaian Amplifier 18 watt dan Catu Dayanya

Daftar Komponen :

P1 = 22K Log. Potentiometer (Dual-gang for stereo) R1 = 1K 1/4W Resistor

R2 = 4K7 1/4W Resistor R3 = 100R 1/4W Resistor R4 = 4K7 1/4W Resistor R5 = 82K 1/4W Resistor R6 = 10R 1/2W Resistor

R7 = R22 4W Resistor (wirewound) R8 = 1K 1/2W Trimmer Cermet (optional) C1 = 470nF 63V Polyester Capacitor C2,C5 = 100µF 3V Tantalum bead Capacitors C3,C4 = 470µF 25V Electrolytic Capacitors C6 = 100nF 63V Polyester Capacitor D1 = 1N4148 75V 150mA Diode

IC1 = TLE2141C Low noise, high voltage, high slew-rate Op-amp

Q1 = BC182 50V 100mA NPN Transistor Q2 = BC212 50V 100mA PNP Transistor Q3 = TIP42A 60V 6A PNP Transistor Q4 = TIP41A 60V 6A NPN Transistor J1 = RCA audio input socket

Power supply parts: R9 = 2K2 1/4W Resistor

C7,C8 = 4700µF 25V Electrolytic Capacitors D2 = 100V 4A Diode bridge

D3 = 5mm. Red LED

T1 = 220V Primary, 15 + 15V Secondary, 50VA Mains transformer

PL1 = Male Mains plug SW1 = SPST Mains switch

Notes:

• Can be directly connected to CD players, tuners and tape recorders.

• Do not exceed 23 + 23V supply.

• Q3 and Q4 must be mounted on heatsink.

• D1 must be in thermal contact with Q1.

• Quiescent current (best measured with an Avo-meter in series with Q3 Emitter) is not critical.

• Adjust R3 to read a current between 20 to 30 mA with no input signal.

• To facilitate quiescent current setting add R8 (optional).

• A correct grounding is very important to eliminate hum and ground loops. Connect to the same point the ground sides of J1, P1, C2, C3 & C4. Connect C6 to the output ground.

• Then connect separately the input and output grounds to the power supply ground.

Technical data:

Output power: 18 Watt RMS into 8 Ohm (1KHz sine wave) Sensitivity: 150mV input for 18W output

Frequency response: 30Hz to 20KHz -1dB

Total harmonic distortion @ 1KHz: 0.1W 0.02% 1W 0.01% 5W 0.01% 10W 0.03%

Total harmonic distortion @10KHz: 0.1W 0.04% 1W 0.05% 5W 0.06% 10W 0.15%

III.6. Radio Penerima

Here is a small project about FM receiver that you can built with a little cost. The schematic below

DAFTAR PUSTAKA

Abraham I. Pressman (1997). Switching Power Supply Design. McGraw-Hill. ISBN 0-07-052236-7.

George B. Trinkaus (2000). Magnetic Amplifiers. High Voltage Press. ISBN 0-9709618-5-5.

J. Allocca and A. Stuart, Transducers: Theory and Application, Reston 1984.

LAMPIRAN-LAMPIRAN

Properties of electrical connectors

An ideal electrical connector would have a low contact resistance and high insulation value. It would be resistant to vibration, water, oil, and pressure. It would be easily mated/unmated, unambiguously preserve the orientation of connected circuits, reliable, carry one or multiple circuits. Desirable properties for a connector also include easy identification, compact size, rugged construction, durability (capable of many connect/disconnect cycles), rapid assembly, simple tooling, and low cost. No single connector has all the ideal properties. The proliferation of types is a reflection of the differing importance placed on the design factors.

Keying

XLR connector, showing the notch for alignment.

4-pin Mini-DIN pinout: the off-center rectangle and surrounding notches are a key.

Many connectors are keyed, meaning that they have some component which prevents mating except with specific connectors or in a specific orientation. This can be used to prevent incorrect or damaging interconnections, either preventing pins from being damaged by being jammed in at the wrong angle or fitting into imperfectly fitting plugs, or to prevent damaging connections, such as plugging an audio cable into a power outlet. For instance, XLR connectors have a notch to ensure proper orientation, while Mini-DIN plugs have a plastic projection, which fits into a corresponding hole in the socket and prevent different connectors from being pushed together (they also have a notched metal skirt to provide secondary keying).

Types of electrical connectors

A terminal is a simple type of electrical connector that connects two or more wires to a single connection point. Wire nuts are another type of single point connector.

Terminal blocks of various types.

Terminal blocks

Terminal blocks (also called terminal boards or strips) provide a convenient means of connecting individual electrical wires. They are usually used to connect wiring among various items of equipment within an enclosure or to make connections among individually enclosed items. Since terminal blocks are readily available for a wide range of wire sizes and terminal quantity, they are one of the most flexible types of electrical connector available. Some disadvantages are that connecting wires is more difficult than simply plugging in a cable and the terminals are generally not very well protected from contact with persons or foreign conducting materials.

One type of terminal block accepts wires that are prepared only by removing (stripping) a short length of insulation from the end. Another type accepts wires that have ring or spade terminal lugs crimped onto the wires. Printed circuit board (PCB) mounted terminal blocks allow individual wires to be connected to the circuit board. PCB mounted terminal blocks are soldered to the board, but they are available in a pull-apart version that allows the wire-connecting half of the block to be unplugged from the part that is soldered to the PCB.

Crimp-on terminals

Most types of crimp-on terminals (or lugs) are attached to wires to allow the wires to be easily connected to screw terminals and fast-on or quick-disconnect terminals. There are also crimp-on terminals for connecting two wires together either permanently or with disconnect capability. Crimp-on terminals are attached by inserting the stripped end of a stranded wire into the tubular portion of the

terminal. The tubular portion of the terminal is then compressed tightly around the wire or crimped by squeezing it with a special crimping pliers.

Insulation displacement connectors

Main article: Insulation-displacement connector

Since stripping the insulation from wires is time-consuming, many connectors intended for rapid assembly use insulation-displacement connectors so that insulation need not be removed from the wire. These generally take the form of a fork-shaped opening in the terminal, into which the insulated wire is pressed and which cut through the insulation to contact the conductor within. To make these connections reliably on a production line, special tools are used which accurately control the forces applied during assembly. If properly assembled, the resulting terminations are gas-tight and will last the life of the product. A common example is the multi-conductor flat ribbon cable used in computer disk drives; to terminate each of the many (approximately 40) wires individually would be slow and error-prone, but an insulation displacement connector can terminate all the wires in (literally) one stroke. Another very common use is so-called "punch down" blocks used for terminating telephone wiring.

Insulation displacement connectors are usually used with small conductors for signal purposes and at low voltage. Power conductors carrying more than a few amperes are more reliably terminated with other means, though "hot tap" press-on connectors find some use in automotive applications for additions to existing wiring.

Plug and socket connectors

Main article: Gender of connectors and fasteners See also: Pinout

A male plug made by Amphenol.

Plug and socket connectors are usually made up of a male plug and a female socket, although hermaphroditic connectors exist, such as the original IBM token ring LAN connector. Plugs generally have one or more pins or prongs that are inserted into openings in the mating socket. The connection between the mating

metal parts must be sufficiently tight to make a good electrical connection and complete the circuit. When working with multi-pin connectors, it is helpful to have a pinout diagram to identify the wire or circuit node connected to each pin.

4-conductor hermaphrodite connector for token-ring attachment.

Detail of mating surfaces of hermaphrodite connector.

Transistor switch module with large screw connectors and small fast-on connectors.

Component and device connectors

Electrical and electronic components and devices sometimes have plug and socket connectors or terminal blocks, but individual screw terminals and fast-on or quick-disconnect terminals are more common. Small components have bare lead wires for soldering. They are manufactured using casting

Blade connector

Some blade connectors

A blade connector is a type of single wire connection using a flat blade which is inserted into a blade receptacle. Usually both blade connector and blade receptacle have wires attached to them either through soldering of the wire to the blade or crimping of the blade to the wire. In some cases the blade is a manufactured part of a component (such as a switch or a speaker unit) and a blade receptacle is pushed onto the blade to form a connection.

A common type of blade connector is the "faston". Faston connectors come in male and female types. They have been commonly used since 1970s.

[edit] Commonly used connectors

8P8C Connector crimped to cable Main article: 8P8C

8P8C is short for "eight positions, eight conductors", and so an 8P8C modular connector (plug or jack) is a modular connector with eight positions, all containing conductors. The 8P8C modular plugs and jacks look very similar to the plugs and jacks used for FCC's registered jack RJ45 variants, although the true and extremely uncommon RJ45 is not really compatible with 8P8C modular connectors. It neither uses all eight conductors (but only two of them for wires plus two for shorting a programming resistor) nor does it fit into 8P8C because the true RJ45 is "keyed". The connector is probably most famous for its use in Ethernet and widely used on CAT5 cables.

D-subminiature connectors

A male DE-9 plug.

The D-subminiature electrical connector is commonly used for the RS 232 serial port on modems and IBM compatible computers. The D-subminiature connector is used in many different applications, for computers, telecommunications, and test and measurement instruments. A few examples are monitors (MGA, CGA, EGA), the Commodore 64, MSX, Apple II, Amiga and Atari joysticks and mice, and game consoles such as Atari, Sega and Amiga.

USB connectors

A male USB series A plug

The Universal Serial Bus is a serial bus standard to interface devices, founded in 1996. It is currently widely used among PCs, Apple Macintosh and many other devices. There are several types of USB connectors, and some have been added as the specification has progressed. The most commonly used is the (male) series "A" plug on peripherals, when the cable is fixed to the peripheral. If there is no cable fixed to the peripheral, the peripheral always needs to have a USB "B" socket. In this case a USB "A" plug to a USB "B" plug cable would be needed. USB "A" sockets are always used on the host PC and the USB "B" sockets on the peripherals. It is a 4-pin connector, surrounded by a shield. There are several other connectors in use, the mini-A, mini- B and mini-AB plug and socket (added in the On-The-Go Supplement to the USB 2.0 Specification).

Power connectors

See Domestic AC power plugs and sockets, NEMA connectors, Industrial and multiphase power plugs and sockets for discussions of connectors used for electric power. Power connectors must protect people from accidental contact with energized conductors. Power connectors often include a safety ground connection as well as the power conductors. In larger sizes, these connectors must also safely contain any arc produced when an energized circuit is disconnected or may require interlocking to prevent opening a live circuit.

Radio frequency connectors

For more details on this topic, see Impedance matching and Signal reflection.

Connectors used at radio frequencies must not change the impedance of the transmission line of which they are part, otherwise signal reflection and losses will result. A radio-frequency connector must not allow external signals into the circuit, and must prevent leakage of energy out of the circuit. At lower radio frequencies simple connectors can be used with success, but as the radio frequency increases, transmission line effects become more important, with small impedence variations from connectors causing the signal to reflect from the connector, rather than to pass through. At UHF and above, silver-plating of connectors is common to reduce losses.

For Wi-Fi antennae the R-TNC connectors are used. A BNC connector is common for radio and test equipment used up to about 1 GHz.

DC Connectors

A DC connector is an electrical connector for supplying direct current (DC) power

Electrical cables

Termination and gender

Main article: Gender of connectors and fasteners

When used to terminate cables, in some applications both ends of the cable are terminated using identical connectors (generally male), as in registered jack telephone cables or Ethernet over twisted pair network cables, while in other applications the two ends are terminated differently, either with male and female of the same connector (as in an extension cord), which ends can be connected to each other in a loop, or with incompatible connectors, in an adapter cable.

Wiring

For more details on this topic, see Pinout. See also: Crossover cable

Ethernet crossover cable, showing wiring at each end.

When a cable is terminated by a connector, the various wires in the cable are connected to contacts (pins) in the connector. If one has specified wires within a cable (for instance, the colored Ethernet cable wires in TIA/EIA-568-B), then which color wire connects to which number pin is the wiring. Different ways of wiring the two ends yield different cables which are superficially identical, but behave differently.

If both ends of a cable have the same connector, or male and female versions of a connector, or even similar connectors (such as RJ11 and BS 6312, both of which often have 6P4C (6 positions and 4 contacts)), there is a notion of straight through cable and crossover cable:

 in a straight through cable, pins on one end correspond exactly to the corresponding pins on the other end (pin 1 to pin 1, pin 2 to pin 2, etc.). Using the same wiring (a given color wire connects to a given number pin, the same at both ends) at each end yields a straight through cable.

 in a crossover cable, pins do not so correspond; most often in crossover cables some cables are swapped, meaning that if pin 1 on one end goes to pin 2 on the other end, then pin 2 on the first end goes to pin 1 on the

second end, and not to pin 3 or some other: such crossover cables are symmetric, meaning that they work identically regardless of which way you plug them in (if you turn the cable around, it still connects the same pins as before).

Using different wiring (a given color wire connects to one number pin at one end, and a different number pin at the other) at each end yields a crossover cable.

A well-known crossover cable is the Ethernet crossover cable, which converts between T568A and T568B termination.

What matters specifically is not "which contact corresponds to which wire", but rather "which contact on one connector corresponds to which contact on the other connector": to illustrate the distinction, T568A straight through cables and T568B straight through cables are electrically identical: pin 1 on one end corresponds to pin 1 on the other end, though in the T568A it is a green/white striped wire that connects them, while in T568B it is a orange/white striped wire that connects them. However, a cable wired with T568A at one end and T568B at the other is a crossover cable.

The name "straight through" is suggestive but slightly misleading: if one has a ribbon cable, such that all wires are in fact straight and in a line, the pinouts at the two ends are actually the mirror of each other: the left-most wire on one end is the right-most wire on the other.

Basic Design and Operation

Small relay as used in electronics

A simple electromagnetic relay, such as the one taken from a car in the first picture, is an adaptation of an electromagnet. It consists of a coil of wire surrounding a soft iron core, an iron yoke, which provides a low reluctance path for magnetic flux, a moveable iron armature, and a set, or sets, of contacts; two in the relay pictured. The armature is hinged to the yoke and mechanically linked to a moving contact or contacts. It is held in place by a spring so that when the relay is de-energised there is an air gap in the magnetic circuit. In this condition, one of the two sets of contacts in the relay pictured is closed, and the other set is open. Other relays may have more or fewer sets of contacts depending on their function. The relay in the picture also has a wire connecting the armature to the yoke. This ensures continuity of the circuit between the moving contacts on the armature, and the circuit track on the Printed Circuit Board (PCB) via the yoke, which is soldered to the PCB.

When an electric current is passed through the coil, the resulting magnetic field attracts the armature, and the consequent movement of the movable contact or contacts either makes or breaks a connection with a fixed contact. If the set of contacts was closed when the relay was de-energised, then the movement opens the contacts and breaks the connection, and vice versa if the contacts were open. When the current to the coil is switched off, the armature is returned by a force, approximately half as strong as the magnetic force, to its relaxed position. Usually this force is provided by a spring, but gravity is also used commonly in industrial motor starters. Most relays are manufactured to operate quickly. In a low voltage application, this is to reduce noise. In a high voltage or high current application, this is to reduce arcing.

If the coil is energized with DC, a diode is frequently installed across the coil, to dissipate the energy from the collapsing magnetic field at deactivation, which

would otherwise generate a voltage spike dangerous to circuit components. Some automotive relays already include that diode inside the relay case. Alternatively a contact protection network, consisting of a capacitor and resistor in series, may absorb the surge. If the coil is designed to be energized with AC, a small copper ring can be crimped to the end of the solenoid. This "shading ring" creates a small out-of-phase current, which increases the minimum pull on the armature during the AC cycle.[1]

By analogy with the functions of the original electromagnetic device, a solid-state relay is made with a thyristor or other solid-state switching device. To achieve electrical isolation an optocoupler can be used which is a light-emitting diode (LED) coupled with a photo transistor.

Types of relay

Latching relay

A latching relay has two relaxed states (bistable). These are also called 'keep' or 'stay' relays. When the current is switched off, the relay remains in its last state. This is achieved with a solenoid operating a ratchet and cam mechanism, or by having two opposing coils with an over-center spring or permanent magnet to hold the armature and contacts in position while the coil is relaxed, or with a remnant core. In the ratchet and cam example, the first pulse to the coil turns the relay on and the second pulse turns it off. In the two coil example, a pulse to one coil turns the relay on and a pulse to the opposite coil turns the relay off. This type of relay has the advantage that it consumes power only for an instant, while it is being switched, and it retains its last setting across a power outage.

Reed relay

A reed relay has a set of contacts inside a vacuum or inert gas filled glass tube, which protects the contacts against atmospheric corrosion. The contacts are closed by a magnetic field generated when current passes through a coil around the glass tube. Reed relays are capable of faster switching speeds than larger types of relays, but have low switch current and voltage ratings. See also reed switch.

Mercury-wetted relay

A mercury-wetted reed relay is a form of reed relay in which the contacts are wetted with mercury. Such relays are used to switch low-voltage signals (one volt or less) because of their low contact resistance, or for high-speed counting and timing applications where the mercury eliminates contact bounce. Mercury wetted relays are position-sensitive and must be mounted vertically to work properly. Because of the toxicity and expense of liquid mercury, these relays are rarely specified for new equipment. See also mercury switch.

Polarized relay

A Polarized Relay placed the armature between the poles of a permanent magnet to increase sensitivity. Polarized relays were used in middle 20th Century telephone exchanges to detect faint pulses and correct telegraphic distortion. The poles were on screws, so a technician could first adjust them for maximum sensitivity and then apply a bias spring to set the critical current that would operate the relay.

Machine tool relay

A machine tool relay is a type standardized for industrial control of machine tools, transfer machines, and other sequential control. They are characterized by a large number of contacts (sometimes extendable in the field) which are easily converted from normally-open to normally-closed status, easily replaceable coils, and a form factor that allows compactly installing many relays in a control panel. Although such relays once were the backbone of automation in such industries as automobile assembly, the programmable logic controller (PLC) mostly displaced the machine tool relay from sequential control applications.

Contactor relay

A contactor is a very heavy-duty relay used for switching electric motors and lighting loads. High-current contacts are made with alloys containing silver. The unavoidable arcing causes the contacts to oxidize and silver oxide is still a good conductor. Such devices are often used for motor starters. A motor starter is a contactor with overload protection devices attached. The overload sensing devices are a form of heat operated relay where a coil heats a bi-metal strip, or where a solder pot melts, releasing a spring to operate auxiliary contacts. These auxiliary

contacts are in series with the coil. If the overload senses excess current in the load, the coil is de-energized. Contactor relays can be extremely loud to operate, making them unfit for use where noise is a chief concern.

Solid-state relay

Solid state relay, which has no moving parts

25 amp or 40 amp solid state contactors

A solid state relay (SSR) is a solid state electronic component that provides a similar function to an electromechanical relay but does not have any moving components, increasing long-term reliability. With early SSR's, the tradeoff came from the fact that every transistor has a small voltage drop across it. This voltage drop limited the amount of current a given SSR could handle. As transistors improved, higher current SSR's, able to handle 100 to 1,200 amps, have become

o Safety-critical logic. Because relays are much more resistant than semiconductors to nuclear radiation, they are widely used in safety-critical logic, such as the control panels of radioactive waste-handling machinery.

 Time delay functions. Relays can be modified to delay opening or delay closing a set of contacts. A very short (a fraction of a second) delay would use a copper disk between the armature and moving blade assembly. Current flowing in the disk maintains magnetic field for a short time, lengthening release time. For a slightly longer (up to a minute) delay, a dashpot is used. A dashpot is a piston filled with fluid that is allowed to escape slowly. The time period can be varied by increasing or decreasing the flow rate. For longer time periods, a mechanical clockwork timer is installed.

Relay application considerations

A large relay with two coils and many sets of contacts, used in an old telephone switching system.

Several 30-contact relays in "Connector" circuits in mid 20th century 1XB switch and 5XB switch telephone exchanges; cover removed on one

Selection of an appropriate relay for a particular application requires evaluation of many different factors:

 Number and type of contacts - normally open, normally closed, (double-throw)

 Contact sequence - "Make before Break" or "Break before Make". For example, the old style telephone exchanges required Make-before-break so that the connection didn't get dropped while dialing the number.

 Rating of contacts - small relays switch a few amperes, large contactors are rated for up to 3000 amperes, alternating or direct current

 Voltage rating of contacts - typical control relays rated 300 VAC or 600 VAC, automotive types to 50 VDC, special high-voltage relays to about 15 000 V

 Coil voltage - machine-tool relays usually 24 VAC, 120 or 250 VAC, relays for switchgear may have 125 V or 250 VDC coils, "sensitive" relays operate on a few milliamperes

 Coil current - Usually in the range of 40 - 200 mA for 0 - 24 VDC coils.[2]

 Package/enclosure - open, touch-safe, double-voltage for isolation between circuits, explosion proof, outdoor, oil and splash resistant, washable for printed circuit board assembly

 Assembly - Some relays feature a sticker that keeps the enclosure sealed to allow PCB post soldering cleaning agents. Which is removed once assembly is complete.

 Mounting - sockets, plug board, rail mount, panel mount, through-panel mount, enclosure for mounting on walls or equipment

 Switching time - where high speed is required

 "Dry" contacts - when switching very low level signals, special contact materials may be needed such as gold-plated contacts

 Contact protection - suppress arcing in very inductive circuits

 Coil protection - suppress the surge voltage produced when switching the coil current

 Isolation between coil circuit and contacts

 Aerospace or radiation-resistant testing, special quality assurance

 Expected mechanical loads due to acceleration - some relays used in aerospace applications are designed to function in shock loads of 50 g or more

 Accessories such as timers, auxiliary contacts, pilot lamps, test buttons

 Regulatory approvals

 Stray magnetic linkage between coils of adjacent relays on a printed circuit board.

Protective relay

A protective relay is a complex electromechanical apparatus, often with more than one coil, designed to calculate operating conditions on an electrical circuit and trip circuit breakers when a fault was found. Unlike switching type relays with fixed and usually ill-defined operating voltage thresholds and operating times, protective relays had well-established, selectable, time/current (or other operating parameter) curves. Such relays were very elaborate, using arrays of induction disks, shaded-pole magnets, operating and restraint coils, solenoid-type operators, telephone-relay style contacts, and phase-shifting networks to allow the relay to respond to such conditions as over-current, over-voltage, reverse power flow, over- and under- frequency, and even distance relays that would trip for faults up to a certain distance away from a substation but not beyond that point. An important transmission line or generator unit would have had cubicles dedicated to protection, with a score of individual electromechanical devices. The various protective functions available on a given relay are denoted by standard

ANSI Device Numbers. For example, a relay including function 51 would be a timed overcurrent protective relay.

These protective relays provide various types of electrical protection by detecting abnormal conditions and isolating them from the rest of the electrical system by circuit breaker operation. Such relays may be located at the service entrance or at major load centers.

Design and theory of these protective devices is an important part of the education of an electrical engineer who specializes in power systems. Today these devices are nearly entirely replaced (in new designs) with microprocessor-based instruments (numerical relays) that emulate their electromechanical ancestors with great precision and convenience in application. By combining several functions in one case, numerical relays also save capital cost and maintenance cost over electromechanical relays. However, due to their very long life span, tens of thousands of these "silent sentinels" are still protecting transmission lines and electrical apparatus all over the world.

See also Protective Device Coordination.

Overcurrent relay

An "Overcurrent Relay" is a type of protective relay which operates when the load current exceeds a preset value. The ANSI Device Designation Number is 50 for an Instantaneous OverCurrent (IOC), 51 for a Time OverCurrent (TOC). In a typical application the overcurrent relay is used for overcurrent protection, connected to a current transformer and calibrated to operate at or above a specific current level. When the relay operates, one or more contacts will operate and energize a trip coil in a Circuit Breaker and trip (open) the Circuit Breaker.

Induction disc overcurrent relay

These robust and reliable electromagnetic relays use the induction principle discovered by Ferraris in the late 19th century. The magnetic system in induction disc overcurrent relays is designed to detect overcurrents in a power system and operate with a pre determined time delay when certain overcurrent limits have been reached. In order to operate, the magnetic system in the relays produces rotational torque that acts on a metal disc to make contact, according to the following basic current/torque equation:

T = K x φ1 x φ2 Sinθ Where

K – is a constant

φ1 and φ2 are the two fluxes

θ is the phase angle between the fluxes

The relay's primary winding is supplied from the power systems current transformer via a plug bridge, which is also commonly known as the plug setting multiplier (psm). The variations in the current setting are usually seven equally spaced tappings or operating bands that determine the relays sensitivity. The primary winding is located on the upper electromagnet. The secondary winding has connections on the upper electromagnet that are energised from the primary winding and connected to the lower electromagnet. Once the upper and lower electromagnets are energised they produce eddy currents that are induced onto the metal disc and flow through the flux paths. This relationship of eddy currents and fluxes creates rotational torque proportional to the input current of the primary winding, due to the two flux paths been out of phase by 90º.

Therefore in an overcurrent condition a value of current will be reached that overcomes the control spring pressure on the spindle and the breaking magnet causing the metal disc to rotate moving towards the fixed contact. This initial movement of the disc is also held off to a critical positive value of current by small slots that are often cut into the side of the disc. The time taken for rotation

backstop position, known as the time multiplier (tm). The time multiplier is divided into 10 linear divisions of the full rotation time.

Providing the relay is free from dirt, the metal disc and the spindle with its contact will reach the fixed contact, thus sending a signal to trip and isolate the circuit, within its designed time and current specifications. Drop off current of the relay is much lower than its operating value, and once reached the relay will be reset in a reverse motion by the pressure of the control spring governed by the braking magnet.