Tek Instalasi Tenaga Listrik Bidang Studi

MODUL PLPG

TEKNIK INSTALASI TENAGA

LISTRIK

KONSORSIUM SERTIFIKASI GURU

dan

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

Panitia Sertifikasi Guru (PSG) Rayon 115

2013

Buku ajar dalam bentuk modul yang relatif singkat tetapi komprehensif ini diterbitkan untuk membantu para peserta dan instruktur dalam melaksanakan kegiatan Pendidikan dan Latihan Profesi Guru (PLPG). Mengingat cakupan dari setiap bidang atau materi pokok PLPG juga luas, maka sajian dalam buku ini diupayakan dapat membekali para peserta PLPG untuk menjadi guru yang profesional. Buku ajar ini disusun oleh para pakar sesuai dengan bidangnya. Dengan memperhatikan kedalaman, cakupan kajian, dan keterbatasan yang ada, dari waktu ke waktu buku ajar ini telah dikaji dan dicermati oleh pakar lain yang relevan. Hasil kajian itu selanjutnya digunakan sebagai bahan perbaikan demi semakin sempurnanya buku ajar ini.

Sesuai dengan kebijakan BPSDMP-PMP, pada tahun 2013 buku ajar yang digunakan dalam PLPG distandarkan secara nasional. Buku ajar yang digunakan di Rayon 115 UM diambil dari buku ajar yang telah distandarkan secara nasional tersebut, dan sebelumnya telah dilakukan proses review_{. Disamping itu, buku ajar tersebut} diunggah di laman PSG Rayon 115 UM agar dapat diakses oleh para peserta PLPG dengan relatif lebih cepat.

Akhirnya, kepada para peserta dan instruktur, kami sampaikan ucapan selamat melaksanakan kegiatan Pendidikan dan Latihan Profesi Guru. Semoga tugas dan pengabdian ini dapat mencapai sasaran, yakni meningkatkan kompetensi guru agar menjadi guru dan pendidik yang profesional. Kepada semua pihak yang telah membantu kelancaran pelaksanaan PLPG PSG Rayon 115 Universitas Negeri Malang, kami menyampaikan banyak terima kasih.

Malang, Juli 2013

Ketua Pelaksana PSG Rayon 115

Prof. Dr. Hendyat Soetopo, M. Pd NIP 19541006 198003 1 001

Penyusun Sudarsono

Bidang Keahlian

Teknik Instalasi TenagaListrik

MODUL PLPG

Penyusun

TIM

UNIVERSITAS NEGERI PADANG

2013

Puji syukur dipanjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-Nya, sehingga kami dapat menyusun bahan ajar modul manual untuk Bidang Keahlian Teknik Listrik, khususnya Program Keahlian Teknik Instalasi Teaga Listrik.

Sumber dan bahan dari pembuatan modul ini adalah sebagian besar diambilkan dari bahan ajar pokok Kurikulum SMK Edisi 2005, oleh karena peserta diklat pada umumnya adalah guru-guru yang mengajar di SMK. Modul ini diharapkan digunakan sebagai sumber belajar pokok oleh peserta diklat untuk mencapai komptensi kerja standar yang diharapkan dunia kerja.

Kami mengharapkan saran dan kritik dari para pakar di bidang psikologi, praktisi dunia usaha dan industri, dan pakar akademik sebagai bahan untuk melakukan peningkatan kualitas modul. Diharapkan para pemakai berpegang pada azas keterlaksanaan, kesesuaian, dan fleksibelitas dengan mengacu pada perkembangan IPTEKS pada dunia kerja dan potensi SMK serta dukungan kerja dalam rangka membekali kompetensi standar pada peserta diklat.

Demikian, semoga modul ini dapat bermanfaat bagi kita semua, khususnya peserta diklat SMK Bidang Keahlian Teknik Instalasi Listrik, atau praktisi yang sedang mengembangkan bahan ajar modul SMK.

Padang, Mei 2013

iv

Halaman

HALAMAN JUDUL ……… i

KATA PENGANTAR... iii

DAFTAR ISI ……… iv

Modul 01 Memahami Dasar-dasar dan Menerapkan Pengukuran Komponen Elektronika ...

1

Modul 02 Menganalisis Rangkaian Listrik... 39

Modul 03 Merawat dan Memperbaiki Peralatan Rumah Tangga Listrik 65

Modul 04 Pengendali Elektromagnetik ... 99

A. Objektif

1. Menjelaskan konsep dasar elektronika. 2. Menjelaskan simbol komponen elektronika.

3. Menjelaskan sifat-sifat komponen elektronika pasif. 4. Menggambar karakteristik komponen elektronika. 5. Menjelaskan peralatan alat ukur komponen elektronika. 6. Melakukan pengukuran komponen R.

7. Melakukan pengukuran komponen C. 8. Melakukan pengukuran komponen L. 9. Menjelaskan hasil pengukuran.

B. Uraian Materi

1. Pengertian Semikonduktor

a. Struktur Atom Semikonduktor

Prinsip dasar semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti dioda, transistor dan sebuah Integrated Circuit (IC). Disebut semi atau setengah konduktor, karena bahan ini memang bukan konduktor murni. Bahan- bahan logam seperti tembaga, besi, timah disebut sebagai konduktor yang baik, sebab logam memiliki susunan atom yang sedemikian rupa, sehingga elektronnya dapat bergerak bebas. Sebenarnya atom tembaga dengan lambang kimia Cu memiliki inti 29 ion (+) dikelilingi oleh 29 elektron (-). Sebanyak 28 elektron menempati orbit-orbit bagian dalam membentuk inti yang disebut nucleus.

Elemen terkecil dari suatu bahan yang masih memiliki sifat-sifat kimia dan fisika yang sama adalah atom. Suatu atom terdiri atas tiga

1

Memahami Dasar-dasar dan

Menerapkan Pengukuran Komponen

partikel dasar, yaitu: neutron, proton, dan elektron. Dalam struktur atom, proton dan neutron membentuk inti atom yang bermuatan positip dan sedangkan elektron-elektron yang bermuatan negatif mengelilingi inti. Elektron-elektron ini tersusun berlapis-lapis. Struktur atom dengan model Bohr dari bahan semikonduktor yang paling banyak digunakan adalah silikon dan germanium.

Seperti pada gambar 1 atom silikon mempunyai elektron yang yang mengelilingi inti sebanyak 14 dan atom germanium 32 elektron. Pada atom yang seimbang (netral) jumlah elektron dalam orbit sama dengan jumlah proton dalam inti. Muatan listrik sebuah elektron adalah: - 1.602

-19

C dan muatan sebuah proton adalah: + 1.602-19 C.

Elektron yang terdapat pada lapisan terluar disebut elektron valensi. Atom silikon dan germanium masing mempunyai empat elektron valensi. Oleh karena itu baik atom silikon maupun atom germanium disebut juga dengan atom tetra-valent bervalensi empat (tetra-valent). Empat elektron valensi tersebut terikat dalam struktur kisi-kisi, sehingga setiap elektron valensi akan membentuk ikatan kovalen dengan elektron valensi dari

atom-atom yang bersebelahan. Struktur kisi-kisi Kristal silikon murni dapat digambarkan secara dua dimensi seperti pada gambar 2 guna memudahkan pembahasan.

Meskipun terikat dengan kuat dalam struktur Kristal, namun bisa saja elektron valensi tersebut keluar dari ikatan kovalen menuju daerah konduksi apabila diberikan energi panas. Bila energi panas cukup kuat untuk memisahkan elektron dari ikatan kovalen maka elektron tersebut menjadi bebas dan disebut dengan elektron bebas. Pada suhu ruang terdapat kurang lebih 1.5 x 1010 elektron bebas dalam 1 cm3 bahan silikon murni (intrinsik) dan 2.5 x 1013 elektron bebas pada germanium. Semakin besar energi panas yang diberikan semakin banyak jumlah elektron bebas yang keluar dari ikatan kovalen, dan hal ini menyebabkan konduktivitas bahan meningkat.

b. Semikonduktor Tipe N

Suatu kristal Silikon yang murni, dimana setiap atomnya adalah atom Silikon saja, disebut sebagai semikonduktor intrinsik. Untuk kebanyakan aplikasi, tidak terdapat pasangan elektron-hole yang cukup

banyak di dalam suatu semikonduktor intrinsik untuk dapat menghasilkan arus yang berguna. Doping adalah penambahan atom-atom impuritas pada suatu kristal untuk menambah jumlah elektron maupun hole. Suatu kristal yang telah di dop disebut semikonduktor ekstrinsik. Untuk memperoleh tambahan elektron pada jalur konduksi, diperlukan atom pentavalent. Atom pentavalen ini juga disebut sebagai atom donor. Setelah membentuk ikatan kovalen dengan tetangganya, atom pentavalen ini mempunyai kelebihan sebuah elektron, yang dapat beredar pula pada jalur konduksi, seperti pada Gambar 3. Sehingga terbentuk jumlah elektron yang cukup banyak dan jumlah hole yang sedikit. Keadaan ini diistilahkan dengan elektron sebagai pembawa mayoritas dan hole sebagai pembawa minoritas. Semikonduktor yang di-doping seperti ini disebut dengan semikonduktor type-n.

Oleh karena atom antimoni (Sb) bervalensi lima, maka empat elektron valensi mendapatkan pasangan ikatan kovalen dengan atom silikon sedangkan elektron valensi yang kelima tidak mendapatkan pasangan. Oleh karena itu ikatan elektron kelima ini dengan inti menjadi

Gambar 3. Struktur Kristal Semikonduktor (Silikon) Tipe N Si

Si

Si

Si _Si

Si Si

Si Sb

atom antimoni

(Sb)

elektron valensi kelima

lemah dan mudah menjadi elektron bebas. Karena setiap atom depan ini menyumbang sebuah elektron, maka atom yang bervalensi lima disebut

dengan atom donor. Dan elektron “bebas” sumbangan dari atom dopan

inipun dapat dikontrol jumlahnya atau konsentrasinya.

Meskipun demikian bahan silikon tipe n ini mengandung elektron bebas (pembawa mayoritas) yang cukup banyak, namun secara keseluruhan Kristal ini tetap netral karena jumlah muatan positip pada inti atom masih sama dengan jumlah keseluruhan elektronnya. Pada bahan tipe n disamping jumlah elektron bebasnya meningkat, ternyata jumlah holenya (pembawa minoritas) menurun. Hal ini disebabkan karena dengan bertambahnya jumlah elektron bebas, maka kecepatan hole dan elektron ber-rekombinasi (bergabungnya kembali elektron dengan hole) semakin meningkat. Sehingga jumlah holenya menurun.Level energi dari elektron bebas sumbangan atom donor digambarkan pada gambar 4. Jarak antara pita konduksi dengan level energi donor sangat kecil yaitu 0.01 eV untuk germanium dan 0.05 eV untuk silikon. Sehingga pada suhu ruang semua elektron donor dapat mencapai pita konduksi dan menjadi elektron bebas.

Bahan semikonduktor tipe n dapat dilukiskan seperti pada Gambar 5. Karena atom-atom donor telah ditinggalkan oleh elektron valensinya

pita valensi pita konduksi

Eg = 0.67eV (Ge); 1.1eV (Si)

level energi donor energi

0.01eV (Ge); 0.05eV (Si)

(yakni menjadi elektron bebas), maka menjadi ion yang bermuatan positip. Sehingga digambarkan dengan tanda positip. Sedangkan elektron bebasnya menjadi pembawa mayoritas. Dan pembawa minoritasnya berupa hole.

c. Semikonduktor Tipe P

Apabila bahan semikonduktor murni (intrinsik) didoping dengan bahan impuritas (ketidak-murnian) bervalensi tiga, maka akan diperoleh semikonduktor tipe p. Bahan dopan yang bervalensi tiga tersebut misalnya boron, galium, dan indium. Struktur kisi-kisi kristal semikonduktor (silikon) tipe p adalah seperti Gambar 6.

Karena atom dopan mempunyai tiga elektron valensi, dalam Gambar 6 adalah atom Boron (B) , maka hanya tiga ikatan kovalen yang bisa dipenuhi. Sedangkan tempat yang seharusnya membentuk ikatan kovalen keempat menjadi kosong (membentuk hole) dan bisa ditempati oleh elektron valensi lain. Dengan demikian sebuah atom bervalensi tiga akan menyumbangkan sebuah hole. Atom bervalensi tiga (trivalent) disebut juga atom akseptor, karena atom ini siap untuk menerima elektron. Seperti halnya pada semikonduktor tipe n, secara keseluruhan kristal semikonduktor tipe n ini adalah netral. Karena jumlah hole dan elektronnya sama. Pada bahan tipe p, hole merupakan pembawa muatan

mayoritas. Karena dengan penambahan atom dopan akan meningkatkan jumlah hole sebagai pembawa muatan. Sedangkan pembawa minoritasnya adalah elektron.

Level energi dari hole akseptor dapat dilihat pada Gambar 7. Jarak antara level energi akseptor dengan pita valensi sangat kecil yaitu sekitar 0.01 eV untuk germanium dan 0.05 eV untuk silikon. Dengan demikian hanya dibutuhkan energi yang sangat kecil bagi elektron valensi untuk menempati hole di level energi akseptor. Oleh karena itu pada suhur ruang banyak sekali jumlah hole di pita valensi yang merupakan pembawa muatan.

Bahan semikonduktor tipe p dapat dilukiskan seperti pada Gambar 8. Karena atom-atom akseptor telah menerima elektron, maka menjadi ion yang bermuatan negatif. Sehingga digambarkan dengan tanda negatif. Pembawa mayoritas berupa hole dan pembawa minoritasnya berupa elektron.

2. Kode Warna dan Huruf pada Resistor

a.

Kode Warna Resistor

Resistor disebut juga dengan tahanan atau hambatan, berfungsi untuk menghambat arus listrik yang melewatinya. Satuan harga resistor adalah : 1 M (mega ohm) = 1000 K (kilo ohm) = 106 (ohm) yang merupakan satuan nilai resistansi dari sebuah resistor. Resistor diberi lambang huruf R, sedangkan gambar simbolnya dari rangkaian listrik adalah :

atau

Gambar 9. Simbol Resistor

pita valensi pita konduksi

Eg = 0.67eV (Ge); 1.1eV (Si)

level energi akseptor energi

0.01eV (Ge); 0.05eV (Si)

Gambar 7. Diagram Pita Energi Semikonduktor Tipe P

Gambar 8. Bahan Semikonduktor Tipe P - -

-

- -

- -

-

pembawa minoritas

pembawa mayoritas ion akseptor

Kode warna pada resistor menyatakan harga resistansi dan toleransinya. Semakin kecil harga toleransi suatu resistor adalah semakin baik, karena harga sebenarnya adalah harga yang tertera  harga toleransinya. Misalnya suatu resistor harga yang tertera = 100  mempunyai toleransi 5%, maka harga sebenarnya adalah:

Harga resistor = 100 – (5% x 100) s/d 100 + (5% x 100) = 95  s/d 105 .

Terdapat resistor yang mempunyai 4 gelang warna dan 5 gelang warna seperti yang terlihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 10. Resistor dengan 4 Gelang dan 5 Gelang Warna.

Tabel 1. Kode Warna pada Resistor 4 Gelang

Warna

Gelang 1 (Angka pertama)

Gelang 2 (Angka kedua)

Gelang 3 (Faktor pengali)

Gelang 4 (Toleransi/%)

Hitam - 0 1 -

Coklat 1 1 10 1

Merah 2 2 102 2

Oranye 3 3 103 3

Kuning 4 4 104 4

Hijau 5 5 105 5

Biru 6 6 106 6

Ungu 7 7 107 7

Abu-abu 8 8 108 8

Putih 9 9 109 9

Emas - - 10-1 5

Perak - - 10-2 10 Tanpa

warna

- - 10-3 20

Arti kode warna pada resistor 5 gelang adalah : Gelang 1 = Angka pertama

Gelang 2 = Angka kedua Gelang 3 = Angka ketiga Gelang 4 = Faktor pengali Gelang 5 = Toleransi

b.

Kode Huruf Resistor

Resistor yang mempunyai kode angka dan huruf biasanya adalah resistor lilitan kawat yang diselubungi dengan keramik/porselin, seperti terlihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 11. Resistor dengan Kode Angka dan Huruf

Arti kode angka dan huruf pada resistor ini adalah sebagai berikut : - 82 k  5% 9132 W

82 k  berarti besarnya resistansi 82 k  (kilo ohm) 5% berarti besarnya toleransi 5%

9132 W adalah nomor serinya - 5 W 0,02  J

5 W berarti kemampuan daya resistor besarnya 5 watt 0,22  berarti besarnya resistansi 0,22 

J berarti besarnya toleransi 5% - 5 W 22 R J

5 W berarti kemampuan daya resistor besarnya 5 watt 5W

22 R berarti besarnya resistansi 22  J berarti besarnya toleransi 5% - 5 W 1 k  J

5 W berarti kemampuan daya resistor besarnya 5 watt 1 k  berarti kemampuan besarnya resistansi 1 k  J berarti besarnya toleransi 5%

- 5 W R 1 k

5 W berarti kemampuan daya resistor sebesar 5 watt RIK berarti besarnya resistansi 1 k 

c.

Kode Angka dan huruf pada Kapasitor

Kapasitor atau kondensator adalah suatu komponen listrik yang dapat menyimpan muatan listrik. Kapasitas kapasitor diukur dalam F (Farad) = 10-6 F (mikro Farad) = 10-9 nF (nano Farad) = 10-12 pF (piko Farad). Kapasitor elektrolit mempunyai dua kutub positif dan kutub negatif (bipolar), sedangkan kapasitor kering misal kapasitor mika, kapasitor kertas tidak membedakan kutub positif dan kutub negatif (non polar). Simbol kapasitor dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

Gambar 12. Simbol Kapasitor

Bentuk sebenarnya dari kapasitor dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Arti kode angka dan huruf pada kapasitor dapat dilihat pada tabel di bawah ini.

+

Tabel 2. Kode Angka dan Huruf pada Kapasitor Kode

angka

Gelang 1 (Angka pertama)

Gelang 2 (Angka kedua)

Gelang 3 (Faktor pengali)

Kode huruf (Toleransi/%)

0 - 0 1 B

1 1 1 10 C

2 2 2 102 D

3 3 3 103 F = 1

4 4 4 104 G = 2

5 5 5 105 H = 3

6 6 6 106 J = 5

7 7 7 107 K = 10

8 8 8 108 M = 20

9 9 9 109

Contoh :

1) kode kapasitor = 562 J 100 V artinya : besarnya kapasitas = 56 x 102 pF = 5600 pF; besarnya toleransi = 5%; kemampuan tegangan kerja = 100 Volt.

2) Kode kapasitor = 100 nJ artinya : besarnya kapasitas = 100 nF; besarny atoleransi = 5%.

3) Kode kapasitor : 100 F 50 V artinya = besarnya kapasitas = 100

F; besarnya tegangan kerja = 50 Volt.

d.

Kodel Warna pada Kapasitor

Cara membaca kode warna pada kapasitor dapat melihat tabel 3, dibawah ini :

Gambar 13. Kode Warna pada Kapasitor

Keterangan :

A = gelang 1 = Angka pertama B = gelang 2 = Angka kedua C = gelang 3 = Angka ketiga D = gelang 4 = Toleransi E = gelang 5 = Tegangan kerja

Tabel 3. Kode Warna pada Kapasitor Warna Gelang 1

(Angka)

Gelang 2 (Angka)

Gelang 3 (Pengali)

Gelang 4 (Toleransi)

Gelang 5 (Tegangan Kerja)

Hitam - 0 1 - - -

Coklat 1 1 10 1 - -

Merah 2 2 102 2 250 V 160 V

Jingga 3 3 103 3 - -

Kuning 4 4 104 4 400 V 200 V

Hijau 5 5 105 5 - -

Biru 6 6 106 6 630 V 220 V

Ungu 7 7 107 7 - -

Abu-abu 8 8 108 8 - -

Putih 9 9 109 9 - -

3. Induktor L

Induktor adalah komponen listrik yang digunakan sebagai beban induktif. Simbol induktor dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 14. Simbol Induktor

Kapasitas induktor dinyatakan dalam satuan H (Henry) = 100mH (mili Henry). Kapasitas induktor diberi lambang L, sedangkan reaktansi induktif diberi lambang XL.

XL = 2 . f . L (ohm). …………...… (1)

dimana :

XL= reaktansi induktif ()

 = 3,14

f = frekuensi (Hz)

L = kapasitas induktor (Henry)

Beban induktor antara lain adalah :

- Kumparan kawat yang harganya dapat dibuat tetap atau tidak tetap. Induktor yang harganya tidak tetap yaitu Dekade Induktor dan Variabel Induktor.

- Motor-motor listrik, karena memiliki lilitan kawat. - Transformator, karena memiliki lilitan kawat.

Pada induktor terdapat unsur resistansi (R) dan induktif (XL) jika

digunakan sebagai beban sumber tegangan AC. Jika digunakan sebagai beban sumber tegangan DC, maka hanya terdapat unsur R saja. Dalam sumber tegangan AC berlaku rumus :

Z = V ………... (2) I

Z2 = R2 + XL2

XL2 = Z2– R2

XL =

Keterangan

Z = Impedansi () R = Tahanan ()

V = Tegangan AC (Volt) XL = Reaktansi induktif ()

Dari persamaan (2) jika sumber tegangan AC (V) dan arus (I) diketahui, maka Z dapat dihitung. Dari persamaan (3), jikaR diketahui, maka XL dapat dihitung. Dari persamaan (1) jika f diketahui, maka L dapat

dihitung.

4. Karakteristik Dioda Semikonduktor a. Dioda Semikonduktor

Dioda semikonduktor dibentuk dengan cara menyambungkan semi-konduktor tipe p dan tipe n. Pada saat terjadinya sambungan (junction) p dan n, hole-hole pada bahan p dan elektron-elektron pada bahan n disekitar sambungan cenderung untuk berkombinasi. Hole dan elektron yang berkombinasi ini saling meniadakan, sehingga pada daerah sekitar sambungan ini kosong dari pembawa muatan dan terbentuk daerah pengosongan (depletion region).

ion akseptor ion donor

- - - - - - - - + + + + + + + +

elektron dan hole berkombinasi

tipe p _{tipe n}

(a) - - - - - - - - + ₊ + + + + + + + - + + + + - - - - daerah pengosongan

tipe p tipe n

(b)

Gambar 15. Struktur Dioda Semikonduktor (a) Pembentukan Sambungan; (b) Daerah Pengosongan;

Oleh karena itu pada sisi p tinggal ion-ion akseptor yang bermuatan negatif dan pada sisi n tinggal ion-ion donor yang bermuatan positip. Namun proses ini tidak berlangsung terus, karena potensial dari ion-ion positip dan negatif ini akan mengahalanginya. Tegangan atau potensial ekivalen pada daerah pengosongan ini disebut dengan tegangan penghalang (barrier potential). Besarnya tegangan penghalang ini adalah 0.2 untuk germanium dan 0.6 untuk silikon. Lihat Gambar 14.

b. Bias Mundur (Reverse Bias)

Bias mundur adalah pemberian tegangan negatif baterai ke terminal anoda (A) dan tegangan positip ke terminal katoda (K) dari suatu dioda. Dengan kata lain, tegangan anoda katoda VA-K adalah negatif (VA-K < 0).

Gambar 15 menunjukkan dioda diberi bias mundur.

Karena pada ujung anoda (A) yang berupa bahan tipe p diberi tegangan negatif, maka hole-hole (pembawa mayoritas) akan tertarik ke kutup negatif baterai menjauhi persambungan. Demikian juga karena pada ujung katoda (K) yang berupa bahan tipe n diberi tegangan positip, maka elektron-elektron (pembawa mayoritas) akan tertarik ke kutup positip baterai menjauhi persambungan. Sehingga daerah pengosongan semakin lebar, dan arus yang disebabkan oleh pembawa mayoritas tidak ada yang mengalir.

Gambar 16. Dioda Diberi Bias Mundur - - - - - - - - + ₊ + + + + + + + - + + + + - - - - daerah pengosongan

tipe p tipe n

+ + + + - - - -

A K

- +

A K

Sedangkan pembawa minoritas yang berupa elektron (pada bahan tipe p) dan hole (pada bahan tipe n) akan berkombinasi sehingga mengalir arus jenuh mundur (reverse saturation current) atau Is. Arus ini dikatakan jenuh karena dengan cepat mencapai harga maksimum tanpa dipengaruhi besarnya tegangan baterai. Besarnya arus ini dipengaruhi oleh temperatur. Makin tinggi temperatur, makin besar harga Is. Pada suhu ruang, besarnya Is ini dalam skala mikro-amper untuk dioda germanium, dan dalam skala nano-amper untuk dioda silikon.

c. Bias Maju (Foward Bias)

Apabila tegangan positip baterai dihubungkan ke terminal Anoda (A) dan negatifnya ke terminal katoda (K), maka dioda disebut mendapatkan bias maju (foward bias). Dengan demikian VA-K adalah

positip atau VA-K > 0. Gambar 16 menunjukan dioda diberi bias maju.

Dengan pemberian polaritas tegangan seperti pada Gambar 11, yakni VA-K positip, maka pembawa mayoritas dari bahan tipe p (hole) akan

tertarik oleh kutup negatif baterai melewati persambungan dan berkombinasi dengan elektron (pembawa mayoritas bahan tipe n). Demikian juga elektronnya akan tertarik oleh kutup positip baterai untuk melewati persambungan. Oleh karena itu daerah pengosongan terlihat semakin menyempit pada saat dioda diberi bias maju. Dan arus dioda yang disebabkan oleh pembawa mayoritas akan mengalir, yaitu ID.

Gambar 17. Dioda Diberi Bias Maju - - - - - - - - + + + + + + + + + - daerah pengosongan

tipe p tipe n

+ + + - - -

A K

- +

A K

Sedangkan pembawa minoritas dari bahan tipe p (elektron) dan dari bahan tipe n (hole) akan berkombinasi dan menghasilkan Is. Arah Is dan ID adalah berlawanan. Namun karena Is jauh lebih kecil dari pada ID, maka secara praktis besarnya arus yang mengalir pada dioda ditentukan oleh ID.

d. Kurva Karakteristik Dioda

Hubungan antara besarnya arus yang mengalir melalui dioda dengan tegangan VA-K dapat dilihat pada kurva karakteristik dioda (Gambar 17).

Gambar 17 menunjukan dua macam kurva, yakni dioda germanium (Ge) dan dioda silikon (Si). Pada saat dioda diberi bias maju, yakni bila VA-K positip, maka arus ID akan naik dengan cepat setelah VA-K mencapai tegangan cut-in (V_). Tegangan cut-in (V_) ini kira-kira sebesar 0.2 Volt untuk dioda germanium dan 0.6 Volt untuk dioda silikon. Dengan pemberian tegangan baterai sebesar ini, maka potensial penghalang (barrier potential) pada persambungan akan teratasi, sehingga arus dioda mulai mengalir dengan cepat.

ID (mA)

Ge Si

Si Ge

VA-K (Volt) Is(Si)=10nA

Is(Ge)=1A

0.2 0.6

Bagian kiri bawah dari grafik pada Gambar 17 merupakan kurva karakteristik dioda saat mendapatkan bias mundur. Disini juga terdapat dua kurva, yaitu untuk dioda germanium dan silikon. Besarnya arus jenuh mundur (reverse saturation current) Is untuk dioda germanium adalah dalam orde mikro amper dalam contoh ini adalah 1 A. Sedangkan untuk dioda silikon Is adalah dalam orde nano amper dalam hal ini adalah 10 nA. Apabila tegangan VA-K yang berpolaritas negatif tersebut dinaikkan terus, maka suatu saat akan mencapai tegangan patah (break-down) dimana arus Is akan naik dengan tiba-tiba. Pada saat mencapai tegangan break-down ini, pembawa minoritas dipercepat hingga mencapai kecepatan yang cukup tinggi untuk mengeluarkan elektron valensi dari atom. Kemudian elektron ini juga dipercepat untuk membebaskan yang lainnya sehingga arusnya semakin besar. Pada dioda biasa pencapaian tegangan break-down ini selalu dihindari karena dioda bisa rusak.

Hubungan arus dioda (ID) dengan tegangan dioda (VD) dapat dinyatakan dalam persamaan matematis yang dikembangkan oleh W. Shockley, yaitu:

keterangan:

Id = arus dioda (amper)

Is = arus jenuh mundur (amper) e = bilangan natural, 2.71828... VD = beda tegangan pada dioda (volt)

n = konstanta, 1 untuk Ge; dan  2 untuk Si VT = tegangan ekivalen temperatur (volt)

Harga Is suatu dioda dipengaruhi oleh temperatur, tingkat doping dan geometri dioda. Dan konstanta n tergantung pada sifat konstruksi dan parameter fisik dioda. Sedangkan harga VT ditentukan dengan persamaan:

�� = � � keterangan:

k = konstanta Boltzmann, 1.381 x 10-23 J/K (J/K artinya joule per derajat kelvin) T = temperatur mutlak (kelvin)

q = muatan sebuah elektron, 1.602 x 10-19 C

Pada temperatur ruang, 25 oC atau 273 + 25 = 298 K, dapat dihitung besarnya VT yaitu:

(1.381 x 10-23 J/K)(298K) VT = 

1.602 x 10-19 C

= 0.02569 J/C  26 mV

Harga VT adalah 26 mV.

Sebagaimana telah disebutkan bahwa arus jenuh mundur, Is, dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti: doping, persambungan, dan temperatur. Namun karena dalam pemakaian suatu komponen dioda, faktor doping dan persambungan adalah tetap, maka yang perlu mendapat perhatian serius adalah pengaruh temperatur.

5. Penggunaan Dioda Semikonduktor a. Penyearah Setengah Gelombang

Dioda semikonduktor banyak digunakan sebagai penyearah. Penyearah yang paling sederhana adalah penyearah setengah gelombang, yaitu yang terdiri dari sebuah dioda. Melihat dari namanya, maka hanya

setengah gelombang saja yang akan disearahkan. Gambar 18 menunjukkan rangkaian penyearah setengah gelombang.

Rangkaian penyearah setengah gelombang mendapat masukan dari skunder trafo yang berupa sinyal ac berbentuk sinus, vi = Vm Sin t (Gambar 18 (b)). Dari persamaan tersebut, Vm merupakan tegangan puncak atau tegangan maksimum. Harga Vm ini hanya bisa diukur dengan CRO yakni dengan melihat langsung pada gelombangnya. Sedangkan pada umumnya harga yang tercantum pada skunder trafo adalah tegangan efektif. Hubungan antara tegangan puncap Vm dengan tegangan efektif (Veff) atau tegangan rms (Vrms) adalah:

Tegangan (arus) efektif atau rms (root-mean-square) adalah tegangan (arus) yang terukur oleh voltmeter (amper-meter). Karena harga Vm pada umumnya jauh lebih besar dari pada V (tegangan cut-in dioda), maka pada pembahasan penyearah ini V diabaikan.

Prinsip kerja penyearah setengah gelombang adalah bahwa pada saat sinyal input berupa siklus positip maka dioda mendapat bias maju sehingga arus (i) mengalir ke beban (RL), dan sebaliknya bila sinyal input

berupa siklus negatif maka dioda mendapat bias mundur sehingga tidak mengalir arus. Bentuk gelombang tegangan input (vi) ditunjukkan pada (b) dan arus beban (i) pada (c) dari Gambar 19.

Vm

V_eff = V_rms=  = 0.707 Vm

Arus dioda yang mengalir melalui beban RL (i) dinyatakan dengan:

.

Resistansi dioda pada saat ON (mendapat bias maju) adalah Rf, yang

umumnya nilainya lebih kecil dari RL. Pada saat dioda OFF (mendapat

bias mundur) resistansinya besar sekali atau dalam pembahasan ini dianggap tidak terhigga, sehingga arus dioda tidak mengalir atau i = 0.

Arus yang mengalir ke beban (i) terlihat pada Gambar (c) bentuknya sudah searah (satu arah) yaitu positip semua. Apabila arah dioda dibalik, maka arus yang mengalir adalah negatif. Frekuensi sinyal keluaran dari

Vm

Im =  R_f + R_L

v_i i RL

v_d

masukan sinyal ac

(a)

Gambar 19. Penyearah Setengah Gelombang (a) Rangkaian; (b) Tegangan Skunder Trafo; (c) Arus Beban

vi

0  2

Vm

(b)

0  2

i

Im I_dc

(c)

i = Im Sin t ,jika 0 t  (siklus positip) i = 0 ,jika t  2 (siklus negatip)

penyearah setengah gelombang ini adalah sama dengan frekuensi input (dari jala-jala listrik) yaitu 50 Hz. Karena jarak dari puncak satu ke puncak berikutnya adalah sama.

Bila diperhatikan meskipun sinyal keluaran masih berbentuk gelombang, namun arah gelombangnya adalah sama, yaitu positip (Gambar c). Berarti harga rata-ratanya tidak lagi nol seperti halnya arus bolak-balik, namun ada suatu harga tertentu. Arus rata-rata ini (Idc) secara matematis bisa dinyatakan:

� = 1 2� �

2�

0

��

Untuk penyearah setengah gelombang diperoleh: � = 1

2� �

�

0

�� � = �

� = �, 318 �

Tegangan keluaran dc berupa turun tegangan dc pada beban adalah: Vdc = Idc.RL

� =� .�

�

Karena harga tahanan dalam Rf jauh lebih kecil dari RL, yang berarti pengaruh Rf dapat ditiadakan, sehingga:

Vm = Im.RL Sehingga:

� = �

� = �, 318 �

Apabila penyearah bekerja pada tegangan Vm yang kecil, untuk memperoleh hasil yang lebih teliti, maka tegangan cut-in dioda (V) perlu dipertimbangkan, yaitu:

� = �

Dalam perencanaan rangkaian penyearah yang juga penting untuk diketahui adalah berapa tegangan maksimum yang boleh diberikan pada dioda. Tegangan maksimum yang harus ditahan oleh dioda ini sering disebut dengan istilah PIV (peak-inverse voltage) atau tegangan puncak balik. Hal ini karena pada saat dioda mendapat bias mundur (balik) maka tidak arus yang mengalir dan semua tegangan dari skunder trafo berada pada dioda. Bentuk gelombang dari sinyal pada dioda dapat dilihat pada Gambar 19. PIV untuk penyearah setengah gelombang ini adalah ��� = � .

Bentuk gelombang sinyal pada dioda seperti Gambar 19 dengan anggapan bahwa Rf dioda diabaikan, karena nilainya kecil sekali dibanding RL. Sehingga pada saat siklus positip dimana dioda sedang ON (mendapat bias maju), terlihat turun tegangannya adalah nol. Sedangkan saat siklus negatif, dioda sedang OFF (mendapat bias mundur) sehingga tegangan puncak dari skunder trafo (Vm) semuanya berada pada dioda.

b.

Penyearah

Gelombang Penuh Dengan Trafo CT

Rangkaian penyearah gelombang penuh ada dua macam, yaitu dengan menggunakan trafo CT (center-tap = tap tengah) dan dengan sistem jembatan. Gambar 20 menunjukkan rangkaian penyearah gelombang penuh dengan menggunaka trafo CT.

Terminal skunder dari Trafo CT mengeluarkan dua buah tegangan keluaran yang sama tetapi fasanya berlawanan dengan titik CT sebagai

titik tengahnya. Kedua keluaran ini masing-masing dihubungkan ke D1

dan D2, sehingga saat D1 mendapat sinyal siklus

positip maka D1 mendapat sinyal siklus negatif, dan sebaliknya.

Dengan demikian D1 dan D2 hidupnya bergantian. Namun karena arus i1

dan i2 melewati tahanan beban (RL) dengan arah yang sama, maka iL

menjadi satu arah (20 c).

i₁

R_L

i₂

masukan sinyal ac

Vi Vi

D1

D2

i_L

V_L

Gambar 21. (a) Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh dengan Trafo CT; (b) Sinyal Input; (c) Arus Dioda dan Arus Beban

0  2

i1

Im

0  2

i2

Im

iL

Im

0  2

Idc

(c) (a)

(b)

vi

0  2

V m

Terlihat dengan jelas bahwa rangkaian penyearah gelombang penuh ini merupakan gabungan dua buah penyearah setengah gelombang yang hidupnya bergantian setiap setengah siklus. Sehingga arus maupun tegangan rata-ratanya adalah dua kali dari penyearah setengah gelombang. Dengan cara penurunan yang sama, maka diperoleh:

� = 2�

� = 0,636 �

dan

� = � .� = 2 � .� �

Apabila harga Rf jauh lebih kecil dari RL, maka Rf bisa diabaikan, sehingga:

� = 2�

� = 0,636 �

Apabila penyearah bekerja pada tegangan Vm yang kecil, untuk memperoleh hasil yang lebih teliti, maka tegangan cut-in dioda (V) perlu dipertimbangkan, yaitu:

� = 0,636 (� − ��)

Tegangan puncak inverse yang dirasakan oleh dioda adalah sebesar 2Vm. Misalnya pada saat siklus positip, dimana D1 sedang hidup (ON) dan D2 sedang mati (OFF), maka jumlah tegangan yang berada pada dioda D2 yang sedang OFF tersebut adalah dua kali dari tegangan skunder trafo. Sehingga PIV untuk masing-masing dioda dalam rangkaian penyearah dengan trafo CT adalah PIV=2 Vm

c. Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan

Penyearah gelombang penuh dengan sistem jembatan ini bisa menggunakan sembarang trafo baik yang CT maupun yang biasa, atau bahkan bisa juga tanpa menggunakan trafo. rangkaian dasarnya adalah seperti pada Gambar 21.

Prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh sistem jembatan dapat dijelaskan melalui Gambar 21. Pada saat rangkaian jembatan mendapatkan bagian positip dari siklus sinyal ac, maka (Gambar 21b):

- D1 dan D3 hidup (ON), karena mendapat bias maju

- D2 dan D4 mati (OFF), karena mendapat bias mundur

Sehingga arus i1 mengalir melalui D1, RL, dan D3.

Sedangkan apabila jembatan memperoleh bagian siklus negatif, maka (Gambar 21 c):

- D2 dan D4 hidup (ON), karena mendapat bias maju

- D1 dan D3 mati (OFF), karena mendapat bias mundur

Gambar 22. Penyearah Gelombang Penuh dengan Jembatan (a) Rangkaian Dasar; (b) Saat Siklus Positip; (c) Saat Siklus Negatip; (d) Arus Beban

Sehingga arus i2 mengalir melalui D2, RL, dan D4.

Arah arus i1 dan i2 yang melewati RL sebagaimana terlihat pada Gambar 21 b dan c adalah sama, yaitu dari ujung atas RL menuju ground. Dengan demikian arus yang mengalir ke beban (iL) merupakan penjumlahan dari dua arus i1 dan i2, dengan menempati paruh waktu masing-masing (Gambar 21 d).

Besarnya arus rata-rata pada beban adalah sama seperti penyearah gelombang penuh dengan trafo CT, yaitu: Idc = 2Im/ = 0.636 Im. Untuk harga Vdc dengan memperhitungkan harga V adalah:

� = 0,636(� −2��)

Harga 2V ini diperoleh karena pada setiap siklus terdapat dua buah dioda yang berhubungan secara seri.

Disamping harga 2V ini, perbedaan lainnya dibanding dengan trafo CT adalah harga PIV. Pada penyearah gelombang penuh dengan sistem jembatan ini PIV masing-masing dioda adalah:

��� = ��

6. Dioda Semikonduktor Sebagai Pemotong (clipper)

Rangkaian clipper (pemotong) digunakan untuk memotong atau menghilangkan sebagian sinyal masukan yang berada di bawah atau di atas level tertentu. Contoh sederhana dari rangkaian clipper adalah penyearah setengah gelombang. Rangkaian ini memotong atau menghilangkan sebagian sinyal masukan di atas atau di bawah level nol.

Secara umum rangkaian clipper dapat digolongkan menjadi dua, yaitu: seri dan paralel. Rangkaian clipper seri berarti diodanya berhubungan secara seri dengan beban, sedangkan clipper paralel berarti diodanya dipasang paralel dengan beban. Sedangkan untuk masing-masing jenis tersebut dibagi menjadi clipper negatif (pemotong bagian negatif) dan clipper positip (pemotong bagian positip). Dalam analisa ini diodanya dianggap ideal.

Petunjuk untuk menganalisa rangkaian clipper seri adalah sebagai berikut:

a) Perhatikan arah diode.

- Bila arah dioda ke kanan, maka bagian positip dari sinyal input akan dilewatkan, dan bagian negatif akan dipotong (berarti clipper negatif).

- bila arah dioda ke kiri, maka bagian negatif dari sinyal input akan dilewatkan, dan bagian positip akan dipotong (berarti clipper positip)

b) Perhatikan polaritas baterai (bila ada)

c) Gambarlah sinyal output dengan sumbu nol pada level baterai (yang sudah ditentukan pada langkah 2 di atas)

d) Batas pemotoyngan sinyal adalah pada sumbu nol semula (sesuai dengan sinyal input)

Rangkaian clipper seri positip adalah seperti Gambar 22 dan rangkaian clipper seri negatif adalah Gambar 23.

VB

Vi Vo

D

R L

v_i

Vm

m -VB

v_O

VB

Vi Vo

D

R L

+V B

v_O

Petunjuk untuk menganalisa rangkaian clipper paralel adalah sebagai berikut:

1. Perhatikan arah dioda.

- bila arah dioda ke bawah, maka bagian positip dari sinyal input akan dipotong (berarti clipper positip)

- bila arah dioda ke atas, maka bagian negatif dari sinyal input akan dipotong (berarti clipper negatif)

2. Perhatikan polaritas baterai (bila ada).

3. Gambarlah sinyal output dengan sumbu nol sesuai dengan input. 4. Batas pemotongan sinyal adalah pada level baterai.

Rangkaian clipper paralel positip adalah seperti Gambar 25 dan rangkaian clipper paralel negatif adalah Gambar 26.

VB

Vi Vo

D

R L

VB

Vi Vo

D

R L

v_O

-VB

v_O

+VB

Gambar 24. Rangkaian Clipper Seri Negatip

v_i

Vm m

v_i

Vm m

+V B

v_O

R

VB

Vi Vo

D

v_i

Vm m

R

VB

Vi Vo

D

R

VB

Vi Vo

D +V

B

v_O

-VB

v_O

Gambar 26 Rangkaian Clipper Paralel Negatip R

VB

Vi Vo

D

-VB

v_O

7. Dioda Semikonduktor Sebagai Penggeser (clamper)

Rangkaian Clamper (penggeser) digunakan untuk menggeser suatu sinyal ke level dc yang lain. Rangkain Clamper paling tidak harus mempunyai sebuah kapasitor, dioda, dan resistor, disamping itu bisa pula ditambahkan sebuah baterai. Harga R dan C harus dipilih sedemikian rupa sehingga konstanta waktu RC cukup besar agar tidak terjadi pengosongan muatan yang cukup berarti saat dioda tidak menghantar. Dalam analisa ini dianggap didodanya adalah ideal.

Sebuah rangkaian clamper sederhana (tanpa baterai) terdiri atas sebuah R, D, dan C terlihat pada Gambar 26.

Gambar 26 (a) adalah gelombang kotak yang menjadi sinyal input rangkaian clamper (b). Pada saat 0 - T/2 sinyal input adalah positip sebesar vi

+V

0 T/2 T -V

C

D R

Vi Vo

Vo

0 T/2 T

-2V

C + -

R +

V -

Vo

C + -

R -

V +

Vo

(a) (b) (c)

(d) (e)

+V, sehingga Dioda menghantar (ON). Kapasitor mengisi muatan dengan cepat melalui tahanan dioda yang rendah (seperti hubung singkat, karena dioda ideal). Pada saat ini sinyal output pada R adalah nol (Gambar d).

Kemudian saat T/2 - T sinyal input berubah ke negatif, sehingga dioda tidak menghantar (OFF) (Gambar e). Kapasitor membuang muatan sangat lambat, karena RC dibuat cukup lama. Sehingga pengosongan tegangan ini tidak berarti dibanding dengan sinyal output. Sinyal output merupakan penjumlahan tegangan input -V dan tegangan pada kapasitor -V, yaitu sebesar -2V (Gambar c). Terlihat pada Gambar 26 c bahwa sinyal output merupakan bentuk gelombang kontak (seperti gelombang input) yang level dc nya sudah bergeser kearah negatif sebesar -V. Besarnya penggeseran ini bisa divariasi dengan menambahkan sebuah baterai secara seri dengan dioda. Disamping itu arah penggeseran juga bisa dinuat kearah positip dengan cara membalik arah dioda. Beberapa rangkaian clamper negatif dan positip dapat dilihat pada Gambar 27.

Gambar 28. Rangkaian Clamper Negatip dan Positip C

D R

Vi Vo

V B

Vo

0 T/2 T

2V V

B

C

D R

Vi Vo

V B

Vo

2V 0 T/2 T

V B

8. Transistor dan Penggunaannya

Transistor merupakan peralatan yang mempunyai 3 lapis N-P-N atau P-N-P. Dalam rentang operasi, arus kolektor IC merupakan fungsi dari arus

basis IB. Perubahan pada arus basis IB memberikan perubahan yang diperkuat

pada arus kolektor untuk tegangan emitor-kolektor VCE yang diberikan.

Perbandingan kedua arus ini dalam orde 15 sampai 100.

Simbol untuk transistor dapat dilihat pada Gambar 28a dan Gambar 28b. berikut ini.

Gambar 29a. dan 29b. Simbol Transistor Daya

Sedangkan karakteristik transistor dapat digambarkan seperti gambar berikut ini.

Salah satu cara pemberian tegangan kerja dari transistor dapat dilakukan seperti pada Gambar 30. Jika digunakan untuk jenis NPN, maka tegangan Vcc-nya positif, sedangkan untuk jenis PNP tegangannya negatif.

Gambar 31. Rangkaian Transistor

Arus Ib (misalnya Ib1) yang diberikan dengan mengatur Vb akan memberikan titik kerja pada transistor. Pada saat itu transistor akan menghasilkan arus collector (Ic) sebesar Ic dan tegangan Vce sebcsar Vce1. Titik Q (titik kerja transistor) dapat diperoleh dari persamaan sebagai berikut :

Persamaan garis beban = Y = Vce = Vcc – Ic x RL Jadi untuk Ic = 0, maka Vce = Vcc dan untuk Vce = 0, maka diperoleh Ic = Vcc/RL

Apabila harga-harga untuk Ic dan Ice sudah diperoleh, maka dengan menggunakan karakteristik transistor yang bersangkutan, akan diperoleh titik kerja transistor atau titik Q.

Pada umumnya transistor berfungsi sebagai suatu switching (kontak

on-off). Adapun kerja transistor yang berfungsi sebagai switching ini, selalu berada pada daerah jenuh (saturasi) dan daerah cut off (bagian yang diarsir pada Gambar 24). Transistor dapat bekerja pada daerah jenuh dan daerah cut off-nya, dengan cara melakukan pengaturan tegangan Vb dan rangkaian pada

on-off yang bergantian dengan periode tertentu, dapat dilakukan dengan memberikan tegangan Vb yang berupa pulsa, seperti pada Gambar 31.

Gambar 32. Pulsa Trigger dan Tegangan Output Vce

Apabila Vb = 0, maka transistor off (cut off), sedangkan apabila

Vb=V1 dan dengan mengatur Rb dan R1 sedemikian rupa, sehingga

menghasilkan arus Ib yang akan menyebabkan transistor dalam keadaan jenuh. Pada keadaan ini Vce adalah kira-kira sama dengan nol (Vsat = 0.2 volt). Bentuk output Vce yang terjadi pada Gambar 31. apabila dijelaskan adalah sebagai berikut (lihat Gambar 31 dan Gambar 32) :

1. Pada kondisi Vb = 0, harga Ic = 0, dan berdasarkan persamaan loop : Vcc+ IcR1 + Vce= 0, dihasilkan Vce= +Vcc

2. Pada kondisi Vb = V1, harga Vce= 0 dan Iv = I saturasi

Untuk mendapatkan arus Ic, (I saturasi) yang cukup besar pada

rangkaian switching ini, umumnya RL didisain sedemikian rupa sehingga RL

LEMBAR LATIHAN

1. Jelaskan pengertian dari bahan semikonduktor! 2. Apa arti dari elektron valensi?

3. Apa yang dimaksud dengan semikonduktor intrinsik? 4. Sebutkan beberapa contoh semikonduktor bervalensi tiga! 5. Bagaimanakah rumus mencari harga reaktansi induktif (XL) ?

6. Bagaimankah rumus mencari harga impedansi (Z) ?

7. Suatu induktor diberi sumber tegangan AC 100 Volt, arus yang mengalir 1 Ampere, jika diukur dengan Ohmmeter, induktor tersebut berharga 99

. Jika frekuensi sumber 50 Hz, berapakah kapasitas induktansi L.? 8. Apa arti kode warna resistor 5 gelang.?

9. Apa arti kode warna resistor 4 gelang.?

10. Apa arti kode 82 k  5% 9132 W pada resistor.? 11. Apa arti kode 5 W 22 R J pada resistor.?

12. Apa arti kode pada kapasitor: 562 J 100 V? 13. Apa arti kode pada kapasitor: 100 nJ? 14. Apa arti kode pada kapasitor: 10 F 50 V? 15. Apa arti kode pada kapasitor: 104 k 100 V? 16. Bagaimana dioda semikonduktor dibentuk?

17. Bagaimana arus pada dioda yang diberi bias mundur? 18. Bagaimana arus pada dioda yang diberi bias maju?

19. Sebutkan macam-macam penggunaan dioda semikonduktor ! 20. Jelaskan prinsip kerja penyearah setengah gelombang ! 21. Jelaskan prinsip kerja penyearah gelombang penuh dengan

trafo CT!

22. Jelaskan prinsip kerja penyearah gelombang penuh sistem jembatan!

DAFTAR PUSTAKA

Boylestad and Nashelsky. (1992). Electronic Devices and Circuit Theory, 5th ed. Engelwood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, Inc.

Floyd, T. (1991). Electric Circuits Fundamentals. New York: Merrill Publishing Co.

Herman DS. (1996). Elektronika: Teori dan Penerapan. Yogyakarta: FPTK IKIP Yogyakarta.

Malvino, A.P. (1993). Electronic Principles 5th Edition. Singapore: McGraw-Hill, Inc.

Milman & Halkias. (1972). Integrated Electronics: Analog and Digital Circuits and Systems. Tokyo: McGraw-Hill, Inc.

Savant, Roden, and Carpenter. (1987). Electronic Circuit Design: An Engineering Approach. Menlo Park, CA: The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc.

Stephen, F. (1990). Integrated devices: discrete and integrated. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, Inc

A. Objektif

1. Mendeskripsikan konsep rangkaian listrik

2. Menganalisis rangkaian listrik arus searah

3. Menganalisis rangkaian listrik arus bolak-balik

4. Menganalisis rangkaian kemagnetan

B. Uraian Materi

1.Dasar Listrik Arus Bolak Balik (AC) a. Tegangan dan Arus Listrik Bolak-Balik

Arus bolak-balik (AC/alternating current) adalah arus listrik dimana besarnya dan arahnya arus berubah-ubah secara bolak-balik. Berbeda dengan arus searah dimana arah arus yang mengalir tidak berubah-ubah dengan waktu. Bentuk gelombang dari listrik arus bolak-balik biasanya berbentuk gelombang sinusoida, karena ini yang memungkinkan pengaliran energi yang paling efisien. Suatu bentuk gelombang tegangan listrik olak-balik dapat digambarkan seperti pada gambar 1 di bawah ini.

Gambar 33. Bentuk Gelombang Tegangan Listrik Bolak-Balik.

Pesamaan tegangan sesaat

t

V

t

T

V

ft

V

v

_m

sin

2

π

_m

sin

2

π



=

_m

sin

ω











=

=

Dimana

v = Tegangan sesaat Vm = Tegangan Maksimum

ƒ = Frekuensi = 1/t (Hz)

T = Periode = waktu untuk satu gelombang

ω = kecepatan sudut = 2πƒ = 2π/T = radian perdetik.

Frekuensi dalam listrik AC merupakan banyaknya gelombang yang terjadi dalam satu detik. Jika waktu yang diperlukan oleh satu gelombang disebut periode (T) maka.

T

f

=

1

atau

f

T

=

1

jika generator mempunyai P kutub dan berputar sebanyak N kali dalam satu menit, maka frekuensi mempunyi persamaan

120

PN

f

=

P = Jumlah kutub generator

N = Jumlah putaran permenit (rpm).

b. Sudut Fase dan Beda Fase

Dalam rangkaian listrik arus bolak-balik sudut fase dan beda fase akan memberikan informasi tentang tegangan dan arus. Sedangkan beda fase antara tegangan dan arus pada listrik arus bolak-balik memberikan informasi tentang sifat beban dan penyerapan daya atau energi listrik. Dengan mengetahui beda fase antara tegangan dan arus dapat diketaui sifat beban apakah resistif, induktif atau kapasitif.

c. Tegangan Efektif dan Arus Efektif

Tegangan listrik arus bolak – balik yang diukur dengan multimeter menunjukan nilai tegangan efektif. Nilai tegangan dan arus efektif pada arus bolak – balik menunjukan gejala yang sama seperti panas yang timbul jika dilewati arus searah :

2

Maksimum Tegangan

Efektif = Tegangan

= 0.707 Tegangan Maksimum Ief

= 2 mak I

= 0.707 Imax

d. Respon Elemen

1) Resistor dalam arus bolak – balik.

Rangkaian yang terdiri dari sebuah sumber tegangan bolak– baliik dan sebuah resistor seperti Gambar 2 di bawah

Gambar 34. Rangkaian R, Bentuk Phasor, dan Bentuk Gelombang Pada AC

V = Vm Sin ωt

i = Im Sin ωt

VR IR

V = Vm Sin ωt

~ R

Persamaan tegangan sumber V(t) = Vm Sin ωt

Persamaan tegangan pada Resistor R v = i R

v = tegangan sesaat i = arus sesaat R = resistansi

Sehingga i =

R t

ω

Sin Vm

i = Im Sin ωt

Pada beban resistor murni tegangan dan arus mempunyai fasa sama (sefase).

Daya sesaat ( p )

P = vi = Vm Sin ωt .Im Sin ωt = Vm Im Sin 2ωt

= (1-Cos2 t )

2 Im Vm ω = 2 t 2 Cos Im Vm -2 Im Vm ω Untuk satu gelombang nilai rata – rata

0 t 2 Cos 2 Im Vm = ω Sehingga daya P = 2 Im x 2 Vm 2 Im Vm ₌

P = V I watt

V = Tegangan Efektif I = Arus Efektif

Bila tegangan bolak – balik dipasang pada induktor murni seperti, maka induktor menghasilkan ggl yang melawan sumber yang besarnya

V = L dt di

L

Gambar 35. Rangkaian L dan Bentuk Pashor Pada AC.

Tegangan Sumber

v = Vm Sin ωt

sehingga:

Vm Sin ωt = L

dt di ) 2 t ( Sin L Vm i ) t Cos ( L Vm i t Sin L Vm i dt t Sin L Vm di π − ω ω = ω − ω = ω = ω =

∫

Arus sesaat ( i ) maksimum Im =

L Vm

ω jika Sin( t -2)

π

ω mempunyai

nilai 1maka persamaan arus pada Induktor menjadi

I = Im )

2 -t (

Sin ω π

VL

IL

~

Arus ketinggalan dengan sudut 2

π

atau 90o .

Daya Sesaat:

Bentuk gelombang tegangan dan arus pada induktor dapat dilihat dalam Gambar 4 berikut ini.

Gambar 36. Bentuk Gelombang Tegangan dan Arus Pada Induktor P = vi

= Vm Im Sin ωt )

2 -t (

Sin ω π

p = daya sesaat Daya Untuk seluruh siklus

P = - Sin2 tdt 0

2 Im

Vm 2

0

= ω

∫

π

Dari persamaan di atas dapat dijelaskan bahwa induktor murni tidak menyerap daya listrik hanya menyimpan energi listrik sesaat dalam jumlah terbatas.

3) Kapasitor dalam arus bolak – balik

Rangkaian yang terdiri dari sebuah sumber tegangan bolak – baliik dan sebuah kapasitor seperti Gambar 5 di bawah.

V = Vm Sin ωt

I = Im )

2 -t (

IC

VC

Gambar 37. Rangkaian C dan Bentuk Phasor Pada AC Tegangan sumber mempunyai persamaan

v = Vm Sinωt

Muatan pada kapasitor q = Cv

q = Muatan pada plat kapasitor C = Kapasitansi kapasitor V = Beda potensial/tegangan

Persamaan Arus ) 2 t ( Sin Im i ) 2 t ( Sin C 1/ Vm t Cos Vm C dt t sin dCvVm dt dCv dt dq i π + ω = π + ω ω = ω ω = ω = = =

Dari persamaan tersebut terlihat bahwa arus mendahului tegangan dengan sudut

2

π

atau 900

Daya:

Daya sesaat pada kapasitor ( p ) P = vi

i

~

= Vm Sinωt )

2 t ( Sin

Im ω + π

= Vm Im Sinωt 158,2 400 Z V fase fase ₌ = 2 1

Vm Im Sinωt

daya untuk seluruh siklus

P = 2 1

Vm Im Sin2 tdt 0

2 0

= ω

∫

π

Dari persamaan di atas dapat dilihat bahwa kapasitor tidak menyerap daya listrik

Karakteristik tegangan dan arus dari ketiga elemen pasif tersebut dapat dilihat dalam Tabel 1 berikut .

Tabel 1. Karakteristik tegangan dan arus R, L, dan C

Elemen Sudut fasa arus

Dan tegangan

Diagram Impedansi

R

L

C

Sefasa (sama fasa)

Arus tertinggal 900 atau ½ π

Arus mendahului tegangan 900 atau ½ π

R

XL= ωL = 2π

XC = π = ω 2 1 C 1 B A

φ

V = Vm Sin ωt

i = Im Sin ωt

π

2

i

π 2

2.Rangkaian Seri Arus Bolak Balik Beban Resistor dan Induktor

Sebuah resistor R ohm dan Induktor L henry diseri dan dihubungkan dengan sebuah sumber tegangan arus bolak – balik seperti Gambar 6 di bawah ini.

B

O A

Gambar 38. Rangkaian Dengan Beban R dan L

Drop tegangan seperti terlihat pada ∆ OAB . Drop tegangan pada R = VR digambarkan oleh vektor OA, dan drop tegangan pada L = VL

digambarkan oleh vektor AB. Tegangan Sumber V merupakan jumlah secara vektor dari VR dan VL

2 L 2 2 L 2 2 L 2 2 L 2 R X R V I X R I ) IX ( ) IR ( V V V V + = + = + = + =

Besaran R2 +X_L2 disebut impedansi ( Z ) dari rangkaian, yaitu : Z2 = R2 + XL2

Dari gambar di atas terlihat bahwa arus ketinggalan terhadap teganagn dengan sudut ∅ adalah :

tg∅ =

si tan resis si tan reak R L R X_L = ω = ~

a. Daya (P):

Daya rata-rata yang diserap rangkaian RL merupakan hasil kali V dengan komponen I yang searah V

P = V I Cos ∅

Cos ∅ disebut faktor daya rangkaian Daya = Volt Ampere (VA) x Faktor Daya

Watt = VA x Cos ∅

Jika daya dala kilowatt maka

KW = K VA x Cos ∅

P = VI Cos ∅ = VI x (R/Z)

= V/2 x I x P = I2 R

P = I2 R watt

b. FAKTOR DAYA (Pf = Power Faktor) Faktor daya dapat dirumuskan

1) Kosinus beda fase antara arus dan tegangan. 2)

Z R impedansi resistansi

=

3)

kVA kW VA

W Ampere .

Volt

watt _{= =}

Sehingga Pf = Cos ∅ =

kVA kW VA

W Z

R _{= =}

Jika digambarkan dengan segitiga daya seperti ditunjukkan oleh Gambar 9 berikut ini.

Hubungan ke tiga jenis daya adalah sebagai berikut : S2 = P2 + Q2

kVA2 = kW2 + k VAR2

kW = kVA Cos ∅

kVAR =k VA Sin ∅

c. Beban Resistor dan Kapasitor

Sebuah resistor R dan kapasitor C dihubungkan seri dan diberi tegangan bolak-balik, seperti ditunjukkan oleh gambar 10.

R C

V

Gambar 40. Rangkaian RC Seri dan Diagram Phasornya.

VR = I R = drop tegangan pada R (fasa sama dengan nol).

VC = I XC= drop tegangan pada C (ketinggalan terhadap I dengan sudut π/2)

XC = reaktansi kapasitif (diberi tanda negatif) karena arah VC

pada sudut negatif Y

~

Z

XC

R

¬

I _VR

VC

I

¬

VR I

2 C 2 2 C 2 2 C 2 2 C 2 R X R V I X R I ) IX ( (IR) V V V V + = + = − + = + =

Z2 = R2 + XC2 disebut impedensi rangkaian.

Dari gambar di atas terlihat bahwa I mendahului V dengan sudut ¬ di mana

tg ¬ = R X

- C

Jika tegangan sumber dinyatakan dengan V = Vm Sinωt

Maka arus dalam rangkaian R – C seri dapat dinyatakan dengan I = Im sin (ωt + ¬ )

d. Beban R – L – C Seri

Sebuah rangkaian seri R-L-C diberi tegangan V seperti Gambar 11di bawah ini.

Gambar 41. Gambar R-L-C Seri

VR = I R = drop tegangan pada R sefasa dengan arus I

VL = I XL = drop tegangan pada L mendahului I dengan sudut 90 °

VC = I XC = drop tegangan pada C ketinggalan dengan sudut 90 °

V = tegangan sumber yang merupakan jumlah secara vektor

~

I VR

VC

I I VC

dari VR, VL dan VC, seperti terlihat dalam Gambar 12 berikut ini. Perhatikan gambar 12 berikut ini.

¬ ¬

Gambar 42. Diagram Phasor Tegangan

V = V_R +(V_L −V_C)2

Z = R2 +(X_L −X_C)2

= R2 +X2

Beda fasa antara tegangan dan arus : Tg ¬ =

R X R

) X

-(X_{L C}

= Sedangkan faktor daya :

Cos ¬ =

2 C L 2

) X (X R

R Z

R

− + =

Jika sumber tegangan diberikan V = Vm Sinωt

Sehingga arus mempunyai persamaan : I = Im sin (ωt ±¬ )

Tanda negatif bila arus ketinggalan terhadap tegangan, XL > XC

atau beban bersifat induktif.

XL – XC

VL – VC

VR

-VC

V Z

R

TSaudara positif bila arus mendahului tegangan, XL < XC atau

beban bersifat kapasitif.

e. Resonansi RLC Seri.

Resonansi pada rangkaian RLC seri terjadi jika besarnya reaktansi sama dengan nol. Hal ini terjadi bila nilai XL = XC. Frekuensi saat

terjadinya resonansi disebut fo, maka : XL = XC

2πfoL =

foC 2

1

π

fo =

LC 2

1

π

f. Faktor Kualitas ϑϑϑϑ

Faktor kualitas dalam rangkaian seri RLC adalah tegangan magnetisasi saat rangkaian berresonansi.

Pada saat resonansi, besarnya arus maksimum : Im =

R V

Nilai Tegangan pada induktor atau kapasitor = Im XL

Nilai Tegangan sumber adalah V = Im R

Jadi tegangan magnetisasi dinyatakan sebagai berikut :

R foL 2 R X R I X I _L m L

m = = π

Faktor kualitas

ϑ = R

foL 2 π

di mana fo =

LC 2

1

π

Sehingga

ϑ = ) C L ( R

Faktor kualitas juga dapat didefinisikan dalam bentuk :

ϑ = 2π

perioda 1 dalam diserap yang energi disimpan yang maksimal energi

Sedangkan lebar band :

β =

0 0

ϑ

ω

3.Rangkaian Paralalel Arus Bolak Balik

Dalam rangkaian arus bolak-balik apabila beban dihubungkan paralel maka untuk menganalisis rangkaian tersebut dapat diselesaikan dengan beberapa cara, antara lain :

a. Metode Vektor.

Misalkan rangkaian yang terhubung paralel terdiri dari dua cabang seperti ditunjukkan pada gambar 15 di bawah ini

Gambar 43. Rangkaian AC dengan Beban Terhubung Paralel.

Dari cabang A diperoleh persamaan sebagai berikut :

Z1 = 2L

2

X

R +

I1 =

2 L 2

1 R X

V Z

V

+ =

Cos ∅1 =

1 1 Z R

atau ∅1 = Cos –1(

1 1 Z R ) A C B I2 – R2

Dari cabang B diperoleh persamaan :

Z2 = 2L

2

X

R +

I2 =

2 C 2

2 R X

V Z

V

+ =

Cos ∅1 =

2 2 Z R

atau ∅1 = Cos –1(

2 2 Z R

)

Pada cabang A vektor arus tertinggal terhadap tegangan dengan sudut

∅1. Sedang pada cabang B vektor arus mendahului tegangan dengan sudut

∅2 dan arus I merupakan jumlah vektor dari I1 dan dapat dijelaskan dengan

menggunakan gambar 16 berikut ini.

Gambar 44. Gambar Vektor Rangkaian RLC Paralel.

Vektor arus I1 dan I2 mempunyai komponen ke sumber X (komponen

aktif) dan komponen ke sumber Y (komponen reaktif).

Jumlah komponen aktif arus I1 dan I2 = I1 Cos ∅1 + I2 Cos ∅2

Jumlah komponen reaktif = I2 Sin ∅2 – I1 Sin ∅1

Sehingga besarnya arus total I dinyatakan dengan persamaan; I = (I₁CosΦ1+I₂CosΦ₂)2 +(I₂SinΦ2−I₁SinΦ1)2

Sedangkan sudut fase antara vektor tegangan V dan arus I dinyatakan dalam bentuk persamaan; 2 2 1 1 2 1 Cos I 1 Cos I 1 Sin I 2 Sin I tg Φ + Φ Φ − Φ = Φ − I2 ∅2 ∅1 I1 V

b. Metode Admitansi.

Model rangkaian seperti gambar 17 dapat dianalisis dengan metode admintansi sebagai berikut;

Gambar 45. Rangkaian dengan Beban Paralel.

Z1 = 2L

2

1 X

R + Y1 =

1

Z 1

= g₁2 +(−b₁)2

Z2 = 2L2

2

2 X

R + Y1 =

2 Z

1

= g2₂ +(−b₂)2

Z3 = R2+XC2 Y1 =

3 Z

1

1

= g2₃ +(b₃)2 Y = Y1 + Y2 + Y3

Z = Y

1

c. Resonansi Pada Rangkaian Paralel

Jika rangkaian paralel dihubungkan dengan sumber tegangan yang frekuensinya berubah-ubah, maka pada frekuensi tertentu komponen arus reaktif jumlahnya akan nol. Pada kondisi ini rangkaian disebut beresonansi. Perhatikan Gambar 18 berikut ini.

C R1

R2

L1

L2

Gambar 46. Rangkaian RLC Paralel dan Diagram Phasor.

Rangkaian beresonansi saat IC - IL Sin ∅ = 0

IL Sin ∅ = IC

IL =

Z V

Sin ∅ =

Z X_L

IC =

C X V Z V x Z X_L = C X V

atau XL x XC = Z2

XL = ωL dan Xc =

C 1

ω maka C

L

ω ω

= Z2

R C IC L I I ∅1 IC

I2 Sin∅1 IL

V IL Cos ∅1

∅1

Z

R

C L

= R2 + XL2

= R2 + (2πf0L)2

2πf0 = ₂

2

L R LC

1

− sehingga f0 =

π 2 1 2 2 L R LC 1 −

Jika R diabaikan maka freakuensi resonansi menjadi f = π = ω 2 1 C 1

sama seperti Resonansi Seri.

4.Rangkaian Tiga Fasa

a.Tegangan dan Arus pada Hubungan Bintang ( Y )

Tegangan sistem tiga fase hubungan bintang terdiri dari empat terminal salah satunya titik nol. Urutan fase ada yang menyebut RST , a b c , atau fase I , II , III. Dalam hubungan bintang sumber tegangan tiga fase ditunjukkan oleh Gambar 20 di bawah ini.

Gambar 47. Diagram Phasor Sambungan Bintang

Sedangkan VRS = VR - VS

VST = VS - VT

VTR = VT - VR

Disebut dengan tegangan line ( vl )

VL = Vfase x 3

Berdasarkan gambar phasor di atas

fase angan dengan teg disebut V dan V V 0 12 V V 120 -V V 0 V V T S R, 0 ef T 0 ef S ef R + ∠ = ∠ = ∠ = VR VTR VT VS VST VRS N

0 L ST 0 L TR 0 L RS 900 V V 150 V V 30 V V ∠ = ∠ = ∠ =

Jika sumber tiga fase hubungan bintang dihubungkan dengan beban seimbang, sambungan bintang dapat digamabarkan sebagai berikut ( Gambar 21).

Gambar 48. Hubungan Bintang dengan Beban Seimbang

Pada Hubungan Y – Y

VL = Vf x 3 I = If

Pada beban seimbang IR + IS + IT = I N = 0

Daya total L f L f f f I I 3 V V cos I V X 3 P = = φ =

sehingga P = 3V_LV_Lcosφ

b.Arus dan Tegangan pada Sambungan Segitiga ( )

Sambungan segitiga dapat ditunjukkan oleh gambar 22 di bawah.

IR IN IS IT R N S T

Gambar 49. Sambungan Segitiga.

Pada sambungan segitiga Tegangan line = tegangan fase

VL = Vf

Arus line = 3 arus fase IL = 3 If

Jika beban seimbang besar arus line akan sama I1 = I2 =I3 =IL

tetapi sudut fase berbeda 1200 listrik.

c.Daya pada sambungan segitiga Daya setiap fase

φ = V I cos

P_{f f f}

Daya total

φ = = = φ = cos I V 3 P maka 3 I I V V karena cos I V x 3 P f f L f L f f f

I1 = IR - IS

I3 = IT – IR

I2 = IS– IT

IT

IR

LATIHAN

1. Hitunglah banyak putaran generator setiap detik bila diketahui sebuah pembangkit listrik tenaga air ( PLTA ) mempunyai generator dengan 20 kutub, untuk menghasilkan frekuensi 50 Hz !

2. Hitunglah penunjukan voltmeter dari suatu tegangan bolak – balik gelombang sinus yang menunjukan 200 volt puncak - puncak jika dilihat CRO !

3. Hitunglah arus yang mengalir pada lampu dan tahanan lampu bila lampu pijar 220 – 230 volt, 100 watt dipasang pada tegangan 225 volt. !

4. Sebuah kompor listrik 225 volt, 900 watt mempunyai elemen pemanas 5 m. hitunglah arus dan tahanan elemen. Jika elemen pemanas putus, kemudian disambung sehingga panjangnya menjadi 4,8 m. hitunglah besar tahanan, arus dan daya kompor yang dipasang pada tegangan 225 volt ! 5. Hitunglah arus dan daya yang diserap oleh kapasitor, jika dua buah

kapasitor 60 µF dan 40 µF diseri dan dipasang pada tegangan 220 V, 50 HZ !.

6. Sebuah kumparan mempunyai resistansi 80 Ω dan induktor 0,192 H dipasang pada tegagan 225 V, 50 H. Hitunglah :

a. Arus yang mengalir

b. Faktor daya

c. Daya aktif, reaktif dan daya semu.

7. Sebuah rangkaian seri jika dihubungkan dengan tegangan 100 V DC menyerap daya 500 W jika dihubungkan dengan 100 V AC, 50 Hz menyerap daya 200 watt. Hitung besar resistensi dan induktansi.

8. Sebuah kapasitor 10 µF diseri dengan resistor 120 Ω dan dipasang pada tegangan 100 V, 50 Hz.

Hitunglah :

a. Arus

b. Beda fasa antara arus dan tegangan.

9. Hitunglah besar R dan C dari suatu rangkaian seri R – c yang dihubungkan dengan tegangan 125 V, 60 Hz. Arus yang mengalir 2,2 A dan daya yang diserap 96,8 watt !

10.Hitunglah besar C agar lampu pijar 750 watt,100 V mendapat tegangan yang sesuai, bila lampu tersebut digunakan pada tegangan 230 V, 60 Hz diseri dengan kapasitor. !

11.Hitunglah kapasitansi kapasitor, induktansi, dan resistansi, jika diketahui sebuah resistor, kapasitor dan induktor variabel diseri dan dihubungkan dengan sumber tegangan 200 V, 50 Hz. Arus maksimum 314 mA dan tegangan pada kapasitor 300 V !

12.Sebuah kumparan mempunyai resistansi 8 Ω dan induktansi 0,0191 H diparalel dengan kapasitor 398 µF dan resistansi 6 Ω serta dihubungkan dengan tegangan 200 V, 50 Hz.

Hitunglah:

a. Arus masing-masing cabang.

b. Daya masing-masing cabang

c. Arus total

d. Sudut fase antara arus dan tegangan 1,8 Ω

398 F

200 V, 50 Hz 6 Ω

13.Hitunglah arus total dan faktor daya dari rangkaian di bawah ini !

14.Hitunglah frekuensi resonansi dari sebuah induktor yang mempunyai induktansi 0,25 H dan resistansi 50 ohm dan di paralel dengan kapasitor 4

µF?

15.Bagaimanakah hubungan antara tegangan phasa dengan tegangan line dari

data yang diperoleh ?

16.Bagaimanakah hubungan antara arus phasa dengan arus line untuk percobaan di atas ?

17.Sumber tegangan tiga fase hubungan bintang dengan tegangan line 400 V dihubungkan dengan beban seimbang sambungan bintang yang setiap fase terdiri dari R = 40 Ω dan XL = 30 Ω.

Hitunglah : a. Arus line

b. Total daya yang diserap

18.Tiga buah kumparan yang sama masing–masing mempunyai resistansi 20

Ω dan indukatansi 5 H

a. Hitunglah arus dan daya yang diserap jika kumparan disambung bintang dan dihubungkan dengan tegangan tiga fase dengan tegangan line 400 V, 50 Hz. !

b. Hitunglah arus dan daya yang diserap jika kumparan disambung segitiga.

c.

3 Ω

6 Ω

100 V 8 Ω

19.Suatu sumber tegangan mempunyai persamaan sebagai berikut v = 311 sin 314 t. jika sumber tegangan tersebut diukur dengan multimeter, berapa besar tegangan yang ditunjukkan multimeter ?

20.Hitunglah arus dari sumber tegangan v = 311 sin 314 t yang dihubungkan dengan tahanan 100 ohm serta tentukan beda fase antara arus dan tegangan.

21.Hitunglah arus yang mengalir dan beda fase antara arus dengan tegangan dari sumber tegangan v = 311 sin 314 t yang dihubungkan dengan kapasitor 3,25 µF !

22.Sebuah sumber tegangan v = 100 sin 314 t diberi beban kapasitor, arus yang mengalir 0,4 ampere, hitunglah kapasitansi dari kapasitor !

23.Sebuah kumparan mempunyai resistansi 10 ohm dan induktansi 0,125 H.

Jika kumparan dihubungkan dengan sumber tegangan 220 V, 25 Hz. Hitunglah impedansi, arus yang mengalir, dan daya yang diserap serta faktor daya !

24.Hitunglah resistansi dan induktansi sebuah kumparan yang dihubungkan dengan tegangan 250 v, 50 Hz dan mengalirkan arus 10 A serta faktor daya 0,8 !

25.Sebuah rangkaian seri terdiri dari R = 10 Ohm, L == 100mH/π, C = 500

µF/π. Hitunglah

a. Arus yang megalir jika diberi tegangan 100 V, 50 Hz. b. Faktor daya rangkaian.

c. Frekuensi yang menghasilkan resonansi.

26.Rangkaian seri terdiri dari R = 15 ohm, L = 4 H dan C = 25µF. Dihubungkan dengan tegangan 230 V. Hitunglah!

a. Frekuensi resonansi

27.Hitunglah arus total dan faktor daya dari rangkaian di bawah ini !

28.Sebuah sumber tiga fase yang mempunyai tegangan 400 V dihubungkan dengan beban tiga fase hubungan bintang yang tiap fase terdiri dari R = 4Ω dan XL = 3 Ω. Hitunglah arus jaringan dan daya yang diserap !

DAFTAR PUSTAKA

Edminister, Joseph A, Ir Soket Pakpahan, Teori dan soal-soal Rangkaian Listrik, Erlangga, Jakarta, 1988.

Hayat, William H, Kemmerly, Jack E, Pantur Silaban PhD, Rangkaian Listrik jilid

I, Erlangga, Jakarta 1982.

Hayat, William H, Kemmerly, Jack E, Pantur Silaban PhD, Rangkaian Listrik jilid

II, Erlangga, Jakarta 1982.

Theraja, Fundamental of Electrical Enginering and Electronics, S Chand & Co (PUT) LTD, New Delhi, 1976.

5 Ω

8 Ω

200 V, 50 Hz 6 Ω

A. Objektif

1. Memahami jenis peralatan rumah tangga listrik yang menggunakan alat pemanas

2. Memahami prosedur perawatan peralatan rumah tangga listrik menggunakan alat pemanas listrik

3. Memahami jenis peralatan rumah tangga listrik yang menggunakan motor listrik.

4. Memahami prosedur perawatan peralatan rumah tangga listrik menggunakan motor listrik

5. Merawat peralatan rumah tangga listrik yang menggunakan alat pemanas dan motor

6. Memahami data sheet komponen peralatan rumah tangga yang menggunakan alat pemanas dan motor listrik.

7. Memahami cara perbaikan peralatan rumah tangga listrik.

8. Memperbaiki peralatan rumah tangga listrik yang menggunakan alat pemanas dan motor listrik.

9. Memeriksa hasil perbaikan menggunakan alat ukur multimeter. 10. Melakukan uji fungsi hasil perbaikan

B.Uraian Materi

1. Peralatan Dasar untuk Perbaikan Peralatan Rumah Tangga Listrik.

Untuk pekerjaan perbaikan peralatan, Saudara hanya memerlukan peralatan yang sederhana, peralatan mekanik dan listrik. Alat ini tidak mahal, mudah disiapkan, dan mudah menggunakannya; Saudara dapatmemiliki dan menyiapkannya di bengkel Saudara. Ada beberapa perlengkapan yang sangat

3

Merawat dan Memperbaiki

njlimet dibutuhkan untuk reparasi yang komplek, dan perlengkapan ini mahal tetapi itu gambaran untuk jangka panjang. Untuk banyak pekerjaan, bagaimanapun, peralatan sederhana sudahlah memadai.

Belilah peralatan perbaikan peralatan Saudara karena Saudara membutuhkannya, jika Saudara belum memilikinya. Keperluan yang sederhana. Pertama,Saudara akan memerlukan pemilihan obeng yang berkualitas baik minimal 3 ukuran untuk obeng stSaudarar, dan sebuah obeng jenis - Phillips. Tang kombinasi berhidung panjang juga vital. Saudara juga membutuhkan palu sebuah palu genggam, baik kunci sekrup yang dapat distel, dan satu set kunci sok, pompa minyak, perlengkapan pisau, dan lampu gangguan

Beberapa perlengkapan listrik sederhana juga diperlukan pengepas patron, tang pengupas kabel dan alatsolder,jumper, dan tahanan lilitan kawat 20 k/2W, untuk bekerja pada motor kapasitor.

Tahanan tidak mahal dan banyak didapat di toko alat-alat TV. Semua peralatan listrik Saudara harus terisolasi dengan tangan. Untuk bekerja dengan peralatan kecil, Saudara membutuhkan peralatan yang sama; Saudara juga membutuhkan obeng yang lebih kecil. Tang kombinasi circlip, untuk membuka penahan clip pada rakitan gear, adalah berguna, tetapi tidak harus; obeng akan sering dipakai untuk hal yang sejenis. Bahanyang dibutuhkan untuk bekerja pada peralatan kecil termasuk tahanan-minyak panas, digunakan untuk peralatan yang menghasilkan panas, minyak-gear silikon, diperoleh pada tempatreparasi peralatan; dan pembersih kontak listrik, dapat diperoleh di tempat reparasi peralatan dan suplier peralatan listrik. Saudara juga membutuhkan kertas gosok yang sangat baik (No. 0000), steel wool untuk membersihkan kotak kontak listrik, dan kain pembersih.

2. Peralatan untuk Pengetesan Listrik

Banyak reparasi peralatan yang juga memerlukan pengetesan listrik untuk mendiagnose permasalahan secara teliti. Minimal 80% dari waktu akan

Saudara gunakan untuk menemukan titik kesalahan peralatan dengan bantuan

‘tabel pencari kesalahan’ pada bagian lain, dan hasilnya dipakai untuk mereparasi. Tetapi 20% dari waktu yang lain, Saudara perlukan 1 dari 3 piranti tes kelistrikan untuk menentukan letak kesalahan: sebuah tester tegangan, tester sambungan, atau sebuah AVO (Amper-Volt-Ohm meter). Dengan perlengkapan ini Saudara harus dapat menjelaskan bahwa arus listrik mengalir melewati bagian peralatan yang Saudara diagnosis ketidakfungsiannya. Contoh peralatan AVO meter bias dilihat pada gambar dibawah :

Gambar 50. Piranti testing AVO meter dan kelengkapannya.

a. Pengetes (Tester) Tegangan.

Tester tegangan adalah alat yang paling sederhana dari ketiga jenis alat ini. Alat ini terdiri dari lampu neon kecil dengan dua sambungan kawat yangterisolasipadabagian bawah dari rumah (lampu) ; setiap ujung kawat terdapat sebuah logam probe-tes. Tester tegangan ini digunakan dengan hidupnya arus, untuk menentukan adakah arus yang mengalir melalui kawat

tester tegangan

tester sambungan

Pemrosesan sinyal-sinyal aktual dilakukan di dalam CPU sesuai dengan program yang tersimpan di dalam memori.

4. Program PLC

Program PLC terdiri dari instruksi-instruksi urutan logika. Program kontrol disimpan di dalam penyimpan khusus, penyimpan elektronik yang dapat dibaca, disebut penyimpan program PLC. RAM khusus

yang disuply sebuah battery digunakan selama pengembangan program, dengan demikian isi rogram dapat diubah secara cepat.

Program PLC dapat dibuat dalam beberapa cara: melalui jenis perintah assembler dalam “statement list”, dalam tingkatan yang lebih tinggi, orientasi masalah bahasa seperti halnya kalimat terstruktur atau dalam bentuk flow chart sebagaimana digambarkan oleh chart fungsi. Di Eropa, penggunaan blok diagram fungsi yang didasarkan pada chart fungsi dengan simbol-simbol grafik untuk gerbang logika inilah yang banyak digunakan. Di Amerika, ‘ladder diagram’ adalah bahasa yang lebih disukai oleh para penggunanya.

Setelah penugasan dan pengontrol bebas dari error-fungsi, maka sebaiknya dilakukan pengiriman program PLC pada memori yang hanya dapat dibaca, tanpa dapat dihapus, sebagai contoh EPROM. Jika program dijalankan, ini akan diproses di dalam siklus secara kontinu.

5. Sinyal-sinyal input

sinyal input muncul pada PLC melalui sensor-sensor. Sinyal-sinyal ini berisi informasi tentang status sistem yang dikontrol. Hal ini dimungkinkan untuk sinyal-sinyal input biner, digital, dan analog.

Sebuah PLC hanya dapat menyimpan dan mengeluarkan sinyal-sinyal listrik. Dengan alasan ini, sinyal-sinyal bukan listrik harus dikonversikan ke dalam sinyal listrik dengan sensor-sensor. Contoh sensor: tombol tekan,

sakelar, limit switch, sensor proximity.

sinyal output mempengaruhi sistem yang dikontrol. Sinyal-sinyal dapat dikeluarkan dalam bentuk Sinyal-sinyal biner, digital, atau analog.

Sinyal output diperkuat ke dalam sinyal-sinyal kontak melalui aktuator atau dikonversikan ke dalam sinyal-sinyal dalam bentuk energi yang lain. Contoh aktuator adalah: lampu, buzzer, bel, kontaktor, silinder dengan katup

solenoid, motor-motor stepper.

6. Hubungan Antar Modul

Tergantung pada bagaimana unit pusat kontrol dihubungkan ke modul-modul input dan output, pemisahan dapat dibuat antara PLC-PLC compact (modul input, unit pusat kontrol dan modul output di dalam satu kemasan) atau PLC-PLC modular (per modul).

PLC-PLC modular memang disusun secara terpisah. Modul-modul diperlukan untuk aplikasi praktis, selain daripada itu modul-modul I/O digital, termasuk modul analog, posisioning (pengaturan posisi) dan komunikasi – dapat dimasukkan di dalam sebuah rak, dimana modul-modul secara terpisah dapat dihubungkan melalui sebuah sistem bus/rel. Desain jenis ini juga dikenal sebagai teknologi berantai. Dua contoh PLC modular diperlihatkan dalam gambar di atas. Ini mewakili seri PLC modular yang sudah terkenal oleh AEG Modicon dan seri terbaru S7-300 oleh Siemens.

Bentuk PLC card adalah jenis khusus dari PLC modular, dikembangkan hingga beberapa tahun terakhir. Dengan jenis ini, nomor pada modul-modul PCB secara terpisah distandarkan kemasannya. Festo FPC 405 adalah contoh dari desain jenis ini.

Gambar 78. PLC Compact (Mitsubishi FXO), PLC Modular Siemens s7-300), PLC Plug-in Cards (Festo FPC 405)

Bentuk hardware PLC harus dibuat sedemikian rupa sehingga PLC dapat bertahan dalam lingkungan industri seperti halnya tingkatan sinyal, panas, kelembaban, fluktuasi arus sumber listrik, dan pengaruh-pegaruh mekanik.

7. Struktur PLC

Dengan sistem komputer, perbedaan secara umum adalah terletak pada hardware (perangkat keras), firmware (perangkat tetap), dan software (perangkat lunak). Tetapi secara prinsip pokok PLC menggunakan struktur yang sama dengan komputer mikro. Gambar 4.1 menggambarkan struktur dasar sebuah komputer mikro.

Hardware terdiri dari piranti teknologi aktual, seperti PCB (printed circuit boards), modul-modul terintegrasi, kabel-kabel, batery, kotak rumah.

Firmware adalah bagian dari software, dimana secara permanen dipasang dan disediakan oleh pabrik pembuat PLC. Ini termasuk sistem dasar rutin, digunakan untuk starting processor setelah power dihidupkan. Disamping itu, ada sistem operasi dalam kasus PLC, dimana secara umum disimpan di dalam ROM (Read Only Memory) yaitu sebuah penyimpan yang hanya dapat dibaca atau didalam EPROM (Eraseable Program Read Only Memory) dengan media penyimpan ini program lama dapat dimungkinkan untuk dihapus dengan sinar ultraviolet

.Software digunakan untuk memprogram PLC, ditulis oleh pemakai PLC. Program biasanya dipasang didalam RAM, random access memory, dimana program secara mudah dapat dimodifikasi.

Hardware PLC – seperti pada kebanyakan sistem mikro komputer sekarang – berdasarkan pada sistem bus. Sebuah sistem bus adalah sejumlah jalur listrik dibagi ke dalam addres, data, dan jalur kontrol. Jalur address digunakan untuk memilih address pada sambungan bus dan jalur data untuk mengirim informasi yang diperlukan. Jalur kontrol diperlukan untuk mengaktifkan bus yang benar juga sebagai transmitter atau pengirim (sender). Kebanyakan bus yang disambungkan ke sistem bus adalah microprocessor dan memori. Memori dapat dibagi ke dalam memori untuk firmware dan memori untuk program dan data. Tergantung pada struktur PLC, modul-modul input dan output dihubungkan ke common bus tunggal atau – dengan bantuan interface bus ke bus I/O eksternal. Teristimewa dalam hal sistem PLC modular yang lebih panjang, bus I/O eksternal biasa digunakan.

Akhirnya, hubungan/sambungan diperlukan untuk piranti pemrograman atau PLC, sekarang lebih banyak dalam bentuk interface serial.

Latihan

1. Sebutkan jenis-jenis pengendali yang Saudara ketahui !

2. Jelaska perbedaan antara pengendali terprogram dengan pengawatan dan pengendali yang tersimpan dengan PLC dari segi penyambungannya ? 3. Jelaska beberapa macam elemen dalam pengendali terprogram? 4. Jelaskan keuntungan menggunakan PLC

5. Perhatikan gambar berikut! Tandai dan kelompokkan setiap komponen rangkaian, termasuk dalam elemen yang mana ?

S1

S2

K1

K1 K1

H1

6. Sebutkan jenis-jenis media kontrol yang Saudara ketahui.? 7. Dimanakah pemrograman dengan pengawatan digunakan? 8. Dimanakah pemrograman dengan PLC digunakan?

9. Apa tugas pokok PLC?

10.Bagaimanakah definisi PLC menurut IEC 1131?

11.Sebutkan komponen-komponen dasar pada sistem kontrol! 12.Sebutkan komponen-komponen dasar dari PLC!

13.Sebutkan jenis-jenis sinyal input!

14.Jelaskan beberapa cara pemrograman PLC?

15.Jelaskan bagaimana pengisolasian listrik dilakukan antara sinyal-sinyal sensor/aktuator dan PLC?

17.Gambarkan dan jelaskan blok diagram bentuk dasar dari sebuah mikrokomputer !