MAKALAH PENGANTAR TEKNIK ELEKTRO
Disusun oleh : Nama
: M. CHRISTIAN ADI N.
NIM
: 21060114130124
UNIVERSITAS DIPONEGORO FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO 2014
Kata Pengantar
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala limpahan karunia dan berkatnya sehingga saya dapat menyelesaikan makalah Pengantar Teknik Elektro Makalah Pengantar Teknik Elektro saya usahakan semaksimal mungkin dan tentunya dengan bantuan berbagai pihak, sehingga dapat memperlancar dalam pembuatan makalah ini. Untuk itu saya saya tidak lupa menyampaikan bayak terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu saya dalam pembuatan makalah ini. Namun tidak ti dak lepas dari semua itu, saya menyadar sepenuhnya bahwa ada kekurangan baik dari segi penyusun bahasanya maupun segi lainnya. Oleh karena itu dengan lapang dada dan tangan terbuka saya membuka selebar-lebarnya bagi pembaca yang ingin in gin memberi saran dan kritik kepada saya, sehingga saya dapat memperbaiki makalah dasar komputer dan pemrograman ini. Akhirnya penulis mengharapkan semoga dari makalah makalah Pengantar Teknik Elektro ini dapat diambil hikmah dan manfaatnya sehingga dapat meningkatkan pengetahuan pembaca .
Semarang, 5 Desember2014
Penulis
Kata Pengantar
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala limpahan karunia dan berkatnya sehingga saya dapat menyelesaikan makalah Pengantar Teknik Elektro Makalah Pengantar Teknik Elektro saya usahakan semaksimal mungkin dan tentunya dengan bantuan berbagai pihak, sehingga dapat memperlancar dalam pembuatan makalah ini. Untuk itu saya saya tidak lupa menyampaikan bayak terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu saya dalam pembuatan makalah ini. Namun tidak ti dak lepas dari semua itu, saya menyadar sepenuhnya bahwa ada kekurangan baik dari segi penyusun bahasanya maupun segi lainnya. Oleh karena itu dengan lapang dada dan tangan terbuka saya membuka selebar-lebarnya bagi pembaca yang ingin in gin memberi saran dan kritik kepada saya, sehingga saya dapat memperbaiki makalah dasar komputer dan pemrograman ini. Akhirnya penulis mengharapkan semoga dari makalah makalah Pengantar Teknik Elektro ini dapat diambil hikmah dan manfaatnya sehingga dapat meningkatkan pengetahuan pembaca .
Semarang, 5 Desember2014
Penulis
ABSTRAK Pengantar teknik elektro adalah mata kuliah yang harus di ambil pada semester 1 perkuliahan di jurusan s1 teknik elektro.Dalam mata kuliah ini mempelajari bagai mana dasar dasar untuk mendalami mata kuliah yang lain yang di ajarkan di semester selanjutnya.Dalam mata kuliah ini menunjang lima konsentrasi yang ada di jurusan teknik elektro.Untuk lebih mendalami mata kuliah pengantar teknik elektro ini perlu sebuah bahan pustaka yang dapat untuk menunjang mata kuliah ini .Selai itu perlu sebuah praktik sehingga mata kuliah yang di ajarkan menjadi lebih jelas. Dalam hal ini penulis menuliskan sebuah bahan sederhana mengenai mata kuliah pengantar teknik elektro untuk menunjang kegiatan kuliah mengenai materi materi yang di ajarkan pada mata kuliah yangada di pengantar teknik elektro yang lebih menjurus pada konsentrasi telekomunikasi dan elektronika.
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Pengantar teknik elektro merupakan salah satu bidang studi yang ada di teknik elektro dimana didalamnya
kita dapat memperdalam ilmu tenteng
kelistrikan.Dengan memahami dasa-dasar elektronika kita akan lebih mudah mengenal komponen -komponen studi kelistrikan yang mempunyai bobot besar .Pada
intinya
pengantar
teknik
elektro
adalah
sebuah
dasar
untuk
memulai/membuka sebuah ilmu tentang kelistrikan atau dapat juga di ibaratkan sebagai pintu utama sebuah rumah.
1.2 Rumusan masalah
1. Apa saja yang dipelajari di mata kuliah pengantar teknik elektro? 2. Apa ada hubungan antara bab- bab pada matakuliah pengantar teknik elektro? 3. Bagaimana alur bab pada mata kuliah pengantar teknik elektro?
1.3 Tujuan
1. Memperdalam pengetahuan mengenai dunia elektro. 2. Mengetahui dasar dasar teknik elektro. 3. Meningkatkan pengetahuan tentang dunia elektronika. 4. Memantapkan tekat untuk mengambil konsentarasi di jurusan teknik elektro.
BAB II PEMBAHASAN 2.1
Dioda
Sebuah diode daya adalah komponen sambungan -pn dua terminal dan sambungan -pn di bentuk dari penumbuhan pencampuran, difusi dan epiktasial. Teknik kendali modern dalam proses difusi,dan epiktasial mengizinkan karakteristik komponen yang diinginkan menunjukkan pandangan sebagian dari sebuah sambungan -pn dan symbol diode. Ketika potensial anode positif terhadap katode.diode bertindak bias maju dan diode terkonduksi memiliki drop tegangan maju yang relative kecil.dan besarnya tergantung pada proses manufakturnya dan temperature sambungan. Ketika potensial katode positif terhadap anode. Diode dikatakan sebagai bias mundur. Dibawah kondisi tersebut, sebuah arus mundur yang kecil (disebut juga arus bocor ) dalam rentang mikro atau mihamper mengalir dan arus bocor ini akan bertambah secara perlahan sesuai dengan peningkatan tegangan sampai tegangan zener atau avalance tercapai . menunjukkan karakteristik tunak v-i diode. Untuk kebanyakan keperluan praktis. Sebuah diode dapat dianggap sebagai sebuah diode dapat dianggap sebagai sebuah saklar ideal, yang karakteristiknya. Arus pada diode sambungan bias maju tergantung pada efek bersih pembawa mayoritas dan minoritas. Sekali diode pada mode konduksi maju dan kemudian arus majunya ditunkan menjadi nol ( karena prilaku natural rangkaian diode atau dengan menerapkan tegangan mundur), diode meneruskan konduksi karena pembawa minoritas
yang
tersisa
tersimpan
dalam
sambungan
pn
dan
material
semikonduktornya . pembawa minoritas memerlukan waktu yang cukup untuk menyusun ulang dengan pengisian lawannya dan untuk dinetralkan. Waktu ini disebut reserve recorvery time ( waktu pemulihan yang balik ) diode menunjukkan dua karakteristik pemulihan balik dari sambungan diode tipe pemulihan lunak ( soft recorvery ) yang paling umum. Dalam elektronika, dioda adalah komponen aktif bersaluran dua (diode termionik mungkin memiliki saluran ketiga sebagai pemanas). Dioda mempunyai
dua elektrode aktif dimana isyarat listrik dapat mengalir, dan kebanyakan diode digunakan karena karakteristik satu arah yang dimilikinya. Dioda varikap (Variable
kapacitor/kondensator
variabel)
digunakan
sebagai
kondensator
pengendali tegangan.Sifat kesearahan yang dimiliki sebagian besar jenis diode seringkali disebut karakteristik menyearahkan. Fungsi paling umum dari diode adalah untuk memperbolehkan arus listrik mengalir dalam suatu arah (disebut kondisi panjar maju) dan untuk menahan arus dari arah sebaliknya (disebut kondisi panjar mundur). Karenanya, diode dapat dianggap sebagai versi el ektronik dari katup pada transmisi cairan. Dioda sebenarnya tidak menunjukkan kesearahan hidup-mati yang sempurna (benar-benar menghantar saat panjar maju dan menyumbat pada panjar mundur), tetapi mempunyai karakteristik listrik tegangan-arus taklinier kompleks yang bergantung pada teknologi yang digunakan dan kondisi penggunaan. Beberapa jenis diode juga mempunyai fungsi yang tidak ditujukan untuk penggunaan penyearahan. Awal mula dari diode adalah peranti kristal Cat's Whisker dan tabung hampa (juga disebut katup termionik). Saat ini diode yang paling umum dibuat dari bahan semikonduktor seperti silikon atau germanium. Waktu pemulihan balik dinotasikan dengan dan diukur dari perpotongan initial zero crossing arus diode sampai 25% arus balik puncak. .
berisi dua
komponen dan . karena pengisian komponen penyimpanan dalam bagian terbesar material semikonduktor. Rasio dikenal dengan factor kelunakan (softnes factor), SF . Waktu pemulihan mundur , mungkin dapat didefinisikan sebagai interval waktu antara arus
yang melewati nol selam pengalihan dari konduksi maju
kekondisi pemblokingan mundur dan momen arus mundur kehilangan 25% nilai puncak mundur , tergantung pada temperature sambungan, tingkat jatuhnya arus jatuh dan arus mundur sbelum komutasi. Pengisian pemulihan mundur , adalah pembawa pengisian yang mengalir melalui diode dengan arah berlawanan karena pengambilalihan dari konduksi maju ke kondisi pemblockingan mundur. Nilainya ditentukan dari wilayahnya yang dicakup oleh arah dari arus pemulihan mundur.
Secara ideal, sebuah diode harus tidak memilki waktu pemulihan mundur. Namun,biaya pembuatan diode seperti itu akan tinggi. Dalam banyak penggunaan, efek dari waktu pemulihan mundur tidak terlalu penting, sehingga diode dapat digunakan. Tergantung pada karakteristik pemulihan dan teknik pembuatan, diode daya dapat diklasifikasikan dalam tiga kategori. Karakteristik dan batasan praktis tiap tipelah yang membatasi kegunaannya.
Diode Serbaguna ; Diode penyearah serbaguna memilki waktu pemulihan mundur yang
relative tinggi, biasanya 25 μs, dan digunakan untuk aplikasi kecepatan rendah, yang waktu pemulihannya tidak kritis. Diode ini mencakup tingkat dari kurang dari 1 A sampai beberapa ribu ampere,dengan tingkat tegangan antara 50 V sampai sekitar 5 kV. Diode ini secara umum dibuat dengan fusi, Namun tipe campuran ( alloy ) dari penyearah yang digunakan untuk suplay daya pengelasan paling efektif pembiyaannya dan kasar, dan memiliki tingakt kemampuan sampai300 A dan 1000 V.
Dioda pemulihan cepat : Memiliki waktu pemulihan rendah, normalnya kurang dari 5μs. Digunakan
untuk rangkaian converter dc-dc dan dc-ac dengan kecepatan pemulihannya yang sangat penting. Diode ini mencakup tingkat arus mulai kurang dari 1 A sampai ratusan ampere dengan tingkat tegangan mulai dari 50 V sampai 3kV. Untuk tingkat tegangan diatas 400 V, diode ini dibuat melalui fusi dan waktu pemulihan diatur oleh platina atau emas . untuk tingkat tegangan dibawah 400 V, diode epitaksi lebih cepat disbanding diode fusi. Diode pemulihan cepat mempunyai basis yang tipis,yang menghasilkan waktu pemulihan cepat dalam berbagai ukuran .
Diode Schottky : Masalah pengisian penyimpanan sambungan pn dapat dihilangkan ( atau
minimalkan ) dalan diode schottky dengan mengatur “potensial barrier” dengan sebuah kotak antara metal dan semikonduktor. Sebuah lapisan metal didepositkan pada lapisan epitaksi tipis silikon tipe n. potensial barrier mensimulasikan perilaku sambungan pn .aksi penyearah tergantung pada pembawa mayoritas dan sebagai hasilnya tidak ada kelebihan pembawa minoritas untuk merekombinasi.
Urutan dooping (pengotor penambahan) merupakan urutan dari 1 bagian 10 atom. Dalam semikonduktor type -n, pembawa mayoritas elektron saat ini mayoritas saat ini elektron minoritas membawa menjadi lubang. Efek pemulihan semata-mata karena kapasitansi dari sambungan semikonduktor. Pengisian pemulihan diode schottky jauh lebih kecil dari pada sebuah diode sambungan pn yang ekuivalen. Jika hanya kapasitansi sambungan, pengisian pemulihan memiliki ketidaktergantungan yang besar dari di/dt mundur. Sebuah diode schottky memilki tegangan yang jatuh maju relative kecil . Arus bocor diode schottky lebih tinggi dari diode sambungan pn. Sebuah diode schottky dengan tegangan konduksi relative kecil memiliki arus bocor, dan sebaliknya. Sebagai hasil, tegangan maksimum yang diizinkan biasanya dibatasi pada 100 V. Tingkat arus diode schottky bervariasi dari 1 sampai 300 A. diode schottky ideal untuk arus tinggi tegangan rendah catu daya dc. Meskipun begitu, diode tersebut juga digunakan pada catun daya arus kecil untuk meningkatkan efisiensi.schootky penyearah ganda 20 dan 30 A. ( Muhammad H Rashid,1992) Beberapa Dioda Hubungan p-n khusus : 1. Diodah Patah (Breakdown) Kalau dioda hubungan P-n bekerja dalam daerah garis putus-putus dari karakteristik tegangan balik. Dioda-dioda tersebut di namakan dioda patah (breakdown).Dua mekanisme berikut merupakan penyebab patahan dioda hubungan p-n: (i) Patahan avalans: pada saat catu balik yang di berikan dalam hubungan p-n naik, medan lewat hubungan akan naik pula. Pada suatu harga catu, medan menjadi sedemikian besar sehingga pembawa yang di bangkitkan secara panas pada saat melintas hubungan memperoleh sejumlah
energi
dari
medan.
Kemudian
pembawa
ini
dapat
melepaskan ikatan kovalen dan membentuk pasangan lobang baru pada saat membentuk ion tidak bergerak. Pembawa baru ini mengambil energi lagi yang cukup dari medan yang di berikan dan membentur ion-ion tidak bergerak lain sambil membagkitkan pasangan elekton lobang berikutnya. Proses ini sifat akumulatif dan
menghasilkan avalans (runtuhan) pembawa dalam waktu yang amat singkat.
Mekanisme
pembangkit
pembawa
ini
dinamakan
penggandaan avalans. Hasilnya adalah proses aliran sejumlah besar arus pada suatu harga catu balik,seperti di tunjukkan oleh bagian garis putus-putus dari karakteristik. (ii) Patahan Zener : patahan zener terjadi kalau medan catu balik lewat hubungan p-n sedemikian rupa sehingga medan dapat memberikan gaya kuat pada elektronterikat dan melepaskan nya dari ikatan kovalen.jadi,
sejumlahbesar
pasangan
elektron-lobang
akan
di
bangkitkan lewat putus nya langsung iaktan kovalen.pasnagan elektron-lobang demikian memperbesar arus balik. Catatan,bahwa dalam patahan zener pembangkit pembawa tidak disebabkan oleh tumbuhan pembawa dengan ion-ion diam seperti halnya dalam peristiwa penggandaan avalans. Walaupun ada dua perbedaan mekanisme, dioda-dioda patah biasanya dinamakan diode zener. Karakteristik
zener hamper sejajar dengan
sumbu arus,yang
menunjukkan bahwa tegangan lewat diode hampir tetap walaupun arusnya banyak berubah.tegangan lewat diode zener dengan demikian dapat dimamfaatkan sebagai acuan ,dan diode tersebut dapat disebut dengan sebgai diode acuan. Penggunaan khas dari diode zener sebagai diode acuan.Tegangan V dan resistansi R ditentiukan sedemikian rupa sehingga rus diode berada dalam batas tertentu dan diode bekerja dalam daerah patah.tegangan lewat resistansi beban tetap, walaupun catu tegangan V dan resistansi beban dapat berubah .batas atas arus diode ditentukan oleh disipasi daya dari diode. 2. Dioda terobosan Kalau konsentrasi atom-atom pencampur sangat besar (sekitar atau) baik dalam daerah p atau n, lebar halangan dari diode hubungan p – n menjadi sangat kecil. Karakteristik volt amper khas dari diode semacam itu menunjukkan daerah kemiringan negative ini tidak dapat dijelaskan dengan mekanisme yang telah diberikan . proses mekanika kuantum yang dikenal dengan terobosan ( tunneling ), memberikan penjelasan yang memuaskan tentang karakteristik diatas dinamakn
diode terobosan ( tunnel ). Pembahasan tentang terobosan mekanika kuantum tersebut diluar cakupan buku ini. 3. Dioda foto Kalau cahaya dibiarkan jatuh pada diode hubungan p-n yang dicatu balik, pasangan elekrton lobang tambahan terbentuk baik dalam daerah p maupun n. hal ini mengakibatkan terbentuknya perubahan konsentrasi pembawa mayoritas yang amat kecil dan perubahan konsentrasi minoritas yang amat besar. Tambahan pembawa minoritas ini memperbesar arus balik,karena pembawa-pembawa ini menurunkan potensial halangan telah ditemukan, bahwa arus lewat diode hamper linear dengan fluks cahaya. Diode yang dirancang untuk bekerja dengan prinsip ini dinamakan diode foto dioda semacam ini digunakan dalam deteksi cahaya, dalam penyambung bekerja dengan cahaya , pembacaan kartu lobang computer, pita-pita dan sebagainya. 4. Dioda pemancar cahaya ( LED = Light Emitting Diode ) Tidak seperti halnya pembangkitan pasang electron lobang yang memerlukan energy , maka rekombinasi satu electron dengan satu lobang sebaliknya mengeluarkan energy. Dalam hal semikonduktor tertentu, seperti GAas , kalau electron dari pita hantaran turun kedalam pita valensi, energy yang dikeluarkan .muncul dalam bentuk radiasi infra merah. Dalam hal aloi semikonduktor gallium arsenit fosfit.radiasi yang dipancarkan berwarna merah. Suatu diode hubungan p-n yang dibangun semikonduktor semacam itu dinamakan diode pemancar cahaya. ( D. Chattopadhyay,1989) Diode-diode semikonduktor banyak ditemukan dalam berbagai aplikasi bidang rekayasa elektronika damn elektrik.diode secara luas juga dipakai rangkaian elektronika daya ( power electronik ) untuk mengkonversikan daya elektrik.beberapa rangkaian diode yang sering digunakan dalam rangkaian elektronika daya untuk pemrosesan daya. Diperkenalkan pula penggunaan diode untuk konversi ac ke dc. Konversi ac-dc secara umum akan dikenal dengan nama penyearah (rectifiers) .dan diode penyearah menyediakan tegangan keluaran dc yang pasti.agar mudah, diode selalu dianggap ideal.ideal ini berarti waktu reverse recovery ) dan drop tegangan maju diabaikan.
Bahan aktif dari dioda dimana dioda daya semikonktor terbentuk silikon, bahan semikonduktor, yaitu bahan dapat diklasifikasikan sebagai antara bahan isolasi dan melakukan, ketahanan menurun dengan kenaikan suhu.Silikon merupakan unsur dalam kelompok IV dari tabel periodik, dan memiliki empat elektron di orbit luar struktur atom. Jika elemen dari kelompok V ditambahkan, yaitu unsur yang memiliki lima elektron orbit luar, maka elektron bebas hadir dalam bentuk struktur elektron cristal bebas memungkinkan geatly meningkatkan konduksi, dan sebagai elektron bermuatan negatif seperti material adalah dikenal sebagai N-jenis semikonduktor. Jika silikon ditambahkan dan pengotor kelompok elemen dari kelompok III, yaitu, unsur memiliki elektron.maka orbit luar celah atau lubang muncul dalam struktur kristal yang dapat menerima elektron. Kesenjangan ini dapat dipertimbangkan untuk memberikan bermuatan positif dikenal sebagai lubang, yang akan memungkinkan konduksi sangat meningkat, sehingga bahan yang diolah dikenal sebagai semikonduktor tipe – p. Urutan dooping (pengotor penambahan) merupakan urutan dari 1 bagian 10 atom. Dalam semikonduktor type -n, pembawa mayoritas elektron saat ini mayoritas saat ini elektron minoritas membawa menjadi lubang. Cadangan berlaku
untuk
tipe
-p
semiconductor.depending
pada
derajat
dooping,
konduktivitas n atau p semikonduktor tipe sangat meningkat dibandingkan dengan thr murni silikon. ( Cyril W, Lander,1993 )
2.1.1
Prinsip Kerja Dioda
Hampir semua peralatan elektronika memerlukan sumber arus searah. Penyearah digunakan untuk mendapatkan arus searah dari suatu arus bolak-balik. Arus atau tegangan tersebut harus benar-benar rata tidak boleh berdenyut-denyut agar tidak menimbulkan gangguan bagi peralatan yang dicatu. Dioda semikonduktor hanya dapat melewatkan arus pada satu arah saja, yaitu pada saat dioda memperoleh catu arah/bias maju (forward bias). Karena di dalam dioda terdapat junction (pertemuan) dimana daerah semikonduktor type-p dan semi konduktor type-n bertemu. Pada kondisi ini dioda dikatakan bahwa dioda dalam keadaan konduksi atau menghantar dan mempunyai tahanan dalam
dioda relative kecil. Sedangkan bila dioda diberi catu arah/bias mundur (Reverse bias) maka dioda tidak bekerja dan pada kondisi ini dioda mempunyai tahanan dalam yang tinggi sehingga arus sulit mengalir. Apabila dioda silicon dialiri arus AC, maka yang mangalir hanya satu arah saja sehingga arus output dioda berupa arus DC. Dari kondisi tersebut maka dioda hanya digunakan pada beberapa pemakaian saja antara lain sebagai penyearah setengah gelombang (Half Wave Rectifier), penyearah gelombang penuh (Full Wave Rectifier), rangkaian pemotong (Clipper), rangkaian penjepit (Clamper) maupun pengganda tegangan (Voltage Multiplier). Untuk dapat memahami bagaimana cara kerja dioda kita dapat meninjau 3 situasi sebagai berikut ini yaitu : 1) Dioda Diberi Tegangan Nol
Gbr. 4 Dioda Diberi Tegangan Nol
Ketika dioda diberi tegangan nol maka tidak ada medan listrik yang menarik elektron dari katoda. Elektron yang mengalami pemanasan pada katoda hanya mampu melompat sampai pada posisi yang tidak begitu jauh dari katoda dan membentuk muatan ruang (Space Charge). Tidak mampunya elektron melompat menuju katoda disebabkan karena energi yang diberikan pada elektron melalui pemanasan oleh heater belum cukup untuk menggerakkan elektron menjangkau plate.
2) Dioda Diberi Tegangan Negatif (Reverse Bias)
Gbr. 5 Dioda Diberi Tegangan Negatif
Ketika dioda diberi tegangan negatif maka potensial negatif yang ada pada plate akan menolak elektron yang sudah membentuk muatan ruang sehingga elektron tersebut tidak akan dapat menjangkau plate sebaliknya akan terdorong kembali ke katoda, sehingga tidak akan ada arus yang mengalir. 3) Dioda Diberi Tegangan Positif (Forward Bias)
Gbr. 6 Dioda Diberi Tegangan Positif
Ketika dioda diberi tegangan positif maka potensial positif yang ada pada plate akan menarik elektron yang baru saja terlepas dari katoda oleh karena emisi thermionic, pada situasi inilah arus listrik baru akan terjadi. Seberapa besar arus
listrik yang akan mengalir tergantung daripada besarnya tegangan positif yang dikenakan pada plate. Semakin besar tegangan plate akan semakin besar pula arus listrik yang akan mengalir. Oleh karena sifat dioda yang seperti ini yaitu hanya dapat mengalirkan arus listrik pada situasi tegangan tertentu saja, maka dioda dapat digunakan sebagai penyearah arus listrik (rectifier). Pada kenyataannya memang dioda banyak digunakan sebagai penyearah tegangan AC menjadi tegangan DC.
2.1.2
Karakteristik Dioda
Dioda sebagai salah satu komponen aktif sangat popular digunakan dalam rangkaian elektronika, karena bentuknya sederhana dan penggunaannya sangat luas. Ada beberapa macam rangkaian dioda, diantaranya : penyearah setengah gelombang (Half-Wave Rectifier), penyearah gelombang penuh (Full-Wave Rectifier), rangkaian pemotong (Clipper), rangkaian penjepit (Clamper) maupun pengganda tegangan (Voltage Multiplier). Dioda terbagi atas beberapa jenis antara lain : · Dioda germanium · Dioda silikon · Dioda selenium · Dioda zener · Dioda cahaya (LED) Dioda
termasuk
komponen
elektronika
yang
terbuat
dari
bahan
semikonduktor. Beranjak dari penemuan dioda, para ahli menemukan juga komponen turunan lainnya yang unik. Dioda memiliki fungsi yang unik yaitu hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja. Struktur dioda tidak lain adalah sambungan semikonduktor P dan N. Satu sisi adala h semikonduktor dengan tipe P dan satu sisinya yang lain adalah tipe N. Dengan struktur demikian arus hanya akan dapat mengalir dari sisi P menuju sisi N. Karakteristik dasar dioda dikenal dengan karakteristik V-I. Karakterisik ini penting untuk dipahami agar tidak terjadi kesalahan dalam aplikasi dioda. Dalam karakteristik ini dapat diketahui keadaan-keadaan yang terjadi pada dioda ketika mendapat tegangan bias maju dan tegangan bias mundur.
Gbr. 7 Karakteristik dioda ( karakteristik V-I )
Jika kedua terminal dioda disambungkan ke sumber tegangan dimana tegangan anoda lebih positif dibandingkan dengan tegangan katoda, maka dioda dikatakan dalam keadaan bias maju. Sebaliknya, bila tegangan anoda lebih negatif dari katoda, dioda dikatakan dalam keadaan bias mundur.
2.2 Transistor Bipolar 2.2.1
Struktur Sambungan Transistor Bipolar
BJT
(Bipolar
Junction
Transistor)
tersusun
atas
tiga
material
semikonduktor terdoping yang dipisahkan oleh dua sambungan pn. Ketiga material semikonduktor tersebut dikenal dalam BJT sebagai emitter, base dan kolektor (Gambar 1). Daerah base merupakan semikonduktor dengan sedikit doping dan sangat tipis bila dibandingkan dengan emitter (doping paling banyak) maupun kolektor (semikonduktor berdoping sedang). Karena strukturnya fisiknya yang seperti itu, terdapat dua jenis BJT. Tipe pertama terdiri dari dua daerah n yang dipisahkan oleh daerah p (npn), dan tipe lainnya terdiri dari dua daerah p yang dipisahkan oleh daerah n (pnp). Sambungan pn yang menghubungkan daerah base dan emitter dikenal sebagai sambungan base-emiter (base-emitter junction), sedangkan sambungan pn yang menghubungkan daerah base dan kolektor dikenal sebagai sambungan base-kolektor (base-collector junction).
Gambar 1. Dua Jenis Bipolar Junction Transistor (BJT) Gambar 2 menunjukkan simbol skematik untuk bipolar junction transistor tipe npn dan pnp. Istilah bipolar digunakan karena adanya elektron dan hole sebagai muatan pembawa (carriers) didalam struktur transistor.
Gambar 2. Simbol BJT tipe npn dan pnp Prinsip Kerja Transistor Gambar 3 menunjukkan rangkaian kedua jenis transistor npn dan pnp dalam mode operasi aktif transistor sebagai amplifier. Pada kedua rangkaian, sambungan base-emiter (BE) dibias maju (forward-biased) sedangkan sambungan base-kolektor (BC) dibias mundur (reverse-biased).
Gambar 3. Forward-Reverse Bias pada BJT Sebagai gambaran dan ilustrasi kerja transistor BJT, misalkan pada transistor npn (gambar 4). Ketika base dihubungkan dengan catu tegangan positif dan emiter dicatu dengan tegangan negatif maka daerah depletion BE akan menyempit. Pencatuan ini akan mengurangi tegangan barrier internal sehingga muatan mayoritas (tipe n) mampu untuk melewati daerah sambungan pn yang ada. Beberapa hole dan elektron akan mengalami rekombinasi di daerah sambungan sehingga arus mengalir melalui device dibawa oleh hole pada base(daerah tipe-p) dan elektron pada emiter (daerah tipe-n ). Karena derajat doping pada emiter (daerah tipe n) lebih besar daripada base (daerah tipe p), arus maju akan dibawa lebih banyak oleh elektron. Aliran dari muatan minoritas akan mampu melewati sambungan pn sebagai kondisi reverse bias tetapi pada skala yang kecil sehingga arus yang timbul pun sangat kecil dan dapat diabaikan. Elektron banyak mengalir dari emiter ke daerah base yang tipis. Karena daerah base berdoping sedikit, elektron pada hole tidak dapat berekombinasi seluruhnya tetapi berdifusi ke dalam daerah depletion BC. Karena base dicatu negatif dan kolektor dicatu positif (reverse bias), maka depletion BC akan melebar. Pada daerah depletion BC, elektron yang mengalir dari emiter ke base akan terpampat pada daerah depletion BC. Karena pada daerah kolektor terdapat muatan minoritas (ion positif) maka pada daerah sambungan BC akan terbentuk medan listrik oleh gaya tarik menarik antara ion positif dan ion negatif sehingga
elektron tertarik kedaerah kolektor. Arus listrik kemudian akan mengalir melalui device.
Gambar 4. Prinsip Kerja npn BJT 2.3 Amplifier : Spesifikasi dan Karakteristik
Penguat operasional atau op-amp adalah rangkaian elektronik yang dirancang dan dikemas secara khusus sehingga dengan menambahkan komponen luar sedikit saja dapat dipakai untuk berbagal keperluan. Hingga kini, op-amp yang dibuat dan komponen-komponen diskrit dan dikemas dalam rangkaian tersebut masih dirasakan begitu mahal oleh para insinyur atau teknisi yang pernah menggunakannya. Namun, kini dengan teknologi rangkaian terpadu (IC) yang telah ditingkatkan, op-amp dalam bentuk kemasan IC menjadi jauh lebih murah dan amat luas pemakaiannya. Pada mulanya op-amp digunakan untuk rangkaian perhitungan analog, rangkaian pengaturan dan instrumentasi. Fungsi utamanya adalah untuk
melakukan operasi linier matematika (tegangan dan arus), integrasi dan penguatan. Kini op-amp dapat dijumpai di mana saja, dálam berbagai bidang: reproduksi suara, sistem komunikasi, sistem pengolahan digital, elektronik komersial, dan, aneka macam perangkat hobyist. Dalam konfigurasinya kita akan menemukan op-amp dengan masukan dan keluaran tunggal, masukan dan keluaran diferensial, atau masukan diferensial dan keluaran tunggal. Konfigurasi terakhir ini banyak digunakan dalam industri elektronika. Konflgurasi ini juga akan dipakai sebagai kerangka landasan dalam modul ini. Setiap orang yang terlibat dalam elektronika mau tak mau harus memahami kegunaan op-amp, mengetahui karakteristiknya, mampu mengenali konfigurasi dasar rangkaian op-amp dan mampu bekerjasama dengannya. 2.3.1
APAKAH OP-AMP ITU? Op-amp IC adalah peranti solid-state yang mampu mengindera dan
memperkuat sinyal masukan baik DC maupun AC. Op-amp IC yang khas terdiri atas tiga rangkaian dasar, yakni penguat diferensial impedansi masukan tinggi, penguat tegangan penguatan tinggi, dan penguat keluaran impedansi rendah (biasanya pengikut emiter push-pull).Penguat Diferensial Sebagai Dasar Penguat Operasional. Penguat
diferensial
adalah
suatu
penguat
yang
bekerja
dengan
memperkuat sinyal yang merupakan selisih dari kedua masukannya. Berikut ini adalah gambar skema dari penguat diferensial sederhana:
Penguat diferensial tersebut menggunakan komponen BJT (Bipolar Junction Transistor) yang identik / sama persis sebagai penguat. Pada penguat diferensial terdapat dua sinyal masukan (input) yaitu V1 dan V2. Dalam kondisi ideal, apabila kedua masukan identik (Vid = 0), maka keluaran Vod = 0. Hal ini disebabkan karena IB1 = IB2 sehingga IC1 = IC2 dan IE1 = IE2. Karena itu tegangan keluaran (VC1 dan VC2) harganya sama sehingga Vod = 0. Apabila terdapat perbedaan antara sinyal V1 dan V2, maka Vid = V1 – V2. Hal ini akan menyebabkan terjadinya perbedaan antara IB1 dan IB2. Dengan begitu harga IC1 berbeda dengan IC2, sehingga harga Vod meningkat sesuai sesuai dengan besar penguatan Transistor. Untuk memperbesar penguatan dapat digunakan dua tingkat penguat diferensial (cascade). Keluaran penguat diferensial dihubungkan dengan masukan penguat diferensial tingkatan berikutnya. Dengan begitu besar penguatan total (Ad) adalah hasil kali antara penguatan penguat diferensial pertama (Vd1) dan penguatan penguat diferensial kedua (Vd2). Dalam penerapannya, penguat diferensial lebih disukai apabila hanya memiliki satu keluaran. Jadi yang diguankan adalah tegangan antara satu keluaran dan bumi (ground). Untuk dapat menghasilkan satu keluaran yang tegangannya terhadap bumi (ground) sama dengan tegangan antara dua keluaran (Vod), maka salah satu keluaran dari penguat diferensial tingkat kedua di hubungkan dengan suatu pengikut emitor (emitter follower). Untuk memperoleh kinerja yang lebih baik, maka keluaran dari pengikut emiter dihubungkan dengan suatu konfigurasi yang disebut dengan totem-pole. Dengan menggunakan konfigurasi ini, maka tegangan keluaran X dapat berayun secara positif hingga mendekati harga VCC dan dapat berayun secara negatif hingga mendekati harga VEE. Apabila seluruh rangkaian telah dihubungkan, maka rengkaian tersebut sudah dapat dikatakan sebagai penguat operasional (Operational Amplifier (Op Amp)). Penjelasan lebih lanjut mengenai hal ini akan dilakukan pada sub bab berikut.
Perhatikan, lazimnya op-amp, memerlukan catu positif dan catu negatif. Karena catunya demikian, tegangan keluarannya dapat berayun positif atau negatif terhadap bumi. Karakteristik
op-amp
yang
terpenting
adalah:
Impedansi masukan amat tinggi, sehingga arus masukan praktis dapat diabaikan. Penguatan lup terbuka - amat tinggi. Impedansi keluaran amat rendah, sehingga keluaran penguat tidak terpengaruh oleh pembebanan. Berikut ini adalah karakteristik dari Op Amp ideal:
Penguatan tegangan lingkar terbuka (open-loop voltage gain) AVOL = ~
Tegangan ofset keluaran (output offset voltage) VOO = 0
Hambatan masukan (input resistance) RI = ~
Hambatan keluaran (output resistance) RO = 0
Lebar pita (band width) BW = ~
Waktu tanggapan (respon time) = 0 detik
Karakteristik tidak berubah dengan suhu Kondisi ideal tersebut hanya merupakan kondisi teoritis tidak mungkin
dapat dicapai dalam kondisi praktis. Tetapi para pembuat Op Amp berusaha untuk membuat Op Amp yang memiliki karakteristik mendekati kondisi-kondisi di atas. Karena itu sebuah Op Amp yang baik harus memiliki karakteristik yang mendekati kondisi ideal.
Simbol op-amp standar /dinyatakan dengan sebuah segitiga, seperti tampak pada Gambar diatas. Terminal-terminal masukan ada pada bagian atas segitiga. Masukan membalik dinyatakan dengan tanda minus (-). Tegangan DC
atau AC yang dikenakan pada masukan ini akan digeser fasanya 180 derajat pada keluaran. Masukan tak membalik dinyatakan dengan tanda plus (+). Tegangan DC atau AC yang diberikan pada masukan ini akan sefasa dengan, keluaran. Terminal keluaran diperlihatkan pada bagian puncak segitiga. Terminal-terminal catu dan kaki-kaki lainnya untuk kompensasi frekuensi atau pengaturan nol diperlihatkan pada sisi atas dan sisi bawah segitiga. Kaki-kaki ini tidak selalu diperlihatkan dalam diagram skematis, tapi secara implisit sudah dinyatakan.Hubungan daya mudah dipahami, hubungan-hubungan kaki lainnya belum tentu. terpakai semuanya. Tipe op-amp atau nomor produk berada di tengah-tengah segitiga. Rangkaian umum yang bukan menunjukkan op-amp khusus memiliki simbolsimbol
A1,
A2,
dan
seterusnya,
atau
OP-1,
OP-2,
dan
seterusnya.
Meskipun kita dapat menggunakan op-amp tanpa mengetahui secara tepat apa yang terjadi di dalamnya, tetapi akan lebih baik bila karakteristik kerjanya kita pahami dengan mempelajari rangkaian internalnya.
Gambar diatas menunjukkan diagram skematis IC op-amp 741 yang populer. Op-amp lainnya tak berbeda. Resistor dan kapasitor diusahakan sedikit mungkin dalam perancangan IC ini dan kalau mungkin digunakan transistor. Kapasitor kopling tidak dipakai di sini sehingga rangkaian dapat memperkuat sinyal DC sebagaimana sinyal AC. Kapasitor 30 pF yang
diperlihatkan akan memberikan kompensasi frekuensi internal, kelak akan dibicarakan pula dalam bab ini. Op-amp pada dasarnya terdiri atas tiga tahapan: penguat diferensial impedansi masukan tinggi, penguat tegangan berpenguatan tinggi dengan penggeser level (sehingga keluaran dapat berayun positif atau negatio, dan penguat keluaran impedansi rendah.
2.3.2
Fungsi Op-Amp
Mode loop terbuka Idealnya, penguatan op-amp adalah tak berhingga, namun kenyataannya
penguatan op-amp hanya mencapai kurang lebih 200.000 dalam modus lup terbuka. Dalam keadaan demikian tidak ada umpan balik dari keluaran menuju masukan dan penguatan tegangan (Av) maksimum, sebagaimana diperlihatkan dalam Gambar dibawah ini.
Dalam rangkaian praktisnya, adanya perbedaan tegangan sedikit saja pada masukan-masukannya akan menyebabkan tegangan keluaran berayun menuju level maksimum catu. Tegangan maksimum keluaran kurang lebih 90 % tegangan catu, karena. ada jatuh tegangan internal pada op-amp. (Lihat Gambar skematik dari op amp 741 diatasdan perhatikan komponen Q14, R9, R10, dan Q20). Keluaran dikatakan berada dalani keadaan saturasi (jenuh), dan dapat dinyatakan (salah satu) sebagai + Vsat atau -Vsat. Sebagai contoh, rangkaian opamp dalam modus lup terbuka dengan catu ( 15 V akan menghasilkan ayunan keluaran antara -13,5 V sampai +13,5 V. Dengan tipe rangkaian seperti ini op-amp amat tidak stabil, keluaran akan 0 V untuk selisih masukan 0 V juga,tapi bila ada sedikit beda tegangan pada masukannya, maka keluaran akan berada pada salah satu dari kedua level tegangan di atas. Modus lup terbuka terutama dijumpai pada rangkaian pembanding tegangan dan rangkaian detektor level.
Mode loop tertutup Keserbagunaan op-amp dibuktikan dalam penerapannya pada berbagai tipe
rangkaian dalam modus lup tertutup, seperti diperlihatkan dalam Gambar dibawah ini.
Komponen luar digunakan untuk memberikan umpan balik keluaran pada masukan membalik. Umpan balik akan menstabilkan rangkaian pada umumnya dan menurunkan derau. Penguatan tegangan (Av) akan lebih kecil daripada (<) penguatan maksimum.dalam modus lup terbuka.
Mode penguatan terkontrol Penguatan lup tertutup harus dapat dikendalikan pada satu nilai tertentu
dalam rangkaian praktis. Dengan
menambahkan sebuah resistor Rin pada
masukan membalik seperti pada dibawah ini, penguatan op-amp dapat diatur.
Perbandingan resistansi RF terhaadap Rin menentukan penguatan tegangan rangkaian dan besarya dapat dihitung dengan rumus : Rf Av = ———— Rin Tanda minus menunjukkan bahwa op-amp merupakan. Konfigurasi membalik tanda ini diabaikan dalam perhitungan misalkan Rin = 10 k( dan RF = 100 k( tegangan masukan 0,01 V akan menghasilkan tegangan keluaran 0,1 V. Bila R ini diubah menjadi 1 k( maka A, bertambah menjadi 100. Kini tegangan masukan sebesar 0,01 V akan menghasilkan tegangan keluaran 1V.
Mode penguatan satu Bila RF dan Rin sama besar, maka Av sama dengan 1, atau penguatannya
satu. Hubungan langsung dari keluaran menuju masukan juga menghasilkan penguatan
satu,
seperti
terlihat
pada
Gambar
dibawah
ini.
Dalam konfigurasi tak membalik ini, tegangan keluaran. sama dengan tegangan masukan dan Av, sama dengan + 1. Berbagai tipe penguatan ini akan digunakan dalam rangkaian rangkaian dasar selanjutnya dalam artikel ini untuk lebih memperjelas Anda akan fungsifungsi op-amp. Salah satu fungsi yang penting untuk diingat adalah hubungan polaritas masukan terhadap keluaran. Tegasnya, dikatakan bahwa bila masukan membalik lebih positif dibandingkan dengan masukan tak membalik, maka keluaran akan negatif. Demikian pula, jika masukan membalik lebih negatif dibandingkan
dengan masukan tak membalik, maka keluaran akan positif. Gambar di bawah ini menunjukkan fungsi yang penting ini, dengan .masukan tak membalik dibumikan atau nol volt.
2.3.3
Karakteristik Dan Parameter Op-Amp
Jika Anda paham akan karakteristik dan parameter peranti elektronik, tentunya akan lebih mudah bagi Anda untuk memahami penggunaannya dalam rangkaian. Dengan.mengetahui apa-apa yang bisa diharapkan . dari sebuah opamp, Anda akan dibantu dalam merancang dan memperbaiki rangkaian yang menggunakan op-amp. Pasal ini akan menjelaskan informasi-inforimasi yang bertalian dengan karakteristik dan prameter op amp yang dipakai dalam rangkaian pada umumnya.
Impedansi masukkan Idealnya impedansi masukkan op amp adalah tak terhingga, namun dalam
kenyataannya hanya mencapai 1 M( atau lebih, berberapa op amp khusus ada yang memiliki impedansi masukkan 100 M (semakin tinggi impendansi masukkan semaikin baik penampilan op amp tersebut, pada frekuensi tinggi kapasitansi masukkan op amp banyak berpengaruh lazimnya kapasitansi ini kurang dari 2 pF, bila sebuah terminal masukkan op amp dibumikan.
Impedansi Keluaran Idealnya, impedansi keluaran adalah nol. Kenyataannya, berbeda beda
untuk setiap op-amp. Impedansi keluaran bervariasi antara 25 sampai ribuan ohm. Untuk kebanyakan pemakaian, impedansi keluaran dianggap nol, sehingga op-
amp akan dianggap berfungsi sebagai sumber tegangan yang mampu memberikan arus dari berbagai macam beban. Dengan impedansi masukan yang tinggi dan impedansi keluaran yang rendah op-amp akan berperan sebagai peranti penyesuai impedansi.
Arus Bias Masukan Secara teoritis impedansi masukan tak berhingga. besarnya, sehingga
seharusnya tak ada arus masukan. Namun, akan ada sedikit arus masukan, pada khususnya dalam ordo pikoampere sampai mikroampere. Harga rata-rata kedua arus ini dikenal sebagai arus bias masukan. Arus ini dapat menggoyahkan kestabilan op-amp, sehingga mempengaruhi keluaran. Pada umumnya makin rendah arus bias masukan, kian rendah pula kelabilannya. Op-amp yang menggunakan transistor efek medan (FET) pada masukan-masukannya memiliki arus bias masukan terendah.
Tegangan Offset Keluaran Tegangan offset keluaran (tegangan kesalahan) disebabkan oleh arus bias
masukan. Bila tegangan kedua masukan sama besar, keluaran op-amp akan nol volt. Namun jarang ditemukan kejadian seperti ini, sehingga pada keluarannya akan ada sedikit tegangan. Keadaan seperti ini dapat diatasi dengan teknik penolan offset, yaitu dengan menambahkan arus atau tegangan offset masukan.
Arus Offset Masukan Kedua arus masukan seharusnya sama besar sehingga tegangan keluarn
nol. Tapi ini tidak mungkin, karena itu harus ditambahkan arus offset masukan untuk menjaga supaya keluaran tetap nol volt. Dengan perkataan lain, untuk. memperoleh keluaran nol volt, sebuah masukan mungkin menarik arui lebih besar daripada lainnya. Arus offset ini dapat mencapai 20 mA.
Tegangan Offset Masukan Idealnya, tegangan keluaran op-amp nol manakala tegangan kedua
masukan nol. Namun, berkenaan dengan penguatan op-amp yang tinggi, adanya sedikit ketakseimbangan dalam rangkaian akan mengakibatkan munculnya tegangan keluaran. Dengan memberikan sedikit tegangan offset pada sebuah masukannya, tegangan keluaran dapat dinolkan kembali.
Penolan Offset Ada bermacam-macam cara pemberian tegangan offset masukan untuk
menolkan kembali tegangan keluaran. Pabrik-pabrik op-amp telah memasukkan hal ini ke dalam perhitungan dan dalam. lembaran data mereka telah diberikan rekomendasi terbaik untuk op-amp-op-amp tertentu. Gambar dibawah ini menunjukkan cara menolkan op-amp yang khas. Terminal-lerminal offset nol telah diperlihatkan dalam Gambar sebelumnya.
Prosedur berikut menjelaskan urutan kerja penolan tegangan keluaran. 1. Pastikan bahwa rangkaian telah dilengkapi dengan komponenkomponen yang dihutuhkan, termasuk rangkaian penolan. (Rangkaian penolan biasanya tidak ditunjukkan dalam diagram skematisnya). 2. Perkecil sinyal masukan sampai nol. Bila resistor masukan seri kira-kira 1% lebih tinggi daripada impedansi sumber sinyal, tak perlu diapa-apakan lagi keadaan ini. Bila resistor seri sama atau lebih kecil daripada impedansi sumber, gantilah setiap sumber Resistor pengatur teganganoffset dengan resistor yang sepadan dengan impedansinya. 3. Hubungkan beban pada terminal keluaran. 4. Masukan catu DC dan tunggulah beberapa menit agar rangkaian mantap keadaannya.
5. Hubungkan sebuah voltmeter yang peka (mampu memberikan pembacaan beberapa milivolt) atau Osiloskop yang dikopel DC pada beban untuk membaca tegangan kelu'aran (Vout). 6. Putarlah resistor variabel sampai Vout terbaca nol. 7. Lepaskan setiap komponen tambahan pada masukan dan hubungkan kembali masukan-masukan sumber, pastikan tidak menyentuh resistor pengatur tegangan offset, karena dapat mengubah nilainya.
Pengaruh Temperatur Perubahan temperatur mempengaruhi semua peranti solid state, tak
terkecuali op-amp. Rangkaian DC yang menggunakan op-amp cenderung lebih rentan terhadap pengaruh ini dibandingkan rangkaian AC. Perubahan temperatur dapat menyebabkan perubahan arus offset dan tegangan offset, inilah yang disebut geseran. Drift yang disebabkan oleh temperatur akan mengganggu setiap ketakseimbangan op-amp yang telah diatur sebelumnya, akibatnya pada keluaran akan terjadi kesalahan.
Kompensasi Frekuensi Karena penguatan op-amp yang tinggi dan adanya pergeseran fasa antar
rangkaian internal, maka pada frekuensi tinggi tertentu sebagian sinyal keluaran akan diumpankan kembali ke dalam masukan, sehingga terjadi osilasi. Tidak jarang orang menambahkan kapasitor kompensasi pada op-amp, entah secara internal maupun eksternal, tujuannya adalah untuk mencegah osilasi ini dengan jalan menurunkan penguatan op-amp ketika frekuensi dinaikkan.
Laju Lantingan Laju lantingan atau slew rate adalah laju perubahan maksimum tegangan
keluaran op-amp. Laju ini dinyatakan sebagai: Perubahan laju tegangan keluar g = ——————–––––––––––––––––—— Perubahan waktu
Op-amp 741 serba guna memiliki laju lantingan 0,5 V/(s, yang berarti tegangan keluaran maksimum dapat berubah 0,5 V dalam I (s. Kapasitansi membatasi kemampuan "pelantingan" ini dan keluaran akan mengalami
penundaan setelah diumpankan masukan, seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 7. Lebih kerap lagi, kapasitor kompensasi frekuensi, entah internal maupun eksternal, menyebabkan pembatasan kemampuan laju lantingan di dalam op amp
Pada frekuensi-frekuensi tinggi atau pada laju perubahan sinyal yang tinggi, pembatasan-laju lantingan lebih sering terjadi. Laju lantingan adalah parameter penampilan -sinyal besar. Biasanya laju lantingan dinyatakan pada penguatan satu. Op-amp dengan laju lantingan lebih tinggi memiliki lebar-jalur yang lebih besar. Tanggapan
Frekuensi
Penguatan
op-amp turun
terhadap
kenaikan
frekuensi. Penguatan yang.diberikan pabrik biasanya dinyatakan pada nol Hertz atau DC. Gambar 8 menunjukkan kurva penguatan tegangan terhadap tanggapan frekuensi. Dalam modus lup terbuka, penguatan turun amat cepat sejalan dengan peningkatan frekuensi. Bila frekuensi naik 10 kali maka penguatan turun menjadi 1/10 kalinya. Titik breakover terjadi pada 70,7% penguatan maksimum. Lazimnya lebar-jalur dinyatakan pada titik di mana penguatan turun 70,7% dari skala maksimumnya. Karena itu, lebar-jalur lup terbuka sekitar 10 Hz untuk contoh ini. Untungnya, op-amp biasanya memerlukan umpan balik yang sifatnya degeneratif dalam rangkaian-rangkaian penguat. Umpan balik inilah yang memperlebar jalur rangkaian. Untuk penguatan lup tertutup sebesar 100, lebar-jalur meningkat sampai kira-kira 100 kHz. Bila penguatan diturunkan menjadi l0, lebar-jalur akan
melebar menjadi 100 kHz, Titik penguatan satu terjadi pada 1 MHz, titik ini disebut frekuensi penguatan satu. Frekuensi penguatan satu merupakan titik acuan, pada titik inilah kebanyakan op-amp dinyatakan oleh pabriknya. Perkalian Penguatan Lebar jalur Perkalian penguatan lebar-jalur atau gain-bandwidth product (GBP) sama saja dengan frekuensi penguatan satu. Sifat ini tidak hanya memberitahu kita akan frekuensi atas yang bermanfaat, tetapi juga memungkinkan kita menentukan lebar-jalur lebar-jalur frekuensi) pada suatu nilai penguatan yang diketahui. Sebagai contoh lihat Gambar dibawah yang menunjukkan kurva tanggapan frekuensi untuk op-amp yang dikompensasi frekuensi, seperti 741), bila Anda mengalikan penguatan dan lebar-jalur dari suatu rangkaian tertentu, hasil yang diperoleh akan sama dengan frekuensi penguatan satu:
penguatan dan lebar-jalur dari suatu rangkaian tertentu, hasil yang diperoleh akan sama dengan frekuensi penguatan satu: GBP = penguatan x lebar-jalur = frekuensi penguatan satu = 100 x 10 kHz = 1000000 Hz (1 MHz) atau GBP = 10 x 100 kHz = 1000000 Hz (1 MHz)
Karena itu bila kita ingin mengetahui batas atas frekuensi atau lebar jalur suatu rangkaian dengan penguatan sebesar 100, tinggal kita bagi saja frekuensi penguatan satu dengan penguatannya: Frekuensi penguatan satu Lebar jalur = ——————–––––––––––––– Penguatan
1000000 BW
= ———— = 10 Khz 100
Derau Sebagaimana rangkaian elektronika lainnya, op-amp juga peka terhadap
derau. Derau luar dijangkitkan oleh peranti listrik atau berasal dari derau bawaan komponen-komponen elektronik (resistor, kapasitor, dan sebagainya) yang beroperasi dalam daerah frekuensi dari 0,01 Hz sampai beberapa MHz. Derau luar ini dapat ditindas asalkan rangkaian dirakit dengan benar. Derau internal opamp ditimbulkan oleh komponen-komponen internal, arus bias, dan juga drift. Derau-derau ini ikut diperkuat oleh op-amp, sebagaimana halnya tegangan offset dan tegangan sinyal. Penguatan derau dinyatakan dalam
penguatan derau = 1 + RF/Rin
Derau internal dapat diperkecil dengan menggunakan resistor masukan seri dan resistor umpan bahk sekecil mungkin yang masih memenuhi persyaratan rangkaian. Pemintasan resistor umpan balik dengan sebuah kapasitor kecil (3 pF) juga akan menurunkan penguatan derau pada frekuensi-frekuensi tinggi. Perbandingan Penolakan Modus Sekutu (CMAR = Common Mode Rejection Ratio). CMRR adalah suatu sifat yang bertalian dengan penguat diferensial. Bila tegangan-tegangan yang sama fasanya diumpankan ke dalam masukan-masukan penguat, keluaran akan nol. Hanya perbedaan tegangan pada masukan yang akan menghasilkan keluaran. Sebagai contoh, sinyal 1020 Hz diberikan pada masukan membalik op-amp, seperti terlibat pada Gambar dibawah
ini. Frekuensi yang sama diberikan pada masukan tak membalik tapi fasanya berbeda 180 derajat.
Ini adalah sinyal diferensial. Tapi, sinyal 1020 Hz tadi telah tercemari oleh derau jala-jala 60 Hz. Sinyal 60 Hz ini sefasa pada kedua masukannya dan menyatakan sinyal modus sekutu. Penguat diferensial cenderung menolak sinyal modus sekutu 60 Hz ini sambil menguatkan sinyal diferensial 1020 Hz. Kemampuan suatu op-amp untuk memperkuat sinval diferensial sambil menindas sinyal modus sekutu disebut perbandingan penolakan modus sekutu (CMRR). Perbandingan ini dinyatakan dalam :
Ad CMRR = ———— Acm
Dengan Ad adalah penguatan diferensial dan & Acm adalah penguatan modus sekutu. CMRR biasanya dinyatakan dalam desibel, dan tinggi nilainya kian baik tingkat penolakannya.
Perlindungan Hubung Singkat Op-amp dapat menjangkitkan arus yang membahayakan bila keluarannya
terhubung singkat ke bumi, +Vc atau -Vc, dari catu, kecuali bila dilengkapi perlindungan hubung singkat. Transistor Q15 yang diperlihatkan dalam Gambar skema op amp 741 adalah peranti pembatas arus yang memberikan perlindungan ini. Kebanyakan tipe op-amp belakangan ini dilengkapi dengan pelindung hubung singkat semacam ini, namun tipe-tipe lama belum dilengkapi.
Pembatasan Listrik Seperti juga peranti-peranti solid state yang lain, op-amp memiliki
kendala-kendala listrik yang tak boleh dilanggar, agar mereka bekerja dengan benar dan tidak terjadi perusakan. Kendala ini biasanya disebut dengan tarif maksimum absolut. Catu daya ± V. Tegangan maksimum yang masih aman yang boleh dikenakan pada peranti, termasuk catu positif dan negatif. Disipasi daya. Besarnya panas yang masih aman yang dapat dilepaskan oleh peranti untuk suatu pengoperasian yang kontinyu dalam selang waktu yang diberikan Tegangan masukan diferensial. Tegangan masukan dalam batas aman yang boleh diberikan di antara kedua masukan tanpa Tegangan masukan. Tegangan maksimum- yang masih dapat diberikan di antara terminal-terminal masukan dan bumi. Besarnya tegangan masukan ini tak boleh melampaui tegangan catu (biasanya 15 V). Lama hubung singkat keluaran. Selang waktu op-amp dapat bertahan terhadap, hubung singkat langsung dari terminal keluaran ke bumi atau ke terminal catu. lainnya. Kisar temperatur pengoperasian. Daerah temperatur di mana opamp akan bekerja sesuai dengan spesifikasi yang diberikan. Peranti komersial bekerja pda 0 – 70oC, peranti industri bekerja pada -25 – 85 o C, dan peranti militer bekerja pada -55 – 125o C. Kisar temperatur penyimpanan. Batas-batas temperatur penyimpanan yang masih aman, lazimnya -65 – 150o C. Temperatur kaki. Temperatur di mana peranti dapat bertahan dalarn selang waktu tertentu. ketika proses penyolderan kaki-kaki terminal sedang berlangsung. Tarif ini biasanya 300o C untuk selang waktu 10- - 60 detik.
2.4 Sistem Komunikasi
Model
komunikasi
data
merupakan
bentuk-bentuk
atau
tatacara
berkomunikasi antara satu lokasi ke lokasi lain dengan sedikitnya mempunyai tiga komponen, yaitu sumber (pengirim), media transmisi, penerima. Selain ketiga komponen tersebut data yang dikomunikasikan (message) dan protocol juga berperan penting dalam hal ini. Seperti ilustrasi pada gambar dibawah ini :
Type komunikasi data :
Komunikasi data Simplex
Pengertian Simplex ialah jenis komunikasi satu arah, dimana arah informasi hanya dari pengirim ke penerima saja dan tidak bisa sebaliknya. Contohnya paging, pada paging pesawat penerima hanya bisa menerima pesan yang dikirim oleh stasiun pengirim dan tidak bisa menngirim balik (reply) pesan ke penerima dengan menggunakan pesawat paging tersebut. Contoh lain dari komunikasi simplex ini ialah siaran radio dan televisi .
Keuntungan Simplex Dalam jalur atau media transmisi berjalan satu arah. Kelemahan Simplex 1. Data yang dikirim hanya kesatu arah saja 2. Pengirim dan penerima tugasnya tetap 3. Metode ini paling jarang digunakan dalam komunikasi data
Komunikasi data duplex
Duplex adalah sebuah istilah dalam bidang telekomunikasi yang merujuk kepada komunikasi dua arah.Komunikasi data duplex dibagi menjadi dua bagian yaitu komunikasi data half duplex dan komunikasi data full duplex. 1. Komunikasi data Half Duplex
Ialah jenis komunikasi dua arah, tapi kedua pihak yang berkomunikasi tidak dapat melakukan pengiriman informasi pada saat yang bersamaan, tapi harus bergantian. Pada saat user A mengirimkan infomasi maka user B harus bertindak sebagai penerima. Contoh paling sederhana adalah walkie-talkie, di mana dua penggunanya harus menekan sebuah tombol untuk berbicara dan melepaskan tombol tersebut untuk
mendengar.
Ketika
dua
orang
menggunakan walkie-talkie untuk
berkomunikasi pada satu waktu tertentu, hanya salah satu di antara mereka yang dapat berbicara sementara pihak lainnya mendengar. Jika kedua-duanya mencoba untuk berbicara secara serentak, kondisi "collision" (tabrakan) pun terjadi dan kedua pengguna walkie-talkie tersebut tidak dapat saling mendengarkan apa yang keduanya kirimkan.
Keuntungan Half Duplex :
Dapat mengirim dan menerima informasi. Kelemahan Half Duplex :
a. Pada half duplex kedua station dapat mengirim dan menerima data, namun tidak terjadi pada waktu yang sama b. User hanya bisa mengirim atau menerima informasi saja
2.
Komunikasi data Full Duplex Ialah jenis komunikasi dua arah, dimana masing-masing user dapat
melakukan pengiriman ataupun penerimaan informasi pada saat yang bersamaan. Jadi tergantung apakah lawan bicara sedang melakukan pengiriman informasi ataupun tidak. Contohnya : Handphone, Telephone. Keuntungan Full Duplex a. Pada full-duplex terdapat sharing pada jalurnya agar kedua sinyal dengan arah yang berbeda dapat berjalan. b.
Tersedia dua buah jalur fisik yang memisahkan arah jalur, satu jalur untuk mengirim dan satu jalur lagi untuk menerima.
c. Kedua station dapat mengirim dan menerima data secara simultan.
Kelemahan Full Duplex
Tidak dapat menerima informasi apabila salah satu lawan bicara tidak aktif (offline).
2.3.1 Komponen-komponen Komunikasi.
Komponen komunikasi maksudnya yakni suatu piranti yang menjadi syarat terbentuknya komunikasi data. Komponen-komponen komunikasi data antara lain adalah sebagai berikut
Message Suatu message bisa dikatakan sebagai data atau informasi yang
akan
dikomunikasikan (dikirim dan diterima). Message ini bisa berupa
apa saja, teks, angka, gambar, suara, video, atau kombinasi dari s emuanya.
Sender adalah suatu alat yang digunakan untuk mengirimkan message.
Alat ini tidak hanya komputer, bisa juga alat lainnya seperti hand phone, video kamera, dan lainnya yang sejenis.
Receiver sama dengan sender, bedanya receiver berfungsi sebagai alat
yang dituju untuk menerima message yang dikirim dari sender.
Medium adalah media transmisi yang bisa dikatakan sebagai "perantara"
untuk mengantarkan message dari sender ke receiver. Media transmisi ini bisa saja berupa kabel (twisted pair, coaxial, fiber-optic), laser, atau gelombang radio.
Protocol adalah sekumpulan aturan yang harus disepakati oleh dua atau
lebih alat untuk dapat saling berkomunikasi. Tanpa protocol, dua alat atau lebih mungkin saja bisa saling terhubung tetapi tidak dapat saling berkomunikasi, sehingga message yang dikirim tidak dapat diterima oleh alat yang dituju. Untuk mudahnya protocol bisa dianggap sebagai bahasa komunikasi, seseorang yang berkomunikasi menggunakan bahasa Jawa tidak akan bisa dimengerti oleh orang lain yang hanya bisa berbahasa Cina. 2.3.2
Media Pengiriman Data
Media
pengiriman
data
(transmisi
data)
adalah
media
yang
menghubungkan antara pengirim dan penerima informasi (data), karena jarak yang jauh, maka data terlebih dahulu diubah menjadi kode/isyarat, dan isyarat inilah yang akan dimanipulasi dengan berbagai macam cara untuk diubah kembali menjadi data. Media transmisi digunakan pada beberapa peralatan elektronika untuk menghubungkan antara pengirim dan penerima supaya dapat melakukan pertukaran data. Beberapa alat elektronika, se perti telepon, komputer, televisi, dan radio membutuhkan media transmisi untuk dapat menerima data. Seperti pada pesawat telepon, media transmisi yang digunakan untuk menghubungkan dua buah telepon adalah kabel. Setiap peralatan elektronika memiliki media transmisi yang berbeda-beda dalam pengiriman datanya. Media yang digunakan untuk pengiriman data dan jenis data yang dikirimnya antara lain : a. Kabel Unitrans. Kabel jenis ini merupakan kabel yang paling luas penggunaannya karena dipergunakan untuk jaringan telepon. Kabel ini terbuat dari tembaga dimana beberapa pasang kabel di untir dan dijadikan satu. Guna mempertinggi kualitas kabel, seringkali setiap pasang kabel akan saling di untir sehingga disebut sebagai kabel untir-an. b. Kabel Coaxial Pada jenis ini, kabel utama yang terbuat dari tembaga akan di kelilingi oleh anyaman halus kabel tembaga lainnya dan diantaranya terdapat
isolasi. Dari sudut harga, kabel ini lebih mahal apabila dibanding dengan kabel untiran, tetapi kualitas yang diberikan juga lebih baik. c. Fiber Optic Cable (Serat Optik). Dewasa ini terdapat usaha untuk menggunakan cahaya sebagai media komunikasi. Data yang ada akan dibawa oleh cahaya, dan untuk menyalurkan cahaya yang membawa data tersebut, diperlukan adanya suatu jenis kabel yang khusus, dan kabel inilah yang disebut sebagai fiber optic cable ataupun serat fiber. Fiber optic terdiri atas suatu gelas fiber yang sangat tipis dan dapat dipergunakan untuk menyalurkan data dalam jumlah dan kecepatan yang sangat tinggi. d. Gelombang Radio-AM Sinyal yang berbentuk analog, juga dapat ditransmisikan melalui udara, seperti misalnya: gelombang radio. AM-Radio yang merupakan singkatan dari Amplitude Modulation, dapat menangkap sinyal pada frekuensi yang sama, dan dengan kekuatan dan amplitude yang dimiliki nya, dapat lah menggerakkan informasi kearah yang dituju. e. Pemancar Radio-FM /Station Televisi Pemancar radio-FM dan station televisi juga dapat digunakan untuk menyalurkan gelombang analog. Dalam hal ini, Station televisi ataupun pemancar
Radio-FM
(Frekuensi
Modulation)
akan
ng
mendiami
gelombang antara 54 hingga 806 megahertz (millions of cycles per second) f. Radio Komunikasi Gelombang Pendek. Dalam hal ini, radio komunikasi gelombang pendek banyak digunakan oleh kalangan tertentu, misalnya ORARI ataupun kepolisian, juga dapat dimanfaatkan untuk membawa sinyal analog ke tempat yang dituju. Radio komunikasi gelombang pendek memiliki frekuensi yang lebih tinggi jika dibanding dengan frekuensi yang dimiliki oleh pemancar radio-AM g. Telephone Cellular Telepon seluler ataupun telepon genggam, ataupun telepon mobil yang bekerja
pada
frekuensi
825 hingga 890
megahertz,
dimanfaatkan sebagai suatu media transmisi komunikasi data.
juga
dapat
h. Gelombang Mikro. Komunikasi data melalui gelombang electromagnet (udara) yang paling banyak digunakan adalah dengan gelombang mikro atau microwave. Cara ini bisa menjangkau jarak yang sangat jauh, sehingga banyak kalangan industri ataupun pribadi yang menggunakannya untuk memindahkan/ menyalurkan suara, video ataupun data komunikasi i.
Satelit Penggunaan satelit dirancang untuk mengurangi biaya pada pengiriman jarak yang sangat jauh. Apabila digunakan gelombang mikro, maka diperlukan banyak sekali station pemancar bumi yang harus dibangun. Disamping itu juga harus diingat adanya lautan yang memisahkan daratan satu dengan lainnya. Dengan menggunakan satelit, maka permasalahan yang ada bisa diatasi. Satelit secara umum bekerja pada frekuensi antara dua hingga 40 gigahertz (billion of hertz)
2.3.3
Sinyal Analog dan Digital
a. Sinyal Analog
Signal analog adalah signal yang berupa gelombang elektromagnetik yang berbentuk sinusiodal dan bergerak atas dasar frekuensi. Frekuensi adalah jumlah getaran bolak balik sinyal analog dalam satu siklus lengkap per detik. Satu siklus lengkap terjadi saat gelombang berada pada titik bertegangan nol, menuju titik bertegangan positif tertinggi pada gelombang, menurun ke titik tegangan negatif dan menuju ke titik nol kembali (lihat gambar). Semakin tinggi kecepatan atau frekuensinya semakin banyak siklus lengkap yang terjadi pada suatu periode tertentu. Kecepatan frekuensi tersebut dinyatakan dalam hertz. Sebagai contoh sebuah gelombang yang berayun bolak-balik sebanyak sepuluh kali tiap detik berarti memiliki kecepatan sepuluh hertz.
Signal analog dapat digunakan dalam media tertutup seperti kabel coaxial, TV kabel dan kabel tembaga . Signal analog dapat pula digunakan melalui medium terbuka seperti gelombang mikro, telepon rumah tanpa kabel dan telepon seluler. Kerugian yang ditimbulkan pada sinyal sistem analog : Pengiriman signal analog dapat dianalogikan mengirim air lewat pipa. Aliran pipa kehilangan tenaganya saat disalurkan melalui sebuah pipa. Semakin jauh pipa semakin banyak tenaga yang berkurang dan aliran semakin menjadi lemah. Demikian pula signal analog akan menjadi lemah setelah melewati jarak yang jauh. Selain bertambah jauh signal analog juga memungut interferensi elektrik atau “noise” dari dalam jalur. Kabel listrik, petir dan mesin -mesin listrik semua menginjeksikan noise dalam bentuk elektrik pada signal analog. Untuk mengatasi kelemahan tersebut maka diperlukan alat penguat signal yang disebut amplifier. b. Sinyal Digital
Sinyal digital merupakan hasil teknologi yang dapat mengubah signal menjadi kombinasi urutan bilangan 0 dan 1 (juga dengan biner), sehingga tidak mudah terpengaruh oleh derau, proses informasinya pun mudah, cepat dan akurat, tetapi transmisi dengan isyarat digital hanya mencapai jarak jangkau pengiriman data yang relatif dekat. Biasanya isyarat ini juga dikenal dengan isyarat diskret. Sinyal yang mempunyai dua keadaan ini biasa disebut dengan bit. Bit merupakan istilah khas pada isyarat digital. Sebuah bit dapat berupa nol (0) atau satu (1). Kemungkinan nilai untuk sebuah bit adalah 2 buah (21). Kemungkinan nilai untuk 2 bit adalah sebanyak 4 (22), berupa 00, 01, 10, dan 11. Secara umum, jumlah kemungkinan nilai yang terbentuk oleh kombinasi n bit adalah sebesar 2n buah. System digital merupakan bentuk sampling dari sistem analog. digital pada dasarnya di code-kan dalam bentuk biner (atau Hexa). besarnya nilai suatu system digital dibatasi oleh lebarnya / jumlah bit (bandwidth). jumlah bit juga sangat mempengaruhi nilai akurasi system digital. Contoh System digital dengan lebar 1 byte (8 bit). maka nilai-nilai yang dapat dikenali oleh system adalah bilangan bulat dari 0 - 255 (256 nilai : 2 pangkat 8).
Kita bandingkan dengan system analog -- di antara angka 0 s/d 255 --... system analog dapat menghasilkan nilai sebanyak tidak terhingga (0..0,0002... dst). Namun dengan semakin lebarnya bandwidth digital (bisa hampir 3 G Byte) dijaman sekarang ini membuat semakin tipisnya perbedaan antara digital dan analog system.
Siklus gelombang Digital
Signal digital ini memiliki berbagai keistimewaan yang unik yang tidak dapat ditemukan pada teknologi analog yaitu :
Mampu mengirimkan informasi dengan kecepatan cahaya yang dapat membuat informasi dapat dikirim dengan kecepatan tinggi.
Penggunaan yang berulang – ulang terhadap informasi tidak mempengaruhi kualitas dan kuantitas informasi itu sendiri.
Informasi dapat dengan mudah diproses dan dimodifikasi ke dalam berbagai bentuk.
Dapat memproses informasi dalam jumlah yang sangat besar dan mengirim.nya secara interaktif.
BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan 1. Dioda merupakan komponen semikonduktor yang paling sederhana. Kata
dioda berasal dari pendekatan kata yaitu dua elektroda yang mana (di berarti dua) mempunyai dua buah elektroda yaitu anoda dan katoda. 2. Dioda semikonduktor hanya dapat melewatkan arus pada satu arah saja,
yaitu pada saat dioda memperoleh catu arah/bias maju (forward bias). 3. Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat,
sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi dimana berdasarkan arus input (BJT) atau tegangan input (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya 4. Transistor merupakan komponen semikonduktor yang terdiri atas sebuah
bahan type P dan diapit oleh dua bahan type N ( transistor NPN) atau terdiri atas sebuah bahan type N dan diampit oleh dua type P (transistor PNP) 5. Model
komunikasi
data
merupakan
bentuk-bentuk
atau
tatacara
berkomunikasi antara satu lokasi ke lokasi lain dengan sedikitnya mempunyai tiga komponen, yaitu sumber (pengirim), media transmisi, penerima. 6. Komponen komunikasi maksudnya yakni suatu piranti yang menjadi
syarat terbentuknya komunikasi data.
3.2 Saran Pembaca lebih meningkatkan pengetahuan dengan membaca sumber lain yang lebih lengkap,meningkatkan kemampuan dalam bidang elektronika dan menemukan hal hal baru yang lebih bermanfaat bagi orang lain.
