Teori & Rumus Induktansi pada Induktor

Arus Listrik Pada Induktor

jika sebuah induktor dialiri arus listrik (DC) maka akan timbul induksi medan listrik pada setiap lilitan kawatnya dengan arah yang sama hal ini disebut induksi diri (self induction), besar akumulasi induksi medan listrik tiap lilitan kawat pada induktor disebut fluks magnetik (magnetics flux), kuat medan magnet yang ditimbulkan akibat medan listrik pada induktor berubah-ubah terhadap waktu, perubahan ini mengakibatkan timbulnya induksi gaya gerak listrik (ggl) atau sering disebut "electromotive force" (emf).

Induktansi Diri (Self Inductance)

emf yang terjadi akan menghasilkan arus yang menentang setiap perubahan fluks magnetik, penentangan ini disebut dengan induktansi diri (self inductance). pernyataan ini sesuai hukum lenz yang dikemukan oleh Heinrich Friedrich Lenz (1804 - 1865). besaran satuan nilai induktansi dinyatakan dalam Henry (H), sebuah induktor dikatakan memiliki nilai induktansi sebesar 1H, jika perubahan arus yang mengaliri pada rating 1ampere/detik menginduksi tegangan 1volt didalamnya. definisi ini dapat dirumuskan sebagai berikut :

L = 1.H  = 1.V.(di/dt)  = 1.V/(ampere/detik)

Semakin banyak jumlah lilitan dalam sebuah induktur maka semakin bertambah juga nilai induktansinya. Besarnya nilai induktansi terhadap jumlah lilitan pada suatu induktor dapat dihitung dengan rumus: 

L = N x (φ/I)

 

dimana: L = induktansi (H), N = jumlah lilitan, φ = fluks magnetik (Weber/Wb), I = arus (A)

koefesiensi induktansi diri sebuah induktor tergantung dari konstruksinya seperti : jumlah lilitan kawat, jarak antar lilitan, besar inti pusat dll. Oleh karena untuk mendapatkan induktor dengan koefesiensi induksi diri yang sangat tinggi bisa dengan menggunakan kore ( pusat inti) dengan permeabilitas tinggi, dan merubah jumlah lilitan, sehingga fluks magnetik yang dihasilkan dapat dihitung dengan rumus :

φ = B x A

dimana : φ = besar magnetik fluks (Wb), B = kerapatan fluks, A = luas area (m²)

jika sebuah induktor dapat diketahui jumlah lilitan (N), maka induksi magnetik/kerapatan fluks(B) dalam inti, dapat diketahui dengan rumus :

_{B =  µo x H  = N x (I/l)}

untuk menggabungkan pernyataan rumus persamaan diatas maka untuk mengetahui nilai induktansi sebuah induktor dapat diketahui dengan uraian rumus:

_{L = N x (φ /I) = N x ((BxA)/I)   =  (µo x N x I)/(l x I)}

dan pengelompokan dari peryataan diatas, maka nilai induktansi dari sebuah induktor dapat sederhanakan dengan rumus persamaan akhir sebagai berikut:

Dimana: L = induktasni (H), N = jumlah lilitan, µ_{o = panjang Permeabilitas (4.π.10-7)}, l = panjang koil dalam meter

Tegangan emf

disebabkan oleh hukum faraday yang dikemukan oleh michael faraday bahwa semakin cepat perubahan medan magnet maka emf yang diinduksikan akan semakin besar. besar tegangan emf pada induktor adapat dihtiung dengan rumus :

 Vemf = L x (di/dt)

dimana : Vemf = tegangan emf (V), L = induktansi (H), di/dt = tingkat perubahan arus (ampere/detik) 
 

Contoh Soal

Jika sebuah induktor dengan inti udara (air core) terdiri  100 lilitan kawat,dan menghasilkan fluks magnet sebesar 10mWb, jika arus DC yang mengalir sebesar 5A,berapakah induktansi diri dari induktor tersebut? dan hitunglah induksi diri emf (Vemf) setelah 20ms?

Penyelesaian : 

Kesimpulan :

Induktansi dari koil / kumparan disebabkan dari fluks magnet yang terjadi disekitarnya. semakin kuat fluks magnet maka induktansi yang dihasilkan akan semakin besar. untuk menaikan nilai induktansi dari koil/kumparan kita dapat menambah jumlah lilitan kawat, atau menambah ukuran diameter atau panjang dari kore inti (inti pusat) dan juga dengan cara mengganti kore inti (inti pusat) dengan bahan feromagnetik seperti dengan bahan besi lunak atau jenis ferit.

bahan feromagnetik seperti besi lunak, kobalt atau jenis nikel dll. yang digunakan sebagai kore inti (inti pusat) akan meanikan nilai induktansi dari koil. Ini karena dengan garis-garis gaya yang dihasilkan dari bahan konsentrat feromagnetik lebih kuat.

Sebagai contoh; jika bahan inti permeabilitas 1000 kali lebih besar dari ruang bebas seperti besi lunak atau baja, maka induktansi yang dihasilkan akan 1000 kali lebih besar. Sehingga dapat dikatakan induktansi dari koil akan meningkat secara proposional sebagai permeabilitas dari bahan inti.

Teori, Jenis dan Simbol Dioda

Dioda atau disebut juga sinyal dioda adalah komponen dasar semikonduktor aktif yang hanya bisa mengalirkan arus satu arah saja (forward bias) yaitu dari arah positip (Anoda) ke arah negatif (Katoda) namun memblok arus untuk arah sebaliknya. Dalam rangkaian elektronika dioda diibaratkan sebagai kran/katup listrik satu arah. Dioda memiliki dua elektroda yaitu elektroda positip (Anoda) dan elektroda negatif (Katoda). Secara umum dioda biasa dipakai untuk merubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC) atau disebut sebagai Rectifier.

Dioda dibuat dari bahan semikonduktor seperti germanium (Ge), Silicon (Si) dan galium arsenide (GaAs), sifat listrik pada jenis material tersebut ialah menengah atau dengan kata lain tidak baik sebagai konduktor dan tidak baik juga sebagai insulator, sifat ini dinamakan semikonduktor.

Material semikonduktor memiliki sangat sedikit "elektron bebas" karena molekul atomnya terkumpul bersama dalam bentuk pola kristal yang sering disebut "kisi kristal". Untuk meningkatkan daya hantar listrik pada material ini maka perlu dicampurkan "kotoran atom" pada struktur kristalnya sehingga menghasilkan lebih banyak elektron bebas dan lubang atom.

untuk menghasilkan sisi Negatif (katoda) pada dioda maka material semikonduktor biasanya dicampurkan kotoran atom dengan bahan seperti: Arsenik, Antimony atau Fosfor. dan untuk menghasilkan sisi positip (Anoda) dicampur dengan kotoran atom dari bahan Aluminium, Boron atau Galium. 

Jenis dan Simbol Dioda

Seperti penjelasan diatas, Jenis dioda tergantung dari bahan material yang dipakai saat pembuatannya, dibawah ini adalah contoh gambar dan simbol dari jenis-jenis dioda:

1. Dioda Silicon

Terbuat dari bahan Germanium, memiliki drop tegangan maju (forward volt drop) 0,7V, pada rangkaian elektronika biasa dipakai sebagai penyearah (rectifier). Contoh dioda Germanium adalah: 1N4000 series dan 1N5000 series dll.

2. Dioda Germanium

Terbuat dari bahan Silicon, memiliki drop tegangan maju (forward volt drop) 0,3V. Biasa diaplikasikan sebagai dioda penyearah. contoh dioda silicon adalah: IN4148 atau 1N914 dll.

3. Dioda Zener

terbuat dari bahan silikon, dioda zener atau sering disebut juga "breakdown diode" berfungsi sebagai pembatas tegangan pada rangkaian, atau dengan kata lain dioda zener adalah komponen regulator tegangan sederhana.  dioda zener memiliki rating tegangan antara 1 sampai ratusan volt dengan daya mulai dari 1/4w.

4. Light Emitting Diode atau LED

Adalah jenis dioda yang dapat mengeluarkan cahaya, LED yang banyak dipasaran berbentuk kubah bulat dan juga kotak persegi dengan variasi warna merah, kuning, hijau, biru atau putih. batas arus maksimum LED adalah 20mA. dan memiliki drop tegangan maju (forward volt drop) antara 1,2v sampai 3,6v tergantung dari jenis warna LED.

5. Dioda Schottky

disebut juga dioda power memiliki drop tegangan maju (forward bias) yang rendah, namun rating arus dan tegangannya tinggi. Biasa dipakai sebagai penyearah pada frekuensi tinggi, sering dipakai pada rangkaian pengisian battre, AC Rectifier dan Inverter.contoh untuk dioda schotky adalah 5819 atau 58xx dll.

Reaktansi Kapasitif Pada Rangkaian AC

Sinyal AC pada Kapasitor

Sebuah kapasitor kita berikan tegangan dengan arus searah atau tegangan DC, maka lempengan plat pada Kapasitor akan mulai terisi muatan listrik (Charging) secara konstan. Kapasitor dikatakan bearada pada kondisi jenuh atau sudah mencapai titik saturasi dimana tegangan pada kapasitor sudah mencapai atau sama dengan tegangan supply yang diberikan (full charging), dan setelah mencapai titik itu kapasitor akan memblok arus lebih yang mengalir pada plat kapasitor. Lamanya waktu pengisian muatan pada kapasitor sebanding atau bersamaan dengan perubahan tegangan pada kapasitor hingga mencapai titik jenuhnya (full charging).

Penjelasan diatas apabila kapasitor disupply oleh tegangan DC, namun bagaimana kerja kapasitor jika diberikan tegangan arus bolak-balik (AC)?,, jawabanya pasti berbeda, kenapa?, karena kita sudah ketahui bahwa sinyal arus AC berbentuk sinusiodal yang memiliki ciklus positif dan siklus negatif dan memiliki pola arus yang bergelombang dan berulang dari nol sampai puncak tegangan positif dan kembali menurun ke nol kemudian berulang pada siklus negatifnya hingga mencapai titik puncak tegangan negatif dan kembali menuju nol begitu seterusnya secara bergantian. Sesuia dengan bentuk arus AC itu maka akan terjadi proses pengisian dan pengosongan tegangan atau disebut charging dan discharging secara bergantian sesuai dengan frekuensi sinyal ACnya. Berbeda dengan arus DC, Laju arus AC saat pengisian dan pengosongan pada kapasitor akan berlawanan dengan laju perubahan nilai tegangan pada plat kapasitor. Dan frekuensi sinyal ACnya akan mempengaruhi lama waktu charging dan discharging pada kapasitor.  Sifat berlawanan dari perubahan nilai arus dan tegangan terhadap frekuensi ini disebut dengan reaktansi kapasitif (XC). Perhatikan gambar dibawah ini:

Gambar diatas menjelaskan pola charging dan discharging pada kapasitor dimana laju perubahan arus yang mendahului tegangan dengan beda phasa 90°. Ketika arus berada pada titik nol, tegangan berada pada posisi berlawanan yaitu pada posisi puncak (tegangan maksimum). sedangkan daya yang dihasilkan dari beda phase antara arus dan tegangan ini adalah berubah-ubah dalam waktu yang bersamaan.

Hubungan antara arus pada kapasitor dengan laju perubahan nilai tegangan, dapat didefinisikan sebagai berikut:

Irms = Vrms / Xc

dimana: Irms = Arus RMS (A), Vrms = Tegangan RMS (v), Xc = Reaktansi Kapasitif (Ohm)

Reaktansi Kapasitif

reaktansi kapasitif adalah sifat berlawanannya nilai arus terhadap perubahan nilai tegangan pada kapasitor, nilai reaktansi diukur dalam satuan Ohm tetapi untuk membedakannya dari nilai resistif pada resistor reaktansi kafasitif diberi simbol Xc, dan simbol ini berbeda dengan reaktansi pada induktor yang diberi simbol XL.

seperti yang kita ketahui sinyal AC adalah sinyal yang memiliki frekuensi, maka nilai reaktansi kapasitip adalah ditentukan dari besarnya nilai kapasitansi (Farad) dan frekuensi gelombang AC (hertz) , sehingga untuk mengetahui nilai reaktansi kapasitipnya berlaku rumus :

Sebagai catatan, bahwa pada rangkaian AC kapasitip, reaktansi kapasitip berbanding terbalik dengan frekuensi, artinya ketika frekuensi naik maka reaktansi kapasitip turun dan sebaliknya jika frekuensi turun maka frekuensi kapasitip menjadi naik.

Contoh Soal :

Suatu rangkaian AC Kapasitip memiliki nilai kapasitip 4700uF , di sambungkan dengan tegangan AC 12v dengan frekuensi 50Hz, berapakah arus yang mengalir pada rangkaian tersebut?

Penyelesaian :

PENGERTIAN INDUKTOR

 

Induktor atau ada juga yang menyebut koil, spul, kumparan atau lilitan termasuk dalam golongan komponen pasif yang terbuat dari kawat yang dililitkan pada sebuah core atau inti pusat. Dikenali sebuah pernyataan yaitu "Jika lilitan kawat dialiri arus listrik maka akan terjadi medan magnet di sekitar lilitan kawat tersebut dan efek dari medan magnetnya disebut induktansi". Pernyataan tersebut terkenal sebagai hukum induksi faraday. Nilai induktansi sebuah induktor ditentukan oleh jumlah lilitannya, jarak antar lilitannya, besar inti pusatnya dll. Bermacam-macam jenis bahan yang banyak dijadikan sebagai inti pusat diantaranya  batang besi padat, inti udara, atau inti ferit dan ada juga inti yang berbentuk cincin  atau sering disebut teroida.
 

Komponen apa lagi yang bisa menyimpan energi selain kapasitor?, jawabannya yaitu induktor, kenapa?, karena energi medan magnit yang dihasilkan akan tersimpan selama ada arus yang mengalir pada induktor tersebut. Semakin besar  arus yang mengalir melwati induktor maka akan semakin besar pula energi medan magnit yang dihasilkan. Dan kekuatan energi medan magnit juga ditentukan oleh nilai induktansi lilitannya.

 

Namun sifat induktor kebalikan dari sifat kapasitor dimana induktor bersifat menahan arus ac dan melewatkan arus dc.Ini terjadi karena induktor akan memiliki sifat resistif ketika dialiri arus bolak-balik (ac). Seperti pada resistor, hubungan arus dan tegangan terhadap resistansi pada induktor juga berlaku hukum ohm dengan bunyi:

V = L x (di/dt)

Dimana:  V = tegangan sesaat, L = nilai induktansi (henry), di/dt = waktu sesaat (ampere/detik)

Simbol "L" dijadikan sebagai lambang standar komponen induktor dan henry (H) adalah besaran nilai induktansi sebua induktor. Sayangnya nilai henry ini adalah sangat besar dibanding kebutuhan nilai induktor yang dibutuhkan oleh sebuah rangkaian, oleh karena itu induktor dibuat mulai dari ukuran terkecil menjadi seperti seribunya (0,001H) atau dalam satuan miliHenry (1mH) dan sepersejutanya (0,000001H) atau mikroHenry (µH).

Jenis dan Simbol Induktor

Jenis induktor tergantung dari bahan material yang dipakai sebagai koker / inti pusat. Dibawah ini adalah contoh gambar dan simbol dari jenis-jenis induktor:

Jenis Induktor

Simbol Induktor

• induktor dengan inti udara (air core induktor)

Tidak memakai material sebagai intinya pada induktor jenis ini, rangkaian RF banyak menggunakan induktor jenis ini karena tidak ada kerugian energi dan memiliki permeabilitas udara yang sangat rendah. Induktor jenis ini hanya tersedia dengan ukuran nilai induktansi yang kecil.

• induktor dengan inti ferit (ferit core induktor)

Inti ferit terbuat dari bahan bubuk keramik yang dipadatkan. Induktor dengan inti ferit ini paling banyak penggunaannya pada rangkaian elektronik terutama pada rangkaian frekuensi tinggi karena memiliki histeristis yang kecil dan arus eddy yang sangat rendah.

• induktor dengan inti besi (iron core induktor)

Sesuai namanya inti pusat induktor ini terbuat dari bahan besi padat, sayang arus eddy dan histerystis yang dihasilkan oleh induktor jenis ini sangat besar sehingga hanya digunakan untuk aplikasi rendah dengan daya tinggi seperti pada power supply, inverter dll. dan nilai induktansi yang tersedia biasanya besar.

• induktor dengan inti besi laminasi (laminated core induktor)

inti induktor ini terbuat dari susunan lembaran baja tipis yang terlaminasi. antar lapisan baja tipis ditempelkan secara kuat agar terbentuk inti yang padat, dan dipisahkan oleh lapisan isolasi untuk mengcegah arus eddy.

• induktor inti teroid (teroidal core induktor)

Bentuk induktor jenis ini melingkar seperti donat, nilai induktansi dan faktor Q yang dimilikinya sangat tinggi, induktor ini banyak digunakan pada rangkaian power dan switching.

Fungsi dan aplikasi rangkaian induktor

Dilihat dari cara kerja maka diantara fungsi kerjanya induktor banyak digunakan pada rangkaian elektronik sebagai filter noise dari frekuensi yang tidak diinginkan dan pembangkit frekuensi pada rangkaian oscilator. Sedangkan untuk produk, induktor banyak dibuat untuk, motor listrik, transformator, relay, buzzer, sensor magnetik, speaker, mik, dll.

Teori Kapasitor, Jenis, Rumus dan Cara Kerja

 

Kapasitor

komponen elektronika yang dapat menyimpan energi arus listrik itulah kapasitor. Alessandro Volta adalah seorang ilmuwan dari negara Italia pernah menyatakan bahwa "semua benda yang dapat menyimpan energi disebut condensatore". Oleh karena itu kapasitor yang memiliki ukuran besar dalam mikrofarad (uF), sering disebut kondensator. Kapasitor disebut komponen pasif karena akan bekerja ketika diberi arus listrik, besar energi yang disimpan oleh sebuah kapasitor ditentukan oleh besar nilai kapasitor dan waktu pengisian kapasitor.

Konstruksi dasar dari sebuah kapasitor dibuat dari 2 lempengan plat logam yang dipasang sejajar tetapi tidak saling berhubungan, lempengan tersebut disekat/diisolasi oleh lapisan bahan dielektrik, Jenis bahan dielektrik inilah yang menentukan spesifikasi dan juga nama dari jenis kapasitor tersebut, seperti: mika, polyster, keramik, dan gel cair seperti yang digunakan pada electrolit kapasitor (ELKO). Lempengan plat logam dibentuk sesuai dengan model kapasitor, sedangkan besar nilai kapasitansi dan rating tegangan kapasitor ditentukan oleh konstruksi lempengan plat logam dan lapisan isolasi (Dielektrik).

Konstruksi kapasitor

Cara Kerja Kapasitor

Jika muatan positip (+) diberikan pada salah satu plat dan plat yang lain diberi muatan negatip (-) maka sifat muatan pada kondisi ini akan saling tarik menarik, tetapi karena adanya lapisan isolasi elektron-elektron itu tertahan dan tidak akan pernah mengalir, sehingga muatan listrik akan terjebak pada masing-masing plat dan terserap keseluruh kepingan plat, kepingan plat membutuhkan waktu untuk mengisi muatan (Charge) sehingga mencapai tegangan maksimum yang diberikan, dan selama tidak ada rangkaian konduksi yang dapat menarik atau mengeluarkan muatan listrik dari kapasitor, muatan listrik akan terus tersimpan pada kapasitor.

Sifat Kapasitor

Kapasitor bersifat menahan arus DC dan melewatkan arus AC. Jika dialiri arus DC maka arus akan diserap oleh kapasitor sehingga mencapai tegangan maksimum power supply (Full Charge), dan karena dihalangi oleh lapisan isolasi yang bersifat non konduktif, arus DC tidak akan pernah tembus mengalir pada kapasitor.. Dan ketika kapasitor dialiri arus AC maka lapisan isolasi dapat ditembus oleh perubahan elektron dari sinyal ac dengan resistansi yang sangat kecil bahkan  tidak ada resistansi (tanpa tahanan) dan sering digunakan sebagai kopling pada rangkaian audio.

Jenis dan Simbol Kapasitor

Non Polar
Adalah jenis kapasitor tanpa polaritas, artinya pemasangan dibolak-balik tidak masalah. Kapasitor jenis ini umumnya memiliki nilai kapasintansi yang kecil antara pikofarad dan nanofarad. Contoh kapasitor non polar adalah: kapasitor keramik, mika, dan polyester.

Bipolar
Adalah jenis kapasitor yang memiliki polaritas positif dan negatif. Hati-hati saat pemasangan kapasitor jenis ini karena jika dipasang terbalik akan merusak kapasitor bahkan bisa menimbulkan ledakan. Contoh kapasitor bipolar adalah: Elektrolit kapasitor (ELKO), dan kapasitor tantalum.

Variable kapasitor
Kapasitor ini umumnya jenis nonpolar, biasa dipakai untuk penalaan radio frekuensi pada rangkaian oscilator, contoh kapasitor ini adalah: VARCO dan kapasitor trimer.

Simbol dan Jenis kapasitor

Nilai Kapasitansi

Michael Faraday adalah penemu kapasitor, mungkin oleh karena itu nama beliau diabadikan sebagai nilai satuan kapasitor yaitu farad sebagai penghargaan terhadap hasil penemuannya. Namun nilai farad pada kapasitor adalah nilai kapasitansi yang sangat besar sehingga untuk mendukung kebutuhan komponen kapasitor pada rangkaian elektronik maka dibuatlah nilai yang lebih kecil sebagai berikut:

0,000000000001F = 1pf (piko farad)
0,000000001F = 1nf (nano farad)
0,000001F = 1mf (mikrofarad)

Rangkaian Seri-Paralel Kapasitor

Rangkaian kapasitor bisa dibuat secara seri atau paralel,sehingga dapat menghasilkan nilai kapasitansi baru yang tidak ada dipasaran.

Untuk menghitung total kapasitansi rangkaian seri berlaku rumus:

Ctotal (Ct) = 1/C1+1/C2+1/C3

 

Dan untuk menghitung total kapasitansi rangkaian parallel berlaku rumus:

Ctotal (Ct) = C1+C2+C3

Karakteristik dan Cara Kerja Transistor Sebagai Swicth

 

Transitor Sebagai Switch (Saklar)

Pada rangkaian transistor penguat sinyal AC, bias tegangan pada transistor akan selalu berperasi pada kondisi aktif. Tetapi jika transistor diberikan bias DC maka transistor akan bekerja seperti saklar dengan cara mengontrol arus pada kaki basisnya. Jika kaki basis diberi arus yang besar maksimal sama dengan tegangan supply, maka transistor akan berada pada kondisi ON seperti saklar tertutup yaitu arus akan mengalir antara kolektor dan emiter. sebaliknya jika arus yang diberikan ke kaki basis sangat kecil transistor akan seperti saklar terbuka atau kondisi OFF.

Rangkaian switch dengan transistor banyak digunakan sebagai pengontrol relay, motor, selenoid dan lampu atau sebagai driver input-output pada rangkaian IC digital (TTL). Cara kerja transistor sebagai saklar berada pada 2 keadaan yaitu; kondisi Saturasi (switch ON) dan kondisi Cut-Off (switch OFF), untuk lebih jelasnya perhatikan gambar grafik dibawah ini:

Wilayah Fully-Off (Cut-Off) Transistor

Ketika arus yang masuk ke kaki basis sangat kecil bahkan mendekati nol, kondisi ini mengakibatkan transistor berada pada dkondisi Cut-Off sehingga arus pada kolektor mejadi nol dan besar tegangan antara kaki kolektor dan emitter sama dengan supply (VCC). kondisi ini tidak ada arus mengalir antara kaki kolektor dan emiter seperti saklar terbuka atau OFF. Perhatikan gambar dibawah ini:

Cut-off Transistor

Karakteristik Cut-Off Transistor

• Tegangan basis emiter (VBE) kurang dari 0,7V.
• kondisi forward bias antara kaki Basis dan kaki Emiter
• kaki basis - kolektor pada kondisi reverse bias
• Tidak ada arus yang mengalir ke kolektor atau IC = 0
• Vout = VCE = VCC = 1
• Transistor beroperasi seperti saklar terbuka.
• Kaki basis harus lebih negatif dari emiter untuk transistor jenis NPN, dan untuk transistor tipe PNP arus basis harus lebih positif dari kolektor.

Wilayah Saturasi Transistor

Transistor akan berada pada kondisi saturasi jika arus yang masuk ke kaki basis sangat besar, bahkan sampai ketitik jenuh sehingga arus pada kaki kolektor akan maksimum (IC=VCC/RL). Kondisi seperti ini diibaratkan seperti saklar pada posisi ON. Perhatikan gambar berikut:

Saturasi Transistor

Karakteristik Saturasi Transistor

• Tegangan basis - emiter (VBE) lebih besar dari 0,7V
• Kondisi Basis - emiter adalah forward bias
• Kondisi basis - kolektor adalah forward bias
• Arus yang mengalir pada kolektor adalah maksimum (Ic = Vcc/RL)
• Tegangan kolektor - emiter (VCE = 0)
• VOUT = VCE = 0
• Transistor beroperasi seperti saklar tertutup.
• Kaki basis harus lebih positif dari emiter untuk transistor jenis NPN, dan untuk transistor tipe PNP arus basis harus lebih negatifdari kolektor. 

Cara Menghitung Resistor basis Transistor Sebagai Switch

Arus pada kaki kolektor dapat diatur sesuai kebutuhan dengan cara memasang resistor pembatas arus pada kaki basis, untuk menghitung berapa nilai yang tepat berlaku rumus berikut ini:

IB = IC/β

RB = (VIN - VBE) / IB

dimana RB = R basis, VBE = tegangan basis-emiter, IB = arus basis

Contoh:

Jika sebuah transistor memiliki nilai β = 200, dibuat rangkaian switch dengan supply 5V, dibutuhkan arus output kolektor 100mA untuk mendrive sebuah relay. hitunglah arus basis minimal sehingga transistor mencapai titik saturasi, dan berapa resistor basis yang diperlukan?

Jawab:

IB = IC/β

IB = 100mA/200 = 0,5mA

RB = (VIN - VBE) / IB

RB = (5V - 0,7) / 0,0005A

RB = 8600Ω = 8,6KΩ 

 Jadi resistor basis yang harus dipasang maksimal 8,6k.

Catatan:

• Pergunakan transistor dengan spesifikasi arus kolektor yang lebih besar dari kebutuhan
• Jika arus kolektor yang dibutuhkan sangat besar maka dapat menggunakan dua buah transistor yang dirangkaian secara darlington, hal ini akan dibahas secara khusus pada artikel mengenai transistor darlington.

Cara Menghitung Daya Maksimum Transformator (trafo)

 

Pembahasan mengenai trafo, cara menggulung dan menghitung jumlah gulungan sudah saya postingkan, nah,, pada artikel kali ini saya akan coba jelaskan bagaimana menentukan batas daya maksimum sebuah trafo?. Mungkin ada yang belum paham mengapa trafo memiliki ukuran 1A, 2A,3A dst, kenapa trafo dengan ampere yang lebih besar memiliki ukuran fisik trafo lebih besar juga??, padahal jumlah lilitannya sama untuk suatu nilai tegangan tertentu?... Mudah-mudahan artikel ini dapat membantu menyelesaikan pertanyaan itu. 

Daya Trafo

Kawat Email

Yang menentukan nilai sebuah trafo adalah ukuran kawat email, semakin besar daya yang diperlukan maka semakin besar pula ukuran diameter kawat email yang harus dipakai untuk menggulung trafo. Untuk trafo stepdown lilitan pada bagian primer akan selalu lebih kecil dibanding dengan gulungan pada bagian sekunder, ini jelas karena tegangan yang diberikan pada gulungan primer lebih besar yaitu 110V sd. 220V sebagai tegangan sumber dari PLN, sementara tegangan sekunder sebagai tegangan output trafo yang umum beredar dipasaran hanya antara 6V sd. 32V atau sesuai tegangan yang diperlukan untuk supply.

Sebaliknya untuk trafo step-up, gulungan kawat bagian primer memiliki ukuran lebih kecil dibanding bagian sekunder, karena tegangan sekunder memiliki tegangan output lebih besar dari tegangan primer, misalkan menaikan tegangan PLN 220V sebagai tegangan primer menjadi 400V pada bagian sekunder sebagai output.

Kawat Email

Ukuran diameter kawat email memiliki batas kemampuan dalam mengalirkan arus, jika besar arus yang mengalir melalui kawat email lebih besar dari kemampuan kawat email, maka kelebihan energi akan dibuang melalui panas, sehingga hal terjelek yang akan terjadi adalah terbakarnya kawat email. Tetapi jika ukuran kawat email yang dipakai untuk menggulung trafo lebih besar dari besar arus yang diperlukan, maka yang terjadi adalah ukuran gulungan yang akan menjadi lebih besar sehingga tidak akan muat dililit pada krane inti besi trafonya.

Berikut ini saya berikan contoh tabel ukuran kawat email dengan kemampuan mengalirkan arus listriknya.

Tabel Spesifikasi Arus Kawat Email

Dikarena adanya faktor kerugian pada sebuah trafo akibat kualitas kawat email dan tahanan dalam kawat, maka disarankan menggunakan ukuran kawat yang sedikit lebih besar dari arus yang akan dilewatkan, gunakan 1 ukuran saja diatas spesifikasi kawatnya, misalkan untuk trafo dengan daya 1A, boleh menggunakan kawat dengan ukuran 0,5mm atau 0,6mm.

Cara Menghitung Jumlah Lilitan Primer dan Sekunder Trafo

 

Pada artikel teori transformator sudah dijelaskan pengertian trafo dan cara kerjanya, tetapi mungkin ada para hobier elektronika yang ingin mencoba menggulung kawat trafo tetapi masih bingung berapa lilitan kawat email yang harus dililit pada bagian primer dan berapa lilit untuk bagian sekunder?. Nah pembahasan kali ini saya akan coba menjelaskan cara menghitungnya.

Jumlah lilitan perVolt (GpL)

Tegangan yang dipakai untuk trafo adalah arus ac, seperti yang kita ketahui arus ac sangat dipengaruhi oleh frekuensi dan sudah diketahui bersama bahwa listrik dinegara kita tercinta Indoensia memiliki frekuensi listrik 50Hz. Dalam menggulung trafo kita harus mencari banyaknya lilitan untuk setiap satu volt tegangan (GpL) yang dapat dihitung dari perbandingan frekuensi dengan luas inti besi.

Ada dua model trafo daya yang umum beredar dipasaran yaitu model inti besi EI dan model inti besi Teroid. Karena bentuk yang berbeda sehingga untuk menghitung lilitan pada kedua jenis trafo menggunakan rumus yang berbeda pada hitungan luas inti besinya.

 Untuk mencari GpL trafo model EI berlaku rumus

dan untuk trafo model Teroid berlaku rumus :

Dimana: GPV = Jumlah Lilitan perVolt, f = Frekeuensi, O = Luas penampang inti besi, Ri = Diameter dalam inti besi teroid, Ro = Diameter luar inti besi teroid, T = tinggi inti besi teroid

Contoh :
Sebuah Trafo model EI di bangun dengan koker inti besi yang memiliki panjang 2cm dan lebar 1,5cm. Jika frekuensi arus ac ditentukan sebesar 60Hz, hitung jumlah lilitan per volt (GpV)?
Jawaban:

GpV = f / O = 60Hz / (2 x 1,5) = 60 / 3 = 20. 

Dari penyelesaian diatas berarti untuk setiap 1V tegangan diperlukan 20 lilitan kawat email.

Jumlah lilitan primer dan sekunder

Untuk menghitung total lilitan kawat email pada bagian primer dan sekunder berlaku rumus yang sama untuk kedua jenis trafo yaitu :

Jumlah lilitan primer (Np) = GpV x Tegangan (V)

Contoh :

Hitung Jumlah lilitan pada bagian primer dan sekunder pada sebuah trafo model teroid dengan ukuran dieameter luar inti besinya 10cm, diameter dalam 7cm dan tinggi 2cm,  jika di gunakan untuk tegangan input PLN 220V dan tegangan output trafo 12V dengan frekuensi 60Hz?

Jawaban:
Jumlah Lilitan perVolt (GpV) = f/O, = 60/{(Ro - Ri)xT}, = 60/{(10 - 7)x2, = 60/6 = 10 lilit/Volt.
Jumlah Lilitan Primer (Np) = GpV x Tegangan = 10 x 220 = 2200 lilit.
Jumlah Lilitan Sekunder (Ns) = GpV x Tegangan = 10 x 12 = 120 lilit.

Cara melilit kawat email pada trafo

Cara menggulung kawat email pada koker atau teroid adalah sangat mudah yaitu dimulai dengan lilitan primer sebanyak lilitan yang diperlukan sesuai dengan kebutuhan tegangan dengan cara menghitung sesuai rumus diatas. Setelah selesai menggulung lilitan primer kemudian diisolaso dengan lapisan plastik tahan panas untuk mencegah terjadinya hubung singkat dengan lilitan sekunder. Dan untuk lilitan sekunder digulung diatas lilitan primer yang sudah dibuat tadi.

Ukuran diameter kawat email yang dipakai disesuaikan dengan kebutuhan daya pada trafo tersebut, umumnya ukuran diameter kawat email yang digunakan untuk gulungan primer lebih kecil dibanding diameter kawat email untuk gulungan sekunder. Cara mengetahui ukuran kawat ini dibahas pada artikel lain mengenai batas arus dan daya trafo.

Implementasi Led dalam Elektronika

Ahmad Sholeh, S.Pd

LED (Light Emitting Diode)

Light Emitting Diode atau sering di sebut LED, adalah jenis khusus dari dioda, jika diberikan arus dengan bias maju maka LED akan merubah energi listrik menjadi cahaya. LED Terbuat dari lapisan yang sangat tipis dari campuran bahan semikonduktor. konstruksi LED berbeda dengan dioda sinyal biasa, LED dikelilingi oleh lapisan transaparan plastik keras resin epoxy hemispherical berbentuk shell. dibuat berbentuk kubah agar terjadi fokus keatas sehingga cahaya led akan lebih terang jika dilihat dari atas.

Namun tidak semua led berbentuk kubah tetapi ada juga yang berbentuk kotak persegi panjang atau silinder dengan permukaan atas yang rata. semua led memiliki terminal Anoda dan Kathoda, jika dilihat dari dalam led maka Anoda memiliki model plat datar dan lebih panjang dibanding Katoda yang lebih pendek.

berbeda dengan jenis lampu pijar atau lampu penghasil cahaya lainnya yang bersifat menimbulkan panas saat merubah energi listrik ke cahaya, sedangkan LED adalah perangkat solid state yang tidak menimbulkan panas ketika merubah energi listrik ke cahaya sehingga LED memiliki umur lebih panjang.

LED terbuat dari campuran senyawa semikonduktor eksotis seperti Galium Arsenat (GaAs), Gallium phosphide (GaP), Gallium arsenat phosphide (GaAsP), Silicon Carbide (SiC) atau Indium Gallium Nitrida (GaInN) semua dicampur bersama-sama pada rasio yang berbeda untuk menghasilkan panjang gelombang yang berbeda warna.

Dibawah ini adalah tabel warna yang dihasilkan oleh material semikonduktor pada LED :

Dapat dilihat dari tabel diatas maka sebenarnya warna yang dihasilkan dari LED ditentukan oleh panjang gelombang cahaya yang dipancarkan, yang dihasilkan dari campuran bahan senyawa semikonduktor yang digunakan dalam membentuk PN junction. oleh karena itu warna yang ada pada bodi LED bukan yang menentukan warna meskipun sedikit membantu meningkatkan cahaya LED, tetapi hanya untuk menunjukan warna led tersebut ketika keadaan tidak dialiri listrik. 

Dilihat dari tabel diatas sebenarnya bahan utama yang dipakai untuk terminal tipe "P" adalah dari Galium (Ga) dan untuk bahan utama untuk terminal tipe "N" adalah Arsenic (As), sehingga campuran kedua material tersebut menghasilkan senyawa Galium Arsenide (GaAs), dan menghasilkan warna cahaya inframerah radiasi rendah (850nm-940nm), warna ini sering diaplikasikan untuk remote kontrol. dan tidak bisa dijadikan lampu cahaya karena tidak dapat dilihat oleh mata. Untuk itu dengan menambahkan molekul Fosfor (P) sebagai campuran ketiga akan menghasilkan senyawa Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP) dan panjang gelombang yang dihasilkan akan menjadi dibawah 680nm dan menghasilkan warna merah yang dapat dilihat oleh mata. 

Warna kuning sawo dihasilkan dengan merubah takaran dari campuran (GaAsP).warna hijau dihasilkan dari campuran bahan Alumunium (Al), Gallium (Ga) dan Pospor (P)sehingga menjadi senyawa Alumunium Gallium Pospide (AlGaP). Warna biru adalah campuran senyawa Silikon (Si) dan Karbon (C) dan menghasilkan senyawa Silicon Carbide (SiC).

Dari penjelasan diatas maka dengan mencampur dua atau lebih bahan semikonduktor dengan komposisi yang berbeda maka akan dihasilkan panjang gelombang dan warna yang berbeda-beda. 
  

Rangkaian Seri Resistor Pembatas Arus LED

Arus yang diperlukan untuk sebuah LED sangat kecil sekitar 10 sampai 20mA, maka untuk membatasi arus yang mengalir ke LED kita harus memasang sebuah resistor penahan arus secara seri dan untuk menghitung nilai resistor yang diperlukan dalam rangkaian seri LED dan Resistor adalah dapat dilihat seperti gambar dibawah ini: 

dimana :

R = Resistor (ohm)

Vs = Tegangan Supply (Volt)

VLed = Drop Tegangan LED (Volt)

ILed = Arus LED (Ampere)

Contoh Soal :

Sebuah rangkaian seri resistor LED dialiri tegangan 12V, dengan drop tegangan pada LED 1,2V. Jika arus LED 20mA, Hitunglah nilai resistor penahan arus?

Penyelesaian :

R = (Vs - Vled) / Iled = (12 - 1,2) / 20mA  = 10,8 / 0,02  = 540Ω

Rangkaian Driver LED

LED bisa dikendalikan oleh komponen aktip seperti IC TTL atau CMOS, dan Juga Transistor. Arus drive keluaran dari IC adalah mencapai maksimum 50mA, sehingga diperlukan resistor pembatas arus dalam rangkaian sebagai berikut :

 
Transistor sebagai driver led dapat dilihat seperti gambar dibawah ini:

Jika diperlukan arus yang lebih besar untuk mendrive rangkaian seri atau paralel beberapa LED, maka kita dapat merubah tipe transistor dengan spesifikasi arus yang lebih tinggi.

Drop tegangan rangakaian LED seri adalah dijumlahkan (VLed 1 + VLed2 + VLed3 ...dst), dan nilai arus LED nya sama. sedangan tegangan drop rangkaian paralel adalah sama dan kebutuhan arus dijumlahkan dari setiap arus LED (ILed1 + ILed2 + ILed3....dst).